Киселинно-алкален баланс - FETeV

Регулирането на стойността на pH в извънклетъчното пространство (извън клетката) се регулира от различни буферни системи. Това е много важно, тъй като рН трябва да се поддържа в тесни граници, а именно между 7,36-7,44. Ако стойностите са под тази граница, се говори за ацидоза или ацидоза. Това може да причини сериозни здравословни проблеми на организма. Решаващият критерий е нивото на киселинната концентрация в сравнение с дела на основите. Като параметър се използва съотношението на въглероден диоксид (CO2) към бикарбонат (HCO3-) в кръвния поток.

Въглеродният диоксид е отчасти под формата на въглеродна киселина в резултат на реакцията с телесната вода. Това може да освободи нейните водородни йони, което го отличава като киселина. Бикарбонатът е способен да абсорбира водорода и поради това се нарича основа. Концентрациите на киселини и основи се регулират от различни буферни системи, така че при физиологични условия дисбалансите в киселинно-алкалното съотношение незабавно се балансират.

Значение на буферните системи

Буферните разтвори са течности, които почти не променят стойността си на pH въпреки добавянето на киселини или основи. Те се състоят от буферни киселини, които освобождават протони (H +) и буферни основи, които могат да поемат протоните. Буферните системи са от решаващо значение за организма, тъй като ензимите са pH-зависими и много метаболитни процеси протичат само в тесен диапазон на pH.

Буферът с въглеродна киселина и бикарбонат е най-важната буферна система в човешкото тяло. Състои се от въглеродна киселина (H2CO3) като буферна киселина и бикарбонат (HCO3-) като буферна основа. Регулирането се осъществява чрез издишване на буферната киселина под формата на CO2 или чрез бъбречно отделяне на буферната основа HCO 3-.

Ацидоза (ацидоза): Основният бикарбонат абсорбира протони (H +) от околната среда и сам се превръща в въглеродна киселина. Това се разпада на вода и въглероден диоксид, който се издишва. Ако сте прекалено кисели, ще дишате по-интензивно, за да отстраните повече въглероден диоксид от тялото. В по-малка степен протоните могат да се отделят и през бъбреците.

Основна среда (алкалоза): въглеродната киселина освобождава протон към основните хидридни йони (OH-), които реагират, образувайки вода. Това превръща въглената киселина в бикарбонат, който се екскретира в по-голяма степен чрез бъбреците. По-бавното дишане също може да задържа въглеродния диоксид в тялото.

Регулация в кръвта

След като CO2 се освободи от тъканта в кръвта, той се абсорбира главно от еритроцитите (червените кръвни клетки) и там чрез реакция с вода за образуване на въглеродна киселина (H2CO3). Въглеродната киселина може да освободи своите водородни йони (H +), което я отличава като киселина. Това освобождаване на Н + води до образуването на бикарбонат, който след това напуска кръвните клетки и пътува с кръвния поток към белите дробове.

HCO3- е в състояние да поеме водороден йон и поради това се нарича основа. Този процес е необходим за издишване на въглероден диоксид през белите дробове. Свободният бикарбонат се поема отново в еритроцитите и там отново чрез образуването на въглеродна киселина до въглероден диоксид, който след това се издишва.

По време на транспортирането до белите дробове малка част от въглеродния диоксид остава в еритроцитите, по-точно свързан с хемоглобина. Останалите молекули въглероден диоксид се освобождават в разтворена форма до местоназначението си.

Тъй като се образува свързването с хемоглобина и превръщането в HCO3 протони, в кръвта е необходима и буферна система, за да се предотврати падането на стойността на pH. Хемоглобинът играе основна роля в това. Освобождаването на кислород в тъканта създава дезоксихемоглобин, който лесно абсорбира излишните водородни йони. В белите дробове хемоглобинът е свързан с кислород, в резултат на което се отделят водородни йони. Това е практично, тъй като тук са необходими водородни йони за образуването на въглероден диоксид и вода. Бикарбонатът, албумините и фосфатът са други буфери в кръвта.

Регулация в органите

За да се разбере как могат да възникнат различните форми на ацидоза, е необходимо да се обяснят отделните регулаторни механизми на киселинно-алкалния баланс в органите.

