اسیدها وبازها

اسید تركیبی است شیمیائی كه در محلول یون هیدروژن خود را از دست می دهد و باز تركیبی است كه وقتی در محلولی قرار می گیرد یون هیدروكسل خود را از دست می دَهد.اسیدهای قوی نسبتا یونهای H+ بیشتری ار اسیدهای ضعیف ایجاد می كنند و بازهای قوی یونهای OH- بیشتری از بازهای ضعیف ایجاد می كند.
محلولهای آبگونه ای (آبی) شامل هر دو نوع یون H+ و OH- هستند . یك محلول اسیدی بیشتر دارای یون H+ در حالی كه یك محلول بازی دارای یون OH- بیشتری می باشد .
آب خالص محلولی است نه اسیدی و نه بازی (خنثی) زیرا دارای تعداد برابری یون H+ و OH- است :
H2O=H+ +OH-
H+ +OH-= H2O
در نتیجه تعیین انكه محلولی اسیدی یا بازی است به سادگی مربوط به تعداد یون H+ موجود در آن محلول دارد. در صورتی كه تعداد یونهای H+ بیشتر از تعداد یونهای OH- است محلول اسیدی واگر بالعكس است محلول بازی است .

تامپونها

دستگاه تامپونی دارای دو بخش است :
1- یك اسید ضعیف و 2- نمك آن اسید ضعیف.
هدف اصلی تامپوها هگهداری غلظت H+ به صورت ثابت است . از جمله تامپونها عبارتند از : اسید استیك ( اسید ضعیف ) استات سدیم (نمك ) اسید كربنیك (اسید ضعیف) و بیكربنات سدیم (نمك) . در بازی تامپون یك اسید با یك نمك واكنش داشته و نتیجه آن تشكیل یك نمك قوی تر و یك اسید ضعیفتر است . مثلا از تركیب اسید لاكتیك با بیكربنات سدیم و اسید كربنیك به شرح زیر می باشد :
LA+NaHCO3=NaLA+H2CO3
در خون اسید كربنیك یك اسید ضعیف است زیرا یون H+ زیادی تولید نمی كند همچنین اسید كربنیك به آب و انیدرید كربنیك كه هر دو آنها می توانند سریعا از بدن خارج شوند تجزیه خواهند شد:
H2CO3=H2O+CO2
H2O+CO2=H2CO3
بیكربنات سدیم به راحتی می تواند در برابر اسید هیدرو كلوریك عمل تامپونی و تولید یك نمك قوی و یك اسید ضعیف بنماید.:
NaHCO3+HCl=NaCl+H2CO3
یا
اسید ضعیف +نمك =اسید قوی +بیكربنات
در اینجا یون هیدروژن اضافی كه در نتیجه اسید هیدروكلوریك ایجاد شده به طور كلی از محلول جدا شده و تشكیل كربنیك اسید را خواهد داد . به یاد داشته باشید كه H2CO3 اسیدی است ضعیف زیرا مانند HCL به سرعت تجزیه نمی شود(یعنی یون H- زیادی تولید نمی كند) چنین دستگاه تامپونی از جمله راههائی است كه در آن از اسیدی یا بازی شدن مایع های بدن جلوگیری خواهد كرد.
PH (قدرت یون هیدروژن) (H+ )
برایبیان اسیدی و بازی در یك محلول می باید به تعیین تعداد یونهای H+ مجود در آن محلول پرداخت . نتیجه تعیین تعداد این یونها به عنوان پ هاش آن محلول یا قدرت یون هیدروژن بیان می گردد. از آن جایی كه برای نشان دادن قدرت یونی با ارقام بسیار كوچكی سرو كار خواهیم داشت ( مثلا وزن مقدار یون هیدروژن موجود در یك لیتر آب به مول) پ هاش یك مایع بر اساس لگاریتم منفی / پایه 10 بیان خواهد شد :
PH= -log[H] در اینجا [H+] مساوی مقدار یونهای H+ موجود در یك لیتر محلول به گرم می باشد . غلظت یون هیدروژن در آب خالص تقریبا برابر 10 به توان منفی 7 مول در هر لیتر آب تعیین شده است .(0000007/0) مول در هر لیتر.
