Презентация "Биохимия. Кислотно-основное состояние организма"


Подписи к слайдам:
Кислотно-основное состояние в полости рта

ЛЕКЦИЯ № 17

  • Кислотно-основное состояние организма
  • ГБОУ ВПО УГМУ Минздрава РФ
  • Кафедра биохимии
  • Екатеринбург, 2014г
  • Дисциплина: Биохимия
  • Лектор: Гаврилов И.В.
  • Факультет: лечебно-профилактический,
  • Курс: 2

План лекции

  • 1. Определение понятия КОС. Биологическое значение. Основные принципы регуляции КОС:
    • изоосмолярность,
    • электронейтральность,
    • постоянство рН.
  • 2. Гомеостатические механизмы регуляции КОС.
    • Физико-химический механизм (буферные системы органов и тканей). Бикарбонатный, белковый, гемоглобиновый, фосфатный буферы.
    • Физиологический механизм (роль органов и тканей в регуляции КОС). Легкие, почки, печень, костная ткань, ЖКТ.
    • Метаболический механизм (процессы на клеточном уровне).
  • 3. Нарушения КОС. Последствия нарушений.
    • Показатели оценки состояния КОС.
    • Классификация нарушений КОС и клинические проявления.
    • Ацидозы или алкалозы газовые или негазовые.

Определение понятия

  • Современное название
  • КОС (кислотно-основное состояние) - относительное постоянство реакции внутренней среды организма, количественно характеризующееся концентрацией Н+.
  • Устаревшие аббревиатуры
  • КЩР – кислотно-щелочное равновесие (недостаток – равновесия не существует даже в норме)
  • КЩС - кислотно-щелочное состояние (недостаток – в организме больше оснований, чем щелочей)

  • Концентрацию Н+ выражают с помощью величины рН - отрицательного десятичного логарифма концентрации ионов Н+.
  • Кислоты
  • Основания
  • 14
  • 0
  • 7
  • Величина рН

  • Кислоты Бренстеда - молекулы или ионы,
  • способные отдавать Н+
  • Основания Бренстеда - соединения,
  • способные принимать Н+
  • НА Н+ + А
  • А: + Н+ НА

Биологическое значение регуляции КОС

  • Н+
  • Н
  • Н
  • Н
  • Н
  • -
  • -
  • -
  • -
  • +
  • 1. Н+, соединяясь с органическими молекулами, меняют их строение и свойства: Белков (главное ферментов) Нуклеиновых кислот Углеводов Липидов (амфифильных) и т.д. 2. В организме происходит накопление кислот и оснований, при этом кислоты обычно накапливаются быстрее чем основания.

Источники кислот и оснований в организме

  • Кислоты > Основания
  • Экзогенное происхождение (пища)
  • Эндогенное происхождение (метаболизм)
  • Уксус, лимонная к-та
  • яблочная к-та и т.д.
  • Н2СО3 = 20 моль/сут
  • HCl, Н2SO4, H3PO4,
  • окси-, кето-, амино-,
  • нуклеиновые, жирные
  • и т.д. = 80ммоль/сут
  • Сода
  • Аммиак, аргинин и лизин, биогенные амины (катехоламины, гистамин, серотонин) и т.д.

Основные принципы регуляции КОС

  • постоянство рН. Все механизмы регуляции КОС направлены на постоянство рН.
  • изоосмолярность. При регуляции КОС, концентрация частиц в межклеточной и внеклеточной жидкости не изменяется.
  • электронейтральность. При регуляции КОС, количество положительных и отрицательных частиц в межклеточной и внеклеточной жидкости не изменяется.
  • А
  • В
  • Н+
  • К+
  • Cl-
  • HCO3-

Механизмы регуляции КОС

  • Физико-химический механизм, это буферные системы крови и тканей;
  • Физиологический механизм, это органы и ткани: легкие, почки, костная ткань, печень, кожа, ЖКТ.
  • Метаболический (на клеточном уровне за счет изоосмолярности и электронейтральности).
  • Показатели
  • Буферные системы
  • Органы и ткани
  • 1
  • Скорость регуляции КОС
  • быстро: секунды
  • медленно: минуты - часы
  • 2
  • Степень регуляции КОС
  • Частично
  • (регулирую Н+)
  • Полностью (регулируют конц. кислот и оснований)
  • 3
  • Расходование при регуляции КОС
  • расходуются
  • не расходуются

