Длительная (физиологическая) стабилизация сдвигов рН

Дыхательная система

Легочная вентиляция обеспечивает удаление угольной кислоты, образованной при функционировании бикарбонатной буферной системы. По скорости реакции на изменение рН — это вторая система после буферных систем.

Дополнительная вентиляция легких приводит к удалению СО₂, а значит и Н₂СО₃, и повышает рН крови, что компенсирует закисление межклеточной жидкости и плазмы крови продуктами метаболизма, в первую очередь, органическими кислотами.

Сдвиги значений рО₂ не являются сильно значимыми для изменения легочной вентиляции. Только снижение рО₂ до 8 кПа в артериальной крови (норма 11,04-14,36 кПа или 83-108 мм рт.ст.) приводит к увеличению активности дыхательного центра.

Более существенным фактором для активации дыхательной системы является концентрация ионов Н⁺. Накопление ионов Н⁺ в крови уже через 1-2 минуты вызывает максимальную (для данной их концентрации) стимуляцию дыхательного центра, повышая его активность до 4-5 раз, что приводит к снижению рСО₂ до 10-15 мм рт.ст. И, наоборот, снижение кислотности крови понижает активность дыхательного центра на 50-75 %, рСО₂ при этом способен возрастать до 60 мм рт.ст и выше.

Костная ткань

Это наиболее медленно реагирующая система. Механизм ее участия в регуляции рН крови состоит в возможности обмениваться с плазмой крови ионами Са²⁺ и Na⁺ в обмен на протоны Н⁺. Происходит растворение гидроксиапатитных кальциевых солей костного матрикса, освобождение ионов Са²⁺ и связывание ионов НРО₄^2– с Н⁺ с образованием дигидрофосфата, который уходит с мочой.

8Н⁺ + Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ → 2H₂O + 10Ca²⁺ + 6HPO₄^2–

Параллельно при снижении рН (закисление) происходит поступление ионов H⁺ внутрь остеоцитов, а ионов калия — наружу.

Печень

Существенную, но пассивную роль в регуляции кислотно-основного состояния крови берет на себя печень, в которой происходит метаболизм низкомолекулярных органических кислот (молочная кислота и др). Кроме этого, кислые и щелочные эквиваленты выделяются с желчью.

Почки

Развитие почечной реакции на смещение кислотно-основного состояния происходит в течение нескольких часов и даже дней. Специфические нейрогуморальные механизмы регуляции секреции и реабсорбции ионов Н⁺ отсутствуют.

Регуляция концентрации ионов H⁺ осуществляется опосредованно, через потоки ионов Na⁺, движущихся по градиенту концентрации, и через перераспределение потоков ионов К⁺ и Н⁺, которые выходят из эпителиоцитов (секретируются) в обмен на ионы Na⁺.

Также для обеспечения электронейтральности внутри- и внеклеточной жидкости при реабсорбции ионов Na⁺ усиливается реабсорбция ионов Cl^–, однако их не хватает, поэтому возникает необходимость в усилении реабсорбции и дополнительном синтезе ионов HCO₃^–.

Все вышесказанное упрощенно можно проиллюстрировать выражением:

Реабсорбция (Na⁺) → Секреция (К⁺ + Н⁺) + Реабсорбция (Cl^– + HCO₃^–)

В почках активно протекают три процесса, связанных с уборкой кислых эквивалентов. Благодаря этим процессам рН мочи в состоянии снижаться до 4,5-5,2:

• Реабсорбция бикарбонатных ионов HCO₃^-;
• Ацидогенез — удаление ионов Н⁺ с титруемыми кислотами (в основном в составе дигидрофосфатов NaH₂PO₄);
• Аммониегенез — удаление ионов Н⁺ в составе ионов аммония NH₄⁺.

Реабсорбция бикарбонат-ионов

В проксимальных канальцах ионы Na⁺ мигрируют в цитозоль эпителиальных клеток в силу концентрационного градиента, который создается на базолатеральной мембране при работе фермента Na⁺,К⁺-АТФазы. В обмен на ионы Na⁺ эпителиоциты канальцев активно секретируют в канальцевую жидкость ионы водорода.

Ионы HCO₃^- первичной мочи и секретируемые ионы Н⁺ образуют угольную кислоту Н₂СО₃. В гликокаликсе эпителиоцитов фермент карбоангидраза катализирует распад угольной кислоты на СО₂ и воду. В результате возникает градиент концентрации углекислого газа между просветом канальцев и цитозолем и СО₂ диффундирует в клетки. Внутриклеточная карбоангидраза использует пришедший СО₂ и образует угольную кислоту, которая диссоциирует. Ионы НСО₃^- транспортируются в кровь, ионы Н⁺ — секретируются в мочу в обмен на ионы Na⁺. Таким образом, объем реабсорбции НСО₃^- полностью соответствует секреции ионов Н⁺.

В проксимальных канальцах происходит реабсорбция 90 % профильтрованного НСО₃^-. В петле Генле и дистальных канальцах реабсорбируется оставшееся количество карбонат-иона. Всего в почечных канальцах реабсорбируется более 99 % от фильтруемых бикарбонатов.

Ацидогенез

В процессе ацидогенеза в сутки с мочой выделяется 10-30 ммоль кислот, называемых титруемыми кислотами. Фосфаты, являясь одной из этих кислот, играют роль буферной системы в моче. Роль этой системы состоит экскреции кислых эквивалентов без потерь бикарбонат-ионов за счет дополнительного иона водорода в составе выводимого NaH₂PO₄ (по сравнению с NaHCO₃):

Na₂HPO₄ + Н₂СО₃ → NaH₂PO₄ + NaНСО₃

После того как бикарбонат натрия в почечных канальцах реабсорбируется, кислотность мочи зависит только от связывания ионов Н⁺ с HPO₄^2- и содержания дигидрофосфата. Хотя в крови соотношение HРO₄^2- : H₂РO₄^- равно 4 : 1, в клубочковом фильтрате оно меняется на 1 : 9. Происходит это из-за того, что менее заряженный H₂РO₄^- лучше фильтруется в клубочках. Связывание ионов Н⁺ ионами HРO₄^2- на протяжении всего канальца приводит к увеличению количества H₂РO₄^-. В дистальных канальцах соотношение может достигать 1 : 50.

Аммониегенез

Аммониегенез происходит на протяжении всего почечного канальца, но более активно идет в дистальных отделах — дистальных канальцах и собирательных трубочках коркового и мозгового слоев. Глутамин и глутаминовая кислота, попадая в клетки канальцев, быстро дезаминируются ферментами глутаминаза и глутаматдегидрогеназа с образованием аммиака. Являясь гидрофобным соединением, аммиак диффундирует в просвет канальца и акцептирует ионы Н⁺ с образованием аммонийного иона.

Источником ионов H⁺ первичной мочи в проксимальных отделах канальца является Na⁺,H⁺-антипорт. В дистальных отделах, в отличие от проксимальных, секреция ионов Н⁺ происходит с участием Н⁺-АТФазы, локализованной на апикальной мембране вставочных клеток.

Аммонийный катион NH₄⁺ способен взаимодействовать с анионами Cl^–, SO₄^2–, с органическими кислотами (лактат и другие) с образованием аммонийных солей.

См. также

• Типы и причины нарушений кислотно-основного состояния
• Быстрая компенсация сдвигов рН — буферные системы