بنابراین :
PH= -log[10-7]=- (-7)
= -(-7)(لگاریتم 10به توان -7= -7)=7
آب خالصبرابر 7 است پ هاش بزرگتر از 7 (دارای یون هیدروژن كمتر ) به عنوان قلیایی . پ هاش برابر 7 خنثی و پ هاش كمتر از 7 اسیدی تعیین شده اند .
با افزودن یك اسیدبه یك محلول پ هاش آن را تنزل داده زیرا بر تعداد یونهای هیدروژن آن افزوده می شود در حالی كه یك باز غلظت یون هیدروژن را كاهش داده زیرا بر تعداد یون OH- افزوده شده و لذا پ هاش آن را بالا مس برد.
حدود تقییرات پ هاش بدن كه با حیات انسان سازگاری دارد در حال استراحت بین 7 تا 7/7 است تمرین بدنی سبب تغییر پ هاش عضله در جهت اسیدی خواهد شدكه ممكن است هنگام ورزشهای خیلی سنگین به 4/6 تا 6/6 تنزل یابد . چنین پ هاش تنزل یافته ای جنبه موقتی و گذرا داشته زیرا قدرت تامپونی بدن شامل دستگاههای كلیه و تنفس هر چه سریعا به كار افتاده و پ هاش را به حال طبیعی باز می گردانند.
علاوه بر دستگاه تامپونی تامپونی بیكربنات (مانند بیكربنات سدیم NaHCO3 )دستگاههای تامپونی دیگری مانند فسفات و پروتئین نیز وجود دارندكه همگی به یك طریق انجام وظیفه می نمایند . تامپون های فسفات مانند دی سدیم فسفات Na2HPO4 در كلیه متمركز بوده در حالی كه تامپونهای پروتئین (مانند هموگلوبین) در یاخته ها و پلاسما جای دارد . چون عمل تامنپونی بیشتر در درون یاخته صورت می گیرد تامپونهای پروتئینی كمال اهمیت را دارند.
تنظیم تنفسی PH
مركز تنفسی واقع در پیاز مغز تیره و در گیرنده های شیمیائی واقع در قوس آئورتی به تغییرات غلظت یون هیدروژن خون حساسمس باشند. افزایش CO2 در مایع های بدن ( كه برای تولید اسید كربنیك با آب تركیب می شوند) سبب كاهش پ هاش و بیرون راندن CO2 سبب افزایش پ هاش خواهد شد . افزایش غلظت یون یون H+ سبب تحریك دستگاه تنفسی شده لذا عمل تهویه را بالا برده ( پر تهویه ای ) و CO2 را به خارج منتقل می كند ( به خارج دمیدن ) برعكس كاهش غلظت یون H+ سازو كار تنفسی را پائین خواهد برد . تغییرات در سرعت و عمق تنفس یعنی تهویه حبابچه ای می تواند تغییرات سریعی در مایع پ هاش بدن به وجود آورد. مثلا وقتی پ هاش به به كمتر از سطح طبیعی استراحت (4/7) تغییر یافت تنفس شدیدا تحریك و پر تهویه ای حادث می گردد. همان گونه كه اكنون متذكر گردید تهوی سبب دفع CO2 شده كه به نوبه خود سبب افزایش مایع پ هاش می گردد .
پر تهویه ای به میزان دو برابر حالت طبیعی ( استراحت ) باعث افزایش پ هاش خون و مایعات بدن به مقدار 25/0 واحد پ هاش می شود از سوی دیگر وقتی تهویه به مقدار نصف حالت طبیعی تقلیل پیدا می كند مانند موردی كه پ هاش خون بیشتر از 4/7 است پ هاش در حدود 25/0 واحد پ هاش كاهش خواهد یافت .
در پ هاش خون 2/7 تهویه چهار برابر افزایش یافته و در پ هاش خون 5/7 تهویه در حدود نصف تقلیل پیدا می كند . توان دستگاه تامپونی تنفسی به اندازه یك تا دو برابر بزرگتر از همه دستگاههای تامپونی شیمیایی كه قبلا مورد بحث قرار گرفت می باشد.
ذخایر قلیائی
درجه ای را كه پ هاش مایعات بدن تحت تحت تاثیر تولید انیدریك كربنیك (CO2) و در نتیجه تشكیل اسید كربنیك قرار میگیرد بستگه به مقدار بیكرینات (HCO3-) موجود جهت عمل تامپونی دارد . در واقع پ هاش مایعات بدن مربوط است به نسبت تراكم یونهای بیكربنات به مقدار انیدریدكربنیك محلول این موضوع توسط فرمول به قرار زیر است :
PH=PK+log[HCO3- بخش بر CO2] اختصار PK مربوط به عدد ثابت یك بافر است كه در ممورد دستگاه بافر بیكربنات برابر 1/6 میباشد این بدان معناست كه وقتی تراكم یونهای HCO3- برابر با CO2 محلول باشد پ هاش محلول ( در این مورد مایعات بدن ) برابر 1/6 خواهد بود هنگام استراحت و در پ هاش 4/7 به طور طبیعی نسبت یونهای HCO3 به CO2 برابر 20 :1می باشد . افزایش غلظت یون HCO3- (باز اضافه ) سبب افزایش پ هاش می گردد در حالی كه افزایش در CO2 محلول (اسید افزوده می شود ) سبب كاهش پ هاش می شود .
در بدن مقدار یون بیكربنات موجود كه از گان به عنوان تامپون استفاده می گردد ذخایر قلیائی خوانده می شوند.
عده ای را عقیده بر آنست كه با استفاده از مقادیر معینی بیكربنات و افزایش ذخایر قلیائی بدن از خستگی حاصل هنگام كار یا مسابقات قهرمانی سنگین و طولانی جلوگیری می شود . امید این افراد آنست كه این عمل با افزایش ظرفیت جهت تامپون اسید لاكتیك فراهم می گردد . در حالی كه تحقیق روی این موضوع كاملا پایدار نیست برخی از تحقیقات نشان داده اند كه حقیقت دارد .
كلیه و تعادل اسیدی—بازی
كلیه از طریق یك سلسله واكنشهای شیمیائی پیچیده غلظت یون H+ را كنترل می كند . طریق اصلی كه در آن كلیه به تنظیم غلظت یون H+ می پردازد افزایش یا كاهش غلظت یون بیكربنات است .
سازوكار كلیوی درگیر در كنترل غلظت یون بیكربنات به طور خلاصه به شرح زیر است :
1- اكسید دو كربن موجود در مایعات خارجی و یاخته های اپیتلیال مربوط به توبولهای كلیه جهت تشكیل اسید كربنیك در داخل توبول یاخته ها با آب تركیب می شود (در حضور آنزیم كربنیك انیدراز) CO2+H2O=H2CO3 2- همانگونه كه قبلا متذكر گردید اسید كربنیك به یون بیكربنات و یون هیدروژنH- تجزیه می گردد . یون H+ به طور فعال به توبولهای كلیه منتقل یا ترشح شده و سرانجام به صورت آب همراه با ادرار خارج می شود. یون HCO3- در مایعات خارج سلولی منتشر شده و لذا به بدن بازگشته و یا ذخیره می كردند.