Бели дробове

Белите дробове представляват решаваща регулаторна система за киселинно-алкалния баланс и се считат за отворена буферна система, която отделя най-голямото количество киселина чрез дишане. Въглеродният диоксид се произвежда в големи количества, когато хранителните вещества се метаболизират. Поради високата разтворимост на липидите, от една страна, и високия градиент на концентрация, от друга страна, бързото отделяне на CO2 във външния въздух се насърчава, докато не съответства на вътреклетъчното производство на CO2. Това означава, че необходимото съотношение на H2CO3 към HCO3- се поддържа и стойността на рН е стабилна.

Бъбреци

Двете най-важни функции на бъбреците са реабсорбция и производство на бикарбонат и екскреция на протон. Образуването на бикарбонат става чрез комбинацията от въглероден диоксид и вода. На първо място се получава въглеродна киселина и чрез отделяне на протон се получава бикарбонат, който се реабсорбира. Протонът се екскретира с урината посредством буферни йони (NH3, HPO42-). От друга страна, бикарбонатът, който вече се е образувал, може да абсорбира протон чрез образуването на въглеродна киселина и да го транспортира до бъбреците, където Н + или се освобождава отново и се свързва с други йони, или остава върху бикарбоната и се екскретира по този начин. Реабсорбцията на бикарбонат се улеснява от различни механизми:

Наличие на хормона ангиотензин II
повишена концентрация на CO2 в кръвта
концентрацията на бикарбонат в урината и нейната скорост на потока.

След абсорбиране в тубула, HCO3- се освобождава в кръвта в замяна на Cl-. Екскрецията на H + - с урината се извършва активно чрез Na/K-ATPases. АТФазите се стимулират директно от ангиотензин. Но има и механизъм за непряко регулиране, който гарантира, че повече Н + се дифузира в лумена чрез промяна на мембранния потенциал.

Така че стойността на рН на урината не спада изключително много, протоните веднага се свързват с буферни йони като водородните фосфати. Ако определен брой водородни фосфати вече е наситен с протони, се активира резервен механизъм: амониева екскреция. За тази цел аминокиселината глутамин, присъстваща в организма, се дезаминира до глутамат, който отделя амоняк и се превръща в амониев йон (NH4 +) с протон. Тази реакция изисква ADP, който се предоставя от Na/K-ATPase, натрият се транспортира от тръбната клетка в извънклетъчното пространство и калият навлиза в клетката, като по този начин освобождава ADP. От това следва: Колкото повече се освобождава NH4 +, толкова повече Na + се реабсорбира от ATP-азата. Тъй като амониевите йони са киселинни, те се екскретират с урината веднага щом се наситят с дихидроген фосфати и разкисляването с водороден фосфат вече не е възможно. Следователно излишъкът от NH4 + може да показва системна ацидоза.

черен дроб

Този орган произвежда киселини и основи, но може и да ги преобразува. Това прави черния дроб най-важният регулатор на киселинно-алкалния баланс. Тук са обяснени някои важни процеси:

Синтез на протеини

Албуминът се произвежда най-много и е важен киселинен буфер, който свързва въглеродния диоксид и протоните веднага щом има излишък от тези вещества. Самият протеин е леко кисел.

Окисление на субстрата

Окисляването на субстрата изисква 1/5 от общата дневна потребност от кислород за производството на CO 2. При здрави хора въглехидратите и мазнините се разграждат напълно до CO2. Въпреки това, заболяване на черния дроб, което влияе по този начин на разграждането по определен начин, може да причини метаболитна ацидоза (вж. Метаболитна ацидоза.) В зависимост от техните характеристики, аминокиселините или карат тъканите да се подкисляват, какъвто е случаят с основните аминокиселини като аргинин, лизин и хистидин или алкализиране, например чрез разграждане на глутаминова киселина и аспарагинова киселина. Тъй като тук обикновено се произвеждат повече киселини, отколкото основи, това води до ежедневното съдържание на вещества, които трябва да бъдат елиминирани.

Амониев метаболизъм

Тъй като излишните аминокиселини не могат да се съхраняват, те трябва да се преобразуват, разграждат или отделят. В процеса се образува амониевият йон, който се извежда главно от тялото чрез урейния цикъл, но в малки количества и чрез глутаматния цикъл. (Аминокиселините се разграждат до алфа-кето киселини, като в същото време алфа-кетоглутаратът се превръща в глутамат чрез прехвърляне на аминогрупата, която се отделя при първата реакция.) Тъй като урейният цикъл изисква бикарбонат, този път се заменя с образуването на глутамин при метаболитна ацидоза.

