Величина рН формирует активность клеток

Кислотно-основное равновесие — это состояние, которое обеспечивается физиологическими и физико-химическими процессами, составляющими функционально единую систему стабилизации концентрации ионов Н⁺. Нормальные величины концентрации ионов Н⁺ около 40 нмоль/л, что в 10⁶ раз меньше, чем концентрация многих других веществ (глюкоза, липиды, минеральные вещества). Совместимые с жизнью колебания концентрации ионов Н⁺ располагаются в пределах 16–160 нмоль/л.

Общие сведения

Так как реакции обмена веществ часто связаны с окислением и восстановлением молекул, то в этих реакциях обязательно принимают участие соединения, выступающие в качестве акцептора или донора ионов водорода. Участие других соединений сводится к обеспечению неизменности концентрации ионов водорода в биологических жидкостях.

Постоянство концентрации водородных ионов является одним из свойств крови, которое необходимо для нормального существования организма. В ходе метаболизма постоянно происходит образование кислых и щелочных эквивалентов, регулирующие же механизмы приводят к тому, что для различных тканей характерны свои значения pH, например, для клеток простаты – 4,5, для остеобластов – 8,5. В крови колебания концентрации водородных ионов очень невелики, в пределах 7,36–7,48; пределы отклонения pH от нормы, совместимые с жизнью, от 7,0 при ацидозе и до 7,8 при алкалозе.

Регуляция кислотно‑щелочного равновесия осуществляется буферными системами крови и физиологическими механизмами. К последним относятся: легочная вентиляция (удаление Н₂СО₃), выделительная функция почек (удаление кислых фосфатов и солей аммония), кожи, пищеварительного тракта и печени. Минеральные компоненты скелета регулируют кислотно‑щелочное равновесие путем обмена Н⁺ крови на ионы Сa²⁺ и Na⁺ костной ткани. Буферные системы крови ликвидируют сдвиг pH в течение 30 сек, легким необходимо 1–3 мин, а почкам — 10–20 часов.

Роль внутриклеточных ионов водорода

Стабильность внутриклеточной концентрации Н⁺ необходима для:

оптимальной активности ферментов мембран, цитоплазмы и внутриклеточных органелл;
формирования электро-химического градиента мембраны митохондрий на должном уровне и достаточную наработку АТФ в клетке.

Сдвиги концентрации ионов Н⁺ приводят к изменению активности внутриклеточных ферментов даже в пределах физиологических значений. Например, ферменты глюконеогенеза в печени более активны при закислении цитоплазмы, что актуально при голодании или мышечной нагрузке, ферменты гликолиза — при обычных рН.

Роль внеклеточных ионов водорода

Стабильность внеклеточной концентрации ионов Н⁺ обеспечивает:

оптимальную функциональную активность белков плазмы крови и межклеточного пространства (ферменты, транспортные белки);
растворимость неорганических и органических молекул;
неспецифическую защиту кожного эпителия;
отрицательный заряд наружной поверхности мембраны эритроцитов.

При изменении концентрации ионов Н⁺ в крови активируется компенсационная деятельность двух крупных систем организма:

Система химической компенсации
- действие внеклеточных и внутриклеточных буферных систем;
- интенсивность внутриклеточного образования ионов Н⁺ и НСО₃^-.
Система физиологической компенсации
- легочная вентиляция и удаление СО₂;
- почечная экскреция ионов Н⁺ (ацидогенез, аммониегенез), реабсорбция и синтез НСО₃^-.

Примечания

См. также