У высокоорганизованных животных и человека нервно-гуморальные физиологические механизмы, регулирующие деятельность почек, потовых желез, дыхательной и пищеварительной систем, обеспечивают удаление из организма продуктов обмена веществ и тем самым сохранение гомеостазиса. Способность к регуляции внутренней среды появляется на высокой ступени развития мира животных. Постоянство активной реакции крови имеет большое биологическое значение, так как внутриклеточные процессы нормально протекают при условии ее постоянства. Способность удерживать постоянство реакции называется буферностью.
Буферностью обладает раствор, содержащий слабую или мало диссоциированную кислоту и щелочную соль этой же кислоты.
Первая буферная система крови — бикарбонатная система, которая состоит из угольной кислоты и бикарбонатов натрия или калия. Эта система составляет 7-9% буферной способности крови.
При обмене веществ в кровь поступают кислоты, нейтрализующиеся катионами бикарбонатов, а освобождающаяся при этом угольная кислота выделяется из организма усиленной вентиляцией легких, так как повышение концентрации водородных ионов возбуждает нервный центр дыхания. В результате этого отношение угольной кислоты к бикарбонату восстанавливается.
При поступлении в кровь щелочей происходит нейтрализация мольной кислоты. При этом ослабляется деятельность дыхательною центра, уменьшается выведение через легкие угольной кислоты, а избыток бикарбонатов выводится почками. Как и в первом случае, восстанавливается прежнее отношение угольной кислоты к бикарбонату.
Гак как бикарбонатов в крови приблизительно в 18 раз больше, чем угольной кислоты, то буферная емкость крови значительно больше для кислот, чем для оснований. Это имеет большое биологическое значение, так как в процессе обмена веществ щелочей образуются меньше, чем кислот.
Щелочные соли крови образуют щелочной резерв, или резервную щелочность. Щелочной резерв определяется тем объемом углекислоты, который поглощают 100 см3 крови при соприкосновении с тазовой смесью, содержащей 5,5% СО2 при давлении 5320 Па, т. е. соответствующем давлению углекислоты в легких.
В норме щелочной резерв крови человека колеблется от 55 до 70 см3 СО2 на 100 см3 крови.
Щелочной резерв зависит от питания (при кормлении растительной пищей он увеличивается), тренированности (у спортсменов он повышен) и других факторов.
Вторая буферная система крови — фосфатная система. Отношение одноосновных фосфорнокислых солей К или Na к двухосновным солям. При этом количество бикарбонатов зависит от количества свободной углекислоты. Значение этой буферной системы еще меньше.
Третьей и самой главной буферной системой является белковая, которая практически связывает почти всю углекислоту (более чем 3/4).
В плазме крови анионы и катионы находятся в приблизительно равном количестве, и небольшой избыток катионов удерживается белками.
Белки плазмы — значительно более слабые кислоты, чем угольная кислота. Особенно велика буферная роль гемоглобина, который связывает в 3 раза больше катионов, чем белки плазмы.
Когда в крови накапливается углекислота, то она проникает в эритроциты и отнимает щелочные катионы от гемоглобина — очень слабой кислоты. При этом образуются бикарбонаты. Этот процесс особенно усиливается при потере кислорода оксигемоглобином, который обладает в 70 раз более сильными кислотными свойствами, чем гемоглобин. Так как оксигемоглобин превращается в более слабую кислоту — гемоглобин, то более сильная, чем гемоглобин, углекислота отнимает у гемоглобина щелочные катионы.
Так как количество гемоглобина в 3 раза превышает количество белков в плазме, то буферная емкость гемоглобина почти в 10 раз больше, чем буферная емкость белков плазмы.
В крови существует щелочно-кислотное равновесие, которое выражает мало сдвигаемое в нормальных условиях соотношение кислотных и щелочных эквивалентов. В некоторых условиях может наблюдаться сдвиг активной реакции в кислую сторону — ацидоз, например при интенсивной мышечной работе, или ее сдвиг » щелочную сторону — алкалоз, например при усиленной вентиляции легких.