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⁺; HPO₄^2-; H₂PO^4-; HCO^3-; 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:

HPO₄^2- + H⁺ ↔ H₂PO₄^-

происходит в плазме крови. В данном уравнении определите кислоту по теории Бренстеда-Лоури.

A. HPO₄^2-

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.