Biochemie
8.1 Regulační mechanismy organismu
Na udržování ABR, která je metabolismem neustále narušována, se svojí činností podílejí některé orgány – plíce (respirační regulace), ledviny (renální regulace) a játra (jaterní regulace), a nárazníkové systémy (extra- a intracelulární nárazníkové roztoky - pufry).
Obecně jsou pufry roztoky slabých kyselin a jejich solí odvozených od silných zásad, nebo slabých zásad a jejich solí odvozených od silných kyselin. Výsledné pH pufru je dáno jejich vzájemným poměrem, hodnotu pH pufru lze vypočítat pomocí Henderson-Hasselbalchovy rovnice. Význam pufrů v regulaci ABR spočívá v jejich schopnosti vázat vznikající H+ neutralizační reakcí.
Nárazníkové systémy reagují na změny pH bezprostředně po jejich vzniku, ale jejich kompenzace není dostatečná. Následná regulace uplatňovaná činností orgánů nastupuje pomalu, ale při normální funkci orgánů dochází k úplnému odstranění poruchy.
Nárazníkové systémy
Akutní změny pH v organismu jsou během několika sekund regulovány nárazníkovými systémy v krvi, které rozdělujeme na dva základní typy:
I. hydrogenuhličitanový (zastarale bikarbonátový) – převážně extracelulární
II. ostatní - nehydrogenuhličitanové (nebikarbonátové) – převážně intracelulární
I. Hydrogenuhličitanový nárazníkový systém
Hydrogenuhličitanový nárazník působí především v krevní plazmě a je tvořen slabou kyselinou uhličitou a hydrogenuhličitanovým aniontem. V regulaci ABR má největší význam, protože je to systém otevřený, ve kterém se koncentrace jeho složek může regulovat jak vydechováním (respirací), tak vylučováním ledvinami. Hydrogenuhličitanový systém se skládá z disociované kyseliny uhličité (na H+ a HCO3-) a z CO2 (CO2 rozpuštěný v tělních tekutinách a CO2 v plynné fázi).
CO2 + H2O ↔ H2CO3 ↔ HCO3- + H+
CO2 vznikající metabolickými ději ve tkáních je vylučován plícemi a jeho koncentrace je tedy regulována respirací a označuje se jako respirační složka systému. Koncentraci CO2 v krvi nelze měřit, proto se v laboratorní diagnostice vyjadřuje jako parciální tlak oxidu uhličitého (pCO2) - podle Henryho zákona je množství rozpuštěného CO2 přímo úměrné jeho parciálnímu tlaku nad tekutinou.
Respirační regulace se uskutečňuje prostřednictvím zadržování nebo naopak vydechování CO2 z organizmu a to změnou dechové frekvence (hypo- a hyperventilací plic). Plicní regulace nastupuje během několika minut a maximálního efektu dosahuje do 12-24 hodin.
hyperventilace → snížení pCO2 → alkalizace → alkalóza
hypoventilace → zvýšení pCO2 → okyselení → acidóza
Anion HCO3- je označován jako metabolická složka systému a jeho koncentrace v arteriální krvi je regulována činností ledvin.
Renální regulace je uskutečňována prostřednictvím zvýšení nebo snížení zpětné resorpce HCO3- a zadržováním nebo zvýšeným vylučováním H+ - v ledvinách se podle potřeby tvoří kyselá nebo alkalická moč. Nastupuje obvykle za 1-2 hodiny a maximálního efektu dosahuje za 2-5 dnů.
II. Ostatní nárazníkové systémy
a) Hemoglobinový nárazník se skládá z hemoglobinu a oxyhemoglobinu, působí v erytrocytech a je těsně spjatý s přenosem kyslíku. Hemoglobin udržuje stálé pH transportem protonů H+ z tkání do plic, kdy hemoglobin (Hb) s navázanými H+ je venózní krví přiváděn do plic, kde se Hb saturuje kyslíkem (vzniká oxyhemoglobin HbO2) při současné ztrátě H+. Kationty H+ jsou následně zapojeny do hydrogenuhličitanového pufračního systému.
Z plic je HbO2 transportován arteriálním oběhem do tkání, kde jsou buněčným metabolismem produkovány protony H+, které vytěsňují kyslík z vazby na HbO2 za opětného vzniku Hb.
b) Proteinový pufrační systém využívá amfoterních vlastností bílkovin a je hlavní složkou nehydrogenuhličitanové pufrační kapacity plazmy. Pufračně působí v molekulách proteinů skupiny -NH2 a -COO- postranních řetězců aminokyselin.
c) Fosfátový pufrační systém je výrazným intracelulárním nárazníkem. Konstantní pH v buňkách udržuje vylučováním vodíkových iontů močí. V plazmě a erytrocytech tvoří minoritní složku.