Изменение кислотно-щелочного равновесия при различных заболеваниях.
При различных заболеваниях наблюдается сдвиг рН биологических сред. Как показывают исследования, отклонения рН в первую очередь отражаются на активности ферментов, нарушая нормальный ритм реакции в клетке.
В последнее время выявлены нарушения кислотно-щелочного равновесия при различных сердечно-сосудистых заболеваниях. Показано, что при ишемической болезни сердца закономерным является возникновение ацидоза. Сдвиги рН в кислую область возникают у больных с обширной зоной повреждения сердца - крупноочаговым инфарктом миокарда. Одновременно наблюдается снижение концентрации ионов калия в плазме и эритроцитах. Перемещение ионов H+ в клетку приводит к снижению рН внутри клетки. Следовательно, при инфаркте миокарда с выраженным метаболическим ацидозом следует ожидать сдвига в щелочную область рН во внеклеточном пространстве, что наблюдается на практике. Для увеличения эффективности лечения необходимо возместить дефицит ионов К+ в миокарде и одновременно нейтрализовать ионы Н+ в плазме и в межклеточном пространстве. Это достигается введением растворов калия внутривенно. Сахарный диабет является тяжелым и распространенным заболеванием современного человечества. Нарушение кислотно-щелочного равновесия при сахарном диабете происходит из-за чрезмерного накопления ионов в межклеточной жидкости. Ионы К+ в клетке замещаются ионами Na+ и Н+.У больных, страдающих тяжелой формой сахарного диабета, наблюдается сдвиг рН в кислую область (ацидоз). У больных с легкой формой сахарного диабета отклонения рН от нормы, как правило, не наблюдается. Изучение кислотно-щелочного равновесия при диабете позволило установить некоторые закономерности между течением этого заболевания и изменением рН крови. Что в свою очередь позволяет проводить направленное лечение для устранения этих нарушений. Изменение кислотно-щелочного состояния широко изучается при заболеваниях органов пищеварения. При болезнях желудка часто возникают нарушения в кислотно-щелочном равновесии, главным образом по механизму ацидоза. Исследования смещения кислотно-щелочного равновесия при заболеваниях печени (цирроз печени и т.д.) показали на смещение рН в щелочную область (рН от 7,3 до 7,6) Кислотно-щелочное равновесие внутренних сред организма определяет в ряде случаев восприимчивость организмов к инфекционным заболеваниям. Особенно показателен в этом отношении пример с холерой.
Возбудители холеры - холерные вибрионы - относяться к группе «щелочнолюбивых» микробов (галофилов). Оптимум рН для их размножения 7,6-9,2. Кислоты, даже при разведении 1 : 10 000, губительны для вибрионов, иными словами, холерный вибрион обладает исключительной чувствительностью к кислотам. Как известно, заражение холерой происходит обычно при употреблении воды, содержащей холерные вибрионы, Человек с кислотообразующей функцией желудка практически не может заразится холерой, даже находясь в очаге инфекции. Развитию холеры способствуют следующие факторы:
резкое снижение и даже отсутствие кислотности в желудочном содержимом (при некоторых болезнях желудка, различных стрессах, в том числе перегревании, психическом переутомлении);
характер пищи; особенно «неблагоприятна» в этом отношении белковая пища, являющаяся мощным буфером;
привычка запивать пищу водой, особенно минеральными щелочными водами (типа «Боржоми»), которые «разводят» желудочный сок и даже нейтрализуют его.
Наиболее благоприятны для длительного выживания и размножения холерных вибрионов водоемы с высокой степенью фекального загрязнения, воды которых более щелочные. Имеют значения и структуры почв водоемов.
Болезнетворное действие холерных микробов состоит в нарушении активного переноса ионов Na+ в клетках слизистой оболочки кишечника. Вследствие этого резко замедляется или выключается реадсорбция натрия (из полости кишки в кровь), нарушается изотония и происходят стремительные потери ионов Na+, К+, НСОз -, Сl- Вслед за этим в просвет кишечника устремляется вода - до 1 л. в час. Самые тяжелые и опасные для жизни явления при холере обусловлены развитием некомпенсированного метаболического ацидоза и обезвоживания. Больные погибают, когда сдвиги водно-электролитного и кислотно-щелочного равновесия достигают несовместимых с жизнью степеней, которые невозможно преодолеть современными лекарствами. Все перечисленное об условиях, способствующих развитию холеры, в большой степени справедливо и для других острых кишечных инфекций, в частности дизентерии.
Чтобы изучение названной темы не было однобоким, необходимо сделать акцент на значении буферных систем для аналитической практики. Некоторые реакции протекают в строго определенном диапазоне рН, который и обеспечивают буферные системы. Способность буферных систем стойко удерживать на определенном уровне концентрацию ионов водорода является ограниченной и оценивается буферной емкостью.
Величину, характеризующую способность буферного раствора противодействовать смещению реакции среды при добавлении кислот или щелочей, называют буферной емкостью раствора.
Буферная емкость В измеряется количеством кислоты или щелочи (моль-или моль эквивалента), добавление которого к 1л. буферного раствора изменяет рН на единицу.
Математически буферная емкость определяется следующим образом:
-
буферная емкость по кислоте
-
буферная емкость по щелочи
Vk, Vщ - объемы добавленной кислоты или щелочи;
n(l/z)k, n(l/z)щ - количество моль-эквивалента кислоты или щелочи;
С(1/z)k, C(l/z)щ - молярные концентрации эквивалента кислоты или щелочи;
Vб.р. - объем буферного раствора;
(ΔрН) - разность рН по модулю.
Наибольшей буферной емкостью обладают концентрированные буферные растворы. Из буферных растворов с равной концентрацией наибольшей емкостью обладают те, которые составлены из равного количества компонентов, т.е. соотношение С(кислота) / С(соли) должно быть равно единице.
Изменение рН ацетатной буферной смеси в зависимости от соотношения кислоты соли при добавлении НСl или NaOH показаны в таблице 4.
Таблица 4.
|
Исходные СНзСООН: CHзCOONa |
рН |
Добавлено 5 мг-экв. |
Конечные СНзСООН: CHзCOONa |
рН |
рН |
|
94:6=15,7 |
3,53 |
НСl |
99:1 |
2.43 |
0,80 |
|
90:10=9,0 |
3,78 |
НСl |
95:5 |
3.45 |
0,33 |
|
85:15=5,67 |
3,98 |
НСl |
90:10 |
3.78 |
0.20 |
|
75:25=3,0 |
4,25 |
НСl |
80:20 |
4.13 |
0,12 |
|
50:50=1,0 |
4,74 |
НСl |
55:45 |
4.66 |
0,08 |
|
50:50=1,0 |
4,74 |
NaOH |
45:55 |
4.82 |
0,08 |
|
25:75=0,33 |
5,21 |
NaOH |
20:80 |
5.33 |
0,12 |
|
15:85=0,18 |
5,48 |
NaOH |
10:90 |
5.68 |
0,20 |
|
10:90=0,11 |
5,68 |
NaOH |
5:95 |
6.01 |
0,33 |
|
6:94=0,063 |
5,93 |
NaOH |
1:99 |
6.73 |
0,80 |