Оскільки рН крові є одним із важливих гомеостатичних показників, його підтримка на сталому рівні забезпечується багатьма органами і системами організму.
Першою „ланкою захисту" сталого рН є буферні системи крові. Кожна буферна система складається з двох сполук - слабкої кислоти і спряженої з нею сильної основи. У процесі метаболізму кислих продуктів утворюється більше, ніж лужних, тобто загроза ацидозу в організмі більша. Тому в буферній парі кислота - основа ємність лугів більша і буферні системи більш стійкі до дїї кислот. Так, для зсуву рН у лужний бік до плазми крові потрібно додати у 40 - 70 разів більше NaOH, ніж до води, а для зсуву рН в кислий бік у 300 - 350 разів більша НСL.
У крові існує 4 буферні системи:
Гідрокарбонатна.
Фосфатна.
Гемоглобінова.
Білкова.
Гідрокарбонатна буферна система складається з вугільної кислоти - Н2СО3 і гідрокарбонату натрію - NaHCO3 у співвідношенні 1 : 20. Принцип її функціонування полягає в такому: при надходженні в кров кислоти (наприклад, молочної, С3Н6Оз), яка є більш сильною, ніж вугільна, лужний резерв забезпечує обмін іонами з утворенням вугільної кислоти, яка дисоціює на вуглекислий газ і воду:
Особливо активно цей процес відбувається в легенях, де СО2 одразу вивільнюється з організму, що, у свою чергу, забезпечує підтримку рН на сталому рівні і запобігає ацидозу.
У випадку вивільнення в кров лужних продуктів кислотний резерв забезпечує обмін іонами з утворенням бікарбонату і води:
RHCO3 іде на поповнення буфера або вивільнюється через нирки. Зв'язування НСО3? призводить до дефіциту СО2 і вивільнення його через легені зменшується.
Таким чином, гідрокарбонатний буфер є найбільш мобільним, досить потужним ( ємність 13%), тісно пов'язаний з дихальною системою.
Фосфатна буферна система складається з кислої натрієвої солі фосфорної кислоти (NaH2PO4) і основної (Nа2НРО4) у співвідношенні 1 : 4. Вона функціонує за тим самим принципом, що й гідрокарбонатний буфер. У зв'язку з невеликим вмістом у крові фосфатів ємність цієї системи низька (5% загальної ємності).
Гемоглобінобий буфер представлений відновленим гемоглобіном (ННЬ) і калієвою сіллю окисненого гемоглобіну (КНЬО2).
У капілярах тканин у зв'язку з накопиченням кислих метаболітів виникає загроза закиснення крові, і гемоглобін поводить себе як луг:
КНbO2 ? O2 + КHb (реакція дезоксигенації).
Гемоглобін, звільнений від кисню, має більшу здатність до приєднання протонів Н+:
KHb + HR? ? HHb + KR?;
HHb + CO2 ? HHbCO2;
ННbCО2 транспортується в легені;
HHbCO2 ? CO2 + HHb.
У легенях внаслідок вивільнення СО2 виникає загроза улужнення крові, і гемоглобін поводить себе як кислота.
HHb: 1) джерело протонів: HHb ? H+ +Hb? ;
2) сприяє утворенню Н2СО3, яка також дисоціює з утворенням протонів:
Білкова буферна система представлена білками, які в кислому середовищу поводять себе як луги, зв'язуючи кислоти, у лужному, навпаки, реагують як кислоти, зв'язуючи луги. Амфотерність білків визначається амінокислотами, особливо карбоксильними групами і аміногрупами:
Ємність цієї буферної системи становить 7%.
Буферні системи є не тільки в крові, а й у тканинах, де вони зберігають рН на сталому рівні. Основними буферами тканин є білковий і фосфатний буфери.
Слід відзначити, що буферні системи лише викликають зменшення вираженості зсуву рН, але не запобігають повністю його змінам. Тому для ефективної підтримки кислотно-основної рівноваги до них приєднуються інші органи і системи. Для швидкої компенсації рН вмикаються легені за рахунок їх здатності регулювати кількість виділеної вуглекислоти. Компенсаторні реакції нирок у вигляді пригнічення реабсорбції гідрокарбонату, процесів ацидогенезу і амоніогенезу розвиваються поступово через 6-12 годин або навіть днів. У підтримці сталого рН беруть участь й інші органи. Так, потові залози здатні виділяти деякі недоокиснені продукти обміну (молочну кислоту), печінка використовує молочну кислоту крові для біосинтезу глікогену, серце використовує молочну кислоту як окислювальний субстрат.
Показники кислотно - основного стану крові
рН = 7,36-7,4.
Парціальна напруга СО2 артеріальної крові (рСО2) = 35 - 45 мм рт.ст.
Актуальний бікарбонат крові (лужний резерв крові) - істинна концентрація бікарбонатного іона НСО3- при фактичному стані артеріальної крові у кровоносному руслі.
АВ = 22 - 25 ммоль/л.
Стандартний бікарбонат крові (SB) - концентрація бікарбонатного іона НСОз- при повному насиченні гемоглобіну киснем (відображає зсув рН, не пов'язаний із диханням).
У нормі SB = АВ .
Буферні основи (ВВ) - загальна сума концентрації всіх іонів крові, які мають буферні властивості при повному насиченні крові киснем.
ВВ = 40 - 48 ммоль/л.
Особливістю цього показника є те, що його величина майже не залежить від змін рСО2 , це дозволяє оцінити стан кислотно-лужної рівноваги організму незалежно від стану респіраторних і нереспіраторних (метаболічних) функцій.
Надлишок буферних основ (ВЕ) - різниця між кількістю буферних основ у піддослідного і стандартними величинами.