Буферные системы. Ю. В. УРЫВАЕВ кандидат медицинских наук

Ю. В. УРЫВАЕВ, кандидат медицинских наук

Многие механизмы саморегуляции организма человека связаны с динамическим постоянством состава крови. Мы уже обсуждали это, говоря о терморегуляции, жажде, голоде. Теперь познакомимся с одной из главных характеристик гомеостаза—кислотно-щелочным равновесием крови.
Как и всякая жидкость, кровь содержит в определенных количествах свободные водородные (Н)—кислые и гидроксильные (ОН^—щелочные ионы, а кислотно-щелочное равновесие определяется водородным показателем—рН, характеризующим активную реакцию жидкой среды. Если Н-ионов больше, реакция будет кислой (а рН низким), если меньше—щелочной (рН высоким). Образец нейтральной реакции демонстрирует вода, рН которой равен 7,0.
Плазма крови взрослого здорового человека имеет слабощелочную реакцию (рН в пределах 7,35—7,4). Разброс показателя обусловлен тем, что венозная кровь, насыщенная главным образом кислыми продуктами обмена веществ клеток, в сравнении с артериальной имеет более низкий водородный показатель. В малом круге кровообращения, по которому артериальная кровь оттекает от легких (в них содержание углекислоты несколько ниже), водородный показатель немного выше.
В тканях организма диапазон колебаний может достигать более значительных величин. Самым кислым (рН до 1,5—1,8) оказывается содержимое желудка: железы желудка продуцируют соляную кислоту и, следовательно, много водородных ионов. Менее кислый—пот (рН-5,0), а желчь и кишечный сок имеют щелочную реакцию.
Следовательно, рН крови, обменивающейся своими компонентами со всеми органами и тканями,—это суммарный результат разнообразных процессов как в самой крови, так и во всех тканях организма. Перечень факторов, которые выводят константу из динамического равновесия, легко продолжить. В частности, рН крови мог бы меняться под влиянием компонентов всасывающейся пищи, то более кислой, то более щелочной: белковая пища, например, содержит больше кислых компонентов, а растительная—щелочных.
Однако именно водородный показатель оказывается едва ли не самым стойким в организме млекопитающих и человека. Как показали исследования, смещение рН крови всего лишь на 0,4 представляет серьезную угрозу жизни.
Дело в том, что каждый фермент, принимающий участие в обмене веществ, наиболее активен при строго определенном оптимуме содержания водородных ионов в жидкой среде. Например, пепсин желудочного сока идеально расщепляет белки пищи в среде с рН всего 2,0, тогда как для глициноксидазы—фермента клеток оптимальным является рН, равный 9,0. Поэтому удержание постоянства водородного показателя крови надежно обеспечивает наилучшие условия во всех тканях организма для деятельности ферментов и необходимого уровня обмена веществ.
Но каким образом организму удается поддерживать постоянство рН?
Это достигается благодаря существованию так называемых буферных систем. Эффект их работы можно продемонстрировать на таком примере. Если к одному литру дистиллированной воды добавить один миллилитр концентрированной соляной кислоты, то рН с 7,0 снизится до 2,0. А если то же количество кислоты влить в один литр плазмы крови, то рН с 7,4 снизится всего до 7,2!
Суть действия любых буферных систем, как это схематически показано на цветной вкладке художником А. Евсеевым, сводится к уменьшению количества свободных ионов за счет присоединения их к тому или иному буферу. В плазме крови эту роль выполняют в первую очередь белки, затем неорганические компоненты—соли фосфорной и угольной кислот. Среди твердых элементов крови первое место занимает пигмент эритроцитов—гемоглобин. Наконец, буферы есть и в самих клетках.
Напомним, что рН нормальной крови (на вкладке она красного цвета) равен 7,4. Если содержание водородных ионов (Н-ионов) в крови увеличивается, то кровь синеет, рН ее снижается до 7,0. И тут вступают в действие буферные системы. Они связывают избыток водородных ионов, образуя буферные комплексы. Перемещаясь с током крови по сосудам, они попадают в другие условия, например, в легкие, и там1-' разгружаются: за счет повышенного давления кислорода и сниженного давления углекислого газа Н-ионы вытесняются из венозной крови в выдыхаемый воздух, а освободившиеся буферные системы возвращаются в кровоток (весь этот процесс показан стрелками и отражен на графике рН-метрии в верхнем углу вкладки).
Благоприятные условия для разгрузки плазменных буферов создаются и в почках, где рН мочи достигает 4,5. Содержание Н-ионов в моче может превышать их концентрацию в плазме в 800 раз! Как образуется такой перепад? Либо за счет активной работы клеток эпителия почечных канальцев, перекачивающих Н-ионы из плазмы в мочу, либо за счет возврата гидроксильных ионов (ОН) из мочи в кровь в процессе обратного всасывания.
Так рН крови в силу по крайней мере двух последовательных процессов—загрузки буферных систем и последующей их разгрузки в легких и почках—остается неизменным. При необходимости вспомогательную роль в процессах саморегуляции кислотно-щелочного равновесия могут играть потовые железы, выбрасывающие кислые продукты, и кишечник, связывающий часть свободных Н-ионов.
Существуют и другие пути саморегуляции кислотно-щелочного равновесия. Скажем, физическая деятельность сопровождается усиленным производством в мышечной ткани кислых продуктов, прежде всего молочной кислоты. Но и в этом случае кровь не закисляется. Артериолы мышц тут же расширяются, приток крови по ним увеличивается, она доставляет новые порции буферных систем, и сдвиг рН предотвращается. Причем увеличению кровотока при необходимости может способствовать и расширение подходящих к мышце более крупных сосудов. Этот механизм универсален, он действует не только в мышцах, но и в других органах.
Все перечисленные звенья системы поддержания гомеостаза располагаются, условно говоря, на низших уровнях саморегуляции организма. Когда же они не срабатывают, когда сдвиги рН начинают подбираться к пределам, несовместимым с жизнью, в действие вступают высшие звенья. Получив сигналы от рецепторов сосудистого русла, дыхательный центр головного мозга, а также железы внутренней секреции повышают интенсивность «спасательных мер». Учащается и углубляется дыхание, усиливается потоотделение, активизируется деятельность эндокринной системы, в кровь выбрасываются гормоны, повышается активность ферментов, что споорбствует транспорту ионов через эпителий почечных'* канальцев.