загрузка...
загрузка...
На головну

Буферні системи організму, ЇХ ВЗАЄМОДІЯ, ЯВИЩА ацидоз і алкалоз

  1. B.3. Системи економетричних рівнянь
  2. D.3. Системи економетричних рівнянь
  3. I. Суб'єктивні методи дослідження ендокринної системи.
  4. I. Суб'єктивні методи дослідження кровотворної системи.
  5. II. Об'єктивні методи дослідження ендокринної системи. Особливості загального огляду.
  6. II. Перевірка і усунення затираний рухомий системи РМ.
  7. III. Об'єктивні методи дослідження ендокринної системи.

Основними буферними системами організму є гідрокарбонатна, гемоглобіновая, фосфатна и білкова. Всі ці системи є в крові, де з їх допомогою особливо строго підтримується рН = 7,40 ± 0,05, незважаючи на надходження в неї з кишечника і тканин значної кількості кислот і невеликої - підстав.

Гідрокарбонатна буферна системаутворена оксидом вуглецю (4), взаємодія якого з водою призводить до рівноважної системі:

 
 

 У цій системі донором протона є вугільна кислота Н2СО3, а акцептором протона - гідрокарбонат-іон HCO3-. З урахуванням фізіології умовно весь СО2 в організмі, як просто розчинений, так і гідратований до вугільної кислоти Н2СО3, прийнято розглядати як вугільну кислоту. Тому вираз і значення константи дисоціації для вугільної кислоти у фізіологічних умовах відрізняється від стандартного значення.

Внаслідок малої розчинності вуглекислого газу в плазмі крові загальну концентрацію вугільної кислоти (донора протона) в рівнянні Гендерсона - Хассельбаха можна виразити через добуток двох величин: парціального тиску р (С02), яке вимірюють експериментально, і коефіцієнта розчинності С02 в рідких середовищах організму s, який в фізіологічних умовах дорівнює 0,033. Тоді формула для розрахунку значення рН гідрокарбонатної системи набуває вигляду:

Вугільна кислота при фізіологічному значенні рН = 7,40 знаходиться переважно у вигляді моноаніона, а відношення концентрацій компонентів в гідрокарбонатної буферної системи крові [НСОз -] / [С02] = 20: 1. Отже, гідрокарбонатна система має буферну ємність по кислоті значно більше буферної ємності по підставі. Це відповідає особливостям метаболізму нашого організму.

 
 

 Якщо в кров надходить кислота і збільшується концентрація іона водню, то він, взаємодіючи з НСОз, зміщує рівновагу в бік Н2С03 і призводить до виділення газоподібного С02, Який виводиться з організму в процесі дихання через легені:

При надходженні в кровьоснованій, вони зв'язуються вугільної кислотою, і рівновагу зміщується в бік HCO3-:

Головне призначення гидрокарбонатного буфера полягає в нейтралізації кислот. Він є системою швидкого і ефективного реагування, так як продукт його взаємодії з кислотами - вуглекислий газ - швидко виводиться через легені. Порушення кислотно-лужної рівноваги в організмі насамперед компенсується за допомогою гідрокарбонатної буферної системи (за 10-15 хв). При цьому змінюється ставлення [НСОз -] / [Н2С03]. Потім, за рахунок зміни обсягу легеневої вентиляції, відновлюється протягом 10-18 год ставлення [НСО3 -] / [Н2СОз], відповідає нормі. Гідрокарбонатний буфер є основною буферної системою плазми крові, що забезпечує близько 55% від всієї буферної ємності крові. Гідрокарбонатний буфер міститься також в еритроцитах, міжклітинної рідини і в ниркової тканини.

Гідрофосфатная буферна системаміститься як в крові, так і в клітинної рідини інших тканин, особливо нирок. У клітинах вона представлена ??До2НР04 і КН2Р04, А в плазмі крові і міжклітинної рідини Na2HP04 і NaH2P04. Роль донора протона в цій системі грає іон Н2Р04-, Що характеризується в фізіологічних умовах рКа = 6,8, а акцептора протона - іон HPO4-. Робота фосфатной буферної системи описується рівнянням буферного дії:

 
 

 У нормі відношення форм [НРO42 -] / [Н2РO4-] = 4: 1. Отже, і ця система має буферну ємність по кислоті більше, ніж за основою. При збільшенні концентрації катіонів Н+ у внутрішньоклітинної рідини, наприклад в результаті переробки м'ясної їжі, відбувається їх нейтралізація іонами Н2РO42:

