АКР (алкално-киселинно равновесие)

В резултат на обменните процеси в човешкия организъм ежедневно се образуват около 20 mol въглероден диоксид (двуокис) (CO₂) и до 60 mmol водородни йони (H⁺). Напускащият клетката СО₂ преминава по посока на концентрационния си градиент в интерстициалната течност и оттам в кръвта. Разтваря се с образуване на въглеродна (въглена) киселина (Н₂СО₃):

CO₂ + H₂O <- (карбоанхидраза) -> H₂CO₃ <--> H⁺ + HCO₃^- <--> H⁺ + CO₃^2-

(Молекулите на въглеродната киселина са нетрайни и във воден разтвор се разпадат до хидрогенкарбонатни (бикарбонатни, кисели карбонатни) йони (HCO₃^-) – при отделяне на по един водороден йон, или до карбонатни йони (CO₃^2-) – при отделяне на по два водородни йона. Вторият водороден йон се отстранява около хиляда пъти по-трудно от първия. В клетките, интерстициалната течност и кръвта на човек се намират (разтворен) въглероден диоксид, въглеродна киселина и бикарбонатни йони, но не и карбонатни йони.)

Този процес спонтанно протича с много малка скорост, за да могат да бъдат преработени непрекъснато постъпващите количества СО₂ в Н₂СО₃. B еритроцитите обаче ензимът карбоанхидраза рязко повишава скоростта на реакцията. Образуващите се по този начин бикарбонатни йони преминават в плазмата (като се обменят за хлоридни йони (Cl^-)), където се свързват с натриеви йони (Na⁺) в натриев хидрогенкарбонат (NaHCO₃), докато образуващите се в еквимоларно съотношение водородни йони се свързват с хемоглобина.

B капилярите на белия дроб тези реакции протичат в обратна посока.

Хидрогенкарбонатът е най-важната транспортна форма на СO₂ в кръвта:

• плазмен НСО₃^- – 45%,
• еритроцитен НСО₃^- – 25%,
• карбаминохемоглобин (= СO₂ + хемоглобин) – 20%,
• разтворен СO₂ – 10%.

Отделените от клетките водородни йони от нелетливи киселини (сярна, фосфорна, пикочна, млечна и др.) преминават в извънклетъчните течности и кръвната плазма, където се поемат от различни буферни системи:

• хидрогенкарбонатна (Н⁺ + НСО₃^- <--> Н₂СО₃),
• белтъчна (Н⁺ + белтък^- <--> Н-белтък),
• фосфатна (Н⁺ + НРО₄^2- <--> Н₂РО₄^-).

Здравият организъм е в състояние безпроблемно да отстранява образуваните количества СО₂ и Н⁺. Това става през белите дробове (СО₂) и бъбреците (Н⁺ и НСО3^-). Буферната система въглеродна киселина – хидрогенкарбонат свързва тези два транспортни и очистващи механизма. Специалното ѝ значение се състои в това, че тя се явява отворена система. С алвеоларния въздух СО₂ може да се отстранява много бързо, така че буферният капацитет на отворената система Н₂СО₃ – НСО₃^- надвишава многократно капацитета на затворените системи, каквито са например белтъчната и фосфатната.

Промените в концентрацията на Н⁺ водят до промени на съотношенията в буферната система. В зависимост от величината на стойността на рКа и наличното количество акцептори, съответно донори на Н⁺, буферната система е в състояние въпреки въвеждането или извличането на Н⁺ да поддържа относително постоянни стойности на рН.

Повишаването концентрацията на Н⁺ води до изместване на равновесието в посока Н₂СО₃. В резултат на това, с оглед поддържане на постоянно рСО₂, се ускорява дишането и повишеното количество на СО₂ се извлича от системата. Намалява концентрацията на НСО₃^-.

Намаляването концентрацията на Н⁺ причинява изместване на равновесието към НСО₃^-.

Концентрацията на HCO₃^- при постоянно рСО₂ отразява на първо място концентрацията на Н⁺-йоните от нелетливите киселини, т.е. метаболитната съставка на алкално-киселинното състояние.

От друга страна, концентрацията на Н₂СО₃, съответно стойността на рСО₂, представлява респираторния компонент.

Двата компонента не са независими един от друг. Това осигурява на организма предимството на по-ефективна регулация на алкално-киселинното състояние, но и неудобството, че невинаги може да бъде определено само чрез измерване на концентрацията на хидрогенкарбоната и стойността на рСО₂ какво е естеството на наличното нарушение – респираторно или метаболитно. Често се налага провеждането на допълнителни изследвания и винаги – необходимостта от съобразяване с клиничната симптоматика.

При пренасяне на закона за действие на масите спрямо буферната система Н₂СО₃ – НСО₃^- се получава уравнението на Хендерсон – Хаселбах (Henderson – Hasselbalch):

рН = рКа + log₁₀([С_HCO3^-] / [С_Н2CO3]) = рКа + log₁₀([С_HCO3^-] / [αСО₂ x рСО₂])

Стойностите на рКа и αСО₂ са константи, равни съответно на 6.1 и 0.03. Останалите величини, включени в уравнението, са променливи. Съотношенията между буферните системи могат да бъдат определени точно, когато се определят две от величините, а третата бъде изчислена. При това трябва винаги да се има предвид зависимостта на титрационната крива Н₂СО₃ – НСО₃^- от другите буферни системи на кръвта. Наклонът на кривата зависи от концентрацията на хемоглобина в изследваната кръв. Значение има и актуалното насищане на хемоглобина с кислород, тъй като хемоглобинът (Нb^-) е по-слаба киселина от оксихемоглобина (НbО₂^-):

Hb^- + Н⁺ <--> HНb

HbО₂^- + Н⁺ <--> HНbО₂

HНb + О₂ <--> HНbО₂