Тема 11. КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ РАВНОВЕСИЕ В ОРГАНИЗМЕ. ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Все физиологические жидкости организма (желудочный сок, плазма крови, внеклеточная, внутриклеточная и спинномозговая жидкости) представляют собой водные растворы. Компонентами данных систем является катионы и анионы сильных электролитов (K+; Na+; Mg2+; HPO42-; H2PO4-; HCO3-; Cl-), а также органические соединения (глюкоза, полисахариды, белки и др.), являющихся слабыми электролитами. Важными функциями электролитов организма являются: поддержание осмотического давления и значения ионной силы биологических жидкостей, влияние на биоэлектрические потенциалы, свертывание крови и др.
Высокую физиологическую активность проявляют ионы водорода и гидроксид-ионы, которые определяют кислотность внутренних сред организма, влияют на активность ферментов. Кислотность биологических жидкостей, количественной характеристикой которой является водородный показатель – рН, является одной из основных физико-химических характеристик жидкостных сред организма.
Важным этапом в понимании многих физиологических явлений является рассмотрение свойств растворов электролитов и кислотно-основного состояния биологических жидкостей, которые позволяют объяснить механизм поддержания водно-солевого баланса и определить нарушения работы различных систем организма на стадии диагностики заболевания.
ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ
ОБЩАЯ ЦЕЛЬ.
Уметь трактовать свойства растворов электролитов и кислотно-основное равновесие биологических систем организма.
КОНКРЕТНЫЕ ЦЕЛИ
УМЕТЬ:
1. Интерпретировать понятия слабых и сильных электролитов.
2. Интерпретировать свойства растворов электролитов.
3. Интерпретировать теории кислот и оснований Аррениуса, Бренстеда-Лоури и Льюиса.
4. Интерпретировать диссоциацию воды и водородный показатель.
5. Трактовать водно-электролитное состояние и рН биологических систем организма.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ.
1. Растворы электролитов. Электролиты в организме человека.
2. Степень и константа диссоциации слабых электролитов (см. приложение 5). Закон разведения Оствальда.
3. Свойства растворов сильных электролитов. Активность, ионная сила растворов сильных электролитов.
4. Теории кислот и оснований Арениуса, Бренстеда-Лоури, Льюиса.
5. Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель рН.
6. Водно-электролитный баланс организма. Значение рН биологических жидкостей (см. приложение 6).
Основная литература.
1. Медицинская химия: учебник. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. – К.: Медицина, 2008. – С. 141-159.
РЕШЕНИЕ ОБУЧАЮЩИХ ЗАДАЧ.
Задача 1.
Определите рН и рОН биологической жидкости, если концентрация ионов водорода в растворе составляет [Н+] = 10-5 М.
Эталон решения:
1. Для определения рН раствора используем уравнение:
рН = -lg [Н+], рН = -lg 10-5= 5
2. Определяем рОН раствора:
рОН = 14 - рОН, рОН = 14 – 5 = 9
НАБОР ЗАДАНИЙ ДЛЯ КОНТРОЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
Задание 1.
Одна из важнейших протолитических реакций организма:
HPO42- + H+ ↔ H2PO4-
происходит в плазме крови. В данном уравнении определите кислоту по теории Бренстеда-Лоури.
A. HPO42-
B. H2PO4-
C. Н+
D. H2O
E. H3PO4
Задание 2.
При проведении клинических исследований экспериментально был установлен водородный показатель желудочного сока пациента, который приблизительно равен единице. Определите концентрацию ионов Н+ (моль/л) в данной биологической жидкости.
A. 10-1
B. 10-2
C. 10-3
D. 10-4
E. 10-5
Задание 3.
С целью определения функционирования поджелудочной железы, методом кислотно-основного титрования была определена концентрация гидроксид-ионов в образце жидкости данной секреции: [OH-] = 1∙10-5 моль/л. Определите величину рН.
A. 5
B. 7
C. 9
D. 11
E. 13
Задание 4.
При клиническом анализе образца крови больного экспериментально определен водородный показатель: рН=7,2. Укажите кислотно-основное состояние крови.
A. Физиологическое
B. Ацидоз
C. Алкалоз
D. Гомеостаз
E. Гипоксия
Эталоны ответов: 1 – C, 2 – A, 3 – C, 4 – B.
Приложение 5.
Константы диссоциации некоторых слабых кислот в воде при 25°С
| Кислота | Формула | Ka1 | Ka2 | Ka3 |
| Уксусная | CH3COOH | 1.74´10-5 | - | - |
| Угольная | H2CO3 | 4.5´10-7 | 4.8´10-11 | - |
| Циановодородная | HCN | 6.2´10-10 | - | - |
| Фтороводородная | HF | 6.8´10-4 | - | - |
| Сероводородная | H2S | 8.9´10-8 | 1.3´10-13 | - |
| Азотистая | HNO2 | 4.5´10-4 | - | - |
| Щавелевая | H2C2O4 | 5.6´10-2 | 5.4´10-5 | - |
| Фосфорная | H3PO4 | 7.6´10-3 | 6.2´10-8 | 4.4´10-13 |
| Серная | H2SO4 | Сильная кислота | 1.2´10-2 | - |
Константы диссоциации некоторых сильных кислот в воде при 25°С
| Кислота | Формула | Ka |
| Хлорная | HClO4 | 1010 |
| Бромоводородная | HBr | 109 |
| Хлороводородная | HCl | 107 |
| Серная | H2SO4 | 103 |
| Азотная | HNO3 | 43.1 |
Константы диссоциации некоторых слабых оснований в воде при 25°С
| Основание | Формула | Kb1 |
| Гидроксид аммония | NH3 (NH4OH) | 1.76´10-5 |
| Гидроксид лития | LiOH | 6.8´10-1 |
| Гидроксид серебра | AgOH | 5´10-3 |
Приложение 6.