Блог

Вода – один из столпов, на которых зиждется жизнь на нашей планете. Ее качество ухудшается с каждым годом, несмотря на все усилия экологических организаций и принимаемые на международном уровне законы.

Ионный показатель воды является важным фактором, определяющим, как именно жидкость будет участвовать в процессах внутри организма. Он влияет на внутриклеточные реакции, и употребление воды с его несоответствующим среднестатистическим значением имеет достаточно много клинических проявлений.

Более подробно об ионном показателе воды и его влиянии на человеческий организм читайте в нашем материале.

Практическое значение ионного показателя воды

Тело здорового взрослого человека на 60 % состоит из воды, 40 % – это сухой остаток, а именно 18 % белки, 16 % жиры, 1 % углеводы и 5 % минеральные соли.

Вода – это универсальный биологический растворитель. Лишь в водной среде протекают сложнейшие биохимические процессы в живом организме. Вода переносит полезные вещества по клеткам тела, участвует в выведении продуктов обмена веществ. Также вода выступает в качестве основного пластического материала, который обеспечивает поддержание оптимальной температуры тела.

Объем жидкости в человеческом теле в среднем равен 50-83 % от общей массы. Процентное соотношение зависит от возраста, пола и комплекции. В организме младенца содержится больше всего воды – 83 %. С годами количество жидкости в теле заметно снижается, этот показатель у мужчин может быть равен 60 %, у женщин 50 %. При этом у пожилых людей содержание жидкости составляет всего 40-45 % от общей массы тела.

По сравнению с внеклеточной водой, клеточная жидкость – это часть цитоплазмы, поэтому ее электролитный состав имеет отличия.

Несмотря на то что вода – это слабый электролит, она диссоциирует. При этом равновесие данной химической реакции смещено влево. Чтобы определить константу диссоциации воды, используют следующую формулу:

Расшифровывается она следующим образом:

[H⁺] — концентрация протонов (ионов водорода);

[OH⁻] — концентрация гидроксид-ионов;

[H₂O] — концентрация воды в молекулярной форме в воде.

Последний показатель является постоянной величиной, так как степень диссоциации небольшая. Так, концентрация воды в воде обычно равна (1000 г/л)/(18 г/моль) = 55,56 моль/л.

Если температура составляет 25 градусов Цельсия, константа диссоциации воды будет равна 1,8·10⁻¹⁶ моль/л. Вычислим произведение [H⁺]·[OH⁻]: K·[H₂O] = Kв = 1,8·10⁻¹⁶ моль/л·55,56 моль/л = 10⁻¹⁴ моль²/л²

Чтобы найти константу Kв, необходимо перемножить концентрацию протонов и гидроксид-ионов, полученное значение называют ионным произведением воды. Этот показатель постоянный как для чистой воды, так и для водных растворов. Если повысить температуру, диссоциация воды также увеличится, в результате возрастает Кв. При понижении температуры происходят обратные процессы.

На практике значение ионного произведения воды используется очень широко. Так, зная кислотность (щелочность) раствора, когда концентрация [H⁺] или [OH⁻] известна, можно определить, соответственно, содержание [OH⁻] или [H⁺].

Однако чаще всего для удобства представления берут не абсолютную концентрацию, а значения, равные их десятичным логарифмам с обратным знаком, то есть водородный показатель (pH) и гидроксильный показатель (pOH).

Поскольку Kв – это константа, если добавить к раствору кислоты (ионов H⁺), концентрация гидроксид-ионов OH⁻ начнет снижаться и наоборот. Если среда нейтральная: [H⁺] = [OH⁻] = 10⁻⁷ моль/л. При других значениях раствор будет щелочным либо кислым. При этом щелочная жидкость имеет следующие параметры:

• концентрация [OH⁻] > 10⁻⁷моль/л;

• концентрация [H⁺] < 10⁻⁷моль/л.

В кислотной жидкости концентрации ионов будут следующими:

• [H⁺] > 10⁻⁷моль/л;

• [OH⁻] < 10⁻⁷моль/л.

Расчет ионного показателя воды

Чтобы определить ионный показатель воды, используют не истинные концентрации водородных и гидроксидных ионов, но их логарифмы, которые взяты с обратным знаком. Данные величины являются ионными показателями, их обозначают рН и рОН соответственно.

В результате получаем следующее: водородный показатель рН = -lg[H⁺], гидроксидный показатель рОН = −lg[OH^-].

Ионное произведение воды Кв (Кw), как было рассмотрено выше, равняется 10^-14: [H⁺]·[OH^-] = 10^-14.