Утворений надлишковий дигидрофосфат виводиться нирками, що призводить до зниження величини рН сечі. При збільшенні концентрації підстав в організмі, наприклад при вживанні рослинної їжі, вони нейтралізуються іонами Н2Р04-:

Утворений надлишковий гидрофосфат виводиться нирками, при цьому рН сечі підвищується. Виведення тих чи інших компонентів фосфатного буферної системи з сечею, в залежності від переробляється їжі, пояснює широкий інтервал значень рН сечі - від 4,8 до 7,5. На відміну від гідрокарбонатної, фосфатна система більш "консервативна", так як надлишкові продукти нейтралізації виводяться через нирки і повне відновлення відносини [НРO42 -] / [Н2Р04-] Відбувається тільки через 2-3 доби. Тривалості легеневої і ниркової компенсації порушень відносини компонентів в буферних системах необхідно враховувати при терапевтичної корекції порушень кислотно-лужної рівноваги організму.

 
 

Гемоглобіновая буферна системає складною буферної системою еритроцитів, яка включає в якості донора протона дві слабкі кислоти: гемоглобін ННb і оксигемоглобін ННЬ02. Роль акцептора протона грають пов'язані  цим кислотам підстави, т. е. їх аніони Нb- і HbO2- Механізм буферної дії цієї системи заснований на наступних реакціях:

при додаванні кислот поглинати іони Н+ в першу чергу будуть аніони гемоглобіну, які мають велику спорідненість до протону. При дії підстави оксигемоглобін буде проявляти більшу активність, ніж гемоглобін:

таким чином, гемоглобіновая система крові відіграє значну роль відразу в декількох найважливіших фізіологічних процесах організму: диханні, транспорті кисню до тканин і підтримці сталості рН всередині еритроцитів, а в кінцевому підсумку - в крові. Ця система ефективно функціонує тільки в поєднанні з іншими буферними системами крові.

Білкові (протеїнові) буферні системив залежності від кислотно-основних властивостей білка, що характеризуються його ізоелектричної точкою, бувають анионного і катіонного типу.

Аніонний білковий буфер працює при рН> РІбілка і складається з донора протонів - молекули білка HProt, що має біполярно-іонну будову, і акцептора протонів - аніону білка (Prot)-. Протолітична рівновагу в цій сполученої кислотно-основної парі відображається таким чином:

При додаванні кислоти ця рівновага зміщується в бік утворення молекули білка, а при додаванні підстави в системі збільшується вміст аніону білка.

Катіонний білковий буфер працює при рН <РІ6елка і складається з донора протона - катіона білка (H2Prot)+ і акцептора протона - молекули білка HProt. Протолітична рівновагу в цій сполученої кислотно-основної парі відбивається так:

Катіонна білкова буферна система HProt, (H2Prot)+ зазвичай підтримує величину рН в фізіологічних середовищах з рН <6, а аніонна білкова буферна система (Prot)-, HProt - в середовищах з рН> 6. У крові працює аніонний білковий буфер.

Взаємодія буферних систем в організмі.Все буферні системи в організмі взаємопов'язані. Розглянемо це взаємодія на рівні плазми і еритроцитів крові. Протолі тические буферні системи крові складаються з декількох систем, склад і механізм дії яких уже розглянуто. Внесок кожної з них в підтримку рН крові у людини різний і вказано в табл. 8.3.

 
 

 Коли кров потрапляє в легені, де тиск кисню при вдиху досить велике, вона збагачується киснем за рахунок зв'язування його в еритроцитах гемоглобіном ННb з утворенням оксигемоглобіну ННbО2 (Будова гемоглобіну і його похідних розглянуто в розд. 10.4.) Оксигемоглобін, як кислота, дисоціює легше, ніж гемоглобін, аніон якого, пов'язуючи катіон Н+, Підтримує рН в еритроциті. оскільки ННb02 в крові легких багато і по силі ця кислота (Рka(HНbО2) = 6,95) порівнянна з вугільною кислотою (Рka(HзСОз) = 6,1), то за рахунок ННbО2 і за участю ферменту карбоангідрази в легких паралельно відбувається процес очищення крові від леткої кислоти СО2, яка в еритроцитах знаходиться в вигляді НСО3- і аніона карбаміногемоглобіна (Нb - СО2) -, а в плазмі - у вигляді НСОз- і в розчиненому стані (С02 - Н2О). Процеси, що відбуваються в еритроцитах легеневої крові, можна відобразити наступними реакціями:

