Наук российской федерации б. И. Леонов, В. И. Прилуцкий, В. М. Бахир физико-химические аспекты биологического действия электрохимически активированной воды москва, 1999
|
|
Скачать 3.87 Mb.
|
|
Показатели рН и ОВП сыворотки крови крупного рогатого скота при добавлении к ней католита в разных пропорциях.
Таким образом, даже самое низкое (1:100) разведение крепкого католита в сывороточной среде привело к регрессии ОВП порядка минус 100 мВ, что сопровождалось незначительным защелачиванием. По мере увеличения дозы католита, добавленного в сыворотку, сдвиги ОВП в сторону отрицательных значений углубляются и достигают величин порядка минус 200 мВ при разведении католита в сыворотке в пропорции 1 : 10. При суточном стоянии сыворотки с добавленным католитом показатели рН не менялись, ОВП оставался в области отрицательных значений или релаксировал до 0. Дальнейшего углубления регрессии ОВП в пробе при этих условиях не отмечалось. Биологические среды, как правило, гетерогенны по своему составу. В полости желудка католит взаимодействует с кислым желудочным соком, с пищевыми массами и т.д. В связи с этим проводили проверку способности католита вызывать регрессию ОВП и в этих условиях. Желудочное содержимое моделировали растворением ацидин-пепсина в питьевой воде в концентрации 5 г/л (одна таблетка препарата массой 0,25 г на 50 мл воды). В полученный раствор ацидин-пепсина добавляли католит на основе воды с минерализацией 1 г/л. В исследуемых пробах измеряли рН и ОВП. Полученные результаты показаны в табл. 1.3. Таблица 1.3. Показатели рН и ОВП в растворе ацидин-пепсина при добавлении католита слабоминерализованной воды.
Таким образом «живая вода» при питье передает свои восстановительные характеристики раствору ацидин-пепсина, моделирующему желудочное содержимое, что выражается в существенном уменьшении ОВП практически без изменений величины рН. Вода в полости желудка частично всасывается в кровь, частично перемещается с пищевыми массами в 12-перстную кишку и далее. При этом рН жидких биологических сред на путях транспорта воды будет меняться от кислых значений в желудке до нейтральных значений в крови и до щелочных значений в 12-перстной кишке. Проверка возможности сохранения восстановительных характеристик католита на этапах его транспорта из внешней среды во внутреннюю среду энтеральным путем (полость желудка и далее) проводилась с помощью следующего модельного опыта.  Рис.1.3. Зависимость ОВП от рН в растворе ацидин-пепсина на обычной воде (контроль) и на воде с добавкой католита (опыт) при защелачивании.
3, 4 – пробы 1 и 2 после защелачивания добавками КОН; 5 – раствор КОН 1 г/л на обычной воде. Католит слабоминерализованной воды с рН = 10,5 и ОВП = минус 400 мВ,ХСЭ добавлялся в пропорции 1 : 10 к исходному раствору ацидин-пепсина концентрацией 5мг/л с рН = 2,2 и ОВП = 470 мВ,ХСЭ. В полученной смеси католита и раствора ацидин-пепсина устанавливались показатели рН = 2,25 и ОВП = 100 мВ,ХСЭ. Затем к смеси католита и раствора ацидин-пепсина добавляли КОН из расчета 1 г/л, что провоцировало резкий сдвиг рН в щелочную сторону до 9,0-9,5 Таким образом католит, смешанный с кислым желудочным содержимым, как бы перемещался в среду с щелочными свойствами. Подобный переход сопровождался дальнейшей регрессией ОВП до минус 40 мВ,ХСЭ. В растворе КОН той же концентрации на основе питьевой воды рН = 11,9 при ОВП = 20 мВ,ХСЭ. При добавлении КОН из расчета 1 г/л в исходный (контрольный) раствор ацидин-пепсина без добавки католита рН увеличивался до 9,0-9,8, ОВП снижался до 180-220 мВ,ХСЭ. Графики зависимостей ОВП от рН в растворах ацидин-пепсина без добавки и с добавкой католита до и после защелачивания представлены на рис.1.3. Следовательно, в данном случае ЭХА-раствор (католит) в процессе имитации его последовательного транспорта через среды с резкими перепадами рН обуславливает в этих средах (при смешивании с ними) существенные сдвиги ОВП в сторону восстановительного диапазона. Это дает основания предполагать, что прямое проникновение ЭХА-растворов в организм обуславливает направленные сдвиги ОВП тканевых жидкостей. В результате микроэкологические условия существования различных клеточных популяций внутри организма будут меняться предсказуемым образом. 