I. Физико-химические механизмы регуляции КОС

  • При работе буферной системы один из ее компонентов расходуется и требует восстановления (восстанавливают компоненты буферных систем органы и ткани, другие буферы).
  • Буфер – это система, состоящая из слабой кислоты и ее соли с сильным основанием (кислотно-основная пара):
  • Н+ + NaА HА + Na+
  • OH- + НА H2O + А-
  • Буферные системы характеризуются:
  • соотношением компонентов кислотно-основной пары;
  • емкостью (самая высокая у гемоглобинового буфера);
  • чувствительностью (самая высокая у бикарбонатного буфера);
  • локализацией (60% Н+ связываю клеточные и 40% внеклеточные буферы);
  • величиной рН, которую они поддерживают.
  • НА / NaА

  • Бикарбонатный буфер
  • Является одним из самых важных буферов, так как он:
  • интегрирует работу основных буферных систем и физиологических механизмов регуляции КОС.
  • Самый чувствительный (связывает до 40% «лишних» Н+)
  • Основная локализация: внеклеточная; Емкость: 10% Поддерживает рН=7,4 (рСО2=40мм.рт.ст, Na+ =150ммоль/л)
  • В связи с этим, бикарбонатный буфер является индикатором КОС, определение его компонентов – основа для диагностики нарушения КОС
  • Аэробное
  • окисление
  • CO2
  • Н2O
  • Na+
  • легкие
  • O2
  • Почки
  • H2CO3
  • NaHCO3
  • H+
  • Na+
  • H+
  • Ткань
  • НА
  • NaА

  • Фосфатный буфер
  • Основная локализация: клеточная 14% (1% в межклеточной жидкости);
  • Обеспечивает выведение Н+ с мочой
  • Н+ + HPO42- H2PO4-
  • OН- + H2PO4- H2O + HPO42-
  • В плазме:
  • В моче:

  • Белковый (протеиновый) буфер
  • Основная локализация: клеточная
  • KООС
  • +H3N
  • Н+ +
  • HООС
  • +H3N
  • KООС
  • +H3N
  • OН- +
  • KООС
  • H2N
  • + Н2O
  • + K+

  • Гемоглобиновый буфер
  • Состоит из 2 пар:
  • Локализация: клеточная, в эритроцитах;
  • Емкость самая высокая: 75% (от общей буферной емкости);
  • Работа напрямую связана с газообменом;
  • HHbO2
  • KHbO2
  • HHb
  • KHb
  • Кислотность HbО2 по сравнению с Hb в 70 раз выше
  • K+
  • Н+
  • Н+
  • K+
  • + О2
  • - О2
  • Легкие Ткани
  • Закисление Защелачивание

Работа гемоглобинового и бикарбонатного буферов в тканях

Работа гемоглобинового и бикарбонатного буферов в легких

II. Физиологические механизмы регуляции КОС

  • В ходе метаболизма в организме образуются:
  • летучие кислоты (Н2СО3) и основания (NH3)
  • нелетучие кислоты (лактат, кетоновые тела и жирные кислоты, мочевая, фосфорная, серная кислота ) и основания (биогенные амины).
  • выведением из организма кислот и оснований;
    • Легкие выводят летучие кислоты и основания;
    • Почки выводят нелетучие кислоты и основания.
  • превращением кислот и оснований в нейтральные вещества.
  • восстановлением компонентов буферных систем
  • Органы и ткани регулируют КОС:

Роль легких в регуляции КОС

  • H2CO3 CO2 CO2
  • 480 л/сут
  • 20 моль/сут
  • NaHСO3
  • в 4-5 раз
  • 50 – 70%
  • рО2 рСО2, рН
  • рСО2, рН
  • Вклад в регуляцию КОС 50-70%
  • Дыхание
  • Физическая Нагрузка
  • Гипер-вентиляция легких
  • в 20 раз
  • О2
  • О2
  • 600 л/сут
  • лактат
  • и др. кислот
  • Н2О
  • Легкие

Роль почек в регуляции КОС

  • $
  • Аминокислоты, Лактат
  • глюкоза
  • рН глюконеогенез
  • Глюкоза
  • H+
  • Na+
  • Плазма
  • 2NH3
  • Глн Глу α-КГ
  • NH4+
  • Моча
  • Na+
  • NaHСO3
  • H2CO3
  • Na2HРО4
  • NH4H2РО4
  • H+

Роль печени в регуляции КОС

  • Амино-, кетокислоты, Лактат
  • Глюкоза
  • NH4+
  • Мочевина
  • Глюконеогенез
  • Орнитиновый
  • цикл
  • Биосинтез белка
  • Белковый буфер
  • Секреция с желчью
  • Кислоты, основания