3- یونهای H+ مترشحه در مجاری ظریف كلیه با یونهای بیكربنات كه آن هم در مجاری كلیه موجود است جهت تشكیل كربنیك اسید تركیب می شود اسید كربنیك به CO2 و H2O تجزیه می كردد . CO2 به داخل مجاری یاخته ها ئ یا مایعات خارجی سلول منتشر می گردد. همان گونه كه قبلا متذكر گردید آب به داخل ادرار دفع می گردد . همچنین باید اشاره گردد كه یون سدیم در مجاری توسط حمل فعال به داخل مایعات خارج سلولی ذخیره می گردد. این تبادل یونهای Na+ جهت یونهای H+ سبب حفظ تعدل الكتریكی بین مایعات مجاری و ماسعات خارجی سلول می شود.
این موضوع جالب توجهی است كه یونهای HCO3- موجود در مایعات مجاری ظریف مشابه با یونهایی كه در مایع خارجی سلول نگهداری می گردد نیست . به بسان دیگر غلظت یون بیكربنات كم و بیش به طور غیر مستقیم از طریق مقدار یون هیدروژن مترشحه توسط مجاری كلیه و توسط مقدار CO2 كه از طریق سوخت و ساز تولید شده تنظیم می گردد. همچنین این عمل نیاز به چند ساعت وقت كه ممكن است 10 الی 20 ساعت باشد داشته تا كلیه به تنظیم تراكم یون بیكربنات به طور جدی پاسخ دهد.
آلكالوز و اسیدوز
وقتی در مایعات خارجی بیكربنات اضافی وجود داشته باشد این حالت را آلكالوز گویند. این یونهای اضافی همراه با سدیم یا سایر یونهای مثبت (مثلا پتاسیم )از از طریق مجاری كلیه به داخل ادرار راه خواهد یافت . دفع یونهای بیكربنات از مایع خارجی پ هاش را به طرف اسیدی سوق می دهد .
وقتی CO2 در مایع خارج سلولی افزایش یابد حالت اسیدوز را به دنبال خواهد داشت .
در این مورد مقدار یون هیدروژن اضافی به داخل مجاری كلیه ترشح می گردد این ترشحات با مواد تامپونی مجاری تركیبب و سپس به داخل ادرار راه خواهند یافت .
تعادل اسیدی بازی پس از تمرینات ورزشی سنگین
هنگام تمرینات ورزشی بیشینه كوتاه زمان تغییرات فاحشی در شیمی سوخت و سازی اسید و باز رخ می دهد كه عمدتا به دلیل تولید اسید لاكتیك می باشد . اعمال بی هوازی كه تولیو اسید لاكتیك می كند سبب كاهش پ هاش خون و عضله می گردد. مقدار اسید لاكتیك تولیدی بستگی به :
1- مدت زمان تمرین
2- شدت كار و
3- مقدار توده عضله درگیر دارد .
هنگام كار بدنی بی هوازی مداوم طی چند دقیقه سطح اسید لاكتیك ممكن است تقریبا به 180 میلی گرم درصد و مقادیر پ هاش خون و عضله به ترتیب به 7 و 4/6 نزدیك گزدند . كار تناوبی ممكن است سبب رسیدن پ هاش به 80/6 ( كه از پئین ترین مقادیری كه تاكنون ثبت گردیده است ) و اسید لاكتیك را به 280 میلی گرم درصد برساند .
بیش از حد طبیعی بودن این مقادیر هنگامی مشخص می شود كه شخص توجه داشته باشد كه هنگام استراحت پ هاش خون كمتر از 4/7 نشانگر اسیدوز در حالی كه پ هاش خون بیش از 4/7 نشانگر آلككالوز می باشد . حد پائین پ هاش خون است كه انسان می تواند در آن برای چند دقیقه به زندگی ادامه دهد ( در حالت استراحت ) برابر 7 و بالا ترین سطح آن در حدود 7/7 می باشد .
غلظت بیكربنات پلاسما ( ارزشهای طبیعی آن به مقدار 23 الی 28 میلی مول در لیتر )(زنان كمتر از مردان) در پائین ترین سطح خود بهمقدار 6/2 میلی مول در لیتر ثبت شده است .