План:
?. Освіта і виділення кислот
1. Формування вугільної кислоти
2. Формування неугольних кислот
3. Способи підтримки концентрації Н + в нормальних межах
??. Іони водню і рH
1. Хімічні основи
2. Уявлення про рН та концентрації водню
???. Буферні властивості крові
1. Гідрокарбонатні буфер
2. Фосфатний буфер `
3. Білковий буфер
4. Гемоглобіновий буфер
5. Буферні підстави
lV. Механізми регулювання рH
1. Участь дихальної системи
2. Участь нирок
3. Ацидоз і алкалоз
4. Оцінка КЩР

I. Освіта і виділення кислот.
Будь-який організм утворює велику кількість кислот в 2ух формах: вугільної (летючої) і в нелетучих (фіксованого) кислотах.
РН рідин організму злегка лужна, підтримується на рівні 7,4. Більша частина іонів водню утворюється як кінцевий продукт метаболізму. Шляхи видалення кислот включають нирки, легені, шлунково-кишкового тракту.
Формування вугільної кислоти
Оскільки діоксид вуглецю (СО2) може утворюватися з Н2СО3 і, далі, СО2 може видалятися легкими, то Н2СО3 називається летючої кислотою.
А) На жаль, протон-донорно-акцепторні класифікація Бренстеда не допускає класифікацію СО2 як кислоти, але вуглекислий газ функціонує як єдина слабка кислота рідин організму.
Б) Велика частина СО2 витягується з окислювального метаболізму.
Формування неугольних кислот.
Набагато менше утворюється фіксованих кислот, кислот які називаються нелетких, тому що вони не можуть перетворюватися в СО2. Неугольние кислоти організм отримує з 3ех джерел: їжа, проміжний метаболізм і втрата бікарбонатів зі стільцем.
А) Продукти харчування. Багата білками дієта більше сприяє утворенню кислот, ніж лугів. Такі компоненти їжі, як глюкоза, тригліцериди, не є компонентами в організмі, але метабілізіруются в СО2, більшість якого гідратіруется у форму Н2СО3, яка дисоціюють на Н + і НСО3?. Рослинна їжа утворює надлишок лугів, які повинні бути виведені нирками.
Б) Проміжний метаболізм. Метаболізм речовин їжі схильний до закислению рідин організму. Деякі продукти володіють лужним дією. Наприклад, надходження великої кількості органічних кислот, що містяться у фруктах (лактат, цитрат, ізоцітрат), веде до защелачіванію рідин організму, тому що у процесі метаболізму ці органічні іони перетворюються на СО2 і Н2О. А цей процес веде до витрати Н +. Близько 40-60 ммоль органічних та неорганічних кислот, в утворенні яких бере участь СО2, утворюються щодня. Близько половини цих кислот нейтралізується підставами, які надходять з їжею, але
інші повинні нейтралізуватися буферними системами організму.
Метаболізм харчових компонентів - важливе джерело некарбонових кислот.
1. Лактат утворюється при анаеробному окисленні глюкози або глікогену. У разі фізичного навантаження і гіпоксії надмірне освіта молочних кислот призводить до тимчасового збільшення синтезу неорганічних кислот.
2. Ацетоацетат і? - Гидроксибутират утворюються при метаболізмі тригліцеридів. Це кетонові тіла, які утворюються з неорганічних кислот при голодуванні. Після їжі ацетоацетат і?-Гидроксибутират піддаються подальшому розщепленню до СО2 і Н2О.
3. Фосфорна кислота утворюється при метаболізмі фосфоліпідів і служить значним джерелом Н +.
4. Сірчані кислоти утворюються при розпаді білків, що містять такі амінокислоти, як цистеїн, метіонін-в яких є сульфідна група.
 5. Сечова кислота - продукт метаболізму нуклеотидів.
C) Втрата НСО3? зі стільцем.
Їжа містить органічні солі - аніони і катіони-які можуть перетворюватися в похідні неорганічних кислот і підстав. Органічні аніони, які піддаються в організмі метаболізму до НСО3?, Включають ацетат, цитрат і в присутності інсуліну-аніони кетокислот.
Травні процеси призводять до втрати 40-60ммоль лугів з виділеннями, що рівнозначно збільшенню нелетучих кислот в організмі.

Способи підтримки концентрації Н + в нормальних межах
1. Комбінація Н + з хімічними буферами НСО3?, Протеїни, фосфати і гемоглобін.
2. Виділення СО2 з легеневою вентиляцією.
3.Екскреція Н + нирками.
II. Іони водню і рН.

