Aktive Reaktion. Aktive Blutreaktion

Aktive Reaktion des Mediums (pH)

In natürlichen Reservoirs befinden sich einige der Wassermoleküle (sowie andere Stoffe) in einem Zustand der Dissoziation, d.h. in Form von positiv (Kationen) und negativ (Anionen) geladenen Ionen. Ein Wassermolekül dissoziiert also in ein Wasserstoffion (H +) und ein Hydroxylion (OH "):

Die Geschwindigkeiten der Dissoziation und Bildung von Wassermolekülen sind gleich, daher ist die Konzentration von Wasserstoff- und Hydroxylionen in Wasser ein konstanter Wert - die Gleichgewichtskonstante von Wasser, die 10-14 mol 2 / kg 2 beträgt. sauberes Wasser die Konzentrationen von Н * und ОН sind gleich, daher beträgt die Konzentration jedes Ions 10-7 mol / kg Wenn die Menge der Wasserstoffionen in der Lösung größer ist als die der Hydroxylionen, dann ist die Lösung sauer; mit einem Überschuss von Hydroxylionen wird die Lösung alkalisch. Somit ist die Konzentration jedes der Ionen - Wasserstoff und Hydroxyl - ein Maß für die Acidität oder Alkalinität der Lösung. Die Konzentration der Wasserstoffionen oder die aktive Reaktion des Mediums, ausgedrückt durch pH-Indikator. Er wird verwendet, um den Säure- und Alkalinitätsgrad der Lösung zu charakterisieren. Die Konzentration dieser Ionen wird aufgrund ihres kleinen Wertes normalerweise als ihr Logarithmus mit dem umgekehrten Vorzeichen angegeben. Wenn die Lösung neutral ist, dann ist die Konzentration von Wasserstoffionen ist 10 "7 mol / kg und pH - (-lgl0 ~ 7 mol / kg) 7. In alkalischem Medium, pH> 7, in einem sauren pH

In natürlichen Stauseen ist die aktive Reaktion der Umwelt selten neutral und unterliegt starken Schwankungen. Das liegt daran, dass es andere Stoffe im Medium gibt, die in Ionen zerfallen können, die das Gleichgewicht zwischen den H*- und OH-Ionen verletzen.“ Eine aktive Reaktion charakterisiert also den Zustand von Stoffen in Lösung.

Alle Süßwasserpools lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen: neutral alkalisches Wasser mit pH > 6 und Torfwasser mit pH

In natürlichen Stauseen hängt der pH-Wert von vielen physikalisch-chemischen und biologischen Faktoren ab, von denen das Vorhandensein von Kohlendioxid und Kohlendioxidsalzen - Carbonaten und Bicarbonaten - in der Umwelt von größter Bedeutung ist. Diese Stoffe regulieren hauptsächlich den pH-Wert der Umwelt sowohl in Meer- als auch in Süßwasserkörpern. Beim Auflösen von CO2 in Wasser entsteht Kohlensäure, die unter Bildung von H + und HCOJ-Ionen dissoziiert und so zur Versauerung des Wassers beiträgt. Karbonatsalze kommen in Gewässern in Form von Karbonaten und Bikarbonaten vor. In Lösungen dissoziieren diese Salze unter Bildung von Hydroxylionen, wodurch das Wasser alkalisch wird.

Die pH-Wert-Änderung wird stark durch biologische Prozesse in Gewässern beeinflusst. Atmung von Hydrobionten, Zersetzung organischer Stoffe, begleitet von der Freisetzung von CO2, erhöhen den Säuregehalt des Wassers. Der Verbrauch von CO2 durch Pflanzen während der Photosynthese hingegen alkalisiert die Umwelt. Im Sommer, mit der intensiven Entwicklung von Phytoplankton und Küstenwasserpflanzen in den Oberflächenwasserschichten, steigen die pH-Werte auf 9-10 an.

Eine starke Alkalisierung des Wassers während der Entwicklung von Pflanzen hängt nicht nur damit zusammen, dass sie freies Kohlendioxid verbrauchen, sondern auch damit, dass sich während dieser Zeit Karbonate im Wasser anreichern: Pflanzen spalten Kohlendioxid aus Bikarbonaten ab und wandeln es dadurch in Karbonate.

In Meerwasserkörpern ist die aktive Reaktion des Mediums schwach alkalisch. Sie ist praktisch konstant und schwankt nur im Bereich von 8,0 bis 8,3. Dies liegt an der starken Pufferung der Umwelt und der relativ schwachen Entwicklung von Phytoplankton.

In Süßwasserkörpern unterliegt die aktive Reaktion der Umwelt jahreszeitlichen Schwankungen. Im Winter liegt der pH-Wert aufgrund der Verlangsamung der Lebensaktivität der Organismen bei 7,0 - 7,5, im Sommer steigt er und während der Algenblüte und der aktiven Vegetation der Wasserpflanzen erreicht er 9-10. Außerdem werden vor allem im Sommer tägliche pH-Änderungen beobachtet, die mit der hohen Aktivität biologischer Prozesse am Tag verbunden sind. Auch der pH-Wert ändert sich mit der Tiefe: In den unteren Schichten, in denen die Photosynthese fehlt, nimmt der Säuregehalt des Wassers zu (N.A. Berezina, 1973).

In sauren Reservoirs ist der pH-Wert der Umgebung konstanter und weniger abhängig von der Vitalaktivität der Organismen, da ihre Population sehr gering ist. Die Versauerung von Moorgewässern ist auch mit der Aktivität von Torfmoos verbunden, der in der Lage ist, verschiedene Salzkationen selektiv zu adsorbieren und durch Wasserstoffionen zu ersetzen. Dadurch wird der pH-Wert auf 4 gesenkt; wenn ein ionisches Gleichgewicht eintritt, stoppt der Austauschprozess (KA Kokin, 1982).

Die aktive Reaktion der Umwelt beeinflusst das Leben von Wasserorganismen. Dieser Einfluss kann sowohl direkt als auch indirekt sein. Ein indirekter Effekt zeigt sich in einer Änderung des Gehalts an verschiedenen Verbindungen von Makro- und Mikroelementen im Wasser, deren Löslichkeit (und dementsprechend die Verfügbarkeit für Wasserorganismen) stark vom pH-Wert abhängt. So kann eine Reihe von Algen bei zu hohen pH-Werten aufgrund der geringen Löslichkeit vieler Spurenelemente nicht existieren.

Die direkte Wirkung des pH-Wertes des Mediums auf den Körper wird auf die Wirkung von Wasserstoff- und Hydroxylionen auf die Permeabilität der Zellmembranen und dementsprechend auf deren Stoffwechsel reduziert.

Die aktive Reaktion der Umwelt bestimmt das Vorhandensein von Nährstoffen in der Umwelt und den Grad ihrer Verfügbarkeit für die aquatische Küstenvegetation und das Phytoplankton. Dies liegt daran, dass viele Elemente in einem alkalischen Medium in eine unlösliche Form übergehen, während in einem sauren Medium ihre Löslichkeit und damit ihre Verfügbarkeit für Pflanzen steigt.

Die aktive Reaktion der Umwelt ist von großer ökologischer Bedeutung. Eine Änderung des pH-Wertes der Umgebung beeinflusst das Überleben von Organismen, die Intensität der Ernährung, das Wachstum, den Gasaustausch und andere Lebensprozesse. Der pH-Wert beeinflusst auch die Wasservegetation, vor allem die Unterwasservegetation. Die günstigsten Bedingungen für die Entwicklung von Küstenwasserpflanzen sind leicht alkalische Gewässer; in saurem Wasser werden sie viel schlimmer. Die Unterwasservegetation hängt in stärkerem Maße als Pflanzen mit schwimmenden und austreibenden Blättern vom pH-Wert, der Zusammensetzung und Konzentration der Gase und der chemischen Zusammensetzung der Schlicke ab.

Biochemie

Elektronischer Lehrkomplex (EDK)

Dieser elektronische Lehrkomplex (EDK) vereint mehrere Funktionen Lehrmaterial:

Informationstextteil des Lehrgangs "Tierbiochemie mit den Grundlagen der physikalischen Kolloidchemie".
Visuelle Hilfsmittel (Bilder, Diagramme, Tabellen).
Materialien zur Selbstkontrolle des Wissens der Schüler.

Im Textteil werden die wichtigsten Begriffe und Konzepte mit Hervorhebung von Schlüsselwörtern zusammengefasst. Der zusätzliche EHD-Block enthält kurze Lehrbücher, methodische Entwicklungen in der Tierbiochemie.

Zusammengestellt von: Leiter der Abteilung für Organische und Biologische Chemie, Kazan staatliche Akademie für Veterinärmedizin Doktor der Veterinärwissenschaften Professor Khazipov Nariman Zalilovich, außerordentlicher Professor der Abteilung für Biochemie der Staatlichen Universität Kasan Alfiya Narimanovna Askarova, außerordentliche Professoren der Abteilung für organische und biologische Chemie der Kasaner Staatlichen Akademie für Veterinärmedizin Doktor der biologischen Wissenschaften Loginov Georgy Pavlovich, Tjurikova Raisa Pavlovna, Zakirova Lilia Kazirova Staatliche Akademie für Veterinärmedizin Shilova Svetlana Vyacheslavovna.

Technische Ausführung durchgeführt vom Kandidaten der Veterinärwissenschaften, Assistent des KSAVM Konstantin Valerievich Usoltsev.