Костна система

Най-голямото съхранение на минерали се състои от 2/3 неорганичен хидроксиапатит (Ca 10 [PO4] 6 [OH] 2) и 1/3 от органичен материал. Първият представлява голяма киселинна буферна система, тъй като активната му повърхност в костното вещество се увеличава значително от образуването на много малки кристали. Освен това фосфатът и хидроксилната група в хидроксиапатита могат да бъдат заменени с карбонат, което значително увеличава резерва на организма от бикарбонат.

Компенсация за остра ацидоза: Циркулиращите излишни протони се обменят за съхранени катиони като натрий, калий и малко калций. Цели молекули от хидратната обвивка на хидроксиапатита, Na/KHCO3- и Na/KHPO4, също могат да бъдат мобилизирани.

Компенсация за хронична метаболитна ацидоза: повишаване на активността на остеокластите. Това се насърчава от хормони като паратиреоиден хормон и витамин D3 и се стимулира от киселинна стойност на pH.

Храносмилателната система

Скоростта и количеството на храносмилането зависи от киселинно-алкалния баланс. Необходимите тук ензими изискват определена стойност на pH, за да могат да действат правилно. За разграждането на въглехидратите и мазнините е необходима основна среда, докато протеините предпочитат киселинно съотношение.

стомаха

За да се поддържа екстремната киселинност в стомаха, е необходимо високо съдържание на протони. Това се контролира от париеталните клетки (секретиращи клетки на стомаха), необходим е въглероден диоксид от цикъла на митохондриалния цитрат и H/K-ATPase. С помощта на помпата калият, секретиран преди като KCl, се връща обратно в клетките и се освобождава в замяна на Н +. Този водороден йон може да бъде предоставен от въглеродната киселина, създадена от вода и въглероден диоксид. Това оставя бикарбонат, който е свързан с натрий и попада в кръвта. Това увеличава стойността на рН в кръвта и по този начин буферния капацитет. Това съответства на процеса след хранене. Този циркулиращ бикарбонат е необходим на другите храносмилателни органи, за да подкисли рН на химуса, който отново създава въглена киселина. След това се дехидратира и след като се абсорбира в кръвта, се издишва през белите дробове.

Функцията на киселината в стомаха е, наред с други неща, активирането на ензима пепсин, който става активен само при много ниско рН и осигурява разграждането на протеина. Подкиселеното стомашно съдържимо също има антисептичен ефект, така че чужди микроби не могат да проникнат в тялото по време на по-нататъшния ход на храносмилането. Поради този киселинен слой обаче не е възможна и резорбция, тъй като лигавицата е покрита със защитен защитен слой.

Тънко черво

Този участък от храносмилателния тракт е мястото, където преобладават алкалните условия. Причината за това произтича от факта, че жлъчните киселини и панкреасният сок имат високо съдържание на HCO3-. Тези сокове гарантират, че храната се разгражда на малки частици, които позволяват на хранителните вещества да бъдат усвоени.

Дебело черво

Бактериите в този раздел правят средата леко кисела. Те използват несмилаемите хранителни компоненти. Освен това тук се удебелява чревното съдържимо.

Ефект от диетата

Когато въглехидратите и мазнините са напълно разградени, се получават вода и въглероден диоксид, които се издишват и по този начин имат само незначително влияние върху киселинно-алкалния баланс. В случай на заболявания на органи или определени метаболитни ситуации обаче, тези хранителни вещества се разграждат само частично и се натрупват киселини, които не могат да бъдат разградени. Когато протеините или аминокиселините се метаболизират обаче, винаги се произвеждат киселини и основи, които трябва да бъдат елиминирани. Особено забележителни са съдържащите сяра аминокиселини цистеин и метионин, чието разграждане води до сулфатни и Н + - йони. Те трябва да бъдат транспортирани извън организма чрез съществуващите буферни системи. Ако организмът вече не може да разгради излишните киселини, те остават в тялото и причиняват промяна в стойността на рН (свръхнакисляване/ацидоза).

