PH крови: кислотно-щелочное равновесие
pH — это водородный показатель раствора (Power of Hydrogen). Величина pH, по определению, равна отрицательному десятичному логарифму концентрации ионов водорода. У читателей может возникнуть вопрос, зачем вообще понадобилось вводить новое понятие, не проще ли выражать концентрацию ионов водорода в обычных единицах. Дело в том, что понятие pH было введено химиками. Оказалось, что при проведении химических опытов значительно удобнее выражать концентрацию ионов водорода через водородный показатель. В клинической практике мы измеряем pH артериальной крови, который варьирует незначительно — от 6,9 до 7,9, но химики имеют дело со всем спектром возможных значений pH, от 1 до 14. Если бы мы выражали концентрацию ионов водорода в обычных единицах (моль/л), вычисления оказались бы слишком громоздкими. Таким образом, использование pH значительно облегчает и сокращает расчеты. В таблице показаны нормальные значения pH крови и крайние значения, которые наблюдаются при патологических состояниях, сопровождающихся развитием ацидоза или алкалоза.
Шкала pH — не линейная! [ править | править код ]
Выражение «pH крови пациента изменился на 0,3 единицы» означает, что концентрация ионов водорода повысилась (или понизилась) вдвое.
Когда мы слышим, что «pH артериальной крови пациента повысился/понизился на 0,2», мы можем недооценить истинное изменение концентрации ионов водорода. Всегда нужно помнить: значение pH — это логарифм. Так, если pH артериальной крови снизился с 7,20 до 7,00, это означает, что концентрация ионов водорода изменилась на 37 нмоль/л, а падение значения pH с 7,00 до 6,80 соответствует повышению [Н + ] на 60 нмоль/л.
Десятичный логарифм числа 2 равен 0,3 (2=10 0,3 ). Поэтому если pH падает на 0,3 единицы, например, с 7,40 до 7,10, это значит, что концентрация ионов Н + повысилась вдвое (с 40 до 80 нмоль/л). Соответственно повышение pH с 7,40 до 7,70 отражает понижение концентрации ионов Н + с 40 до 20 нмоль/л.
Что такое pH [ править | править код ]
Почему же многие учащиеся не могут разобраться в теории кислот и оснований?
Это происходит из-за злоупотребления сложившимся «псевдонаучным жаргоном». Часто теорию кислот и оснований считают трудной темой. В этой теории рассматривается понятие кислоты как вещества, способного диссоциировать на анион кислотного остатка (сопряженное основание) и на ион водорода (протон). Еще в 1962 г. Криз (Creese) с соавторами в своей статье в журнале «Ланцет» (Lancet) писали, что «в медицинской литературе, посвященной этой теме, авторы злоупотребляют псевдонаучным жаргоном, что только сбивает читателей с толку» [1] .
Трудности возникают из-за традиционной номенклатуры, которую проиллюстрируем таким диалогом:
Кислотно-щелочного равновесия: что это?
Казалось бы, поступление в пищеварительный тракт, и далее в кровь, продуктов с кислой или щелочной реакцией должно менять состав крови. На самом деле, буферные системы организма обеспечивают стабильность кислотно-щелочного равновесия , не допуская колебания за пределы безопасного диапазона.
Перечень буферных систем:
Бикарбонатная (гидрокарбонатная) система – обеспечивает не менее 50% адаптивных способностей системы гемостаза;
Гемоглобиновая система – 35% безопасности;
Система белков крови – 10% буферной емкости;
Фосфатная система – 5-6% буферной безопасности.
Эти системы, поддерживая жизнедеятельность организма, предупреждают сдвиг кислотно-щелочного равновесия в любую сторону, несмотря на то, что организм потребляет продукты разнообразного состава. Буферные системы имеют неистощимый запас прочности, так как их постоянно поддерживает выделительная система, активизирующаяся на уровне рефлексов при необходимости выведения продуктов метаболизма.