Bei der Entwicklung des EDC wurden die Lehrbücher "Animal Biochemistry" (NZ Khazipov, A. N. Askarova, 2003), "Biochemistry" (V. P. Kozlov, V. N. Shvedova, 2004), "Physikalische und kolloidale Chemie" (MMRavich-Shcherbo, VV Novikov, 1975) , "Methodologisches Handbuch zur physikalischen und kolloidalen Chemie" (RP Tyurikova, 2001).

PHYSIKALISCHE CHEMIE

WASSER

Wie Sie wissen, entstand das Leben im Wasser und ist immer noch eng mit Wasser verbunden. Wasser ist die Sauerstoffquelle in der Erdatmosphäre. Dies geschieht während der Photosynthese in Pflanzen, während die Energie des Lichts in die Energie chemischer Bindungen von Molekülen umgewandelt wird. Tierwelt kann die aus diesen chemischen Bindungen freigesetzte Energie nur in Form von ATP und anderen Triphosphaten nutzen.

Wasser macht 50 bis 98 % aus Totale Masse Organismus. Jede Zelle und jedes Gewebe enthält eine bestimmte Menge von Wasser enthält 72 % der Haut, 79 % des Herzens, 70 % des Rückenmarks und des Gehirns, des Blutes 79 %, der Lymphe 96 %. Mit Hilfe von Wasser erfolgt der Transfer Nährstoffe und Stoffwechselprodukte; Wasserspiele wichtige Rolle bei osmotischen Phänomenen, bei der Erhaltung des kolloidalen Zustands des Protoplasmas usw.

Wasser sorgt für Auflösung von Stoffen, Aufnahmeprozesse, Bewegung, Schwellung, Osmose und vieles mehr. Hohe Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit, Verdunstungswärme des Wassers hilft bei der Aufrechterhaltung der Körpertemperatur bei Warmblütern. Es nimmt an Hydrolysereaktionen teil, verursacht die Dissoziation von Molekülen (Elektrolyten). Wasser ist das Endprodukt des Stoffwechsels im Körper

Die einzigartigen Eigenschaften von Wasser H 2 O werden im Vergleich zu Methan (CH 4) deutlich. Beide Moleküle sind in Gewicht und Größe gleich. Allerdings ist der Siedepunkt von Wasser 250°C höher als der Siedepunkt von Methan. Infolgedessen ist Wasser auf der Erdoberfläche flüssig und Methan in Gaszustand... Der hohe Siedepunkt von Wasser ist eine Folge der hohen Verdampfungswärmekapazität, die wiederum auf die ungleichmäßige Verteilung der Elektronendichte im Wassermolekül zurückzuführen ist. Das Wassermolekül hat die Form eines Tetraeders, in dessen Zentrum sich ein Sauerstoffatom befindet. Zwei Ecken des Tetraeders sind mit freien Elektronenpaaren des Sauerstoffatoms besetzt und die anderen beiden sind mit Wasserstoffatomen besetzt. Daher stehen die H-O-H-Bindungen in einem Winkel zueinander. Aufgrund der hohen Elektronegativität des Sauerstoffatoms Kommunikation O-N Polar. d.h. ein Wassermolekül ist Elektrischer Dipol.

Jedes Molekül ist tetraedrisch mit vier anderen Wassermolekülen koordiniert, aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen beträgt die Dissoziationsenergie einer Wasserstoffbrückenbindung 25 kJ/mol.

Die bipolare Struktur von Wassermolekülen begünstigt die Bildung von Wasserstoffbrücken. Daher am Wasser in flüssigen Zustand viele Moleküle sind durch Wasserstoffbrücken verbunden. Oft bilden sich tetraedrische Strukturen, die sogenannten „Cluster“ des Wassers. Da der Molekülabstand in einem Festkörper im Durchschnitt größer ist als in einer Flüssigkeit, ist die Dichte von Eis geringer als die von Wasser. Diese Eigenschaft des Wassers ist aus ökologischer Sicht sehr wichtig, denn im Winter bildet sich auf der Oberfläche von Gewässern eine Eisschicht, die selten bis auf den Grund gefriert.

Wasser hat eine hohe Dielektrizitätskonstante, d.h. in Wasser nimmt die elektrostatische Anziehung zweier entgegengesetzt geladener Ionen um das 80-fache ab.

In diesem polaren Lösungsmittel (Wasser) lösen sich polare Moleküle gut. Sie sind von Wassermolekülen umgeben, die Moleküle sind hydratisiert.

Elektrostatische Anziehungskräfte halten Wassermoleküle, wodurch interionische oder intramolekulare Bindungen des hydratisierten Moleküls selbst zerstört werden.

Abbildung 1.1. Elektrostatische Anziehungskräfte

AKTIVE REAKTION VON WÄSSRIGEN LÖSUNGEN

Unter der aktiven Reaktion des Mediums wird die Konzentration von Wasserstoffionen verstanden. Unter den verschiedenen physikalisch-chemischen Schutzkonstanten des Körpers, wie Isothermie, Isotonie und anderen Konzentrationskonstanzen von Wasserstoffionen - Isohydrie - hat eine besondere essentiell für die biologischen Prozesse des Körpers. Der physikalisch-chemische Zustand von Proteinen, die katalytische Funktion von Enzymen, die Aktivität von Salzionen hängen von der Konzentration der Wasserstoffionen ab.

Die aktive Reaktion des Blutes ist aufgrund der Konzentration von Wasserstoff- (H ") und Hydroxyl- (OH")-Ionen äußerst wichtig biologische Bedeutung, da Stoffwechselvorgänge normalerweise nur mit einer bestimmten Reaktion ablaufen.

Das Blut reagiert leicht alkalisch. Der Indikator der aktiven Reaktion (pH) des arteriellen Blutes beträgt 7,4; Der pH-Wert des venösen Blutes liegt aufgrund des höheren Kohlendioxidgehalts bei 7,35. Innerhalb der Zellen ist der pH-Wert etwas niedriger und beträgt 7 - 7,2, was vom Stoffwechsel der Zellen und der Bildung von sauren Stoffwechselprodukten in ihnen abhängt.

Die aktive Reaktion des Blutes wird im Körper auf einem relativ konstanten Niveau gehalten, was durch die puffernden Eigenschaften von Plasma und Erythrozyten sowie durch die Aktivität der Ausscheidungsorgane erklärt wird.

Pufferungseigenschaften sind in Lösungen enthalten, die eine schwache (d. h. leicht dissoziierte) Säure und ihr Salz, das von einer starken Base gebildet wird, enthalten. Die Zugabe einer starken Säure oder Alkali zu einer solchen Lösung verursacht keine so große Verschiebung in Richtung Acidität oder Alkalinität, als wenn die gleiche Menge an Säure oder Alkali zu Wasser gegeben würde. Dies liegt daran, dass die zugesetzte starke Säure die schwache Säure aus ihren basischen Verbindungen verdrängt. In der Lösung werden eine schwache Säure und ein Salz einer starken Säure gebildet. Die Pufferlösung verhindert somit eine Verschiebung der aktiven Reaktion. Wird der Pufferlösung ein starkes Alkali zugesetzt, wird ein Salz einer schwachen Säure und Wasser gebildet, wodurch die mögliche Verschiebung der aktiven Reaktion auf die alkalische Seite abnimmt.

Die puffernden Eigenschaften von Blut sind darauf zurückzuführen, dass es folgende Stoffe enthält, die die sogenannten Puffersysteme bilden: 1) Kohlensäure - Natriumbicarbonat (Carbonatpuffersystem) -, 2) monobasisches - dibasisches Natriumphosphat (Phosphatpuffersystem) ), 3) Plasmaproteine (Puffersystem von Plasmaproteinen) - Proteine als Ampholyte können je nach Reaktion der Umgebung sowohl Wasserstoff- als auch Hydroxylionen abspalten; 4) Hämoglobin - Kaliumsalz des Hämoglobins (Hämoglobin-Puffersystem). Die puffernden Eigenschaften des Blutfarbstoffs Hämoglobin sind darauf zurückzuführen, dass er als Säure schwächer als H 2 CO 3 Kaliumionen abgibt und selbst, indem er H " -Ionen anlagert, zu einer sehr schwach dissoziierenden Säure wird. Ungefähr 75 % der Pufferkapazität Blut ist auf Hämoglobin zurückzuführen. Die Karbonat- und Phosphatpuffersysteme sind für die Aufrechterhaltung der Konstanz der aktiven Reaktion des Blutes von untergeordneter Bedeutung.

In Geweben sind auch Puffersysteme vorhanden, wodurch der pH-Wert der Gewebe auf einem relativ konstanten Niveau gehalten werden kann. Proteine und Phosphate sind die wichtigsten Gewebepuffer. Aufgrund des Vorhandenseins von Puffersystemen verursachen Kohlendioxid, Milch-, Phosphor- und andere Säuren, die während Stoffwechselprozessen in Zellen gebildet werden und vom Gewebe ins Blut übergehen, normalerweise keine signifikanten Veränderungen in seiner aktiven Reaktion.

Eine charakteristische Eigenschaft der Puffersysteme des Blutes ist eine leichtere Verschiebung der Reaktion auf die alkalische Seite als auf die saure Seite. Um die Reaktion des Blutplasmas auf die alkalische Seite zu verschieben, ist es also erforderlich, 40-70-mal mehr Natronlauge als reines Wasser hinzuzufügen. Um eine Verschiebung seiner Reaktion auf die saure Seite zu bewirken, ist es notwendig, ihm 327-mal mehr Salzsäure als Wasser zuzugeben. Im Blut enthaltene basische Salze schwacher Säuren bilden die sogenannte alkalische Reserve des Blutes. Deren Wert kann durch die Menge an Kubikzentimeter Kohlendioxid bestimmt werden, die mit 100 ml Blut bei einem Kohlendioxiddruck von 40 mm Hg assoziiert werden kann. Art., dh ungefähr dem üblichen Kohlendioxiddruck in der Alveolarluft entspricht.

