В этой статье научно рассматривается, как наш организм поддерживает гомеостаз pH посредством буферизации крови и дыхания, исходя из распространенных представлений о кислых и щелочных продуктах.
Мы потребляем различные виды пищи, чтобы получить энергию, необходимую для повседневной жизни, и поддерживать наше здоровье. Для достижения этих целей люди ищут информацию о продуктах питания и выбирают то, что считают подходящим для своих потребностей. В этом процессе большинство так или иначе сталкивались с информацией о pH продуктов питания. Например, мы часто слышим, что кола — это кислый продукт, вредный для здоровья зубов, в то время как щелочные продукты, такие как картофель, сладкий картофель и морковь, полезны. Естественно, возникает вопрос: может ли потребление большего количества кислых продуктов сделать наш организм кислым, а употребление щелочных продуктов — щелочным?
Однако живые организмы обладают свойством поддерживать относительно постоянную внутреннюю среду независимо от изменяющихся внешних условий, это свойство известно как гомеостаз. В действительности, употребление пищи с определенным pH не приводит напрямую к изменению внутреннего pH организма до этого значения. Если бы pH организма резко изменился в ответ на воздействие окружающей среды, организму было бы трудно нормально функционировать, а в тяжелых случаях это могло бы поставить под угрозу жизнь. В этом пояснительном тексте будет рассмотрено буферное действие крови — один из важнейших механизмов, используемых нашим организмом для поддержания стабильного внутреннего pH и предотвращения повреждения функций органов, — и заболевания, возникающие при нарушении этого буферного действия.
Прежде чем понять буферное действие, необходимо усвоить понятия pH, кислот и оснований. Критерием, отличающим кислоты от оснований, является концентрация ионов водорода в растворе. Шкала, указывающая на эту степень концентрации ионов водорода, называется pH. pH определяется как отрицательный логарифм концентрации ионов водорода в растворе, образующемся при растворении вещества в растворителе. Согласно современному определению, он выражается как отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода.
То есть, более высокое значение pH указывает на более низкую концентрацию ионов водорода в растворе, а более низкое значение pH указывает на более высокую концентрацию ионов водорода. Для нейтральной воды pH равен 7, pH ниже 7 — кислый, а pH выше 7 — щелочной. Кислотность и щелочность также можно классифицировать по степени. В зависимости от порядка образования ионов водорода при растворении в растворителе вещества подразделяются на сильные кислоты, слабые кислоты, нейтральные вещества, слабые основания и сильные основания. Например, такие вещества, как соляная кислота или серная кислота, образуют очень большое количество ионов водорода при растворении в растворителе, что приводит к очень низкому pH. Следовательно, они классифицируются как сильнокислые вещества. И наоборот, такие вещества, как гидроксид натрия, образуют очень низкую концентрацию ионов водорода при растворении в растворителе, что приводит к высокому pH, и поэтому считаются сильнощелочными веществами.
Буферное действие — это эффект минимизации изменений концентрации ионов водорода при добавлении кислоты или основания в раствор. В крови такое буферное действие возможно благодаря тому, что слабая кислота — угольная кислота — и основание бикарбонат-ион, образующийся при высвобождении этой слабой кислотой ионов водорода, находятся в равновесии друг с другом. Если в кровь добавить кислоту, возросшее количество ионов водорода соединяется с бикарбонат-ионами, которые действуют как основание, образуя угольную кислоту. Это предотвращает чрезмерное закисление крови. И наоборот, при добавлении щелочи реакция протекает в противоположном направлении. Угольная кислота ионизируется, образуя бикарбонат-ионы и ионы водорода. Это предотвращает чрезмерное защелачивание крови. Благодаря этому процессу кровь буферизует действие кислот или щелочей, поступающих извне. В результате, даже при употреблении кислых или щелочных продуктов, pH крови остается относительно постоянным.
Однако проблемы с регуляцией pH крови могут возникнуть, если буферная функция крови нарушена или если происходит поступление или выведение других веществ. Угольная кислота и бикарбонатные ионы, играющие решающую роль в буферизации крови, образуются, когда углекислый газ, образующийся в организме, растворяется в жидкостях организма. Углекислый газ — это газ, образующийся в процессе метаболизма тканей, вдыхаемый извне или выдыхаемый в процессе дыхания. Если дыхание ослабевает или газообмен становится неэффективным, концентрация углекислого газа в организме увеличивается. Более высокие уровни углекислого газа приводят к увеличению образования угольной кислоты в крови. По мере ионизации угольной кислоты увеличивается количество ионов водорода, что снижает pH организма. Это состояние называется ацидозом.
И наоборот, если дыхание становится чрезмерно учащенным или концентрация углекислого газа становится чрезмерно низкой, выработка угольной кислоты снижается. Следовательно, выработка ионов водорода также уменьшается, что приводит к повышению pH организма. В таких ситуациях может возникнуть алкалоз.
Обобщая эти принципы, мы видим, что буферная функция крови является одним из ключевых механизмов, поддерживающих гомеостаз путем поддержания равновесия между кислотами и основаниями. В частности, регулируя pH для стабильного поддержания функций клеток и органов и тем самым помогая организму человека поддерживать нормальные физиологические процессы, буферная функция крови имеет важное значение для защиты нашего здоровья.
