Ацидоз. В чистой воде (H2O) небольшая часть молекул всегда оказывается распавшейся на ионы, при чем молекула воды распадается на положительный водородный ион H+ и отрицательный гидроксильный ион OH−. В каждой молекуле любой кислоты имеется один или несколько водородных атомов с особым свойством: при растворении кислоты в воде эти атомы отщепляются, получают при этом положительные заряды и становятся водородными ионами; остальная часть кислоты, ее остаток заряжается при этом отрицательным электричеством и становится анионом (отрицательный ион остатка кислоты). Так, напр., молекула серной кислоты (H2SO4) при растворении распадается на два H+ и один анион SO4−− с двойным отрицательным зарядом. Таким образом, водородный ион является характерной составной частью раствора любой кислоты; в частности от присутствия значительного количества водородных ионов зависит кислый вкус кислоты. В каждой молекуле любой щелочи или основания имеется один или несколько гидроксилов (OH); при растворении щелочи в воде гидроксилы отщепляются, получают отрицательный заряд и становятся гидроксильными ионами; остальная часть щелочи, ее остаток (в неорганических щелочах и основаниях обычно атом металла) заряжается положительным электричеством и становится катионом (отрицательный ион остатка щелочи или основания, соотв. металла). Так, напр., молекула щелочи, «едкий натр» (NaHO) при растворении распадается на OH− и Nа+. Таким образом, гидроксильный ион является характерной составной частью раствора любой щелочи или основания; в частности от присутствия значительного количества гидроксильных ионов зависит щелочной вкус щелочи. Мы уже сказали, что в чистой воде часть молекул всегда оказывается распавшейся на H+ и OH−. Но так как в воде количества H+ и ОН− всегда одинаковы, то положительные заряды водородных ионов и отрицательные заряды гидроксилов взаимно уравновешивают, нейтрализуют друг друга; вода не проявляет ни свойств кислоты, ни свойств щелочи, или, как говорят, имеет нейтральную реакцию. Лишь преобладание H+ над OH− (что и имеет место в растворах кислот) придает кислотный характер раствору; иначе говоря, лишь при преобладании H+ над OH− раствор имеет кислую реакцию, и самая степень кислотности зависит от степени преобладания H+ над OH−. Точно так же лишь преобладание OH− над H+ (что и имеет место в растворах щелочей и оснований) придает щелочной или основной характер раствору; иначе говоря, лишь при преобладании OH− над H+ раствор имеет щелочную реакцию, и самая степень щелочности зависит от степени преобладания OH− над H+. Количество H+ или OH− в данном растворе называется их концентрацией. И вот оказывается, что произведение из концентрации H+ на концентрацию OH− есть величина постоянная, т.-е. одна и та же как в чистой воде, так и во всех растворах (при данной t°); следов., с увеличением количества H+ количество OH− в растворе неминуемо уменьшается, и наоборот, с увеличением количества OH− в растворе всегда уменьшается количество H+. Вот почему, напр., о кислотности можем судить не по преобладанию H+ над OH−, а просто по количеству H+ в растворе: если количество H+ в данном растворе больше, чем в чистой воде (того же объема и той же t°), то реакция кислая; если же количество H+ меньше, чем в чистой воде, то реакция щелочная. Вместо количества H+ для суждения о степени кислотности или щелочности можно брать вес всех H+, имеющихся в растворе. Обычно все расчеты делают на литр при t° 18°C. В литре чистой воды при 18° все H+ весят 0,000000086 гр; этот вес всех водородных ионов есть мерило нейтральной реакции; если в литре раствора вес всех H+ больше 0,000000086, то реакция раствора кислая; если же вес всех H+ меньше 0,000000086, то реакция щелочная. Но так как такие числа слишком неудобны, то вместо них берут их логарифмы. Логарифм 0,000000086 = −7,068; а так как это логарифм отрицательный, то с увеличением числа (веса всех H+) логарифм по абсолютной величине уменьшается, а с уменьшением числа увеличивается. Таким образом, если логарифм по абсолютной величине больше 7,068, то реакция щелочная, если меньше 7,068, то — кислая. Логарифм веса всех H+ обозначается через pH, при чем относительный знак отбрасывается. Для чистой воды pH = 7,068; если растворить в литре 60,0 уксусной кислоты, то pH = 2,366 (реакция кислая); если растворить 40,0 едкой щелочи, то pH = 14,05 (реакция щелочная).
Реакция раствора, определяемая концентрацией H+, называется активной реакцией в отличие от реакции, определяемой лакмусом или титрованием (см. аналитическая химия) с лакмусовым раствором в виде индикатора. При таком титровании величина кислотности будет выше, чем величина активной кислотности, определяемой pH, так как во время самого титрования значительная часть нераспавшихся молекул распадается на ионы.
Реакция крови очень близка к нейтральной, и pH крови колеблется между 7,36—7,32 (при t° крови, т.-е. при 37°C); реакция, следов., очень слабо щелочная и очень постоянная. Состояние крови, при котором имеется сдвиг реакции крови в сторону кислотности (т.-е. pH меньше 7,32), называется А.; состояние же крови, при котором имеется сдвиг в сторону щелочности (т.-е. pH больше 7,36), называется алкалозом. Реакция крови остается в пределах 7,36—7,32 не только при нормальных состояниях организма, но обычно и при заболеваниях. Лишь при очень тяжелых состояниях организма эта реакция выходит за свои обычные пределы. Зависит это от целого ряда приспособлений, имеющихся в организме. Прежде всего в крови находятся особые, так наз. буферные вещества; к таким веществам относятся бикарбонаты (двууглекислая сода) и фосфаты (одно- и двуметальные соли фосфорной кислоты), а также белки, в том числе и гемоглобин. Эти вещества обладают способностью связывать водородные ионы, когда они оказываются в крови в избытке, и освобождать их, когда содержание их в крови понижено. На ряду с этим белки могут связывать также и гидроксильные ионы (связывание белковой молекулой водородных и гидроксильных ионов происходит, разумеется, в различных ее частях). Легко понять, что способность буферных веществ связывать водородные ионы зависит не только от их количества в крови, но и от того, сколько их уже связано; то количество водородных ионов, которое в данный момент могут связать буферные вещества до полного их насыщения, служит мерилом так назыв. запасной (резервной) щелочности. Кроме того, в организме имеются приспособления для выделения избытка кислот или щелочей из организма наружу. Так, избыток углекислоты может сравнительно легко удаляться через легкие в составе выдыхаемого воздуха. Избыток других (главным образом нелетучих) кислот, а отчасти углекислота (в виде солей) могут выводиться через почки; на ряду с этим в почках из мочевины крови, в случаях надобности, образуется щелочь аммиак, который и соединяется с кислотами, если они в избытке выводятся из организма, при чем образуются аммиачные соли; в результате чрезмерная кислотность мочи снижается. Избыток щелочей может также выводиться через почки, отчего моча может принять даже щелочную реакцию. Избыток кислот может выводиться через пищеварительный канал (напр., свободная соляная кислота в желудочном соке). Кожа также может принимать участие в выведении кислот (летучие органические кислоты находятся в поту). Таким образом, когда кислоты поступают извне в организм или образуются в организме в избытке, то при этом избыток водородных ионов частью связывается буферными веществами, частью выводится из организма, вследствие чего содержание водородных ионов в организме (в их отношении к гидроксильным ионам) скоро приходит к нормальному уровню. Если щелочи поступают извне в организм или образуются в нем в избытке, то часть водородных ионов освобождается из буферных веществ, часть гидроксильных ионов связывается такими буферными веществами, как белки, выделение кислот из организма уменьшается, выделение же щелочей увеличивается, вследствие чего содержание гидроксильных ионов в их отношении к водородным ионам приходит к нормальному уровню. Таким образом, при изменениях в обмене кислот и оснований активная реакция крови почти не изменяется, но очень значительно изменяются процессы выделения кислот и щелочей в организме, а главное изменяется степень насыщения буферных веществ организма, т.-е. резервная щелочность. Когда много водородных ионов связано буферными веществами, то резервная щелочность оказывается мала; такое состояние называется относительным, или, иначе, компенсированным А., или же просто А., так как абсолютный некомпенсированный А., когда pH меньше 7,36 (при t° тела), наблюдается, как мы указывали, лишь в исключительных случаях. Когда мало водородных ионов связано с буферными веществами, то резервная щелочность очень велика; такое состояние называется относительным, или, иначе, компенсированным алкалозом, или же просто алкалозом, так как абсолютный некомпенсированный алкалоз, когда pH больше 7,36, встречается точно так же лишь в исключительных случаях.