Da zwischen Säure- und Basenäquivalenten im Blut ein eindeutiges und ziemlich konstantes Verhältnis besteht, ist es üblich, vom Säure-Basen-Haushalt des Blutes zu sprechen.

Durch Versuche an Warmblütern sowie durch klinische Beobachtungen wurden extreme, lebensverträgliche Grenzen für Veränderungen des Blut-pH-Wertes festgelegt. Offenbar sind solche extremen Grenzen die Werte 7,0-7,8. Eine pH-Verschiebung außerhalb dieser Grenzen führt zu schweren Störungen und kann zum Tod führen. Eine langfristige pH-Verschiebung beim Menschen, sogar um 0,1-0,2 gegenüber der Norm, kann für den Körper tödlich sein.

Trotz des Vorhandenseins von Puffersystemen und einem guten Schutz des Körpers gegen mögliche Veränderungen der aktiven Reaktion des Blutes werden dennoch unter bestimmten physiologischen und insbesondere pathologischen Bedingungen manchmal Verschiebungen in Richtung einer Erhöhung des Säure- oder Alkalitätsgehalts beobachtet. Eine Verschiebung der aktiven Reaktion zur sauren Seite wird als Azidose bezeichnet, eine Verschiebung zur alkalischen Seite wird als Alkalose bezeichnet.

Unterscheiden Sie zwischen kompensierter und unkompensierter Azidose und kompensierter und unkompensierter Alkalose. Bei unkompensierter Azidose oder Alkalose gibt es eine echte Verschiebung der aktiven Reaktion auf die saure oder alkalische Seite. Dies geschieht aufgrund der Erschöpfung der regulatorischen Anpassungen des Organismus, dh wenn die Puffereigenschaften des Blutes nicht ausreichen, um eine Änderung der Reaktion zu verhindern. Bei kompensierter Azidose oder Alkalose, die häufiger beobachtet werden als unkompensierte, gibt es keine Verschiebung der aktiven Reaktion, aber die Pufferkapazität von Blut und Gewebe nimmt ab. Eine Abnahme der Pufferkapazität von Blut und Gewebe birgt die reale Gefahr des Übergangs von kompensierten Formen der Azidose oder Alkalose in unkompensierte.

Eine Azidose kann beispielsweise durch eine Erhöhung des Kohlendioxidgehalts im Blut oder durch eine Abnahme der alkalischen Reserve auftreten. Die erste Art der Azidose, die Gasazidose, wird beobachtet, wenn es schwierig ist, Kohlendioxid aus der Lunge freizusetzen, beispielsweise bei Lungenerkrankungen. Die zweite Art der Azidose ist nicht gasförmig, sie tritt auf, wenn im Körper eine übermäßige Menge an Säuren gebildet wird, zum Beispiel bei Diabetes, bei Nierenerkrankungen. Die Alkalose kann auch gasförmig (erhöhte CO 3 -Freisetzung) und nicht gasförmig (erhöhte Reservealkalität) sein.

Veränderungen der alkalischen Reserve des Blutes und geringfügige Veränderungen seiner aktiven Reaktion treten immer in den Kapillaren des großen und kleinen Kreislaufs auf. Also Zulassung eine große Anzahl Kohlendioxid im Blut von Gewebekapillaren verursacht eine Ansäuerung des venösen Blutes um 0,01-0,04 pH im Vergleich zu arteriellem Blut. Die gegenläufige Verschiebung der aktiven Reaktion des Blutes auf die alkalische Seite erfolgt in den Lungenkapillaren durch den Übergang von Kohlendioxid in die Alveolarluft.

Um die Konstanz der Reaktion aufrechtzuerhalten, hat das Blut sehr wichtig die Aktivität des Atmungsapparates, der die Entfernung von überschüssigem Kohlendioxid durch eine verstärkte Belüftung der Lunge gewährleistet. Eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Blutreaktion auf einem konstanten Niveau spielen auch die Nieren und Magen-Darmtrakt, die aus dem Körper einen Überschuss an Säuren und Laugen ausscheidet.

Bei einer Verschiebung der aktiven Reaktion in die saure Seite scheiden die Nieren mit dem Urin erhöhte Mengen an saurem monobasischem Natriumphosphat aus, und bei einer Verschiebung in die alkalische Seite werden erhebliche Mengen an alkalischen Salzen mit dem Urin ausgeschieden: dibasisches Natriumphosphat und Natriumbicarbonat. Im ersten Fall wird der Urin stark sauer und im zweiten - alkalisch (der pH-Wert des Urins beträgt unter normalen Bedingungen 4,7-6,5 und kann bei Verletzungen des Säure-Basen-Gleichgewichts 4,5 und 8,5 erreichen).

Auch die Ausschüttung einer relativ geringen Menge Milchsäure erfolgt über die Schweißdrüsen.

Aktiv Reaktion Mittwoch... Es wird durch die Anwesenheit von Н + und ОН - Ionen in Wasser verursacht. Wie Sie wissen, dissoziieren einige der Wassermoleküle in diese Ionen, und das Produkt ihrer Konzentrationen ist ein konstanter Wert, der numerisch 10 -14 g-Ionen in 1 dm 3 Wasser bei 25 ° C entspricht.

Abbildung 6 - Schema der Materiezirkulation im Ozean (von)

Wenn die Konzentrationen von H + und OH - gleich sind (jeder von ihnen ist in einer Menge von 10 -7 g-Ionen / dm 3 enthalten) Wasser neutral... Mit einer Erhöhung des Gehalts an Ionen H + und OH - mehr als 10 -7 g-Ionen / dm 3 wird Wasser entsprechend sauer oder alkalisch.

Als Indikator für die aktive Reaktion wird meist nicht die H + -Konzentration genommen, sondern deren dezimaler Logarithmus mit umgekehrtem Vorzeichen. Diese Menge heißt Wasserstoff Indikator und wird durch das Symbol . gekennzeichnet pH... Bei einem pH-Wert unter 7, ist das Wasser sauer, über 7 alkalisch, bei neutralem Wasser liegt der pH-Wert bei 7.

Die aktive Reaktion natürlicher Wässer ist ziemlich stabil, weil aufgrund des Vorhandenseins von Carbonaten stellen sie ein stark gepuffertes System dar. In Abwesenheit von Karbonaten kann der pH-Wert des Wassers sinken. Bei intensiver Photosynthese kann der pH-Wert durch das fast vollständige Verschwinden von Kohlendioxid aus dem Wasser auf 10 oder mehr ansteigen.

In Meerwasser liegt der pH-Wert normalerweise bei 8,1-8. Als natürliche Gewässer mit einem pH-Wert von 3,4 bis 6,5 werden bezeichnet sauer , mit pH von 6,5 bis 7,5 - neutral , mit pH von 7,5 bis 10 und höher - alkalisch .

Im gleichen Reservoir kann der pH-Wert tagsüber um 2 Einheiten oder mehr schwanken: Nachts sinkt der pH-Wert durch die Ansäuerung des Wassers durch das bei der Atmung freigesetzte Kohlendioxid, tagsüber steigt er durch den Verbrauch von Kohlendioxid um photosynthetische Pflanzen. In den Böden von Seen und Mooren liegt der pH-Wert meist etwas unter 7, in ozeanischen Sedimenten ist er oft leicht ins Alkalische verschoben.

In Bezug auf unterschiedliche Konzentrationen von Wasserstoff- und Hydroxylionen werden Wasserorganismen unterteilt in:

eurion die großen pH-Änderungen standhalten können;

stenionisch Leben in Gewässern mit pH-Schwankungen in vernachlässigbaren Grenzen. Unter den stenionischen ragen heraus azidophil(bevorzugt saures Wasser) alkaliphil(in alkalischen Gewässern leben).

Die ökologische Wirkung des pH-Wertes ist mit einer Veränderung der Permeabilität der äußeren Zellmembranen, der Wirkung auf den Wasser-Salz-Stoffwechsel, der Verbreitungsgrenzen und der Lebensweise von Wasserorganismen verbunden.

Redox Potenzial. Es charakterisiert die Bedingungen von Oxidations- und Reduktionsprozessen in der Umwelt.

Als Ergebnis der Wechselwirkung zweier Substanzen kann eine Redoxreaktion auftreten, die zum Auftreten einer elektrischen Potenzialdifferenz zwischen ihnen führt - h, oder Redoxpotential ... Der Еh-Wert wird normalerweise in Millivolt gemessen ( mV). Sie ist um so höher, desto größer ist das Verhältnis der Konzentration der oxidationsfähigen zur Konzentration der reduzierbaren Komponenten.