Хімічні основи
Н + - це протон, тобто атом водню без свого орбітального електрона; Н + у водному розчині присутній як гідроксид-іон або Н3О +. Приєднання і віддача Н + лежить в основі кислотно-лужний хімії. На сьогоднішній день прийнята теорія кислотно-лужного відносини Бренстеда.
Кислоти - речовини, які в розчинах віддають іони водню, тобто є донорами Н +. (NH4 + - Н + + NH3).
Підстави - речовини, які беруть іон водню, тобто є акцепторами Н +. (ОН? + Н + - Н2О).
Реакція дисоціації:
НА Н + + А?
 При протіканні цієї реакції в прямому напрямку НА являє собою кислоту. Коли ця реакція здійснюється у зворотному напрямку аніон А? є підставою (ОН? зв'язує іони водню). А? називають сполученим підставою. Між реакціями дисоціації і асоціації існує рівновага, що підкоряється закону дії мас. У разі сильних кислот, наприклад, HCl, рівновага в реакції HCl-Н + + Cl? Значно зміщений вправо. Якщо ж НА являє собою слабку кислоту, то дисоціація відбувається не повністю, ступінь її залежить від константи рівноваги.

? =

рис.1 Залежність ступеня дисоціації від рН. рК '- негативний логарифм константи рівноваги К'.
 Предcтавленіе про рН і [Н +]
1. Концентрація Н + виражається 2ма методами: прямо через [H +] або через рН. Відношення між [Н +] і рН може бути виражено як:
РН = lg
РН = - lg [H +]
[H +] = 10-рН
Найважливіші буферні кислоти при фізіологічних концентраціях організму представлені в табл.1

Донори Н + (зв'язані кислоти) Протон акцептори Н + (зв'язані підстави)
Н2СО3? Н + + НСО3?
Н2РО4? Н + + НРО4?
Н * білок? Н + + Кон.белок
ННbO2? Н + + HbO2
ННb? Н + + Hb?
 Парні кислоти можуть бути як аніонами, так і катітонамі, пов'язані підстави зазвичай аніони; НСО3? - Поєднане підставу здатне стати і кислотою
2. РН.
Кислотність або основность розчину залежить від вмісту в ньому вільних іонів водню. За визначенням рН являє собою негативний десятковий логарифм молярної концентрації іонів Н +. РН-це неісчісляемая величина і не може трактуватися так: її не можна представити в концентраційних одиницях або як "концентрація рН". Реально це величина, зворотній концентрапціі, логарифм якої представляє рН як відношення обсягу до еквівалента, тобто це логарифмічні вираз обсягу, що містить 1екв Н +.
У людської плазми з рН = 7,4 (тобто [H +] = 40 • 10 моль (екв/л). Цей обсяг дорівнює 25 млн. літрів.
Оскільки рН - логарифмічні вираз [H +], що дозволяє графічно виразити широкий ряд значень [H +]. Дуже важливо зазначити, що рН і [H +] знаходяться в обернено пропорційних відносинах. Іншою перевагою концепції рН є те, що коли відома рК буфера, відразу ж можна визначити межі рН для цього буфера
Недоліком системи рН є те, що приходиться використовувати логарифми для визначення [H +]. Наприклад, неможливо відразу визначити, що зменшення рН з 7,4 до 7,6 означає подвоєння [H +] с 40 нмоль/л до 80 нмоль/л.
1. Вимірювання рН.
Для більш точного і безперервного вимірювання рН широко застосовується електрометричні реєстрація (прилад рН-метр) за допомогою скляного електрода. Такий електрод звичайно має кулястої розширений кінець зі спеціального скла, що пропускає іони Н +. Всередині електрод заповнений буферним розчином. При зануренні в розчин по дві сторони скляної мембрани створюється різниця потенціалів, величина якої у відповідності з рівнянням Нернста:

