Почему анионы жизненно необходимы человеческому организму?
T акие факторы, как ежедневные стрессы, нерегулярное питание, нездоровый образ жизни, загрязненная окружающая среда легко приводит к накоплению свободных радикалов в человеческом организме, которые вызывают все виды острых и хронических заболеваний в течении определенного периода времени.К тому же, формирование свободных радикалов в значительной степени обусловлено недостатком отрицательно-заряженных ионов. Из этого следует вывод, что для того, чтобы создать здоровые условия для жизнедеятельности, необходимо поддерживать определенный уровень отрицательно-заряженных ионов в организме.
Витамины воздуха - анионы – залог здоровья и долголетия!
Давнее открытие анионов перевернуло весь научный мир медицины. Теперь полезные для организма «воздушные витамины» можно получить прямо из воздуха. Слово «Анионы» на слуху у тех, кто заботится о своем здоровье. Однако не все люди до конца понимают, что же это такое «анионы».
Если взять молекулы и атомы воздуха в обычных условиях жизни человека нейтральны и изменить их структуры под воздействием например, микроволновой радиации (в природе такой же эффект простым ударом молнии), молекулы теряют вращающиеся вокруг атомного ядра отрицательно заряженных электроны. Затем они соединяются с нейтральным молекулам, придавая и им отрицательный заряд. Именно такие молекулы и являются анионами
.
Анионы
не имеют ни цвета ни запаха, в то время как наличие на их орбите отрицательных электронов вытягивает из воздуха микрочастицы и микроорганизмы, удаляя всю пыль и убивая болезнетворные микробы. Анионы можно сравнить с витаминами, они также важны и нужны человеческому организму. Именно поэтому они именуются «Воздушными витаминами», «очистителем воздуха» и «элементом долголетия».
Каждый
человек, заботящийся о своем здоровье, обязан воспользоваться целебной силой анионов, ведь они нейтрализуют пыль, и уничтожают различные виды микробов. Чем большее количество анионов в воздухе, тем меньше в нем содержание патогенной микрофлоры.
По данным
Всемирной Организации Здравоохранения среднее содержание анионов в жилом помещении города на уровне 40-50, в то время как оптимальным для человеческого организма является содержание 1200 анионов на 1 куб.см. Например, содержанием анионов в свежем горном воздухе составляет 5000 на1 куб.см. Именно поэтому в горах, на свежем воздухе люди не болеют и живут долго, оставаясь при этом в трезвом рассудке до глубокой старости.
Как измеряют поток анионов?
Поток анионов, излучаемый предметами, можно измерить двумя способами: динамическим и статическим.
Статичный
метод измерения потока анионов используется для тестирования материалов, генерирующих лучевые потоки анионов. К ним относятся только твердые предметы, такие как камни. В этом случае поток анионов замеряется напрямую специальным прибором. Статичный метод применяют для измерения природных потоков анионов, например на морском побережье.
Динамическим методом измеряют волновой поток анионов. Именно волновой способ излучения используется в женских анионовых прокладках. Это означает, что анионы вырабатываются встроенным чипом не постоянно, а только при определенной температуре, влажности, трении. Шанхайским контрольным институтом Текстиля и технологий неоднократно проводилось тестирование анионовых прокладок динамическим методом. Результаты были положительными – анионовая гигиеническая продукция соответствует стандартам, и действительно производит тот эффект, о котором заявляют производители.
Катионами называют положительно заряженные ионы.
Анионами называют отрицательно заряженные ионы.
В процессе развития химии понятия «кислота» и «основание» претерпели серьёзные изменения. С точки зрения теории электролитической диссоциации кислотами называют электролиты, при диссоциации которых образуются ионы водорода H + , а основаниями - электролиты, при диссоциации которых образуются гидроксид-ионы OH – . Эти определения в химической литературе известны как определения кислот и оснований по Аррениусу.
В общем виде диссоциацию кислот представляют так:
где A – - кислотный остаток.
Такие свойства кислот, как взаимодействие с металлами, основаниями, основными и амфотерными оксидами, способность изменять окраску индикаторов, кислый вкус и т. д., обусловлены наличием в растворах кислот ионов H + . Число катионов водорода, которые образуются при диссоциации кислоты, называют её основностью. Так, например, HCl является одноосновной кислотой, H 2 SO 4 - двухосновной, а H 3 PO 4 - трёхосновной.
Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато, например:
От образовавшегося на первой ступени кислотного остатка H 2 PO 4 – последующий отрыв иона H + происходит гораздо труднее из-за наличия отрицательного заряда на анионе, поэтому вторая ступень диссоциации протекает гораздо труднее, чем первая. На третьей ступени протон должен отщепляться от аниона HPO 4 2– , поэтому третья ступень протекает лишь на 0,001%.
В общем виде диссоциацию основания можно представить так:
где M + - некий катион.
Такие свойства оснований, как взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами, амфотерными гидроксидами и способность изменять окраску индикаторов, обусловлены наличием в растворах OH – -ионов.
Число гидроксильных групп, которые образуются при диссоциации основания, называют его кислотностью. Например, NaOH - однокислотное основание, Ba(OH) 2 - двухкислотное и т. д.
Многокислотные основания диссоциируют ступенчато, например:
Большинство оснований в воде растворимо мало. Растворимые в воде основания называют щелочами .
Прочность связи М-ОН возрастает с увеличением заряда иона металла и увеличением его радиуса. Поэтому сила оснований, образуемых элементами в пределах одного и того же периода, уменьшается с возрастанием порядкового номера. Если один и тот же элемент образует несколько оснований, то степень диссоциации уменьшается с увеличением степени окисления металла. Поэтому, например, у Fe(OH) 2 степень основной диссоциации больше, чем у Fe(OH) 3 .
Электролиты, при диссоциации которых одновременно могут образовываться катионы водорода и гидроксид-ионы, называют амфотерными . К ним относят воду, гидроксиды цинка, хрома и некоторые другие вещества. Их полный перечень приведён в уроке 6, а их свойства рассмотрены в уроке 16.
Солями называют электролиты, при диссоциации которых образуются катионы металлов (а также катион аммония NH 4 +) и анионы кислотных остатков.
Химические свойства солей будут описаны в уроке 18.
Тренировочные задания
1. К электролитам средней силы относится
1) H 3 PO 4
2) H 2 SO 4
3) Na 2 SO 4
4) Na 3 PO 4
2. К сильным электролитам относится
1) KNO 3
2) BaSO 4
4) H 3 PO 4
3) H 2 S
3. Сульфат-ион в значительном количестве образуется при диссоциации в водном растворе вещества, формула которого
1) BaSO 4
2) PbSO 4
3) SrSO 4
4) K 2 SO 4
4. При разбавлении раствора электролита степень диссоциации
1) остается неизменной
2) понижается
3) повышается
5. Степень диссоциации при нагревании раствора слабого электролита
1) остается неизменной
2) понижается
3) повышается
4) с начала повышается, потом понижается
6. Только сильные электролиты перечислены в ряду:
1) H 3 PO 4 , K 2 SO 4 , KOH
2) NaOH, HNO 3 , Ba(NO 3) 2
3) K 3 PO 4 , HNO 2 , Ca(OH) 2
4) Na 2 SiO 3 , BaSO 4 , KCl
7. Водные растворы глюкозы и сульфата калия соответственно являются:
1) с ильным и слабым электролитом
2) неэлектролитом и сильным электролитом
3) слабым и сильным электролитом
4) слабым электролитом и неэлектролитом
8. Степень диссоциации электролитов средней силы
1) больше 0,6
2) больше 0,3
3) лежит в пределах 0,03-0,3
4) менее 0,03
9. Степень диссоциации сильных электролитов
1) больше 0,6
2) больше 0,3
3) лежит в пределах 0,03-0,3
4) менее 0,03
10. Степень диссоциации слабых электролитов
1) больше 0,6
2) больше 0,3
3) лежит в пределах 0,03-0,3
4) менее 0,03
11. Электролитами являются оба вещества:
1) фосфорная кислота и глюкоза
2) хлорид натрия и сульфат натрия
3) фруктоза и хлорид калия
4) ацетон и сульфат натрия
12. В водном растворе фосфорной кислоты H 3 PO 4 наименьшая концентрация частиц
1) H 3 PO 4
2) H 2 PO 4 –
3) HPO 4 2–
4) PO 4 3–
13. Электролиты расположены в порядке увеличения степени диссоциации в ряду
1) HNO 2 , HNO 3 , H 2 SO 3
2) H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , HNO 2
3) HCl, HBr, H 2 O
14. Электролиты расположены в порядке уменьшения степени диссоциации в ряду
1) HNO 2 , H 3 PO 4 , H 2 SO 3
2) HNO 3 , H 2 SO 4 , HCl
3) HCl, H 3 PO 4 , H 2 O
4) CH 3 COOH, H 3 PO 4 , Na 2 SO 4
15. Практически необратимо диссоциирует в водном растворе
1) уксусная кислота
2) бромоводородная кислота
3) фосфорная кислота
4) гидроксид кальция
16. Электролитом, более сильным по сравнению с азотистой кислотой, будет
1) уксусная кислота
2) сернистая кислота
3) фосфорная кислота
4) гидроксид натрия
