كيف يمكن أن يتأثر النظام البيولوجي بالتغير في مستويات الأس الهيدروجيني؟

يعد قياس الأس الهيدروجيني ، وهو اختصار لتركيز أيون الهيدروجين الجهد ، مفهومًا مهمًا في الكيمياء يقيس مستوى الحموضة في المحلول. نظرًا لأن الأنظمة البيولوجية تحتاج إلى توازن صحي بين العوامل التي تعمل فيها ، فإن أي تغييرات في مستوى الأس الهيدروجيني يمكن أن تعطل الأنظمة الحية.

في الكيمياء ، الحمض هو أي مركب يزيد من نشاط أيونات الهيدروجين (الهيدروجين بشحنة كهربائية) عند إذابته في الماء. غالبًا ما تثير الأحماض تفاعلات مع مركبات أخرى ، وهو ما نعرفه باسم الحموضة. من ناحية أخرى ، تزيد المركبات القاعدية أو القلوية من نشاط أيونات الهيدروكسيد (الأكسجين المرتبط بالهيدروجين) عند إذابته في الماء. يتم تصنيف الرقم الهيدروجيني للموضوع على مقياس مكون من 14 نقطة. يحتوي الماء النقي على درجة حموضة محايدة قريبة من 7.0 عند 77 درجة فهرنهايت. المحاليل الأقل من ذلك تكون حمضية ، في حين أن أي محاليل أكبر تكون قاعدية. يمثل كل رقم لاحق فرقًا بمقدار عشرة أضعاف عن الرقم السابق.

التوازن الحمضي القاعدي هو الوظيفة التي يتم من خلالها الحفاظ على مستويات الأس الهيدروجيني الطبيعية في الكائن الحي. تعمل العديد من العوامل الوقائية الهامة على تنظيم الاختلالات. في نظام تخزين البيكربونات ، على سبيل المثال ، يمكن دمج ثاني أكسيد الكربون مع الماء لتكوين حمض الكربونيك ، الذي ينفصل ليشكل أيون هيدروجين وبيكربونات. يمكن أن يحدث التفاعل العكسي إذا تم تحفيزه بواسطة إنزيم. قد يزيد هذا من الحموضة أو المستويات الأساسية حسب الحاجة من أجل الحفاظ على كمية ثاني أكسيد الكربون في الدورة الدموية ، تتغير وظائف الجهاز التنفسي بحيث يمكن الوصول إلى التوازن.

يجب أن يبقى الدم ضمن النطاق الدقيق من 7.35 إلى 7.45. يُعرف الحمض الزائد في الدم باسم الحماض ، وتعرف القاعدة الزائدة باسم القلاء. يمكن لأي انحراف في مستويات الرقم الهيدروجيني في الدم أن يغير الشحنة التي تبقي خلايا الدم الحمراء متباعدة ويغير وظيفة أو صحة الأعضاء والأنظمة الأخرى داخل الجسم. نظرًا لأن العظام غالبًا ما تستخدم كمصدر معدني للتخزين المؤقت لدرجة الحموضة ، على سبيل المثال ، فهي حساسة للتغيرات في مستويات درجة الحموضة في الدم. قد تغير الانحرافات كثافة العظام.

الاستخدام الشائع جدًا للحمض في الكائن الحي هو حمض المعدة في المعدة ، والذي يتكون في الغالب من حمض الهيدروكلوريك مع كلوريد البوتاسيوم وكلوريد الصوديوم. مستوى الأس الهيدروجيني هو 1 إلى 2. عند هضم الطعام يدخل المعدة ، تبدأ الأحماض في تكسير بنية البروتين ثم روابطها. يمكن للأقراص المضادة للحموضة أن تحيد حمض المعدة الزائد إذا كان يسبب عدم الراحة.

يمكن أن يؤدي انخفاض درجة الحموضة إلى تغيير توازن الصوديوم والكلوريد في دم الحيوانات المائية. تؤخذ أيونات الهيدروجين إلى الخلية عند فقد الصوديوم ، مما قد يتسبب في الوفاة بسبب فشل الجهاز التنفسي أو فقدان التنظيم في الضغط الاسموزي. يمكن أن يكون مستوى الأس الهيدروجيني أقل من 4.5 مدمرًا للبيئات المائية ، ولكن المستويات الأعلى من ذلك قد تسبب أيضًا تأثيرات بيولوجية ضارة.