1.7. Окислительно-восстановительный ареал среды обитания микроорганизмов. По данным T.M.Lotts [18] микроорганизмы разных типов и групп живут и размножаются на питательных средах только в определенных диапазонах величин ОВП, зависящих от кислотно-щелочных характеристик этих сред. Различные коварианты рН и ОВП искусственных питательных сред определялись добавками к ним биметаллического порошка (гранулята) марки KDF Media, содержащего металлические компоненты цинка и меди. За счет разности стандартных электродных потенциалов цинка и меди (ЕоZn = минус 0,76 В; ЕоCu = 0,34В) среда, контактирующая с KDF Media, подвергается окислительно-восстановительному воздействию, вследствие чего меняется ее показатель ОВП. На рис. 1.4 показана область сочетанных значений рН и ОВП (область распределения ковариант рН и ОВП), совместимых с жизнью микробов. За пределами указанной области распределения сочетаний рН и ОВП вегетация бактерий не происходит. В интервале значений рН питательных сред от 3 до 8 диапазон ОВП, совместимый с жизнью микроорганизмов, сравнительно широк и составляет по вертикали 600-800 мВ. На средах с повышенной кислотностью (рН = 2-3) или с повышенной щелочностью (рН = 8-10) интервал величин ОВП, совместимых с вегетацией микроорганизмов, постепенно сужается от 500 до 100 мВ по мере приближения к крайним значениям рН. Бактерии с повышенной кислотоустойчивостью, выживающие на средах с рН = 2-3, не дают роста при ОВП меньше 400-550 мВ,ХСЭ и при ОВП больше 900-1050 мВ,ХСЭ. Микроорганизмы, адаптированные к умеренно кислым средам (рН = 4-5), выживают в диапазоне ОВП от 100-200 мВ,ХСЭ до 900-950 мВ,ХСЭ. На нейтральных средах (рН = 7-8) микроорганизмы жизнеспособны при ОВП от минус 130 – минус 30 мВ,ХСЭ до 700 - 820 мВ,ХСЭ. На защелаченных средах (рН = 9-10) диапазон значений ОВП, совместимых с жизнью бактерий, от минус 120 мВ,ХСЭ до минус 50 мВ,ХСЭ.  Рис.1.4. Область значений ОВП, совместимых с ростом микроорганизмов на культуральных средах с добавками редокс-элементов (KDF Media). Таким образом на примере микробных клеток (Procariota) видно, что отклонения ОВП в сторону восстановительных (отрицательных) или окислительных (положительных) величин сами по себе не делают среду «живой» или «мертвой». Очевидно, для различных биохимических процессов и физиологических функций существует свой оптимум ОВП. Аналогичным образом существуют значения окислительного и восстановительного потенциалов, при которых жизнедеятельность отдельных биологических объектов (молекулярных, внутриклеточных, клеточных, тканевых или макроскопических) становится невозможной. Следовательно запредельные значения ОВП (положительные или отрицательные) в равной степени абиотичны. Изменения ОВП биологических жидкостей в составе внутренней среды многоклеточных организмов в норме и патологии изучены недостаточно. В отношении крови, лимфы, межклеточной жидкости и цитоплазмы соматических клеток значения ОВП по существу не нормированы. Соответственно, возникает проблема более детального исследования биологического и физиологического значения этого физико-химического параметра. Глава 2. ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ «ЭЛЕКТРОННОГО РАВНОВЕСИЯ» ХИМИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИХ СУБСТРАТОВ 2.1. Толкование понятия «окислительно-восстановительный потенциал». Классическое понятие «электрический потенциал» означает работу переноса единичного положительного заряда из одной точки электрического поля в другую. Согласно принципу относительности перенос электрона равносилен удалению от него соответствующего положительного заряженного электронного акцептора. Потенциал ионизации атома водорода (Н) означает, что для перенесения его единственного электрона в бесконечность (относительно протона) должна быть затрачена энергия, эквивалентная 21,6010-19 Дж или 13,5 эВ. Соответственно при возвращении электрона на свою орбиталь или при попадании его на орбиталь другого акцептора выделяется эквивалентное количество энергии, характеризующей «электронное сродство» акцептора. [19]. На шкале ионизационных потенциалов для биологических субстратов относительно бесконечности ионизационный потенциал воды ( IН2О ) обладает наибольшим значением 13,2 эВ для реакции Н2О Н2О+ + е (начальная реакция в процессе радиолиза воды). Работа ионизации газообразного водорода (Н2) составляет 15,4 эВ, газообразного кислорода (О2) - 12,5 эВ. Если рассматривать воду как наиболее инертный биохимический субстрат и принять ее энергетические характеристики за начало отсчета, то получим шкалу, на которой биологические субстраты распределяются в порядке убывания ионизационных потенциалов, что означает уменьшение энергии, необходимой для отрыва электронов с орбиталей в составе этих соединений. Суммарная энергия Е, освободившаяся или затраченная при электронных переходах, определяется по формуле: Е = Id - Ea + d , (1) где: Id - энергия ионизации соединения, отдающего электроны (донорного соединения); Еa - энергия, освобождающаяся при переходе электрона на свободную орбиталь восстанавливаемого акцепторного соединения, эВ; d - прибавка, связанная с химической модификацией акцептора. При проведении окислительно-восстановительных реакций между парами веществ, одни из которых являются донорами электронов или восстановителями, а другие их акцепторами или окислителями (именуемыми также редокс-парами или окислительно-восстановительными парами), совершается перенос определенного числа электронов (n-электронов = ne) и затрачивается Е. Соответственно потенциал при переносе одного электрона определяется: = Е/n, В (2) где: - ОВП данной редокс-пары, отнесенной к числу электронных переносов. Свободная энергия окислительно-восстановительной системы (G) определяется формулой Гиббса: G = nF , (3) где: n - количество переносимых электронов, F - число Фарадея, - разность потенциалов переноса электронов от донорного соединения к акцепторному. На шкале ионизационных потенциалов молекулярный кислород расположен существенно «правее» молекулярного водорода, а также ионов водорода ( Iн = 13,5 эВ ). Термодинамический расчет показывает, что синтез воды, протекающий со взрывом, характеризуется потенциалом = 1,227 В, что численно не совпадает с разностью ионизационных потенциалов, хотя определенная близость сравниваемых величин есть: Iн - IО2 = 1 эВ. ОВП соответствует работе по переносу электронов от окисляемого элемента или соединения к восстанавливаемому или от восстановителя к окислителю, концентрации которых обозначаются символами Red и Ox]. Стандартный ОВП (о) для отдельных редокс-пар измеряют следующим образом: в качестве стандартного датчика используют нормальный водородный электрод, представляющий собой химическую систему Н+/H2 при рН = 0 (т.е. 1 молярный раствор ионов водорода) при 1 атм. и t = 25oС. Его помещают в камеру 1 (рис.2.1), а в аналогичную камеру 2 - тестируемую систему восстановителя и окислителя в равновесных одномолярных концентрациях при 1 атм. и 25оС. Камеры 1 и 2 соединяют между собой агаровым мостиком, обеспечивающим электропроводность. В них погружают электроды из инертного металла (обычно из платины) и соединяют шунтом, снабженным высокоомным вольтметром для регистрации напряжения тока, возникающего в замкнутой цепи. Возможны следующие ситуации: 1) Редокс-система в камере 2 обладает электронодонорными свойствами относительно системы Н+/H2 в камере 1. В этом случае электрод в камере 2 заряжен отрицательно относительно электрода в камере 1 и движение электронов идет от камеры 2 к камере 1. Возникающий при этом ОВП регистрируется как отрицательный относительно нормального водородного электрода (НВЭ) при указанных условиях. 