Кислотно-основное равновесие
Кислотно-основное состояние – неотъемлемая составная часть протолитического гомеостаза внутренней среды организма, который обеспечивает оптимальные условия правильного течения обмена веществ.
Соотношение определённой концентрации ионов Н+ и ОН- в органах, тканях, жидкостях организма называется кислотно-основным равновесием (КОР). Кислотно – основное равновесие имеет первостепенное значение, так как:
· Ионы Н+ являются катализаторами многих биохимических превращений;
· Ферменты и гормоны проявляют биологическую активность при строго определённых значениях рН;
· Наибольшие изменения концентрации ионов Н+ крови и межтканевой жидкости влияют на величину их осмотического давления.
Отклонение рН крови (7,4) на 0,3 ед. может привести к коматозному состоянию, отклонение на 0,4 ед. может повлечь смертельный исход. рН слюны равное 5 ед. приводит к развитию кариеса.
Основные показатели КОР.
· В норме рН крови равно 7,4. смещение рН в сторону увеличения называется алкалозом, а в сторону уменьшения – ацидозом. Различают респираторный и метаболический ацидоз и алкалоз.
· Парциальное давление СО2 в норме составляет 40 мм рт.ст. Снижение этого показателя наблюдается при дыхательном алкалозе и метаболическом ацидозе. Повышение давления СО2 отмечается при дыхательном ацидозе и метаболическом алкалозе.
· Щелочной резерв крови. Это количество мл СО2, находящегося в крови, в расчете на 100 мл сыворотки крови. Норма – 55 %. Уменьшение резервной щелочности свидетельствует об уменьшении содержания бикарбонатов в организме, а увеличение её – об увеличении их.
Возможные причины и типы нарушения КОР организма.
Нарушение кислотно-основного состояния возникает в результате нарушения транспорта СО2 в организме или при изменении его концентрации во вдыхаемом воздухе.
В зависимости от механизма развития расстройств кислотно-основного состояния выделяют дыхательный и метаболический ацидозы и алкалозы.
Метаболический ацидоз характеризуется нарушением метаболизма, которое приводит к нескомпенсированному или частично компенсированому падению рН крови.
Метаболический ацидоз наступает вследствие:
а) избыточного введения или образования стойких кислот (поступление кетокислот при голодании и диабете,
б) повышеное образование молочной кислоты при шоке,
в) задержка фосфатов, сульфатов, анионов органических кислот в результате снижения величины клубочковой фильтрации в почках,
г) избыточной потери гидрокарбонат-иона в результате поноса, колита, язвы кишечника.
Процессы компенсации связаны с нейтрализацией ионов водорода гидрокарбонат-ионом и усилением лёгочной вентиляции.
Метаболический алкалоз характеризуется нарушением метаболизма, которое приводит к нескомпенсируемому или частично компенсируемому увеличению рН крови.
Метаболический алкалоз наступает вследствие:
а) потери водородных ионов (высокая кишечная непроходимость, неукротимая рвота и др.);
б) увеличение концентрации гидрокарбоната (потеря воды, избыточное введение гидрокарбонат-ионов при метаболическом ацидозе, введение солей органических кислот – молочной, уксусной, лимонной, метаболизирующих с поглощением ионов водорода и др.),
в) избыток выведения ионов калия при повышенной секреции минералокортикоидов
Компенсации этого явления достигают снижения лёгочной вентиляции (задержка СО2), удалением гидрокарбонат-иона почками.
Дыхательный ацидоз – это нескомпенсированное или частично компенсированное снижение рН в результате гиповентиляции из-за:
а) заболевания лёгких или дыхательных путей (пневмония, отёк лёгких, инородные тела в верхних дыхательных путях и т.д.); б) повреждения (заболевания) дыхательной мускулатуры в) угнетении дыхательного центра лекарственными средствами или наркотиками – опиатами, барбитуратами и т.п.
Дыхательный алкалоз – это нескомпенсированное или частично компенсированное повышение рН в результате гипервентиляции из-за лихорадочного состояния или истерии. Процессы компенсации осуществляются буферными системами, повышенным выведением гидрокарбонат-иона почками.
При нарушении КОР в организме быстро включается буферная компенсация (через 10-15 мин). Легочная компенсация развивается в норме в течение 10-18 часов и заключается в стабилизации отношения [HCO3‾]/[ Н2СО3] путем изменения объёма легочной вентиляции. Почечная компенсация связана с включением ряда дополнительных ферментативных процессов, поэтому она развивается в течение 2-3 суток.
Применение реакции нейтрализации в фармакотерапии.
Для проведения коррекции кислотно-основного состояния необходимо выявить, какое звено в его регулировке нарушено. Для этого необходимо определить значения рН биологических жидкостей и содержание буферных оснований.
В основе фармакологических действий лежит реакция нейтрализации.
