文/陳照紅

引言

人體血液和其它體液中的化學(xué)反應(yīng)必須在一定的PH值條件下進(jìn)行，所以要依靠存在于體液中的各種緩沖對(duì)來使體液的PH值保持恒定。經(jīng)過粗略估算:每人每天需耗氧約600L，產(chǎn)生480L二氧化碳，約產(chǎn)生21mol的碳酸。然而人從吸入氧氣至呼出二氧化碳的整個(gè)過程中，血液的PH值始終保持在7.35-7.45的范圍內(nèi)，變化甚微。這除了人體具有排酸功能，即加深呼吸排除CO2以及從腎排除過剩的酸外，應(yīng)歸功于血液的緩沖作用。

1.緩沖作用和緩沖溶液

演示實(shí)驗(yàn):取4支試管依次編號(hào)。前兩支試管各加入蒸餾水4ml，后兩支試管各加入醋酸和醋酸鈉混合液4ml，分別測(cè)其PH值。然后在第一、三支試管中各加入1滴鹽酸，在第二、四試管中各加入1滴氫氧化鈉溶液。再用PH試紙分別測(cè)其PH值。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在純水中加入鹽酸，PH值會(huì)降低;在純水中加入氫氧化鈉溶液，PH值會(huì)升高。而在醋酸和醋酸鈉混合溶液中加入少量酸或堿，PH值幾乎不變。說明純水沒有抗酸抗堿能力，而醋酸和醋酸鈉混合溶液有抗酸抗堿能力。

溶液能對(duì)抗外來的少量酸和少量堿而保持溶液的PH值幾乎不變的作用稱為緩沖作用。具有緩沖作用的溶液稱為緩沖溶液。

2.緩沖作用的原理

緩沖溶液為什么能夠?qū)雇鈦淼纳倭克峄蛏倭繅A，而使溶液的PH值保持幾乎不變呢?現(xiàn)在醋酸和醋酸鈉為例說明緩沖作用原理。

在醋酸和醋酸鈉緩沖溶液中，醋酸是弱酸，僅有小部分電離成H+和CH3COO-，絕大部分仍以醋酸分子存在，而醋酸鈉是強(qiáng)電解質(zhì)，在溶液中全部電離成Na+和CH3COO-。電離方程式如下:

從電離式可以看出，溶液中存在著大量的醋酸分子和醋酸根離子。

其中醋酸這個(gè)弱酸是抗堿成分，醋酸根這個(gè)弱酸根是抗酸成分。

當(dāng)向此溶液加少量酸時(shí)，CH3COO-和外來 H+結(jié)合成CH3COOH，使醋酸的電離平衡向左移動(dòng)，建立新的平衡時(shí)，溶液里CH3COOH略有增大，CH3COO-略有減小，而H+幾乎沒有增大，故溶液的PH值幾乎不變。抗酸的離子方程式是:H++CH3COO-=CH3COOH;溶液中CH3COO-起了對(duì)抗 H+增大的作用，所以CH3COO-(主要來自CH3COONa)是抗酸成分。

反之，當(dāng)向此溶液加少量堿時(shí)，溶液中的CH3COOH電離出的H+與外來OH-結(jié)合生成水，使醋酸的電離平衡向右移動(dòng)。由于溶液中CH3COOH溶液較大，能補(bǔ)充因外來OH-而消耗的H+，建立新的平衡時(shí)，溶液中的CH3COOH略有減小，而CH3COO-略有增加，便H+幾乎沒有減少，故溶液的PH值幾乎不變?？箟A的離子方程式是:CH3COOH+OH-=CH3COO-+H2O;

溶液中CH3COOH起了對(duì)抗OH-增大的作用，所以CH3COOH是抗堿成分。

可見醋酸和醋酸鈉混合溶液具有抗酸和抗堿能力，即具有緩沖作用。但是必須指出，當(dāng)外來的酸或堿量過多時(shí)，緩沖溶液的抗酸成分或抗堿成分將被消耗盡，緩沖溶液就會(huì)失去緩沖作用，溶液的PH值將會(huì)變化很大。所以緩沖溶液的緩沖作用是有限度的。

3.緩沖溶液在醫(yī)用生物學(xué)上的應(yīng)用

3.1 緩沖溶液如何維持血液的PH值

血液的PH值之所以能夠保持在7.35-7.45之間，重要原因之一就是血液中存在一系列的緩沖對(duì)。血液中的緩沖對(duì)主要有:MHCO3/H2CO3、M2HPO4/MH2PO4、M-蛋白質(zhì)/H-蛋白質(zhì)，其中M代表Na+或K+。在這些緩沖對(duì)中，碳酸和碳酸氫鹽緩沖對(duì)在血液中濃度最高，緩沖能力最大，對(duì)維持血液的正常PH值起著決定性的作用。我們以此為例說明其緩沖作用原理。

