Кислоты и основания внутренней среды

Кислотами называют вещества, способные при диссоциации в растворах выделять ион водорода (донаторы протона), а основаниями или щелоча­ми— вещества, способные связывать ион водорода (акцепторы протона).

Вода в слабой степени диссоциирована на Н⁺ и ОН" ионы. При ней­тральной реакции воды в ней имеется одинаковое количество Н⁺ и ОН" ионов, при 22 °C составляющее 10"⁷ каждого. Произведение Н⁺ и ОН" ио­нов в водном растворе независимо от того, нейтральный, кислый он или

Таблица 15.1. Соотношение величины pH и концентрации водородных ионов ([Н⁺])

Таблица 15.2. Актуальная реакция жидкостей организма

щелочной, всегда одинаково и равно: 10~⁷ • 10’⁷ ~ 10”¹⁴. Эта величина на­зывается константой диссоциации воды. Очевидно, что если концентрация водородных ионов — [Н⁺] — будет расти, то число ОН’ ионов — [ОН”] — будет уменьшаться.

Поскольку актуальная реакция водного раствора зависит от соотноше­ния [Н⁺] и [ОН“], оценивать ее можно по одной из них, т. е., как это при­нято, по [Н⁺]. Таким образом, раствор с нейтральной реакцией имеет [Н⁺] = 10", с кислой реакцией — [Н⁺] >10~⁷, а со щелочной реакцией — [Н⁺] <10“⁷. Для оценки [Н⁺] используется отрицательный десятичный лога­рифм концентрации, который обозначается pH и называется водородным показателем. Таким образом, pH = —log[H⁺]. Следовательно, для нейтраль­ного раствора pH = 7,0; для кислотного — <7, а для щелочного — >7. Со­отношения величины pH и [Н⁺] приведены в табл. 15.1.

В норме величина pH в различных жидких средах организма неодина­кова, но ее колебания невелики, pH внутриклеточной, тканевой жидкости и крови относится к числу жестких гомеостатических констант. В табл. 15.2 приведены значения pH различных сред организма.

Кислоты образуются из принятой пищи и в результате межуточного об­мена веществ. Процессы окисления в клетках обусловливают появление органических и минеральных кислот. Так, катаболизм серосодержащих аминокислот вызывает образование серной кислоты; фосфопротеины и нуклеопротеины ведут к образованию фосфорной и мочевой кислоты; ли­пиды формируют свободные жирные кислоты; углеводы при окислении и гликолизе поставляют в кровь пировиноградную и молочную кислоту и т. п. Углекислый газ, образуемый как конечный продукт процессов окис­ления, также является кислотой, поскольку вместе с другим конечным продуктом окисления — водой— дает реакцию: СО₂ + Н₂О -» Н₂СО₃ -» Н⁺ + HCOj

Углекислота является слабой кислотой, но служит в свою очередь ис­точником углекислого газа, удаляемого через легкие, поэтому она еще на­зывается летучей кислотой. Другие органические и неорганические кисло­ты называют нелетучими. Летучей кислоты образуется в организме намного больше (до 20 000 ммоль СО₂), чем нелетучих кислот (около 100 ммоль).

Кислоты, как промежуточный этап метаболизма, являются биохимиче­ской необходимостью, характеризующей процессы жизнедеятельности клетки. При этом интенсивность образования кислот при метаболизме яв­ляется одним из основных факторов, обеспечивающих поступление прото­нов во внутреннюю среду. Протоны, поступающие с пищей, играют в pH внутренней среды существенно меньшую роль. Содержание свободных во­дородных ионов в жидкостях зависит от интенсивности их связывания ос­нованиями и выделения во внешнюю среду.

Основания поступают в организм преимущественно в растительной пи­ще, богатой щелочными и щелочноземельными солями. Образуются щело­чи и клетками организма, например внешнесекреторными клетками под­желудочной железы, секрет которых богат ОН".

Интенсивность образования кислот прямо связана с окислительно-вос­становительными реакциями клеток, обеспечением их кислородом. При ограничении обеспечения клеток кислородом или наличии кислородного долга из-за чрезмерной потребности в нем усиливаются или активизиру­ются процессы анаэробного гликолиза. Появляющиеся в клетках в избыт­ке пировиноградная и молочная кислоты переходят в тканевую жидкость и кровь. Так происходит, например, при интенсивной мышечной работе за счет отставания возможности кислородного обеспечения от потребности в нем работающей мышцы, в результате для целей энергообеспечения ско­рость гликолиза повышается в сотни раз. Образующаяся при этом в избыт­ке молочная кислота является причиной более низкого pH в тканевой жидкости скелетных мышц, чем в других тканях.

Однако, несмотря на поступление в кровь пировиноградной и молоч­ной кислот, так же как и других нелетучих и летучих кислот, pH крови практически не меняется. Это свидетельствует о наличии в организме мощных гомеостатических систем, поддерживающих константу pH. К их числу относят физико-химические (буферные системы внутренней среды, тканевые обменные процессы) и физиологические гомеостатические систе­мы (легкие, почки, желудочно-кишечный тракт, костная ткань).