Занятие 6. Сопряженные кислотно-основные пары. Буферные системы. Теоретические аспекты.

Биологические жидкости характеризуются определённой величиной рН, отклонения от которой ограничены.

Сохранение постоянства кислотности жидких сред имеет для жизнедеятельности человеческого организма первостепенное значение, потому что, во-первых, ионы Н⁺ оказывают каталитическое действие на многие биохимические превращения, во-вторых, ферменты и гормоны проявляют биологическую активность только в строго определённом интервале значений рН; в-третьих, даже небольшие изменения концентрации ионов водорода в крови и межтканевых жидкостях ощутимо влияют на величину осмотического давления в этих жидкостях.

Смещение кислотно-щелочного равновесия крови в сторону повышения концентрации ионов водорода (снижение рН) и уменьшение резервной щёлочности называется ацидозом, а смещение его в сторону снижения концентрации ионов водорода (повышение рН) и увеличение резервной щелочности – алкалозом. Ацидоз или алкалоз могут возникать либо в результате непосредственного поступления в организм через пищевой тракт или органы дыхания избыточных количеств продуктов с повышенной кислотностью или щёлочностью (пища, питьё, медикаменты), либо в результате аномальной генерации или эвакуации из организма такого рода веществ при различных патологических состояниях организма, связанных с нарушениями нормального обмена веществ, функций дыхания и кровообращения.

Для коррекции кислотно-щелочного равновесия при ацидозе чаще используют 4%-ный раствор гидрокарбоната натрия, который вводят внутривенно. Коррекция кислотно-щелочного равновесия при алкалозе более сложна. В качестве одной из временных мер целесообразно введение от 6 до 15 мл. 6%-ного раствора аскорбиновой кислоты.

Решающую роль в регулировании рН играют буферные системы. Ещё точнее можно сказать, что буферные системы позволяют живому организму, как открытой стационарной системе, реализовать принцип консервативности Ле-Шателье-Брауна, противодействовать влиянию внешних факторов, направленных как на снижение, так и на увеличение рН его жидких сред, сохранять гомеостаз, т.е. координировать происходящие в организме физиологические и биохимические процессы и тем самым поддерживать постоянство состава внутренней среды.

Условия гомеостаза крови.

Константа	Величина
рН (артериальной) (предельные значения) [Na+] : [K+] : [Ca2+] Понижение температуры замерзания плазмы крови относительно воды Осмотическое давление Онкотическое давление Ионная сила Температура	7,4 ± 0,04 (6,8 – 7,7) 25 : 1 : 1 0,55 – 0,580 7,6 – 8,0 атм. (7,5*105 – 7,8*105 Па) 0,03 – 0,04 атм. (2,94*103 – 3,92*103 Па) 0,15 моль/л 370С (310 К)

В связи с огромным значением буферных растворов для практики врача необходимо рассмотреть механизм действия буферных систем вообще и, в частности, живом организме. Кроме того, в медицинской практике часто возникает необходимость в приготовлении буферных растворов, способных поддерживать постоянное значение рН, например, для введения этих растворов в организм, для моделирования в лабораторных условиях процессов, протекающих в организме, в практике клинического анализа и т.д.

I. Буферные растворы – это смеси, способные сохранять заданное значение рН при разбавлении или добавлении к ним небольших количеств сильной кислоты или щёлочи. Последнее свойство называется буферным действием и оно связано со строго определённым химическим составом растворов – они содержат два находящихся в равновесии друг с другом компонента, которые образуют сопряжённую кислотно-основную пару. Первый из них связывает в малодиссоциирующее соединение вносимые в раствор ионы ОН^-, играя роль кислоты, а второй - связывает вносимые в раствор ионы Н⁺, играя роль основания.

В данном случае понятия кислоты и основания соответствуют протолитической теории Н. Бренстеда и Т. Лоури (1923): - кислота – вещество, являющееся донором протонов Н⁺ или акцептором ионов ОН^-;

- основание – вещество, являющееся акцептором протонов Н⁺ или донором ионов ОН^-

Примеры:

1) СН₃СООН « Н⁺ + СН₃СОО^- 2) NH₃ + H⁺ « NH₄⁺

кислота основание основание кислота

По химическому составу буферные растворы делят на кислотные и основные:

1) кислотные буферные растворы - роль кислоты (к.) выполняет слабая кислота или её кислая соль, а сопряжённым основанием (осн.) является средняя соль этой кислоты или её кислая соль с большей степенью замещения атомов водорода на металл.

Примеры:

а) Уксусная кислота и её соль образует ацетатный буфер:

СН₃СООН (к.) / СН₃СООNa (осн.)

б) Фосфорная кислота и её соли могут образовывать три типа буферных систем:

в ) Угольная кислота и её соли могут образовывать два типа буферных систем:

H₂CO₃ (к) NaHCO₃ (к.)

NaHCO₃ (осн) I Na₂CO₃ (осн.) II

Гидрокарбонатный буфер Карбонатный буфер

2 ) основные буферные растворы – роль основания (осн.) выполняет слабое основание, роль кислоты – её соль.

Пример: NH₄OH (осн) Аммиачный

NH₄Cl (к) буфер