2) Редокс-система в камере 2 является электроноакцепторной относительно НВЭ. Электрод в камере 2 заряжается положительно электрода в камере 1. Движение электронов - от камеры 1 к камере 2. ОВП регистрируется как положительный относительно НВЭ при тех же условиях. 3) Электронные донорно-акцепторные свойства химических систем в камерах 1 и 2 одинаковы, что соответствует ОВП = 0 мВ, НВЭ. В этом случае система Н+/Н2 в водном растворе при рН = 7,0 при 1 атм. и t = 25оС имеет ОВП = минус 0,42 В относительно самой себя при тех же условиях, но при рН = 0, что обычно обозначается как ОВП водорода по шкале НВЭ.  Рис.2.1. 1 – камера, содержащая нормальный водородный электрод; 2 – камера, содержащая измерительный электрод, помещенный в тестируемый раствор; 3 – потенциометр. Стандартные ОВП биохимических редокс-пар распределяются в диапазоне от минус 0,67 В до 0,82 В, НВЭ (-оксоглутарат/сукцинат + СО2 О2 + 4Н+ 2Н2О). Последнюю величину называют обычно ОВП кислорода, что по физическому состоянию соответствует полному насыщению воды кислородом при данном атмосферном давлении и температуре. Таким образом разность ОВП кислорода и водорода по шкале НВЭ равна 0,82 – минус 0,42 или 1,24 В. Отличие этой величины от потенциала реакции синтеза воды 1,227 В связано с округлениями (в некоторых источниках эта разность потенциалов округляется до 1,23 В, оценивая ОВП кислорода в 0,81 В). Следовательно существуют как бы два крайних состояния воды при нормальных условиях: предельная оксигенация с ОВП = 0,82 В, НВЭ (или 1,020 В,ХСЭ) и деоксигенация с предельным насыщением газообразным водородом с ОВП = минус 0,42 В,НВЭ (или минус 0,22 В,ХСЭ). По определению Г.В.Сумарукова [20] в живых системах (in vivo) в тканевых жидкостях существует стационарный ОВП (ст), который отражает соотношение суммарных концентраций окисленных и восстановленных форм и «служит мерой тенденции системы становиться окисленной или восстановленной». Иными словами стационарный ОВП отражает донорные или акцепторные свойства тестируемой живой системы относительно НВЭ. Стационарный ОВП для конкретных окислительно-восстановительных пар определяется по формуле Нернста: ст = о + {2,303RTlg([Ox] / [Red])} /nF ; рН=7,0-const (4) где: о - стандартный ОВП данной редокс-пары при рН = 7,0, при 1 атм. и 25оС относительно НВЭ; R - газовая постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура, оК; n - число переносимых электронов; F - число Фарадея. Для практических расчетов формула (4) может быть представлена в упрощенном виде: ст = о + {0,06lg([Ox]/[Red])}/n (5) При t = 37оС коэффициент перед логарифмом в формуле Нернста имеет значение 0,0626/n. При вычислениях, не требующий особой точности, данной температурной поправкой можно пренебречь. Отклонение ст от о при различных окислительно-восстановительных реакциях в диапазоне отношений [Ox]/[Red] от 0,1/99,9 (99,9% восстановителя) до 99,9/0,1 (99,9% окислителя), рассчитанные по формуле (5) приведены в табл. 2.1. Как следует из табл. 2.1, по мере восстановления или окисления субстрата расчетные приращения ОВП (положительные и отрицательные) достигают десятков мВ, для одноэлектронных реакций до +180 мВ относительно равновесных значений. В сложных многокомпонентных химических, в том числе биохимических, системах окислительно-восстановительные пары находятся в сложных комбинациях и постоянно меняющихся соотношениях. Значения рН существенно зависят от баланса окисленных и восстановленных форм и в свою очередь влияют на ОВП. Стационарные значения ОВП с учетом фактора рН определяются по формуле: *ст = н + {0,06lg([Ox]/[Red])/n} - 0,06pH, (6) где: *ст - стационарный ОВП с поправкой на рН; н - ОВП для данной редокс-пары относительно НВЭ при равновесии концентраций окисленных и восстановленных форм, при рН = 0 и равно о + 0,42 В. Таблица 2.1 Расчетные отклонения стационарных ОВП от равновесных значений в зависимости от отношений окисленных и восстановленных форм и количества электронных переносов (nе).
