• Таблица 1 Названия кислот
  • Янтарная 1,6 10- 5 Уксусная
  • Бензойная 6,3 10- 5 Аскорбиновая
  • Молочная 1,5 10- 4 Муравьиная
  • Яблочная 3,5 10- 4 Лимонная
  • Винная 1,3 10- 3 Щавелевая
  • ЗАЧЕМ НАМ НУЖНЫ ИОНЫ ВОДОРОДА



  • страница4/33
    Дата16.05.2017
    Размер8.43 Mb.

    Посвящается моей любимой жене Ирине Ефимовне Головенченко


    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   33

    УГОЛЬНАЯ КИСЛОТА И РЕАКЦИЯ КРОВИ

    Растворяясь в воде, углекислый газ лишь частично вступает с ней во взаимодействие с образованием угольной кислоты (около 1%). Отдельно определить содержание окиси углерода и угольной кислоты в воде достаточно трудно, а поэтому суммарную концентрацию этих компонентов принимают за концентрацию свободной угольной кислоты. И так как только незначительное количество растворенного в воде углекислого газа образует угольную кислоту, то расчет содержания свободной угольной кислоты ведется по двуокиси углерода СО2СВоб.  И константу диссоциации угольной кислоты можно определить как истинную, если в расчет брать только ионы действительно образующейся угольной кислоты и только первую ступень диссоциации. Тогда эта константа будет равна 1,32  10"4. Но можно определять константу диссоциации угольной кислоты и при условии, что весь углекислый газ образует угольную кислоту, и эту константу называют кажущейся. Она равна 4,45  10 "7.

    Сравнивая константу диссоциации угольной кислоты (истинную) с константами диссоциации приводимых ниже органических кислот (табл.1), мы видим, что угольная кислота сильнее янтарной, уксусной, бензойной и аскорбиновой, и лишь немного уступает по силе молочной.

    Таблица 1


    Названия кислот

    Константа диссоциации

    Янтарная

    1,6

     10-5

    Уксусная

    4,88

     10-5

    Бензойная

    6,3

     10-5

    Аскорбиновая

    9,1

     10-5

    Молочная

    1,5

     10-4

    Муравьиная

    1,8

     10-4

    Яблочная

    3,5

     10-4

    Лимонная

    7,4

     10-4

    Винная

    1,3

     10-3

    Щавелевая

    5,6

     10-2

    Кислоты в этой таблице перечислены в порядке возрастания их силы. Сила кислот определяется их константами диссоциации — сильнее та кислота, у которой больше константа диссоциации.

    Другой формой содержания .угольной кислоты в воде являются гидрокарбонаты, образующиеся при диссоциации угольной кислоты по 1-ой ступени (Н2СОз.«-» Н+ + НСОз"), а также при диссоциации гидрокарбонатных солей, образующихся в результате растворения карбонатных пород под действием угольной кислоты:

    СаСОз + СО2 + Н2О = Са +2 + 2НСО3"

    Гидрокарбонаты — наиболее распространенная форма содержания угольной кислоты в природных водах при средних значениях рН. Они обуславливают щелочность воды и это нам прежде всего необходимо помнить.

    Еще угольная кислота может содержаться в карбонат-ионах (СОз2"), образующихся при диссоциации угольной кислоты по 2-й ступени: НСОз" <-> Н+ + СОз2". Карбонат-ионы содержатся только в щелочной среде (при рН>8,4). Но в присутствии ионов кальция содержание СОз2" бывает небольшим вследствие малой растворимости карбоната кальция (СаСОз). А при наличии в растворе свободной угольной кислоты растворимость карбоната кальция возрастает в результате образования гидрокарбонатов, как об этом и было сказано чуточку выше.

    Одновременно все формы угольной кислоты в растворе присутствовать, не могут, наиболее вероятными и устойчивыми системами являются СО2 + НСО3" и НСО3" + СО32;. А какая из этих систем будет преобладать — зависит только от концентрации ионов водорода в растворе. На концентрацию ионов водорода может оказывать существенное влияние концентрация ионов кальция в растворе.

    Основная карбонатная система природных вод представляет собой систему из свободной угольной кислоты и гидрокарбонат-ионов. От соотношения этих форм зависит рН природных вод. Например, при низких значениях рН (< 4,2) в воде присутствует практически только свободная угольная кислота, а повышение рН (от 4,2 до 8,35) происходит при снижении концентрации свободной угольной кислоты в растворе и одновременном повышении гидрокарбонатов. При рН больше 8,35 в воде практически отсутствует свободная угольная кислота и остаются только гидрокарбонат-ионы. Но зависимость рН от соотношения различных форм угольной кислоты в растворе можно рассматривать и по иному — и как зависимость содержания различных форм угольной кислоты от рН раствора.

    Угольная кислота в форме карбонат-ионов называется связанной. Принято считать, что гидрокарбонаты наполовину состоят из связанной и свободной угольной кислоты, так как при разложении они дают карбонаты (связанную) и свободную угольную кислоту: 2НСО3- -> СО2 + СО32" + Н2О.

    Если в водном растворе одновременно присутствуют свободная угольная кислота и гидрокарбонаты, то в состоянии равновесия определенному содержанию гидрокарбонат-ионов соответствует вполне определенное количество свободной угольной кислоты, которую называют равновесной угольной кислотой.

    Если содержание свободной угольной кислоты в растворе будет меньше равновесного с гидрокарбонатами:

    Са2++ 2НСО3-> СО2 + СаСОз + Н2О (2.1), то (по принципу Ле Шателье) равновесие смещается вправо, гидрокарбонат-ионы разрушаются с образованием свободной угольной кислоты и карбонат-ионов. Но избыток карбонат-ионов легко взаимодействует с ионами кальция (Са2+), содержащимися в растворе, с образованием труднорастворимого карбоната кальция (СаСОз).

    Результаты этого неравенства (2.1) мы можем увидеть на дне озера Севан в Армении — поступающая в это озеро вода содержит много гидрокарбонат-ионов и ионов кальция, а поэтому в нем постоянно происходит образование нерастворимого карбоната кальция, который и оседает на дно.

    Если же свободной угольной кислоты в водном растворе будет больше, чем необходимо для состояния равновесия —

    Са2 + 2НСО3" < СО2 + СаСО3 + Н2О (2.2),

    то часть свободной угольной кислоты будет взаимодействовать с карбонатом кальция и переводить его в растворимый гидрокарбонаткальция. Такая реакция постоянно происходит в природных водах, соприкасающихся с почвами, содержащими в себе много известняков.

    В крови, которая более чем на 90% состоит из воды, угольная кислота ведет себя точно так же, как и в любом водном растворе, а поэтому все приведенные выше рассуждения о соотношении различных форм этой кислоты применимы и для крови. Кстати сказать, в физиологии также принято считать, что весь растворившийся в крови углекислый газ существует в ней в виде угольной кислоты и поэтому константу диссоциации принимают не истинную, а кажущуюся.

    Здесь следует заметить, что общее количество углекислого газа, переносимого кровью, бывает намного больше того, которое растворяется в крови. Примерно 10% углекислого газа транспортируется в виде карбогемоглобина (его соединение с гемоглобином), примерно 3% в растворенном виде, а большая часть — в виде гидрокарбонатов. Угольная кислота, образующаяся в крови при растворении в ней углекислого газа, — очень слабая кислота, но в какой-то мере она все же подкисливает кровь. Постепенно в процессе эволюции человеческий организм приспособился к определенной реакции крови, которую можно принять за оптимальную. При такой реакции крови должны нормально функционировать все системы организма, а также должен нормально идти весь процесс обмена веществ в нем. Но если по какой-то причине реакция крови изменится не в лучшую сторону и организм не сможет самостоятельно вернуться к оптимальной реакции, то при этом нарушится процесс обмена веществ в организме и возникнут, как об этом и говорит нам автор метода ВЛГД, многие болезни. И здесь нам предлагают предпринять самое простое действие по исправлению такого неблагоприятного положения — задержать волевыми усилиями углекислый газ в организме и повысить, таким образом, его концентрацию в крови. И повысить тем самым подкисление крови. Сам организм этого сделать не может, так как дыхательный центр подает команду только по верхнему уровню углекислого газа в крови, а по нижнему такая команда не предусмотрена, так как в процессе жизнедеятельности организма в нем постоянно образуется этот газ и требуется только своевременно выбрасывать его, но никак не накапливать.

