חומצות ובסיסים בגוף האדם – חומצה ובסיס

חומצות ובסיסים בגוף האדם – השבריריות שבחיים באה לידי ביטוי באספקטים רבים, ביניהם נמצאים הכח המופעל על היצור החי, כמות המזון והמים שהוא צורך והעמידות בפני מחלות וזיהומים. אחד האספקטים המעניינים הינו מאזן החומציות, והאופן בו אותו מאזן עוזר לשמור על תפקודו של גוף האדם. על ידי שילוב של מערכות מורכבות ותרכובות כימיות שונות, מצליח האדם לשמור על עצמו מפני מחלות שונות ומגוונות, ולמעשה, לשמור על פעילות תקינה של הגוף. לימים, הידע שנרכש על ידי חוקרים בתחומי מדעי החיים ורופאים, הוביל להבנה ומניעה של תסמינים ומחלות, והביא לכדי העלאת רמת החיים וכמו כן את אורכם.

חומצות ובסיסים בגוף האדם – על מנת להבין את מורכבות מאזן החומצה והבסיס, נעבור במאמר זה על הרעיונות שהובילו את התיאוריה שאיפשרה לחקור בצורה עמוקה את התחום הזה בעולם הפיסיולוגיה (חקר התפקוד המכני, פיסי וביוכימי של יצורים חיים). אחרי שנבנה את הבסיס להבנה, נבצע סקירה של המערכות בגוף האדם האחראיות על שמירת מאזן החומצה בסיס, כשלבסוף נזכיר תסמינים ומחלות הקשורות ביציאה מאותו מאזן. על מנת להקל על רצף הקריאה, למאמר מצורפות תמונות המתארות רעיונות שונים, כאשר כל הפניה לתמונה יעשה על ידי שימוש בספרה.

מה זה חומצות ובסיסים?

חומצות ובסיסים בגוף האדם – מימן (H), חמצן (O) ופחמן (C) הינם האטומים הבסיסיים המרכיבים את החיים, וכמו כן את תגובות החומצה והבסיס הבסיסיות. ב-1880, הכימאי השוודי סוואנט ארהניוס (1859-1927), הגדיר חומצות כחומרים המפיקים יוני H⁺ במים (יון הינו אטום בעל מטען חשמלי), ועל בסיסים המפיקים יוני OH­­_­­­_­^– במים.

במהלך השנים רעיון החומצות והבסיסים של ארהניוס התפתח לכדי ההגדרה הבאה:

• חומצה הינו חומר, שכאשר מתמוסס במים, מעלה את הריכוז של יוני H⁺.
• בסיס הינו חומר, שכאשר מתומסס במים, מעלה את הריכוז של יוני OH^–.

לפי עקרון זה, חומרים שונים המגיבים במים, עשויים להיות חומצה או בסיסים, לפי ההתנהגות המתוארת במשוואה הסטויכיומטרית 1 (סטויכיומטריה הינה שיטה לכתיבת תגובות כימיות). מכיוון ובדרך כלל ריכוזי המימן במים מעטים, בחישובים ועבודה כללית בעולם המדעי, נהוג להציג אותו כערך בפונקציה המתמטית לוג, כפי שמתואר במשוואה מספר 2.
מספר זה ייקרא מעתה, pH, והינו הערך הנפוץ בעולם לקביעת החומציות או הבסיסיות של חומרים ותערובות, ויעזור לנו להבין את האופן בו נסתכל על המאזן חומצה בסיס של גוף האדם. מתוך המשוואה ניתן להבין כי ריכוז מימן גבוה יפחית את ערך ה-pH כאשר ריכוז נמוך יגדיל אותו. [A1]

pH בגוף האדם

חומצות ובסיסים בגוף האדם – כידוע, גוף האדם מכיל כמות ניכרת של מים, בין אם מדובר בדם הזורם בכלי הדם, מערכת העיכול ולמעשה, בתוך כל תא ותא בגוף. בכל מערכת קיים ערך pH ייחודי, וכל חריגה ממנו עשויה להוביל לחוסר איזון.

בכדי להתגבר על המכשול, החומרים המומסים בגוף מסוגלים לשמש כבופר. התרכובת העונה לשם זה, הינה בעלת תכונה המסוגלת להתנגד לשינויים ב-pH בגלל שקיימת בה נוכחות גם חומצה בכדי לנטרל יוני OH^– הנכנסים אליה, וגם בסיס, בכדי לנטרל יוני H⁺ הנכנסים אליה. מים כשלעצמם, מיוננים קלות ובעלי ערך pH של 7.0-7.5 ומהווים את הפלטפורמה לתהליכים הביולוגים השונים. [B1]

שלוש מערכות עיקריות מגנות על הגוף מפני שינויים ב-pH:

• מערכות הבופר של נוזלי הגוף, אשר מבוססות תגובה מיידית עם חומצות או בסיסים הנכנסים לגוף בכדי לנטרל את ההשפעה על ערך ה-pH ברקמה.
• מערכת הנשימה, אשר דואגת לסלק פחמן דו חמצני (CO­₂, או יותר נכון חומצה פחמתית, H₂CO₃) מהנוזלים החוץ תאיים.
• הכליות, אשר דואגות להפריש שתן חומצי או בסיסי, זאת בכדי להסדיר את ערך ה-pH בנוזל החוץ תאי לכיוון תקין במצבים של חמצת או בססת (עליהם נרחיב בהמשך).