Из этого следует, что при увеличении рН на единицу регрессия ОВП составит 0,06 В или 60 мВ (при t = 25oC) или 62,6 мВ (при 37оС). Этот момент подтверждается эмпирическими показателями редокс-метрии в средах с заранее заданными значениями рН. Значение о для рН = 7,0 отражает энергию (Еэ), необходимую для отрыва электрона от донорного соединения, то есть соответствует его способности окисляться при данном рН и определяется: Еэ = Ео + 3,8 эВ, (7) где: Ео - численно равно стандартному ОВП (НВЭ), выраженному в эВ. Величина Еэ существенно меньше ионизационного потенциала, так как после схода электрона с орбитали на его перемещение в бесконечность нужна дополнительная энергия. Энергетическая интерпретация стандартных ОВП в биохимии сводится к оценке свободной энергии метаболических (обменных) реакций. Так ОВП для цепи окислительного фосфорилирования составляет 1,14 В и эта реакция является двуэлектронной (n = 2). По формуле Гиббса получаем: G = -223,0621,14 = -52,6 ккал/моль, то есть свободная энергия системы убывает в результате фосфорилирования, сопровождающегося переносом двух электронов к водороду по цепи дыхательных ферментов. Перевод G в размерность эВ и ее деления на два электронных переноса при разности ОВП, равной 1,14 В, дает точное значение 1 эВ, что и соответствует определению данной физической единицы [21]. Аналогичным образом рассчитывается энергетика любых окислительно-восстановительных процессов. Однако физиологическая значимость ОВП определяется не только энергетическими эквивалентами, но и способностью этого показателя регулировать общий биохимический и биофизический статус внутренней среды организма. 2.2. ОВП как показатель электронного равновесия жидких биологических сред организма. При физиологических и тем более патологических состояниях насыщение тканей организма кислородом, молекулярным водородом и ионами водорода (показатель рН) варьируют в довольно широких пределах. Другими словами, в биологических средах постоянно поддерживается электронный статус, определяющий электронодонорные или электроноакцепторные свойства биологических жидкостей относительно НВЭ в диапазоне значений рН = 6,0 (при некробиозе) до 7,8 (кровь при метаболическом алкалозе). Этого достаточно, чтобы при прочих равных условиях вызвать изменения ОВП порядка 100 мВ в тканях и органах. Перепад рН на внутренней митохондриальной мембране, имеющей толщину 6-8 нм, составляет 1,4 ед (с внутренней стороны мембраны рН ниже). То есть расчетный вклад рН в формирование разности ОВП на мембране митохондрий составляет величину порядка 80 мВ. Соответственно напряженность электрического поля на внутренней мембране митохондрии может достигать порядка 104 В/см. Изменения трансмембранного потенциала при действии электронодонорных или электроноакцепторных факторов сопровождаются мощными электроосмотическими процессами с перетоком воды против градиента ОВП, что соответствует способности митохондрий выступать в роли осморегуляторов. Транспорт ионов Н и электронов через мембраны митохондрий подчиняется следующим закономерностям. Электроны от цитоплазматического никотинамидадениндинуклеотида (НАД-Н, НАД-Н2) поступают в митохондрию через внешнюю мембрану при помощи специализированных биохимических механизмов (в частности, с помощью «глицерофосфатной челночной системы»). Далее электроны переносятся на внутреннюю поверхность митохондриальной мембраны. Транспорт протонов к внутренней мембране митохондрий осуществляется белковыми молекулами-переносчиками. Но протоны остаются на внешней стороне внутренней стороны мембраны митохондрии и, таким образом, накапливаются в пространстве между наружным и внешним контуром митохондриальной мембраны, образуя Н+ - резервуар. Электроны на внутренней поверхности митохондриальной мембраны при взаимодействии с молекулярным кислородом образуют ион-радикал кислорода по реакции: О2 + е (О2). В результате внутренняя поверхность мембраны митохондрии заряжена отрицательно и является электронодонорной относительно матрикса и относительно ее положительно заряженной электроноакцепторной наружной поверхности. При этом внешняя цитоплазматическая среда, непосредственно контактирующая с митохондрией, имеет сравнительно высокий рН и является электронодонорной относительно Н+ - резервуара. Следовательно, система митохондриальной мембраны и окружающих ее