Необхідною умовою нормальної життєдіяльності організму є сталість реакції його внутрішнього середовища. Життя можлива лише в дуже вузьких межах рН крові. Така точність у підтримці реакції середовища на певному рівні забезпечується цілим рядом механізмів. Сюди відносяться насамперед поза- і внутрішньоклітинні буферні системи, широкий іонний обмін між внутрішньоклітинним і позаклітинним секторами, діяльність легенів і нирок. Кислотно-лужну рівновагу знаходиться в тісному зв'язку з електролітним обміном, нервовими і гормональними впливами. Особливу роль у регуляції кислотно-лужної рівноваги відіграють нирки, у завдання яких входить виведення нелетких кислот і заощадження підстав. За сучасними уявленнями, кислотами називаються електроліти, що утворюють при дисоціації катіони водню Н + (протонні донатори). Луги (підстави) - це електроліти, що утворюють при дисоціації 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, РO4 в ряді випадків поводяться як «кислотні» аніони, оскільки витісняють з позаклітинної рідини еквівалентну кількість бікарбонатів.
Активна реакція (рН) середовища визначається концентрацією в ній вільних дисоційованому 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 зсуву рН крові, називають компенсованим ацидозом і алкалозом. Залежно від причини, розрізняють газовий (респіраторний) та метаболічний ацидоз і алкалоз. У ряду 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 по виведенню кислот і заощадження підстав. Порушення метаболізму можуть виникати в цьому випадку вдруге.
Зрушенню рН внутрішнього середовища організму перешкоджають буферні речовини, що знаходяться в позаклітинній рідині і в клітинах. Найбільш вираженими буферними властивостями володіють розчини, які містять слабку, погано дисоціюють кислоту і добре диссоциированного лужну сіль цієї кислоти. Основна буферна система позаклітинної рідини складається з бікарбонату і вуглекислоти. Відповідно до рівняння 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 лужний бік. Навпаки, збільшення концентрації вуглекислоти знижує рН крові, сприяючи зрушенню реакції в кислу сторону. 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 фосфатная буферна система, а також білки сироватки крові. Останні мають властивості амфолітов і можуть нейтралізувати як кислоти, так і підстави. Суттєве 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 легкими, а оксигемоглобін, зв'язавши звільнилися підстави (головним чином калій), транспортується в тканини:
ННb + O2 gt; ННbO2. ННbO2 + КНСO3 gt; КНbO2 + H2СO3.
H2СO3 gt; H2O + СO2 (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 пов'язувати заснування у нього значно менше. В результаті частина підстав звільняється і вступає в з'єднання з надлишком підлягає видаленню вуглекислоти:
H20 + СO2 gt; H2СO3. H2СO3 + КНb gt; ННb + КНСO3.
Таким чином, в тканинах відновлений гемоглобін зв'язує іони водню, «відбираючи» їх у вуглекислоти, а звільнився калій утворює бікарбонат. Надалі надлишок СO2 у вигляді бікарбонату еритроцитів транспортується в легені. Що стосується іонів водню, то відновлений гемоглобін, зв'язавши їх, також транспортує в легені (див. Вище), де вони поряд з бікарбонатом беруть участь в утворенні вуглекислоти і після дегідратації останньої в 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 ацідозу- ця втрата відбувається в обмін на іони натрію і водню. Перехід водневих іонів з позаклітинної рідини в клітини сприяє внеклеточному алкалозу і внутрішньоклітинного ацидозу.
Як встановлено в даний час, близько половини всіх введених в організм кислот нейтралізується завдяки іонного обміну. З скелета і внутрішньоклітинного сектора в позаклітинне рідина надходять катіони натрію, калію, кальцію, що обмінюються на позаклітинні іони водню. Утворені 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 бікарбонатні іони, що відбувається між плазмою крові і еритроцитами, а також здатність цих аніонів взаємно «витісняти» один одного з позаклітинної рідини. Принцип іонного обміну має вирішальне значення в ниркових канальцевих механізмах 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 віддаляється (у вигляді CO2) Шляхом посиленої респірації, 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. Це завдання 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 в підтримці сталості реакції внутрішнього середовища організму мають і інші органи і системи: печінка, шлунково-кишковий тракт, потові залози і т. П.