Функциональная система поддержания ph крови

Для организма важнейшее значение имеет поддержание постоянства реакции внутренней среды. Это необходимо для нормального протекания ферментативных процессов в клетках и внеклеточной среде, синтеза и гидролиза различных веществ, поддержания ионных градиентов в клетках, транспорта газов и т.д. Активная реакция среды определяется соотношением водородных и гидроксильных ионов. Постоянство кислотно-щелочного равновесия внутренней среды поддерживается буферными системами крови и физиологическими механизмами. Буферные системы — это комплекс слабых кислоты и основания, который способен препятствовать сдвигу реакции в ту или иную сторону.

Кровь содержит следующие буферные системы:

1.Бикарбонатная или гидрокарбонатная. Она состоит из свободной угольной кислоты и гидрокарбонатов натрия и калия (NaHCO3 и KHCO3). При накоплении в крови щелочей, они взаимодействуют с угольной кислотой. Образуются гидрокарбонат и вода. Если кислотность крови возрастает, то кислоты соединяются с гидрокарбонатами. Образуются нейтральные соли и угольная кислота. В легких она распадается на углекислый газ и воду, которые выдыхаются.

2.Фосфатная буферная система. Она является комплексом гидрофосфата и дигидрофосфата натрия (Na2HPO4 и NaH2PO4). Первый проявляет свойства основания, второй слабой кислоты. Кислоты образуют с гидрофосфатом натрия нейтральную соль и дигидрофосфат натрия (Na2HPO4+H2CO3= NaHCO3+NaH2PO4).

3.Белковая буферная система. Белки являются буфером благодаря своей амфотерности. Т.е. в зависимости от реакции среды они проявляют либо щелочные, либо кислотные свойства. Щелочные свойства им придают концевые аминогруппы белков, а кислотные карбоксильные. Хотя буферная емкость белковой системы небольшая, она играет важную роль в межклеточной жидкости.

4.Гемоглобиновая буферная система эритроцитов. Самая мощная буферная система. Состоит из восстановленного гемоглобина и калиевой соли оксигемоглобина. Аминокислота гистидин, входящая в структуру гемоглобина, имеет карбоксильные и амидные группировки. Первые обеспечивают гемоглобину свойства слабой кислоты, вторые — слабого основания. При диссоциации оксигемоглобина в капиллярах тканей на кислород и гемоглобин, последний приобретает способность связываться с катионами водорода. Они образуются в результате диссоциации, образовавшейся из углекислого газа угольной кислоты. Угольная кислота образуется из углекислого газа и воды под действием фермента карбоангидразы, имеющейся в эритроцитах (формула). Анионы угольной кислоты связываются с катионами калия, находящимися в эритроцитах и катионами натрия в плазме крови. Образуются гидрокарбонаты калия и натрия, сохраняющие буферную емкость крови. Кроме того, восстановленный гемоглобин может непосредственно связываться с углекислым газом с образованием карбгемоглобина. Это также препятствует сдвигу реакции крови в кислую сторону.

Физиологические механизмы поддержания кислотно-щелочного равновесия обеспечиваются легкими, почками, ЖКТ, печенью. С помощью легких из крови удаляется угольная кислота. В организме ежеминутно образуется 10 ммоль угольной кислоты. Закисление крови не происходит потому, что из нее образуются бикарбонаты. В капиллярах легких из анионов угольной кислоты и протонов вновь образуется угольная кислота, которая под влиянием фермента карбоангидразы расщепляется на углекислый газ и воду. Они выдыхаются. Через почки из крови выделяются нелетучие органические и неорганические кислоты. Они выводятся как в свободном состоянии, так и в виде солей. В физиологических условиях почки моча имеет, кислую реакцию (рН=5-7). Почки участвуют в регуляции кислотно-щелочного гомеостаза с помощью следующих механизмов:

1. Секреции эпителием канальцев водородных ионов, образовавшихся из угольной кислоты, в мочу.

2. Образования в клетках эпителия гидрокарбонатов, которые поступают в кровь и увеличивают ее щелочной резерв. Они образуются из угольной кислоты и катионов натрия и калия. Первые 2 процесса обусловлены наличием в этих клетках карбоангидразы.

3. Синтеза аммиака, катион которого может связываться с катионов водорода с образованием аммония.

4. Обратного всасывание в канальцах из первичной мочи в кровь гидрокарбонатов.

5. Фильтрация в мочу избытка кислых и щелочных соединений.

Значение органов пищеварения для поддержания кислотно-щелочного равновесия небольшое. В частности, в желудке в виде соляной кислоты выделяются протоны. Поджелудочной железой и железами тонкого кишечника гидрокарбонаты. Но в то же время и протоны и гидрокарбонаты обратно всасываются в кровь. В результате реакция крови не изменяется. В печени из молочной кислоты образуется гликоген. Однако нарушение функций пищеварительного канала сопровождается сдвигом реакции крови. Так стойкое повышение кислотности желудочного сока приводит к увеличению щелочного резерва крови. Это же возникает при частой рвоте из-за потери катионов водорода и хлоридов.

Кислотно-щелочной баланс крови характеризуется несколькими показателями:

1. Актуальный рН. Это фактическая величина рН крови. В норме артериальная кровь имеет рН 7,35-7,45.

2. Парциальное напряжение СО2 (РСО2). Для артериальной крови 36-44 мм.рт.ст.

3. Стандартный бикарбонат крови (SB). Содержание бикарбонат (гидрокарбонат) анионов при стандартных условиях, т.е. нормальном насыщении гемоглобина кислородом. Величина 21,3 — 24,8 ммоль/л.

4. Актуальный бикарбонат крови (АВ). Истинная концентрация бикарбонат анионов. В норме практически не отличается от стандартного, но возможны физиологические колебания от 19 до 25 ммоль/л. Раньше этот показатель называли щелочным резервом. Он определяет способность крови нейтрализовать кислоты.

5. Буферные основания (ВВ). Общая сумма всех анионов, обладающих буферными свойствами, в стандартных условиях. 40-60 ммоль/л.

При определенных условиях реакция крови может изменяться. Сдвиг реакции крови в кислую сторону, называется ацидозом, в щелочную, алкалозом. Эти изменения рН могут быть дыхательными и недыхательными или метаболическими. Дыхательные изменения реакции крови обусловлены изменениями содержания углекислого газа. Недыхательные — бикарбонат анионов. В здоровом организме, например при пониженном атмосферном давлении или усиленном дыхании (гипервентиляции) снижается концентрация СО2 в крови. Возникает дыхательный алкалоз. Недыхательный развивается при длительном приеме растительной пищи или воды, содержащей гидрокарбонаты. При задержке дыхания развивается дыхательный, а тяжелой физической работе, недыхательный ацидоз. Изменения рН могут быть компенсированными и некомпенсированными. Если реакция крови не изменяется, то это компенсированные алкалоз и ацидоз. Сдвиги компенсируются буферными системами, в первую очередь бикарбонатной. Поэтому они наблюдаются в здоровом организме. При недостатке или избытке буферных компонентов имеет место частично компенсированные ацидоз и алкалоз, но рН не выходит за пределы нормы.
ли же реакция крови меньше 7,29 или больше 7,56 наблюдается некомпенсированные ацидоз и алкалоз. Самым грозным состоянием в клинике является некомпенсированный метаболический ацидоз. Он возникает вследствие нарушений кровообращения и гипоксии тканей, а как следствие, усиленного анаэробного расщепления жиров и белков и т.д. При рН ниже 7,0 происходят глубокие изменения функций ЦНС (кома), возникает фибрилляция сердца, падает артериального давления, угнетается дыхание и может наступить смерть. Метаболический ацидоз устраняется коррекцией электролитного состава, искусственной вентиляцией и т.д.

Источник: ifreestore.net

Неправильное питание — причина хронического закисления организма

По данным антропологов рацион древнего человека состоял на 1/3 из нежирного мяса диких животных и на 2/3 из растительной пищи. В этих условиях питание носило исключительно щелочной характер.

Кислотная нагрузка пищи древнего человека составляла в среднем минус 78.

Ситуация принципиально изменилась с возникновением аграрной цивилизации, когда человек стал употреблять в пищу много зерновых культур, молочные продукты и жирное мясо одомашненных животных.

Но особенно драматические сдвиги в питании произошли в конце 20 века, когда рацион заполонили промышленно обработанные «кислые» продукты питания.

Эти изменения в составе диеты были названы факторами риска в патогенезе «болезней цивилизации», включая атеросклероз, гипертонию, остеопороз, диабет 2 типа.

Кислотная нагрузка пищи современного человека составляет плюс 48.

Диета современного человека богата насыщенными жирами, простыми сахарами, поваренной солью и бедна клетчаткой, магнием и калием. В ней доминируют рафинированные и обработанные продукты, сахар, мучные изделия, множество всяких полуфабрикатов.

Что представляет собой пища современного человека? Это пицца, чипсы, глазированные сырки, новоявленные чудо-молочные продукты, кондитерские изделия, прохладительные сладкие напитки. Эта пища имеет кислые валентности.

Ежедневное «кислотное» питание приводит к хроническому пожизненному закислению (ацидозу) внутренней среды организма.

pH крови — одна из самых жестких физиологических констант организма, которая выдерживается в узких границах. При воздействии закисляющих или ощелачивающих факторов организм использует компенсаторные механизмы, буферные системы крови, а также прибегает к помощи легких, почек, органов ЖКТ и других органов. В процессе жизнедеятельности организма требуются как кислые, так и щелочные продукты распада, причем кислых образуется в 20 раз больше нежели щелочных. Поэтому защитные системы организма, обеспечивающие неизменность его кислотно-щелочного равновесия, «настроены» на нейтрализацию и выведение прежде всего кислых продуктов распада. В целом устойчивость организма к ощелачиванию в несколько раз выше, чем к закислению.

Для организма предпочтительнее состояние, приближающееся к легкому компенсированному алкалозу (ощелачиванию), т.к. в этих условиях более активно протекают процессы энергообразования, синтеза белков и липидов, минеральный обмен и др. В действительности же чаще встречается состояние, близкое к компенсированному ацидозу (закисленности). Однако постоянная нагрузка на компенсаторные системы может привести к их декомпенсации, что в первую очередь проявится в нарушениях в обмене веществ не только в пределах клетки, но и в масштабах целого организма. Компенсированный ацидоз может вредить организму незаметно, но постоянно в течение нескольких месяцев и даже лет.

Как организм управляет уровнем кислотности?

При длительных отклонениях от равновесия в кислую сторону, скелет, как депо кальция и магния, может быть привлечен к компенсаторным процессам, т.к. поддержание кислотно-щелочного равновесия в организме с участием скелета высокопроизводительно.Организм не допускает выхода pH крови за заданные пределы, но достигается это дорогой ценой. В жертву приносится скелет: в целях ощелачивания, вымываются из костей щелочные буферы — кальций и магний.

По данным последних мировых научных исследований:

• Кости сначала теряют магний. В первую очередь уходит магний, затем кальций. Отсюда ускоренное развитие остеопороза.
• Разрушаются мышцы. Хроническая слабость и боли в мышцах отмечаются уже в молодом возрасте.
• Слабость костей и мышц ведет к деградации суставов.
• Кислая реакция мочи создает идеальные условия для образования камней в почках. Это принимает характер эпидемии. Хроническое нарушение работы почек вызывает развитие воспалительных заболеваний и почечной недостаточности.
• Кислая реакция слюны разрушает зубы и способствует развитию стоматитов.
• Хроническое закисление может вызывать головные боли, тревожность, бессонницу, задержку жидкости в организме.
• При избыточном кислотном рационе питания большое количество магния, кальция, калия и других нейтрализующих кислоты элементов постоянно истощается, изымается из тканей, и они должны быть обязательно восполнены, иначе очень скоро последуют симптомы болезней.

Магний и его роль в организме

В силу своих биологических эффектов, магний для организма может быть даже важнее кальция. По присутствию в организме магний, наряду с кальцием, натрием и калием, входит в первую четверку минералов в организме, а по содержанию внутри клетки занимает второе место после калия.

Без магния не может быть усвоен кальций. Магний уравновешивает поступление кальция, и препятствует его выведению. Магний особенно необходим для костной ткани, около 60% его содержится в костях и зубах, причем из этого количества примерно треть может быть оперативно мобилизована для нужд организма. 20% магния находится в мышцах, 19% — в других энергоемких органах организма (мозг, сердце, печень, почки и др.) и 1% — во внеклеточной жидкости. В крови 60-75% магния находится в ионизированной форме.

Причины дефицита магния

Рафинированная пища; структура питания — приготовление пищи по системе фаст-фуд (быстрой пищи) — приводит к потерям 70-80% магния.

В большинстве самых распространенных продуктов питания магний представлен скудно. Настоящими пожирателями магния являются столь любимая детьми кола, сладости. Прием большого количества кофеина: кофе, чай, прохладительные напитки (колы), шоколад и др. Чрезмерное употребление сахара ведет к усиленному выбросу магния с мочой. Недостаток магния усугубляется обеднённостью почв. Загрязняющие агенты (органические удобрения, промышленные отходы, тяжелые металлы, пестициды) снижают проникновение магния из почвы в культуры.

Дефицит магния может наблюдаться не только при нарушении питания, но и при увеличении потребности в нем: при физической и умственной нагрузке, стрессе, психоэмоциональном напряжении, например, если ребенок посещает школу с усиленной подготовкой, занимается спортом (т.е. имеет повышенную нагрузку на нервную систему). Другими причинами дефицита магния являются нарушение всасывания (поносы, запоры), заболевания ЖКТ, злоупотребление слабительными.

Повышенное выведение через почки (почечный ацидоз, диабет, мочегонные средства, алкоголь).

Применение лекарств (противозачаточные, эстрогенные, бета-блокаторы, ингибиторы АПФ, сердечные гликозиды, противотуберкулезные, антибиотики, цитостатики.

Нехватка магния влечет за собой дефицит цинка, меди, кальция, калия, кремния и дальнейшее их замещение токсичными тяжелыми металлами: свинцом, кадмием, алюминием. Огромную негативную роль играет широкое распространение различных диет для похудения. Избыточное употребление животного белка — мода на различные белковые диеты — сдвигает pH в кислую сторону, и повышает экскрецию солей мочевой кислоты.

Биологические эффекты магния

Магний — один из главных энергетиков клетки. Все энергетические процессы в организме идут при обязательном участии магния. 80-90% внутриклеточного магния находится в комплексе с АТФ.

Магний влияет на вход кальция в клетку (управление кальциевыми каналами). В этом отношении магний выступает как физиологический антагонист кальция и препятствует излишней функциональной активности клеток. Например, он предупреждает избыточное сокращение мышечных клеток (мышечные спазмы, спазмы сосудов при гипертонии и болях в сердце, спазмы бронхов при бронхиальной астме, спазмы кишечника и др.).

Магний защищает нервную систему от разрушительных стрессов и психоэмоционального напряжения. Магний является «изоляционным материалом» для проведения нервного импульса, тормозит избыточное его прохождение.

Магний поддерживает клеточный и гуморальный иммунитет, оказывает противовоспалительное и противоаллергическое действие.

Магний поддерживает соли мочи в растворенном состоянии, и препятствует их осаждению. Подавляет камнеобразование в почках, даже в незначительных концентрациях угнетает кристаллизацию. Ионы магния связывают в моче до 40% щавелевой кислоты. Предотвращают осаждение соединений кальция. Из-за недостатка магния (а его запасы истощаются гораздо быстрее, чем полагали ранее) кальций начинает порождать болезни. Магний, особенно в форме цитрата, сокращает абсорбцию оксалатов в кишечнике и его мочевую экскрецию. Таким образом, магнию отводится еще одна роль в здоровье человека, особенно это касается потребление магния в форме цитрата.

Магний участвует в процессах обезвреживания токсинов в печени, защищает от радиации.

Магний защищает от попадания тяжелых металлов в организм (напр. свинца), и выводит их из обмена веществ.

Магний необходим для укрепления костной ткани, зубов, волос и ногтей.

Итак, магний, как никакой другой элемент, важен для протекания многих метаболических процессов в организме. Неслучайно он созвучен с латинским словом «magnum», одно из значений которого означает «великий».

Магний, как и другие элементы в организме человека, не синтезируется, он поступает в наш организм с водой и пищей, его называют главным металлом жизни.

Источник: www.healthwaters.ru

Фи­зио­ло­ги­че­ское зна­че­ние и по­ка­за­те­ли ки­слот­но-ще­лоч­но­го рав­но­ве­сия

Зна­че­ние ки­слот­но-ще­лоч­но­го рав­но­ве­сия

Зна­че­ние ки­слот­но-ще­лоч­но­го рав­но­ве­сия оп­ре­де­ля­ет­ся пре­ж­де все­го тем, что бел­ки, бу­ду­чи ам­фо­тер­ны­ми со­еди­не­ния­ми, при из­ме­не­ни­ях ре­ак­ции сре­ды ме­ня­ют свою кон­фор­ма­цию; сле­до­ва­тель­но, из­ме­ня­ет­ся ак­тив­ность фер­мен­тов, функ­ция ре­цеп­то­ров (для гор­мо­нов, ме­диа­то­ров и т. п.), струк­ту­ра ион­ных ка­на­лов и так да­лее. В свя­зи с этим ре­ак­ция внут­рен­ней сре­ды, и в том чис­ле кро­ви, яв­ля­ет­ся од­ной из са­мых же­ст­ких кон­стант.

По­ка­за­тель ре­ак­ции сре­ды — pH

Ко­ли­че­ст­вен­ным по­ка­за­те­лем ре­ак­ции сре­ды яв­ля­ет­ся во­до­род­ный по­ка­за­тель pH,от­ра­жаю­щий кон­цен­тра­цию сво­бод­ных ио­нов во­до­ро­да. Точ­нее, pH ра­вен от­ри­ца­тель­но­му де­ся­тич­но­му ло­га­риф­му этой кон­цен­тра­ции:

pH = –lg [H⁺] (1).

На­при­мер, ес­ли кон­цен­тра­ция ио­нов во­до­ро­да рав­на 10^–8 моль/л, то pH=8.

В нор­ме pH ко­леб­лет­ся от 7,35 (для ар­те­ри­аль­ной кро­ви) до 7,4 (для ве­ноз­ной кро­ви). Пре­дель­ные зна­че­ния pH, со­вмес­ти­мые с жиз­нью, со­став­ля­ют 6,8—8,0.

От­кло­не­ние pH в кис­лую сто­ро­ну на­зы­ва­ет­ся аци­до­зом, в ще­лоч­ную — ал­ка­ло­зом.В кли­ни­ке об аци­до­зе или ал­ка­ло­зе го­во­рят не толь­ко при яв­ных сдви­гах pH, но так­же при та­ких из­ме­не­ни­ях в сис­те­мах ре­гу­ля­ции ки­слот­но-ще­лоч­но­го рав­но­ве­сия, при ко­то­рых эти сдви­ги мо­гут на­сту­пить (см. ни­же, разд. «Клас­си­фи­ка­ция и ди­аг­но­сти­ка на­ру­ше­ний ки­слот­но-ще­лоч­но­го рав­но­ве­сия»).

Сис­те­мы, под­дер­жи­ваю­щие по­сто­ян­ст­во pH

Об­щие све­де­ния

По­сто­ян­ст­во pH под­дер­жи­ва­ет­ся:

¾ бу­фер­ны­ми сис­те­ма­ми;

¾ вы­де­ли­тель­ны­ми сис­те­ма­ми — лег­ки­ми и поч­ка­ми.

Бу­фер­ные сис­те­мы сгла­жи­ва­ют рез­кие ко­ле­ба­ния pH при вне­зап­ном рез­ком уве­ли­че­нии со­дер­жа­ния кис­лых ли­бо ще­лоч­ных про­дук­тов в кро­ви, но не вы­во­дят эти про­дук­ты из ор­га­низ­ма. За вы­ве­де­ние же кис­лых и ще­лоч­ных про­дук­тов от­ве­ча­ют вы­де­ли­тель­ные сис­те­мы.

Бу­фер­ные сис­те­мы

Прин­цип ра­бо­ты бу­фер­ных сис­тем

Бу­фер­ные сис­те­мы — это та­кие хи­ми­че­ские сис­те­мы, pH ко­то­рых не из­ме­ня­ет­ся (точ­нее, ма­ло из­ме­ня­ет­ся) при до­бав­ле­нии не­ко­то­ро­го ко­ли­че­ст­ва ки­слот ли­бо ос­но­ва­ний.

Ком­по­нен­та­ми бу­фер­ных сис­тем яв­ля­ют­ся лю­бые ве­ще­ст­ва, спо­соб­ные срав­ни­тель­но проч­но, но об­ра­ти­мо свя­зы­вать про­то­ны:

H⁺ + Б^–  HБ. (2)

· Ес­ли к рас­тво­ру та­ко­го ве­ще­ст­ва до­ба­вить силь­ную (то есть лег­ко дис­со­ции­рую­щую с об­ра­зо­ва­ни­ем про­то­нов) ки­сло­ту, то рав­но­ве­сие сме­стит­ся в сто­ро­ну HБ:

H⁺ + Б^–  HБ, (3)

в ре­зуль­та­те про­то­ны бу­дут свя­за­ны, и pH (по­ка­за­тель кон­цен­тра­ции сво­бод­ных про­то­нов!) не из­ме­нит­ся.

· Ес­ли к рас­тво­ру та­ко­го ве­ще­ст­ва до­ба­вить ос­но­ва­ние (дис­со­ции­рую­щее с об­ра­зо­ва­ни­ем гид­ро­кси­ла OH^–), то рав­но­ве­сие, на­про­тив, сме­стит­ся в сто­ро­ну H⁺ + Б^–:

H⁺ + Б^–  HБ, (4)

в ре­зуль­та­те про­то­ны вы­сво­бо­дят­ся, ней­тра­ли­зу­ют ио­ны гид­ро­кси­ла:

H⁺ + OH^– = H₂O, (5)

и pH то­же не из­ме­нит­ся.

В боль­шин­ст­ве слу­ча­ев бу­фер­ны­ми ве­ще­ст­ва­ми яв­ля­ют­ся анио­ны сла­бых ки­слот, то есть пло­хо дис­со­ции­рую­щих ки­слот, в ко­то­рых про­то­ны свя­за­ны проч­но, хо­тя и об­ра­ти­мо. Бу­фер­ные сис­те­мы, как пра­ви­ло, со­сто­ят из сла­бой ки­сло­ты и ее со­ли с силь­ным ос­но­ва­ни­ем (то есть ее анио­на в со­ста­ве лег­ко дис­со­ции­рую­ще­го ве­ще­ст­ва):

¾ при до­бав­ле­нии к та­кой сис­те­ме ки­сло­ты ани­он со­ли свя­зы­ва­ет про­то­ны;

¾ при до­бав­ле­нии к та­кой сис­те­ме ос­но­ва­ния ки­сло­та вы­сво­бо­ж­да­ет про­то­ны.

Ко­ли­че­ст­вен­но бу­фер­ная сис­те­ма ха­рак­те­ри­зу­ет­ся бу­фер­ной ем­ко­стью. Этот по­ка­за­тель от­ра­жа­ет, ка­кое ко­ли­че­ст­во ки­сло­ты или ще­ло­чи на­до до­ба­вить к бу­фер­ной сис­те­ме, что­бы pH рас­тво­ра из­ме­нил­ся на 1.

pH бу­фер­ной сис­те­мы оп­ре­де­ля­ет­ся со­от­но­ше­ни­ем бу­фер­ных ком­по­нен­тов (ки­сло­ты и со­ли). Ес­ли это со­от­но­ше­ние не ме­ня­ет­ся (на­при­мер, оба ком­по­нен­та воз­рас­та­ют в оди­на­ко­вой сте­пе­ни), то не ме­ня­ет­ся и pH бу­фер­ной сис­те­мы.

Бу­фер­ные сис­те­мы ор­га­низ­ма

В ор­га­низ­ме су­ще­ст­ву­ют че­ты­ре бу­фер­ные сис­те­мы:

¾ би­кар­бо­нат­ный бу­фер;

¾ фос­фат­ный бу­фер;

¾ бел­ко­вый бу­фер;

¾ ге­мо­гло­би­но­вый бу­фер (яв­ляю­щий­ся, ра­зу­ме­ет­ся, ча­стью бел­ко­во­го бу­фе­ра, но вы­де­ляе­мый от­дель­но в свя­зи с осо­бой ло­ка­ли­за­ци­ей — внут­ри эрит­ро­ци­тов — и осо­бой функ­ци­ей, см. ни­же, разд. «Ге­мо­гло­би­но­вый бу­фер»).

Би­кар­бо­нат­ный бу­фер

Этот бу­фер об­ра­зо­ван уголь­ной ки­сло­тойи ее на­трие­вой со­лью (Na⁺ — глав­ный вне­кле­точ­ный ка­ти­он), то есть би­кар­бо­на­том на­трия:H₂CO₃ + NaHCO₃.

· При до­бав­ле­нии к би­кар­бо­нат­но­му бу­фе­ру ки­сло­ты про­то­ны свя­зы­ва­ют­ся с би­кар­бо­на­том:

H⁺ + HCO₃^–  H₂CO₃, (6)

в ре­зуль­та­те вме­сто силь­ной ки­сло­ты об­ра­зу­ет­ся сла­бая (пло­хо дис­со­ции­рую­щая) уголь­ная ки­сло­та, и pH ме­ня­ет­ся ма­ло.

· При до­бав­ле­нии к би­кар­бо­нат­но­му бу­фе­ру ос­но­ва­ния про­то­ны вы­сво­бо­ж­да­ют­ся уголь­ной ки­сло­той и ней­тра­ли­зу­ют гид­ро­ксил:

OH^– + H₂CO₃  OH^– + H⁺ + HCO₃^–  H₂O + HCO₃^–, (7)

в ре­зуль­та­те вме­сто ос­но­ва­ния об­ра­зу­ет­ся соль, и pH так­же ме­ня­ет­ся ма­ло.

Би­кар­бо­нат­ный бу­фер — не са­мый мощ­ный бу­фер ор­га­низ­ма, по бу­фер­ной ем­ко­сти он су­ще­ст­вен­но ус­ту­па­ет, в ча­ст­но­сти, ге­мо­гло­би­но­во­му. Од­на­ко он иг­ра­ет са­мую боль­шую фи­зио­ло­ги­че­скую роль в свя­зи со сле­дую­щи­ми мо­мен­та­ми:

¾ это глав­ный бу­фер плаз­мы(фос­фат­ный, бел­ко­вый и ге­мо­гло­би­но­вый — это пре­иму­ще­ст­вен­но внут­ри­кле­точ­ные бу­фе­ры, а фос­фат­ный бу­фер — еще и важ­ный бу­фер мо­чи);

¾ со­дер­жа­ние обо­их его ком­по­нен­тов — уголь­ной ки­сло­ты и би­кар­бо­на­та — не­по­сред­ст­вен­но ре­гу­ли­ру­ет­ся сис­те­ма­ми вы­де­ле­ния: поч­ки вы­во­дят би­кар­бо­нат, а лег­кие — уг­ле­кис­лый газ, об­ра­зую­щий­ся при рас­па­де уголь­ной ки­сло­ты (см. ни­же).

Фос­фат­ный бу­фер

Этот бу­фер об­ра­зо­ван од­но- и дву­за­ме­щен­ной со­ля­ми фос­фор­ной ки­сло­ты: HPO₄^2– + H₂PO₄^–

· При до­бав­ле­нии к фос­фат­но­му бу­фе­ру ки­сло­ты про­то­ны свя­зы­ва­ют­ся с од­но­за­ме­щен­ной со­лью:

H⁺ + HPO₄^2– = H₂PO₄. (8)

· При до­бав­ле­нии к фос­фат­но­му бу­фе­ру ос­но­ва­ния про­то­ны вы­сво­бо­ж­да­ют­ся дву­за­ме­щен­ной со­лью и ней­тра­ли­зу­ют гид­ро­ксил:

OH^– + H₂PO₄^– = OH^– + H⁺ + HPO₄^2– = H₂O + HPO₄^2–. (9)

Фос­фат­ный бу­фер вы­пол­ня­ет сле­дую­щие функ­ции:

¾ это важ­ней­ший бу­фер мо­чи (гл. 15);

¾ это один из внут­ри­кле­точ­ных бу­фе­ров.

В плаз­ме его роль не­ве­ли­ка.

Бел­ко­вый бу­фер

Бу­фер­ные свой­ст­ва бел­ков обу­слов­ле­ны на­ли­чи­ем у ами­но­кис­лот групп, спо­соб­ных об­ра­ти­мо свя­зы­вать про­то­ны. Бел­ко­вый бу­фер — глав­ный внут­ри­кле­точ­ный бу­фер. Оп­ре­де­лен­ную бу­фер­ную роль иг­ра­ют и бел­ки плаз­мы.

Ге­мо­гло­би­но­вый бу­фер

Бу­фер­ные свой­ст­ва ге­мо­гло­би­на обу­слов­ле­ны его бел­ко­вой ча­стью (гло­би­ном), в ко­то­рой, как и в дру­гих бел­ках, име­ют­ся груп­пы, спо­соб­ные об­ра­ти­мо свя­зы­вать про­то­ны. Боль­шая роль ге­мо­гло­би­но­во­го бу­фе­ра, бла­го­да­ря ко­то­рой его вы­де­ля­ют как от­дель­ную бу­фер­ную сис­те­му, обу­слов­ле­на сле­дую­щи­ми мо­мен­та­ми:

¾ это са­мый мощ­ный бу­фер ор­га­низ­ма;

¾ это един­ст­вен­ный бу­фер эрит­ро­ци­тов;

¾ его бу­фер­ная ем­кость за­ви­сит от то­го, в ка­кой ме­ре ге­мо­гло­бин на­сы­щен ки­сло­ро­дом (гл. 10).

Вы­де­ли­тель­ные сис­те­мы

Да­же в нор­ме ор­га­низм по­сто­ян­но под­вер­га­ет­ся воз­дей­ст­ви­ям, стре­мя­щим­ся на­ру­шить ки­слот­но-ще­лоч­ное рав­но­ве­сие.

· В про­цес­се ме­та­бо­лиз­ма вы­ра­ба­ты­ва­ют­ся кис­лые ве­ще­ст­ва, пре­ж­де все­го — CO₂, но так­же дру­гие, не­ле­ту­чие ки­сло­ты (см. ни­же, разд. «Под­дер­жа­ние pH в нор­ме и при па­то­ло­гии»).

· В ЖКТ:

¾ вса­сы­ва­ют­ся кис­лые и ще­лоч­ные ве­ще­ст­ва (ком­по­нен­ты пи­щи, ле­кар­ст­вен­ные сред­ст­ва и пр.);

¾ сек­ре­ти­ру­ют­ся в про­свет же­луд­ка и ки­шеч­ни­ка кис­лые (со­ля­ная ки­сло­та в же­луд­ке) и ще­лоч­ные (би­кар­бо­на­ты в ки­шеч­ни­ке) ве­ще­ст­ва (гл. 12); при сек­ре­ции со­ля­ной ки­сло­ты в кро­ви ос­та­ют­ся ще­лоч­ные ве­ще­ст­ва, при сек­ре­ции би­кар­бо­на­тов — кис­лые.

Бу­фер­ные сис­те­мы не мо­гут вы­во­дить все эти ве­ще­ст­ва из ор­га­низ­ма; они мо­гут лишь вре­мен­но сгла­жи­вать вы­зван­ные эти­ми ве­ще­ст­ва­ми из­ме­не­ния pH. В то же вре­мя кис­лые и ще­лоч­ные ве­ще­ст­ва долж­ны бы­ст­ро вы­во­дить­ся в та­ком же ко­ли­че­ст­ве, в ко­то­ром они по­сту­па­ют в кровь. Эту функ­цию вы­пол­ня­ют вы­де­ли­тель­ные сис­те­мы — лег­кие и поч­ки:

¾ лег­кие вы­во­дят ле­ту­чие ве­ще­ст­ва, пре­ж­де все­го — CO₂;

¾ поч­ки вы­во­дят не­ле­ту­чие ве­ще­ст­ва, пре­ж­де все­го, как мы уви­дим ни­же — би­кар­бо­нат.

Под­дер­жа­ние pH в нор­ме и при па­то­ло­гии

Нор­ма

В нор­ме за­да­ча вы­де­ли­тель­ных сис­тем — уда­лять кис­лые и ще­лоч­ные ве­ще­ст­ва с та­кой же ско­ро­стью, с ка­кой они по­сту­па­ют в кровь. Рас­смот­рим обыч­ное су­точ­ное по­сту­п­ле­ние и вы­ве­де­ние кис­лых и ще­лоч­ных ве­ществ.

· По­дав­ляю­щая часть кис­лых ве­ществ при­хо­дит­ся на CO₂— глав­ный про­дукт рас­па­да всех ве­ществ (бел­ков, ли­пи­дов, уг­ле­во­дов, нук­леи­но­вых ки­слот). Бу­ду­чи ле­ту­чим со­еди­не­ни­ем, CO₂ уда­ля­ет­ся лег­ки­ми.

· Не­боль­шое ко­ли­че­ст­во не­ле­ту­чих ки­слот (в 200—300 раз мень­ше, чем CO₂) об­ра­зу­ет­ся в про­цес­се ме­та­бо­лиз­ма (про­дук­ты окис­ле­ния се­ро­со­дер­жа­щих и фос­фор­со­дер­жа­щих ами­но­кис­лот— сер­ная и фос­фор­ная ки­сло­ты; про­дукт рас­па­да нук­леи­но­вых ки­слот — мо­че­вая ки­сло­та; в оп­ре­де­лен­ных ус­ло­ви­ях — мо­лоч­ная ки­сло­та, ке­то­но­вые те­ла и пр.; гл. 11). Еще мень­шее ко­ли­че­ст­во не­ле­ту­чих кис­лых ве­ществ (ино­гда, в за­ви­си­мо­сти от ха­рак­те­ра пи­та­ния, ще­лоч­ных) по­сту­па­ет из ЖКТ. Все не­ле­ту­чие ки­сло­ты сна­ча­ла реа­ги­ру­ют в кро­ви с би­кар­бо­на­том; за­тем они уда­ля­ют­ся поч­ка­ми, а кон­цен­тра­ция би­кар­бо­на­та в кро­ви при этом вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся (гл. 15).

Та­ким об­ра­зом, в нор­ме вы­де­ли­тель­ные сис­те­мы под­дер­жи­ва­ют на по­сто­ян­ном уров­не кон­цен­тра­ции обо­их ком­по­нен­тов би­кар­бо­нат­но­го бу­фе­ра — H₂CO₃ (пу­тем под­дер­жа­ния по­сто­ян­ст­ва CO₂) и NaHCO₃.

На­ру­ше­ния ки­слот­но-ще­лоч­но­го рав­но­ве­сия

В слу­чае, ес­ли ка­кая-то из вы­де­ли­тель­ных сис­тем (лег­кие ли­бо поч­ки) не справ­ля­ет­ся с вы­ве­де­ни­ем кис­лых или ще­лоч­ных ве­ществ ли­бо, на­про­тив, вы­во­дит их в из­быт­ке, прин­цип ре­гу­ля­ции ки­слот­но-ще­лоч­но­го рав­но­ве­сия ста­но­вит­ся иным: ес­ли нет воз­мож­но­сти вы­вес­ти из­бы­ток ка­ко­го-ли­бо ве­ще­ст­ва (ки­сло­ты или ще­ло­чи), то в ор­га­низ­ме за­дер­жи­ва­ет­ся про­ти­во­по­лож­ное ве­ще­ст­во (ще­лочь или ки­сло­та) (и на­обо­рот, ес­ли в из­быт­ке те­ря­ет­ся ка­кое-то ве­ще­ст­во, то уси­лен­но вы­во­дит­ся и про­ти­во­по­лож­ное ве­ще­ст­во).

Пред­ста­вим се­бе, на­при­мер, что воз­ник­ло на­ру­ше­ние ды­ха­ния — сни­зи­лось вы­де­ле­ние лег­ки­ми CO₂, и это со­еди­не­ние на­ка­п­ли­ва­ет­ся в кро­ви. В от­вет на это поч­ки умень­ша­ют вы­де­ле­ние би­кар­бо­на­та. В ре­зуль­та­те на­рас­та­ет со­дер­жа­ние в кро­ви од­но­вре­мен­но и CO₂, и HCO₃,^– а, как мы уже зна­ем, ес­ли со­от­но­ше­ние ме­ж­ду кон­цен­тра­ция­ми бу­фер­ных ком­по­нен­тов не ме­ня­ет­ся, то не ме­ня­ет­ся и pH.

Ины­ми сло­ва­ми, при на­ру­ше­ни­ях в дея­тель­но­сти од­ной из вы­де­ли­тель­ных сис­тем за­да­ча вто­рой вы­де­ли­тель­ной сис­те­мы за­клю­ча­ет­ся в том, что­бы под­дер­жи­вать на по­сто­ян­ном уров­не не аб­со­лют­ные кон­цен­тра­ции ком­по­нен­тов би­кар­бо­нат­но­го бу­фе­ра, а со­от­но­ше­ние ме­ж­ду эти­ми кон­цен­тра­ция­ми.

Та­ким об­ра­зом, при на­ру­ше­ни­ях ки­слот­но-ще­лоч­но­го рав­но­ве­сия име­ют­ся от­кло­не­ния двух ти­пов:

¾ пер­вич­ное,обу­слов­лен­ное на­ру­ше­ни­ем вы­ве­де­ния ка­ко­го-ли­бо из ком­по­нен­тов би­кар­бо­нат­но­го бу­фе­ра од­ной из вы­де­ли­тель­ных сис­тем (лег­ки­ми или поч­ка­ми);

¾ ком­пен­са­тор­ное — за­держ­ка или уси­лен­ное вы­ве­де­ние дру­го­го ком­по­нен­та вто­рой вы­де­ли­тель­ной сис­те­мой;

при­чем от­кло­не­ния эти од­но­на­прав­лен­ные: пер­вич­ное на­ко­п­ле­ние CO₂ при­ве­дет к ком­пен­са­тор­но­му на­ко­п­ле­нию HCO₃^–, пер­вич­ная по­те­ря HCO₃^–, при­ве­дет к ком­пен­са­тор­но­му уси­лен­но­му вы­ве­де­нию CO₂ и т. п.¹

¹ Здесь речь идет о про­стых сдви­гах ки­слот­но-ще­лоч­но­го рав­но­ве­сия, ко­гда име­ет­ся толь­ко од­но пер­вич­ное на­ру­ше­ние (на­при­мер, сни­же­ние ле­гоч­ной вен­ти­ля­ции). Ес­ли име­ет­ся од­но­вре­мен­но не­сколь­ко на­ру­ше­ний (на­при­мер, ле­гоч­ной вен­ти­ля­ции и функ­ции по­чек), то кар­ти­на су­ще­ст­вен­но слож­нее.

 

Источник: studopedia.ru

Что означает pH?[править | править код]

pH — это водородный показатель раствора (Power of Hydrogen). Величина pH, по определению, равна отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода. У читателей может возникнуть вопрос, зачем вообще понадобилось вводить новое понятие, не проще ли выражать концентрацию ионов водорода в обычных единицах. Дело в том, что понятие pH было введено химиками. Оказалось, что при проведении химических опытов значительно удобнее выражать концентрацию ионов водорода через водородный показатель. В клинической практике мы измеряем pH артериальной крови, который варьирует незначительно — от 6,9 до 7,9, но химики имеют дело со всем спектром возможных значений pH, от 1 до 14. Если бы мы выражали концентрацию ионов водорода в обычных единицах (моль/л), вычисления оказались бы слишком громоздкими. Таким образом, использование pH значительно облегчает и сокращает расчеты. В таблице показаны нормальные значения pH крови и крайние значения, которые наблюдаются при патологических состояниях, сопровождающихся развитием ацидоза или алкалоза.

Шкала pH — не линейная![править | править код]

Выражение «pH крови пациента изменился на 0,3 единицы» означает, что концентрация ионов водорода повысилась (или понизилась) вдвое.

Когда мы слышим, что «pH артериальной крови пациента повысился/понизился на 0,2», мы можем недооценить истинное изменение концентрации ионов водорода. Всегда нужно помнить: значение pH — это логарифм. Так, если pH артериальной крови снизился с 7,20 до 7,00, это означает, что концентрация ионов водорода изменилась на 37 нмоль/л, а падение значения pH с 7,00 до 6,80 соответствует повышению [Н⁺] на 60 нмоль/л.

Десятичный логарифм числа 2 равен 0,3 (2=10^0,3). Поэтому если pH падает на 0,3 единицы, например, с 7,40 до 7,10, это значит, что концентрация ионов Н⁺ повысилась вдвое (с 40 до 80 нмоль/л). Соответственно повышение pH с 7,40 до 7,70 отражает понижение концентрации ионов Н⁺ с 40 до 20 нмоль/л.

Что такое pH[править | править код]

Почему же многие учащиеся не могут разобраться в теории кислот и оснований?

Это происходит из-за злоупотребления сложившимся «псевдонаучным жаргоном». Часто теорию кислот и оснований считают трудной темой. В этой теории рассматривается понятие кислоты как вещества, способного диссоциировать на анион кислотного остатка (сопряженное основание) и на ион водорода (протон). Еще в 1962 г. Криз (Creese) с соавторами в своей статье в журнале «Ланцет» (Lancet) писали, что «в медицинской литературе, посвященной этой теме, авторы злоупотребляют псевдонаучным жаргоном, что только сбивает читателей с толку»^[1].

Трудности возникают из-за традиционной номенклатуры, которую проиллюстрируем таким диалогом:

Научное определение pH[править | править код]

pH — это отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода.

pH=-log₁₀[H⁺]

Так, при рН=7,0 концентрация ионов водорода составляет 0,0000001 ммоль/л, или 10^-7 ммоль/л.

Десятичный логарифм 0,0000001 равен — 7,0.

Таким образом, отрицательный десятичный логарифм равен —(-7,0), т.е. +7,0. Отсюда рН=7,0.

Вспомним свойства логарифмов

10 000 х 100 000 = 1 000 000 000 = 10⁹ или 10⁴х10⁵ = 10⁹ (при умножении чисел их показатели степени складываются)

Log х/у = log x — log y

Log 1/х = — log х

Примеры значений pH, встречающихся в клинической практике

Величина pH артериальной крови при ацидозе		Примеры
pH 6,8	160 нмоль/л	Метаболический ацидоз (например, диабетический кетоацидоз, почечный канальцевый i ацидоз); респираторный ацидоз
pH 6,9	130 нмоль/л
pH 7,0	100 нмоль/л
pH 7,1	80 нмоль/л
pH 7,2	63 нмоль/л
pH 7,3	50 нмоль/л
Нормальные значения pH артериальной крови		Примеры
pH 7,35	45 нмоль/л	В норме уровень pH атериальной крови колеблется в диапазоне 7,35-7,45 (45-35 нмоль Н+/л)
pH 7,36	44 нмоль/л
pH 7,38	42 нмоль/л
pH 7,40	40 нмоль/л
pH 7,42	38 нмоль/л
pH 7,44	36 нмоль/л
pH 7,45	35 нмоль/л
Величина pH артериальной крови при алкалозе		Примеры
pH 7,5	32 нмоль/л	Метаболический алкалоз; респираторный алкалоз
pH 7,6	26 нмоль/л
pH 7,7	20 нмоль/л
pH 7,8	16 нмоль/л
pH 7,9	13 нмоль/л
pH 8,0	10 нмоль/л

pH и эквивалентные значения концентрации протонов

Значение pH	Эквивалентные значения концентрации протонов в других единицах
pH 1	0,1 моль ионов водород на литр, или 10-1 моль ионов водорода на литр, или 10-1 г иона водорода на литр
pH 14	0,00000000000001 моль/л, или 10-14 моль ионов водорода на литр, или 10-14 г ионов водорода на литр

Особенности параметров внутренней среды организма во время выполнения упражнений разного характера (на примере исследования резервной щелочности крови методом титрования)[править | править код]

Относительное постоянство внутренней среды и некоторых физиологических функций организма человека называют гомеостазом (Булич, Муравов, 2003; Н. И. Волков и соавт., 1988; Меерсон, 1986; Функциональные резервы…, 1990).

Особое значение для жизни человека имеет постоянство состава крови. Такие ее особенности, как активная реакция (pH) и осмотическое давление, наиболее устойчивы.

Регуляция кислотно-щелочного равновесия крови[править | править код]

Кислотно-щелочное равновесие — это константа крови, регулируемая наиболее часто. Кровь имеет слабощелочную реакцию: pH артериальной крови составляет 7,4, а венозной — 7,35 (вследствие избытка С02).

Снижение pH может происходить в узких пределах (максимально до 6,8). В случае большего изменения наступает смерть.

Смещение pH в кислую сторону осуществляют кислоты Н3Р04, Н2С03, молочная, пировиноградная, некоторые кетосоединения.

Возможным является и повышение щелочности внутренней среды организма, прежде всего в горных условиях. Щелочные электролиты поступают во внутреннюю среду с пищевыми продуктами (овощи, фрукты).

Благодаря регуляторным механизмам двух типов pH крови четко поддерживается:

а) физико-химические (буферные системы), состоящие из кислотного и щелочного компонентов, связывают кислоты или щелочи, предотвращая существенное изменение концентрации Н+. Этот механизм действует очень быстро (доли секунды) и потому относится к быстрым механизмам регуляции устойчивости внутренней среды (Булич, Муравов, 2003; Волков Н. И. и соавт., 1998; Функциональные резервы…, 1990).

В плазме крови содержатся такие основные буферные системы:

• бикарбонатная: Н₂СО₃/NaHC0₃

• фосфатная:NaH₂P0₄/NaHP0₄

• белковая:Н белок/Na белок

В эритроцитах функционируют такие буферные системы:

1. Оксигемоглобин и восстановленная форма гемоглобина. Они действуют как слабая кислота в буферной паре с калиевой солью гемоглобина:

ННbО₂ /KНЬО₂;ННb/ КНЬ

2. Калиевые соли Н₃Р0₄ (калийфосфатная буферная система):

КН₂Р0₄/К₂НР0₄

Механизм функционирования буферных систем можно продемонстрировать на примере карбонатной буферной системы. Если во внутренней среде организма образуется избыток щелочи, в реакцию вступает кислотный компонент буферной системы — Н₂С0₃:

NaOH + Н₂С0₃ = NaHC0₃ + Н₂0.

Если среда подкисляется кислыми продуктами обмена веществ, в реакции участвует щелочной компонент буферной системы:

HCI + NaHC0₃ = NaCI + Н₂С0₃.

В обоих случаях образуются продукты, которые легко диссоциируют и существенно не влияют на pH внутренней среды;

б) физиологические механизмы связаны с функционированием легких и почек, которые соответственно регулируют концентрацию С02 и минеральных солей. Такой физиологический механизм регуляции гомеостаза, как почки, действует очень медленно (10—12 ч). Но этот механизм наиболее мощный и способен полностью восстановить pH организма, удалив мочу со щелочными или кислыми значениями pH (Волков Н. И. и соавт., 1998; Медведев, 1984).

Физиологические механизмы регуляции устойчивости внутренней среды тесно взаимодействуют с физико-химическими, дополняя их и делая систему регуляции в целом более надежной. Например, у бикарбонатной системы небольшая емкость, но в организме по важности она превосходит все другие вследствие того, что концентрация каждого из элементов буферной системы может регулироваться: С02—дыхательной системой, а бикарбонатный ион — почками. Благодаря легкости, с которой легкие регулируют концентрацию С02, эта система обладает значительной буферной емкостью.

Все буферные системы вместе взятые образуют щелочной резерв, способный связывать избыток кислот, образующихся в процессе обмена веществ, в том числе и во время физических нагрузок.

Оснащение: микробюретки, пипетки на 10 мл, микропипетки, колбы на 25 мл, кровь, 0,1N раствор гидроксида натрия, 0.01N раствор HCI.

Ход работы

В колбы, содержащие 10 мл 0,01 N раствора HCI, добавляют 0,2 мл крови спортсменов разной специализации и тщательно перемешивают. Прозрачную жидкость бурого цвета титруют 0.1N раствором гидроксида натрия до появления мути и выпадения осадка, то есть до изоэлектрической точки смеси белков крови (альбумины, глобулины, гемоглобин). Окончание реакции наступает сразу после добавления одной капли щелочи.

Расчет резервной щелочности крови спортсменов разной спортивной специализации проводят по формуле:

х =(1-а) с -100/ V

где 1 — объем HCI, взятый для определения, приведенный к 0,1 N концентрации, мл; а — объем щелочи, затраченной на титрование, мл; с — концентрация щелочи (0,1 N); V— объем крови, взятой для определения (0,2 мл).

Полученные данные анализируют и делают выводы.

Читайте также[править | править код]

• Кислотно-щелочной баланс
• Кислоты, основания и ионы водорода (биохимия)

Источник: sportwiki.to