Зменшення концентрації HCO3- в еритроцитах легеневої крові призводить до дифузії НСОз- з плазми в еритроцит. Внаслідок цього плазма очищується від гідрокарбонат-аніону і розчиненого СО2 (СO2 - Н2О), так як перехід  в еритроцит сприяє таким перетворенням в плазмі:

Надходження НСО3- в еритроцити призводить до видалення з них хлорид-аніонів (для дотримання електронейтральності цих клітин). Слід підкреслити, що протіканню всіх наведених реакцій сприяють два фізіологічних процесу: вдих - надходження кисню в кров - і видих - виділення з крові "летючої кислоти" СО2.

Збагачена киснем артеріальна кров, що містить оксигемоглобін на 65% в іонізованому стані  , А гемоглобін - на 10% (Нb-), Надходить в тканини, які прагнуть отримати кисень і віддати в кров продукти метаболізму: СО2 і надлишок катіонів Н+. Це призводить до протікання наступних процесів: вступник в кров СО2 розчиняється в плазмі і еритроцитах і, реагуючи з водою, утворює вугільну кислоту. У плазмі ця реакція йде повільно, а в еритроцитах -Швидко, за рахунок участі ферменту карбоангідрази. Тому СО2 інтенсивно дифундує в еритроцити, де відбувається його зв'язування з утворенням Н2СО3, а також карбаміногемогло-біна (Нb - СО2) - в результаті взаємодії з буферним підставою еритроцитів Нb-, при якому СО2 зв'язується з аміногрупами білка (глобіну). Новоутворена в еритроцитах Н2СО3, як більш сильна кислота, реагує з іншим буферним підставою - HbO2-, переводячи його в неіонізовану стан ННb02, А сама перетворюється в НСОз, який дифундує в плазму. Неіонізовану оксигемоглобін легко віддає тканинам необхідний кисень. Ці процеси в еритроцитах описуються наступними реакціями:

Таким чином, в тканинах з еритроцитів в плазму постійно надходить НС03-, А з плазми в еритроцити для дотримання їх електронейтральності дифундують Протолітична неактивні хлорид-аніони. В результаті зустрічної дифузії цих іонів в еритроциті середовище менш лужна (рН = 7,25), ніж в плазмі (рН = 7,40).

У плазму крові з тканин надходять метаболічний Н+ і СО2, а з еритроцитів - НСОз- Буферні підстави плазми -гідрокарбонат-аніон НСОз, аніон білка (Prot) "і гідрофосфат-аніон НРО4 (2), реагуючи зі вступниками кислотними субстратами Н+, СО2 - Н2О і Н2СО3, нейтралізують їх завдяки таких реакцій:

У легких кров очищається від НСОз за рахунок перетворення його в СО2 і видалення з організму. Нейтралізація кислих продуктів HProt і H2PO4 (-) до відповідних їм буферні підстави (Prot) "і НРО4 (-) відбувається при очищенні крові в нирках, при цьому частина фосфатів видаляється з сечею.

Сукупність розглянутих процесів, що відбуваються в еритроцитах і плазмі крові, забезпечує протікання двох найважливіших фізіологічних процесів - підтримання рН крові на рівні рН = 7,35 - 7,45, незважаючи на постійне надходження в неї з тканин СО2 і катіонів Н+, І дихання - надходження в кров і транспорту нею кисню і СО2. Транспорт кисню з легенів до тканин в основному здійснюється за рахунок утворення в еритроцитах оксигемоглобина (ННb02), При цьому 100 мл крові транспортують 21 мл газоподібного кисню. Вуглекислий газ транспортується кров'ю з тканин в легені в наступних формах: НСО3 (-) - 80%, (Нb - С02 ) - - 15% і (С02 - Н20), т. Е. В розчиненому вигляді, - 5%. При цьому близько двох третин загальної кількості С02 знаходиться в плазмі, а одна третина - в еритроцитах. Однак в процесі перенесення СО2 від тканин до легким майже весь С02 крові повинен пройти через еритроцити, т. е. ввійти в еритроцити і вийти з них.

