人体正常pH值的维持与失控_维生素是维持人体正常生理功能的

　　 许多化学反应（包括生物体内的化学反应）都要求在适宜而稳定的pH条件下进行。那么，溶液的pH如何控制？怎样使溶液的pH保持稳定呢？ 　　 一、缓冲溶液的定义 　　 能够抵抗外加少量酸、碱或稀释，而本身pH值不发生显著变化的作用称为缓冲作用。具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。
　　 二、缓冲溶液的组成
　　 缓冲溶液的组成是一对浓度大致相等的共轭酸碱对。如：
　　 弱酸及其盐：HAc-NaAc（HAc-Ac-）；
　　 弱碱及其盐：NH3・H2O-NH4Cl（NH3-NH+4）；
　　 多元弱酸酸式盐及其次级盐：NaH2PO2-Na2HPO4（H2PO-4-HPO2-4）、
　　NaHCO3-Na2CO3（HCO-3-CO2-3）。
　　 三、缓冲作用原理
　　 缓冲溶液为什么会具有缓冲作用呢？现以HAc-NaAc缓冲体系为例进行讨论。
　　 在含有HAc和NaAc的混合溶液中，NaAc完全电离，由于同离子效应，降低了HAc的电离度，这时[HAc]和[Ac-]都较大，而且溶液中存在HAc的电离平衡。
　　 在上述溶液中加入少量强酸时，H+便和溶液中的Ac-结合生成HAc，使电离平衡向左移动。达到新平衡时，H+离子浓度不会显著增加。
　　 如果在上述混合溶液中加入少量强碱，增加的OH-与溶液中的H+结合为水，这时HAc的电离平衡向右移动，以补充H+离子的减少。新平衡建立时，溶液中的H+离子浓度也几乎保持不变。
　　 显然，加入大量的酸、碱，溶液中的HAc或Ac-消耗将尽时，就不再具有缓冲能力了。所以缓冲溶液的缓冲能力是有限的。
　　 多元弱酸酸式盐及其次级盐、弱碱及其盐组成的缓冲溶液的缓冲作用，可用相似的理由加以说明。
　　 四、缓冲溶液的pH值
　　pH=pKa-lg■ pOH=pKb-lg■
　　 五、人体正常pH的维持与失控
　　 人体血液的pH为7.4，如果pH持续低于7.0或高于7.8不能及时调整，其结果是致命的。那么，人体正常pH是怎样来维持的？在什么条件下会失控呢？
　　 我们来看这样一个实验，把1 mL10.0 mol・L-1的盐酸加到pH为7.0的没有缓冲对的1 L生理盐水中，其pH值将会下降到2，改变5个单位；但是若把1 mL10.0 mol・L-1的盐酸加到pH为7.4的1 L血浆中，pH只降到7.2，下降0.2个pH单位。可见，人体血液中确实存在缓冲系统。
　　 研究证明，血液的主要缓冲系统是由碳酸-碳酸氢根（H2CO3-HCO-3）这一对共轭弱酸碱组成，存在如下平衡：
　　H2CO3?葑HCO-3+H+
　　 把一种强酸加入这个系统，就会增加H+的浓度，平衡将左移，形成更多的碳酸，碳酸不稳定，分解成二氧化碳和水。
　　H2CO3?葑CO2↑+H2O
　　形成的二氧化碳通过血液由肺部呼出。这样，缓冲系统阻止了pH的变化。各种因素都能引起血液中酸度的增加，如肺气肿引起的肺部换气不足，充血性心力衰竭和支气管炎、患糖尿病和食用低碳水化合物和高脂肪食物引起代谢酸的增加，摄食过多的酸等都会引起血液中氢离子的增加，然而身体首先通过加快呼吸的速度来排出多余的二氧化碳，其次是加速氢离子的排泄和延长肾里的 HCO-3的停留时间，后者导致酸性尿。由于血浆内的缓冲系统和机体的补偿功能的作用，而把血液中的pH恢复到正常水平。但若在严重腹泻时丧失碳酸氢盐过多，或因肾功能衰竭引起氢离子排泄的减少，缓冲系统和机体的补偿功能都不能有效地发挥功能而使血液的pH降至7.1或7.2，则引起酸中毒。
　　 血液中的碳酸―碳酸氢根缓冲系统也能防止额外的强碱进入而引起pH的变化，碱与氢离子反应生成水，降低了系统中的氢离子浓度，这时反应向右进行。
　　 在发高烧和气喘的换气过速，摄入过多的碱性物质和严重的呕吐等，都会引起血液碱性增加。身体的补偿机制则通过降低肺部二氧化碳的排出量和通过肾增加HCO-3的排泄来配合缓冲系统，使pH恢复到正常水平，这时因尿中的HCO-3浓度增高便产生碱性尿。若通过缓冲系统和补偿机制还不能阻止血液中pH的升高，当pH增加到7.5时，则为碱中毒。
　　 在细胞里起作用的缓冲系统主要是磷酸盐（H2PO-4-HPO2-4）缓冲系统。在pH等于7.2时，它的缓冲作用最大。
　　H2PO-4?葑H2PO2-4+H+
　　 给这个系统加入强酸时，反应向左进行，因此作为酸的H2PO-4浓度增大，大量的H2PO-4可能造成酸中毒。但身体会把多余的H2PO-4通过尿道排出体外。给这个系统加入强碱，碱与H+结合，反应向右进行，HPO2-4增加，大量的HPO2-4也可能造成碱中毒，但是如果肾功能正常，HPO2-4也会以Na2HPO4的形式从尿中排出。
　　 人体正常的代谢不断产生酸，每天平均产生10 mol至20 mol的碳酸。这些酸必须从细胞在中清除，输送到排泄器官，而又不能破坏血液的pH值。由于细胞和细胞外液中缓冲系统的作用，人体正常的pH值才能得以维持。
　　 人体器官组织细胞的一切生理功能和生化反应都需要在酸碱度（pH）恒定的体液中进行，这种体液pH的稳定现象就是“酸碱平衡”。健康人体的体液pH值在7.4在右（波动在7.35-7.45）。呈弱碱性。机体必须维持体液处于这种弱碱性状态，才能保证各种生理活动和物质代谢的正常运行。偏酸或过碱都是疾病状态。pH值高于7.45称为碱中毒，低于7.35称为酸中毒。碱中毒和酸中毒仅出现在患有代谢性疾病或其他严重疾病状态。
　　 人体是高度进化的生物体，自身通过多重调节功能，随时进行自动调节，保持体液酸碱度稳定在7.35-7.45。通过呼吸功能、肾脏排泄与再吸收功能，以及血液中的碳酸盐、磷酸盐、血红蛋白和血浆蛋白4个缓冲对，随时对pH值进行微调，确保机体的酸碱平衡。
　　 当体内的缓冲系统和补偿功能不能阻止pH值的变化而导致酸或碱中毒时，称为人体正常pH值的失控。
　　 （作者单位 太原师范学院化学系）