Например, в качестве экстренной меры при ацидозе применяется внутривенное вливание раствора гидрокарбоната натрия 4,5%, а в острых случаях – 8,4%. Второе эффективное средство – трисамин 3,66%, который связывает избыточные протоны. Он эффективен только при внутривенном введении. Также в качестве средства, коррегирующего ацидоз, используют лактат натрия 11% раствор.
Для устранения явления алкалоза в некоторых случаях используют раствор аскорбиновой кислоты 5%. В гастроэнтерологии применяют средства, нормализующие секреторную функцию желудка. При пониженной кислотности желудочного сока назначают разбавленную соляную кислоту, при повышенной кислотности – различные антацидные препараты: оксид магния, основной карбонат магния, карбонат кальция, гидрокарбонат натрия.
Примеры решения задач
Решение задач
Задача 1. Рассчитать рН аммиачного буферного раствора, содержащего 0,02 М раствора NH4ОН и 0,2М раствора NH4Сl. рК(NH4ОН)=4,75,
Задача 2. Можно ли приготовить аммиачный буфер с рН = 4,7, когда КД (NH4OH) = 1,8 · 10-5 ?
Решение:
1. Определяем рК NH4OH:
КД (NH4OH) = 1,8 · 10-5 рК = -ℓg КД = - ℓg 1,8 · 10-5 =
-(ℓg 1,8 - ℓg 10-5) = -0,26 = 5 = 4,74.
2. Определяем интервал буферного действия по формуле:
рОН = рК ± 1.
рОН = 4, 74 ± 1; рН = 3,74 -5,74.
Ответ: значение рОН = 4,74 входит в интервал рК 3,74 – 5,74, поэтому такой аммиачный буфер можно приготовить.
Задача 3. Для приготовления буфера взяты 70 мл 2 N р-ра NH4OH и 140 мл 0,1 N р-ра NH4С1. Как изменится рОН этого раствора, если: а) этот раствор разбавить в 10 раз, б) добавить к нему 10 мл 0,1 N р-ра NaОН ?
КД (NH4OH) = 1,8 · 10-5
Решение:
1. Определяем рК NH4OH:
рК = -ℓg КД = - ℓg 1,8 · 10-5 = 4,74 (см. предыдущую з-чу)
2. Определяем начальное значение рОН:
рОН = 4,74 +
при разбавлении и добавлении NaOH
рОН=4,74+ℓg
- Определяем конечное значение рОНК после добавления NaOH:
рОНК = рК +ℓg + :
рОНК = 4,74 +ℓg + ;
- Определяем изменение рОН (ΔрОН): рОНН – рОНК = 3,74 – 3,66 = 0,08
Ответ: рОН не изменяется при разбавлении буфера в любое число раз, так как при этом не изменится соотношение концентраций компонентов буфера; ΔрОН = 0,08
Задача 4 Какова буферная ёмкость фосфатного буфера, если при добавлении 3 мл 0,01N р-ра НС1 к 20 мл этого буфера рН меняется от 7,4 до 7,1?
Решение:
1. Определяем (ΔрН): Δ рН = рНН – рНК
Δ рН = 7,4 – 7,1 = 0,3
2. Определяем буферную ёмкость по формуле:
В = ; В =
Ответ: В = 0,005 мэ/л.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Лабораторная работа
1. Определение буферных свойств биологических жидкостей
Опыт 1 В четыре одинаковые пробирки с помощью пипетки отмерить по 1 мл сыворотки крови. Первую пробирку оставить для контроля, во вторую добавить 5 кап. 0,025 N раствора NаОН, в третью - 0,025 N раствора НСl, в четвёртую – 5 кап. воды. Затем во все пробирки добавить по 1-2 капли универсального индикатора и по цветной шкале универсального индикатора определите приблизительное значение рН.
Опыт 2. В четыре одинаковые пробирки с помощью пипетки отмерить по 1 мл ацетатного буфера. Первую пробирку оставить для контроля, во вторую добавить 5 кап. 0,025 N раствора NаОН, в третью - 0,025 N раствора НСl, в четвёртую – 5 кап. воды. Затем во все пробирки добавить по 1-2 капли универсального индикатора и по цветной шкале универсальног индикатора определите приблизительное значение рН.
Опыт 3. В две одинаковые пробирки с помощью пипетки отмерить: в первую – 5 кап. воды, во вторую 5 кап. слюны. Добавить в каждую пробирку по 1-2 капли универсального индикатора и определить примерное значение рН. Затем добавить в обе пробирки по 1 капли 0,01 N раствора НСl. Что наблюдаете? Охарактеризуйте буферные свойства слюны.
Результаты опытов занесите в таблицу № 1.
Таблица № 1.
Исследуемый раствор
| Значение рН по универсальному индикатору
| Вывод об изменении рН раствора
| Контрольный раствор
| После добавления НСl
| После добавления NаОН
| После добавления воды
| 1. Сыворотка крови
2. Ацетатный буфер
3. Слюна
|
|
|
|
|
|
2. Зависимость рН буферных растворов от соотношения компонентов
Опыт 1. В три пробирки с помощью пипетки отмерить 0,2 N Nа2НРО4 и 0,2 N NаН2РО4 в количествах, указанных в таблице № 2. добавьте в каждую пробирку по две капли универсального индикатора и определите рН по цветной шкале универсального индикатора.