在細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)分解代謝過程中，能產(chǎn)生一些非揮發(fā)性的酸。如硫酸、磷酸、乳酸等，當(dāng)這些比H2CO3強(qiáng)的酸進(jìn)入血液時(shí)，由于大量存在的HCO3-和外來的H+結(jié)合生成H2CO3，使碳酸的電離平衡向左移動(dòng)，產(chǎn)生過量的H2CO3，H2CO3隨血液流經(jīng)肺部時(shí)，分解為CO2和H2O，并通過呼吸將CO2排出體外，從而維持血液的PH基本不變。

當(dāng)人體代謝產(chǎn)生的和攝入的堿性物質(zhì)進(jìn)入血液時(shí)，大量存在的H2CO3電離出H+立即和外來的OH-結(jié)合生成H2O，使碳酸的電離平衡向右移動(dòng)。由于H+的減少，使H2CO3的電離平衡向右移動(dòng)，H2CO3的進(jìn)一步電離及時(shí)補(bǔ)充了因中和所消耗的H+，同時(shí)生成HCO3-。過量的HCO3-隨血液流經(jīng)腎時(shí)進(jìn)行生理調(diào)節(jié)，隨著尿液排出體外，因此血漿的PH基本保持不變。

如果人的機(jī)體發(fā)生某些疾病，如肺氣腫引起的肺部換氣不足，充血型心力衰竭和支氣管炎、糖尿病、食用低碳水化合物和高脂肪食物引起代謝酸的增加，通常引起血中PH降低，血液中酸太多(或堿太少)超越了緩沖溶液緩沖酸的能力時(shí)，血液的PH值就會(huì)發(fā)生變化，引起酸中毒;如發(fā)高燒、換氣過速、攝入過多的堿性物質(zhì)、嚴(yán)重的嘔吐等都會(huì)引起血液堿性增加，超越了緩沖溶液緩沖堿的能力時(shí)，血液的PH值就會(huì)發(fā)生變化，引起堿中毒。酸堿中毒嚴(yán)重時(shí)，如果PH值偏離正常范圍就會(huì)對(duì)很多器官產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至?xí)＜吧?。臨床常用弱酸強(qiáng)堿鹽如乳酸鈉或碳酸氫鈉水解后顯堿性的特性來糾正酸中毒，用弱堿強(qiáng)酸鹽氯化銨水解后顯酸性的特性來糾正堿中毒。

3.2 緩沖作用對(duì)酶活性的影響

酶是一類生物催化劑，體內(nèi)幾乎所有的化學(xué)反應(yīng)都是在酶的催化下完成的，酶活性受抑制即可導(dǎo)致體內(nèi)代謝紊亂引起疾病。酶活性的測(cè)定，都需要在一定的PH值的緩沖溶液中進(jìn)行。

而一種酶在不同PH條件下活性不同，酶活性與溶液的PH有關(guān)。PH既影響酶蛋白本身構(gòu)象，也影響底物的解離程度，從而改變酶與底物結(jié)合和催化作用，故每種酶都有其自身最適PH值的作用環(huán)境，過酸過堿均可引起酶蛋白變性而降低或失去活性。通過唾液淀粉酶活性實(shí)驗(yàn)證實(shí):在相同條件下，PH6.8緩沖液中的淀粉在唾液淀粉酶的作用下已全部分解成為葡萄糖時(shí)，PH5.0和PH8.0緩沖液中的淀粉分解緩慢，只有部分生成糊精這個(gè)中間產(chǎn)物。生物體內(nèi)大多數(shù)酶的最適PH接近中性，如唾液淀粉酶的最適PH值就是6.8。但也有例外，如肝精氨酸酶的最適PH在9.8左右，胃蛋白酶的最適PH值為1.5-2.0。臨床根據(jù)胃蛋白酶的最適PH偏酸的這一特點(diǎn)，配制助消化的胃蛋白酶合劑時(shí)加入一定量的稀鹽酸，使其發(fā)揮更好的療效。

4.結(jié)語

緩沖溶液在醫(yī)學(xué)上有廣泛的用途。除了以上所述的緩沖溶液在維持血液的PH值表示酸堿度和酶活性的判斷以外，緩沖溶液在體外如微生物的培養(yǎng)，細(xì)菌的染色等方面也起著重要的作用。如細(xì)胞的培養(yǎng)上為細(xì)胞的生長(zhǎng)提供一定PH值的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，在細(xì)菌染色上為增加著色效果，要選擇合適PH值的染色液，在組織切片和血庫的血液的冷藏和某些藥物配制成溶液時(shí)，PH也要保持恒定。為維持PH的恒定緩沖作用起著關(guān)鍵的作用，可見醫(yī)用化學(xué)中緩沖溶液在臨床醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用有重要意義。

［1］魯懷偉，胡曉文，徐傲，常文嬌，馬筱玲，馬筱玲，武超.《臨床輸血與檢驗(yàn)》2012年02期，不同染色方法對(duì)肺孢子菌的診斷作用比較.

［2］羅效梅，蔡俊，曹均.《重慶醫(yī)學(xué)》2011年10期，痰標(biāo)本細(xì)菌學(xué)檢查診斷下呼吸道感染的作用探討

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