تعریف اسید و باز | تعریف اسیدوز و آلکالوز | تفاوت باز و قلیا

تمام بحث اسید و باز، در مورد یون هیدروژن یا همان پروتون است. هر کسی که آن را در محیط آزاد بکند، اسید (acid) است و هر کس که آن را دریافت بکند، باز (base).

این درس بیشتر به ترمینولوژی اسید و باز می‌پردازد. شاید در نگاه اول بگویید که مثلاً چرا روی تفاوت اسیدوز با اسیدمی حساس هستیم. چرا یک درس جداگانه به این موضوع اختصاص داده‌ایم؟

از آن‌جایی که با کلمات فکر می‌کنیم، باید بتوانیم روی یک موقعیت، برچسب صحیح را بزنیم.

مثلاً اگر یک آزمایش گاز خونی جلوی ما بگذارند که pH و pCO₂ و HCO₃ طبیعی باشد، می‌گوییم نرمال است؟ می‌گوییم اسیدوز یا آلکالوز ندارد؟ می‌گوییم اسیدمی یا آلکالمی ندارد؟ کدام را به کار می‌بریم؟

آن‌چه انتظار داریم در انتهای این درس بلد باشیم، همین است. اگر هر سه پارامتر pH و pCO₂ و HCO₃ طبیعی باشند، باز هم نمی‌توانیم بگوییم اسیدوز یا آلکالوز ندارد. صرفاً می‌توانیم بگوییم این pH طبیعی بوده و اسیدمی و آلکالمی ندارد. وگرنه در بدن همین فرد ممکن است اسیدوز یا آلکالوز جدی در جریان باشد.

در ادامه علتش را می‌خوانیم.

بحثی که می‌خواهیم در این درس آن را به شکل کامل بررسی کنیم.

تعریف اسید

اسید (Acid) ماده‌ای است که می‌تواند یون هیدروژن آزاد بکند.

محتویات معده را در نظر بگیرید. اسید موجود در معده، هیدروکلریک اسید (HCl) است. تقریباً تمام این هیدروکلریک اسید در آب به یون هیدروژن و یون کلراید تفکیک (Dissociate) می‌شود.

اسید هر چقدر قوی‌تر باشد، در محیط آبی یون هیدروژن بیشتری را می‌تواند آزاد بکند و به عبارتی، بیشتر تفکیک می‌شود.

تفکیک شدن، یک جاده‌ی یک طرفه نیست. فرض کنید که ۱۰۰ عدد مولکول HCl در آب وجود دارد و ۹۰ عدد از آن‌ها به یون هیدروژن و یون کلرید تفکیک شده‌اند. این دو یون – تحت شرایطی که بعداً از آن خواهیم گفت – می‌توانند دوباره به هم متصل شده و HCl را تشکیل دهند. برعکس این ماجرا هم اتفاق می‌افتد. ممکن است چند مولکول هیدروکلریک اسیدِ دیگر تفکیک بشود. در معادله‌ی زیر، به دوطرفه بودن فلش دقت کنید:

HCl ⇌ H⁺ + Cl^–

بدن = ماشین تولیدکننده‌ی اسید

بدن را می‌توانیم یک ماشین تولید‌کننده‌ی اسید در نظر بگیریم. قبل از این که ادامه را بخوانید، کمی فکر بکنید که منابع تولید اسید بدن، کجا هستند؟

۱. تمام سلول‌هایی که فعالیت دارند، اسید تولید می‌کنند. آن‌ها برای فعالیت خود به ATP نیاز دارند و این ماده را عموماً از راه مصرف گلوکز به دست می‌آورند.

گلوکز با اکسیژن ترکیب شده و حاصل نهایی این ترکیب، ATP، آب و CO₂ است.

دی اکسید کربن تولیدی، با آب ترکیب شده و کربنیک اسید (H₂CO₃) را می‌سازد. این اسید نیز در محیط آبی، تفکیک می‌شود و حاصلش یون هیدروژن و یون بی کربنات است:

CO₂+ H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ HCO₃⁻ + H⁺

۲. سلول‌ها، سولفوریک اسید (H₂SO₄) و فسفریک اسید (H₃PO₄) نیز تولید می‌کنند. فسفریک اسید در متابولیسم فسفولیپیدها و باقی مواد حاوی فسفر تولید شده و سولفوریک اسید، در اکسیداسیون اسید‌های آمینه‌ای که در خود گوگرد دارند (مانند متیونین و سیستئین).

۳. لاکتیک اسید (CH₃CHCO₂H)، یکی دیگر از اسید‌های تولیدی بدن است. تولید آن در شرایطی که به بافت‌ها اکسیژن کافی نرسد، افزایش می‌یابد (گلیکولیز)؛ مثلاً بیماری را در نظر بگیرید که خون‌ریزی کرده و خون‌رسانی به اندام‌ها کم شده است.

هم‌چنین، در هنگامی که سلول میتوکندری ندارد یا میتوکندری‌اش از کار افتاده است یا ناقص است، اسید اصلی تولیدی سلول Lactic Acid است. مثالی برای نداشتن میتوکندری، گلبول قرمز است. گلبول‌های قرمز با امانت‌داری کامل اکسیژن را حمل می‌کنند. آن‌ها از این اکسیژن حتی برای تأمین انرژی خودشان استفاده نمی‌کنند و گلوکز را از روش بی‌هوازی می‌سوزانند.

۴. از دیگر اسید‌های تولید بدن، کتواسید‌ها (Keto-Acids) هستند. در برخی از اختلالات، اسید‌های این دسته هستند که برایمان دردساز می‌شوند. کتواسیدوز دیابتی (Diabetic Keto-Acidosis or DKA) و کتواسیدوز الکلی (Alcoholic Keto-Acidosis or AKA) دو مورد مهم از این اختلالات هستند.

شرایط دیگری نیز وجود دارد که برای بحث ما، نیازی به آن‌ها نیست.

در مواردی که گفته شد، اسید در داخل بدن تولید می‌شود. علاوه بر این موارد، در داخل برخی از داروها نیز اسید وجود دارد یا از متابولیسم آن‌ها تولید می‌شود.

برای مثال، نام کامل آسپرین را به خاطر آورید: استیل‌سالیسیلیک اسید. آسپرین یک اسید است.

طبقه بندی اسید‌ها

یکی از بهترین و کاربردی‌ترین طبقه‌بندی را برای اسیدها، برتن رز، نفرولوژیست بزرگ و سازنده آپتودیت، در کتاب بی‌نظیر خود یعنی فیزیولوژی بالینی اختلالات اسید و باز و الکترولیت‌ها گفته است.

رز از نگاه یک نفرولوژیست و کسی که فیزیولوژی را به خوبی می‌فهمد، کل اسیدهای بدن را در دو دسته می‌گذارد: اسیدها یا کربنیک اسید (Carbonic Acid) هستند یا غیر کربنیک اسید (Non-Carbonic Acid). این نگاه با تأکید بر بافی بی کربنات، بسیار کاربردی است و ما هم در مدرسه با همین طبقه‌بندی پیش می‌رویم.

کربنیک اسید همان اسید فرار (Volatile Acid) است. یعنی اسیدی است که می‌تواند به فرم گاز تبدیل شده و از طریق شش‌ها دفع بشود. روزانه حدود ۱۵۰۰۰ میلی‌مول CO₂ در یک فرد بزرگسال تولید می‌شود و حاصل ترکیب این گاز با آب، کربنیک اسید است. چون CO₂ قابلیت دفع از راه شش‌ها را دارد، به آن اسید فرار می‌گویند.

میزان بسیار زیادی نیز اسیدهای دیگر تولید می‌شود. از این میزان زیاد، حدود ۵۰ تا ۱۰۰ میلی اکی‌والان باید از کلیه دفع شود. دقت کنید که میزان اسید تولیدی بیشتر است. ما در مورد اسید دفعی صحبت می‌کنیم. مثلاً اسیدهای آلی مثل لاکتیک اسید یا سیتریک اسید در یک واکنش تولید شده و در واکنشی دیگر مصرف می‌شوند. در نهایت، روزانه حدود 1mEq/kg/day باقی می‌ماند و دفع این اسید بر عهده‌ی کلیه است.

این اسیدها غیر فرار هستند؛ زیرا که نمی‌توانند به گاز تبدیل شوند. در نتیجه راه دفع آن‌ها از بدن، از طریق کلیه است.

دقت کنیم که همین میزان نیز بسیار قابل توجه است. اگر ۱۰۰ میلی اکی‌والان اسید غیر فرار داشته باشیم که در کل آب بدن یک فرد ۷۰ کیلویی پخش شود، غلظت یون هیدروژن حدود ۰/۰۰۲۵ مول در لیتر خواهد شد که pH آن برابر با ۲/۶ است.

پس، اگر دفع چه اسید فرار یا کربنیک اسید و چه اسیدهای غیرفرار یا غیرکربنیک اسید مختل شود، به مشکل جدی برخواهیم خورد.

برای حفظ تعادل اسید و باز، نیاز است که دفع گاز CO₂ از ریه‌ها، استفاده از اسیدهای آلی در سایر واکنش‌های متابولیسم و دفع اسیدهای غیرفرار توسط کلیه‌ها انجام گیرد.

تعریف باز

باز (Base)، یون یا مولکولی است که یون هیدروژن را پذیرا باشد. مثلاً یون بی کربنات (Bicarbonate) را در نظر بگیرد. بی‌کربنات می‌تواند یک یون هیدروژن بپذیرد و به H₂CO₃ تبدیل بشود:

HCO₃⁻ + H⁺ ⇌ H₂CO₃

بسیاری از پروتئین‌های بدن، می‌توانند به عنوان باز عمل بکنند. برخی از اسید‌های آمینه‌ی سازنده‌شان، بار منفی دارند و به راحتی یون هیدروژن می‌تواند به آن‌ها متصل بشود. یکی از مهم‌ترینِ این پروتئین‌ها، هموگلوبین موجود در گلبول‌های قرمز است. پروتئین‌ها مثل هموگلوبین از بازهای مهم بدن هستند.

تعریف قلیا

قلیا مولکولی است که از ترکیب یک فلز قلیایی (لیتیم، سدیم، پتاسیم و …)‌ با یک یون بازی قوی مانند یون هیدروکسیل (⁻‎OH) به وجود می‌آید.

وقتی این مولکول‌ها در محیط آبی قرار می‌گیرند، قسمت بازی آن – یعنی یون هیدروکسیل – به سرعت با یک یون هیدروژن واکنش داده و باعث کم شدن یون هیدروژن در محیط می‌شود.

سدیم هیدروکساید (NaOH) و پتاسیم هیدروکساید (KOH) دو قلیای معروف هستند.

ویدیوی زیر از آرشیو Science Photo Library است (+). قطعه‌ای از سدیم را در آب می‌اندازند. به آب Phenolphthalein اضافه کرده‌اند که در هنگام قلیایی بودن محیط، صورتی می‌شود. پس از اضافه شدن سدیم به آب، NaOH درست شده و گاز هیدروژن نیز آزاد می‌شود. هیدروژن آزادشده آتش می‌گیرد و منجر به انفجار ظرف می‌شود

تعریف اسیدوز و آلکالوز

اسیدوز (Acidosis)، فرایندی است که منجر به افزودن یون‌های هیدروژن به محیط می‌شود. در مقابل، آلکالوز (Alkalosis)، فرایندی است که نتیجه‌اش، کاهش یون‌های هیدروژن محیط است.

واضح است که اگر دخالتی در هنگام اسیدوز پیش نیاید، pH به سمت اسیدی‌تر شدن (کمتر از ۷/۳۵) می‌رود. در هنگام آلکالوز نیز، اگر مداخله‌ای از طرف بدن یا پزشک اتفاق نیفتد، pH به سمت بازی شدن (بیشتر از ۷/۴۵) می‌رود.

در هنگام فرایند‌های اسیدوز و آلکالوز، بدن به مقابله برمی‌خیزد و می‌خواهد جلوی این فرایند را بگیرد و جبران بکند (Compensation).

تعریف Acidemia و Alkalemia

پسوند emia- به خون اشاره دارد. وقتی می‌گوییم هایپرکلسمی (Hyper/calc/emia)، یعنی کلسیم موجود در خون زیاد شده است.

پس Acidemia یعنی خون (شریانی) اسیدی شده (pH < 7.35) است. منظور از Alkalemia نیز، بازی شدن خون (شریانی) است (pH > 7.45).

برای این که کمی گیج‌تر بشویم، بگذارید این‌گونه بگویم که فرد ممکن است اسیدوز یا آلکالوز داشته باشد، اما لزوماً اسیدمی یا آلکالمی نداشته باشد.

وقتی یک آزمایش با pH مثلاً ۷/۴۰ می‌بینیم، می‌توانم بگویم که این pH خنثی است. اما ممکن اسید این pH خنثی حاصل ترکیب یک اسیدوز و آلکالوز باشد (مثلاً اسهال و استفراغ هم‌زمان)؛ نه این‌که واقعاً هیچ مشکلی نباشد. یا وقتی pH یک فرد ۷/۳۰ است، می‌توانم بگویم که اسیدمی دارد. این اسیدمی ممکن است حاصل یک اسیدوز مثل اسهال باشد یا ممکن است هم‌زمان یک اسیدوز و آلکالوز حضور داشته باد و زور اسیدوز بیشتر باشد و در نتیجه باز هم pH اسیدی باشد.

آن‌چه به عنوان pH خون می‌بینیم، برآیند تمام اتفاقاتی است که افتاده است. اختلالات اسید – باز، فقط به شکل ایزوله اتفاق نمی‌افتند (Simple Acid-Base Disorder). مثلاً اینطور نیست که فرد تنها مشکلش تولید اسید بیش از حد باشد. معمولاً مخلوط هستند و دو یا سه اختلال، هم‌زمان با هم پیش می‌آیند (Mixed Acid-Base Disorder).

ترکیب آن‌ها است که pH نهایی خون را مشخص می‌کند. به همین خاطر است که عدد pH به صورت مطلق نمی‌تواند به ما بگوید فرد از چه اختلالی رنج می‌برد. آن را باید در کنار فاکتورهای دیگر تفسیر کنیم.

ثابت تفکیک اسید (Acid Dissociation Constant)

واکنش زیر را در نظر بگیرید:

H₂CO₃ ⇌ HCO₃⁻ + H⁺

می‌دانیم وقتی یک اسید در محیط آبی قرار می‌گیرد، تفکیک می‌شود. در واکنش بالا، H₂CO₃ به یون بی کربنات و یون هیدروژن تفکیک شده و بین این سه ماده، یک تعادل برقرار می‌گردد.

اگر بخواهیم بفهمیم که این اسید، به چه مقدار تفکیک می‌شود، می‌توانیم از ثابت تفکیک یا Acid Dissociation Constant استفاده کرده که آن را با K_a نشان می‌دهیم. برای اسیدِ فرضیِ HA، می‌توانیم طبق معادله‌ی زیر K_a را حساب بکنیم.

K_a=\frac{[H^+][A^-]}{[HA]}

ثابت تفکیک اسید

K_a= acid dissociation constant
[A^–] = concentration of the conjugate base of the acid
[H⁺] = concentraion of hydrogen ions
[HA] = concentraion of chemichal species HA

در درس ثابت تفکیک اسید، متوجه می‌شویم که معادله‌ی فوق چقدر اهمیت دارد و به ما در فهم اختلالات اسید و باز، کمک بزرگی می‌کند.

پیام درس