жидких сред характеризуется электронной неравновесностью и в этом смысле активирована. За счет различия знаков зарядов (поляризации) на поверхностях мембраны митохондрии возникает разность потенциалов, провоцирующая транспорт протонов из межмембранного пространства (Н+ - резервуар) на внутреннюю поверхность мембраны. Мембрана митохондрии оказывает сопротивление переносу протонов. Для преодоления этого сопротивления на внутренней митохондриальной мембране необходим трансмембранный градиент ОВП не менее 200 мВ. Если перепад ОВП на внутренней мембране митохондрии превышает 200 мВ, то ионы Н+ переносятся внутрь митохондрии по ионным каналам фермента АТФ-синтетазы. На внутренней поверхности мембраны протоны взаимодействуют с кислородом, образуя воду: 1/2О2 + 2Н+ Н2О. Энергия транспорта протонов через мембрану митохондрии расходуется для фосфорилирования молекулы АДФ до АТФ: АДФ + Ф АТФ, где Ф -фосфорный остаток. Усиление электронодонорного фона вокруг митохондрии (например, при диффузии католита или при накоплении восстановленных химических соединений) создает эффект внешнего электронного давления и усиливает транспорт электронов внутрь митохондрии. В итоге электроны накапливаются на границе раздела внутренней мембраны и митохондриального матрикса, что увеличивает трансмембранный градиент ОВП и создает предпосылку для активации окислительного фосфорилирования. По-видимому, запредельные сдвиги ОВП в области локализации митохондрии способны наложить практически полный термодинамический запрет на процессы биологического окисления и тканевого дыхания. Усиление электроноакцепторных свойств среды вокруг митохондрии может усилить подпитывание электроноакцепторными факторами Н+ -резервуара, что также приведет к увеличению градиента ОВП на внутренней митохондриальной мембране с последующим усилением аэробной диссимиляции. В случае чрезмерного повышения электроноакцепторного фона вокруг митохондрии возможно прямое токсическое действие Н+-ионов и перекисных радикалов на дыхательные ферменты и угнетение тканевого дыхания. Учитывая фазный характер протекания биохимических процессов нельзя дать однозначный ответ о действии анолита или католита на общий метаболизм. В частности временное торможение энергогенеза при действии ЭХА-факторов может сопровождаться экономией биохимических внутриклеточных энергоносителей (глюкозы и продуктов гликолиза). После избыточного усиления и последующей релаксации метастабильного электронодонорного или электроноакцепторного фона биохимические системы способны компенсировать дефицит энергогенеза. Подобный эффект аналогичен резкому усилению тканевого дыхания после кратковременной гипоксии. Сильные восстановители в биохимических цепочках способны отдавать электроны нескольким окислителям с более высокими ОВП. В свою очередь акцепторы, получившие электроны, восстанавливают другие окислители с еще более высокими потенциалами. Избыток восстановителя, принадлежащего редокс-паре с относительно высоким стандартным потенциалом, ведет к восстановлению окислителя другой редокс-пары с относительно низким стандартным потенциалом, если общий суммарный ОВП системы в результате накопления восстановителя окажется ниже стандартного ОВП второй окислительно-восстановительной пары. [22] Таким образом, если в сложной окислительно-восстановительной системе преобладает один восстановитель или окислитель (или их группа), то меняются электронодонорные или электроноакцепторные свойства всей системы относительно любой из входящих в ее состав окислительно-восстановительных подсистем. Возникает эффект установления или навязывания химическим системам различных суммарных (фоновых) уровней ОВП (s), что создает предпосылки для управления соотношением восстановленных и окисленных форм. При помещении гомогенатов живых тканей в среды с различными заранее заданными значениями ОВП происходило уравнивание концентраций восстановителя и окислителя именно в тех редокс-парах, для которых стандартные ОВП совпадали с навязанными. Поскольку исходные концентрации восстановленных и окисленных форм этих редокс-пар в составе гомогенатов не были сбалансированы, то очевидно, что действовало следующее правило: ст о при о = s , где s - суммарный, навязанный ОВП. Поскольку о является частным случаем ст, то при любом значении s, отличающимся от ст, будет действовать более общее