2) увеличивается
3) не меняется
4) сначала увеличивается, затем снижается
В бикарбонатной системе культивирования повышение концентрации CO2 приводит к снижению pH. Это связано с равновесием: CO2 + H2O ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3−. При увеличении парциального давления углекислого газа образуется больше угольной кислоты и ионов водорода, поэтому среда становится более кислой.
Зависимость описывается уравнением Гендерсона—Хассельбаха: pH = pKa + log([HCO3−]/(0,03 × pCO2)). При постоянной концентрации бикарбоната увеличение pCO2 уменьшает соотношение бикарбоната к растворённому CO2 и, следовательно, снижает pH. Именно поэтому бикарбонатсодержащие среды для эмбрионального культивирования должны находиться в атмосфере с заданной концентрацией CO2 и предварительно проходить газовое равновесие.
Отклонение pH от оптимального диапазона, обычно около 7,2–7,4 в зависимости от конкретной среды и протокола, нарушает активность ферментов, клеточный метаболизм, функционирование веретена деления и развитие эмбриона. Чрезмерное повышение CO2 может быть связано с неправильной калибровкой газовой системы, недостаточной вентиляцией инкубатора или несоответствием концентрации бикарбоната выбранному газовому режиму.
| Условие | Изменение кислотно-основного равновесия | Изменение pH | Практическое значение в эмбриологии |
|---|---|---|---|
| Повышение CO2 при постоянном HCO3− | Увеличение образования H2CO3 и H+ | Снижается | Риск ацидификации культуральной среды и ухудшения развития эмбрионов |
| Снижение CO2 при постоянном HCO3− | Смещение равновесия в сторону уменьшения концентрации H+ | Повышается | Формируется более щелочная среда; возможен алкалоз культуры |
| Повышение концентрации бикарбоната при неизменном CO2 | Увеличение щелочного компонента буфера | Повышается | Газовый режим должен соответствовать составу конкретной среды |
| Среда после длительного контакта с атмосферным воздухом | Потеря CO2 из бикарбонатной системы | Повышается | Особенно существенно при работе вне CO2-инкубатора |
| Среда, полностью уравновешенная в инкубаторе | Установление равновесия между pCO2 и HCO3− | Стабилизируется | Обеспечиваются воспроизводимые условия культивирования |
| HEPES-содержащая среда | Буферирование преимущественно независимым от CO2 компонентом | Изменяется слабее | Подходит для кратковременных манипуляций вне инкубатора, но не заменяет контроль pH |
| Выраженное отклонение pH в кислую сторону | Избыток H+, нарушение внутриклеточного кислотно-основного гомеостаза | Патологически снижается | Может снижать темп дробления, качество бластоцисты и жизнеспособность эмбриона |
Контроль pH проводят после стабилизации среды при рабочей температуре, поскольку температура влияет на растворимость CO2 и показания измерительных систем. Для диагностики причины отклонения оценивают не только pH, но и концентрацию CO2, температуру, осмолярность, состав среды и исправность газового анализатора. Изолированная корректировка CO2 без проверки концентрации бикарбоната может привести к повторному нарушению буферного равновесия.