Гомеостаз – одно из основных свойств живого сохранять относительное динамическое
постоянство внутренней среды т.е. химического состава, осмотического
давления, устойчивости основных физиологических функций.
Это способность организма поддерживать относительное постоянство внутренней среды (крови, лимфы, межклеточной жидкости).
Организм человека приспосабливается к постоянно меняющимся условиям внешней среды, однако при этом внутренняя среда остается постоянной и ее показатели колеблются в очень узких границах. Поэтому человек может жить в различных условиях окружающей среды. Некоторые физиологические параметры регулируются особенно тщательно и тонко, например температура тела, артериальное давление, содержание глюкозы, газов, солей, ионов кальция в крови, кислотно-щелочное равновесие, объем крови, ее осмотическое давление, аппетит многие другие. Регуляция осуществляется по принципу отрицательной обратной связи между рецепторами, улавливающими изменения указанных показателей и управляющих системами. Так, уменьшение одного из параметров улавливается соответствующим рецептором, от которого импульсы направляются в ту или иную структуру мозга, по команде которого вегетативная нервная система включает сложные механизмы выравнивания наступивших изменений. Мозг использует для поддержания гомеостаза две основные системы: вегетативную и эндокринную.
Одним из важнейших физико-химических параметров внутренней среды является кислотно-щелочное равновесие .
Количественная реакция крови характеризующая водородный показатель (рН) – отрицательный десятичный логарифм концентрации водородов и ионов.
Большинство растворов в организме – буферные растворы, у которых рН не меняется от добавления к ним небольших количеств сильной кислоты или щёлочи.
Тканевая жидкость, кровь, моча и другие жидкости – буферные растворы.
рН показатель жидкостей организма хорошо демонстрирует на сколько усваивается Na, Mg, Ca, K. Эти 4 компонента регулируют кислотность организма. Если кислотность высокая начинается заимствование веществ из других органов и полостей. Для осуществления всех функций живых структур на всех уровнях от молекулярных систем до органов необходима слабощелочная среда (рН 7,4).
Даже самое незначительное отклонение от нормального значения может стать причиной патологии.
рН меняется: в кислую – ацидоз
в щелочную – алкалоз
Сдвиг на 0,1 может привести к нарушению деятельности среда, а на 0,3 – опасен для жизни.
Нормы рН крови и других внутренних жидкостей. Метаболизм и метаболиты.
Нормы для внутренних жидкостей:
Артериальная кровь 7,35 – 7,45
Венозная кровь 7,26 – 7,36
Лимфа 7,35 – 7,40
Межклеточная жидкость 7,26 – 7,38
рН мочи 5-7 (кислотность меняется от принимаемой пищи и физических нагрузок.Щёлочность мочи – растительная пища; кислотность мочи – мясо, физические нагрузки).
Отклонения и нормы:
- Кислая реакция жидкости
Голодание, повышение температуры тела, сахарный диабет, нарушение функции почек, тяжёлая физическая работа.
- Щелочная реакция
Воспаление мочевого пузыря, диета бедная мясными продуктами, избыток минеральной воды, попадание крови в мочу.
Любой организм характеризуется совокупностью показателей, с помощью которых оценивается физико-химические свойства внутренней среды, кроме рН оценивающаяся обратным десятичным логарифмом р и р , а также ударный объём сердца, частота сердечных сокращений, артериальное давление, скорость кровотока, сопротивляемость периферических сосудов, минутный объём дыхания и др. Совокупность этих показателей характеризует функциональный уровень организма.
Метаболизм – совокупность химических реакций протекающих в живых клетках и
обеспечивающих организм веществами и энергией для основного обмена.
Метаболиты – продукты внутриклеточного обмена, которые подлежат окончательному выведению из организма.
Понятие о кислотно-основном гомеостазе, его основные параметры. Роль стабилизации рН внутренней среды для организма. Функциональная система поддержания постоянства параметров кислотно-основного гомеостаза. Значение поддержания постоянства рН в жизнедеятельности. Роль внешнего дыхания, почек и буферных систем крови в стабилизации рН.