Все буферні системи організму характеризуються ставленням [акцептор протона] / [донор протона] = 4 - 20, т. Е. Їх буферна ємність по кислоті більше, ніж буферна ємність по підставі. Це відношення знаходиться у відповідності з особливостями метаболізму людського організму, що утворює більше кислотних продуктів, ніж основних. Тому дуже важливим показником для фізіологічних середовищ є кислотна буферна ємність Ва. При захворюваннях органів дихання, кровообігу, печінки, шлунка, нирок, при отруєннях, голодуванні, діабеті, опікової хвороби і т. П. Може спостерігатися зменшення або збільшення Ва в порівнянні з нормою, т. е. патологічні явища: ацидоз і алкалоз.

Ацидоз - це зменшення кислотної буферної ємності фізіологічної системи в порівнянні з нормою. алкалоз - це збільшення кислотної буферної ємності фізіологічної системи в порівнянні з нормою.

Причинами ацидозу і алкалозу можуть бути або збільшення вмісту кислот, або зменшення вмісту буферних підстав в системі в порівнянні з нормою.

Ацидоз або алкалоз можуть бути екзогенного і ендогенного характеру. Екзогенний ацидоз виникає при вживанні їжі з надмірним вмістом кислот (лимонної, бензойної, оцтової), а також лікарських засобів, трансформація яких в організмі сприяє зниженню рН середовища. Екзогенний алкалоз в основному виникає при надходженні в організм ліків або інших речовин, що сприяють підвищенню рН середовища, наприклад соди, ацетату калію. Ендогенний ацидоз або алкалоз виникає при порушенні Протолітична балансу в організмі внаслідок порушення співвідношень швидкостей синтезу і виведення тих чи інших кислот або підстав.

Залежно від глибини патологічних змін розрізняють компенсований и некомпенсований ацидоз (Алкалоз). При компенсованому ацидозі (алкалозе), незважаючи на відхилення від норми кислотної буферної ємності, рН крові зберігає значення в межах 7,35 <рН <7,45. Некомпенсований ацидоз супроводжується зменшенням кислотної буферної ємності і зниженням рН крові (6,8 <рН <7,35), а некомпенсований алкалоз - збільшенням кислотної буферної ємності і підвищенням рН крові (7,45 <рН <7,9). Зниження рН крові в порівнянні з нормою називається ацидемією, а підвищення рН крові - алкалеміей. Зміна значення рН крові на 0,6 одиниці в будь-яку сторону призводить до летального результату.

Для характеристики кислотно-лужного стану крові в фізіології і медицині використовуються такі метаболічні показники: величина рН плазми і цільної крові, парціальний напруга (тиск) вуглекислоти p (C02), Зміст гідрокарбонату в плазмі крові, вміст буферних підстав в плазмі крові ВВ, надлишок або дефіцит буферних підстав в крові BE.

величина рН плазми крові - фактична величина водневого показника плазми артеріальної крові при 37 ° С. Фізіологічні межі 7,35 <рН <7,45.

Парціальний напруга вуглекислоти p(С02) - парціальний тиск СО2 над кров'ю, що знаходиться в рівновазі з розчиненим у плазмі С02 при 37 ° С. У фізіологічних умовах p (СОГ) = (40 + 5) мм рт. ст. (5,3 кПа). Граничні значення парціального тиску С02 складають при алкалозі 10 мм рт. ст., а при ацидозі 130 мм рт. ст.

Зміст гідрокарбонату в плазмі крові в нормі з (НСО3 (-)) = = (24,4 ± 3) ммоль / л.

Зміст буферних підстав в плазмі крові (ВВ) -Нормально значення для плазми ВВ = (42 ± 3) ммоль / л.

Надлишок або дефіцит буферних підстав в крові BE характеризує різницю між фактичним змістом буферних підстав в крові у досліджуваного людини і значенням ВВ в нормі, рівним 42 ммоль / л. В нормі BE дорівнює ± 3 ммоль / л. При патології інтервал значень показника BE значно ширше: ± 30 ммоль / л.

У клінічній практиці за допомогою зазначених метаболічних показників крові визначають наявність порушень Протолітична гомеостазу. Розрізняють чотири види первинних порушень кислотно-лужного балансу в організмі, які відносяться до патологічних фізіологічних процесів.