После того как данное выражение будет прологарифмировано, получаем: lg[H⁺] + lg[OH^-] = -14.

Далее берем эти величины с обратным знаком: -lg[H⁺] + -lg[OH^-] = 14, или рН + рОН = 14.

Используя последнее уравнение и зная рН, получится определить рОН (и наоборот).

#TEN_PRODUCTS#

К примеру, в растворе значение рН равно 5, это значит, что рОН равно 14 - 5 = 9.

То, насколько раствор кислый, можно охарактеризовать количественно через значение рН:

• нейтральная кислотность – значение рН равно 7;

• кислый раствор – рН менее 7;

• щелочной раствор – рН более 7.

Понятно, что чем меньше уровень рН, тем более кислым будет раствор. И, наоборот, когда значение рН возрастает, раствор становится щелочным.

Узнав рН растворов, получится провести сравнение их кислотности. К примеру, если рН равен 3, реакция раствора будет более кислой, чем при рН 5.

Однако в первой ситуации концентрация ионов [H⁺] = 1 · 10^-3, а во второй − 1· 10^-5, то есть в 100 раз меньше, чем в первой.

Когда рН = 11, раствор будет более щелочной, чем при рН = 9. В первом растворе рОН равно 14 - 11 = 3 и концентрация [OH^-] равно 10^-3, а во втором растворе рОН = 14 – 9 = 5 и концентрация [OH^-] = 10^-5. То есть концентрация гидроксид-ионов в первой ситуации будет в 100 раз больше, чем во втором случае, а раствор более щелочной.

То, как будут протекать биохимические процессы, зависит от ионного показателя. К примеру, этот параметр у крови млекопитающих постоянный, у человека кислотность крови может быть чуть больше или чуть меньше значения 7,4.

Характеристики природной воды определяются также значением рН, этот параметр будет отличаться для естественных водоемов. В воде океанов рН практически не меняется и составляет 8,1-8,3.

В лабораториях специалисты постоянно работают со всевозможными растворами. Чтобы они имели требуемое значение рН, подготавливаются специальные буферные растворы. У них кислотность почти не меняется после разведения и добавления малого количества кислот либо щелочей.

Буферные растворы могут состоять из смеси следующих веществ:

• слабой кислоты и соли этой кислоты и сильного основания, к примеру CH₃COOH + CH₃COONa;

• слабого основания и соли этого основания и сильной кислоты, к примеру NH₄OH + NH₄Cl;

• кислых солей разной основности, к примеру NaH₂PO₄и Na₂HPO₄.

Помимо вышеперечисленных, есть также белковые и аминокислотные типы смесей для буферных растворов.

Чем объясняется тот факт, что в таких растворах ионный показатель практически не меняется? Дело в том, что компоненты смеси связывают ионы Н⁺ и ОН^- кислот и оснований, которые вводятся в раствор. Понятно, что такая возможность является ограниченной. То есть буферный раствор не будет менять кислотность, только если добавить строго определенное количество кислоты и щелочи. Этот параметр характеризует буферную емкость смеси.

Буферная емкость показывает, какое количество кислоты и щелочи можно добавить к 1000 мл смеси, чтобы кислотность раствора изменилась на единицу.

Так, в человеческой крови есть 3 вида буферных систем: фосфатная, гидрокарбонатная, белковая. Когда в крови наблюдается переизбыток ионов Н⁺, он связывается одним из компонентов определенной буферной системы. За счет этого в теле обеспечивается постоянный показатель рН как крови, так и слюны, желчи, который равен 7,4, 7 и 8 соответственно.

Если меняется кислотность крови или желчи, значит, у человека есть проблемы со здоровьем. К примеру, при сахарном диабете кровь становится более кислая, начинается ацидоз. Когда есть почечная либо печеночная недостаточность, кислотность крови снижается, наблюдается алкалоз.

Клинические проявления нарушений водно-электролитного баланса

Резкое изменение кислотности жидкостей в человеческом теле может наблюдаться при заболеваниях брюшной полости, после проведенных операций на желудке, кишечнике, при ожогах, тяжелых хронических заболеваниях (со свищами), при сильных кровотечениях.

Чтобы доктор мог адекватно оценить дисгидрию, необходимо исследовать анамнез. Если у больного перед посещением врача была рвота, диарея, то специалист определит, что есть сильный водно-электролитный дисбаланс. Причем это станет понятно, даже если на первичном осмотре не наблюдается никаких признаков заболевания.

