Роль активной реакции среды в биологических процессах
Ионы Н + и ОН – занимают особое место среди других ионов в связи со значительным влиянием их на течение многих химических реакций. Многие процессы в живом организме протекают при строго определенном значении рН среды. Так, желудочный сок животных имеет рН 0,9-1,5. Повышение и понижение кислотности его вызывает болезненные изменения в организме. Амилаза слюны оптимально работает при рН 6,8. Снижение рН крови даже на десятые доли рН существенно влияет на общее состояние организма.
Таким образом, рН жидких сред организма входит в понятие гомеостаза, т.е. является одной из констант организма. Так, рН крови человека равен 7,36. Смещение этого значения в кислую сторону вызывает ацидоз, а в щелочную – алкалоз. Ниже приводится показатели концентрации водородных ионов крови животных, а также жидкостей организма.
| рН крови животных | |
| Бык 7,36-7,40 Собака 7,30 Кролик 7,33-7,35 Лошадь 7,40-7,69 | Свинья 7,85-7,95 Баран 7,82 Коза 7,65 Овца 7,40-7,58 |
| Значения рН некоторых жидкостей организма | |
| Слюна лошади 7,56 коровы 8,10 cвиньи 7,32 cобаки 7,56 | Желчь 7,0-8,0 Молоко коровы 6,2 Моча коровы 8,5-8,7 Моча лошади 7,8-8,9 |
Следует отметить, что рН среды играет большую роль в хлебопечении, сыроварении, изготовлении чая, кожи и многих других процессах
PH и здоровье человека
Бюджетное общеобразовательное учреждение города Омска
«Средняя общеобразовательная школа № 61»
«pH и здоровье человека»
Ученица 11 «А» класса,
БОУ г. Омска «СОШ № 61»
Михалева Татьяна Сергеевна,
Учитель химии и биологии
БОУ г. Омска «СОШ № 61»
Глава 1. Кислотно-щелочной баланс. ………………………..……. ……….. 4
1.1. Что такое кислотно-щелочной баланс? …………………………. ….. 4
1.5. Физиологическая pH кожи. ………………………………. ………… 12
Глава 2. Практическая часть. ……………………………..………….……… 17
2.1. Методика исследования. ……………………. ……………. ………. 17
2.2. Результаты исследования. ………………………………. …..……… 17
Приложение 1. Индикаторы pH. …. ………………………………..……. 21
Приложение 2. Исследование p H средств личной гигиены. ………….…. 22
Актуальность выбранной темы заключается в том, что:
кислотно-щелочной баланс играет важное значение для множества химический процессов;
pH используется для характеристики кислотно-основных свойств различных биологических сред;
кислотность реакционной среды особое значение имеет для биохимических реакций, протекающих в живых системах;
многие люди стараются сохранить своё здоровье каким-либо образом, поэтому нужно знать, как кислотно-щелочной баланс влияет на здоровье человека.
Цель исследования : изучить влияние кислотно-щелочного баланса на здоровье человека.
Объекты исследования : средства гигиены, моющие средства, жидкости, окружающие нас в природе, жидкости, входящие в состав организма человека.
Предмет исследования : кислотно-щелочной баланс.
изучить водородный показатель p H раствора;
2. исследовать p H средств личной гигиены и других моющих средств;
3. выяснить влияние кислотно-щелочного баланса на здоровье человека.
Изучение и анализ литературы;
Анализ полученных данных.
Глава 1. Кислотно-щелочной баланс
1.1. Что такое кислотно-щелочной баланс?
Кислотно-щелочной баланс — относительное постоянство соотношения кислота-основание внутренней среды живого организма и различных жидкостей. Также называют кислотно-щелочным балансом, равновесием кислот и оснований. Является составной частью гомеостаза. Количественно характеризуется либо концентрацией водородных ионов (протонов) в молях на 1 л, либо водородным показателем pH [5].
Исключительно велика роль pH в самых различных явлениях и процессах: и в природе, и в технике, так как в зависимости от реакции среды эти процессы могут протекать с различными скоростями и в разных направлениях. Поэтому определение кислотности среды растворов очень важно в медицине, технике, сельском хозяйстве.
Концентрация водородных ионов играет большую, часто определяющую, роль в самых разнообразных явлениях и процессах – и природе и в технике. Многие производственные процессы в химической, пищевой, текстильной и других отраслях промышленности протекают лишь при определённой реакции среды [2].
Значение pH или показатель кислотно-щелочного равновесия является одним из важнейших параметров биохимических процессов, которые постоянно происходят в биохимических жидкостях нашего организма: слюне, моче, крови.
Нормальная жизнедеятельность организма невозможна без поддержания постоянных характеристик (температура, давление, концентрация веществ) во внутриклеточных и тканевых жидкостях организма. Единственным растворителем для живых организмов является вода [1].
Значительные изменения pH любых биологических систем и особенно крови могут привести к гибели всего организма. Поэтому понятна огромная важность для организма поддержания pH в заданных природой пределах.
Наше здоровье зависит от pH баланса. Развитие многих болезней зависит от одной причины, которую многие специалисты обозначают двумя словами: кислота и щелочь.
Разные жидкости организма имеют различные значения pH. Об уровне pH в организме необходимо заботиться. Так как организм человека на 60-70% состоит из воды, уровень pH оказывает сильное влияние на химические процессы, происходящие в организме, а соответственно и на здоровье человека.
Высокая кислотность разрушает наиважнейшие системы в организме, и он становится беззащитен перед болезнями. Сбалансированная pH-среда обеспечивает нормальное протекание метаболических процессов в организме, помогая ему бороться с заболеваниями. Здоровый организм имеет запас щелочных веществ, которые он использует в случае необходимости.
Очень важно вовремя обратить внимание на изменение уровня pH внутренней среды организма и, при необходимости, принять неотложные меры.
Несбалансированный уровень pH может привести к серьёзным проблемам, особенно с возрастом. Этот процесс может проходить незаметно многие годы, несбалансированный уровень pH приводит к прогрессированию большинства, если не всех, дегенеративных болезней, включая сердечнососудистые заболевания, рак, диабет, а так же приводит к увеличению веса. По данным Американского Национального Центра Статистики Здоровья устранение только сердечнососудистых заболеваний увеличило бы продолжительность жизни на 9,78 лет.
Факторы, приводящие к дисбалансу pH :
сильный и неприятный запах изо рта и тела;
употребление продуктов и напитков сомнительного производства;
непродуманные новомодные диеты, последствия которых трудно предвидеть;
вредные привычки (курение, употребление алкоголя).
Исследования показывают, что после усвоения и переваривания пищи остаются определенные химические и металлические остатки, которые в сочетании с жидкостью в организме, приводят к кислотному или щелочному pH-уровню.
Ацидоз – смещение кислотно-щелочного баланса организма в сторону увеличения кислотности [1].
В этом состоянии организм плохо усваивает минералы, такие как кальций, натрий, калий и магний, которые, благодаря избыточной кислотности, выводятся из организма. От недостатка минералов страдают жизненно важные органы. Не выявленный вовремя ацидоз может вредить организму незаметно, но постоянно в течение нескольких месяцев и даже лет. Злоупотребление алкоголем часто приводит к ацидозу. Ацидоз может возникать, как осложнение диабета.
При ацидозе могут появиться следующие проблемы:
Заболевания сердечно-сосудистой системы, включая стойкий спазм сосудов и уменьшение концентрации кислорода в крови;
Прибавление в весе и диабет;
Заболевания почек и мочевого пузыря, образование камней;
Увеличение вредного воздействия свободных радикалов, которые могут способствовать онкогенезу;
Хрупкость костей вплоть, до перелома шейки бедра, а также других нарушениях опорно-двигательного аппарата, как например, образование остеофитов (шпор);
Появление суставных болей и болевых ощущений в мышцах, связанных с накоплением молочной кислоты.
Алкалоз – увеличение pH крови (и других тканях организма) за счёт накопления щелочных веществ. При алкалозе, также как при ацидозе, нарушается усвоение минералов. Пища усваивается гораздо медленнее, что позволяет токсинам проникать из желудочно-кишечного тракта в кровь. Повышенное содержание щелочи в организме опасно и трудно поддается корректировке. Как правило, оно является результатом употребления лекарств, содержащих щелочь [1].
Повышенное содержание щелочи может спровоцировать:
Проблемы с кожей и печенью;
Сильный и неприятный запах изо рта и тела;
Активизацию жизнедеятельности паразитов;
Разнообразные аллергические проявления, в том числе связанные с пищей и загрязнением окружающей среды;
Обострение хронических заболеваний;
Запоры и другие проблемы с кишечником.
Значение рН мочи показывает, насколько хорошо организм усваивает минералы, такие как кальций, натрий, калий и магний. Эти минералы называют «кислотными демпферами», так как они регулируют уровень кислотности в организме. Если кислотность слишком высокая, организм не продуцирует кислоту. Он должен нейтрализовать кислоту. Для этого организм начинает заимствовать минералы из различных органов, костей и проч. для того, чтобы нейтрализовать излишки кислоты, которая начинает накапливаться в тканях. Таким образом, происходит регулирование уровня кислотности.
Наш организм использует соляную кислоту для расщепления пищи. В процессе жизнедеятельности организма требуются как кислые, так и щелочные продукты распада, причем первых образуется в 20 раз больше, нежели вторых. Поэтому защитные системы организма, обеспечивающие неизменность его кислотно-щелочное равновесие, «настроены» прежде всего на нейтрализацию и выведение прежде всего кислых продуктов распада.
Управление организмом уровня кислотности:
Выделяет кислоты – через желудочно-кишечный тракт, почки, легкие, кожу;
Нейтрализует кислоты – с помощью минералов: кальций, магний, калий, натрий;
Накапливает кислоты – в тканях, прежде всего в мышцах;
Слюна – преимущественно щелочная реакция (колебание рН 6,0-7,9);
Желудок – резко кислая (на высоте пищеварения рН 1,8-3,0);
Поджелудочная железа – панкреатический сок слабощелочной;
Тонкий кишечник – щелочная реакция;
Коррекция минерального обмена
Кальций – самый важный минерал для регулирования pH-баланса. Особенно полезны препараты кальция для людей, страдающих заболеваниями опорно-двигательного аппарата и, прежде всего, остеопорозом.
Кроме указанного выше кальция, организму необходимы другие минералы, в том числе фосфор, цинк, бор, калий, магний. Они все реже встречаются в нашем рационе либо из-за того, что проводится очищение пищевого сырья, либо пища подвергается чрезмерной кулинарной обработке, либо овощи и фрукты, выращенные на истощенной почве, изначально не содержат полный набор минеральных веществ.
При нормальных условиях организм успешно справляется с кислотно-щелочными колебаниями и поддерживает постоянное значение pH, хотя в кровь непрерывно поступают различные продукты обмена как кислого, так и основного характера. Постоянство pH в различных средах нашего организма поддерживается как физико-химическим путем (буферные системы организма), так и физиологическими механизмами компенсации (почки, печень, легкие, кишечник), причем действия всех регуляторов pH взаимосвязаны и строго координированы.
При различных заболеваниях наблюдается сдвиг pH либо в кислотную область – ацидоз, либо в щелочную – алкалоз. Длительное смещение pH на 0,1-0,2 приводит к смерти больного.
Биологические катализаторы – ферменты способны работать только в определенных пределах рН, а при выходе за эти пределы их активность может резко снижаться. Например, активность фермента пепсина, который катализирует гидролиз белков и способствует, таким образом, перевариванию белковой пищи в желудке, максимальна при значениях рН около 2. Поэтому для нормального пищеварения необходимо, чтобы желудочный сок имел довольно низкие значения рН: в норме 1,85. При язвенной болезни желудка рН понижается в среднем до 1,48, а при язве двенадцатиперстной кишки может доходить даже до 1,05. Точное значение рН желудочного сока определяют путем внутрижелудочного исследования (рН-зонд).
Если у человека понижена кислотность, врач может назначить прием с пищей слабого раствора соляной кислоты, а при повышенной кислотности – принимать противокислотные средства, например, гидроксиды магния или алюминия. Если выпить лимонный сок, кислотность желудочного сока. понизится! Раствор лимонной кислоты лишь разбавит более сильную соляную кислоту, содержащуюся в желудочном соке.
В клетках организма рН имеет значение около 7, во внеклеточной жидкости – 7,4. Нервные окончания, которые находятся вне клеток, очень чувствительны к изменению рН. При механических или термических повреждениях тканей стенки клеток разрушаются и их содержимое попадает на нервные окончания. В результате человек чувствует боль.
Выявлены нарушения кислотно-щелочного равновесия при различных сердечно-сосудистых заболеваниях. При ишемической болезни сердца закономерным является возникновение ацидоза (сдвиг в кислотную область pH). Сдвиги pH в кислотную область (некомпенсированный ацидоз) возникают у больных с обширной зоной поражения сердца – крупноочаговым инфарктом миокарда. Одновременно наблюдается снижение концентрации калия (гипокалиемия) в плазме и в эритроцитах. Перемещение ионов H+ в клетку приводит к снижению pH внутри клетки (внутриклеточный ацидоз). Следовательно, при инфаркте миокарда с выраженным метаболическим ацидозом следует ожидать сдвига в щелочную область pH во внеклеточном пространстве (внеклеточный алкалоз).
Сахарный диабет является тяжелым и распространенным недугом современного человечества. Нарушение кислотно-щелочного равновесия при этой болезни происходит вследствие чрезмерного накопления ионов в межклеточной жидкости. У больных с тяжелой формой сахарного диабета наблюдается сдвиг рН в кислотную область, у больных с легкой формой отклонение рН от нормы, как правило, не наблюдается. Изучение кислотно-щелочного равновесия при диабете позволило устранить некоторые закономерности между течением этого заболевания и изменениями рН крови, что в свою очередь позволяет проводить направленное лечение для устранения этих нарушений.
Сохранение постоянства кислотности жидких сред имеет для жизнедеятельности человеческого организма первостепенное значение, потому что, во-первых, ионы Н+ оказывают каталитическое действие на многие биохимические превращения; во-вторых, ферменты и гормоны проявляют биологическую активность только в строго определенном интервале значений рН; в-третьих, даже небольшие изменения концентрации ионов водорода в крови и межтканевых жидкостях ощутимо влияют на величину осмотического давления в этих жидкостях; в-четвёртых, кислотно-щелочное равновесие внутренних сред организма определяет в ряде случаев восприимчивость организмов к инфекционным заболеваниям.
1.5. Физиологическая pH кожи
РН кожи, как правило, кислая, в диапазоне значений рН 4-6, в то время как внутренняя среда организма поддерживается близкой к нейтральной (рН 7-9). Это создает резкий градиент рН в 2-3 единицы между рН РС и рН эпидермиса и дермы. Физиологическая роль кислой поверхности кожи заключается в выполнении защитных механизмов против вторжения микроорганизмов. Совсем недавно было показано, что несколько ключевых ферментов, участвующих в синтезе и техническом обеспечении компетентного барьера кожи в значительной степени влияют на ее рН. Следовательно, появляется более полное представление о важности pH относительно функции и целостности кожи [1].
Факторы, влияющие на рН кожи
Моющие средства, косметика, мыло
Топические антибактериальные препараты
Сразу после рождения рН поверхности кожи как доношенных, так и недоношенных новорожденных выше, чем у взрослых и у детей постарше. Среднее значение рН от 6 до 7.08 на различных участках тела в первые сутки жизни доношенных новорожденных, что значительно выше, чему взрослых (pH 5.7). рН резко уменьшается в первые дни послеродового периода. Значение рН позже в младенчестве схоже со взрослыми.
Снижение рН возникает с 3-го дня по 30 день неонатального периода и является наиболее заметным в области предплечий по сравнению со лбом, щеками и ягодицами. Нет различия в значениях рН между разными участками тела у новорожденного на 1-2 дне после рождения. Днем рН выше на щеках и ягодицах и ниже на лбу и предплечьях. Это кажущееся расхождение можно списать на внешние факторы, а именно окклюзию пеленками ягодичной области и воздействие климатических факторов на открытую кожу щек. Экзема, как правило, способствует снижению рН на разгибательных поверхностях конечностей, а также у новорожденных на щеках по сравнению с нормальной кожей у взрослых. Усиленная десквамация, наблюдаемая в первые несколько дней после родов во многом обусловлена повышенным уровнем рН. Повышенный уровень рН, как известно, способствует росту активности сериновой протеазы калликреина 5 и 7, которые участвуют в шелушении и деградации корнеодесмосом. Повышение активности этих ферментов в условиях более высоких уровней pH, вероятно, объясняет усиление десквамации, наблюдаемое в первые несколько дней после родов, когда поверхность кожи более щелочная. Кроме того, ключевые ферменты, участвующие в барьерной проницаемости, β-глюкоцереброзидаза и кислая сфингомиелиназа, которые требуют кислой рН, не полностью активированы в период новорожденности, что приводит к снижению гидратации кожи.
Увеличение рН кожи и снижение буферной емкости также были зафиксированы в коже пожилых людей. Недостаточность керамид в коже, наблюдаемая в пожилом возрасте, также способствует ощелачиванию кожи. Щелочные внешние раздражители, которые имеют рН-оптимум 9, способствуют деградации липидного барьера и обладают большей активностью в пожилом возрасте.
рН кожи и барьерные функции:
рН кожи и целостность рогового слоя:
рН влияет не только на барьерный гомеостаз, но также влияет на целостность и шелушение рогового слоя. Сериновые протеазы калликреина 5 и калликреина 7 оптимально функционируют в нейтральной среде и тесно связаны с шелушением, воздействуя на десмоглеин 1. При повышении рН сериновые протеазы активируются, в то время как ферменты, ответственные за создание церамидов, для которых оптимальна кислая среда, инактивируются с ущербом для структуры и функции рогового слоя.
рН кожи и антимикробные свойства:
Рост нормальной флоры кожи происходит при кислых значениях pH, в то время как патогенные бактерии, такие как S. аureus, растут при нейтральной рН. Дермицидин, антимикробный пептид обнаруженный в поту, демонстрирует антимикробную активность в отношении различных патогенных микроорганизмов. При инкубации S. aureus в седьмой фракции пота, содержащей дермицидин, в буфере с рН 5,5 наблюдался бактерицидный эффект, превышающий 90%, тогда как в буфере с рН 6,5 этот эффект снижался до 60%. Chikakane&Takashashi также замечено снижение антибактериальной активности катионных веществ, например, некоторых основных белков, вследствие уменьшения кислотности. Нитраты, которые вырабатываются в потовых железах, преобразуются бактериями в нитриты. Нитриты служат неспецифическим антибактериальным защитным механизмом. Это происходит в кислой среде. Также на pH кожи влияет и некоторые заболевания [3].
Глава 2. Практическая часть
2.1. Методика исследования
В ходе эксперимента нам предстояло измерить показатели кислотно-щелочного баланса в определённых жидкостях: в частности, моющих средств, а также средств личной гигиены. Измерения проводились с помощью индикаторов кислотности. Сначала нужно поместить полоску в данную жидкость, затем убрать излишки жидкости и зафиксировать показатель pH (Приложение 1). Чтобы определить подходит ли средство под все нормы мы должны рассмотреть pH на определённых участках нашей кожи (таблица 2).
Физиология и нарушения водно-солевого обмена (методические материалы к практическим и семинарским занятиям)
Информация
Справочное пособие содержит информацию о физиологии водно-солевого обмена (ВСО). Также представлена информация о методах клинической и лабораторной диагностики нарушений ВСО. Перечислены варианты дисгидрий и методы лечения. Предназначается для врачей всех специальностей, курсантов ФПК и студентов медвузов.
Вода организма
Электролитный состав организма
Факторы, влияющие на перемещение внеклеточной воды в организме
Как уже упоминалось выше, вода является транспортной средой, переносящей питательные вещества и кислород к клеткам и уносящей продукты метаболизма от клеток через интерстициальное пространство в кровоток. Возникает вопрос – каким образом вода «знает» куда и что переносить?
Физиология рассматривает три фактора, определяющих целенаправленное движение воды при транскапиллярном обмене:
2. Часть осмотического давления, создаваемую в биологических жидкостях белками, называют коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением (КОД).
Оно составляет примерно 0,7% осмотического давления (или осмотической концентрации), т. е. около 25 мм рт. ст. (2 мосмоль/кг), но имеет исключительно большое функциональное значение в связи с высокой гидрофильностью белков и неспособностью их свободно проходить через полупроницаемые биологические мембраны.
Механизмы поддержания внутриклеточного объема жидкости и внутриклеточного ионного состава
«Натриевый насос». Мембранная проницаемость Na+ в общем в 10-20 раз меньше, чем К+. Однако наличие градиента концентраций Na+ во вне- и внутриклеточном пространствах и отрицательный внутриклеточный заряд могли бы обеспечить силу, способную двигать Na+ в сторону клетки.
В действительности этого не происходит, поскольку такая сила оказывается сбалансированной другой, действующей в обратном направлении и называемой натриевым насосом. Энергия натриевого насоса, являющегося специфическим свойством клеточной мембраны, обеспечивается гидролизом аденозинтрифосфата (АТФ) и направлена на выталкивание Na+ из клетки [Whittman R., Wheeler К. Р., 1970].
Эта же энергия способствует движению К+ внутрь клетки. Установлено, что противоположно направленные движения К+ и Na+ осуществляются в пропорции 2:3. По мнению М. W. В. Bradbury (1973), с физиологической точки зрения для К+ этот механизм не столь существен, так как последний в норме обладает высокой способностью проникать через клеточную мембрану. Описанный механизм является основным для обеспечения постоянства концентрации клеточных и внеклеточных компонентов. Принципиально важен тот момент, что осмолярность внутриклеточной воды величина достаточно постоянная и не зависящая от осмолярности внеклеточного пространства. Это постоянство обеспечивается энергозависимым механизмом.
Обмен веществ в организме человека
Обмен веществ — это набор химических реакций, обеспечивающий жизнедеятельность и рост клетки. Обмен веществ — это то, что является основой живого организма, это обмен между химическим составом человека и окружающей среды.
В обменных процессах нашего организма участвуют все химические и природные элементы — белки, жиры и углеводы. Выполняя каждый свою роль — белки, создавая строительный материал, а жиры с углеводами, регулируя баланс энергетических затрат — четко и слаженно взаимодействуют друг с другом. К ним в помощь приходят минеральные вещества и витамины, которые улучшают клеточную среду.
Обмен веществ состоит из двух сторон:
Эти процессы идут параллельно и всю жизнь. Различают следующие этапы:
Процессы обмена веществ идут в организме быстро и интенсивно, хотя в организме нет высокого давления и температуры. Эта быстрота обеспечивается участием ферментов и других веществ
Роль обмена веществ:
Причины нарушения обмена веществ:
Болезни обмена веществ:
Даже сбалансировав все обменные процессы, снабдив организм недостающими витаминами, мы рискуем получить ряд серьёзных заболеваний, вызванных продуктами распада наших клеток. Продукты распада имеют всё живое и растущее, а это и есть, пожалуй, самый опасный враг для нашего здоровья. Иначе говоря, организм должен вовремя очищаться от шлаков, либо они просто начнут отравлять его. Оставаясь в избытке, продукты распада вызывают хронические болезни и замедляют работу всего организма.
При нарушениях углеводного обмена возникает тяжелое заболевание — сахарный диабет, при неправильном жировом обмене накапливается холестерин, вызывающий болезни сердца и сосудов. Свободные радикалы, которых становится в избытке, способствуют возникновению злокачественных образований.
Частым проявлением проблем с обменом веществ также является ожирение. К этой же группе также можно отнести подагру, нарушения пищеварения, некоторые формы сахарного диабета Нарушение баланса минеральных веществ и витаминов ведет к поражению мышц, костей, тяжелым нарушениям сердечнососудистой системы. У детей это может привести к очень серьезным последствиям в виде задержки роста и развития. Стоит заметить, что не всегда рекомендуется дополнительное употребление витаминов, ведь их переизбыток также может иметь негативные последствия.
Чтобы урегулировать обменные процессы в своем организме, мы должны знать, что есть некоторые вещества, препятствующие образованию шлаков и улучшающие качество обмена.
, это кислород. Оптимальное количество кислорода в тканях значительно активизирует обменные процессы.
, витамины и минералы. С возрастом все процессы замедляются, происходит частичная закупорка сосудов, поэтому важно контролировать получение достаточного количества минеральных веществ, углеводов и кислорода. Это обеспечит хорошую работу обмена клетки, так как по прошествии времени клетка высыхает и больше не получает все необходимые элементы для своей жизнедеятельности. Зная это, нам важно искусственно питать стареющие клетки.
Существует масса рекомендаций и препаратов, регулирующих обмен веществ. Правильное питание, исключение из рациона продуктов, содержащих холестерин и другие вредные вещества — ещё один путь к безупречной работе организма.