Понятие рН, роль постоянства рН внутренней среды для осуществления внутриклеточного метаболизма.
Кислотно-щелочной гомеостаз
Кислотно-щелочное равновесие является одним из важнейших физико-химических параметров внутренней среды организма. От соотношения водородных и гидроксильных ионов во внутренней среде организма в значительной мере зависят активность ферментов, направленность и интенсивность окислительно- восстановительных реакций, процессы расщепления и синтеза белка, гликолиз и окисление углеводов и жиров, функции ряда органов, чувствительность рецепторов к медиаторам, проницаемость мембран и т. д. Активность реакции среды определяет способность гемоглобина связывать кислород и отдавать его тканям. При изменении реакции среды меняются физико-химические характеристики коллоидов клеток и межклеточных структур - степень их дисперсности, гидрофилии, способность к адсорбции и другие важные свойства.
Соотношение активных масс водородных и гидроксильных ионов в биологических средах зависит от содержания в жидкостях организма кислот (донаторов протонов) и буферных оснований (акцепторы протонов). Принято активную реакцию среды оценивать по одному из ионов (Н +) или (ОН -), чаще по иону Н + . Содержание в организме Н + определяется, с одной стороны, прямым или опосредованным через углекислоту образованием их в ходе обмена белков, жиров и углеводов, а с другой - поступлением их в организм или выведением из него в виде нелетучих кислот или углекислого газа. Даже относительно небольшие изменения СН + неизбежно ведут к нарушению физиологических процессов, а при сдвигах за известные пределы - и к гибели организма. В связи с этим величина pH, характеризующая состояние кислотно-щелочного равновесия, является одним из самых "жестких" параметров крови и колеблется у человека в узких пределах - от 7,32 до 7,45. Сдвиг pH на 0,1 за указанные границы обусловливает выраженные нарушения со стороны дыхания, сердечно- сосудистой системы и др.; снижение pH на 0,3 вызывает ацидотическую кому, а сдвиг pH на 0,4 зачастую несовместим с жизнью.
Обмен кислот и оснований в организме теснейшим образом связан с обменом воды и электролитов. Все эти виды обмена объединены законами электронейтральности, изоосмолярности и гоместатическими физиологическими механизмами. Для плазмы закон электронейтральности может быть проиллюстрирован данными табл. 20.
Общее количество катионов плазмы составляет 155 ммоль/л, из них 142 ммоль/л приходятся на долю натрия. Общее количество анионов также составляет 155 ммоль/л, из них 103 ммоль/л приходятся на долю слабого основания С1 - и 27 ммоль/л - на долю HCO - 3 (сильное основание). Г. Рут (1978) считает, что HCO - 3 и анионы белка (примерно 42 ммоль/л) составляют главные буферные основания плазмы. Ввиду того, что концентрация ионов водорода в плазме составляет всего 40·10 -6 ммоль/л, кровь является хорошо буферированным раствором и обладает слабощелочной реакцией. Анионы белка, особенно ион НСО - 3 тесно связаны, с одной стороны, с обменом электролитов, с другой - с кислотно-щелочным равновесием, поэтому правильная трактовка изменений их концентрации имеет важное значение для понимания процессов, происходящих в сфере обмена электролитов, воды и Н + .
Кислотно-основное состояние (КОС) - относительное постоянство реакции внутренней среды организма, количественно характеризующееся концентрацией Н + .
Концентрацию Н + выражают с помощью величины рН. Концентрация Н + , и соответственно величина рН, зависят от соотношения в организме кислот и оснований.
Кислоты Бренстеда - молекулы или ионы, способные отдавать Н + .
Основания Бренстеда - соединения, способные принимать Н + .
Самой распространенной кислотой организма является угольная кислота, в сутки ее образуется около 20 моль. Также в организме образуются другие неорганические (соляная, серная, фосфорная) и органические (амино-, кето-, окси-, нуклеиновые, жирные) кислоты в количестве 80 ммоль/сут.
самым сильным из них является аммиак. Основными свойствами также обладают аминокислоты аргинин и лизин, биогенные амины, например, катехоламины, гистамин, серотонин и т.д.
Биологическое значение регуляции рН, последствия нарушений
Н + - положительно заряженные частицы, они присоединяются к отрицательно заряженным группам молекул и анионов, в результате чего те меняют свой состав и свойства. Таким образом, количество Н + в жидкости определяет строение и свойства всех основных групп органических соединений – белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов (амфифильных). Самое важное влияние концентрация Н + оказывает на активность ферментов. У каждого фермента существует свой оптимум рН, в котором фермент имеет максимальную активность. Например, ферменты гликолиза, ЦТК, ПФШ активны в нейтральной среде, а лизосомальные ферменты, ферменты желудка активны в кислой среде (рН=2). В результате, изменения величины рН вызывает изменение активности отдельных ферментов и приводит к нарушению метаболизма в целом
Основные принципы регуляции КОС
В основе регуляции КОС лежат 3 основных принципа:
1. постоянство рН . Механизмы регуляции КОС поддерживают постоянство рН.
2. изоосмолярность . При регуляции КОС, концентрация частиц в межклеточной и внеклеточной жидкости не изменяется.
3. электронейтральность . При регуляции КОС, количество положительных и отрицательных частиц в межклеточной и внеклеточной жидкости не изменяется.
МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ КОС
- Физико-химический механизм , это буферные системы крови и тканей;
- Физиологический механизм , это органы: легкие, почки, костная ткань, печень, кожа, ЖКТ.
- Метаболический (на клеточном уровне).
Нарушения КОС - классификация по механизмам? Биохимические пути компенсации.
НАРУШЕНИЯ КОС
Компенсация КОС - приспособительная реакция со стороны органа, не виновного в нарушение КОС.
Коррекция КОС – приспособительная реакция со стороны органа, вызвавшего нарушение КОС.
Выделяют два основных вида нарушений КОС – ацидоз и алкалоз.
Ацидоз – абсолютный или относительный избыток кислот или дефицит оснований.
Алкалоз – абсолютный или относительный избыток оснований или дефицит кислот.
Ацидоз или алкалоз не всегда сопровождаются заметным изменением концентрации Н + , так как постоянство рН поддерживают буферные системы. Такие ацидозы и алкалозы называются компенсированными (у них рН в норме). АН ↔ А - + Н + , Н + + B - ↔ BH
Если при ацидозах или алкалозах буферная емкость израсходована, величина рН изменяется и наблюдается: ацидемия – снижение величины рН ниже нормы, или алкалемия - повышение величины рН выше нормы. Такие ацидозы и алкалозы называются декомпенсированными .
В поддержании кислотно-основного гомеостаза (баланс оптимальных концентраций кислотных и основных компонентов физиологических систем) участвуют все буферные системы организма. Действия их взаимосвязаны и находятся в состоянии равновесия. Наиболее связан со всеми буферными системами гидрокарбонатный буфер. Нарушения в любой буферной системе сказываются на концентрациях его компонентов, поэтому изменение параметров гидрокарбонатной буферной системы может достаточно точно характеризовать КОС организма.
КОС крови в норме характеризуется следующими метаболическими показателями:
рН плазмы 7,4±0,05;
[НСО 3 - ]=(24,4±3) моль/л ― щелочной резерв кови;
рСО 2 =40 мм рт.ст.- парциальное давление СО 2 над кровью.
Из уравнения Гендерсона-Гассельбаха для гидрокарбонатного буфера очевидно, что при изменении концентрации или парциального давления СО 2 происходит изменение КОС крови.
Поддержание оптимального значения реакции среды в различных частях организма достигается благодаря согласованной работе буферных систем и органов выделения. Сдвиг реакции среды в кислую сторону называют ацидоз , а в оснóвную – алкалоз . Критическими значениями для сохранения жизни являются: сдвиг в кислую сторону до 6,8 , а в оснóвную – 8,0 . По происхождению ацидоз и алкалоз могут быть дыхательными или метаболическими.
Метаболический ацидоз развивается вследствие:
а) повышенной продукции метаболических кислот;
б) в результате потери гидрокарбонатов.
Повышенная продукция метаболических кислот происходит при:
1. сахарном диабете I типа, длительном, полном голодании или резком сокращении доли углеводов в рационе;
2. лактатацидозе (шок, гипоксия, сахарный диабет II типа, сердечная недостаточность, инфекции, отравление алкоголем).
Повышенная потеря гидрокарбонатов возможна с мочой (почечный ацидоз), или с некоторыми пищеварительными соками (панкреатический, кишечный).
Дыхательный (респираторный) ацидоз развивается при гиповентиляции лёгких, которая, независимо от вызвавшей её причины, приводит к росту парциального давления СО 2 более 40 мм рт. ст. (гиперкапния ). Это бывает при заболеваниях органов дыхания, гиповентиляции легких, угнетении дыхательного центра некоторыми препаратами, например, барбитуратами.
Метаболический алкалоз наблюдается при значительных потерях желудочного сока вследствие повторной рвоты, а также в результате потери протонов с мочой при гипокалиемии, при запорах (когда накапливаются щелочные продукты в кишечнике; ведь источником бикарбонат-анионов является поджелудочная железа, протоки которой открываются в 12-перстную кишку), а также при длительном приеме щелочной пищи и минеральной воды, соли которой подвергаются гидролизу по аниону.
Дыхательный (респираторный) алкалоз развивается вследствие гипервентиляции лёгких, приводящей к избыточному выведению СО 2 из организма и понижению его парциального давления в крови менее 40 мм. рт. ст. (гипокапния ). Это бывает при вдыхании разреженного воздуха, гипервентиляции легких, развитии тепловой одышки, чрезмерного возбуждения дыхательного центра вследствие поражения головного мозга.
При ацидозах в качестве экстренной меры используют внутривенное вливание 4 – 8 % гидрокарбоната натрия, 3,66%- ного раствора трисамина Н 2 NC(CH 2 OH) 3 или 11 % лактата натрия. Последний, нейтрализуя кислоты, не выделяет СО 2 , что повышает его эффективность.
Алкалозы корректируются сложнее, особенно метаболические (связанные с нарушением систем пищеварения и выделения). Иногда используют 5 % раствор аскорбиновой кислоты, нейтрализованный бикарбонатом натрия до рН 6 – 7.
Щелочной резерв - это количество бикарбоната (NaHCО 3) (точнее объем СО 2 , который может быть связан плазмой крови). Эту величину лишь условно можно рассматривать как показатель кислотно-щелочного равновесия, так как, несмотря на повышенное или пониженное содержание бикарбоната, при наличии соответствующих изменений Н 2 СО 3 рН может оставаться совершенно нормальным.
Так как компенсаторные возможности посредством дыхания, первоначально используемые организмом, ограничены, решающая роль в поддержании постоянства переходит к почкам. Одной из основных задач почек является удаление из организма Н + -ионов в тех случаях, когда вследствие каких-либо причин в плазме наступает сдвиг в сторону ацидоза.
Ацидоз не может быть скорригирован, если не будет удалено соответствующее количество Н + -ионов. Почки используют при этом 3 механизма:
1. Обмен ионов водорода на ионы натрия, которые, соединяясь с образующимися в канальцевых клетках анионами НСО 3 , полностью подвергаются обратному всасыванию в виде NaHCO 3 ,
Предпосылкой выделения Н + -ионов с помощью этого механизма является активируемая карбоангидразой реакция СО 2 + Н 2 О = Н 2 СО 3 , причем Н 2 СО 3 распадается на ионы Н + и НСО 3 - . При этом обмене ионов водорода на ионы натрия происходит обратное всасывание всего отфильтрованного в клубочках бикарбоната натрия.
2. Выделение с мочой ионов водорода и обратное всасывание ионов натрия происходит также путем превращения в дистальных отделах канальцев щелочной соли фосфата натрия (Na 2 HPО 4) в кислую соль дифосфата натрия (NaHaPO 4).
3. Образование солей аммония: аммиак, образующийся в дистальных отделах почечных канальцев из глутамина и других аминокислот, способствует выделению Н + -ионов и обратному всасыванию ионов натрия; происходит образование NH 4 Cl вследствие соединения аммиака с HCl.
Интенсивность образования аммиака, необходимого для нейтрализации сильной НСl, тем больше, чем выше кислотность мочи.
Основные параметры КОС
| рН | N ≈ 7,4 | (среднее значение в артериальной крови) |
| рСО 2 | 40 мм. рт. ст. (парциальное давление СО 2 в плазме крови) | Этот компонент непосредственно отражает дыхательный компонент в регуляции КОС (КЩР). (гиперкапния) наблюдается при гиповентиляции, что характерно для дыхательного ацидоза. ↓(гипокапния) наблюдается при гипервентиляции, что характерно для респираторного алкалоза. Однако, изменения рСО 2 могут быть и следствием компенсации со стороны метаболических нарушений КОС. Чтобы отличить эти ситуации друг от друга, требуется рассмотреть рН и [НСО 3 - ] |
| рО 2 | 95 мм. рт. ст. (парциальное давление в плазме крови) | |
| СБ или SB | 24 мэкв/л | СБ – стандартный бикарбонат плазмы т.е. [НСО 3 - ] ↓ - при метаболическом ацидозе, или при компенсации дыхательного алкалоза. - при метаболическом алкалозе или при компенсации дыхательного ацидоза. |
Дополнительные индексы
В норме, условно говоря, не существует ни дефицита, ни избытка оснований (ни ДО, ни ИО). Фактически, это выражается в том, что разница должного и фактического БО находится в нормальных условиях в пределах ±2,3 мэкв/л. Выход этого показателя из коридора нормы типичен для метаболических нарушений КОС. Аномально высокие значения характерны для метаболического алкалоза. Аномально низкие – для метаболического ацидоза.
5167 0
Кислотно-основное состояние (КОС) — одни из весьма важных компонентов гомеостаза организма, непременное условие оптимальной активности ферментов-катализаторов обменных процессов. В процессе обмена веществ образуются различные кислоты и основания, кроме того они вводятся извне. Расстройства различных органов могут привести к нарушению КОС, что в свою очередь вызывает различные патологические сдвиги в организме. Показатели КОС в ряде случаев являются достаточно точным критерием эффективности ИТ. Поэтому необходимо знать механизмы физиологической регуляции и нарушений КОС, уметь оценить их состояние и правильно проводить профилактику и коррекцию нарушений.
Диагностика
Величины показателей КОС поддерживаются в узких границах физико-химическими реакциями и нейрогуморальными механизмами мощных систем:
- буферных (гемоглобиновая, белковая, гидрокарбонатная и др.)
- функциональных (легкие, почки, печень, желудочно-кишечный тракт).
При изменении pH сразу же реагируют буферные системы организма, затем функциональные. Максимальная компенсация последних более медленная (легких - окало 12-24 ч, почек - около недели). Поэтому для оценки КОС нужно знать качественные и количественные изменения прежде всего буферных систем (особенно гемоглобиновой, на долю которой приходится 73-76 % всей буферной емкости крови и гидрокарбонатной, очень подвижной и отражающей состояние других буферных систем). Основные показатели КОС: рНа - актуальный pH, BEа - избыток оснований, РаСО2 - напряжение СО2 в артериальной крови при температуре 38 °С без доступа воздуха.
Нормальные величины pHа у человека 7,36-7,44. Границы патологических отклонений, совместимых с жизнью 6,8-8,0. Уменьшение pH свидетельствует об ацидемии, а увеличение - алкалемии. Состояния, которые приводят к ним, называются ацидозом или алкалозом. pH отражает степень компенсации, но не сущность сдвигов КОС.
Нормальные величины ВЕа±2,3 ммоль/л. При патологии величина ВЕа может изменяться в пределах ±15 ммоль/л. ВЕа - это метаболический компонент КОС, снижение или увеличение его свидетельствует о метаболическом ацидозе или алкалозе соответственно. BE может изменяться также компенсаторно при дыхательных нарушениях.
