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Die Messung des pH-Werts, kurz für potentiometrische Wasserstoffionenkonzentration, ist ein wichtiges Konzept in der Chemie, das den Säuregrad einer Lösung misst. Da biologische Systeme ein gesundes Gleichgewicht zwischen den Faktoren benötigen, in denen sie funktionieren, können Änderungen des pH-Werts lebende Systeme stören.
pH-Werte
In der Chemie ist Säure jede Verbindung, die die Aktivität von Wasserstoffionen (Wasserstoff mit elektrischer Ladung) erhöht, wenn sie in Wasser gelöst wird. Säuren lösen häufig Reaktionen mit anderen Verbindungen aus, was wir als Säure bezeichnen. Basen- oder Alkaliverbindungen erhöhen dagegen die Aktivität von Hydroxidionen (an Wasserstoff gebundener Sauerstoff), wenn sie in Wasser gelöst werden. Der pH-Wert eines Probanden wird auf einer 14-Punkte-Skala bewertet. Reines Wasser hat einen neutralen pH-Wert nahe 7,0 bei 77 Grad Fahrenheit. Weniger als diese Lösungen sind sauer, während alle größeren basisch sind. Jede nachfolgende Zahl stellt einen zehnfachen Unterschied gegenüber der vorherigen dar.
Säure-Base-Homöostase
Säure-Base-Homöostase ist die Funktion, durch die normale pH-Werte in einem Organismus aufrechterhalten werden. Viele wichtige Puffersubstanzen regulieren Ungleichgewichte. In dem Hydrogencarbonat-Puffersystem kann beispielsweise Kohlendioxid mit Wasser unter Bildung von Kohlensäure kombiniert werden, die unter Bildung eines Wasserstoffions und von Hydrogencarbonat dissoziiert. Die umgekehrte Reaktion kann auftreten, wenn sie durch ein Enzym katalysiert wird. Dies kann je nach Bedarf den Säuregehalt oder den Basengehalt erhöhen. Um die Menge an Kohlendioxid im Kreislauf zu halten, verändern sich die Atemfunktionen, so dass ein Gleichgewicht erreicht werden kann.
pH-Werte im Blut
Das Blut muss innerhalb des sorgfältigen Bereichs von 7,35 bis 7,45 bleiben. Überschüssige Säure im Blut wird als Azidose und überschüssige Base als Alkalose bezeichnet. Jede Abweichung des Blut-pH-Werts kann die Ladung verändern, die die roten Blutkörperchen voneinander entfernt und die Funktion oder Gesundheit anderer Organe und Systeme im Körper verändert. Da Knochen häufig als Mineralquelle für die pH-Pufferung verwendet werden, reagieren sie empfindlich auf Änderungen des Blut-pH-Werts. Abweichungen können die Knochendichte verändern.
Magensäure
Eine sehr häufige Verwendung von Säure in einem Organismus ist Magensäure im Magen, die hauptsächlich aus Salzsäure in Kombination mit Kaliumchlorid und Natriumchlorid besteht. Sein pH-Wert liegt bei 1 bis 2. Wenn die Nahrung in den Magen gelangt, beginnen Säuren, eine Proteinstruktur und dann ihre Bindungen abzubauen. Antacida-Tabletten können überschüssige Magensäure neutralisieren, wenn sie Beschwerden verursachen.
Aquatische Umgebungen
Ein niedriger pH-Wert kann das Gleichgewicht von Natrium und Chlorid im Blut von Wassertieren verändern. Wasserstoffionen werden beim Verlust von Natrium in eine Zelle aufgenommen, was zum Tod durch Atemstillstand oder zum Verlust der Regulierung des osmotischen Drucks führen kann. Ein pH-Wert unter 4,5 kann für Gewässer verheerende Folgen haben, ein höherer pH-Wert kann jedoch auch schädliche biologische Auswirkungen haben.