Таблица № 2.
№
| Кол-во мл 0,2 N Nа2НРО4
| Кол-во 0,2 N NаН2РО4
| Соотношение
Nа2НРО4 / NаН2РО4
| рН по индикатору
| рН по формуле
| 1.
2.
3.
| 0,2
1,1
2,0
| 2,0
1,1
0,2
|
|
|
|
Вычислите рН исследуемых растворов по формуле Гендерсона – Гассельбаха:
рН = рК + ℓg , Кд (Н2РО4-) = 1,5 · 10-7
Сделайте вывод зависимости рН от соотношения концентраций компонентов буферной смеси.
Упражнения:
1. Константа диссоциации NH4OH равна 1,8 · 10-5. Можно ли приготовить аммиачный буфер с рОН = 4,7
2. Можно ли приготовить ацетатный буфер с рН = 5,4, если Кд (СН3СООН) = 1,6 · 10 -7?
3. Рассчитайте рОН буфера, состоящего из 50 мл 0,1 н р-ра СН3СООН и 100 мл 0,01 н р-ра СН3СООNa, если рК = 4,7.
4. Рассчитайте рН буфера, состоящего из 40 мл 0,2 н р-ра NH4ОН и 80 мл 0,01 н р-ра NH4CI, если рК = 4,4.
5. Для приготовления буфера взяты 50 мл 2 н р-ра NH4ОН и 100 мл 0,1 н р-ра NH4С1 (рК = 4,4). Как изменится рОН этого раствора, если к нему добавить: а) 10 мл р-ра 0, 1 н НС1, б) 200 мл воды ?
6. Для приготовления ацетатного буфера взяты 100 мл 0,01 н р-ра СН3СООН и 50 мл 0,01 н р-ра СН3СООNa, (рК = 4,7). Как изменится рОН этого раствора, если к нему добавить: а) 25 мл 0,1н р-ра NaОН, б) 25 мл воды?
7. Рассчитайте буферную ёмкость буфера, состоящего из 0,05 моль/экв соли и 0,1 моль/экв кислоты, если к 1 л этого буфера добавить 20 мл 0,5 N р-ра НС1 (рК к-ты = 4,7).
8. Какова буферная ёмкость фосфатного буфера, если при добавлении 3 мл 0,1 н р-ра НСI К 20 мл этого буфера рН меняется от 7,4 до 7,1 ?
Тесты для самоконтроля.
1. Буферные растворы можно приготовить из:
а) HNO3 и КОН, б) СН3СООН и NaOH,
в) HCl и KNO3, г) NH4OH и H2S
2. Щелочной резерв крови определяется количеством мл СО2 в объёмных % в расчете на:
а) 1000 мл, б) 100 мл, в) 10 мл, г) 1,0 мл сыворотки крови.
3. Буферная ёмкость количественно определяется:
а) моль/экв сильной кислоты или основания, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу;
б) моль/л сильной кислоты или основания, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу;
в) числом мл слабой кислоты или основания, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его рН на единицу;
г) числом мл сильной кислоты или основания, которое нужно добавить к 1 л буферного раствора, чтобы изменить его рН.
4. рН буферной системы зависит от:
а) концентрации компонентов, б) объёма буфера,
в) разведения, г) соотношения концентрации компонентов.
5. При рН = 7,4 соотношение компонентов бикарбонатного буфера H2CO3/NaHCO3:
а) 1:20, б) 20:1, в) 1:1, г) 1:5
6. При компенсированном алкалозе:
а) рН = 7,4, щелочной резерв 55 объемных %,
б) рН = 7,2, щелочной резерв 70 объемных %,
в) рН = 7,4, щелочной резерв 70 объемных %,
г) рН = 7,4, щелочной резерв 40 объемных %.
7. рН буферной системы зависит от:
а) объёма буфера, б) концентрации компонентов,
в) разведения, г) соотношения концентраций компонентов
8. В нейтрализации ионов водорода в почечной ткани принимает участие буферная система:
а) бикарбонатная, б) фосфатная,
в) гемоглобиновая, г) ацетатная.
9. Щелочной резерв крови – это количество мл СО2, находящегося в 100 мл сыворотки крови. В норме оно равно:
а) 24%, б) 55%, в) 35%, г) 76%.
10.При разведении буферная ёмкость уменьшается, так как:
а) не изменяется соотношение компонентов,
б) увеличивается объём,
в) уменьшается концентрация,
г) изменяется соотношение компонентов.
VI. Л и т е р а т у р а :
1. Болдырев А.И. С. 254-260.
2.Ершов Ю.А. С. 108-119.
3. Ленский А.С, С. 151-153, 158-160.
4.Равич-Щербо М.И. С. 90-100.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:
©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|