浅谈中职护理专业医用化学中缓冲溶液教学在临床的应用

文/陈照红

引言

人体血液和其它体液中的化学反应必须在一定的PH值条件下进行，所以要依靠存在于体液中的各种缓冲对来使体液的PH值保持恒定。经过粗略估算:每人每天需耗氧约600L，产生480L二氧化碳，约产生21mol的碳酸。然而人从吸入氧气至呼出二氧化碳的整个过程中，血液的PH值始终保持在7.35-7.45的范围内，变化甚微。这除了人体具有排酸功能，即加深呼吸排除CO2以及从肾排除过剩的酸外，应归功于血液的缓冲作用。

1.缓冲作用和缓冲溶液

演示实验:取4支试管依次编号。前两支试管各加入蒸馏水4ml，后两支试管各加入醋酸和醋酸钠混合液4ml，分别测其PH值。然后在第一、三支试管中各加入1滴盐酸，在第二、四试管中各加入1滴氢氧化钠溶液。再用PH试纸分别测其PH值。

实验结果表明，在纯水中加入盐酸，PH值会降低;在纯水中加入氢氧化钠溶液，PH值会升高。而在醋酸和醋酸钠混合溶液中加入少量酸或碱，PH值几乎不变。说明纯水没有抗酸抗碱能力，而醋酸和醋酸钠混合溶液有抗酸抗碱能力。

溶液能对抗外来的少量酸和少量碱而保持溶液的PH值几乎不变的作用称为缓冲作用。具有缓冲作用的溶液称为缓冲溶液。

2.缓冲作用的原理

缓冲溶液为什么能够对抗外来的少量酸或少量碱，而使溶液的PH值保持几乎不变呢?现在醋酸和醋酸钠为例说明缓冲作用原理。

在醋酸和醋酸钠缓冲溶液中，醋酸是弱酸，仅有小部分电离成H+和CH3COO-，绝大部分仍以醋酸分子存在，而醋酸钠是强电解质，在溶液中全部电离成Na+和CH3COO-。电离方程式如下:

从电离式可以看出，溶液中存在着大量的醋酸分子和醋酸根离子。

其中醋酸这个弱酸是抗碱成分，醋酸根这个弱酸根是抗酸成分。

当向此溶液加少量酸时，CH3COO-和外来 H+结合成CH3COOH，使醋酸的电离平衡向左移动，建立新的平衡时，溶液里CH3COOH略有增大，CH3COO-略有减小，而H+几乎没有增大，故溶液的PH值几乎不变。抗酸的离子方程式是:H++CH3COO-=CH3COOH;溶液中CH3COO-起了对抗 H+增大的作用，所以CH3COO-(主要来自CH3COONa)是抗酸成分。

反之，当向此溶液加少量碱时，溶液中的CH3COOH电离出的H+与外来OH-结合生成水，使醋酸的电离平衡向右移动。由于溶液中CH3COOH溶液较大，能补充因外来OH-而消耗的H+，建立新的平衡时，溶液中的CH3COOH略有减小，而CH3COO-略有增加，便H+几乎没有减少，故溶液的PH值几乎不变。抗碱的离子方程式是:CH3COOH+OH-=CH3COO-+H2O;

溶液中CH3COOH起了对抗OH-增大的作用，所以CH3COOH是抗碱成分。

可见醋酸和醋酸钠混合溶液具有抗酸和抗碱能力，即具有缓冲作用。但是必须指出，当外来的酸或碱量过多时，缓冲溶液的抗酸成分或抗碱成分将被消耗尽，缓冲溶液就会失去缓冲作用，溶液的PH值将会变化很大。所以缓冲溶液的缓冲作用是有限度的。

3.缓冲溶液在医用生物学上的应用

3.1 缓冲溶液如何维持血液的PH值

血液的PH值之所以能够保持在7.35-7.45之间，重要原因之一就是血液中存在一系列的缓冲对。血液中的缓冲对主要有:MHCO3/H2CO3、M2HPO4/MH2PO4、M-蛋白质/H-蛋白质，其中M代表Na+或K+。在这些缓冲对中，碳酸和碳酸氢盐缓冲对在血液中浓度最高，缓冲能力最大，对维持血液的正常PH值起着决定性的作用。我们以此为例说明其缓冲作用原理。

在细胞内物质分解代谢过程中，能产生一些非挥发性的酸。如硫酸、磷酸、乳酸等，当这些比H2CO3强的酸进入血液时，由于大量存在的HCO3-和外来的H+结合生成H2CO3，使碳酸的电离平衡向左移动，产生过量的H2CO3，H2CO3随血液流经肺部时，分解为CO2和H2O，并通过呼吸将CO2排出体外，从而维持血液的PH基本不变。

当人体代谢产生的和摄入的碱性物质进入血液时，大量存在的H2CO3电离出H+立即和外来的OH-结合生成H2O，使碳酸的电离平衡向右移动。由于H+的减少，使H2CO3的电离平衡向右移动，H2CO3的进一步电离及时补充了因中和所消耗的H+，同时生成HCO3-。过量的HCO3-随血液流经肾时进行生理调节，随着尿液排出体外，因此血浆的PH基本保持不变。

如果人的机体发生某些疾病，如肺气肿引起的肺部换气不足，充血型心力衰竭和支气管炎、糖尿病、食用低碳水化合物和高脂肪食物引起代谢酸的增加，通常引起血中PH降低，血液中酸太多(或碱太少)超越了缓冲溶液缓冲酸的能力时，血液的PH值就会发生变化，引起酸中毒;如发高烧、换气过速、摄入过多的碱性物质、严重的呕吐等都会引起血液碱性增加，超越了缓冲溶液缓冲碱的能力时，血液的PH值就会发生变化，引起碱中毒。酸碱中毒严重时，如果PH值偏离正常范围就会对很多器官产生严重影响，甚至会危及生命。临床常用弱酸强碱盐如乳酸钠或碳酸氢钠水解后显碱性的特性来纠正酸中毒，用弱碱强酸盐氯化铵水解后显酸性的特性来纠正碱中毒。

3.2 缓冲作用对酶活性的影响

酶是一类生物催化剂，体内几乎所有的化学反应都是在酶的催化下完成的，酶活性受抑制即可导致体内代谢紊乱引起疾病。酶活性的测定，都需要在一定的PH值的缓冲溶液中进行。

而一种酶在不同PH条件下活性不同，酶活性与溶液的PH有关。PH既影响酶蛋白本身构象，也影响底物的解离程度，从而改变酶与底物结合和催化作用，故每种酶都有其自身最适PH值的作用环境，过酸过碱均可引起酶蛋白变性而降低或失去活性。通过唾液淀粉酶活性实验证实:在相同条件下，PH6.8缓冲液中的淀粉在唾液淀粉酶的作用下已全部分解成为葡萄糖时，PH5.0和PH8.0缓冲液中的淀粉分解缓慢，只有部分生成糊精这个中间产物。生物体内大多数酶的最适PH接近中性，如唾液淀粉酶的最适PH值就是6.8。但也有例外，如肝精氨酸酶的最适PH在9.8左右，胃蛋白酶的最适PH值为1.5-2.0。临床根据胃蛋白酶的最适PH偏酸的这一特点，配制助消化的胃蛋白酶合剂时加入一定量的稀盐酸，使其发挥更好的疗效。

4.结语

缓冲溶液在医学上有广泛的用途。除了以上所述的缓冲溶液在维持血液的PH值表示酸碱度和酶活性的判断以外，缓冲溶液在体外如微生物的培养，细菌的染色等方面也起着重要的作用。如细胞的培养上为细胞的生长提供一定PH值的营养环境，在细菌染色上为增加着色效果，要选择合适PH值的染色液，在组织切片和血库的血液的冷藏和某些药物配制成溶液时，PH也要保持恒定。为维持PH的恒定缓冲作用起着关键的作用，可见医用化学中缓冲溶液在临床医学中的应用有重要意义。

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