Обстоятелствата, които могат да доведат до недостатъчно разграждане на хранителните вещества или недостатъчна екскреция, са обяснени по-долу.

Метаболитна ацидоза

Този термин означава дисбаланс между киселини и основи, което води до повишени относителни концентрации на киселина. Тази форма на ацидоза е метаболитна. Основните причини могат да бъдат разделени по различни начини.

В a Добавяне на ацидоза ако се образуват или абсорбират твърде много киселини, те се натрупват в тялото. Причините за това включват

развитието на кетоацидоза (поради захарен диабет, глад, алкохол, треска, хиперметаболизъм, някои метаболитни заболявания)
развитието на лактатна ацидоза (поради хипоксия, операция, неврологични заболявания, чернодробна цироза)
стрес
Интоксикации (от салицилова киселина, амониев хлорид, метилов алкохол, гликол)
Замърсители на околната среда
прекомерна чревна ферментация
Поглъщане чрез храна

The Загуба на ацидоза се характеризира с намалено базово съдържание, което се причинява от увеличена загуба или недостатъчно производство (диария, чревна непроходимост, чревно възпаление, фистули на червата, жлъчка, панкреас, намалена екскреция на бикарбонат на париеталните клетки)

В a Ретенция или бъбречна ацидоза касае се недостатъчната екскреция на H + йони поради нарушена бъбречна функция.

Излишъкът от извънклетъчен калий причинява приток на калий в клетките, при което водородните йони се освобождават и в крайна сметка навлизат в кръвта. Тогава говорим за един Разпределителна или хиперкалиемична ацидоза.

A Разреждане на ацидоза възниква в резултат на понижаване на съдържанието на HCO3 чрез прекомерно доставяне на неутрални разтвори.

A Трансфузионна ацидоза от своя страна може да се случи чрез кръвопреливане с пълни червени кръвни клетки.

Kussmaul дишане за увеличаване на отделянето на CO2
повишена реабсорбция на бъбречен бикарбонат
засилен цикъл на глутамат
по-нисък цикъл на урея

В дългосрочен план може да настъпи и загуба на костна маса, тъй като тук могат да се мобилизират големи алкални резерви.

Респираторна ацидоза

Рядко се появява дихателна ацидоза, защото когато нивото на въглена киселина е повишено, тя просто се издишва. Сериозни белодробни или гръдни заболявания, отравяния, нарушена вентилация, престъпни деяния или злополуки могат да доведат до тази форма на ацидоза.

Абсорбция на CO2 в клетките
Образуване на въглена киселина, която трябва да бъде неутрализирана отново (за това се използват всички вещества)
повишена реабсорбция на бикарбонат в бъбреците
повишено елиминиране на хлорид
метаболизмът на амония се регулира главно чрез глутаматния път, докато урейният цикъл е до голяма степен спрян

Мненията се различават относно ролята на диетата за развитието на ацидоза. Тъй като урината е защитена от прекалено подкисляване от бъбреците, отклоняващите се нива на киселина в тази течност не предоставят никаква информация за действителното киселинно натоварване в организма. Този параметър обаче често се използва, когато се говори за кисели храни. По-чувствителна променлива е кръвта, където отклоненията могат да бъдат регистрирани директно. Освен това трябва да се имат предвид тези фактори:

химичен състав на храната (Mg, Ca, P, Na, Cl, съдържание на протеини)
различна скорост на усвояване на различните хранителни вещества

Като цяло може да се каже, че балансираното хранене не може да причини ацидоза при здрави хора. При някои заболявания на органите, които регулират киселинно-алкалния баланс, обаче излишъкът от киселини може вече да не се буферира. След това ацидогенната диета допълнително натоварва организма. За тези хора е полезно да знаят кои храни са основни и кои са киселинни. Следващата таблица показва най-важните групи храни и тяхната принадлежност:

Построители на киселини и основи сред храните
Генератор на киселини	Строител на основи
животински храни (месо, млечни продукти, яйца, риба)	Картофи
пълнозърнести продукти	зеленчуци
Кола напитки	Билки
плодове
Негазирана минерална вода

Количеството на приема тук играе решаваща роля. Храните, образуващи киселина, също трябва да се консумират в съответствие с приложимите препоръки. Те снабдяват тялото с основни вещества, които не са или недостатъчно налични в други храни.