    Итак, нам постепенно становится ясно, что по какой-то причине реакция крови у людей изменяется не в лучшую сторону, в результате чего и возникают всевозможные заболевания. И если в этот момент (в момент, когда мы имеем одно или несколько заболеваний) нам удастся задержать какую-то часть углекислого газа в организме и тем самым дополнительно подкислить кровь, то в результате этого действия наступает выздоровление. И хотя в данном случае мы наблюдаем прямую связь между повышением концентрации углекислого газа в альвеолярном воздухе и последующим выздоровлением, но все же должны признать, что не углекислый газ сам по себе оказывает решающее влияние на все жизненные функции организма, как об этом говорит нам автор метода ВЛГД. Решающую роль для нормального функционирования и организма в целом, и всех его клеток в отдельности играет концентрация ионов водорода в крови. А концентрация ионов водорода в крови определяет реакцию крови. Но каким способом будет достигнута необходимая концентрация ионов водорода в крови — по сути не имеет значения. И углекислый газ в таком случае, а точнее, углекислота, создаваемая этим газом при его растворении в крови, может находиться в одном ряду со всеми другими кислотами, которые также могут повысить концентрацию ионов водорода в крови.

    Здесь нам, по-видимому, следует сделать небольшое отступление и вспомнить, что мы называем кислотой, и что щелочью, и какой величиной мы измеряем кислотность или же щелочность растворов. Все это вроде бы скучные вещи, но, поверьте мне, их интересно знать, да я и не собираюсь долго занимать внимание читателей этими химическими понятиями — попытаюсь ограничиться только самой сутью их.

    Кислотой мы можем называть любое вещество, способное отдавать в раствор ионы водорода. И если мы пьем кислое вино, то могли бы знать, что кислые свойства ему придают только ионы водорода. А ионы водорода вину дают кислоты, растворенные в нем. И нам чаще всего не столь важно знать какие это" кислоты — нас больше интересует насколько кислое вино, можно ли его вообще пить. В более кислом вине и более высокая концентрация ионов водорода. Поэтому и кислотность растворов характеризуется концентрацией ионов водорода (Н+). Чем больше концентрация этих ионов — тем выше кислотность раствора.

    Такое же простое определение как и кислотам можно дать и щелочам — это вещества, могущие связывать ионы водорода, имеющиеся в растворах, вследствие чего в растворах увеличивается концентрация ионов ОН". Последние делают растворы скользкими на ощупь и придают им горький вкус.

    Но для характеристики реакции растворов используют не абсолютное число ионов водорода, так как в этом случае нам пришлось бы столкнуться с определенной проблемой — с огромными цифрами, с которыми трудно работать, а некоторый символ — рН.

    Датский химик Сёренсон еще в 1909 году предложил очень простой способ оценки качества растворов в зависимости от концентрации в них ионов водорода — по некоей величине рН, которая определяется уравнением:

    pН - -1од10НЧ

    Буква р — это начальная буква от датского слова ро!еп7 (степень), а буква Н — это символ водорода.

    Поскольку в нейтральном растворе при 25°С концентрация ионов водорода Н+ — ТО"7 моль/л, то для такого раствораpН—log1010-7--(-7)-7.

    И поэтому, когда мы говорим, что рН какого-то раствора равен 7, то легко понимаем, что речь идет о нейтральном растворе. А если концентрация ионов водорода в растворе возрастает, например, до величины 1,0  10"4 моль/л, то рН такого раствора будет равен 4. Это кислый раствор. А если концентрация ионов водорода понизится по сравнению с нейтральным раствором до величины, например, 1,0  10" моль/л, то рН такого раствора будет равен 9. Это щелочной раствор, в нем преобладают ионы ОН.

    Как видите, величиной рН очень просто пользоваться: в кислых растворах рН меньше 7 (рН < 7), а в щелочных растворах рН больше 7 (рН > 7).

    Повторно скажу, что величина рН — это не концентрация ионов водорода, а всего лишь некоторый символ, который принято называть водородным показателем.

    Водородный показатель дает нам характеристику раствора (кислый, нейтральный или щелочной раствор), а также дает удобную для пользования шкалу кислотности или щелочности растворов. Но по величине рН мы можем определить и истинную концентрацию ионов водорода в растворе.

    Концентрация ионов Н+ и ОН" в растворах взаимосвязаны: когда концентрация ионов водорода возрастает, то концентрация гидроксид-ионов понижается. В кислом растворе концентрация ионов водорода всегда больше, чем концентрация ионов ОН". В щелочном растворе, например, в растворе МаОН, наоборот, концентрация ионов ОН" выше концентрации ионов Н+.

    Нас в дальнейшем будет интересовать не истинная концентрация ионов водорода в крови, а рН крови (реакция крови). А по реакции крови мы всегда сможем судить и о концентрации ионов водорода, и об их соотношении с ионами ОН".



    ЗАЧЕМ НАМ НУЖНЫ ИОНЫ ВОДОРОДА?

    Еще в 1909 году Сёренсон первым указал на исключительное влияние ионов водорода на биологические реакции. Он же, как мы уже знаем, первым предложил оценивать кислотность растворов не по истинной концентрации ионов водорода в растворе, а по величине рН. Так в дальнейшем будем поступать и мы.

    А теперь более внимательно посмотрим на ионы водорода, которые находятся в нашем организме.

    Наш организм состоит из множества клеток. Клетка — это самая элементарная единица, способная поддерживать жизнь, но в то же время она представляет собой весьма сложный объект. Клетка — это отдельный микромир, имеющий четкие границы, внутри которых существует непрерывная химическая активность и непрерывный потокэнергии. Клетка имеет наружную мембрану, главная функция которой состоит в регулировании обмена различных веществ между клеткой и внешней средой.

    Внутри клетка также с помощью мембран поделена на отдельные отсеки (компартменты). И чем, прежде всего, для нас интересны в данный момент эти отсеки — так это разной концентрацией ионов водорода в каждом из них. То есть в каждом отсеке поддерживается не только кислая среда, но и с различной величиной рН, иногда ниже 4 единиц. А в целом наружная мембрана или клетка в целом несет на себе положительный электрический заряд. А чтобы создавать такие повышенные концентрации ионов водорода в отсеках — в каждой мембране имеются механизмы активного переноса ионов водорода из внеклеточной среды в эти отсеки, которые называются протонными помпами. Напомню здесь, что ионы водорода — это и есть в чистом виде протоны. А чтобы протонные помпы могли перекачивать ионы водорода — нужны по крайней мере сами ионы, а проще говоря, нужна подкисленная межклеточная среда, а такую среду может создать только подкисленная кровь. Так мы опосредованно пришли к выводу, что кровь обязательно должна содержать в себе достаточную концентрацию ионов водорода.

    Здесь, мне кажется, следует более зримо показать какая концентрация ионов водорода может быть при различных реакциях среды, отличающихся не только на целые единицы рН, но и на сотые доли, а также в каком соотношении ионы водорода находятся с гидроксид-ионами при разных реакциях крови. Например, рН питьевой воды может быть равным и 6, и 8 единицам. Что могут говорить нам эти цифры? Прежде всего следует сказать, что никого из нас и никогда эти цифры не интересовали. А в общем они говорят, что первая вода кислая, а вторая щелочная. И большинство из нас выберет щелочную воду, потому что она покажется более приятной на вкус, но правильный ли будет этот выбор с точки зрения не вкуса, а здоровья — нам еще предстоит разобраться в этом.

    А как изменяется концентрация ионов, водорода при изменении реакции среды от 6 до 8? Оказывается, при рН 6 концентрация ионов водорода в 100 раз выше, чем при рН 8. Но и концентрация ионов водорода еще мало о чем нам говорит, ведь наряду с ионами водорода в растворах обязательно имеются гидроксид-ионы (ОН"). И уменьшение концентрации ионов водорода тут же приводит к увеличению концентрации гидроксид-ионов, и наоборот. Поэтому более информативным для нас будет соотношение Н+/ОН" при разных значениях рН. При рН6 на 100 ионов водорода приходится только один гидроксид-ион, а при рН 8 уже на один ион водорода приходится 100 гидроксид-ионов. Как видим, и при щелочной реакции крови (рН 8) в ней еще имеются ионы водорода, но каждый из них находится вгустом лесу, состоящем из ОН". Легко ли при таком соотношении ионов водорода и гидроксид-ионов протонным помпам найти и перенести внутрь клетки необходимое число протонов? Такой поиск можно сравнить только с поиском иглы в стоге сена. И именно при такой реакции крови (алкалоз) нас ожидает множество болезней.

    Рассмотрим еще несколько соотношений между Н+ и ОН" при наиболее вероятных реакциях крови. Так, в учебнике по физиологии человека для медицинских институтов написано, что кровь имеет слабощелочную реакцию: рН артериальной крови равен 7,4, а рН венозной, вследствие большого содержания в ней углекислоты, равен 7,35. Обратите внимание на последнюю цифру и сравните ее с предыдущей. Реакция венозной крови всего на 0,05 единиц меньше артериальной, а ведь она несет в себе весь тот углекислый газ, который непрерывно выделяется в нашем организме и через легкие выбрасывается в атмосферу. Реакция венозной крови как раз и говорит нам о незначительных возможностях неглубокого дыхания (задержки некоторого количества углекислого газа в организме) по подкислению крови. И если по какой-то причине у нас будет высокая щелочность крови, то вряд ли нам удастся исправить это негативное положение одним только изменением режима дыхания.

    При реакции крови рН 7,4 на один ион водорода приходится шесть гидроксид-ионов. А при рН 7,35 на один ион водорода приходится пять гидроксид-ионов. И в одном, и в другом случае в крови преобладают ионы ОН". Если же мы каким-либо способом понизим реакцию нашей крови всего на 0,2 (я имею в виду первоначальную реакцию крови в 7,4), то при рН 7,2 на один ион водорода будет приходится уже не шесть, а только два иона ОН". А если мы еще больше подкислим нашу кровь, чтобы ее реакция хотя и незначительно, но все же стала кислой, например, рН 6,95 — это совсем недалеко от нейтральной реакции крови, то отношение Н+ к ОН" станет равным 5/4. Как видим, при такой реакции крови ионы водорода уже становятся хозяевами положения, да и концентрация их в крови увеличивается в три раза по сравнению с той, которая была при рН 7,4. Вот что в действительности дают, казалось бы, незначительные изменения рН нашей крови.

    Здесь я еще немного задержу внимание читателей на четырех разных реакциях крови и покажу количественно как отношение Н+/ОН" может сказываться на нашем здоровье. Реакции эти равны 6,0, 6,8, 7,4 и 8,0.

    Если мы считаем, что реакция крови с рН 7,4 является нормальной реакцией для нашей артериальной крови, то тогда следует считать нормальным и такое отношение Н+/ОН", когда на один ион водорода приходится шесть ионов ОН".

     

    Но если эту реакцию крови (рН 7,4), которую мы считаем нормальной, повысить всего на 0,6 единицы, то получим алкалоз (рН 8,0). А это не только очень болезненное состояние организма, но и почти безжизненное. А отношение Н+/ОН" при этом будет выглядеть как один к ста. То есть при таком соотношении между Н+ и ОН" протонные помпы просто не в состоянии будут найти в крови и перекачать внутрь клетки ионы водорода, хотя эти ионы и будут находиться в крови. И в результате мы будем болеть. И это всего лишь при незначительном сдвиге реакции крови в сторону повышения рН.



    А теперь понизим рН крови (повысим концентрацию ионов водорода в ней) относительно так называемой нормальной реакции (относительно рН 7,4) и тоже всего лишь на 0,6 единицы. При такой реакции крови (при рН 6,8) наступает оздоровление организма (более подробно об этом говорится в следующей главе). А отношение Н+ к ОН" при этом будет выглядеть как 5 к 2. То есть ионов водорода в крови будет уже больше, чем ионов ОН", хотя и незначительно. Но прошу читателей обратить на это особое внимание, как при равном и незначительном сдвиге реакции крови в одну и в другую сторону относительно имеющейся у нас реакции крови (относительно рН 7,4), происходят очень большие изменения концентрации ионов Н"1" и ОН" в крови, что незамедлительно сказывается и на нашем самочувствии, ина нашем здоровье.

    Если мы продолжим подкисливать кровь, то ее реакция может понизиться до рН 6,0. По медицинской терминологии это уже ацидоз, то есть кислая кровь. При такой реакции крови отношение Н+/ОН" равно 100 к 1. И если при рН 8,0 человек становится очень больным, то при рН 6,0 может происходить даже оздоровление организма человека (более подробно об этом говорится в следующей главе).Уже одно такое краткое сравнение состояний нашего здоровья при четырех разных, но реальных для нас реакциях крови, говорит нам о большом влиянии концентрации ионов водорода в крови на наше здоровье.

    Остановлюсь кратко и еще на двух физиологических явлениях, напрямую связанных с ионами водорода.

    Первое — об энергетике клетки. Нередко можно прочитать, что люди получают энергию непосредственно из космоса или от Солнца, что очень полезны продукты, накопившие в себе энергию нашего светила. Надо полагать, что это всего лишь красивая фантазия. Да, для поддержания жизни необходима энергия и она производится в самом организме в результате окисления кислородом жиров, белков и углеводов. От обеспечения нашего организма энергией зависит и наше здоровье, и наше долголетие. Чтобы в любом возрасте мы оставались и здоровыми, и жизнедеятельными, — мы прежде всего должны обеспечивать в полной мере свой организм энергией. Но обеспечить организм энергией вовсе не означает наполнить его жирами и углеводамии, переведя математически все это в килокалории, довольствоваться достигнутым. Наш организм состоит из множества клеток и только здоровая жизнь каждой клетки может обеспечить нам полноценное здоровье. Вся совершающаяся в клетках работа — химическая, механическая, электрическая и осмотическая — выполняется с потреблением энергии. Так вот, чтобы получить необходимую для организма энергию, надо еще суметь сжечь запасенное в нем топливо. То есть надо еще доставить в организм достаточное для этого количество кислорода. Казалось бы, чего проще, ничего не надо покупать, а бери из воздуха сколько необходимо этого самого кислорода и никаких проблем. Но, оказывается, проблем здесь еще больше, чем с продуктами питания. Человек практически всю жизнь испытывает кислородное голодание (гипоксию). Я как-то слушал лекцию по этой теме (по гипоксии) и лектор сделал такое заключение, что поскольку мы ничего не можем сделать по преодолению гипоксии, то нам надо постепенно адаптировать свой организм к этому состоянию. Не было только сказано как заставить каждую клетку пользоваться меньшей долей энергии, чем ей необходимо. Но нам хорошо известно другое — при недостатке кислорода клетка может и не погибнуть, но делиться при этом она ни в коем случае не будет, а это уже прямой путь и к нашим болезням (смотрите главу 15-ю), и к преждевременному старению.

    Почему же мы испытываем кислородное голодание? Причин для этого существует множество и познакомиться с ними можно в специальной медицинской литературе. Все эти причины я бы разделил на две группы. К первой следует отнести те, которые препятствуют насыщению крови кислородом. Самая известная из них — это понижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Такое может случиться не только при подъеме в горы, но в некоторых случаях и для особенно чувствительных людей и на низменных местах при резком падении барометрического давления. Но нас в данный момент интересует не эта группа причин, а другая, при которой кровь достаточно насыщена кислородом, но тем не менее отдельные органы или организм в целом испытывают кислородное голодание. Чаще всего отдельные органы испытывают такое голодание в результате атеросклероза сосудов, снабжающих их кровью. Атеросклерозу посвящена специальная глава (№10), а поэтому мы уделим сейчас внимание только кислородному голоданию всего организма, не отягченного атеросклерозом, при нормальном насыщении крови кислородом.

    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   33

    Коьрта
    Контакты

        Главная страница


    Посвящается моей любимой жене Ирине Ефимовне Головенченко