Необхідною умовою нормальної життєдіяльності організму є сталість реакції його внутрішнього середовища. Життя можливе лише в дуже вузьких межах рН крові. Така точність у підтримці реакції середовища на певному рівні забезпечується цілим рядом механізмів. Сюди відносяться перш за все поза - і внутрішньоклітинні буферні системи, широкий іонний обмін між внутрішньоклітинним і позаклітинним секторами, діяльність легень і нирок. Кислотно-лужна рівновага знаходиться в тісному зв'язку з електролітним обміном, нервовими і гормональними впливами. Особливу роль у регуляції кислотно-лужної рівноваги відіграють нирки, в завдання яких входить виведення нелетких кислот і заощадження підстав. За сучасними уявленнями, кислотами називаються електроліти, при дисоціації утворюють катіони водню Н+ (протонні замовників). Луги (підстави) - це електроліти, при дисоціації утворюють аніони гідроксилу ОН" і здатні приєднувати іони водню (протонні акцептори), З цієї точки зору неправильно ототожнювати катіони з підставами, а аніони - з кислотами. Тим не менш, в умовах постійно протікає в організмі іонного обміну такі катіони, як натрій, калій, кальцій, можуть вести себе як «підстави», беручи участь в нейтралізації кислот. Обмінюючись на водневі іони, вони сприяють видаленню їх надлишку з організму. З іншого боку, аніони Cl-, SO4, РО4 в ряді випадків ведуть себе як «кислотні» аніони, так як витісняють з позаклітинної рідини еквівалентну кількість бікарбонатів.
Активна реакція (рН) середовища визначається концентрацією в ній вільних дисоційованих іонів водню. Концентрація водневих іонів в крові, а отже, і її рН, визначається в основному співвідношенням бікарбонату і вуглекислоти. У нормі це співвідношення становить 20 : 1. При цьому рН крові коливається від 7,35 до 7,45. Зниження рН крові нижче цих величин характеризується як декомпенсований ацидоз, підвищення - як декомпенсований алкалоз. Взаємно компенсовані зміни бікарбонату і вуглекислоти, які не ведуть до зміни їх співвідношення і, отже, не викликають зрушення рН крові, називають компенсованим ацидозом і алкалозом. Залежно від причини, розрізняють газовий (респіраторний) та метаболічний ацидоз і алкалоз. У деяких хворих спостерігається комбінація респіраторних та метаболічних порушень. Так званий нирковий ацидоз, що виникає у хворих із захворюваннями нирок, є різновидом метаболічного. Причиною його виникнення в ряді випадків є порушення функції нирок виведення кислот і заощадження підстав. Порушення метаболізму можуть виникати в цьому випадку вдруге.
Зрушення рН внутрішнього середовища організму перешкоджають буферні речовини, що знаходяться у позаклітинної рідини і в клітинах. Найбільш вираженими буферними властивостями володіють розчини, що містять слабку, погано диссоциирующую кислоту і добре диссоциированную лужну сіль цієї кислоти. Основна буферна система позаклітинної рідини складається з бікарбонату і вуглекислоти. Згідно з рівнянням Гендерсона-Гассельбальха, активна реакція крові рН = 6,1 + lg
Чим більше в крові концентрація бікарбонатів, тим вище її рН і більше зрушення реакції крові в лужну сторону. Навпаки, збільшення концентрації вуглекислоти знижує рН крові, сприяючи зсуву реакції в кислий бік. Після введення в позаклітинне рідина кислоти на її нейтралізацію йде деяка кількість бікарбонатів, а після введення лугу - деяка кількість вуглекислоти:
НCl + NaHCO3 - NaCl + H2CO3,
NaOH + H2CO3 - NaHCO3 + H2O.
