Модернизация метода определения средней величины рН в медицине

Яковлев Г.А.,
старший научный сотрудник, к.т.н., нач. сектора ЗАО НПП «Исток-Система».

Оценка средней величины рН анализируемой среды (желудочного сока; желудочного содержимого; на поверхности слоя слизи в верхних отделах пищеварительного тракта; крови; слюны; мочи и др.) по среднеарифметическому значению, определенному по сумме всех (двух, трех и более) измеренных величин рН, деленной на их количество, достаточно широко применяется в клинической лабораторной и инструментальной диагностике. С целью значительного повышения точности определения средних величин рН и истинной кислотности предложен метод модернизации расчета средней величины рН.

Водородный показатель рН очень часто путают с такими характеристиками как кислотность и щелочность воды; различных водных растворов; слюны; мочи; крови; желудочного содержимого в просвете желудочно-кишечного тракта человека.

Истинная ( активная ) кислотность (actual acidity), например, желудочного содержимого это концентрация свободных положительных ионов водорода, имеющая размерность в моль/л или ммоль/л. А водородный показатель (рН) это отрицательный десятичный логарифм концентрации свободных водородных ионов, то есть безразмерная величина. Жидкие среды с рН менее 7 являются кислыми, а среды с рН более 7 — основными.

Если истинная кислотность равна 0,1 моль/л, то показатель рН равен 1, а если кислотность равна соответственно 0,01; 0,001; 0,0001; 0,00001; 0,000001 и 0,0000001 моль/л, то рН соответственно равен 2; 3; 4; 5; 6 или 7 рН. То есть изменение истинной кислотности в 10 раз соответствует изменению рН на одну единицу. Рост показателя рН в 7 раз (с 1 до 7) приводит к снижению кислотности в один миллион раз.

Таким образом рН отражает только степень кислотности (или щелочности) исследуемой среды, в то время как истинная кислотность — это концентрация свободных ионов водорода в этой среде, которая определяется по измеренной величине рН. Наиболее точные данные об истинной кислотности, например, содержимого желудка человека дает измерение концентрации свободных положительных ионов водорода с помощью внутрижелудочной зондовой рН-метрии, которая позволяет измерять рН непосредственно в желудке.

Правильный метод определения средней величины рН

Из логарифмической «природы» рН следует, что истинная кислотность численно равна антилогарифму отрицательной величины измеренного рН. Например, если измеренные в теле желудка величины рН, равны: 1,2; 6,5 и 1,4, то антилогарифмы величин (-1,2); (-6,5) и (-1,4) соответственно равны: 0,06309; 0,000000316 и 0,03981, а величины кислотности равны соответственно: 0,06309; 0,000000316 и 0,03981 моль/л. Теперь вычисляем среднюю величину истинной кислотности путем определения среднеарифметического значения из вычисленных нами трех величин кислотностей: (0,06309+0,000000316+0,03981)/3=0,102900316/3=0,034300105 моль/л. Следовательно, правильно определенная средняя величина рН будет равна (-log0,0343)=1,46. Следует отметить, что в данном случае из трех измеренных величину рН величину рН=6,5 можно было вообще не учитывать при расчетах среднего рН потому, что величина кислотности, соответствующая этому рН, на 5 порядков меньше кислотностей, соответствующих величинам рН, равным 1,2 и 1,4.

Теперь сравним правильно рассчитанную среднюю величину рН, равную 1.46, с неправильно определенной средней величиной рН. Вычисляем среднеарифметическое значение рН из тех же трех измерений величин рН. Оно равно (1,2+6,5+1,4)/3=9,1/3=3,0333. Следовательно, величина рН, рассчитанного путем определения среднеарифметического значения непосредственно из трех величин рН, превышает правильно вычисленную среднюю величину рН (1,46) более чем в 2 раза.

Антилогарифм отрицательного среднеарифметического значения рН (-3,0333) равен 0,000926. В свою очередь кислотность, соответствующая неправильно рассчитанному нами среднеарифметическому значению рН (3,0333), равна 0,000926 моль/л и меньше величины истинной кислотности (0,0343 моль/л) в 37 раз (!).

Таким образом расчет среднеарифметического значения рН непосредственно из величин рН, измеренных посредством рН-метрии, ведет к большой ошибке: с одной стороны, завышая среднюю величину рН, а с другой стороны, значительно снижая среднюю величину истинной кислотности. Поэтому данный метод вообще нельзя применять в медицине для расчета средних величин рН анализируемой жидкой среды, например, при топографическом анализе значений рН; для расчета средней величины базального рН в теле желудка или в его антральном отделе; средних величин участков суточных рН-грамм и т.д.

Литература:

Яковлев Г.А. Основы зондовой рН-метрии в гастроэнтерологии.-М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2009.-176 с.: 37 ил.