БИОЛОГИЯ Том 3 - руководство по общей биологии - 2004
20. ЭКСКРЕЦИЯ И ОСМОРЕГУЛЯЦИЯ
20.8. Регуляция pH крови
Значение pH отражает концентрацию ионов водорода (протонов). У нейтральной среды pH равен 7,0, у кислотной — ниже, у основной (щелочной) — выше. Некоторые вещества, называемые буферами, способны поддерживать стабильный pH раствора при добавлении к нему некоторых количеств кислот или щелочей. В норме pH плазмы крови составляет 7,4. Диапазон колебаний этой величины должен быть крайне узок. Дело в том, что от концентрации протонов в среде зависит, например, пространственная структура белков, а, значит, и функционирование ферментов, которые в слишком кислой или щелочной для них среде не только утрачивают активность, но и денатурируются. Подобные изменения могут приводить к гибели организма.
В ходе обмена веществ в организме образуется больше кислот, чем оснований, поэтому поддержание гомеостаза требует обычно снижения кислотности среды. Один из «подкисляющих» организм процессов — выделение при клеточном дыхании диоксида углерода. В воде он дает слабую угольную кислоту — Н2СО3, диссоциирующую на протон (Н+) и гидрокарбонатный, или бикарбонатный (НСО3-) анион. Избыток протонов «забуферивается» гемоглобином по механизму, рассмотренному в разд. 14.8.3. Повышение уровня диоксида углерода в крови рефлекторно вызывает учащение легочной вентиляции, что позволяет вывести из организма его избыток. Этот механизм описан в разд. 9.5.5. Бикарбонатные анионы могут действовать как буфер, поскольку при высокой концентрации в растворе протонов связываются с ними, давая угольную кислоту.
Бикарбонатный и фосфатный буферы в крови не дают избытку протонов, образующихся в процессе обмена веществ, понижать pH крови. На этом основаны механизмы регуляции, действующие на уровне извитых канальцев и собирательных трубочек почек. Подобная регуляция осуществляется при отклонении pH плазмы от физиологической нормы 7,4 с помощью двух механизмов.
1. Если кровь слишком подкисляется, то протоны секретируются путем активного транспорта в просвет канальцев и собирательных трубочек и в результате удаляются из организма с мочой. Если источником протонов служит угольная кислота, то при этом образуется бикарбонат, который возвращается в кровь путем диффузии. При значительном повышении pH происходит обратное. В результате таких изменений pH мочи варьирует от 4,5 до 8,5. (Обратите внимание, что в среде с pH 4,5 протонов в 1000 раз больше, чем при pH 7,5, потому что pH рассчитывается как десятичный логарифм их концентрации.)
2. Снижение pH стимулирует также клетки почек к образованию иона NH4+, который, обладая основным характером, реагирует с поступающими в почки кислотами и выделяется в виде аммонийных солей.