หน่วยที่ 3: ระบบร่างกายของมนุษย์
3.2 ชีวเคมีของร่างกาย
การคำนวณค่า pH ของสารละลายในระบบต่าง ๆ ของร่างกาย
ค่า pH เป็นตัวบ่งชี้ระดับความเป็นกรดหรือเบสของสารละลาย ซึ่งมีความสำคัญต่อการทำงานของระบบต่าง ๆ ในร่างกายมนุษย์ ระบบหลาย ๆ ระบบในร่างกายต้องทำงานภายใต้ค่า pH ที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้กระบวนการทางเคมีดำเนินไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น ค่า pH ในกระเพาะอาหารมีความเป็นกรดสูงเพื่อช่วยในการย่อยอาหาร ในขณะที่เลือดมีค่า pH ที่เป็นกลางเล็กน้อยเพื่อรักษาสมดุลของสารในร่างกาย
ตัวอย่างค่า pH ของระบบต่าง ๆ ในร่างกาย:
- กระเพาะอาหาร: ค่า pH ประมาณ 1.5-3.5 เนื่องจากมีกรดไฮโดรคลอริก (HCl) ที่ช่วยในการย่อยสลายอาหาร
- เลือด: ค่า pH ประมาณ 7.35-7.45 ซึ่งเป็นค่าที่เป็นกลางหรือเบสเล็กน้อย เพื่อให้เอนไซม์และกระบวนการทางชีวเคมีทำงานได้อย่างเหมาะสม
- ปัสสาวะ: ค่า pH ประมาณ 4.6-8.0 ขึ้นอยู่กับอาหารและสภาพของร่างกาย ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้การกำจัดของเสียทางไต
สูตรในการคำนวณค่า pH:
ค่า pH ของสารละลายสามารถคำนวณได้จากสูตรดังนี้:
\[ pH = -\log[H^+] \]
โดย \([H^+]\) แทนความเข้มข้นของไอออนของไฮโดรเจนในสารละลาย มีหน่วยเป็นโมลต่อลิตร (mol/L) หากสารละลายมีความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนมาก ค่า pH จะต่ำและแสดงถึงความเป็นกรดสูง ขณะที่หากความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนต่ำ ค่า pH จะสูงและแสดงถึงความเป็นเบส
ตัวอย่างการคำนวณ:
สมมติว่าในสารละลายมีความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน \([H^+] = 1 \times 10^{-3}\) โมลต่อลิตร เราสามารถคำนวณค่า pH ได้ดังนี้:
\[ pH = -\log(1 \times 10^{-3}) = 3 \]
ในกรณีนี้ ค่า pH ของสารละลายจะเท่ากับ 3 ซึ่งแสดงว่าสารละลายนี้มีความเป็นกรด
ความสำคัญของค่า pH ต่อระบบต่าง ๆ ในร่างกาย:
การรักษาค่า pH ที่เหมาะสมในระบบต่าง ๆ ของร่างกายมีความสำคัญอย่างมาก หากค่า pH ในเลือดเปลี่ยนไปมากเกินไป อาจส่งผลให้ร่างกายไม่สามารถทำงานได้อย่างปกติ เช่น อาการของภาวะกรดเกินในเลือด (Acidosis) หรือภาวะด่างเกินในเลือด (Alkalosis) ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อชีวิตได้ การควบคุมค่า pH จึงเป็นส่วนสำคัญของการรักษาสมดุลในร่างกาย (Homeostasis)
การเรียนรู้เชิง STEM:
นักเรียนสามารถใช้การทดลองในการวัดค่า pH ของสารละลายต่าง ๆ ในร่างกาย เช่น น้ำลาย ปัสสาวะ หรือสารละลายจำลอง เพื่อทำความเข้าใจผลกระทบของค่า pH ต่อการทำงานของระบบต่าง ๆ นอกจากนี้ยังสามารถใช้การคำนวณทางคณิตศาสตร์ในการหาค่า pH ของสารละลายที่มีความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนที่แตกต่างกัน