Еion =
Залежить від рН досліджуваного розчину. Ця різниця потенціалів фіксується за допомогою неполярізующегося електрода. В даний час в рН-метрах використовують прості в обігу датчики, в яких вимірювальний електрод і електрод порівняння укладені на шкалу або електронне табло. Перед початком вимірювання прилад повинен бути відкалібрований за допомогою стандартних буферних розчинів.
2. Сталість рН артеріальної крові.
РН артеріальної крові людини (при 37 ° С) коливається від 7,37 до 7,43, складаючи в середньому 7,4. Необхідно уточнити, що ці значення характерні для плазми крові (скляний електрод, занурений в кров, стикається саме з плазмою). У ерітротроцітах величину рН виміряти важко. Як було встановлено, всередині еритроцита вона складає приблизно 7,2-7,3, тобто відрізняється від рН плазми. Як правило, термін "рН крові" відноситься до рН плазми.
Характерна для крові людини слаболужна реакція підтримується в дуже вузьких межах, незважаючи на постійно змінюється надходження у кров кислих продуктів метаболізму. Така сталість кислих продуктів надзвичайно важливо для правильного протікання обмінних процесів в клітинах, тому що діяльність всіх ферментів, що беруть участь у метаболізмі залежить від рН. При патологічних зрушення рН крові активність різних ферментів змінюється різною мірою, і в результаті точне взаємодія між реакціями обміну може порушитися. У регуляції КЩР бере участь кілька механізмів, до них належать буферні властивості крові, газообмін в легенях і видільної функції нирок.
???. Буферні властивості крові

Гідрокарбонатні буфер.
У крові існує цілий ряд буферних систем. Розглянемо гідрокарбонатно систему. Вона складається з відносно слабкою вугільної кислоти, що утворює при гідратації СО2 сполученого підстави - гідрокарбонату
СО2 + Н2О - Н2СО3 - Н + + НСО3?
Рівняння Гендерсона-Гассельбаха для цієї реакції має вигляд:
РН = рК '+ lg
При іонної силі плазми рК 'становить 6,1. Здавалося б, за такого розходження між рК 'і рН крові (7,4) ємність гідрокарбонатно буфера повинна бути невелика. Однак, насправді, гідрокарбонатна система відіграє велику роль у створенні загальної буферної ємності крові, тому що буферний ефект цієї системи істотно збільшується завдяки її тісному зв'язку з диханням. Механізми, направлені на підтримку напруги СО2 в артеріальній крові сприяють створенню високої концентрації НСО3? в плазмі. Підтримуючи напруження СО2 в крові, дихальна система забезпечує високий вміст буферних з'єднань.
Фосфатний буфер
Фосфатна буферна система утворена неорганічними фосфатами в крові. Складається з слабкої кислоти Н2РО4? сполученого підстави НРО2?. В основі її дії лежить КЩР:
Н2РО4? - Н + + НРО4?. Ця буферна система здатна чинити опір зміні рН в інтервалі 6,2 - 8,2, тобто забезпечує значну частку буферної ємності крові. рК 'фосфатного буфера (6,8). порівняно близька до рН крові, проте, ємність даного буфера невелика у зв'язку з низьким вмістом фосфату в крові.
Білковий буфер
Особливого значення гемоглобіновой буферної системи полягає в тому, що кислотність гемоглобіну залежить від ступеня його оксигенації. Ця залежність відображена на рис.2

На цьому малюнку приведені буферні криві недіффундірующіх буферних систем еритроцитів, червона крива відповідає оксигенований, а чорна - дезоксігенірованному станом гемоглобіну. Видно, що при нормальних межах рН оксигемоглобіну є сильнішою кислотою, ніж дезоксігемоглобін. Така різниця обумовлена впливом О2, пов'язаного з Fe, на спорідненість найближчих імідазольного груп гістидину до Н +. Завдяки цьому гемоглобін, звільняючись в тканинах від О2, набуває велику здатність до зв'язування іонів Н +, а в венозної крові в результаті виділення СО2 тканинами відбувається накопичення у крові цих іонів. Під час поглинання О2 в легенях відбуваються зворотні процеси. Т.ч. обмін О2 підсилює буферний ефект гемоглобіну
Буферні підстави
Буферні властивості крові зумовлені аніонами всіх слабких кислот, найважливішими з них є гідрокарбонати і аніонні групи білків. Всі ці аніони, разом узяті, називаються буферними підставами. На рис.3 приведені концентрації різних іонів у плазмі, еритроцитах та цільної крові.

Висота різних стовпчиків пропорційна змісту іонів. З малюнка видно, що в плазмі бо'льшая частина буферних підстав приходиться на частку іонів НСО3?, А в еритроцитах на частку аніонних груп білків.
Зміст ВВ (буферних основ) в артеріальній крові становить приблизно 48 ммоль/л. Дуже важливо, що ця величина не змінюється при змінах напруги СО2. Так, якщо останнє зростає, утворюються еквівалентні кількості Н + і НСО3?. Іони Н + майже повністю зв'язуються протеінатамі, що переходять при цьому в недіссоціірованную форму. В результаті зміст протеінатов знижується настільки, наскільки збільшується концентрація гідрокарбонатів. Оскільки загальна кількість буферних основ крові не залежить від Р (СО2); за величиною ВВ можна судити про ті зрушення КЩР, пов'язаних із збільшенням або зменшенням вмісту кислот в крові.
 IV. Механізми регуляції рН

Участь дихальної системи

Одна з функцій дихальної системи полягає у видаленні СО2 - кінцевого продукту метаболізму, що утворюється у великих кількостях. У стані спокою організм виділяє 230 мл СО2/мін, або близько 15 тис. ммоль на добу. У той же час при видаленні з крові "летючого" ангідриду вугільної кислоти в ній зникає приблизно еквівалентне число іонів Н +. Т.ч. дихання відіграє надзвичайно важливу роль у підтримці КЩР.
Участь нирок
Крім легких у регуляції КЩР беруть участь також нирки. Їх функція полягає у видаленні нелетучих кислот, головним чином сірчаної кислоти. Нирки повинні видаляти на добу 40-60 ммоль іонів Н +, які накопичуються за рахунок утворення нелетучих кислот. Якщо зміст таких кислот зростає, то при нормальному функціонуванні нирок виділення Н + з сечею може значно збільшуватися. У результаті рН крові зростає до нормального рівня. Навпаки, при підвищенні рН виведення нирками Н + зменшується, що також сприяє підтримці КЩР.
Ацидоз і алкалоз
При ряді патологічних станів у крові накопичуються такі великі кількості кислот або основ, що описані вище регуляторні системи (буферні системи крові, дихальна та видільна системи) вже не можуть підтримувати рН на постійному рівні. Залежно від того, в який бік змінюється реакція крові, розрізняють 2 типи порушень КЩР. Зниження рН крові в порівнянні з нормальним рівнем (рН <7,37) називається ацидозом, а підвищення (рН> 7,43) - алкалозом. Кожен з цих двох типів поділяється ще на кілька різновидів залежно від причини зсуву рН. Такі зрушення можуть виникати при змінах вентиляції легенів (ураження легень можуть супроводжуватися збільшенням напруги СО2 в крові, і гіпервентиляції призводять до зниження цієї напруги. Подібні стани називають дихальних (респіраторних) ацидозом або алкалозом.
Дихальний ацидоз
 Характеризується підвищенням парціального тиску СО2 і концентрації вуглекислоти в крові, а також компенсаторним підйомом гідрокарбонатів найчастіше спостерігається:
1. при пневмонії
2. при недостатності кровообігу з застоєм в малому колі кровообігу
3. під впливом препаратів, що пригнічують дихальний центр (морфій і його похідні).
4. При загальному наркозі
Дихальний алкалоз
Розвивається, коли внаслідок альвеолярної гіпервентиляції виникає гипокапния - Р (СО2) 36 мм рт. ст. Незважаючи на те, що зміст гідрокарбонату дещо падає внаслідок врівноваження між СО2 та Н2СО3, ставлення [НСО3] до [? · Р (СО2)] підвищується, а тому підвищується і рН
При стійкої гипокапнию клітини ниркових канальців виводять додаткову кількість гідрокарбонату, відновлюючи нормальне ставлення [НСО3] до [? · Р (СО2)]. Відновлення рН може бути майже повним і цей процес називають компенсованим дихальним алкалозом.
 При порушеннях обміну речовин в крові можуть накопичуватися нелетучих кислоти, навпаки, надходження в кров підстав або втрата НСl можуть супроводжуватися зменшенням змісту цих кислот. Такі стани називають метаболічним ацидозом або алкалозом легенів. Метаболічний алкалоз з первинним підвищенням концентрації гідрокарбонатів зустрічається при:
1. Надлишковим і безконтрольному введення лужних розчинів
2. Наполегливої блювоті
3. Дефіцит калію в організмі
4. Природженому алкалоз з гіпокаліємією
Метаболічний ацидоз, що характеризується зменшенням концентрації НСО3? в плазмі, спостерігається при таких захворюваннях і станах:
1. У дітей період?? новонародженості
2. Токсичні стану на грунті ЖКЗ у дітей раннього віку.
3. Голодування
4. Після тривалого введення хлориду амонію або хлориду кальцію.
5. Діабетична кома
6. Ниркова гломерулярний недостатність.
 Оскільки рН крові може змінюватися також при ураженнях нирок, зсуви КЩР, обумовлені нирковими або обмінними порушеннями об'єднують під назвою нереспіраторний ацидоз або алкалоз.
Оцінка КЩР
Оцінка КЩР крові має велике значення в клініці. Для такої оцінки необхідно виміряти ряд показників, які дозволяють виявити у хворого ацидоз або алкалоз і судити про те, чи є він респіраторним або нереспіраторним. Висновок про стан КЩР дозволяє вибрати правильне лікування. Необхідно виміряти наступні показники артеріальної крові:
1. РН.
За величиною рН можна судити про те, чи є вміст іонів Н в крові нормальним (рН 7,37-7,43) або зрушено в ту або іншу сторону. У той же час нормальне значення рН ще не дозволяє з упевненістю говорити про відсутність порушення КЩР, тому що в цьому випадку не можна виключити компенсований ацидоз, або алкалоз.
2. Парціальний тиск вуглекислого газу.
 Підвищення або зниження напруги СО2 в порівнянні з його нормальним рівнем (35-45 мм рт. Ст.) Служить ознакою респіраторного порушення КЩР.
3.Ізбиток підстав (base excess, ВЕ).
 За величиною ВЕ можна зробити висновок про наявність нереспіраторного порушення КЩР. Зміни цієї величини (норма від-2, 5 до 2,5 ммоль/л) безпосередньо відображають зниження або збільшення вмісту нелетучих кислот у крові.
4.Стандартний бікарбонат.
 Як показник нереспіраторного порушення КЩР іноді використовують так званий "стандартний бікарбонат". Це величина відповідає змісту бікарбонату у плазмі крові, повністю насиченою з газовою сумішшю. У нормі "стандартний бікарбонат" дорівнює 24 ммоль/л. Цей показник не відображає буферний ефект білків, тому він порівняно малоінформатівен.

 У табл.2 наведено відомості первинних і вторинних вимірювань трьох основних параметрів, за сукупністю яких можна зробити остаточний висновок про стан КЩР:

РН ВЕ Р (СО2)
Нереспіраторний ацидоз? ? ?
Нереспіраторний алкалоз? ? ?
Респіраторний ацидоз? ? ?
Респіраторний алкалоз? ? ?

Зміни основних параметрів КЩР при його порушення. Подвійні стрілки-напрямку первинних зрушень, тонкі стрілки-напрямку вторинних компенсаторних зрушень.
Показники кислотно-основного стану організму у здорових людей представлені в табл.3

Методи оцінки КЩР.

Одним з методів оцінки КЩР є метод Аструп, при якому одночасно з показниками цієї рівноваги в крові визначають напругу СО2. Проба крові ділиться на три частини. В одній порції змінюється актуальний рН, дві інші врівноважується протягом з-х хвилин сумішами О2 і СО2 відомого складу: в одній суміші Р. (СО2) вище 40 мм рт. ст., а в іншій нижче. У досліджуваному зразку крові одержують значення рН: при істинному, високому і низькому значеннях Р (СО2).

На номограми Сіггор-Андерсена відкладають 2 точки: А і В з координатами рН1 і р (СО2) 1 (при нестачі СО2) і рН2 р (СО2) 2 (при надлишку). Їх з'єднують прямою. З точки на осі абсцис, що відповідає актуальному значенням рН, відновлюють перпендикуляр до перетину з прямою АВ, отримують т. F. Перпендикуляр з т. F на ординаті відповідає величині актуального р (СО2) крові.
Точки перетину прямої АВ і її продовжень з графіками SB, ВВ і ВЕ (точки Е, Д і С) відповідають значенням цих показників КЩР в досліджуваному зразку крові.
Останнім часом з'явилася можливість безпосередньо вимірювати напругу СО2 в невеликому обсязі крові за допомогою полярографічних електродів. Бо, маючи значення Р (СО2) і рН, можна визначити ВЕ, при цьому способі не потрібно врівноважувати кров з газовою сумішшю.

Список літератури
1. Майкл А. Грип. Патофізіологія легенів.
2. Р. Шмідт, Г. Тевс. Фізіологія людини.
3. Єршов Ю. В. Загальна хімія. Біофізична хімія. Хімія біогенних елементів.
4. Джон Булок. Фізіологія людини
5. Е. А. Бородін. Біохімічний діагноз.