Сильные, слабые кислоты и основания. Концентрация ионов водорода и pH
а) Сильные и слабые кислоты и основания. Сильная кислота быстро диссоциирует, образуя раствор с высоким содержанием Н+. Примером является НСl. Слабые кислоты диссоциируют в меньшей степени, поэтому концентрация протонов в растворе не так велика, как, например, у Н2СО3. Сильным основанием считается соединение, активно и быстро взаимодействующее с протонами, нейтрализуя их в растворе. Типичный пример — ОН-, который реагирует с Н+, образуя воду (Н2О). Типичное слабое основание — НСО3-, поскольку оно связывается с Н+ менее активно, чем ОН-. В регуляции кислотно-щелочного равновесия принимают участие в основном слабые кислоты и основания. Наиболее важными соединениями, которые далее рассмотрены подробно, являются угольная кислота и основание бикарбонат.
б) Концентрация ионов водорода и рН жидких сред организма в норме, при ацидозе и алкалозе. Как уже обсуждалось ранее, нормальное содержание ионов Н+ в плазме составляет около 0,00004 мэкв/л (40 нэкв/л). Диапазон отклонений от этого значения в норме не превышает 3-5 нэкв/л, однако в особых случаях она может снижаться до 10 нэкв/л и возрастать до 160 нэкв/л, не вызывая гибели организма.
Поскольку концентрация ионов Н+ в норме низка и большое количество цифр после запятой выглядит громоздко, концентрацию ионов Н+ в эквивалентах на литр принято выражать в логарифмическом виде, обозначая как рН:
pH = log(1/H+) = -log[H+].
Например, нормальное содержание [Н+] — 40 нэкв/л (0,00000004 экв/л). Следовательно, значение рН в норме:
рН = -log [0,00000004], рН = 7,4.
Из формулы следует, что рН обратно пропорционально концентрации Н+. Следовательно, низкий уровень рН соответствует высокому содержанию протонов, а высокий — наоборот, свидетельствует о низком содержании ионов Н+.
В норме рН артериальной крови равен 7,4, тогда как рН венозной крови и тканевой жидкости — почти 7,35, что происходит вследствие накопления дополнительного количества углекислоты (СО2), выделяемой тканями, образующей Н2СО3. Поскольку рН артериальной крови в норме 7,4, то значения ниже этой величины считают ацидозом, а выше — алкалозом. Границы предельных значений, при которых человек может выжить в течение нескольких часов, составляют 6,8 и 8,0, соответственно.
Внутри клеток рН обычно немного ниже, чем в плазме, поскольку в результате обменных процессов образуются кислые продукты, в особенности Н2СО3. рН внутри клеток в зависимости от их типа соответствует значениям от 6,0 до 7,4. Гипоксия тканей и слабый кровоток способны вызывать накопление кислот и снижать уровень рН в клетке.
рН мочи может меняться от 4,5 до 8,0 в зависимости от кислотно-щелочного состояния внеклеточной жидкости. Основная роль почек в коррекции нарушений содержания протонов в этой жидкости, осуществляемая путем выделения с различной интенсивностью кислот и оснований, будет рассмотрена далее. Примером жидкости с самым низким значением рН служит желудочный сок, вырабатываемый обкладочными (париетальными) клетками слизистой желудка. Значение рН в этих клетках — почти в 4 млн раз выше, чем в плазме, и составляет 0,8.
Далее обсудим регуляцию содержания ионов Н+ во внеклеточной жидкости.
