W tym wpisie na blogu naukowcy badają naukowo, w jaki sposób nasz organizm utrzymuje homeostazę pH poprzez buforowanie krwi i oddychanie, opierając się na powszechnych poglądach na temat kwaśnych i zasadowych produktów spożywczych.
Spożywamy różnorodne produkty spożywcze, aby uzyskać energię potrzebną do codziennego życia i zachować zdrowie. Aby osiągnąć te cele, ludzie poszukują informacji o żywności i wybierają to, co uważają za odpowiednie dla swoich potrzeb. W tym procesie większość z nas natknęła się kiedyś na informacje o pH żywności. Na przykład, często słyszymy, że cola to kwaśny produkt spożywczy, szkodliwy dla zdrowia zębów, podczas gdy produkty zasadowe, takie jak ziemniaki, bataty i marchew, są korzystne. To naturalnie rodzi pytanie: czy spożywanie większej ilości kwaśnych produktów może zakwaszać nasz organizm, a jedzenie produktów zasadowych może go alkalizować?
Organizmy żywe posiadają jednak cechę utrzymywania względnie stałego środowiska wewnętrznego, niezależnie od zmieniających się warunków zewnętrznych – cechę znaną jako homeostaza. W rzeczywistości spożywanie pokarmu o określonym pH nie zmienia bezpośrednio wewnętrznego pH organizmu do tej wartości. Gdyby pH organizmu uległo drastycznej zmianie w reakcji na otoczenie, organizm miałby trudności z prawidłowym wykonywaniem swoich normalnych funkcji, a w ciężkich przypadkach mogłoby to doprowadzić do zagrożenia życia. Niniejszy tekst wyjaśniający omówi buforujące działanie krwi – jeden z kluczowych mechanizmów wykorzystywanych przez nasz organizm do utrzymania stabilnego wewnętrznego pH i zapobiegania uszkodzeniom narządów – oraz choroby, które pojawiają się, gdy to buforujące działanie jest upośledzone.
Aby zrozumieć działanie buforujące, konieczne jest zrozumienie pojęć pH, kwasów i zasad. Kryterium odróżniającym kwasy od zasad jest stężenie jonów wodorowych obecnych w roztworze. Skalą wskazującą ten stopień stężenia jonów wodorowych jest pH. pH definiuje się jako ujemny logarytm stężenia jonów wodorowych w roztworze powstałym w wyniku rozpuszczenia substancji w rozpuszczalniku. Zgodnie ze współczesną definicją pH wyraża się jako ujemny logarytm dziesiętny stężenia jonów wodorowych.
Oznacza to, że wyższa wartość pH wskazuje na niższe stężenie jonów wodorowych w roztworze, podczas gdy niższa wartość pH wskazuje na wyższe stężenie jonów wodorowych. Przy pH wody obojętnej zdefiniowanym jako 7, pH poniżej 7 jest kwaśne, a pH powyżej 7 jest zasadowe. Kwasowość i zasadowość można również klasyfikować według stopnia. Na podstawie kolejności wytwarzania jonów wodorowych po rozpuszczeniu w rozpuszczalniku, substancje klasyfikuje się jako mocne kwasy, słabe kwasy, obojętne, słabe zasady lub mocne zasady. Na przykład substancje takie jak kwas solny lub kwas siarkowy wytwarzają bardzo dużą ilość jonów wodorowych po rozpuszczeniu w rozpuszczalniku, co skutkuje bardzo niskim pH. W związku z tym są one klasyfikowane jako substancje silnie kwaśne. Z kolei substancje takie jak wodorotlenek sodu wytwarzają bardzo niskie stężenie jonów wodorowych po rozpuszczeniu w rozpuszczalniku, co skutkuje wysokim pH i dlatego są uważane za substancje silnie zasadowe.
Działanie buforujące odnosi się do efektu minimalizacji zmian stężenia jonów wodorowych po dodaniu kwasu lub zasady do roztworu. Powodem, dla którego to działanie buforujące jest możliwe we krwi, jest to, że słaby kwas węglowy obecny we krwi i zasada wodorowęglanowa, powstająca w wyniku uwalniania jonów wodorowych przez ten słaby kwas, znajdują się w równowadze. Po dodaniu kwasu do krwi, zwiększona ilość jonów wodorowych łączy się z jonami wodorowęglanowymi, które działają jak zasada, tworząc kwas węglowy. Zapobiega to nadmiernemu zakwaszeniu krwi. I odwrotnie, po dodaniu zasady reakcja przebiega w przeciwnym kierunku. Kwas węglowy jonizuje, wytwarzając jony wodorowęglanowe i jony wodorowe. Zapobiega to nadmiernemu zakwaszeniu krwi. Dzięki temu procesowi krew buforuje działanie kwasów lub zasad wprowadzanych z zewnątrz. W rezultacie, nawet gdy spożywamy kwaśne lub zasadowe pokarmy, pH krwi pozostaje względnie stałe.
Jednakże, problemy z regulacją pH krwi mogą wystąpić, jeśli jej działanie buforujące jest upośledzone lub z powodu przedostawania się lub wydalania innych substancji. Kwas węglowy i jony wodorowęglanowe, które odgrywają kluczową rolę w buforowaniu krwi, powstają, gdy dwutlenek węgla wytwarzany w organizmie rozpuszcza się w płynach ustrojowych. Dwutlenek węgla to gaz wytwarzany podczas metabolizmu tkanek, wdychany z zewnątrz lub wydychany podczas oddychania. Jeśli oddychanie słabnie lub wymiana gazowa staje się nieefektywna, stężenie dwutlenku węgla w organizmie wzrasta. Wyższe stężenie dwutlenku węgla prowadzi do zwiększonego wytwarzania kwasu węglowego we krwi. Wraz z jonizacją kwasu węglowego wzrasta ilość jonów wodorowych, co obniża pH organizmu. Stan ten nazywa się kwasicą.
I odwrotnie, jeśli oddech staje się zbyt szybki lub stężenie dwutlenku węgla spada zbyt nisko, produkcja kwasu węglowego spada. W konsekwencji spada również produkcja jonów wodorowych, co powoduje wzrost pH organizmu. W takich sytuacjach może wystąpić alkaloza.
Syntetyzując te zasady, widzimy, że działanie buforujące krwi jest jednym z kluczowych mechanizmów wspierających homeostazę poprzez utrzymanie równowagi między kwasami i zasadami. W szczególności, regulując pH w celu stabilnego utrzymania funkcji komórek i narządów, a tym samym pomagając organizmowi ludzkiemu w utrzymaniu prawidłowych procesów fizjologicznych, działanie buforujące krwi ma istotne znaczenie dla ochrony naszego zdrowia.
