Исследование подвижности ионов водорода в желудочном соке

Ракитин Б.В., Невский Д.И., Ракитин А.Б.
Научно-производственное предприятие "Исток-Система", г. Фрязино, Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники, г. Москва. 

Цель работы – экспериментальное исследование подвижности ионов водорода в желудочном соке, как возможного фактора риска развития язвенной болезни, влияющего на обратную диффузию ионов водорода в слизистую оболочку желудка и двенадцатиперстной кишки.

Материалы и методы. Известно [1, 2], что ионы водорода в водных растворах кислот имеют аномально высокую подвижность, связанную с тем, что происходит не только непосредственное движение ионов водорода (в составе иона гидроксония Н3О+), но и более быстрая цепная передача заряда от ионов Н3О+ к соседним молекулам воды Н2О и т.д. Данный механизм в 5-7 раз ускоряет передачу положительного заряда, связанного с ионом водорода, по сравнению с движением других ионов в растворе. Индикатором аномальной подвижности ионов водорода может служить диффузионный потенциал (ДП), возникающий при контакте кислоты с другими растворами [1].

ДП между двумя растворами измеряют [3], формируя электрохимическую ячейку "0" Электрод сравн.|Раствор 1||Раствор 2|Электрод сравн. "+" и измеряя ЭДС этой ячейки, которая равна ДП на границе контакта двух растворов (символами "0" и "+" обозначена полярность подключения вольтметра).

В настоящей работе ДП между двумя растворами измерялся как ЭДС электрохимической ячейки "0" Ag|AgCl|Р-р KCl||Раствор 1||Раствор 2||Р-р KCl|AgCl|Ag "+" (рисунок). Контакт двух растворов происходил на хлопчатобумажном ниточном капилляре, соединяющем исследуемые растворы. Растворы ниточными капиллярами через электродную пасту, содержащую насыщенный раствор KCl, были связаны со стандартными хлорсеребряными электродами сравнения, разработанными в НПП "Исток-Система" для рН-метрических зондов.

Напряжения на электродах измерялись после 3-х минутной выдержки цифровым вольтметром с входным сопротивлением 10 МОм и точностью 0,5% от измеряемой величины плюс 0,1 мВ. Для каждой пары растворов измерения многократно повторялись с промывкой и осушением капилляра.

Рис. Схема измерения диффузионного потенциала

Результаты. Основные результаты измерений ДП представлены в таблице. В таблице HCl – раствор соляной кислоты с рН = 1,4; ЖС – натуральный препарат желудочного сока "Эквин" с рН = 1,4; вода – питьевая (недистиллированная).

Таблица. Измеренные величины диффузионного потенциала

№ Раствор 1 Раствор 2 Средняя величина ДП, мВ Разброс измерений ДП, min / max, мВ s , мВ 1. Вода Вода 0,3 -0,3 / 0,8 0,4 2. HCl HCl -1,0 -4,9 / 9,5 4,2 3. HCl Вода 22,1 17,2 / 29,1 3,8 4. ЖС Вода -1,9 -4,9 / 8,6 3,0 5. HCl ЖС 26,6 17,9 / 33,6 4,6

Пункты 1 и 2 в таблице показывают симметрию электрохимической ячейки и нестабильность исследуемых электрохимических процессов. Из пунктов 3-5 таблицы видно (несмотря на значительную нестабильность измерений), что ЖС в отличие от чистого раствора соляной кислоты не создает ДП при контакте с водой, а между соляной кислотой и ЖС имеется значительный ДП, несмотря на одинаковую активность ионов водорода (рН) в этих растворах.

Обнаруженное отсутствие ДП на границе ЖС и воды указывает на то, что в ЖС отсутствует обычная аномальная подвижность ионов водорода.

Известно [2], что аномальная подвижность ионов водорода резко снижается в водно-метанольных смесях или при добавлении диоксана. Предполагается, что это связано с разрушением решетчатой структуры и образованных водородными связями полимеров воды, исключая или значительно снижая возможность переноса протона от одной молекулы воды к другой. Аналогично можно предположить, что какие-то компоненты ЖС разрушают кластерную структуру воды и препятствуют цепной передаче ионов водорода между молекулами воды. Возможно, это ещё один защитный механизм, снижающий обратную диффузию ионов водорода в слизистую оболочку желудка и двенадцатиперстной кишки и предупреждающий её повреждение. Нарушение этого механизма может быть фактором риска развития язвенной болезни.

Вывод. Впервые экспериментально обнаружено, что в желудочном соке подвижность ионов водорода значительно ниже, чем в водном растворе соляной кислоты с тем же уровнем активности ионов водорода (рН). Возможно, этот эффект является ещё одним фактором защиты слизистой оболочки желудка и двенадцатиперстной кишки от агрессивного воздействия ионов водорода, снижающим риск развития язвенной болезни.

Литература

Бейтс Р. Определение рН. Теория и практика. Л., 1972. Эрдеи-Груз Т. Явление переноса в водных растворах. М., 1976. Корыта И., Дворжак И., Богачкова В. Электрохимия. М., 1977.

Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. Спецвыпуск "Проблемы гастроэнтерологии Юга Росссии". 2007. с. 63-64.

Статья опубликована на сайте http://www.gastroscan.ru