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化学情境试题:人体血液的缓冲作用(Buffers in th

时间:2020-06-19  作者:


在回答问题之前,首先请你阅读与本试题有关的情境描述,以增加你对本试题背景知识的了解;然后思考问题解决的策略,并且写下你的答案;最后用我们提供的参考答案检查你的答案是否正确。

情境描述

人体血液是维持人类生命活动很重要的一种体液。藉由血液流经全身,担任输送氧气及二氧化碳的重责大任,同时它也是人体中重要的生理缓冲溶液(buffer solution)。维持血液pH值的稳定,会使的体内许多生化反应得以顺利进行。正常血液的pH值维持在7.40±0.05之间。若在人体生理代谢过程中,造成血液pH值低于7.35容易引起酸中毒(acidosis),或血液pH值高于7.45容易引起硷中毒(alkalosis)。当pH值低于6.8或高于7.8时,就会有生命的危险。

人体血液中含有数种缓冲对(buffer pair)如H2CO3/HCO3–、HCO3–/CO32-、H3PO4/H2PO4–、H2PO4–/HPO42-…等;透过这些共轭酸硷对的共同作用,使得血液的pH值维持稳定。在人体血液中pH值的调节,主要是依赖血液中H2CO3/HCO3–缓冲溶液系统来维持。透过此系统能缓冲代谢所产生的酸、硷或者大量饮水所造成体液的稀释状态,使血液pH值得以维持在上述正常的範围。当我们在运动的时候,血液和肌肉之间的H+、CO2和O2会发生扩散现象,O2的扩散方向为从血液到肌肉细胞,H+和CO2的扩散恰为相反方向,从肌肉细胞到血液。这些扩散会改变物种的浓度,对缓冲系统的平衡产生改变,因而导致血液中的pH值变化,如图一所示。

化学情境试题:人体血液的缓冲作用(Buffers in th

图一  此图显示当运动时H+、CO2和O2在血液和肌肉细胞之间的扩散方向。由此产生的浓度变化影响到缓冲平衡,呈现在图的右上方角落(黄色)。﹝英文翻译:Muscle Cell 肌肉细胞,Blood 血液,Hemoglobin 血红素﹞
图片来源:详见参考资料之2

美国生化学家韩德逊(Lawrence Josep Henderson)于1906-1920年间研究人体血液之酸硷平衡机制,发现是透过血液之複杂的缓冲系统与呼吸作用,肺、血红素及肾等器官共同调节完成。并在1908研究碳酸/碳酸盐的缓冲能力时,提出韩德逊方程式(Henderson equation)。1916年,卡尔‧阿尔伯特‧哈塞尔巴尔赫(Karl Albert Hasselbalch)以对数方式重新表示韩德逊方程式,在化学上称为Henderson–Hasselbalch equation,其方程式推导过程如下,他并将其用于研究血液中碳酸引起的代谢性酸中毒。

化学情境试题:人体血液的缓冲作用(Buffers in th

资料来源:详见参考资料之4

情境试题

1. 血液的缓冲作用主要是由H2CO3/HCO3–缓冲液来维持,已知一血液样本中H2CO3之浓度为0.0012 M,要维持此血液之pH值为7.40,请计算此时血液中HCO3–之浓度应为多少M?(已知健康成人在血液中的H2CO3之Ka1为8.0 × 10-7)

2. 当人们运动时,肌肉收缩会产生乳酸送至血液中,适量的乳酸可经由上题血液之H2CO3/HCO3–缓冲液予以调节。然而过多的乳酸产生,超过血液缓冲系统之负荷,其结果会造成血液pH值下降。若血液pH值下降至7.35以下者,在临床上诊断为酸中毒(acidosis)。试计算当血液中pH值由7.40降至pH值为7.35时,其间血液缓冲液中[H2CO3]:[HCO3 –]比值之变化?

3. 我们都知道吸烟危害个人及他人身体健康。在临床上易引发肺癌及其他呼吸系统方面的疾病,如慢性支气管炎、肺气肿(见参考资料5)。对肺气肿之病患而言,其肺部换气不足,易引起酸中毒,你(妳)可否说明此一生理现象?

连结:人体血液的缓冲作用(Buffers in the Blood)﹝II﹞

参考资料(以下网页撷取日期为2010年1月)


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