Die Konzentration der oxidierten Form von Wasserstoff (H +) wird durch den pH-Wert charakterisiert, die Konzentration der reduzierten Form von Wasserstoff wird durch den Indikator ausgedrückt rH(oder rH 2 ), was der Logarithmus des Drucks von molekularem Wasserstoff ist, der mit dem entgegengesetzten Vorzeichen genommen wird. Wie weniger Größe rH, desto höher ist die Reduzierbarkeit der Umgebung. Somit können die Redoxeigenschaften des Mediums sowohl durch den Wert des Redoxpotentials Eh als auch durch willkürliche Einheiten von rH charakterisiert werden, die die Konzentration des molekularen Wasserstoffs angeben, der diese Redoxbedingungen erzeugen kann. Je höher das Redoxpotential, desto höher die Oxidationsfähigkeit des Mediums und desto höher der Wert von r, d.h. niedrigere Konzentration an molekularem Wasserstoff, die erforderlich ist, um Redoxbedingungen zu schaffen.

Die Beziehung zwischen Eh, rH und pH wird durch die Beziehung ausgedrückt:

Eh = 0,029 (rH-2pH).

Das Wasser von Meer- und Süßwasserkörpern, das einen erheblichen Anteil an Sauerstoff enthält, hat ein positives Eh = 300-350 mV, d.h. ist ein oxidiertes Medium, und darin der Wert rH = 35-40. In den unteren Wasserschichten nimmt der Sauerstoffgehalt ab, Eh wird negativ, rH sinkt auf 15-12.

Der Wert des Redoxpotentials beeinflusst die Geschwindigkeit der Schwefelwasserstoffoxidation durch Schwefelbakterien und das Verhalten von Wasserorganismen.

Diese oder jene Eigenschaften des Wassers zeigen sich in verschiedenen Teilen von Gewässern, Fließgewässern in unterschiedlichem Ausmaß. Eindringen von Licht, Bewegung von Wasser, Temperaturregime, Sauerstoffhaushalt usw. zeigen, dass die Eigenschaften des Wassers in verschiedenen Teilen von Gewässern nicht gleich ausgeprägt sind.

Medizinische Rehabilitation

Die aktive Reaktion des Blutes ist eine äußerst wichtige homöostatische Konstante des Körpers, die den Ablauf von Redoxprozessen, die Aktivität von Enzymen, die Richtung und Intensität aller Arten von Stoffwechsel sicherstellt.
Die Acidität oder Alkalinität einer Lösung hängt vom Gehalt an freien Wasserstoffionen [H +] darin ab. Die quantitativ aktive Reaktion des Blutes wird durch einen Wasserstoffindex - pH (Power Hydrogen - "the power of hydrogen") gekennzeichnet.
Der Wasserstoffexponent ist der negative dezimale Logarithmus der Konzentration der Wasserstoffionen, d. h. pH = -lg.
Das pH-Symbol und die pH-Skala (von 0 bis 14) wurden 1908 von Servisen eingeführt. Bei einem pH-Wert von 7,0 (neutrale Reaktion des Mediums) beträgt der Gehalt an H + -Ionen 107 mol / l. Die saure Reaktion der Lösung hat einen pH-Wert von 0 bis 7; alkalisch - von 7 bis 14.
Die Säure gilt als Donor von Wasserstoffionen, die Base – als ihr Akzeptor, also eine Substanz, die Wasserstoffionen binden kann.
Die Konstanz des Säure-Basen-Zustandes (CBS) wird sowohl durch physikalisch-chemische (Puffersysteme) als auch durch physiologische Kompensationsmechanismen (Lunge, Niere, Leber, andere Organe) aufrechterhalten.
Puffersysteme werden als Lösungen bezeichnet, die die Eigenschaft haben, die Konzentration der Wasserstoffionen sowohl beim Zugeben von Säuren oder Laugen als auch beim Verdünnen ausreichend dauerhaft aufrechtzuerhalten.
Das Puffersystem ist ein Gemisch einer schwachen Säure mit einem Salz dieser Säure, das von einer starken Base gebildet wird.
Ein Beispiel ist das konjugierte Säure-Base-Paar des Carbonatpuffersystems: Н2СО3 und NaHCO3.
Es gibt mehrere Puffersysteme im Blut:
1) Bicarbonat (Mischung aus Н2СО3 und НСО3-);
2) das Systemhämoglobin - Oxyhämoglobin (Oxyhämoglobin hat die Eigenschaften einer schwachen Säure und Desoxyhämoglobin hat eine schwache Base);
3) Protein (aufgrund der Fähigkeit von Proteinen, zu ionisieren);
4) Phosphatsystem (Diphosphat - Monophosphat).
Das leistungsstärkste ist das Bicarbonat-Puffersystem - es umfasst 53% der gesamten Pufferkapazität des Blutes, die restlichen Systeme machen 35%, 7% bzw. 5% aus. Spezielle Bedeutung Hämoglobinpuffer besteht darin, dass der Säuregehalt von Hämoglobin von seiner Sauerstoffversorgung abhängt, dh der Gasaustausch von Sauerstoff verstärkt die Pufferwirkung des Systems.
Außergewöhnlich hoch Puffertank Blutplasma kann durch das folgende Beispiel veranschaulicht werden. Wenn einer Flasche neutraler Kochsalzlösung, die kein Puffer ist, 1 ml dezinormaler Salzsäure zugesetzt wird, sinkt der pH-Wert von 7,0 auf 2,0. Wird einem kіl Plasma die gleiche Menge Salzsäure zugesetzt, sinkt der pH-Wert nur von 7,4 auf 7,2.
Die Rolle der Nieren bei der Aufrechterhaltung eines konstanten Säure-Basen-Zustands besteht darin, Wasserstoffionen zu binden oder zu entfernen und Natrium- und Bicarbonationen in das Blut zurückzugeben. Die Regulationsmechanismen von CBS durch die Nieren sind eng mit dem Wasser-Salz-Stoffwechsel verbunden. Die metabolische Nierenkompensation entwickelt sich viel langsamer als die respiratorische Kompensation - innerhalb von 6-12 Stunden.
Die Konstanz des Säure-Basen-Zustandes wird auch durch die Aktivität der Leber aufrechterhalten. Die meisten organischen Säuren in der Leber werden oxidiert, und die Zwischen- und Endprodukte sind entweder nicht-saure oder flüchtige Säuren (Kohlendioxid), die schnell von der Lunge entfernt werden. Milchsäure wird in der Leber in Glykogen (tierische Stärke) umgewandelt. Die Fähigkeit der Leber, neben der Galle auch anorganische Säuren zu entfernen, ist von großer Bedeutung.
Die Freisetzung von saurem Magensaft und alkalischen Säften (Pankreas und Darm) ist ebenfalls wichtig bei der Regulation von CBS.
Die Atmung spielt eine große Rolle bei der Aufrechterhaltung der Konstanz von CBS. Über die Lunge werden 95 % der im Körper gebildeten Säurevalenzen in Form von Kohlendioxid freigesetzt. Während eines Tages setzt ein Mensch etwa 15.000 mmol Kohlendioxid frei, daher verschwindet ungefähr die gleiche Menge an Wasserstoffionen aus dem Blut (H2CO3 = CO2T + H220). Zum Vergleich: Die Nieren scheiden täglich 40-60 mmol H + in Form nichtflüchtiger Säuren aus.
Die Menge des emittierten Kohlendioxids wird durch seine Konzentration in der Luft der Alveolen und das Belüftungsvolumen bestimmt. Unzureichende Belüftung führt zu einer Erhöhung des CO2-Partialdrucks in der Alveolarluft (alveoläre Hyperkapnie) und dementsprechend zu einer Erhöhung der Kohlendioxidspannung im arteriellen Blut (arterielle Hyperkapnie). Bei Hyperventilation treten umgekehrte Veränderungen auf - es entwickelt sich eine alveoläre und arterielle Hypokapnie.
So charakterisiert die Kohlendioxidspannung im Blut (PaCO2) einerseits die Effizienz des Gasaustausches und die Aktivität des äußeren Atmungsapparates, andererseits ist sie der wichtigste indikator Säure-Basen-Zustand, seine Atmungskomponente.
Respiratorische Verschiebungen des CBS sind direkt an der Regulierung der Atmung beteiligt. Der pulmonale Kompensationsmechanismus ist extrem schnell (pH-Änderungen werden nach 1-3 Minuten korrigiert) und sehr empfindlich.
Bei einer Erhöhung des PaCO2 von 40 auf 60 mm Hg. Kunst. das Atemminutenvolumen erhöht sich von 7 auf 65 l/min. Aber bei einem zu starken Anstieg des PaCO2 oder dem anhaltenden Bestehen einer Hyperkapnie wird das Atemzentrum mit einer Abnahme seiner Empfindlichkeit gegenüber CO2 unterdrückt.
Bei einer Reihe von pathologischen Zuständen können die Regulationsmechanismen von CBS (Puffersysteme des Blutes, Atmungs- und Ausscheidungssystems) den pH-Wert nicht auf einem konstanten Niveau halten. Es entwickeln sich Störungen des CBS, und je nachdem, in welche Richtung sich der pH-Wert verschiebt, werden Azidose und Alkalose isoliert.
Abhängig von der Ursache, die die pH-Verschiebung verursacht hat, werden bei CBS respiratorische (respiratorische) und metabolische (metabolische) Störungen unterschieden: respiratorische Azidose, respiratorische Alkalose, metabolische Azidose, metabolische Alkalose.
CBS-Regulationssysteme versuchen die aufgetretenen Veränderungen zu eliminieren, während Atemwegserkrankungen durch metabolische Kompensationsmechanismen und Stoffwechselstörungen durch Veränderungen der Lungenventilation ausgeglichen werden.

6.1. Indikatoren für den Säure-Basen-Zustand

Der Säure-Basen-Zustand des Blutes wird durch eine Reihe von Indikatoren bewertet.
Der pH-Wert ist der Hauptindikator für CBS. Bei gesunden Menschen beträgt der pH-Wert des arteriellen Blutes 7,40 (7,35-7,45), d.h. das Blut reagiert leicht alkalisch. Ein Absinken des pH-Wertes bedeutet eine Verschiebung zur sauren Seite - Azidose (pH< 7,35), увеличение рН - сдвиг в щелочную сторону - алкалоз (рН > 7,45).
Der Bereich der pH-Schwankungen erscheint aufgrund der Verwendung einer logarithmischen Skala klein. Ein Unterschied in der pH-Einheit bedeutet jedoch eine zehnfache Änderung der Konzentration von Wasserstoffionen. pH-Verschiebungen von mehr als 0,4 (pH-Werte unter 7,0 und über 7,8) gelten als mit dem Leben unvereinbar.
pH-Schwankungen im Bereich von 7,35-7,45 beziehen sich auf die Zone der vollständigen Kompensation. pH-Änderungen außerhalb dieser Zone werden wie folgt interpretiert:
subkompensierte Azidose (pH 7,25-7,35);
dekompensierte Azidose (pH< 7,25);
subkompensierte Alkalose (pH 7,45-7,55);
dekompensierte Alkalose (pH > 7,55).
PaCO2 (PC02) - Kohlendioxidgehalt im arteriellen Blut. Normalerweise beträgt PaCO2 40 mm Hg. Kunst. mit Schwankungen von 35 bis 45 mm Hg. Kunst. Ein Anstieg oder Abfall des PaCO2 ist ein Zeichen für Atemprobleme.
Die alveoläre Hyperventilation wird von einer Abnahme des PaCO2 (arterielle Hypokapnie) und der respiratorischen Alkalose begleitet, die alveoläre Hypoventilation wird von einer Zunahme des PaCO2 (arterielle Hyperkapnie) und einer respiratorischen Azidose begleitet.
Pufferbase (BB) - die Gesamtmenge aller Anionen im Blut. Da die Gesamtmenge an Pufferbasen (im Gegensatz zu Standard- und Echtbikarbonaten) nicht von der CO2-Spannung abhängt, wird der VV-Wert zur Beurteilung von Stoffwechselstörungen des CBS herangezogen. Normalerweise beträgt der Gehalt an Pufferbasen 48,0 ± 2,0 mmol / L.
Überschuss oder Mangel an Pufferbasen (Base Excess, BE) – die Abweichung der Konzentration der Pufferbasen vom Normalwert. Normalerweise ist der BE-Indikator Null, der zulässige Schwankungsbereich beträgt ± 2,3 mmol / L. Bei steigendem Gehalt an Pufferbasen wird der BE-Wert positiv (Basenüberschuss), bei Abnahme negativ (Basenmangel). Der BE-Wert ist aufgrund des Vorzeichens (+ oder -) vor dem numerischen Ausdruck der aussagekräftigste Indikator für Stoffwechselstörungen bei CBS. Ein Basenmangel, der über die Schwankungen der Norm hinausgeht, weist auf das Vorliegen einer metabolischen Azidose hin, ein Überschuss auf das Vorliegen einer metabolischen Alkalose.
Standardbicarbonate (SB) - die Konzentration von Bicarbonaten im Blut unter Standardbedingungen (pH = 7,40; PaCO2 = 40 mm Hg; t = 37 ° C; S02 = 100 %).
Echte (topische) Bicarbonate (AB) - die Konzentration von Bicarbonaten im Blut bei angemessener besondere Bedingungen im Blutkreislauf verfügbar. Standard- und echte Bicarbonate charakterisieren das Bicarbonat-Puffersystem des Blutes. Normalerweise stimmen die SB- und AB-Werte überein und betragen 24,0 ± 2,0 mmol/L. Bei metabolischer Azidose nimmt die Menge an Standard- und echtem Bicarbonat ab und bei metabolischer Alkalose zu.

6.2. Säure-Basen-Störungen

Eine metabolische (metabolische) Azidose entsteht, wenn sich nichtflüchtige Säuren im Blut anreichern. Es wird bei Gewebehypoxie, Mikrozirkulationsstörungen, Ketoazidose bei Diabetes mellitus, Nieren- und Leberversagen, Schock und anderen pathologischen Zuständen beobachtet. Es wird eine Abnahme des pH-Wertes, eine Abnahme des Gehalts an Pufferbasen, Standard- und Echtbicarbonaten beobachtet. Der BE-Wert hat ein Vorzeichen (-), was auf einen Mangel an Pufferbasen hinweist.
Schwere Störungen des Elektrolytstoffwechsels, Verlust des sauren Mageninhalts (z. B. mit unbezähmbarem Erbrechen), übermäßige Aufnahme alkalischer Substanzen mit der Nahrung können zu einer metabolischen (metabolischen) Alkalose führen. Der pH-Wert steigt (Verschiebung in Richtung Alkalose) - die Konzentration von BB, SB, AB steigt. Der BE-Wert hat ein (+)-Zeichen – ein Überschuss an Pufferbasen.
Atemwegserkrankungen des Säure-Basen-Zustandes werden durch unzureichende Belüftung verursacht.
Die respiratorische (respiratorische) Alkalose entsteht durch willkürliche und unwillkürliche Hyperventilation. Bei gesunden Menschen kann es in großer Höhe, beim Laufen langer Strecken, mit emotionaler Erregung beobachtet werden. Dyspnoe eines Lungen- oder Herzpatienten, wenn keine Bedingungen für die CO2-Retention in den Alveolen vorliegen, künstliche Belüftung Lungen können von einer respiratorischen Alkalose begleitet sein. Es geht mit einem Anstieg des pH-Wertes, einem Abfall von PaCOr, einer kompensatorischen Abnahme der Konzentration von Bicarbonaten, Pufferbasen und einer Zunahme des Defizits an Pufferbasen weiter.
Bei schwerer Hypokapnie (PaCOr< 20-25 мм рт. ст.) и респираторном алкалозе могут наступить потеря сознания и судороги. Особенно неблагоприятны гипокапния и респираторный алкалоз в условиях недостатка кислорода (гипоксии). Устойчивость организма к гипоксии при этом резко падает. С этими нарушениями обычно связывают летные происшествия.
Eine respiratorische (respiratorische) Azidose entwickelt sich vor dem Hintergrund einer Hypoventilation, die das Ergebnis einer Depression des Atemzentrums sein kann. Bei schwerem Atemversagen im Zusammenhang mit Lungenpathologie tritt eine respiratorische Azidose auf. Gleichzeitig verschiebt sich der pH-Wert in Richtung Azidose, die CO2-Spannung im Blut wird erhöht.
Bei einem signifikanten (über 70 mm Hg) und recht schnellen Anstieg des PaCO2 (z. B. bei Status asthmaticus) kann sich ein hyperkapnisches Koma entwickeln. Zuerst Kopfschmerzen, starkes Zittern der Hände, Schwitzen, dann geistige Erregung (Euphorie) oder Benommenheit, Verwirrtheit, arterielle und venöse Hypertonie. Außerdem treten Krämpfe und Bewusstlosigkeit auf.
Hyperkapnie und respiratorische Azidose können durch die Anwesenheit einer Person in einer Atmosphäre mit erhöhtem Kohlendioxidgehalt entstehen.
Bei einer chronisch sich entwickelnden respiratorischen Azidose wird neben einem Anstieg des PaCO2 und einem Absinken des pH-Wertes ein kompensatorischer Anstieg von Bikarbonaten und Pufferbasen beobachtet. Der BE-Wert hat in der Regel ein (+)-Zeichen - ein Überschuss an Pufferbasen.
Bei einer chronischen Lungenerkrankung kann auch eine metabolische Azidose auftreten. Seine Entwicklung ist mit einem aktiven Entzündungsprozess in der Lunge, Hypoxämie und Kreislaufversagen verbunden. Metabolische und respiratorische Azidose werden oft kombiniert, was zu einer gemischten Azidose führt.
Primäre Verschiebungen der KOS sind nicht immer von kompensatorischen Sekundärverschiebungen zu unterscheiden. Normalerweise sind die primären Verstöße gegen die CBS-Indikatoren ausgeprägter als kompensatorische, und es sind die ersten, die die Richtung der pH-Verschiebung bestimmen. Korrekte Einschätzung der primären und kompensatorischen Verschiebungen von CBS - erforderliche Bedingung angemessene Korrektur dieser Verstöße. Um Fehler bei der Interpretation von CBS zu vermeiden, müssen PaO2 und berücksichtigt werden Krankheitsbild Krankheiten.
Die Bestimmung des Blut-pH-Wertes erfolgt elektrometrisch mit einer für Wasserstoffionen empfindlichen Glaselektrode.
Zur Bestimmung der Kohlendioxidspannung im Blut wird die Astrup-Äquilibrierungstechnik oder die Severinghaus-Elektrode verwendet. Die Werte, die die metabolischen Komponenten von CBS charakterisieren, werden anhand eines Nomogramms berechnet.
Arterielles Blut oder arterialisiertes Kapillarblut aus der Spitze eines erhitzten Fingers wird untersucht. Das erforderliche Blutvolumen überschreitet nicht 0,1-0,2 ml.
Derzeit werden Geräte hergestellt, die den pH-Wert, die Spannung CO2 und das Blut 02 bestimmen; Berechnungen werden von einem Mikrocomputer durchgeführt, der im Gerät enthalten ist.

Aktive Reaktion der Umgebung

Für die im Körper ablaufenden Reaktionen ist die aktive Reaktion der Umwelt von großer Bedeutung.
Unter der aktiven Reaktion des Mediums wird die Konzentration von Wasserstoffionen oder Hydroxylionen in einer Lösung verstanden.
Viele Stoffe (Elektrolyte) in wässriger Lösung zerfallen in Ionen. Je nach Beschaffenheit des Elektrolyten ist der Zersetzungsgrad (Dissoziation) unterschiedlich. Reines Wasser ist ein sehr schwacher Elektrolyt, der in Wasserstoff- und Hydroxylionen dissoziiert:

Die Menge an Wasserstoff und Hydroxylionen in reinem Wasser ist vernachlässigbar und beträgt 0,0000001 g.
Säuren in wässrigen Lösungen dissoziieren in ein Wasserstoffion und das entsprechende Anion:

und die Base - auf dem Hydroxylion und dem entsprechenden Kation:

Ist die Konzentration der Wasserstoffionen in der Lösung gleich der Konzentration der Hydroxylionen ([H +] = [OH-]), ist die Reaktion neutral; wenn die Konzentration an Wasserstoffionen geringer ist als die Konzentration an Hydroxylionen ((OH]), ist die Reaktion sauer.
Bei gleicher Normalität von Essig- und Salzsäurelösungen ist eine aktive Reaktion in Lösung Essigsäure weniger als in einer Salzsäurelösung, da Essigsäure schwächer dissoziiert als Salzsäure, wodurch in einer Essigsäurelösung weniger Wasserstoffionen vorhanden sind als in einer Salzsäurelösung.
So ist die neutrale Reaktion des Mediums durch die Gleichheit der Konzentrationen von H + und OH- Ionen in der Lösung gekennzeichnet, sauer - durch das Überwiegen von Wasserstoffionen über Hydroxylionen, alkalisch - durch das Überwiegen von Hydroxylionen über Wasserstoffionen . Mit zunehmender Konzentration von Wasserstoffionen in der Lösung nimmt die Konzentration von Hydroxylionen ab und umgekehrt. Auch in sehr sauren Lösungen gibt es immer eine vernachlässigbare Menge an Hydroxylionen und in stark alkalischen Lösungen immer Wasserstoffionen. Daher kann die aktive Reaktion des Mediums durch den Gehalt an Wasserstoffionen oder den Gehalt an Hydroxylionen charakterisiert werden. Es ist üblich, die aktive Reaktion der Umgebung durch die Konzentration von Wasserstoffionen auszudrücken, die für Wasser 1 * 10v-7 beträgt. Um nicht in zu operieren praktische Arbeit mit so unbequem Zahlenwerte, wird die aktive Reaktion des Mediums meist über den pH-Wert ausgedrückt.
Der pH-Wert ist der Logarithmus der Konzentration von Wasserstoffionen, mit umgekehrtem Vorzeichen:

pH-Änderungen im Bereich von 0 bis 7 charakterisieren sauer, bei pH 7 neutral und pH 7 bis 14 alkalisch.
Verschiedene chemische Prozesse verlaufen unterschiedlich, je nachdem ob das Medium sauer, neutral oder alkalisch reagiert. Ebenso verhält es sich mit den Prozessen, die in den Zellen eines lebenden Organismus ablaufen, und hier spielt die Reaktion der Umwelt eine wichtige Rolle. Dies wird dadurch bestätigt, dass die Konstanz der Reaktion von Blut und Gewebeflüssigkeiten, beispielsweise Lymphe, mit großer Genauigkeit eingehalten wird, obwohl die beim Austauschprozess in den Geweben gebildeten Substanzen dazu neigen, diese zu stören.
Die Eigenschaften von Proteinen manifestieren sich in strikter Abhängigkeit von der Art der Reaktion der Umgebung. Die Bedeutung der aktiven Reaktion des Mediums für enzymatische Prozesse ist besonders wichtig.
Die Reaktion der Umgebung von Blut und anderen Geweben und Organen ist leicht alkalisch, fast neutral. Im Blut wird die pH-Konstanz in einem sehr engen Bereich (7,3-7,4) gehalten. Eine pH-Verschiebung in die saure oder alkalische Seite ist das Ergebnis jeder Störung im Körper.
Ein konstanter pH-Wert des Blutes wird durch chemische Regulation durch die im Blut vorhandenen Puffersysteme und durch Entfernen von Endprodukte Austausch von Lunge und Niere.

BLUTREAKTION

Die Lunge entfernt saure Produkte - Kohlendioxid, Nieren - Phosphate und Ammoniak, letzteres hauptsächlich nach Umwandlung in Harnstoff.
Unter Pufferung wird die Fähigkeit einer Lösung verstanden, pH-Änderungen zu widerstehen, die aufgrund der Zugabe von Säure oder Alkali auftreten müssten.
Die Puffersysteme von Blut und Gewebsflüssigkeiten können einen konstanten pH-Wert aufrechterhalten, wobei beim Austausch Säuren und Basen gebildet werden.
Von den Puffersystemen sind Proteine sowie Mineralstoffe - Natrium- und Kaliumbicarbonate und Phosphate - von größter Bedeutung im Körper. Die Puffersysteme des Blutes sind: Caroonat - H2CO3 / NaHCO3, Phosphat NaH2PO4 / NaHPO4 und Protein Protein-Säure / Protein-Salz.
Im Körper, wenn Natriumbicarbonat NaHCO3 mit der während des Austauschs freigesetzten Phosphorsäure interagiert, wird Kohlensäure gebildet:

Kohlensäure ist sehr instabil, zersetzt sich schnell und wird zusammen mit der ausgeatmeten Luft in Form von Wasser und Kohlendioxid aus dem Körper ausgeschieden. Dadurch wird sichergestellt, dass der pH-Wert des Blutes konstant bleibt. Es wirkt auch Veränderungen des pH-Wertes des Phosphorsäuresalzes entgegen. Zum Beispiel bildet die Wechselwirkung von Milchsäure mit disubstituiertem Natriumphosphat das Natriumsalz von Milchsäure und monosubstituiertem Natriumphosphat:

Ammoniak, das beim Basenaustausch gebildet wird, bindet an freie Kohlensäure, was zur Bildung von Ammoniumbicarbonat führt:

Die wichtigste Puffersubstanz im Vollblut ist das Protein Hämoglobin, das aufgrund seiner sauren Eigenschaften Basen binden und Salze bilden kann, zum Beispiel Na-Hämoglobin.
Die Pufferkapazität von Blut lässt sich an folgendem Beispiel verdeutlichen: Um den pH-Wert des Blutserums auf pH 8,2 in die alkalische Seite zu verschieben, muss man 70-mal mehr Alkali als Wasser zufügen und den pH-Wert des Blutes auf . verschieben 4.4 müssen Sie dem Blut 327-mal mehr Salzsäure als Wasser zufügen.

Aktive Reaktion - Blut

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Die aktive Reaktion des Blutes (pH), aufgrund des Verhältnisses von Wasserstoff (H) und Hydroxyl (OH -) Ionen darin, ist einer der harten Parameter der Homöostase, da nur bei einem bestimmten pH-Wert ein optimaler Stoffwechselverlauf möglich ist .

Die aktive Reaktion des Blutes zeigt eine deutliche Verschiebung zur sauren Seite.

In schweren Fällen führt die intensive Bildung von sauren Produkten des Fettabbaus und die Desaminierung von Aminosäuren in der Leber zu einer Verschiebung der aktiven Reaktion des Blutes auf die saure Seite - Azidose.

Trotz des Vorhandenseins von Puffersystemen und eines guten Schutzes des Körpers gegen mögliche pH-Änderungen werden manchmal unter bestimmten Bedingungen kleine Verschiebungen in der aktiven Reaktion des Blutes beobachtet. Eine pH-Verschiebung zur sauren Seite wird als Azidose bezeichnet, eine Verschiebung zur alkalischen Seite wird als Alkalose bezeichnet.

Bei einem gesunden Menschen beträgt der Chloridgehalt im Blut bei Umwandlung in Natriumchlorid 450 - 550 mg%, im Plasma - 690 mg%, in Erythrozyten fast zweimal weniger als im Plasma. Chloride sind am Gasaustausch und an der Regulierung der aktiven Blutreaktion beteiligt. Blutchloride werden bei der Bildung von Magensäure-Salzsäure verbraucht. In Haut und Leber befinden sich große Natriumchloridreserven. Bei einigen pathologischen Zuständen des Körpers (Nierenerkrankung usw.) werden Chloride in allen Geweben und insbesondere im Unterhautgewebe zurückgehalten. Chloridretention wird von Wasserretention und Ödembildung begleitet. Bei fieberhaften Erkrankungen, der Bronzekrankheit, ist der Chloridgehalt im Blut stark reduziert. Eine starke Abnahme des Chloridgehalts im Blut kann auftreten, wenn eine große Menge Quecksilberpräparate in den Körper eingeführt wird und als Signal für den Beginn einer Quecksilbervergiftung dient.

Ein Aufenthalt in einem geschlossenen Raum für 8 - 10 Stunden mit einer allmählichen Erhöhung des CO2-Gehalts auf 55% und einer Abnahme des O2-Gehalts auf 145% führte am Ende des Experiments zu einem starken Anstieg der Lungenventilation ( bis 30 - 35 L), eine Erhöhung des O2-Verbrauchs um 50% (aufgrund der erhöhten Arbeit der Atemmuskulatur), eine Verschiebung der aktiven Reaktion des Blutes auf die saure Seite, eine Verlangsamung oder eine vernachlässigbare Erhöhung der Herzfrequenz , ein Anstieg des Blutdrucks, insbesondere ein Minimum, ein Absinken der Körpertemperatur um 0,5 (wenn die Umgebungstemperatur nicht ansteigt), ein Abfall der körperlichen Leistungsfähigkeit, bis hin zu Kopfschmerzen und einem leichten Rückgang der geistigen Leistungsfähigkeit.

Aufenthalt in einem geschlossenen Raum für 8 - 10 Stunden, mit einem allmählichen Anstieg des CO2 auf 5 5% und einem Abfall des O2 auf 14 5%, bis zum Ende des Experiments zu einem starken Anstieg der Lungenventilation (bis zu 30 - 35 °C). L), Erhöhung des O2-Verbrauchs um 50 % (aufgrund der erhöhten Arbeit der Atemwege bei der aktiven Reaktion des Blutes auf die saure Seite, Verlangsamung oder Erhöhung der Herzfrequenz, erhöhter Blutdruck, insbesondere z Temperatur um 0,5 (wenn die Umgebungstemperatur nicht ansteigt), eine Abnahme der körperlichen Leistungsfähigkeit, Kopfschmerzen und eine leichte Abnahme der geistigen Leistungsfähigkeit.

Besonders wichtig ist die Verletzung der Thermoregulation aufgrund einer Erhöhung der Temperatur und Luftfeuchtigkeit der Umgebung (Averyanov et al.) - Während eines 4-stündigen Aufenthalts in einem hermetisch abgeschlossenen Raum, in dem die CO2-Konzentration allmählich von 0 48 auf . anstieg 4 7% und der O2-Gehalt fiel von 20 6 auf 15 8%, einige der Personen klagten am Ende des Experiments über Verstopfung, Licht Kopfschmerzen, Temperaturabfall, schnelle Atmung, Verlangsamung oder Erhöhung der Herzfrequenz. Ein Aufenthalt in einem geschlossenen Raum von 8 - 10 Stunden mit einer allmählichen Zunahme des Gehalts an CO2 D 5 5% und einer Abnahme des Gehalts an O 2 auf 14 5% führte am Ende des Experiments zu einem starken Anstieg der Lungenbeatmung (bis 30 - 35 L), eine Erhöhung des O2-Verbrauchs um 50% (aufgrund der erhöhten Arbeit der Atemmuskulatur), eine Verschiebung der aktiven Reaktion des Blutes auf die saure Seite, eine Verlangsamung oder eine vernachlässigbare Erhöhung der Herzfrequenz, ein Anstieg des Blutdrucks, insbesondere ein Minimum, ein Absinken der Körpertemperatur um 0,5 (wenn die Umgebungstemperatur nicht ansteigt), ein Rückgang der körperlichen Leistungsfähigkeit , Kopfschmerzen und ein leichter Rückgang der geistigen Leistungsfähigkeit.

Im Blut einer Malaria treten aufgrund des Vorhandenseins von Plasmodien komplexe physikalische und chemische Prozesse auf. Die Einführung von Plasmodien in Erythrozyten, deren Schwellung, Stoffwechselstörungen und andere Phänomene beeinflussen die Physikochemie des Blutes. Viele Wissenschaftler glauben, dass eine aktive Blutreaktion bei Malaria eine sehr wichtige Rolle spielt. Eine Verschiebung zur sauren Seite aktiviert die Infektion, zur alkalischen Seite hemmt sie sie. Negative Luftionen erhöhen die Zahl der alkalischen Ionen im Blut. Dies sollte sich in den Vitalfunktionen der Plasmodien widerspiegeln. Tatsächlich liegt es nicht an der Verschiebung der aktiven Reaktion des Blutes, dass ein positiver Effekt entsteht, wenn negative Luftionen zur Behandlung von Malaria verwendet werden.

Ab 4 - 5 % und bei langsamer Erhöhung des COa-Gehalts in der Luft tritt bei höheren Konzentrationen (- 8 % und höher) ein Reizgefühl der Schleimhäute auf Atemwege, Husten, Wärmegefühl in der Brust, Augenreizung, Mitleid, Einklemmgefühl, Kopfschmerzen, Tinnitus, erhöhter Blutdruck (insbesondere bei Bluthochdruckpatienten), Herzklopfen, geistige Erregung, Schwindel, seltener Erbrechen.

Aktive Blutreaktion (pH)

Die Anzahl der Atemzüge in 1 Minute. COa steigt bis 8 % nicht signifikant an; bei höheren Konzentrationen wird die Atmung schneller. Beim Wechsel zum Einatmen normaler Luft treten häufig Übelkeit und Erbrechen auf. Laut ausländischen Angaben hielten die Probanden die Konzentration von 6 % freiwillig bis zu 22 Minuten, 10 4 % - höchstens 0,5 Minuten. Ein Aufenthalt in einem geschlossenen Raum für 8 - 10 Stunden mit einer allmählichen Zunahme des CO2-Gehalts auf 55% und einer Abnahme des O2-Gehalts auf 145% führte am Ende des Experiments zu einem starken Anstieg der Lungenventilation (bis zu 30 - 35 L), eine Erhöhung des O2-Verbrauchs um 50% (aufgrund einer erhöhten Arbeit der Atemmuskulatur), eine Verschiebung der aktiven Reaktion des Blutes auf die saure Seite, eine Verlangsamung oder eine vernachlässigbare Erhöhung des Blutdrucks, eine Erhöhung Blutdruck, insbesondere ein Minimum, eine Abnahme der Körpertemperatur um 0,5 (wenn die Umgebungstemperatur nicht ansteigt), eine Abnahme der körperlichen Leistungsfähigkeit , Kopfschmerzen und eine leichte Abnahme der geistigen Leistungsfähigkeit, eine Zunahme der Anstiegsrate der CO2-Konzentration bei gleichem Endgehalt verschlechterte den Zustand der Person.

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Die aktive Reaktion des Blutes aufgrund der Konzentration von Wasserstoff- (H') und Hydroxyl-(OH')-Ionen ist von äußerst wichtiger biologischer Bedeutung, da Stoffwechselvorgänge normalerweise nur mit einer bestimmten Reaktion ablaufen.

Die puffernden Eigenschaften von Blut sind darauf zurückzuführen, dass es folgende Stoffe enthält, die die sogenannten Puffersysteme bilden: 1) Kohlensäure - Natriumbicarbonat (Carbonatpuffersystem) -, 2) monobasisches - dibasisches Natriumphosphat (Phosphatpuffersystem) ), 3) Plasmaproteine (Puffersystem von Plasmaproteinen) - Proteine als Ampholyte können je nach Reaktion der Umgebung sowohl Wasserstoff- als auch Hydroxylionen abspalten; 4) Hämoglobin - Kaliumsalz des Hämoglobins (Hämoglobin-Puffersystem). Die Puffereigenschaften des Blutfarbstoffs Hämoglobin sind darauf zurückzuführen, dass er als Säure schwächer als H 2 CO 3 Kaliumionen abgibt und selbst durch Anlagerung von H'-Ionen zu einer sehr schwach dissoziierenden Säure wird. Ungefähr 75 % der Pufferkapazität des Blutes sind auf Hämoglobin zurückzuführen. Die Karbonat- und Phosphatpuffersysteme sind für die Konstanz der aktiven Reaktion des Blutes von untergeordneter Bedeutung.

In Geweben sind auch Puffersysteme vorhanden, wodurch der pH-Wert der Gewebe auf einem relativ konstanten Niveau gehalten werden kann.

Blutreaktion und konstant halten

Proteine und Phosphate sind die wichtigsten Gewebepuffer. Aufgrund des Vorhandenseins von Puffersystemen verursachen Kohlendioxid, Milch-, Phosphor- und andere Säuren, die während Stoffwechselprozessen in Zellen gebildet werden und vom Gewebe ins Blut übergehen, normalerweise keine signifikanten Veränderungen in seiner aktiven Reaktion.

Da zwischen Säure- und Basenäquivalenten im Blut ein eindeutiges und ziemlich konstantes Verhältnis besteht, ist es üblich, vom Säure-Basen-Haushalt des Blutes zu sprechen.

Veränderungen der alkalischen Reserve des Blutes und geringfügige Veränderungen seiner aktiven Reaktion treten immer in den Kapillaren des großen und kleinen Kreislaufs auf. Somit verursacht die Aufnahme einer großen Menge Kohlendioxid in das Blut der Gewebekapillaren eine Ansäuerung des venösen Bluts um einen pH-Wert von 0,01 bis 0,04 im Vergleich zu arteriellem Blut. Die gegenläufige Verschiebung der aktiven Reaktion des Blutes auf die alkalische Seite erfolgt in den Lungenkapillaren durch den Übergang von Kohlendioxid in die Alveolarluft.

Für die Konstanz der Blutreaktion ist die Aktivität des Atmungsapparates von großer Bedeutung, der durch eine verstärkte Belüftung der Lunge den Abtransport von überschüssigem Kohlendioxid gewährleistet. Eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Blutreaktion auf einem konstanten Niveau spielen auch die Nieren und der Magen-Darm-Trakt, die sowohl Säuren als auch Laugen im Überschuss aus dem Körper ausscheiden.

Auch die Ausschüttung einer relativ geringen Menge Milchsäure erfolgt über die Schweißdrüsen.

pH oder Säuregehalt des Tumorgewebes

Klassische Werke von O. Warburg In den 1920er Jahren wurde gezeigt, dass Tumorzellen auch in Gegenwart von Sauerstoff Glukose intensiv in Milchsäure umwandeln. Aufgrund von Daten zur Überproduktion von Milchsäure gehen viele Forscher seit Jahrzehnten davon aus, dass Tumore „sauer“ sind. Die Nuancen der pH-Werte von Tumorgewebe und der Säurewert für das Wachstum von Neoplasmen sind jedoch in den letzten zwei Jahrzehnten dank Techniken verständlicher geworden, die es ermöglichen, den intrazellulären pH-Wert (pHi und pHе) dichter Gewebe zu messen.

BLUTREAKTION

In vielen funktioniert Es wurde festgestellt, dass der pH-Wert von Tumorzellen unter Bedingungen neutral bis alkalisch ist, unter denen Tumoren weder Sauerstoff noch Energie entzogen werden.

Tumorzellen verfügen über effiziente Mechanismen zur Entfernung von Protonen in den extrazellulären Raum, der bei Tumoren das "saure" Kompartiment ist. Daher gibt es bei Neoplasmen einen pH-Gradienten auf der Zellmembran: pH,> pHе. Interessanterweise ist dieser Gradient in normalen Geweben "umgekehrt", wo der pH-Wert niedriger als der pH-Wert ist.

Wie bereits erwähnt, Tumorzellen intensiv Glukose zu Milchsäure abbauen (zusätzlich zur Glukoseoxidation). Es gibt jedoch keinen besonderen Grund, der aeroben Glykolyse eine Spezifität für malignes Wachstum zuzuschreiben, obwohl eine erhöhte Glykolysekapazität immer noch ein Schlüsselmerkmal von Neoplasmen ist. Andere bedeutende pathogenetische Mechanismen, die zu einer schweren Gewebeazidose führen, basieren auf der Stimulation der ATP-Hydrolyse, Glutaminolyse, Ketogenese und der Produktion von CO2 und Kohlensäure.

Ausbildung von einem nur Milchsäure kann das Vorliegen einer Azidose, die im extrazellulären Raum von Tumoren festgestellt wird, nicht erklären. Auch andere Mechanismen können bei der Bildung des sauren extrazellulären Kompartiments von Tumorgewebe eine wichtige Rolle spielen. Diese Annahme wird durch die experimentellen Daten von K. Newell et al. gestützt, die darauf hindeuteten, dass die Bildung von Milchsäure nicht der einzige Grund für die Acidität von Tumorgewebe ist. Es sollte beachtet werden, dass diese Ergebnisse in Experimenten mit Zellen mit einem Mangel an Glykolyse erhalten wurden.

PH-Werte mit invasiven Elektroden (potentiometrische pH-Messung) gewonnen werden, spiegeln hauptsächlich den Säure-Basen-Status des Extrazellulärraums (pHe) wider, der bei bösartigen Tumoren etwa 45 % des gesamten Gewebevolumens ausmacht.

Dies steht in starkem Gegensatz zu normalem Gewebe, wo das durchschnittliche extrazelluläre Kompartiment nur etwa 16% beträgt. Die bei bösartigen Neubildungen gemessenen pHe-Werte sind im Vergleich zu normalen Geweben (0,2-0,5) zu saureren Werten verschoben. Bei einigen Tumoren kann der pH-Wert sogar unter 5,6 liegen.

Es ist auffällig Variabilität der Messwerte zwischen verschiedene Tumore was die bei Tumoren beobachtete Heterogenität übertrifft. Die intratumorale pH-Heterogenität in menschlichen Tumoren unter Verwendung von pH-Elektroden wurde nicht ausreichend detailliert untersucht, wie dies in Experimenten mit Tiertumoren der Fall war. Da die Verteilung von Milchsäure in Tumoren recht heterogen ist, ist mit einer auffallenden Heterogenität der Verteilung der pH-Werte innerhalb verschiedener mikroskopischer Bereiche zu rechnen.

Heterogenität des intratumoralen pH insbesondere bei teilweise nekrotischen Tumoren, bei denen der pH-Wert des Gewebes noch höher ist als der von arteriellem Blut, was in Bereichen alter Nekrose beobachtet werden kann. Diese pH-Verschiebung wird hauptsächlich durch die Protonenbindung während der Proteindenaturierung, die Akkumulation von Ammoniak, das während des Katabolismus von Peptiden und Proteinen gebildet wird, und das Aufhören der Protonenbildung bei Energiestoffwechselreaktionen verursacht.

Inhaltsverzeichnis des Themas "Intrazellulärer und extrazellulärer pH-Wert von Tumorgewebe":
1. Veränderungen der Genexpression durch Tumore während einer Hypoxie
2. Hypoxie-induzierte Veränderungen im Genom und klonale Selektion
3.pH oder Säuregehalt des Tumorgewebes
4. Intrazelluläre Acidität des Tumors und der pH-Gradient im Tumorgewebe
5. Bikarbonat und respiratorische Depletion des extrazellulären Kompartiments von Tumoren

Lösungen und Flüssigkeiten in Bezug auf ihren Säuregehalt. Der Indikator für den Wasser-Salz-Haushalt in Gewebe und Blut des Körpers ist der pH-Wert. Übersäuerung des Körpers, erhöhter Alkaligehalt im Körper (Alkalose). Konzentration von Puffersystemen. Überoxidationsschutz.

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Körperflüssigkeiten

Die innere Umgebung des Körpers. Das Blutsystem. Grundlagen der Hämatopoese. Physikochemische Eigenschaften von Blut, Plasmazusammensetzung. Erythrozytenresistenz. Blutgruppen und Rh-Faktor. Regeln für Bluttransfusionen. Anzahl, Arten und Funktionen von Leukozyten. Fibrinolyse-System.

Vortrag hinzugefügt am 30.07.2013

Physiologie des Blutes

Aktive Blutreaktion (pH)

Das Volumen des zirkulierenden Blutes, der Gehalt an Substanzen in seinem Plasma. Plasmaproteine und ihre Funktionen. Arten von blutdruck. Regulierung der pH-Konstanz des Blutes.

Präsentation hinzugefügt am 29.08.2013

Blut als innere Umgebung des Körpers

Die Hauptfunktionen des Blutes, seine physiologische Bedeutung, Verbindung. Physikochemische Eigenschaften von Plasma. Blutproteine, Erythrozyten, Hämoglobin, Leukozyten.

Blutgruppen und Rh-Faktor. Hämatopoese und Regulation des Blutsystems, Hämostase. Lymphbildung, ihre Rolle.

Hausarbeit, hinzugefügt am 06.03.2011

Blutsystem

Konzept von interne Umgebung Organismus. Bereitstellung einer gewissen Erregbarkeit der zellulären Strukturen. Die Konstanz der Zusammensetzung und Eigenschaften der inneren Umgebung, Homöostase und Homöokinese. Funktionen, Konstanten und Blutzusammensetzung. Das im Körper zirkulierende Blutvolumen.

Präsentation hinzugefügt am 26.01.2014

Zellzusammensetzung des Blutes. Hämatopoese

Das Blutvolumen im Körper eines gesunden Erwachsenen. Relative Dichte von Blut und Blutplasma. Der Prozess der Bildung von Blutkörperchen. Embryonale und postembryonale Hämatopoese. Die wichtigsten Funktionen des Blutes. Rote Blutkörperchen, Blutplättchen und Leukozyten.

Präsentation hinzugefügt am 22.12.2013

Kreislauf

Das Konzept der inneren Umgebung des Körpers. Funktionen des Blutes, seine Menge und seine physikalischen und chemischen Eigenschaften. Korpuskulare Elemente des Blutes. Blutgerinnung, Gefäßschäden. Blutgruppen, Kreislaufsystem, große und kleine Kreislaufsysteme, Bluttransfusionen.

Tutorial, hinzugefügt am 24.03.2010

Physiologie von Blut und Kreislauf

Die innere Umgebung eines Menschen und die Stabilität aller Körperfunktionen. Reflex und neurohumorale Selbstregulation. Die Blutmenge eines Erwachsenen. Der Wert von Blutplasmaproteinen. Osmotischer und onkotischer Druck. Korpuskulare Elemente des Blutes.

Vortrag hinzugefügt 25.09.2013

Nieren und Flüssigkeitszirkulation im menschlichen Körper

Nierenfunktionen: Filtern, Reinigen und Ausgleichen des Blutes und anderer Körperflüssigkeiten. Bildung von Urin durch Filtern von Blut. Der Aufbau der Nieren, Kapillarknoten und Kapseln. Rückresorption von Wasser und Nährstoffen. Verletzung der Nieren.

Zusammenfassung, hinzugefügt am 14.07.2009

Chemische Elemente bei Mensch und Tier

Die wichtigsten chemischen Elemente, die für die Lebensfähigkeit des Organismus verantwortlich sind, Eigenschaften, Einfluss. Die Beteiligung von Elementen an den Reaktionen des Körpers, die Folgen ihres Mangels, Überschuss. Das Konzept und die Arten der für den Körper giftigen Elemente. Chemische Zusammensetzung Blut.

Zusammenfassung, hinzugefügt am 13.05.2009

Puffersysteme

Säure-Base-Puffersysteme und -Lösungen. Klassifizierung von Säure-Base-Puffersystemen. Puffermechanismus. Säure-Basen-Haushalt und die wichtigsten Puffersysteme des menschlichen Körpers.