 
 

метаболічний ацидоз характеризується надлишком нелетучей кислоти або дефіцитом гідрокарбонат-аніону в міжклітинної рідини.

Причини: порушення кровообігу, кисневе голодування тканин, діарея (пронос), порушення видільної функції нирок, діабет.

метаболічний алкалоз характеризується видаленням молекул кислот або накопиченням буферних підстав, включно із утриманням гідрокарбонат-аніону в міжклітинної рідини.

Причини: нестримне блювання, видалення кислих продуктів з шлунка, запор (накопичення лужних продуктів в кишечнику), тривале вживання лужної їжі і мінеральної води.

Респіраторний (газовий) ацидоз характеризується зниженою швидкістю вентиляції легенів в порівнянні зі швидкістю освіти метаболічного С02.

Причини: захворювання органів дихання, гіповентиляція легенів, пригнічення дихального центру деякими препаратами, наприклад барбітуратами.

Респіраторний (газовий) алкалоз характеризується підвищеною швидкістю вентиляції легенів в порівнянні зі швидкістю освіти метаболічного С02.

 
 

 Причини: вдихання розрідженого повітря, надмірне збудження дихального центру внаслідок ураження мозку, гіпервентиляція легенів, розвиток теплової задишки.

Ідентифікувати характер патології можна за допомогою трикоординатної діаграми, що представляє собою трикутник, на сторонах якого відкладені в масштабі величини метаболічних показників: рН; з (НСОз) і p (С02), Причому так, щоб їх значення, відповідні нормі, знаходилися на середині сторони трикутника (табл. 8.4). На діаграмі відзначені області, які відповідають різним видам ацидозу і алкалозу (метаболічним - М, респіраторним - Р).

Для проведення корекції порушень кислотно-лужного стану організму необхідно перш за все з'ясувати причини їх виникнення: порушення процесів дихання (респіраторний ацидоз або алкалоз) або процесів травлення і виділення (метаболічний ацидоз або алкалоз). Лікування респіраторних порушень вимагає всього декількох днів, а для усунення метаболічних порушень зазвичай необхідні тижні.

При ацидозі в якості екстреної заходи використовують внутрішньовенне вливання розчинів бікарбонату натрію (по 100-200 мл 4,5% розчину, в гострих випадках до 100 мл 8,4% розчину), але краще вводити 3,66% водний розчин трісаміна H2NC (CH2OH ) 3 або 11% розчин лактату натрію. Останні кошти, нейтралізуючи кислоти, не виділяють СО2, що підвищує їх ефективність.

Для усунення алкалозу іноді використовують 5% розчин аскорбінової кислоти, частково нейтралізований гидрокарбонатом натрію до рН = 6,0-7,0.

На закінчення слід зазначити, що в організмі людини внаслідок процесів дихання і травлення відбувається постійне утворення двох протилежностей: кислот і підстав, причому переважно слабких, що забезпечує рівноважний характер Протолітична процесів, що протікають в організмі. У той же час з організму постійно виводяться кислотно-основні продукти, в основному через легені і нирки. За рахунок збалансованості процесів надходження і виведення кислот і підстав, а також за рахунок рівноважного характеру протолітічеських процесів, що визначають взаємодію цих двох протилежностей, в організмі підтримується стан Протолітична (кислотно-основного) гомеостазу.

 
 

 глава 9



Попередня   138   139   140   141   142   143   144   145   146   147   148   149   150   151   152   153   Наступна

ВЗАЄМОЗВ'ЯЗОК константа дисоціації І ступеня дисоціації | ОСОБЛИВОСТІ РОЗЧИНІВ СИЛЬНИХ ЕЛЕКТРОЛІТІВ. Іонна СИЛА РОЗЧИНУ | Електролітичноїдисоціації І іонний добуток ВОДИ | Водневих і гідроксильних ПОКАЗНИКИ (рН І рОН) | ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ОСНОВИ ВОДНО-ЕЛЕКТРОЛІТНОГО БАЛАНСА В ОРГАНІЗМІ | Протолітична ТЕОРІЯ КИСЛОТ І ПІДСТАВ | КИСЛОТНО-Основні властивості а-АМІНОКИСЛОТ | ГІДРОЛІЗ СОЛЕЙ | РЕАКЦІЇ НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ | ЗАГАЛЬНА, найактивнішої й потенційно КИСЛОТНІСТЬ РОЗЧИНІВ |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати