WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 |

Глава 13. Кислотнощелочное состояние.

Кислотнощелочное состояние (кислотнощелочное равновесие; кислотнощелочной баланс; кислотноосновное равновесие) — одно из важнейших гомеостатических свойств внутренней среды организ­ма, характеризующееся относительным постоянством соотношения водородных и гидроксильных ионов и определяющее оптимальный характер обменных процессов и физиологических функций.

Основой внутренней среды является вода, молекулы которой при диссоциации дают Н+ и ОН" ионы. Соотношение их концентрации определяет актуальную реакцию жидкостей, прежде всего крови.

Актуальной называют существующую в организме в данных усло­виях кислотность или щелочность внутренней среды. От актуальной реакции среды зависят условия функционирования большинства бел­ков, так как электронейтральность белковой молекулы определяется ее изоэлектрической точкой, что прямо связано с кислотностью среды. Актуальная реакция среды определяет активность ферментов, для большинства из которых свойственны свои оптимальные значе­ния реакции среды. Кислотнощелочное состояние внутренней сре­ды определяет в тканях направление и интенсивность процессов окисления и восстановления, расщепления и синтеза белков, угле­водов и жиров, нуклеиновых кислот, активность витаминов и мик­роэлементов. Изменения актуальной реакции среды помимо метабо­лизма влияют и на функции клеток, органов и систем, например сердца и сосудов, нервной системы и мышц, легких и почек. Кислотнощелочное состояние среды определяет и биофизические свойства клеток и молекул, например, проницаемость мембран и возбудимость, степень дисперсности коллоидов и пр.

В свою очередь, кислотнощелочное состояние как интегральный параметр внутренней среды зависит от состояния клеточного мета­болизма, газотранспортной функции крови, процессов питания и внешнего дыхания, водносолевого обмена.

Внутриклеточная среда для большинства клеток нейтральна, т.к. это обеспечивает оптимальную возможность образования субстратферментных комплексов. Внеклеточная жидкость и кровь имеют слегка щелочную реакцию, что облегчает нейтрализацию и удаление из клеток кислых метаболитов и Н~ ионов.

13.1. Кислоты и основания внутренней среды.

Общие представления о буферных растворах.

Кислотами называют вещества, способные при диссоциации в растворах выделять ион водорода (донаторы протона), а основаниями или щелочами — вещества, способные связывать ион водорода (ак­цепторы протона).

Вода в слабой степени диссоциирована на Н+ и ОН" ионы. При нейтральной реакции воды в ней имеется одинаковое количество Н+ и ОН ионов, при 22°С составляющее 107 каждого. Произведение Н+ и ОН ионов в водном растворе, независимо от того ней­тральный, кислый он или щелочной, всегда одинаково и равно: 107 107 =1014. Эта величина называется константой диссоциации воды, очевидно, что если концентрация водородных ионов [Н+]будет расти, то число ОН ионов [ОН] будет уменьшаться.

Поскольку актуальная реакция водного раствора зависит от соот­ношения [Н+] и [ОН], ее оценивать можно по одной из них, т.е., как это принято, по [Н+]. Таким образом, раствор с нейтральной реакцией имеет [Н+] =107, с кислой реакцией —[Н+]>107, а со щелочной реакцией — [Н+]<107. Для оценки [Н*] используется отрицательный десятичный логарифм концентрации, который обо­значается рН и называется водородным показателем. Таким образом рН = log[H+]. Следовательно, для нейтрального раствора рН = 7, для кислотно <7, а для щелочного — >7.

В норме величина рН в различных жидких средах организма неодинакова, но ее колебания невелики, рН внутриклеточной, тка­невой жидкости и крови относится к числу жестких гомеостатических констант. В табл. 13.1 приведены значения рН различных сред организма.

Кислоты образуются из принятой пищи и в результате межуточ­ного обмена веществ. Процессы окисления в клетках обусловливают появление органических и минеральных кислот. Так, катаболизм Таблица 13.1 Актуальная реакция жидкостей организма Наименование жидкостей РН Атериальная кровь 7,367, Венозная кровь 7,267, Цереброспинальная жидкость 7,4 7, Межклеточная жидкость тканей 7,267, Тканевая жидкость мышц 6,7 —6, Поджелудочный сок 7,8 —8, Желчь печеночная 7,3 8, Желчь пузырная 6,0 —7, Слюна 5,8 —7, Желудочный сок 1,4 —1, Сок тонкой кишки 7,5 8, Сок толстой кишки 8,0 —9, сернистых аминокислот вызывает появление серной кислоты; фосфопротеины и нуклеопротеины ведут к образованию фосфорной и мочевой кислоты; липиды образуют свободные жирные кислоты; углеводы при окислении и гликолизе поставляют пировиноградную и молочную кислоту и т.п. Несмотря на то, что молочная кислота является органической, она довольно "сильная", т.к. ее рН при 26°С равен 3,73. Углекислый газ, образуемый как конечный продукт процессов окисления, также является кислотой, т.к. вместе с другим конечным продуктом окисления — водой — дает реакцию:



со2+н2о —> нгсо3—> H+нсо3.

Углекислота является слабой кислотой, но служит в свою очередь источником углекислого газа, удаляемого через легкие, поэтому она еще называется летучей кислотой. Другие органические и неоргани­ческие кислоты называют нелетучими. Летучей кислоты образуется намного больше (до 20 000 ммоль СО2), чем нелетучих кислот (око­ло 100 ммоль).

Кислоты, как промежуточный этап метаболизма, являются биохими­ческой необходимостью, характеризующей процессы жизнедеятельности клетки. При этом интенсивность образования кислот при метаболизме является одним из основных факторов, обеспечивающих поступление протонов во внутреннюю среду. Протоны, поступающие с пищей, играют в рН внутренней среды существенно меньшую роль. Содер­жание свободных водородных ионов зависит от интенсивности их связывания основаниями и выделения во внешнюю среду.

Основания поступают в организм преимущественно в раститель­ной пище, богатой щелочными и щелочноземельными солями. Об­разуются щелочи и клетками организма, например, внешнесекреторными клетками поджелудочной железы, секрет которых очень богат ОН ионами.

Интенсивность образования кислот прямо связана с окислитель­новосстановительными реакциями клеток, обеспечением их кисло­родом. При ограничении обеспечения клеток кислородом или нали­чии кислородного долга изза чрезмерной потребности в нем уси­ливаются или активизируются процессы анаэробного гликолиза. Появляющиеся в клетках в избытке пировиноградная и молочная кислоты переходят в тканевую жидкость и кровь. Так происходит, например, при интенсивной мышечной работе за счет отставания возможности кислородного обеспечения от потребности в нем и повышении скорости гликолиза в сотни раз. Молочная кислота является причиной более низкого рН в тканевой жидкости скелет­ных мышц, чем в других тканях.

Однако, несмотря на поступление в кровь пировиноградной и молочной кислот, также как и других нелетучих и летучих кислот, рН крови практические не меняется. Это свидетельствует о наличии в организме мощных гомеостатических систем, поддерживающих константу рН. К их числу относят физикохимические (буферные системы внутренней среды, тканевые обменные процессы) и физио­логические гомеостатические системы (легкие, почки, желудочнокишечный тракт, костная ткань).

Свободные Н+ ионы, концентрация которых определяется водо­родным показателем, составляют активную кислотность или актив­ную реакцию водного раствора. Однако, не все кислоты в водном растворе диссоциируют полностью. Если кислоты образуют в рас­творе большое число недиссоциированных молекул и малое число Нионов, их называют "слабыми". При добавлении к раствору такой кислоты акцепторов протонов, т.е. оснований (ОН ионы), то сво­бодные Н+ ионы будут связываться, образуя.воду. Молекулы слабой кислоты, оставшиеся недиссоциированными, начнут освобождать но­вые протоны, которые вновь будут связываться добавляемой щело­чью. Так с помощью титрования щелочью можно добиться ней­тральной реакции среды, когда все содержащиеся в слабой кислоте в связанном виде потенциальные ионы Н+ выйдут в раствор и свяжутся акцептором протона, т.е. основанием. Количество щелочи, использованное на нейтрализацию всех потенциально способных к выходу в раствор ионов Н+ при диссоциации, носит название тит­руемой кислотности. Очевидно, что для растворов сильных, т.е. полностью диссоциирующих кислот, активная и титруемая кислот­ности равны, а чем слабее кислота, тем больше титруемая кислот­ность превышает активную кислотность.

Если к водному раствору слабой кислоты прибавить щелочь, то часть свободных Нионов будет связана, но рН среды почти не изменится, т.к. новые молекулы слабой кислоты диссоциируя вос­полнят связавшееся число свободных Нионов. Следовательно рас­твор слабой кислоты уменьшает сдвиг активной кислотности при добавлении щелочи. Подобным же образом слабая щелочь смягчает изменение кислотности среды при добавлении кислоты. Такие рас­творы получили название буферных. Буферные растворы способны сглаживать смещение рН при добавлении к ним кислот или щело­чей. Однако слабая кислота или слабая щелочь — это односторон­ние буфера, т.к. они проявляют свои буферные свойства только по отношению к одному из воздействий — либо кислотой, либо ще­лочью. Но можно создать и двустороннее направление буфера, и одновременно усилить сами буферные свойства раствора, если при­мешать к слабой кислоте соль той же кислоты.





Соль даже слабой кислоты диссоциирует почти полностью, т.е. дает наряду с ионом металла большое количество свободных анио­нов кислоты. Следовательно, в случае прибавления к слабой кислоте ее соли, увеличивается концентрация анионов и тем повышается скорость обратного соединения этих анионов с Нионами. Диссо­циация кислоты угнетаечся и возрастает число потенциальных ионов Н+. Таким образом этот раствор окажет большее сопротивление изменению рН от прибавления щелочи, чем раствор только слабой кислоты. Но с другой стороны, и прибавление сильной кислоты тоже почти не изменит активную кислотность, так как Нионы, взаимодействуя с анионом слабой кислоты, приведут к образованию этой слабой кислоты, плохо диссоциирущей, особенно в присутствии соли. Торможение сдвига активной кислотности раствора возможно до тех пор, пока достаточно соли. Чем ее больше, тем ьыше со противление буфера по отношению к сильной кислоте, при этом одновременно сильнее угнетается и диссоциация образующейся сла­бой кислоты. С другой стороны, сопротивление буфера действию щелочи нарастает с увеличением концентрации слабой кислоты, т.е. с увеличением количества потенциальных Нионов. Следовательно, чем больше концентрация слабой кислоты и ее соли, тем буферность раствора, или как принято называть буферная емкость рас­твора больше (т.е. раствор может как бы вместить большее коли­чество прибавляемой сильной кислоты или щелочи без выраженного изменения рН).

Поскольку буферная емкость является количественной характе­ристикой (мерой) буферных свойств раствора, ее принято измерять по количеству кислоты или щелочи, которое необходимо прибавить к буферному раствору, чтобы сместить его активную реакцию на 1 единицу рН.

Биологические жидкости обладают буферными свойствами не толь­ко благодаря наличию в них слабых кислот и солей этих кислот, но и за счет содержащихся в них амфотерных веществ или амфолитов, к числу которых относятся белки, пептиды и аминокислоты. В связи с тем, что активная реакция крови в норме является более щелоч­ной, чем изоэлектрические точки большинства содержащихся в ней белков, все эти белки диссоциируют как кислоты. В связи с этим белки крови чаще всего присутствуют в виде солей натрия и калия (протеинатов).

13.2.Физико химические гомеопатические механизмы.

К физикохимическим механизмам кислотнощелочного гомеостазиса относятся буферные системы внутренней среды организма и тканевые гомеостатические обменные процессы.

Буферные системы внутренней среды организма. Основными бу­ферными системами внутриклеточной, межклеточной жидкости и крови являются • бикарбонатная, фосфатная и белковая буферная система, причем из последней для крови особо выделяют гемогло­бин овый буфер.

Наибольшее значение для поддержания рН межклеточной жидкости и плазмы крови имеет бикарбонатная буферная сис­тема. Угольная кислота в плазме и межклеточной жидкости присутствует в четырех формах: физически растворенного угле­кислого газа (СО2), угольной кислоты (Н2СО,), аниона карбо­ната (СО32) и аниона бикарбоната (НСО3). В условиях физио­логического диапазона рН больше всего содержание бикарбона­та, примерно в 20 раз меньше содержание растворенного угле­кислого газа и угольной кислоты, а ион карбоната практически отсутствует. Бикарбонат представлен в виде натриевых и кали­евых солей. Как уже указывалось выше, константа диссоциации (К) есть отношение:

Pages:     || 2 | 3 | 4 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.