Кислотность (рН)
Кислотность (лат. aciditas) — характеристика активности ионов водорода в растворах и жидкостях.
В медицине кислотность биологических жидкостей (крови, мочи, желудочного сока и других) является диагностически важным параметром состояния здоровья пациента. В гастроэнтерологии, для правильного диагностирования целого ряда заболеваний, например, пищевода и желудка, одномоментная или даже средняя величина кислотности не является значимой. Чаще всего важно понимание динамики изменения кислотности в течение суток (ночная кислотность нередко отличается от дневной) в нескольких зонах органа. Иногда важно знать изменение кислотности, как реакцию на определенные раздражители и стимуляторы.
Содержание
Водородный показатель pH
В растворах неорганические вещества: соли, кислоты и щелочи разделяются на составляющие их ионы. При этом ионы водорода H + являются носителями кислотных свойств, а ионы OH − – носителями щелочных свойств. В сильно разбавленных растворах кислотные и щелочные свойства зависят от концентраций ионов H + и OH − . В обычных растворах кислотные и щелочные свойства зависят от активностей ионов аН и аOН, то есть от тех же концентраций, но с поправкой на коэффициент активности γ, который определяется экспериментально. Для водных растворов действует уравнение равновесия: аН × аOН = К w, где К w – константа, ионное произведение воды (К w = 10 − 14 при температуре воды 22 °C). Из этого уравнения следует, что активность ионов водорода H + и активность ионов OH − связаны между собой. Датским биохимиком С.П.Л. Серенсеном в 1909 году был предложен водородный показать рН, равный по определению десятичному логарифму активности водородных ионов, взятому с минусом (Рапопорт С.И. и др.):
Исходя из того, что в нейтральной среде аН = аOН и из выполнения равенства для чистой воды при 22 °С: аН × аOН = Кw = 10 − 14 , получаем, что кислотность чистой воды при 22 °С (то есть нейтральная кислотность) = 7 ед. pH.
- нейтральными при рН = 7
- кислыми при pH < 7
- щелочными при рН > 7
Некоторые заблуждения
Если кто-то из пациентов говорит, что у него «нулевая кислотность», то это не более, чем оборот речи, означающий, скорее всего, что у него нейтральное значение кислотности (рН=7). В организме человека величина показателя кислотности не может быть меньше 0,86 рН. Также распространено заблуждение, что величины кислотности могут быть только в диапазоне от 0 до 14 pH. В технике возможен показатель кислотность и отрицательный, и больше 20.
Когда говорят о кислотности кого-либо органа, важно при этом понимать, что часто в различных частях органа кислотность может значительно отличаться. Кислотность содержимого в просвете органа и кислотность на поверхности слизистой оболочки органа также часто бывает не одинаковой. Для слизистой оболочки тела желудка характерно, что кислотность на поверхности слизи, обращенной в просвет желудка кислотность 1,2–1,5 рН, а на стороне слизи, обращённой к эпителию — нейтральная (7,0 рН).
Величина рН для некоторых продуктов и воды
В таблице ниже указаны величины кислотности некоторых распространенных продуктов и чистой воды при разной температуре:
| Продукт | Кислотность, ед. рН |
| Лимонный сок | 2,1 |
| Вино | 3,5 |
| Томатный сок | 4,1 |
| Апельсиновый сок | 4,2 |
| Черный кофе | 5,0 |
| Чистая вода при 100 °С | 6,13 |
| Чистая вода при 50 °С | 6,63 |
| Свежее молоко | 6,68 |
| Чистая вода при 22 °С | 7,0 |
| Чистая вода при 0° С | 7,48 |
Кислотность и пищеварительные ферменты
Очень многие процессы в организме невозможны без участия специальных белков – ферментов, которые катализируют химические реакции в организме, не подвергаясь при этом химическим превращениям. Пищеварительный процесс не возможен без участия разнообразных пищеварительных ферментов, расщепляющих разные органические молекулы пищи и действующих только в узком диапазоне кислотности (своем для каждого фермента). Важнейшие протеолитические ферменты (расщепляющие белки пищи) желудочного сока: пепсин, гастриксин и химозин (реннин) продуцируются в неактивной форме – в виде проферментов и позже активируется соляной кислотой желудочного сока. Пепсин наиболее активен в сильнокислой среде, с pH от 1 до 2, гастриксин имеет максимум активности при рН 3,0–3,5, химозин, расщепляющий белки молока до нерастворимого белка казеина, имеет максимум активности при рН 3,0–3,5.
