Важнейшим показателем постоянства внутренней среды организма является рН крови, так как абсолютное большинство обменных реакций наиболее активно протекает только при определенных значениях рН. Кровь млекопитающих и человека имеет слабощелочную реакцию: рН артериальной крови составляет 7,35-7,48, венозной – на 0,02 ниже. Если возникает сдвиг рН в кислую сторону, это называется ацидоз, если в щелочную – алкалоз.
Несмотря на непрерывное поступление в кровь кислых и щелочных продуктов обмена, рН крови поддерживается на достаточно постоянном уровне (одна из важнейших констант гомеостазиса) – кислотно-щелочное равновесие (КЩР).
Главные пути поддержания рН на постоянном уровне:
- буферные системы жидкой внутренней среды (крови);
- выделение углекислого газа легкими;
- выделение кислых или удержание щелочных продуктов почками.
В крови существуют следующие буферные системы: бикарбонатная, фосфатная, белков плазмы крови, гемоглобиновая.
Бикарбонатная буферная система состоит из угольной кислоты, бикарбонатов натрия и калия. При поступлении в плазму крови более сильной кислоты, чем угольная, анионы сильной кислоты взаимодействуют с катионами натрия и образуют нейтральную соль. А ионы водорода соединяются с бикарбонатными анионами НСО3- , в результате чего образуется малодиссоциирующая угольная кислота. Под действием содержащейся в эритроцитах карбоангидразы угольная кислота распадается на СО2 и Н2О. Углекислый газ выделяется, и рН не меняется. Если же в кровь поступают щелочные соединения, они реагируют с угольной кислотой, образуя бикарбонаты и воду, а рН опять поддерживается на постоянном уровне. Эта система регуляции рН осуществляется за счет регуляции частоты дыхания и соответственно количества выделяемого СО2.
Фосфатная буферная система состоит из смеси однозамещенного и двузамещенного фосфата натрия. Первый слабо диссоциирует и обладает свойствами слабой кислоты, второй имеет свойства слабой щелочи. При поступлении в кровь кислоты или щелочи они взаимодействуют с одним из этих фосфатов, в результате рН крови не меняется.
Белки плазмы крови участвуют в регуляции рН благодаря присущим им свойством амфотерности: с кислотами они вступают в реакцию как основания, а с основаниями – как кислоты.
Гемоглобиновая буферная система составляет примерно 75% всех буферных систем крови. Гемоглобин в восстановленном виде является очень слабой кислотой, в окисленном – более сильной кислотой.
Обычно в организме кислых продуктов образуется больше, чем щелочных. Опасность сдвига рН в кислую сторону («закисления») предотвращается тем, что что запасы щелочных веществ в крови, представленные в основном щелочными солями слабых кислот, во много раз превышают запасы кислот. Поэтому эти соли рассматривают как «щелочной резерв крови». Щелочной резерв измеряют количеством СО2(мл), которое может быть связано 100 мл крови при напряжении СО2 в плазме, равном 40 мм рт.ст.