А. и алкалоз играют огромную роль в деятельности организма. Процессы функциональной деятельности клеток, тканей, органов, т.-е. процессы распадения и окисления, процессы диссимиляции сопровождаются образованием кислот и создают условия для развития А. В начале функциональной деятельности образующиеся кислоты частью удаляются из организма, частью их водородные ионы связываются буферными веществами. Но с продолжением деятельности, по мере накопления водородных ионов в буферных веществах, резервная щелочность снижается, наступает та или иная степень относительного А. Но А., как таковой, тормозит процессы траты, иначе процессы дезассимиляции, понижает окислительные процессы, т.-е. тканевое дыхание, понижает деятельность симпатической системы, более связанной с функциональной деятельностью органов и тканей, понижает деятельность симпатикотропных эндокринных желез, также более тесно связанных с функциональной деятельностью, и, наоборот, способствует процессам восстановления и накопления, иначе процессам ассимиляции, повышает деятельность парасимпатической системы (блуждающего нерва), более связанной с процессами восстановления и накопления, повышает деятельность парасимпатикотропных (ваготропных) эндокринных желез, также более тесно связанных с процессами восстановления и накопления. Таким образом, функциональная деятельность органов и тканей, процессы диссимиляции в самих себе носят смену их процессами восстановления и накопления процессами ассимиляции, т.-е. отдыхом, покоем, сном. В начале функциональной деятельности, пока начальный алкалоз, благодаря повышенной деятельности выделительных органов и повышенной резервной щелочности, еще сохраняется, нет А. и его тормозящего действия на функциональную деятельность; но в дальнейшем, к «концу» деятельности развивается А., благодаря которому наступает противоположная фаза обмена веществ, фаза восстановления, ассимиляции, отдыха или даже сна. Подобным же образом в начале покоя, отдыха, сна, благодаря пониженной деятельности выделительных органов и пониженной резервной щелочности, кислоты задерживаются в организме, и состояние А., благоприятствующее процессам восстановления и накопления, сохраняется; но в дальнейшем, по мере восстановления и накопления истраченных во время функциональной деятельности веществ, восстанавливается деятельность выделительных органов (дыхания, почек и пр.), буферные вещества освобождают водородные ионы, резервная щелочность повышается и наступает состояние относительного алкалоза. Но алкалоз, как таковой, оказывает на организм действие, противоположное действию А.: алкалоз тормозит процессы ассимиляции, деятельность парасимпатической системы и ваготропных эндокринных желез (более связанных с процессами ассимиляции) и, наоборот, повышает деятельность симпатической системы и симпатикотропных эндокринных желез, способствует процессам диссимиляции, иначе функциональной деятельности. Таким образом, состояние покоя, отдыха, сна, процессы ассимиляции носят в самих себе смену их процессами диссимиляции, иначе функциональной деятельностью тканей и органов. Итак, состояние А. свойственно состояниям покоя, отдыха, сна, процессам восстановления и накопления, процессам ассимиляции, преимущественной деятельности парасимпатической системы и ваготропных желез; но развивается А. в период функциональной деятельности органов и тканей (постепенно, к концу этого периода), т.-е. в период фазы обмена веществ, противоположной той фазе обмена, для которой свойственным является состояние А.; наоборот, состояние алкалоза, свойственное функциональной деятельности организма, т.-е. диссимилятивной фазе обмена веществ, развивается в период отдыха или сна (постепенно к концу периода), т.-е. в период ассимилятивной фазы обмена веществ.
До сих пор мы говорили о сменах А. и алкалоза при нормальной деятельности организма. При болезненных состояниях А. и алкалоз бывают выражены в значительно более резкой степени, хотя все же они большею частью остаются относительными, иначе компенсированными. В организме белки, жиры и углеводы распадаются и окисляются; главными продуктами распадения и окисления их являются мочевина, вода и углекислота; но избыток углекислоты легко выделяется из организма через легкие. Лишь при некоторых состояниях организма образуются и поступают в кровь другие кислоты (напр., молочная при мышечной работе). Вот почему при нормальном обмене веществ значительного А. обычно не бывает. Если же процессы распадения и окисления расстраиваются и замедляются, то в организме могут накапливаться различные промежуточные продукты обмена веществ; эти продукты по преимуществу кислого характера, и, следов., расстройства процессов диссимиляции ведут обычно к более значительному, повышенному А. (артритические заболевания, или артритизм, соотн. нормальная конституция восстановления и накопления и патологическая артритическая конституция). Замечательно то, что при артритических заболеваниях мы имеем преобладание процессов ассимиляции над процессами ассимиляции, преобладание деятельности парасимпатической системы и парасимпатикотропных эндокринных желез над деятельностью симпатической системы и симпатикотропных желез; состояние же А. именно и свойственно деятельности парасимпатической системы и парасимпатикотропных желез и процессам ассимиляции. Повышенное распадение белков, жиров и углеводов организма также может вести к А. в результате избыточного образования кислых промежуточных продуктов обмена веществ; такой А. нередко наблюдается при длительном голодании. Развитию А. может способствовать также и введение так наз. кислых сортов пищи (пища животного происхождения, злаки). Понижение процессов выделения кислот из организма (напр., при почечных заболеваниях) приводит к А., в особенности при уремии. Особый интерес представляют случаи значительно замедленного выведения углекислоты через легкие; наблюдается это при тяжелых легочных заболеваниях (далеко зашедший туберкулез легких, эмфизема, пнеймония на более значительном протяжении); в таких случаях А. зависит от скопления углекислоты в крови и называется поэтому газовым А.
Патологический алкалоз наблюдается реже, главным образом при повышенной нервной и мышечной возбудимости, при малокровии, базедовой болезни и вообще в тех случаях, где преобладают процессы диссимиляции над процессами ассимиляции, деятельность симпатической системы и симпатикотропных эндокринных желез над деятельностью парасимпатической системы и парасимпатикотропных желез. Замечательно то, что при упадочных (астенических) заболеваниях, иначе при упадочной (астенической) конституции мы имеем преобладание процессов диссимиляции над процессами ассимиляции, преобладание деятельности симпатической системы и симпатикотропных эндокринных желез над деятельностью парасимпатической системы и парасимпатикотропных желез; состояние же алкалоза именно и свойственно деятельности симпатической системы и симпатикотропных желез и процессам диссимиляции. Развитию алкалоза может способствовать также и введение так называемых основных (иначе щелочных) сортов пищи (значительно большая часть овощей и почти все фрукты).