קו ההגנה הראשון של הגוף הינו מערכות הבופר.

הן מסוגלות להביא לאיזון תרכובות בנוזלים החוץ תאיים ובכך להביא לאיזון יחסי עד ששתי המערכות יכנסו לפעולה. לאחר מכן, הריאות דואגות להוציא CO­₂ מהגוף, כלומר סילוק בפועל של H₂CO₃.

שתי קווי הגנה אלו מאפשרים לשמור מפני שינויים קיצוניים ב-pH עד שנכנסת לפעולה המערכת השלישית והאיטית יותר, הכליות. למרות המהירות האיטית שלה (שעות עד ימים), הכליות הינן המערכות החזקות ביותר לאיזון החומצות והבסיסים בגוף האדם. [A2]

מערכת הבופר

הנוזל החוץ תאי בגוף האדם, אשר מופיע בכל מקום שאינו הפנים של תאים, הינו מיקרוקוסמוס מורכב המכיל חלבונים (אלבומין, המוגלובין וכו'), תאים (תאי דם, מערכת החיסון וכו') ועוד תרכובות כימיות רבות. כל אותם מרכיבים לוקחים חלק בתהליכי הגוף השונים ותפקודם הינו חיוני. קו ההגנה הראשוני, מערכת הבופר בגוף האדם נקראת גם מערכת בופר הביקרבונאט.

חומצה פחמתית

חומצות ובסיסים בגוף האדם – המערכת כוללת את חומצה פחמתית המתפקדת בתור חומצה חלשה, ומלח ביקרבונט, כגון NaHCO₃.

מערכת זו הינה מערכת הבופר החשובה ביותר בגוף, תודות לרגולציה המתמדת על ידי הכליה והריאות. מערכת נוספת בגוף הינו מערכת בופר הפוספאט. אמנם מערכת זאת פחות חשובה אך משחקת תפקיד חשוב בכליה והנוזלים התוך תאיים.

מערכת בופרים נוספת הינה החלבונים עצמם. בגלל שחלבונים מאוד נפוצים בגוף, בייחוד בתאים, הם מהווים תפקיד באיזון ה-pH מתוך התאים עצמם. תהליך זה אמנם איטי ועשוי לקחת שעות עד שיהיה אפקטיבי. [B2]

מערכת הנשימה

קו ההגנה השני מתמקד בסילוק CO₂ מהריאות. פחמן דו-חמצני נוצר בתהליכים המטאבולים בגוף, ומועבר דרך מחזור הדם אל הריאות דרך הלב. אותו דם לאחר מכן ממוחזר בחזרה אל הלב ומשם לשאר הגוף. התוצאה של סילוק זה גורמת בסופו של דבר להגברה בערך ה-pH בנוזל החוץ תאי והפיכתו ליותר בסיסי. באופן מתאים, חוסר סילוק של CO₂ גורם לירידה בערך ה-pH והופך אותו ליותר חומצי.

ונטילציה, או הנשימה, לפיכך עוזרת בפועל בכדי לשנות את ערכי ה-pH בגוף. היפר-ונטילציה (נשימה יתרה) הינו מצב בו כמות הפחמן הדו-חמצני מסולקת ביתרה מהגוף ולכן הוא נהיה בסיסי יתרה על המידה. אך לא רק הונטילציה משפיעה על מאזן החומצה בסיס בגוף, אלא גם חומציות גוברת. במקרה שכזה, עודף בחומציות בגוף יגביר את תהליך הנשימה. עם זאת, קיימת הוכחה כי הפיצוי הנשימתי עבור עליה ב-pH אינה יעילה כתגובה לירידה ב-pH. [C2]

מערכת ההפרשה

הכליות מווסתות את רמת ה-pH בגוף על ידי הפרשה של שתן חומצי או בסיסי. הפרשה של שתן בסיסי מגבירה את ריכוז המימן בגוף כאשר הפרשה של שתן חומצי מורידה את ריכוזו. מנגנון ההפרשה מתבסס על הפעילויות הבאות:

כמויות גדולות של HCO₃^– עוברות פילטרציה בטובול (חלק בנפרון, המבנה המיקרוסקופי המתפקד של הכליות) באופן מתמיד, ואם הם מופרשות לשתן אזי בסיס יורד מהדם והוא הופך לחומצי יותר, במקביל, מופרשים גם יוני מימן אל הטובול ובכך מורידים את כמויות החומציות מהדם. בסופו של דבר, אם יופרשו יותר יוני מימן מאשר ביקרבונט, רמת ה-pH בדם תעלה, ובאופן מתאים, אם יופרש יותר ביקרבונט מאשר יוני מימן, רמת ה-pH בדם תרד. [D2]

בססת וחמצת – חומצות ובסיסים בגוף האדם

יציאה מהתחומים התקינים של pH במאזן החומצה בסיס של הגוף עשויים לגרום לתופעות החמצת והבססת. בחלק זה, נדבר על הגורמים לתופעות ודרכי הטיפול הנפוצות עבור כל אחד.