Протеолитический ферменты, выделяемые поджелудочной железой и «действующие» в двенадцатиперстной кишке: трипсин имеющий оптимум действия в слабощелочной среде, при pH 7,8–8,0, близкий к нему по функциональности химотрипсин наиболее активен в среде с кислотностью до 8,2. Максимум активности карбоксипептидаз А и В 7,5 рН. Близкие значения максимальной и у других ферментов, выполняющих пищеварительные функции в слабощелочной среде кишечника.
Пониженная или повышенная кислотность по отношению к норме в желудке или двенадцатиперстной кишке, таким образом, приводит к существенному снижению активности тех или ферментов или даже их исключению из пищеварительного процесса, и, как следствие к проблемам с пищеварением.
Кислотность слюны и полости рта
Кислотность слюны зависит от скорости слюноотделения. Обычно кислотность смешанной слюны человека равна 6,8–7,4 pH, но при большой скорости слюноотделения достигает 7,8 pH. Кислотность слюны околоушных желёз равна 5,81 pH, подчелюстных — 6,39 pH.
У детей в среднем кислотность смешанной слюны равна 7,32 pH, у взрослых — 6,40 pH (Римарчук Г.В. и др.).
Кислые гастроэзофагеальные и фаринголарингеальные рефлюксы, достигающие полости рта, играют ведущую роль в возникновении патологии полости рта. В результате попадания соляной кислоты происходит снижение кислотности смешанной слюны ниже 7,0 рН. Слюна, в норме обогащенная кальцием, фосфатами, содержащая карбонаты, натрий, калий, магний и обладающая щелочными свойствами, при низком рН, особенно при значениях 6,2–6,0, приводит к очаговой деминерализации эмали зубов с появлением эрозий твердых тканей зубов и образованием в них полостей — кариеса (Новикова В.П., Шабанов A.M.).
Кислотность зубного налета зависит от состояния твердых тканей зубов. Будучи нейтральной у здоровых зубов, она смещается в кислую сторону, в зависимости от степени развития кариеса и возраста подростков. У 12-летних подростков с начальной стадией кариеса (предкариесом) кислотность зубного налета равна 6,96 ± 0,1 pH, у 12–13-летних подростков со среднем кариесом кислотность зубного налета от 6,63 до 6,74 pH, у 16-летних подростков при поверхностном и среднем кариесе кислотность зубного налета равна, соответственно, 6,43 ± 0,1 pH и 6,32 ± 0,1 pH (Кривоногова Л.Б.).
Кислотность секрета глотки и гортани
Кислотность секрета глотки и гортани у здоровых и больных хроническим ларингитом и фаринголарингеальным рефлюксом различна (А.В. Лунев):
Группы обследованных
Место измерения рН
Глотка,
ед. рН
Гортань,
ед. рН
Среднее значение рН секрета глотки и гортани внутри групп не имеет значимых различий. У больных при сравнении с группой здоровых лиц кислотность секрета глотки и гортани выше (т.е. рН меньше).
Кислотность в пищеводе
Нормальная кислотность в пищеводе 6,0–7,0 рН. В пищевод, кроме пищи и потребляемой жидкости, периодически поступает слюна, имеющая нейтральную и слабощелочную величину кислотности, а также рефлюксат, забрасываемый из желудка гастроэзофагеальными рефлюксами. Чаще рефлюксат имеет кислотность, соответствующую кислотности желудка. Поэтому на время находжения желудочного рефлюксата в пищеводе кислотность последнего увеличивается, величина рН уменьшается до 1,5–2. Если гастроэзофагеальных рефлюксов относительно немного, они считаются физиологичными и не сказываются на состоянии пищевода. В противном случае возможно раздражение рефлюксатом эпителия пищевода и развитие гастроэзофагеальной рефлюксной болезни.
На рисунке выше дан график кислотности в пищеводе здорового человека, полученный с помощью внутрижелудочной рН-метрии (Рапопорт С.И.). На графике хорошо наблюдаемы гастроэзофагеальные рефлюксы – резкие уменьшения кислотности до 2–3 рН, в данном случае являющиеся физиологичными.
Кислотность в желудке. Повышенная и пониженная кислотность
Максимальная наблюдаемая кислотность в желудке 0,86 рН, что соответствует кислотопродукции 160 ммоль/л. Минимальная кислотность в желудке 8,3 рН, что соответствует кислотности насыщенного раствора ионов HCO3 — . Нормальная кислотность в просвете тела желудка натощак 1,5–2,0 рН. Кислотность на поверхности эпителиального слоя, обращённого в просвет желудка 1,5–2,0 рН. Кислотность в глубине эпителиального слоя желудка около 7,0 рН. Нормальная кислотность в антруме желудка 1,3–7,4 рН.
Причиной многих болезней органов пищеварительного тракта является дисбаланс процессов кислотопродукции и кислотонейтрализации. Длительная гиперсекреции соляной кислоты или недостаточность кислотонейтрализации, и, как следствие, повышенная кислотность в желудке и/или двенадцатиперстной кишке, вызывает так называемые кислотозависимые заболевания. В настоящее время к ним относят: пептическую язву желудка и двенадцатиперстной кишки, гастроэзофагеальную рефлюксную болезнь (ГЭРБ), эрозивно-язвенные поражения желудка и двенадцатиперстной кишки на фоне приема аспирина или нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП), синдром Золлингера-Эллисона, гастриты и гастродуодениты с повышенной кислотностью и другие.
Пониженная кислотность наблюдается при анацидных или гипоацидных гастрите или гастродуодените, а также при раке желудка. Гастрит (гастродуоденит) называется анацидным или гастритом (гастродуоденитом) с пониженной кислотностью, если кислотность в теле желудка составляет примерно 5 или больше ед. pH. Причиной пониженной кислотности часто бывает атрофия париетальных клеток в слизистой оболочке или нарушения в их функциях.
Выше дан график кислотности (суточная рН-грамма) тела желудка здорового человека (пунктирная линия) и больного язвой двенадцатиперстной кишки (сплошная линия). Моменты приема пищи отмечены стрелками с надписью «Еда». На графике видно кислотонейтрализующее действие пищи, а также повышенная кислотность желудка при язве двенадцатиперстной кишки (Яковенко А.В.).
Кислотность в кишечнике
Нормальная кислотность в луковице двенадцатиперстной кишки 5,6–7,9 рН. Кислотность в тощей и подвздошной кишках нейтральная или слабощелочная и находится в пределах от 7 до 8 рН. Кислотность сока тонкой кишки 7,2–7,5 рН. При усилении секреции достигает 8,6 рН. Кислотность секрета дуоденальных желез — от рН от 7 до 8 рН.
Кислотность сока толстой кишки 8,5–9,0 рН.
В нижних отделах толстой кишки значения pH кислотности постепенно возрастают, достигая максимального значения рН в области ректосигмоидального перехода. В нижеследующей таблице дана кислотность в сигмовидной и прямой кишках здорового человека, полученная методом прицельной эндоскопической рН-метрии (Чуркин И.А.):
ед. рН
Кислотность кала
- резко-кислая (рН менее 5,5) бывает при бродильной диспепсии
- кислая (рН от 5,5 до 6,7) может быть из-за нарушения всасывания в тонкой кишке жирных кислот
- щелочная (рН от 8,0 до 8,5) может быть из-за гниения белков пищи, не переваренных в желудке и тонкой кишке и воспалительного экссудата в результате активации гнилостной микрофлоры и образования аммиака и других щёлочных компонентов в толстой кишке
- резкощелочная (рН более 8,5) бывает при гнилостной диспепсии (колите)
Кислотность крови
Кислотность плазмы артериальной крови человека колеблется в пределах от 7,37 до 7,43 рН, составляя в среднем 7,4 рН. Кислотно-щелочное равновесие в крови человека является одним из самых стабильных параметров, поддерживающее кислые и щелочные компоненты в определенном равновесии в очень узких границах. Даже небольшой сдвиг от указанных пределов может привести к тяжелой патологии. При сдвиге в кислотную сторону возникает состояние, называемое ацидозом, в щелочную — алколозом. Изменение кислотности крови выше 7,8 рН или ниже 6,8 рН несовместимо с жизнью.
Кислотность венозной крови — 7,32–7,42 рН. Кислотность эритроцитов составляет 7,28–7,29 рН.
Кислотность мочи
У здорового человека при нормальном питьевом режиме и сбалансированном питании кислотность мочи находится в пределах от 5,0 до 6,0 рН, но может колебаться от 4,5 до 8,0 рН. Кислотность мочи новорожденного в возрасте до месяца в норме — от 5,0 до 7,0 рН.
Кислотность мочи повышается, если в рационе человека преобладает мясная пища, богатая белками. Увеличивает кислотность мочи тяжелая физическая работа. Молочно-растительная диета приводит к тому, что моча становится слабощелочной. Повышение кислотности мочи отмечается при повышенной кислотности желудка. Пониженная кислотность желудочного сока не влияет на кислотность мочи. Изменение кислотности мочи чаще всего соответствует изменению кислотности крови. Кислотность мочи изменяется при многие заболевания или состояниях организма, поэтому определение кислотности мочи является важным диагностическим фактором.
В нормальных условиях у здорового человека реакция мочи слабокислая, pH колеблется в зависимости от режима питания между 4,5 и 8. При богатой белками пище моча обычно дает кислую, а при растительной пище – щелочную реакцию. При выделении дифосфатов наблюдается слабощелочная реакция. В патологических условиях моча также может дать сильно выраженную щелочную реакцию, и в таком случае обыкновенно мутна. При дыхательном алкалозе (гипервентиляции) или метаболическом алкалозе, потере кислот с желудочным соком, уменьшении количества калия в крови реакция мочи становится щелочной. Кислая реакция мочи наблюдается при голодании, тяжелых поносах, ацидозе или после принятия внутрь подкисляющих лекарственных средств (хлористого аммония). Исследования производят лишь со свежевыпущенной мочой. Проще всего производить исследования посредством синей и красной лакмусовой бумажки. Кислая моча меняет синий цвет лакмуса на красный, а щелочная – красный на синий. Истинная реакция мочи лучше определяется универсальной индикаторной бумагой с диапазоном от 1—14 (Ишманов М.Ю. и др.).
Кислотность влагалища, цервикального канала и полости матки
- цитолитический вагиноз: кислотность меньше 4,0 рН
- нормальная микрофлора: кислотность от 4,0 до 4,5 pH
- кандидозный вагинит: кислотность от 4,0 до 4,5 pH
- трихомонадный кольпит: кислотность от 5,0 до 6,0 pH
- бактериальный вагиноз: кислотность больше 4,5 pH
- атрофический вагинит: кислотность больше 6,0 pH
- аэробный вагинит: кислотность больше 6,5 pH
По данным Ившина В.Г. и др. (2020) в области наружного зева среда кислая: рН = 6,42 ± 0,026. По ходу цервикального канала величина рН плавно возрастает. В области внутреннего зева величина рН приближается к нейтральной: 6,96 ± 0,013. При продвижении датчика в полости матки отмечается плавное увеличение рН от 7,14 ± 0,11 до 7,19 ± 0,11. На слизистой дна матки среда слабощелочная: рН = 7,22 ± 0,007.