Нормальний метаболізм супроводжується постійним утворенням кислих продуктів, що надходять з тканин в кров. Звідси зрозуміла роль надлишку підстав (в основному бікарбонатів), що знаходиться в позаклітинному середовищі. Значно меншу роль у підтримці кислотно-лужної рівноваги позаклітинної рідини грає фосфатна буферна система, а також білки сироватки крові. Останні володіють властивостями амфолитов і можуть нейтралізувати як кислоти, так і підстави. Істотне значення в нейтралізації і виведення кислих продуктів, головним чином вуглекислоти, має система оксигемоглобін - відновлений гемоглобін. У легеневих капілярах гемоглобін, приєднуючи кисень, переходить в оксигемоглобін і як більш сильна кислота витісняє вуглекислоту з бікарбонатів, що містяться в еритроцитах. Вуглекислота виділяється легенями, а оксигемоглобін, зв'язавши звільнилися підстави (головним чином калій), транспортується в тканини:
ННb + O2 → ННbO2. ННbO2 + КНСО3 → КНbO2 + H2З3.
H2З3 → H2O + З2 (виділяється легенями).
У тканинах, віддаючи кисень, оксигемоглобін переходить у відновлений гемоглобін (калієву сіль відновленого гемоглобіну КНЬ). Відновлений гемоглобін є більш слабкою кислотою, ніж оксигемоглобін, здатність зв'язувати підстави у нього значно менше. В результаті частина підстав звільняється і вступає в з'єднання з надлишком підлягає видалення вуглекислоти:
H20 + З2 → H2З3. H2З3 + КНb → ННb + КНСО3.
Таким чином, в тканинах відновлений гемоглобін зв'язує іони водню, «забираючи» їх у вуглекислоти, а звільнився калій утворює бікарбонат. Надалі надлишок З2 у вигляді бікарбонату еритроцитів транспортується в легені. Що стосується іонів водню, то відновлений гемоглобін, зв'язавши їх, транспортує в легені (див. вище), де вони поряд з бікарбонатом беруть участь в утворенні вуглекислоти і після дегідратації останньою у складі H20 виводяться нирками.
У клітинах тканин відносно мало бікарбонатів, і основними буферними системами є фосфати і білки. Основним катіоном в клітинах є калій. Внутрішньоклітинна рН визначається значною мірою співвідношенням , тому втрата внутрішньоклітинного калію веде до внутрішньоклітинного ацидозу; ця втрата відбувається в обмін на іони натрію і водню. Перехід водневих іонів з позаклітинної рідини в клітини сприяє позаклітинного алкалозу і внутрішньоклітинного ацидозу.
Як встановлено в даний час, близько половини всіх введених в організм кислот нейтралізується завдяки іонному обміну. З скелета і внутрішньоклітинного сектора у позаклітинну рідину надходять катіони натрію, калію, кальцію, обмінюються на позаклітинні іони водню. Утворюються в процесі клітинного метаболізму водневі іони виділяються з клітини також значною мірою шляхом іонного обміну на позаклітинні катіони (головним чином калій). Певне значення для підтримки кислотно-лужної рівноваги має обмін іонів хлору на бикарбонатные іони, що відбувається між плазмою крові та еритроцитами, а також здатність цих аніонів взаємно «витісняти» один одного з позаклітинної рідини. Принцип іонного обміну має вирішальне значення в ниркових канальцевых механізми підкислення сечі, реабсорбції бікарбонатів і екскреції амонію.
Потужним регулятором кислотно-лужної рівноваги є легені. Утворився в результаті клітинного метаболізму, а також буферних реакцій надлишок вуглекислоти видаляється (у вигляді CO2) шляхом посиленої респирации, і концентрація її знижується до відновлення нормального співвідношення між бікарбонатами і вуглекислотою крові (20 : 1). Таким чином, легені можуть відновити нормальну рН крові, але вони не здатні видалити утворився надлишок іонів водню і відновити «лужний резерв» - концентрацію плазмових бікарбонатів. Цю задачу виконують нирки. Основна буферна система позаклітинної рідини - «вуглекислота - бікарбонат» - саме тому і володіє великою буферною ємністю, що вона тісно пов'язана з діяльністю легень і нирок. Подібно до того, як надлишок вуглекислоти може бути швидко виведений легкими, виведення або затримка бікарбонатів регулюється нирками. Вони ж видаляють постійно утворюються в процесі метаболізму і вводяться ззовні іони водню. Певне значення у підтриманні сталості реакції внутрішнього середовища організму мають і інші органи і системи: печінка, шлунково-кишковий тракт, потові залози і т. п.
