Homeostaza jest jedną z głównych właściwości istot żywych, pozwalającą na utrzymanie względnej dynamiki
stałość środowiska wewnętrznego, tj. skład chemiczny, osmotyczny
ciśnienie, stabilność podstawowych funkcji fizjologicznych.
Jest to zdolność organizmu do utrzymania względnej stałości środowiska wewnętrznego (krew, limfa, płyn międzykomórkowy).
Organizm ludzki dostosowuje się do stale zmieniających się warunków środowiskowych, ale środowisko wewnętrzne pozostaje stałe, a jego wskaźniki oscylują w bardzo wąskich granicach. Dlatego człowiek może żyć w różnych warunkach środowiskowych. Niektóre parametry fizjologiczne są regulowane szczególnie dokładnie i subtelnie, np. temperatura ciała, ciśnienie krwi, glukoza, gazy, sole, jony wapnia we krwi, równowaga kwasowo-zasadowa, objętość krwi, jej ciśnienie osmotyczne, apetyt i wiele innych. Regulacja odbywa się na zasadzie ujemnego sprzężenia zwrotnego pomiędzy receptorami wykrywającymi zmiany tych wskaźników i systemami kontroli. Zatem spadek jednego z parametrów jest wychwytywany przez odpowiedni receptor, z którego wysyłane są impulsy do tej lub innej struktury mózgu, na polecenie której autonomiczny układ nerwowy włącza złożone mechanizmy wyrównywania zachodzących zmian . Mózg wykorzystuje dwa główne systemy do utrzymania homeostazy: autonomiczny i hormonalny.
Jednym z najważniejszych parametrów fizykochemicznych środowiska wewnętrznego jest Równowaga kwasowej zasady .
Reakcja ilościowa krwi charakteryzuje się wskaźnikiem wodoru (pH) - ujemnym logarytmem dziesiętnym stężenia wodoru i jonów.
Większość rozwiązań w organizmie jest roztwory buforowe, w których pH nie zmienia się pod wpływem dodatku niewielkich ilości mocnego kwasu lub zasady.
Roztworami buforowymi są płyny tkankowe, krew, mocz i inne płyny.
Wskaźnik pH płynów ustrojowych wyraźnie pokazuje, ile wchłania się Na, Mg, Ca, K. Te 4 składniki regulują kwasowość organizmu. Jeśli kwasowość jest wysoka, substancje zaczynają być zapożyczane z innych narządów i jam. Aby wykonywać wszystkie funkcje żywych struktur na wszystkich poziomach, od układów molekularnych po narządy, wymagane jest lekko zasadowe środowisko (pH 7,4).
Nawet najmniejsze odchylenie od normalnej wartości może powodować patologię.
Zmiany pH: na kwaśne – kwasica
do zasadowego – zasadowica
Przesunięcie o 0,1 może prowadzić do zakłócenia środowiska, a przesunięcie o 0,3 może zagrażać życiu.
Poziom pH krwi i innych płynów wewnętrznych. Metabolizm i metabolity.
Normy dotyczące płynów wewnętrznych:
Krew tętnicza 7,35 – 7,45
Krew żylna 7,26 – 7,36
Limfa 7,35 – 7,40
Płyn międzykomórkowy 7,26 – 7,38
pH moczu 5-7 (kwasowość zmienia się w zależności od spożycia pokarmu i aktywności fizycznej. Zasadowość moczu – pokarmy roślinne; kwasowość moczu – mięso, aktywność fizyczna).
Odchylenia i normy:
- Reakcja kwaśnej cieczy
Post, podwyższona temperatura ciała, cukrzyca, upośledzona czynność nerek, ciężka praca fizyczna.
- Reakcja alkaliczna
Zapalenie pęcherza moczowego, dieta uboga w produkty mięsne, nadmiar wody mineralnej, krew w moczu.
Każdy organizm charakteryzuje się zestawem wskaźników, za pomocą których ocenia się właściwości fizykochemiczne środowiska wewnętrznego, z wyjątkiem pH, które szacuje się za pomocą odwrotnego logarytmu dziesiętnego p i p, a także objętości wyrzutowej serca, częstości akcji serca, krwi ciśnienie, prędkość przepływu krwi, obwodowy opór naczyniowy, minutowa objętość oddechowa itp. Całość tych wskaźników charakteryzuje poziom funkcjonalny organizmu.
Metabolizm to zespół reakcji chemicznych zachodzących w żywych komórkach i
dostarczanie organizmowi substancji i energii na potrzeby podstawowego metabolizmu.
Metabolity to produkty przemiany wewnątrzkomórkowej, które podlegają ostatecznej eliminacji z organizmu.
Stan kwasowo-zasadowy jest jednym z najważniejszych parametrów fizykochemicznych środowiska wewnętrznego organizmu. W organizmie zdrowego człowieka kwasy powstają codziennie podczas procesu metabolicznego - około 20 000 mmol kwasu węglowego (H 2 CO 3) i 80 mmol mocnych kwasów, ale stężenie H + waha się w stosunkowo wąskim zakresie. Zwykle pH płynu zewnątrzkomórkowego wynosi 7,35-7,45 (45-35 nmol/l), a pH płynu wewnątrzkomórkowego wynosi średnio 6,9. Jednocześnie należy zauważyć, że stężenie H+ wewnątrz komórki jest niejednorodne: różni się w organellach tej samej komórki.
H+ są do tego stopnia reaktywne, że nawet krótkotrwała zmiana ich stężenia w komórce może znacząco wpłynąć na aktywność układów enzymatycznych i procesy fizjologiczne, jednak zwykle układy buforowe włączają się natychmiast, chroniąc komórkę przed niekorzystnymi wahaniami pH. Układ buforowy może wiązać lub odwrotnie, natychmiast uwalniać H+ w odpowiedzi na zmiany kwasowości płynu wewnątrzkomórkowego. Układy buforowe działają również na poziomie całego organizmu, ale ostatecznie o regulacji pH organizmu decyduje funkcjonowanie płuc i nerek.
Jaki jest zatem stan kwasowo-zasadowy (syn.: równowaga kwasowo-zasadowa, stan kwasowo-zasadowy, równowaga kwasowo-zasadowa, homeostaza kwasowo-zasadowa)? Jest to względna stałość wartości pH środowiska wewnętrznego organizmu, wynikająca z połączonego działania buforu i niektórych układów fizjologicznych organizmu.
Równowaga kwasowo-zasadowa to względna stałość wskaźnika wodorowego (pH) wewnętrznego kraju organizmu, wynikająca z łącznego działania buforu i niektórych układów fizjologicznych, która decyduje o przydatności przemian metabolicznych w komórkach organizmu (Big Encyklopedia Medyczna, t. 10, s. 336).
Stosunek jonów wodoru i hydroksylu w środowisku wewnętrznym organizmu zależy od:
1) aktywność enzymatyczna i intensywność reakcji redoks;
2) procesy hydrolizy i syntezy białek, glikolizy i utleniania węglowodanów i tłuszczów;
3) wrażliwość receptorów na mediatory;
4) przepuszczalność membrany;
5) zdolność hemoglobiny do wiązania tlenu i uwalniania go do tkanek;
6) właściwości fizykochemiczne koloidów i struktur międzykomórkowych: stopień ich dyspersji, hydrofilia, zdolność adsorpcyjna;
7) funkcje różnych narządów i układów.
Stosunek H+ i OH- w mediach biologicznych zależy od zawartości kwasów (donorów protonów) i zasad buforowych (akceptorów protonów) w płynach ustrojowych. Aktywność ośrodka ocenia się na podstawie jednego z jonów (H+ lub OH-), najczęściej H+. Zawartość H+ w organizmie zależy od ich powstawania podczas metabolizmu białek, tłuszczów i węglowodanów, a także od ich przedostania się do organizmu lub usunięcia z niego w postaci nielotnych kwasów lub dwutlenku węgla.
Wartość pH, charakteryzująca stan CBS, jest jednym z najbardziej „twardych” parametrów krwi i waha się u człowieka w bardzo wąskich granicach: od 7,35 do 7,45. Przesunięcie pH o 0,1 poza określone granice powoduje wyraźne zaburzenia w układzie oddechowym, sercowo-naczyniowym itp., Obniżenie pH o 0,3 powoduje śpiączkę kwasiczą, a przesunięcie pH o 0,4 jest często nie do pogodzenia z życiem.
Wymiana kwasów i zasad w organizmie jest ściśle powiązana z wymianą wody i elektrolitów. Wszystkie te rodzaje metabolizmu łączy prawo neutralności elektrycznej, izosmolarności i homeosgatyczne mechanizmy fizjologiczne.
Całkowita ilość kationów osocza wynosi 155 mmol/l (Na+ -142 mmol/l; K+ - 5 mmol/l; Ca2+ - 2,5 mmol/l; Mg2+ - 0,5 mmol/l; pozostałe pierwiastki - 1,5 mmol/l ), a zawarta jest taka sama ilość anionów (103 mmol/l - słaba zasada Cl-; 27 mmol/l - mocna zasada HC03-; 7,5-9 mmol/l - aniony białkowe; 1,5 mmol/l - aniony fosforanowe; 0,5 mmol/ l - sulfataniony, 5 mmol/l - kwasy organiczne). Ponieważ zawartość H+ w osoczu nie przekracza 40x106 mmol/l, a główne zasady buforowe HCO3- i anionów białkowych w osoczu wynoszą około 42 mmol/l, krew uważana jest za środowisko dobrze buforowane i ma lekko zasadowy odczyn.
Białko i aniony HCO3- są ściśle powiązane z metabolizmem elektrolitów i CBS. W tym względzie właściwa interpretacja zmian ich stężenia ma decydujące znaczenie dla oceny procesów zachodzących w wymianie elektrolitów, wody i H+. CBS jest wspomagany przez układy buforowe krwi i tkanek oraz fizjologiczne mechanizmy regulacyjne, które obejmują płuca, nerki, wątrobę i przewód pokarmowy.
Fizykochemiczne mechanizmy homeostatyczne
Fizykochemiczne mechanizmy homeostatyczne obejmują układy buforowe krwi i tkanek, a zwłaszcza układ buforowy węglanowy. Gdy organizm narażony jest na działanie czynników zakłócających (kwasy, zasady), o utrzymanie homeostazy kwasowo-zasadowej dba przede wszystkim układ buforów węglanowych, składający się ze słabego kwasu węglowego (H 2 CO3) i soli sodowej jego anionu (NaHCO3) w stosunku 1:20. Kiedy bufor ten wchodzi w kontakt z kwasami, te ostatnie są neutralizowane przez zasadowy składnik buforu, tworząc słaby kwas węglowy: NaHC03 + HCl > NaCl + H2C03
Kwas węglowy dysocjuje na CO2 i H2O. Powstały CO2 pobudza ośrodek oddechowy, a nadmiar dwutlenku węgla jest usuwany z krwi wraz z wydychanym powietrzem. Bufor węglanowy jest również w stanie zneutralizować nadmiar zasad poprzez wiązanie z kwasem węglowym, tworząc NaHCO3 i jego późniejsze wydalanie przez nerki:
NaOH + H2C03 > NaHCO + H20.
Ciężar właściwy buforu węglanowego jest niewielki i wynosi 7-9% całkowitej pojemności buforowej krwi, jednak bufor ten zajmuje centralne miejsce w jego znaczeniu w układzie buforowym krwi, ponieważ jako pierwszy wchodzi kontakt z czynnikami zakłócającymi i jest ściśle powiązany z innymi układami buforowymi i fizjologicznymi mechanizmami regulacyjnymi. Dlatego też układ buforów węglanowych jest czułym wskaźnikiem CBS, dlatego oznaczenie jego składników znajduje szerokie zastosowanie w diagnostyce zaburzeń CBS.
Drugim układem buforowym osocza krwi jest bufor fosforanowy utworzony z jednozasadowych (słabe kwasy) i dwuzasadowych (silne zasady) soli fosforanowych: NaH2P04 i Na2HP04 w stosunku 1:4. Bufor fosforanowy działa podobnie do buforu węglanowego. Stabilizująca rola buforu fosforanowego we krwi jest niewielka; odgrywa znacznie większą rolę w nerkowej regulacji homeostazy kwasowo-zasadowej, a także w regulacji czynnej reakcji niektórych tkanek. Bufor fosforanowy we krwi odgrywa ważną rolę w utrzymaniu ACR i reprodukcji buforu wodorowęglanowego:
H2CO3 + Na2HPO4 > NaHC03 + NaH2PO 4 tj. nadmiar H2C03 jest eliminowany, stężenie NaHC03 wzrasta, a stosunek H2C03/NaHC03 pozostaje stały i wynosi 1:20.
Trzecim układem buforowym krwi są białka, których właściwości buforujące zależą od ich amfoteryczności. Mogą dysocjować, tworząc zarówno H+, jak i OH-. Jednakże zdolność buforowania białek osocza w porównaniu z wodorowęglanami jest niewielka. Największą zdolność buforową krwi (do 75%) ma hemoglobina. Histydyna, która jest częścią hemoglobiny, zawiera zarówno grupy kwasowe (COOH), jak i zasadowe (NH2).
Właściwości buforujące hemoglobiny wynikają z możliwości oddziaływania kwasów z solą potasową hemoglobiny, tworząc równoważną ilość odpowiedniej soli potasowej i wolnej hemoglobiny, która ma właściwości bardzo słabego kwasu organicznego. W ten sposób można związać duże ilości H+. Zdolność wiązania H+ w solach Hb jest bardziej wyraźna niż w solach oksyhemoglobiny (HbO2). Innymi słowy, hemoglobina jest słabszym kwasem organicznym niż oksyhemoglobina. W związku z tym podczas dysocjacji HbO w kapilarach tkankowych na O2 i Hb pojawia się dodatkowa ilość zasad (soli Hb), które są zdolne do wiązania dwutlenku węgla, przeciwdziałając spadkowi pH i odwrotnie, natlenienie Hb prowadzi do wypierania H2CO3 z wodorowęglanów. Mechanizmy te działają podczas przemiany krwi tętniczej w żylną i odwrotnie, a także podczas zmiany pCO2.
Hemoglobina jest w stanie wiązać dwutlenek węgla przy użyciu wolnych grup aminowych, tworząc karbohemoglobinę
R-NH2 + CO2 - R-NHCOOH
Zatem NHC03 w układzie buforowym węglanowym podczas „agresji” kwasów jest kompensowany przez białka alkaliczne, fosforany i sole hemoglobiny.
Wymiana Cl i HCO3 pomiędzy erytrocytami i osoczem jest niezwykle ważna w utrzymaniu CBS. Wraz ze wzrostem stężenia dwutlenku węgla w osoczu stężenie Cl w nim maleje, ponieważ jony chloru przedostają się do czerwonych krwinek. Głównym źródłem Cl w osoczu jest NaCl. Wraz ze wzrostem stężenia H2CO3 wiązanie między Na+ i Cl- rozrywa się i następuje ich rozdzielenie, jony chloru przedostają się do erytrocytów, a jony sodu pozostają w osoczu, ponieważ błona erytrocytów jest dla nich praktycznie nieprzepuszczalna. Jednocześnie powstały nadmiar Na+ łączy się z nadmiarem HCO3-, tworząc wodorowęglan sodu i uzupełniając jego straty podczas zakwaszania krwi, utrzymując w ten sposób stałe pH krwi.
Spadek pCO2 we krwi powoduje proces odwrotny: jony chloru opuszczają czerwone krwinki i łączą się z nadmiarem jonów sodu uwolnionych z NaHC03, co zapobiega alkalizacji krwi.
Ważną rolę w utrzymaniu CBS odgrywają tkankowe układy buforowe – zawierają one układy buforów węglanowych i fosforanowych. Szczególną rolę odgrywają jednak białka tkankowe, które mają zdolność wiązania bardzo dużych ilości kwasów i zasad.
Równie ważną rolę w regulacji CBS odgrywają homeostatyczne procesy metaboliczne zachodzące w tkankach, zwłaszcza w wątrobie, nerkach i mięśniach. Kwasy organiczne np. mogą zostać utlenione, tworząc lotne kwasy, które są łatwo uwalniane z organizmu (głównie w postaci dwutlenku węgla) lub łączą się z produktami metabolizmu białek, całkowicie lub częściowo tracąc swoje właściwości kwasowe.
Kwas mlekowy powstający w dużych ilościach podczas intensywnej pracy mięśni może zostać ponownie zsyntetyzowany w glikogen, a ciała ketonowe w wyższe kwasy tłuszczowe, a następnie w tłuszcze itp. Kwasy nieorganiczne można neutralizować solami potasowymi i sodowymi, uwalnianymi podczas deaminacji aminokwasów amoniakiem z wytworzeniem soli amonowych.
Zasady można neutralizować za pomocą mleczanu, który intensywnie powstaje z glikogenu, gdy zmienia się pH tkanek. CBS utrzymuje się dzięki rozpuszczaniu silnych kwasów i zasad w lipidach, ich wiązaniu przez różne substancje organiczne w nierozdzielne i nierozpuszczalne sole oraz wymianie jonów pomiędzy komórkami różnych tkanek i krwią.
Ostatecznie ogniwem determinującym utrzymanie homeostazy kwasowo-zasadowej jest metabolizm komórkowy, gdyż przezbłonowy przepływ anionów i kationów oraz ich dystrybucja pomiędzy sektorami zewnątrz- i wewnątrzkomórkowymi jest wynikiem aktywności komórki i podporządkowany jest potrzebom tej aktywności.
Fizjologiczne mechanizmy homeostatyczne
Równie ważną rolę w utrzymaniu homeostazy kwasowo-zasadowej odgrywają fizjologiczne mechanizmy homeostatyczne, wśród których wiodącą rolę odgrywają płuca i nerki.” Kwasy organiczne powstałe w procesie metabolicznym, czyli kwasy dostające się do organizmu z zewnątrz, dzięki układom buforowym krwi, wypierają dwutlenek węgla z jego związków z zasadami, a powstały nadmiar CO2 jest wydalany przez płuca.
Dwutlenek węgla dyfunduje około 20 razy intensywniej niż tlen. Proces ten ułatwiają dwa mechanizmy:
przejście hemoglobiny do oksyhemoglobiny (oksyhemoglobina, jako silniejszy kwas, wypiera CO2 z krwi);
Działanie płucnej anhydrazy węglanowej. Anhydraza węglanowa
n2co3 - co2+ n2o.
Ilość dwutlenku węgla usuwanego z organizmu przez płuca zależy od częstotliwości i amplitudy oddychania i zależy od zawartości dwutlenku węgla w organizmie.
Udział nerek w utrzymaniu CBS zależy głównie od ich funkcji wydzielania kwasu. W normalnych warunkach nerki wytwarzają mocz, którego pH waha się od 5,0 do 7,0. Wartość pH moczu może osiągnąć 4,5, co wskazuje na 800-krotny nadmiar H+ w nim w porównaniu z osoczem krwi. Zakwaszenie moczu w kanalikach bliższych i dalszych jest następstwem wydzielania H+ (kwasicy). Ważną rolę w tym procesie odgrywa anhydraza węglanowa nabłonka kanalików nerkowych. Enzym ten przyspiesza osiągnięcie równowagi pomiędzy powolną reakcją hydratacji i odwodnienia kwasu węglowego:
anhydraza węglanowa
n2co3 - n2o + co2
Wraz ze spadkiem pH wzrasta ilość niekatalizowanego H2CO3 > H2 + HCO3-. W wyniku kwasogenezy usuwane są z organizmu kwaśne składniki buforu fosforanowego (H++ HP04 2- > H2PO4-) oraz słabe kwasy organiczne (mlekowy, cytrynowy, β-hydroksymasłowy itp.). Uwalnianie H+ przez nabłonek kanalików nerkowych następuje wbrew gradientowi elektrochemicznemu wraz z kosztem energii i jednocześnie następuje reabsorpcja równoważnej ilości Na+ (zmniejszeniu wchłaniania zwrotnego Na+ towarzyszy zmniejszenie kwasogenezy). Na+ wchłaniany ponownie w wyniku kwasogenezy tworzy wodorowęglan sodu we krwi wraz z HCO3- wydzielanym przez nabłonek kanalików nerkowych
Na + + HC03 - > NaHC03
Jony H+ wydzielane przez nabłonek kanalików nerkowych oddziałują z anionami związków buforowych. Kwasogeneza zapewnia uwalnianie głównie anionów buforów węglanowych i fosforanowych oraz anionów słabych kwasów organicznych.
Aniony silnych kwasów organicznych i nieorganicznych (CI-, S0 4 2-) są usuwane z organizmu przez nerki w wyniku amoniogenezy, co zapewnia wydalanie kwasów i chroni pH moczu przed spadkiem poniżej poziomu krytycznego kanalików dystalnych i kanały zbiorcze. NH3 powstający w nabłonku kanalików nerkowych podczas deaminacji glutaminy (60%) i innych aminokwasów (40%), dostając się do światła kanalików, łączy się z H+ powstającym podczas kwasogenezy. Zatem amoniak wiąże jony wodoru i usuwa aniony mocnych kwasów w postaci soli amonowych.
Amoniogeneza jest ściśle związana z kwasogenezą, dlatego stężenie amonu w moczu jest bezpośrednio zależne od stężenia w nim H+: zakwaszenie krwi, któremu towarzyszy spadek pH płynu kanalikowego, sprzyja dyfuzji amoniaku z układu moczowego komórki. Wydalanie amonu zależy również od szybkości jego wytwarzania i szybkości przepływu moczu.
Chlorki odgrywają ważną rolę w regulacji wydalania kwasu przez nerki – wzrostowi wchłaniania zwrotnego HCO3- towarzyszy wzrost wchłaniania zwrotnego chlorków. Jon chloru biernie podąża za kationem sodu. Zmiana transportu chlorków jest konsekwencją pierwotnej zmiany w wydzielaniu jonów H+ i reabsorpcji HCO3 oraz wynika z konieczności utrzymania obojętności elektrycznej cewki moczowej.
Oprócz kwasicy i amoniogenezy, znaczącą rolę w zachowaniu Na+ podczas zakwaszania krwi odgrywa wydzielanie potasu, który uwalniany z komórek przy spadku pH krwi jest intensywnie wydalany przez nabłonek kanalików nerkowych, zwiększając jednocześnie reabsorpcja Na+ – wpływa to na regulacyjne działanie mineralokortykoidów: aldosteronu i deoksykortykosteronu. Zwykle nerki wydzielają głównie kwaśne produkty przemiany materii, ale przy zwiększonym przyjmowaniu zasad do organizmu reakcja moczu staje się bardziej zasadowa ze względu na zwiększone wydzielanie wodorowęglanów i zasadowych fosforanów.
Przewód żołądkowo-jelitowy odgrywa ważną rolę w regulacji wydalania CBS. W żołądku powstaje kwas solny: H+ jest wydzielany przez nabłonek żołądka, a CI- pochodzi z krwi. W zamian za chlorki wodorowęglan przedostaje się do krwi podczas wydzielania żołądkowego, ale nie następuje alkalizacja krwi, ponieważ CI- sok żołądkowy jest ponownie wchłaniany do krwi.W jelicie nabłonek błony śluzowej jelit wydziela zasadowy sok bogaty w wodorowęglany . W tym przypadku H+ przenika do krwi w postaci HCl. Krótkoterminowa zmiana reakcji jest natychmiast równoważona przez reabsorpcję NaHC03 w jelicie. Przewód jelitowy w przeciwieństwie do nerek, które skupiają i uwalniają z organizmu głównie kationy K+ i jednowartościowe, koncentruje i usuwa z organizmu jony zasadowe dwuwartościowe.Przy diecie kwaśnej zwiększa się uwalnianie głównie Ca2+ i Mg2+, a przy diecie kwaśnej dieta zasadowa zwiększa uwalnianie wszystkich kationów.
2.Systemy buforujące krew. Rola układów buforowych w utrzymaniu homeostazy pH. Stan kwasowo-zasadowy. Pojęcie kwasicy i zasadowicy.
W organizmie tworzenie kwasów przeważa nad tworzeniem się związków zasadowych.
Źródła H+ w organizmie:
1. lotny kwas H2CO3, 10-20 tysięcy mmol CO2 dziennie podczas utleniania białek, F, U.
2.kwasy nielotne dziennie. 70 mmoli:
Fosforowy podczas rozkładu fosforanów organicznych (nukleotydy, PL, fosfoproteiny)
Siarkowy, solny podczas utleniania B
3.org.k-you: mleko, ciała ketonowe, PCV itp.
Odczyn pH utrzymuje się na poziomie lekko zasadowym dzięki udziałowi komórek buforowych i kontroli fizjologicznej (funkcja wydalnicza nerek i funkcja oddechowa płuc).
Równanie Hendersona-Hesselbacha: pH = pKa + log [akumulator protonów]/[donor protonów].
(Sól) (kwas)
Każdy bufor składa się ze sprzężonej pary kwas-zasada: donor protonu + akceptor.
Pojemność buforowa: zależy od bezwzględnego stężenia składników buforu.
Dwuwęglan.
10% pojemności buforowej krwi.
Przy prawidłowym pH krwi (7,4) stężenie jonów wodorowęglanowych HCO 3 w osoczu krwi przekracza stężenie CO 2 około 20 razy. Układ buforu wodorowęglanowego działa jako skuteczny regulator w zakresie pH 7,4.
Mechanizm działania tego układu polega na tym, że gdy do krwi uwalniane są stosunkowo duże ilości kwaśnych produktów, jony wodorowe H + oddziałują z jonami wodorowęglanowymi HCO 3 –, co prowadzi do powstania słabo dysocjującego kwasu węglowego H 2 CO 3. Późniejszy spadek stężenia H 2 CO 3 osiąga się w wyniku przyspieszonego uwalniania CO 2 przez płuca w wyniku ich hiperwentylacji (przypomnijmy, że stężenie H 2 CO 3 w osoczu krwi zależy od ciśnienie CO2 w mieszaninie gazów pęcherzykowych).
Jeśli ilość zasad we krwi wzrasta, wówczas oddziałują one ze słabym kwasem węglowym, tworząc jony wodorowęglanowe i wodę. W tym przypadku nie występują zauważalne zmiany wartości pH. Ponadto, aby zachować prawidłowy stosunek składników układu buforowego, w tym przypadku aktywowane są fizjologiczne mechanizmy regulacji równowagi kwasowo-zasadowej: pewna ilość CO 2 zatrzymuje się w osoczu krwi w wyniku hipowentylacji układu płuca.
NaHCO3 + H+ → Na+ + H2CO3
Reabs w nerkach ↓ anhydraza węglanowa
↓zwiększona wentylacja płuc
Fosforan to sprzężona para kwas-zasada składająca się z jonu H 2 PO 4 – (donora protonu) i jonu HPO 4 2 – (akceptora protonu):
Układ buforu fosforanowego stanowi tylko 1% pojemności buforowej krwi. W płynie pozakomórkowym, w tym we krwi, stosunek [HPO 4 2– ]: [H 2 PO 4 – ] wynosi 4:1. Buforujące działanie układu fosforanowego polega na możliwości wiązania jonów wodorowych z jonami HPO 4 2– tworząc H 2 PO 4 – (H + + + HPO 4 2– -> H 2 PO 4 –), a także OH – jony z jonami H 2 PO 4 – (OH – + + H 2 R O 4 – -> HPO 4 2– + H 2 O). Para buforów (H 2 PO 4 – –HPO 4 2–) jest w stanie wpływać na zmiany pH w zakresie od 6,1 do 7,7 i może zapewnić pewną pojemność buforową płynu wewnątrzkomórkowego, którego wartość pH mieści się w zakresie z 6,9–7, 4. We krwi maksymalna pojemność buforu fosforanowego występuje przy pH 7,2.
1 i 2 – wyjście.
Białko jest mniej ważne dla utrzymania COR w osoczu krwi niż inne układy buforowe. Białka tworzą układ buforowy ze względu na obecność w cząsteczce białka grup kwasowo-zasadowych: białko-H+ (kwas, donor protonu) i białko (zasada koniugatu, akceptor protonu). Białkowy układ buforowy osocza krwi jest skuteczny w zakresie pH 7,2–7,4.
Układ buforowy hemoglobiny jest najsilniejszym układem buforowym we krwi. Jest 9 razy silniejszy niż bufor wodorowęglanowy; odpowiada za 75% całkowitej pojemności buforowej krwi. składa się z niezjonizowanej hemoglobiny HHb (słaby kwas organiczny, donor protonów) i soli potasowej hemoglobiny KHb (zasada sprzężona, akceptor protonów). Układ buforowy oksyhemoglobiny można rozpatrywać w ten sam sposób. Układ hemoglobiny i układ oksyhemoglobiny są układami wzajemnie wymienialnymi i istnieją jako jedna całość.
Mechanizm akcji:
W tkankach: H2O + CO2 (anhydraza węglanowa) -> H2CO3 -> H + + HCO3 - (dyfunduje do osocza krwi)
KNvO2 ->KNv + 4O2
KHb + 2H+ -> HHb + 2K+ (K-hemoglobina neutralizuje jony H+)
W płucach: HHb + 4O2 -> 2H+ + HbO2
2H+ + HBO2 + 2K+ + 2HCO3- ->KHBO2 + 2H2CO3 (anhydraza węglanowa) ->H2O + 2CO2
pH i stężenie CO2 wpływają na uwalnianie i wiązanie O2 przez nemoglobinę – efekt boru.
Zwiększanie stężenia protonów, CO2, sprzyja uwalnianiu O2, a zwiększanie stężenia O2 stymuluje uwalnianie CO2 i protonów.
5167 0
Stan kwasowo-zasadowy (ABS) jest jednym z bardzo ważnych składników homeostazy organizmu, niezbędnym warunkiem optymalnej aktywności enzymatycznych katalizatorów procesów metabolicznych. W procesie metabolicznym powstają różne kwasy i zasady, a także są one wprowadzane z zewnątrz. Zaburzenia różnych narządów mogą prowadzić do zakłócenia CBS, co z kolei powoduje różne zmiany patologiczne w organizmie. W niektórych przypadkach wskaźniki KOS są dość trafnym kryterium efektywności IT. Dlatego konieczna jest znajomość mechanizmów regulacji fizjologicznej i zaburzeń CBS, umiejętność oceny ich stanu oraz prawidłowego prowadzenia profilaktyki i korekcji zaburzeń.
Diagnostyka
Wartości wskaźników CBS utrzymywane są w wąskich granicach przez reakcje fizykochemiczne i mechanizmy neurohumoralne potężnych układów:
- bufor (hemoglobina, białko, wodorowęglan itp.)
- funkcjonalne (płuca, nerki, wątroba, przewód pokarmowy).
Gdy zmienia się pH, natychmiast reagują układy buforowe organizmu, później funkcjonalne. Maksymalna kompensacja tego ostatniego jest wolniejsza (płuca - około 12-24 godzin, nerki - około tygodnia). Dlatego też, aby ocenić CBS, należy znać zmiany jakościowe i ilościowe przede wszystkim w układach buforowych (zwłaszcza hemoglobinie, która stanowi 73-76% całkowitej pojemności buforowej krwi oraz wodorowęglanach, które są bardzo mobilne i odzwierciedlają stan innych systemów buforowych). Główne wskaźniki KOS: pHa – aktualne pH, BEa – nadmiar zasad, PaCO2 – napięcie CO2 we krwi tętniczej w temperaturze 38°C bez dostępu powietrza.
Normalne wartości pH u ludzi wynoszą 7,36-7,44. Granice odchyleń patologicznych zgodnych z życiem wynoszą 6,8-8,0. Spadek pH wskazuje na kwasicę, a wzrost wskazuje na zasadowicę. Warunki, które do nich prowadzą, nazywane są kwasicą lub zasadowicą. pH odzwierciedla stopień kompensacji, ale nie istotę przesunięć CBS.
Normalne wartości to BEa±2,3 mmol/l. W patologii wartość BEa może wahać się w granicach ±15 mmol/l. BEA jest metabolicznym składnikiem CBS, jego spadek lub wzrost wskazuje odpowiednio na kwasicę lub zasadowicę metaboliczną. BE może również zmieniać się kompensacyjnie przy schorzeniach układu oddechowego.
Pojęcie homeostazy kwasowo-zasadowej, jej główne parametry. Rola stabilizacji pH środowiska wewnętrznego organizmu. Funkcjonalny układ utrzymania stałości parametrów homeostazy kwasowo-zasadowej. Znaczenie utrzymywania stałego pH w życiu. Rola oddychania zewnętrznego, nerek i układów buforowych krwi w stabilizacji pH.
Pojęcie pH, rola stałości pH środowiska wewnętrznego dla realizacji metabolizmu wewnątrzkomórkowego.
Homeostaza kwasowo-zasadowa
Równowaga kwasowo-zasadowa jest jednym z najważniejszych parametrów fizykochemicznych środowiska wewnętrznego organizmu. Stosunek jonów wodoru i hydroksylu w środowisku wewnętrznym organizmu w dużym stopniu determinuje działanie enzymów, kierunek i intensywność reakcji redoks, procesy rozkładu i syntezy białek, glikolizę i utlenianie węglowodanów i tłuszczów, funkcje liczba narządów, wrażliwość receptorów na mediatory, przepuszczalność błon itp. Aktywność reakcji środowiska determinuje zdolność hemoglobiny do wiązania tlenu i uwalniania go do tkanek. Kiedy zmienia się reakcja środowiska, zmieniają się właściwości fizykochemiczne koloidów komórkowych i struktur międzykomórkowych - stopień ich dyspersji, hydrofilia, zdolność adsorpcji i inne ważne właściwości.
Stosunek mas aktywnych jonów wodoru i jonów hydroksylowych w ośrodkach biologicznych zależy od zawartości w płynach ustrojowych kwasów (donorów protonów) i zasad buforowych (akceptorów protonów). Zwyczajowo ocenia się aktywną reakcję środowiska za pomocą jednego z jonów (H +) lub (OH -), częściej za pomocą jonu H +. O zawartości H+ w organizmie decyduje z jednej strony ich bezpośrednie lub pośrednie powstawanie przez dwutlenek węgla podczas metabolizmu białek, tłuszczów i węglowodanów, a z drugiej strony ich przedostawanie się do organizmu lub usuwanie z niego w procesie w postaci nielotnych kwasów lub dwutlenku węgla. Nawet stosunkowo niewielkie zmiany w CH + nieuchronnie prowadzą do zakłócenia procesów fizjologicznych, a przy przesunięciach poza pewne granice, do śmierci organizmu. Pod tym względem wartość pH, charakteryzująca stan równowagi kwasowo-zasadowej, jest jednym z najbardziej „twardych” parametrów krwi i waha się u ludzi w wąskim zakresie - od 7,32 do 7,45. Przesunięcie pH o 0,1 poza określone granice powoduje wyraźne zaburzenia w układzie oddechowym, sercowo-naczyniowym itp.; spadek pH o 0,3 powoduje śpiączkę kwasiczą, a zmiana pH o 0,4 jest często nie do pogodzenia z życiem.
Wymiana kwasów i zasad w organizmie jest ściśle powiązana z wymianą wody i elektrolitów. Wszystkie te rodzaje wymiany łączą prawa elektroobojętności, izosmolarności i homestatyczne mechanizmy fizjologiczne. W przypadku plazmy prawo neutralności elektrycznej można zilustrować danymi w tabeli. 20.
Całkowita ilość kationów w osoczu wynosi 155 mmol/l, z czego 142 mmol/l to sód. Całkowita ilość anionów wynosi również 155 mmol/l, z czego 103 mmol/l to słaba zasada C1 - i 27 mmol/l to udział HCO - 3 (mocna zasada). G. Ruth (1978) uważa, że głównymi zasadami buforowymi osocza są HCO - 3 i aniony białkowe (około 42 mmol/l). Dzięki temu, że stężenie jonów wodorowych w osoczu wynosi zaledwie 40,10 -6 mmol/l, krew jest roztworem dobrze zbuforowanym i ma odczyn lekko zasadowy. Aniony białek, zwłaszcza jon HCO - 3, są ściśle powiązane z jednej strony z wymianą elektrolitów, a z drugiej z równowagą kwasowo-zasadową, dlatego dla zrozumienia ważna jest prawidłowa interpretacja zmian ich stężenia procesy zachodzące podczas wymiany elektrolitów, wody i H+.