17. Ступенчатая диссоциация характерна для
1) фосфорной кислоты
2) соляной кислоты
3) гидроксида натрия
4) нитрата натрия
18. Только слабые электролиты представлены в ряду
1) сульфат натрия и азотная кислота
2) уксусная кислота, сероводородная кислота
3) сульфат натрия, глюкоза
4) хлорид натрия, ацетон
19. Каждое из двух веществ является сильным электролитом
1) нитрат кальция, фосфат натрия
2) азотная кислота, азотистая кислота
3) гидроксид бария, сернистая кислота
4) уксусная кислота, фосфат калия
20. Оба вещества являются электролитами средней силы
1) гидроксид натрия, хлорид калия
2) фосфорная кислота, азотистая кислота
3) хлорид натрия, уксусная кислота
4) глюкоза, ацетат калия
В волшебном мире химии возможно любое превращение. Например, можно получить безопасное вещество, которым часто пользуются в быту, из нескольких опасных. Подобное взаимодействие элементов, в результате которого получается однородная система, в которой все вещества, вступающие в реакцию, распадаются на молекулы, атомы и ионы, называется растворимость. Для того чтобы разобраться с механизмом взаимодействия веществ, стоит обратить внимание на таблицу растворимости .
Таблица, в которой показана степень растворимости, является одним из пособий для изучения химии. Те, кто постигают науку, не всегда могут запомнить, как определённые вещества растворяются, поэтому под рукой всегда следует иметь таблицу.
Она помогает при решении химических уравнений, где участвуют ионные реакции. Если результатом будет получение нерастворимого вещества, то реакция возможна. Существует несколько вариантов:
- Вещество хорошо растворяется;
- Малорастворимо;
- Практически не растворяется;
- Нерастворимо;
- Гидрализуется и не существует в контакте с водой;
- Не существует.
Электролиты
Это растворы или сплавы, проводящие электрический ток. Электропроводность их объясняется мобильностью ионов. Электролиты можно поделить на 2 группы :
- Сильные. Растворяются полностью, независимо от степени концентрации раствора.
- Слабые. Диссоциация проходит частично, зависит от концентрации. Уменьшается при большой концентрации.
Во время растворения электролиты диссоциируют на имеющие разный заряд ионы: положительные и отрицательные. При воздействии тока положительные ионы направляются в сторону катода, тогда как отрицательные в сторону анода. Катод – положительный заряд, анод – отрицательный. В итоге происходит движение ионов.
Одновременно с диссоциацией проходит противоположный процесс – соединение ионов в молекулы. Кислоты – это такие электролиты, при распаде которых образуется катион – ион водорода. Основания – анионы – это гидроксид ионы. Щелочи – это основания, которые растворяются в воде. Электролиты, которые способны образовывать и катионы и анионы, называются амфотерными.
Ионы
Это такая частица, в которой больше протонов или электронов, он будет называться анион или катион, в зависимости от того, чего больше: протонов или электронов. В качестве самостоятельных частиц они встречаются во многих агрегатных состояниях: газах, жидкостях, кристаллах и в плазме. Понятие и название ввёл в обиход Майкл Фарадей в 1834 году. Он изучал воздействие электричества на растворы кислот, щелочей и солей.
Простые ионы несут на себе ядро и электроны. Ядро составляет почти всю атомную массу и состоит из протонов и нейтронов. Количество протонов совпадает с порядковым номером атома в периодической системе и зарядом ядра. Ион не имеет определённых границ из-за волнового движения электронов, поэтому невозможно измерить их размеры.
Отрыв электрона от атома требует, в свою очередь, затрат энергии. Она называется энергия ионизации. Когда присоединяется электрон, происходит выделение энергии.
Катионы
Это частицы, носящие положительный заряд. Могут иметь разную величину заряда, например: Са2+ – двузарядный катион, Na+ – однозарядный катион. Мигрируют к отрицательному катоду в электрическом поле.
Анионы
Это элементы, имеющие отрицательный заряд. А также обладает различным количеством величины зарядов, например, CL- – однозарядный ион, SO42- – двухзарядный ион. Такие элементы входят в состав веществ, обладающих ионной кристаллической решёткой, в поваренной соли и многих органических соединениях.
- Натрий . Щелочной металл. Отдав один электрон, находящийся на внешнем энергетическом уровне, атом превратится в положительный катион.
- Хлор . Атом этого элемента принимает на последний энергетический уровень один электрон, он превратится в отрицательный хлорид анион.
- Поваренная соль . Атом натрия отдаёт электрон хлору, вследствие этого в кристаллической решётке катион натрия окружён шестью анионами хлора и наоборот. В результате такой реакции образуется катион натрия и анион хлора. Благодаря взаимному притяжению формируется хлорид натрия. Между ними образуется прочная ионная связь. Соли – это кристаллические соединения с ионной связью.
- Кислотный остаток . Это отрицательно заряженный ион, находящийся в сложном неорганическом соединении. Он встречается в формулах кислот и солей, стоит обычно после катиона. Практически для всех таких остатков есть своя кислота, например, SO4 – от серной кислоты. Кислот некоторых остатков не существует, и их записывают формально, но они образуют соли: фосфит ион.
Химия – наука, где возможно творить практически любые чудеса.
Классификация катионов и анионов.
Методы анализа.
Аналитическая химия – наука об определении химического состава вещества.
Аналитическая химия и ее методы широко применяются на предприятиях общественного питания и пищевой промышленности для осуществления контроля качества сырья, полуфабрикатов, готовой продукции; определения сроков реализации и условий хранения продукции.
В аналитической химии различают количественный и качественный анализ. Задача количественного анализа - определение относительного количества элементов в соединениях или химических соединений в смесях; задача качественного анализа - обнаружить присутствие элементов в соединениях или химических соединений в смесях.
История развития аналитической химии.
Изначально с помощью качественного анализа определяли свойства некоторых минералов. Количественный анализ применялся в пробирном деле (определение благородных металлов) - Древняя Греция, Египет. В 9-10веке методы пробирного дела применялись для определения благородных металлов в Киевской Руси.
Аналитическая химия как наука начинает развиваться с середины 17 века.
Впервые основы качественного анализа изложил английский ученый Р.Бойль, он же ввел термин «химический анализ». Р.Бойль считается родоначальником научной аналитической химии.
Законы количественного анализа изложил Ломоносов в середине 17 века. Ломоносов впервые начал применять взвешивание исходных веществ и продуктов реакции.
К середине ХIХ века оформились титриметрические и гравиметрические методы анализа, методы газового анализа.
Первый учебник по аналитической химии появился в России в 1871 г. Автор этого учебника – русский химик Н.А. Меншуткин.
Во второй половине ХХ века появилось много новых методов анализа: рентгеновские, масс-спектральные и т.д.
Классификация методов анализа, применяемых в аналитической химии.
Аналитическая химия включает два основных раздела: количественный анализ и качественный анализ.
Методы качественного анализа:
Ø Химические
Ø Физико-химические
Ø Физические
Ø «сухим» путем
Ø «мокрым» путем
«Сухой» путь – химические реакции, которые идут при накаливании, сплавлении, окрашивании пламени.
Пример : окрашивание пламени катионами металлов (натрий – желтый, калий – розово-фиолетовый, кальций – оранжево-красный, медь – зеленый и т.д.), которые образуются при электролитической диссоциации солей:
NaCl → Na + + Cl -
K 2 CO 3 → 2K + + CO 3 2-
«Мокрый» путь – химические реакции в растворах электролитов.
Также в качественном анализе в зависимости от количества исследуемого вещества, объема раствора, техники выполнения различают:
1) макрометод: сравнительно большие навески (0,1 г и более) или большие объемы растворов (10 мл и более) исследуемого вещества. Этот метод наиболее удобен в определении.
2) микрометод: навески от 10 до 50 мг и объемы раствора до нескольких мл.
3) полумикрометод: навески 1-10 мг и объемы раствора около 0,1 – 1 мл.
Микрометод и полумикрометод обладают двумя несомненными достоинствами:
1. Большая скорость выполнения анализа
2. Небольшое требуемое количество анализируемого вещества.
Физико-химические методы анализа:
Ø колориметрические (сравнение окраски двух растворов)
Ø нефелометрические (помутнение исследуемого раствора от действия каких-то реагентов)
Ø электрохимические (момент окончания реакции определяют по изменению электропроводности раствора, потенциала электродов в исследуемом растворе)
Ø рефрактометрические (определяют показатель преломления)
Физические методы анализа:
Ø спектральный анализ (изучение спектров излучения или поглощения)
Ø люминесцентный (изучение характера свечения вещества под действием УФ)
Ø масс-спектрометрический
Ø рефрактометрический
Для обнаружения ионов в растворах в аналитической химии используют аналитические реакции.
Аналитическая реакция – химическое превращение, при котором исследуемое вещество переводят в новое соединение с характерным признаком.
Признаки аналитической реакции:
Ø Выпадение осадка
Ø Растворение осадка
Ø Изменение цвета
Ø Выделение газообразного вещества
Условия аналитической реакции:
Ø Быстрое протекание
Ø Специфичность
Ø Чувствительность
Чувствительная реакция – реакция, при помощи которой можно обнаружить наименьшее количество вещества из наименьшего количества раствора.
Чувствительная реакция характеризуется:
1. Открываемым минимумом (наименьшее количество вещества, которое может быть обнаружено данной реакцией)
2. Минимальной концентрацией (отношение массы определяемого вещества к массе или объему растворителя).
Специфичной называется реакция, при помощи которой можно открыть ион в присутствии других ионов по специфичному изменению цвета, образованию характерного осадка, выделению газа и т.д.
Пример: ион бария обнаруживают хроматом калия К 2 СгО 4 (выпадает ярко-желтый осадок).
На специфичных реакциях основан анализ, называемый дробным . С помощью дробного анализа можно открывать ионы в любой последовательности, используя специфичные реакции.
Однако специфичных реакций известно мало, чаще реактивы взаимодействуют с несколькими ионами. Такие реакции и реактивы называются общими . В этом случае применяют систематический анализ. Систематический анализ - определенная последовательность обнаружения ионов, находящихся в смеси. Ионы, составляющие смесь, разделяют на отдельные группы, из этих групп каждый ион выделяют в строго определенной последовательности, а затем открывают этот ион наиболее характерной реакцией. Реакции, характерные для одного иона, называются частными .
Классификация катионов и анионов.
В основу классификации ионов в аналитической химии положено различие в растворимости образуемых ими солей и гидроксидов.
Аналитическая группа – группа катионов или анионов, которая с каким-то одним реактивом дает сходные аналитические реакции.
Классификации катионов:
Ø сульфидная, или сероводородная,– является классической, разработал Меншуткин Н.А.;
Ø кислотно-основная и т.д.
Сульфидная классификации катионов основана на отношении катионов к сульфид-иону:
1) Катионы, осаждаемые сульфид-ионом
2) Катионы, не осаждаемые сульфид-ионом.
Каждая группа имеет свойгрупповой реактив – реактив, используемый для открытия одной группы ионов и образующий осадок с ионами данной группы (Ва 2+ + SО 4 2- → ВаSО 4 ↓)
Определение катионов проводят систематическим анализом .
Катионы и анионы выполняют в организме важные функции, например:
Ответственны за осмоляльность жидкости тела,
Образуют биоэлектрический мембранный потенциал,
Катализируют процесс обмена веществ,
Определяют действительную реакцию (рН) жидкости тела,
Стабилизируют определенные ткани (костную ткань),
Служат в качестве энергетического депо (фосфаты),
Участвуют в свертывающей системе крови.
В организме человека массой 70 кг содержится приблизительно 100 г натрия (60 мэкв/кг), 67% его активно обменивается (Geigy). Половина натрия организма находится во внеклеточном пространстве. Треть располагается в костях и хрящах. Содержание натрия в клетках мало (см. также рис. 6).
Концентрация в плазме: 142(137-147) мэкв/л
Основная роль
Основная ответственность за осмоляльность внеклеточного пространства. 92% всех катионов и 46% всех внеклеточных осмотически активных частиц составляют ионы натрия.
Концентрация натрия может определять осмоляльность плазмы, за исключением таких патологических процессов, как сахарный диабет, уремия (см. 1.1.2).
Величина внеклеточного пространства зависит от содержания натрия.
При бессолевых диетах или применении салуретиков внеклеточное пространство уменьшается; оно увеличивается при усиленном введении натрия.
Влияние на внутриклеточное пространство через содержание натрия в плазме. При повышении внеклеточной осмоляльности, например при введении гипертонического раствора поваренной соли, вода выводится из клеток, при снижении осмоляльности плазмы, например при потере соли, клетки обводняются.
Участие в создании биоэлектрического мембранного потенциала. Калий
В организме человека массой 70 кг содержится приблизительно 150 г калия (54 мэкв/кг), 90% его активно участвует в обмене (Geigy); 98% калия организма находится в клетках и 2% - внеклеточно (Fleischer, Frohlich). В мускулатуре определяется 70% общего содержания калия (Black).
Концентрация калия не во всех клетках одинакова. Мышечные клетки содержат 160 мэкв калия/кг воды (Geigy), эритроциты располагают только 87 мэкв/кг эритроцитной массы (Burck, 1970).
Концентрация калия в плазме: 4,5 (3,8-4,7) мэкв 1 л.
Основная роль
Участвует в утилизации углеводов;
Необходим для синтеза белков; при расщеплении белков калий
освобождается; при синтезе связывается (соотношение: 1 г азота приблизительно на 3 мэкв калия);
Оказывает важное влияние на нервно-мышечное возбуждение.
Каждая клетка мышц и нервное волокно в состоянии покоя представляют собой калиевую батарею, заряд которой в значительной степени определяется соотношением концентраций калия внутри и вне клеток. Процесс возбуждения связан с активным включением внеклеточных ионов натрия во внутренние волокна и медленным выходам внутриклеточного калия из волокон.
Препараты обусловливают вывод внутриклеточного калия. Состояния, связанные с низким содержанием калия, сопровождаются выраженным действием препаратов дигиталиса. При хроническом недостатке калия нарушается тубулярная реабсорбция (Nizet).
Калий участвует в деятельности мышц, сердца, нервной системы, почек, каждой клетки.
Особенности
Большой практический интерес представляет собой взаимосвязь между концентрацией калия в плазме и содержанием калия внутри клетки. Существует принцип, что при уравновешенном обмене веществ содержание калия в плазме определяет его общее содержание во всем организме. На это соотношение влияют:
Значение рН внеклеточной жидкости,
Энергия обмена веществ в клетке,
Функция почек.
Влияние значения рН на концентрацию калия в плазме
При нормальном содержании калия в организме снижение рН увеличивает количество калия в плазме, (повышение рН - уменьшает. Пример: рН 7,3, ацидемия - концентрация калия в плазме 4,8 мэкв/л рН 7,4, норма - концентрация калия в плазме 4,5 мэкв/л рН 7,5, алкалиемия-концентрация калия в плазме 4,2 мэкв/л (Значения рассчитаны по данным Siggaard- Andersen, 1965.) Ацидемии соответствует небольшое по сравнению с нормой повышение концентрации калия в плазме. Иначе говоря, значение 4,5 мэкв/л плазмы указывает при ацидемии на внутриклеточный дефицит калия. Наоборот, при алкалиемии в случае нормального содержания калия нужно ожидать пониженного содержания его в плазме. Зная кислотно-щелочное состояние, можно лучше оценить количество калия в плазме:
Ацидемия →[К]плазма - повышение Алкалиемия→ [К]плазма - снижение
Эти зависимости, выявленные в эксперименте, не всегда клинически доказуемы, так как одновременно развиваются: дальнейшие процессы, влияющие на количество калия в плазме, вследствие чего нивелируется воздействие одного процесса (Heine, Quoss, Guttler).
Влияние энергии обмена веществ клетки на концентрацию калия в плазме
Усиленный отток клеточного калия во внеклеточное пространство происходит, например, при:
Недостаточном снабжении тканей кислородом (шок),
Усиленном разрушении белков (катаболическое состояние).
Сниженной утилизации углеводов (диабет),
Клеточной дегидратации.
Интенсивный приток калия в клетки наблюдается, например, при:
Улучшенной утилизации глюкозы под действием инсулина,
Усиленном синтезе белков (рост, введение анаболических стероидов, репарационная фаза после операции, травма),
Клеточной регидратации.
Разрушающие процессы →[К]плазмы - повышение Восстанавливающие процессы →[К]плазмы - снижение
Ионы натрия, введенные в большом количестве, повышают обмен клеточного калия и способствуют повышенному выведению калия через почки (особенно если ионы натрия связаны не с ионами хлора, а с легко метаболизируемыми анионами, например цитратом). Концентрация калия в плазме вследствие излишка натрия снижается в результате увеличения внеклеточного пространства. Снижение натрия ведет к уменьшению внеклеточного пространства и повышению концентрации калия в плазме:
Излишек натрия→ [К] плазма - снижение Недостаток натрия→[К] плазма - повышение
Влияние почек на концентрацию калия в плазме
Почки меньше влияют на сохранение содержания калия, чем натрия. При недостатке калия почки удерживают его вначале с трудом, поэтому потери могут превышать введение. Наоборот, при передозировке калий довольно легко удаляется током мочи. При олигурии и анурии повышается количество калия в плазме.
Олигурия, анурия→ [К] плазма - повышение
Таким образом, внеклеточная (плазменная) концентрацш калия является результатом динамического равновесия между:
Введением;
Способностью клеток к удержанию в зависимости от значения рН и состоянием обмена веществ (анаболизм - катаболизм);
Ренальным выведением калия в зависимости от:
· кислотно-щелочного состояния,
· тока мочи,
· альдостерона;
Внепочечной потерей калия, например, в желудочно-кишечном тракте. Кальций
У взрослого человека массой 70 кг содержится приблизительно 1000- 1500 г кальция -от 50000 до 75000 мэкв (1,4-2% массы тела), 99% кальция находится в костях и зубах (Rapoport).
Концентрация в плазме: 5(4,5-5,5) мэкв/л с небольшими индивидуальными отклонениями (Rapoport).
Кальций в плазме распределен в трех фракциях, а именно 50-60% ионизировано и способно к диффузии, 35-50% связано с белками (не ионизировано и не способно к диффузии), 5-10% связано комплексной связью с органическими кислотами (лимонная кислота) - не ионизировано, но способно к диффузии (Geigy). Между отдельными фракциями кальция существует подвижное равновесие, которое зависит от рН. При ацидозах, например, степень диссоциации, а, следовательно, и количество диссоциированного кальция возрастают (замедляет явления тетании при ацидозе).
Биологически активны только ионы кальция. Точные данные, позволяющие определить состояние обмена кальция, получают только путем измерения количества ионизированного кальция (Pfoedte, Ponsold).
Основная роль
Составная часть костей. Кальций в костях находится в виде нерастворимого структурного минерала, главным образом фосфата кальция (гидроксилапатит).
Влияние на возбудимость нервов и мышц. Ионы кальция посредничают в биоэлектрическом феномене между поверхностью волокон и контрактильными реакциями внутри волокон.
Влияние на проницаемость мембран.
Вклад в свертывающую систему крови.
Особенности
На абсорбцию кальция в кишечнике влияет состав пищи. Так, абсорбции кальция способствуют лимонная кислота и витамин D, а препятствуют органические кислоты, например оксалиновая кислота (шпинат, ревень), фитиновая кислота (хлеб, хлебные злаки), жирные кислоты (болезни желчного пузыря). Оптимальное соотношение кальция и фосфата (1.2.1) способствует абсорбции. В регуляции содержания кальция играют ведущую роль паратгормон, витамин D и кальцитонин.
В организме человека массой 70 кг находится 20-28 г магния (Hanze)-от 1600 до 2300 мэкв. Он определяется преимущественно в скелете (половина общего количества), меньше в почках, печени, щитовидной железе, мышцах и нервной системе (Simon). Магний наряду с калием является важнейшим катионом клеток животных и растений.
Концентрация в плазме: 1,6-2,3 мэкв/л (Hanze).
Приблизительно 55-60% магния плазмы ионизировано, 30% связано с белками и 15% - с комплексными соединениями (Geigy).
Основная роль
Значение для многочисленных процессов, управляемых ферментами
(регенерация клеток, утилизация кислорода и выделение энергии; Simon). Магний важен для гликолиза, различных ступеней цитратного цикла, окислительного фосфорилирования, активации фосфатов, нуклеаз, различных пептидаз (Hanze).
Тормозит перенос нервного возбуждения в конечную точку (подобно кураре; антагонист - ионы кальция), следствием чего является понижение нервно-мышечного возбуждения.
Депрессивное влияние на центральную нервную систему.
Уменьшение сократительной способности гладкой мускулатуры и миокарда.
Подавление возбуждения в синусовом узле и нарушение атриовентрикулярной проводимости (при очень высоких дозах остановка сердца в диастоле).
Расширение сосудов.
Содействие фибринолизу (Hackethal, Bierstedt).
Особенности
Наряду с абсорбцией и выделением через почки в регуляции содержания магния в организме участвует еще не до конца изученный гормон поджелудочной железы. Дефицит магния приводит к выведению ионов магния и кальция из костей. Абсорбцию понижает пища, богатая белками и кальцием, а также алкоголь (Simon).
В организме человека массой 70 кг содержится приблизительно 100 г хлора - 2800 мэкв (Rapoport). Концентрация в плазме: 103 (97-108) мэкв/л
Основная роль
Хлор - важнейшая часть анионов плазмы.
Ионы хлора участвуют в образовании мембранного потенциала.
Гидрокарбонат
Гидрокарбонат относится к изменяемой части ионов. Изменения в содержании анионов уравновешиваются благодаря гидрокарбонату. Система гидрокарбонат - угольная кислота является важнейшей внеклеточной буферной системой. Значение рН внеклеточного пространства можно рассчитать по отношению гидрокарбоната к угольной кислоте (дальнейшее рассуждение см. 1.3).
В теле взрослого человека содержится 500-800 г фосфата (1% массы тела). 88% находятся в скелете (Grossmann), остальная часть располагается внутриклеточно и лишь небольшая его часть - во внеклеточном пространстве (Rapoport).
Фосфат может быть как органическим (в качестве составной части фосфопротеинов, нуклеиновых кислот, фосфатидов, коферментов - Rapoport), так и неорганическим. Приблизительно 12% фосфатов плазмы связано с белками .
Концентрация в плазме (неорганический фосфор): 1,4- 2,6мэкв/л.
Основная роль
Вместе с кальцием образует нерастворимый гидроксилапатит (опорная функция костей).
Участие в метаболизме углеводов, а также в хранении и переносе энергии (АТФ, креатинфосфат).
Буферное действие.
Особенности
Фосфор находится во всех продуктах питания. Абсорбция стимулируется витамином D и цитратом, задерживается некоторыми металлами (например, алюминием), цианидами, а также повышенным введением кальция. Фосфаты, выделяемые мочой, действуют в качестве буфера.
Концентрация в плазме (неорганического сульфата) :0,65 мэкв/л
Сульфат образуется из серосодержащих аминокислот (например, цистеин, метионин) и выводится через почки.
При почечной недостаточности концентрация сульфатов в плазме повышается в 15-20 раз.
Органические кислотные радикалы
Лактат (молочная кислота).
Пируват (пировиноградная кислота).
Бета-гидроксибутират (бета-гидроксимасляная кислота).
Ацетоацетат (ацетоуксусная кислота).
Сукцинат (янтарная кислота).
Цитрат (лимонная кислота).
Концентрация в плазме: 6 мэкв/л (Geigy)
Молочная кислота является промежуточным продуктом в процессе обмена углеводов. При снижении уровня кислорода (шок, сердечная недостаточность) концентрация молочной кислоты повышается.
Ацетоуксусная кислота и бета-гидроксимасляная кислота (кетоновые тела) появляются при снижении количества углеводов (голод, пост), а также при нарушении утилизации углеводов (диабет) (см. 3.10.3).
Молекулы белков при рН крови 7,4 существуют главным образом в виде анионов (16 мэкв/л плазмы).
Основная роль
Жизнь связана с белками, отсюда без белков нет жизни Белки
Являются основной составной частью клеточных и межтканевых структур;
Ускоряют в качестве ферментов процессы обмена веществ;
Образуют межклеточное вещество кожи, костей и хрящей;
Обеспечивают деятельность мускулатуры благодаря контрактильным свойствам определенных белков;
Определяют коллоидно-осмотическое давление и тем самым водозадерживающую способность плазмы (1 г альбумина связывает 16 г воды);
Являются защитными веществами (антитела) и гормонами (например, инсулин);
Транспортируют вещества (кислород, жирные кислоты, гормоны, лекарственные вещества и др.);
Действуют в качестве буфера;
Участвуют в свертывании крови.
Это перечисление уже показывает основополагающее значение белков.
Особую нагрузку испытывает белковый баланс в состоянии стресса (см. также 3.8.2.1).
Указания для клинициста
Определяя состояние белков, обычно привлекают следующие параметры:
Клиническую оценку состояния пациента (похудание и пр.);
Концентрацию общего белка и альбумина в плазме;
Концентрацию трансферрина;
Состояние иммунитета (например, кожный тест, исследование с помощью БЦЖ и др., определение числа лимфоцитов и др.).
Чувствительный показатель состояния белкового питания, каковым является концентрация альбумина в плазме, представляет величину зкстраваскулярного запаса альбумина, измеряемого с помощью меченого альбумина. Экстраваскулярный, межтканевый альбумин можно рассматривать как белковый резерв. Он повышается при отличном питании и снижается при дефиците белков без изменения концентрации альбумина в плазме (Kudlicka и соавт.).
Внутрисосудистый запас альбумина составляет 120 г, межтканевый - от 60 до 400 г, у взрослых в среднем 200 г. При падении концентрации альбумина в плазме ниже предельной границы нормы значительно истощаются в первую очередь межтканевые запасы альбумина (Kudlicka, Kudlickova), что видно из табл. 2 и 3. У 46 больных, оперированных по поводу хронических гастродуоденальных язв, Studley установил корреляцию послеоперационной летальности с предоперационным похуданием (см. табл.3).
Таблица 2
Летальность в зависимости от концентрации сывороточного альбумина на клиническом материале терапевтических больных (Wuhmann, Marki)