Жажда – наиболее явный признак того, что в организме наблюдается нехватка жидкости. Необходимо отличать истинную жажду от сухости слизистой ротовой полости. От последней можно избавиться, просто прополоскав рот. Если же вы испытываете настоящую жажду, такое действие не поможет. Причина кроется в том, что в межклеточной жидкости недостаточно солей и других необходимых веществ, которые влияют на осмолярность. Поэтому, чтобы избавиться от жажды, необходимо выпить большое количество воды.

В каких случаях возникает жажда? Когда человек сильно потеет, например, при лихорадке, из-за диареи, осмотического диуреза. Последнее состояние возникает при диабетической коме, когда уровень сахара в крови чрезвычайно высок, либо из-за приема мочевины, маннитола. Если пациент испытывает жажду, доктор сделает вывод, что осмолярность внеклеточной воды повышена. Следующий шаг – выяснить причину дефицита воды либо избытка осмотически значимых веществ: натрия, глюкозы, мочевины.

Сухость в подмышечных и паховых областях – это также признак того, что организму недостаточно жидкости, необходимо выпить не менее 1,5 л воды, чтобы восполнить дефицит.

Снижение тургора тканей и кожи – это указывает на снижение объема межклеточной жидкости. Такое состояние нормально для людей в преклонном возрасте. Однако если человек склонен к полноте, даже при недостатке влаги кожа будет эластичной.

Внешний вид языка указывает на то, достаточно ли в организме жидкости. Если все в порядке, на языке будет только одна ярко выраженная срединная продольная бороздка. Если есть дисгидрия, вы увидите вторую борозду, параллельную срединной.

Тонус глазных яблок – важный признак, на который также стоит обращать внимание. Если тонус снижен, это указывает на дегидратацию. Когда глазные яблоки напряжены, значит, есть переизбыток жидкости в организме, а именно в головном мозге.

Изменения артериального давления и пульса – данный симптом указывает на серьезные водные потери. Причина также может быть в уменьшении ОЦК, в этом случае у человека будет учащенное сердцебиение. Если у пациента недостаточный объем крови, помимо тахикардии, также будет наблюдаться снижение артериального давления. Когда дефицит ОЦК большой, давление падает существенно. Это значит, что дефицит ОЦК, превышающий как минимум 1 литр, приводит к гипотензии пациента в сидячем положении и 1,5 литра – в лежачем положении.

Состояние наполнения наружной яремной вены. Если человек здоров, в положении лежа, яремная вена будет располагаться на уровне края грудино-ключично-сосцевидной мышцы, при этом наполнение кровью хорошее, ее легко заметить под кожей. Изучив, насколько сильно наполнена яремная вена, можно судить о величине ЦВД. Если ЦВД повышено, значит, объем плазмы либо крови увеличен при сердечной недостаточности. ЦВД будет сниженным, если объем плазмы уменьшится.

Отеки возникают, когда объем межклеточной жидкости повышен из-за большого содержания соли в организме. Но этот показатель не является высокочувствительным, поэтому, даже если содержание Na⁺ будет больше нормы на 20-25 %, никакой отечности наблюдаться не будет. Объясняется это тем, что жидкость распределяется между сосудистым и тканевым пространствами благодаря высоким белковым градиентам между этими средами.

Когда баланс белков в норме, если надавить пальцем в область передней поверхности большеберцовой кости, образуется практически незаметная ямка. Это значит, что в теле человека есть переизбыток 400 ммоль Na⁺, то есть более 2,5 л солевого раствора.

Появление влажных хрипов в легких – данный признак означает, что в альвеолах скопилась жидкость из-за сердечной недостаточности. Следовательно, в организме наблюдается переизбыток воды.

Давление, измеряемое в полых венах или правом предсердии, другое его название – центральное венозное давление. Оно влияет на следующие гемодинамические функции: возврат крови в правое предсердие и сократительную функцию сердечной мышцы.

Когда пациент находится в тяжелом состоянии, с помощью современной техники проведения интенсивной терапии становится возможным сделать катетеризацию центральных вен и полостей сердца через пункцию периферических вен, подключичной и внутренней яремной вен. Это необходимо для перманентной регистрации и оценки ЦВД.

Значение ионного показателя воды требуется знать в разных отраслях науки, техники, в медицине и даже в быту. К примеру, важно определить уровень рН дождевой и речной воды. Если этот показатель резко меняется, значит, экологическая обстановка ухудшилась. Если вы занимаетесь выращиванием сельскохозяйственных растений, также нужно определить, насколько кислая или щелочная почва, поскольку от этого параметра зависит урожайность некоторых культур. Значение рН также влияет на нормальную жизнедеятельность организма животных и человека.