Публикации для профессионалов здравоохранения, затрагивающие проблематику кислотности в женских половых органах
Кислотность спермы
Нормальный уровень кислотности спермы находится в пределах от 7,2 до 8,0 рН. Отклонения от этих значений само по себе не рассматривается как патология. В то же время в совокупности с другими отклонениями может свидетельствовать о наличии заболевания. Увеличение уровня рН спермы происходит при инфекционном процессе. Резко щелочная реакция спермы (кислотность примерно 9,0–10,0 рН) свидетельствует о патологии предстательной железы. При закупорке выводных протоков обоих семенных пузырьков отмечается кислая реакция спермы (кислотность 6,0–6,8 рН). Оплодотворяющая способность такой спермы снижена. В кислой среде сперматозоиды теряют подвижность и погибают. Если кислотность семенной жидкости становится меньше 6,0 рН, сперматозоиды полностью теряют подвижность и погибают.
Кислотность кожи
Поверхность кожи покрыта воднолипидной кислотной мантией или мантией Маркионини, состоящей из смеси кожного сала и пота, в которую добавлены органические кислоты — молочная, лимонная и другие, образованные в результате биохимических процессов, протекающих в эпидермисе. Кислотная воднолипидная мантия кожи является первым барьером защиты от микроорганизмов. У большинства людей в норме кислотность мантии равна 3,5–6,7 рН. Бактерицидное свойство кожи, придающее ей способность противостоять микробной инвазии, обусловлено кислой реакцией кератина, своеобразным химическим составом кожного сала и пота, наличием на ее поверхности защитной воднолипидной мантии с высокой концентрацией водородных ионов. Входящие в ее состав низкомолекулярные жирные кислоты, в первую очередь гликофосфолипиды и свободные жирные кислоты, обладают бактериостатическим эффектом, селективным для патогенных микроорганизмов. Поверхность кожи заселена нормальной симбиотической микрофлорой, способной к существованию в кислой среде: Staphylococcus epidermidis, Staphylococcus aureus, Propionibacterium acnes и другие. Некоторые из этих бактерий сами вырабатывают молочную и другие кислоты, внося свой вклад в формирование кислотной мантии кожи.
Верхний слой эпидермиса (кератиновые чешуйки) имеет кислотность с величиной рН от 5,0 до 6,0. При некоторых кожных заболеваниях величина кислотности изменяется. Например, при грибковых заболеваниях рН возрастает до 6, при экземе до 6,5, при угревой сыпи до 7.
Кислотность других биологических жидкостей человека
Кислотность жидкостей внутри человеческого организма в норме совпадает с кислотностью крови и находится в пределах от 7,35 до 7,45 pH. Кислотность некоторых других биологических жидкостей человека в норме приведена в таблице:
| Биологическая жидкость | Кислотность в норме, ед. рН |
| Цитоплазма клеток | около 7,45 |
| Слеза | от 7,3 до 7,5 |
| Ликвор (спинномозговая жидкость) | от 7,35 до 7,8 |
| Желчь | от 8,0 до 8,5 |
| Женское молоко | от 6,9 до 7,5 |
| Панкреатический сок | от 7,5 до 9,0 |
| Синовиальная жидкость (коленный сустав) | от 7,3 до 7,6 |
| Сок предстательной железы | от 6,6 до 6,8 |
Публикации для профессионалов здравоохранения, затрагивающие проблематику кислотности в органах пищеварения
Меры и эталоны кислотности
Для поверки, калибровки средств измерения кислотности в медицине и технике выпускаются специальные «меры кислотности», «буферные растворы», «стандарт-титры». Они способны поддерживать строго установленную величину кислотности раствора, не меняющуюся при измерениях и в течение определённого времени. Подробнее см. «Стандарт-титры и буферные растворы для калибровки».
На фотографии справа: буферные растворы с рН=1,2 и рН=9,18 для калибровки рН-зондов.
detector