правило: ст s . При s неравном о отношение окисленной и восстановленной форм для каждой отдельной редокс-пар будет подгоняться под величину ст (чтобы соблюдалось равенство (6)). Среды, обладающие определенными электронодонорными, так и электроноакцепторными свойствами, способны восстанавливать соединения с большими ОВП или окислять соединения с меньшими ОВП. Так как восстановители являются мишенями для окислителей, то по мере увеличения суммарного ОВП концентрации восстановительных компонент редокс-пар со стандартным потенциалом ниже навязанного подвергнутся депрессии. При уменьшении суммарного ОВП восстановленные формы редокс-пар с более высокими стандартными потенциалами получат преимущество. Если ОВП среды находится приблизительно в середине биологической шкалы этого показателя (то есть в области 10-100 мВ, НВЭ или 210-300 мВ,ХСЭ), это означает, что созданы условия для преимущественного окисления молочной кислоты, пирувиата, трикарбоновых кислот цикла Кребса, то есть для аэробного расщепления промежуточных продуктов углеводного обмена. Добавление к биологическим средам сильных окислителей с превышением суммарного ОВП (s) 200 мВ, НВЭ (или больше 400 мВ,ХСЭ) вызовет окисление гемоглобина до метгемоглобина или до оксигемоглобина при действии О2, отберет электроны от аскорбиновой кислоты с превращением ее в дегидроформу, окислит желтые дыхательные ферменты и тем самым нарушит их функцию. Однако химическая регуляция ОВП в живых системах далеко не всегда приводит к однозначным результатам. В организме теплокровных максимальные значения рО2 = 100-105 мм.рт.ст. существуют в артериальной крови при оксигенации в ней гемоглобина на 99%. Показатель рН артериальной крови слегка сдвинут в щелочную сторону до значения 7,4 (в норме). При таких условиях теоретически ожидаемое расчетное значение ОВП, вычисленное по формуле (6), равно 0,2 В, НВЭ. Приведем этот расчет: 1) о (гемоглобин- ферро/ферри) = 0,16 В; 2) после подстановки ОВП редокс-пары «оксигемоглобин-гемоглобин» (0,16 + 0,42) В в формулу (6) при n = 2 получим: (0,16 + 0,42) + {0,06lg(99/1)}/2} - 0,06pH 0,2 В. В венозной крови при рО2 = 45-50 мм.рт.ст. доля оксигемоглобина составляет около 60%. Расчет по формуле (6) для этих условий дает ОВП 0,15 В,НВЭ. Так как рН венозной крови лишь немного ниже, чем в артериальной, то фактор не будет в этом случае существенно влиять на ОВП. Здесь необходимо учитывать, что расчетные показатели ОВП, вычисленные относительно редокс-пары «гемоглобин-оксигемоглобин», характеризуют локальный физико-химический статус внутриклеточной среды эритроцита. Но цельная кровь является многофазной (гетерогенной) средой, содержащей большое количество окисленных и восстановленных химических соединений. Поэтому электроноравновесные свойства мембран клеток крови, макромолекулярных компонент плазмы крови, сывороточной фракции и водно-минеральных сред в составе крови могут иметь свои локальные характеристики, существенно отличающиеся друг от друга. При движении «вниз» по кислородному каскаду ожидаемые значения ОВП должны уменьшаться по мере регрессии рО2. При углублении в тканевой массив (при переходе через гистогематический барьер) рН убывает на 1-1,5 ед., создавая тенденцию к увеличению ОВП на 0,06-0,09 В, то есть вклад в снижение ОВП за счет снижения рО2 частично нейтрализуется за счет фактора уменьшения рН. В этих условиях реальный ОВП тканевых и клеточных систем в организме будет определяться совокупностью концентраций всех окислителей и восстановителей, присутствующих в тканевых и внутриклеточных жидкостях. Если биологическая среда обладает большим или меньшим редокс-потенциалом, это не означает, что она автоматически окисляет или восстанавливает вещество, соответственно имеющее меньший или больший редокс-потенциал относительно s. Реакция не произойдет, если энергия активации недостаточна велика и нет катализатора. Однако в тех случаях, когда энергия активации превышает критический порог, то в присутствии катализатора (фермента) отношение [Ox]/[Red] для конкретной редокс-пары при расчете по формуле (6) становится |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Похожие:
База данных защищена авторским правом ©MedZnate 2000-2016
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
allo, dekanat, ansya, kenam
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям