ระบบชีวภาพจะได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของระดับ pH ได้อย่างไร?

การวัดค่า pH ซึ่งย่อมาจากความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนแบบโพเทนชิโอเมตริก เป็นแนวคิดที่สำคัญในวิชาเคมีที่วัดระดับความเป็นกรดของสารละลาย เนื่องจากระบบทางชีววิทยาต้องการความสมดุลที่ดีระหว่างปัจจัยต่างๆ ในการทำงาน การเปลี่ยนแปลงใดๆ ของระดับ pH สามารถรบกวนระบบที่มีชีวิตได้

ในทางเคมี กรดคือสารประกอบใดๆ ที่เพิ่มกิจกรรมของไฮโดรเจนไอออน (ไฮโดรเจนที่มีประจุไฟฟ้า) เมื่อละลายในน้ำ กรดมักก่อให้เกิดปฏิกิริยากับสารประกอบอื่น ๆ ซึ่งเราเรียกว่าความเป็นกรด ในทางกลับกัน สารประกอบเบสหรืออัลคาไลจะเพิ่มกิจกรรมของไฮดรอกไซด์ไอออน (ออกซิเจนที่จับกับไฮโดรเจน) เมื่อละลายในน้ำ ค่า pH ของวัตถุได้รับการจัดอันดับในระดับ 14 จุด น้ำบริสุทธิ์มีค่า pH เป็นกลางใกล้กับ 7.0 ที่ 77 องศาฟาเรนไฮต์ สารละลายที่น้อยกว่านี้มีสภาพเป็นกรด ในขณะที่สิ่งใดที่มากกว่าจะเป็นด่าง ตัวเลขที่ตามมาแต่ละหมายเลขแสดงถึงความแตกต่างสิบเท่าจากตัวเลขก่อนหน้า

สภาวะสมดุลของกรดเบสเป็นหน้าที่ซึ่งระดับ pH ปกติจะคงอยู่ในสิ่งมีชีวิต สารบัฟเฟอร์ที่สำคัญหลายอย่างทำหน้าที่ควบคุมความไม่สมดุล ตัวอย่างเช่น ในระบบบัฟเฟอร์แบบไบคาร์บอเนต คาร์บอนไดออกไซด์สามารถรวมกับน้ำเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก ซึ่งแยกตัวออกมาเป็นไฮโดรเจนไอออนและไบคาร์บอเนต ปฏิกิริยาย้อนกลับอาจเกิดขึ้นได้หากถูกเร่งด้วยเอนไซม์ ซึ่งอาจเพิ่มระดับความเป็นกรดหรือด่างได้ตามต้องการ เพื่อรักษาปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในการไหลเวียน การทำงานของระบบทางเดินหายใจจะเปลี่ยนไปเพื่อให้เกิดความสมดุล

เลือดต้องอยู่ภายในระยะระมัดระวัง 7.35 ถึง 7.45 กรดส่วนเกินในเลือดเรียกว่าภาวะกรด (acidosis) และเบสที่มากเกินไปเรียกว่าอัลคาโลซิส (alkalosis) ความเบี่ยงเบนใดๆ ของระดับ pH ของเลือดสามารถเปลี่ยนแปลงประจุที่ทำให้เซลล์เม็ดเลือดแดงแยกออกจากกัน และเปลี่ยนการทำงานหรือสุขภาพของอวัยวะและระบบอื่นๆ ภายในร่างกาย เนื่องจากกระดูกมักถูกใช้เป็นแหล่งแร่ธาตุสำหรับบัฟเฟอร์ pH พวกมันจึงไวต่อการเปลี่ยนแปลงของระดับ pH ในเลือด การเบี่ยงเบนอาจทำให้ความหนาแน่นของกระดูกเปลี่ยนแปลง

การใช้กรดในร่างกายโดยทั่วไปคือกรดในกระเพาะอาหารซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยกรดไฮโดรคลอริกรวมกับโพแทสเซียมคลอไรด์และโซเดียมคลอไรด์ ระดับ pH ของมันคือ 1 ถึง 2 เมื่อย่อยอาหารเข้าสู่กระเพาะอาหาร กรดจะเริ่มสลายโครงสร้างโปรตีนและจากนั้นก็เกาะติดกัน ยาลดกรดสามารถแก้กรดในกระเพาะอาหารส่วนเกินได้หากทำให้เกิดความรู้สึกไม่สบาย

ค่า pH ต่ำสามารถเปลี่ยนความสมดุลของโซเดียมและคลอไรด์ในเลือดของสัตว์น้ำได้ ไฮโดรเจนไอออนจะถูกนำเข้าสู่เซลล์โดยสูญเสียโซเดียม ซึ่งอาจทำให้เสียชีวิตจากการหายใจล้มเหลวหรือสูญเสียการควบคุมแรงดันออสโมติก ระดับ pH ที่น้อยกว่า 4.5 สามารถทำลายสภาพแวดล้อมทางน้ำได้ แต่ระดับที่สูงกว่านั้นอาจทำให้เกิดผลกระทบทางชีวภาพที่ไม่พึงประสงค์ได้เช่นกัน