חמצת – חומצות ובסיסים בגוף האדם

חומצות ובסיסים בגוף האדם – חמצת, או אסידוזיס, הינו מצב בו חוסר בפעילות ריאתית גורם לעלייה של לחץ הפחמן דו-חמצני המומס בדם. מצב זה גורם לעלייה בכמות החומצה הפחמתית והמימן בדם. מכיוון ואסידוזיס נגרם מפעילות אבנורמלית של הריאות היא נקראת חמצת נשימתית. מצב זה עשוי להיגרם ממצבים פתולוגים (פתולוגיה – חקר בהפרעות מנגנוני הגוף) אשר פוגעים בדרכי הנשימה וגורמים להפחתה ביכולת לסלק CO₂ מהגוף. לדוגמא, חסימה של כלי הנשימה או פגיעה במוח המוארך (האזור התחתון בגזע המוח). חמצת מטאבולית, מיוחסת לכל המצבים האחרים אשר גורמים לעודף של CO₂ בגוף כגון כשל כליות לפינוי חומצה, הצטברות כמויות חומצה בגוף, תוספת של חומצות מטאבוליות בגוף על ידי עיכול, ואיבוד בסיסים מהגוף בתופעות כגון שלשול, הקאות וסוכרת (סוג I או II). בכדי לטפל באסידוזיס, עדיף לטפל קודם כל במצבים אשר גרמו לאבנורמליות זאת. דבר זה הינו קשה, במיוחד במחלות כרוניות שגורמות לכשל ריאתי או כלייתי. במצבים קיצוניים אלו, ניתן לתת כמויות גדולות של ביקרבונט לבליעה בכדי לטפל נקודתית בבעייה.

בססת – חומצות ובסיסים בגוף האדם

חומצות ובסיסים בגוף האדם – בססת, או אלקלוזיס, הינו המצב ההפכי לאסידוזיס. היפר ונטילציה (נשימת יתר) גורמת לעלייה ברמת ה-pH בדם וגורמת לאלקלוזיס נשימתי. תופעה זאת מתרחשת לעתים נדירות בגלל מצבים פתולוגים פיסיים ולמרות זאת, נוירוזה (חוסר איזון נפשי) יכולה להגביר את הנשימה לעתים, עד רמה בה האדם סובל מאלקלוזיס. בססת מטבולית מתרחשת עקב הגברה בריכוז הביקרבונט בנוזל החוץ תאי. מצב זה אינו נפוץ כמו חמצת מטבולית אך עשוי להתרחש במצבים של עודף נטילת משתנים, עודף אלדוסטרון (הורמון הגורם לכליות לשמור על הנתרן והמים בגוף), הקאות וצריכה של תרופות בסיסיות כגון סודיום ביקרבונט לטיפול באולקוס (כיב כיבה). בדומה לטיפול בחמצת, גם כאן עדיף לטפל במצבים הפתולוגים הקודמים למצב זה, אך במקרים דחופים, נהוג להשתמש באמוניום כלוריד (Cl₄NH) בבליעה. כאשר התרכובת נספגת בגוף, החלק האמוני מומר בכבד לשתנן. תגובה זאת משחררת חומצה כלורית (HCl) המגיבה באופן מיידי עם נוזלי הגוף לכדי העלאת ריכוזי המימן לכיוון החומצי. [E2]

במאמר זה ראינו כיצד הגוף עובד בכדי לשמר את רמות ה-pH הדרושות לכל איבר ורקמה. מנגנוני הפעולה שהוצגו כאן, הם גרסא מופשטת של המציאות, זאת בכדי להעביר את עיקרי הדברים, שכן מערכות אלו עוברות יחסי גומלין רבים וחשובים. על מנת לעזור לגוף לשמור על אותו מאזן, יש להוועץ עם רופא המשפחה והדיאטנית לגבי המזונות והרגלי צריכת החומרים באורך החיים.

Reference:

1. Brown, LeMay, Bursten, Murphy, Woodward, Stoltzfus, Chemistry The Central Science 13TH Edition Pearson; P.A. 672-681.B.729.
2. Hall, 2011, Guyton Physiology : Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology (12th Edition); P.A.370-380,B.380-383,C.384-385,D.385-389,E.391-395.

רפואה טבעית

חומצות ובסיסים בגוף האדם