Кислотно-щелочной баланс и регуляция pH

Концентрация ионов водорода в жидкостях организма поддерживается в удивительно узком диапазоне, поскольку от неё зависит активность белков и ферментов. Кислотно-щелочной баланс — это скоординированная работа химических буферов, лёгких и почек: буферы мгновенно поглощают ионы водорода, лёгкие регулируют уровень углекислого газа в течение нескольких минут, а почки обеспечивают более медленный, но окончательный контроль, регулируя бикарбонат и выводя кислоту.

Definition

Кислотно-щелочной баланс — это регуляция концентрации ионов водорода в жидкостях организма в узком физиологическом диапазоне посредством буферизации, респираторного контроля углекислого газа и почечного контроля бикарбоната и экскреции кислоты.

Scope

Тема охватывает химию бикарбонатной буферной системы, вклад дыхательной и почечной систем в контроль pH, а также почечные механизмы реабсорбции бикарбоната, экскреции титруемой кислоты и образования аммония. Отмечается взаимосвязь между кислотно-щелочным балансом и обменом калия. Это физиологический справочник, который не предоставляет диагностических критериев или методов лечения кислотно-щелочных нарушений.

Core questions

• Почему концентрация ионов водорода должна строго регулироваться?
• Чем отличаются буферы, лёгкие и почки по скорости и мощности действия?
• Как почки реабсорбируют отфильтрованный бикарбонат и генерируют новый бикарбонат?
• Почему выведение аммония является центральным для чистой элиминации кислоты?

Key concepts

• Бикарбонатная буферная система
• Уравнение Гендерсона-Хассельбаха
• Дыхательный контроль углекислого газа
• Почечная реабсорбция бикарбоната
• Экскреция титруемой кислоты
• Аммониогенез и экскреция аммония
• Взаимосвязь кислотно-щелочного баланса и обмена калия

Mechanisms

Пара бикарбонат-углекислый газ является доминирующим внеклеточным буфером, и лёгкие регулируют углекислотную часть этой системы, изменяя вентиляцию в течение нескольких минут. Почки обеспечивают окончательный контроль в течение часов или дней: проксимальный каналец реабсорбирует почти весь отфильтрованный бикарбонат, в то время как дистальный отдел нефрона секретирует ионы водорода для регенерации бикарбоната, израсходованного при буферизации метаболических кислот. Выводимая кислота переносится в основном в виде титруемой кислоты (буферизуемой фосфатом) и в виде аммония, последний образуется из глутамина в проксимальном канальце и является количественно основным путём выведения ежедневной кислотной нагрузки. Поскольку секреция водорода и калия взаимодействует в дистальном отделе нефрона, изменения кислотно-щелочного состояния изменяют распределение и выведение калия, а нарушения калиевого обмена влияют на почечный кислотный обмен. Система также зависит от молекулярных кислотно-щелочных сенсоров, которые связывают pH с клеточными и транспортными реакциями.

Clinical relevance

Интерпретация кислотно-щелочного состояния является рутинной частью обследования тяжелобольных пациентов и пациентов с метаболическими нарушениями, и она непосредственно основывается на физиологии буферизации и почечной и дыхательной компенсации, описанных здесь. Эта статья является описательной физиологией и не является основой для диагностики или лечения кислотно-щелочных нарушений у отдельных лиц.

Evidence & guidelines

Данное описание суммировано из интегративных обзоров почечного кислотно-щелочного гомеостаза, кислотно-щелочного сенсинга и связи между кислотно-щелочным и калиевым балансом, дополненных стандартным учебником по физиологии. Как базовая физиология, оно не принимает клинических рекомендаций.

History

Количественное описание бикарбонатного буфера основано на работе Хендерсона начала XX века и логарифмической переформулировке Хассельбаха, а почечные механизмы выведения кислоты были выяснены в середине XX века. Этот исторический очерк отражает стандартные учебниковые описания, а не первичные источники, проверенные здесь.

Key figures

• Lawrence Henderson
• Karl Hasselbalch
• Robert Pitts

Seminal works

• hamm-2015
• levin-2015

Frequently asked questions

Какой орган обеспечивает быстрый, а какой окончательный контроль pH?

Химические буферы действуют мгновенно, а лёгкие регулируют углекислый газ в течение нескольких минут для быстрого контроля, в то время как почки, регулируя бикарбонат и выводя кислоту в течение часов или дней, обеспечивают более медленный, но окончательный контроль.

Почему аммоний важен для выведения кислоты?

Аммоний, образующийся из глутамина в почках, выводит большую часть ежедневной кислотной нагрузки с мочой и позволяет регенерировать бикарбонат, что делает его количественно основным путём чистой элиминации кислоты.