Роль ЖКТ в КОС

  • H+
  • Пища
  • HCl
  • Кал
  • Cl-
  • HСO3-
  • H2CO3
  • Желудок
  • Кишечник
  • Защелачивание
  • Cl-
  • Cl-
  • H2СO3
  • H2СO3
  • Закисление
  • HСO3-
  • Рвота
  • Диарея

Роль костной ткани в регуляции КОС

  • Почки
  • Са3(РО4)2
  • 2HРО42- + 3Са2+
  • 6H+
  • 2HРО42-
  • 2H2РО4-
  • 3Са2+
  • 3СаA2
  • Кости
  • 6HA
  • 6A-
  • Моча
  • Сильное закисление
  • Остеопороз

Основные показатели КОС

  • Показатель
  • Значение показателя
  • Норма
  • 1. рН
  • Отрицательный десятичный логарифм концентрации Н+ в жидкой среде
  • в капиллярной крови
  • 7,37 - 7,45
  • венозной крови
  • 7,32-7,42
  • 2. рСО2
  • Парциальное давление СО2, находящегося в равновесии с Н2СО3 цельной крови
  • в капиллярной крови
  • у ♂ 32 - 45 мм.рт.cт.,
  • у ♀ 35-48 мм.рт.ст.
  • в венозной крови
  • 42-55 мм.рт.ст.
  • 3. рО2
  • парциальное давление О2 в цельной крови
  • в капиллярной крови
  • 83–108 мм.рт.cт.,
  • в венозной 37-42 мм.рт.cт.
  • 4. АВ актуальный бикарбонат
  • фактическая концентрация НСО3-
  • у ♂ 23,6 - 27,2 ммоль/л
  • у ♀ 21,8 –27,2 ммоль/л

Основные показатели КОС

  • Показатель
  • Значение показателя
  • Норма
  • 5. SВ стандартный бикарбонат
  • содержание НСО3- при стандартных условиях (pСО2 = 40мм.рт.ст., рН=7,4, t˚ = 38˚С, 100% насыщение Hb О2)
  • в капиллярной крови
  • 18 - 23 ммоль/л,
  • в венозной
  • 22-29 ммоль/л
  • 6. ВВ
  • (buffer base) буферные основания или все анионы крови
  • Включает бикарбонатный, белковый, гемоглобиновый, фосфатный буфер.
  • в капиллярной крови
  • 43,7 – 53,6 ммоль/л
  • ВЕ
  • (base ехсess) избыток оснований или их недостаток
  • Разница между фактической и должной буферной емкостью
  • в капиллярной крови
  • ♂ от –2,7 до +2,5ммоль/л,
  • ♀ от –3,4 до +1,4ммоль/л,
  • АР анионная разность
  • определяется по разности
  • концентраций катионов и
  • анионов.
  • АР = [Na+]+[K+] -
  • [Cl-]-[НСО3-] =12 ммоль/л

Нарушения КОС

  • Ацидоз – абсолютный или относительный избыток кислот или дефицит оснований.
  • Алкалоз – абсолютный или относительный избыток оснований или дефицит кислот.
  • А. Компенсированный ацидоз и алкалоз - возникает при работе буферной системы
  • АH А- + H+
  • B: + H+ BH
  • буфер
  • (в норме)
  • (в норме)

Нарушения КОС

  • Б. Декомпенсированный ацидоз и алкалоз -возникает при израсходовании буферной емкости
  • АH А- + H+
  • B: + H+ BH
  • Буфер израсходован
  • Алкалемия - повышение величины рН выше нормы
  • Ацидемия – снижение величины рН ниже нормы

  • Усиление дыхания до резкой отдышки, нарушение дыхания в результате бронхоспазма;
  • Нарушение работы сердечно-сосудистой системы. Слабая ацидемия повышает АД и кровоток. Сильное - угнетает сердечную деятельность, снижает АД, возникает аритмию.
  • нарушение работы ЖКТ: рвота, диарея (подавления активности α и β адренорецепторов и усиления парасимпатических эффектов)
  • нарушение работы ЦНС: головокружение, сонливость, затем ацидотическая кома.
  • внеклеточная гипергидрия. Избыток Н+ с НСО3- поступает в клетки. Взамен из клетки выходит К+ и Cl-, которые повышают осмотическое давление внеклеточной жидкости.
  • При ацидемии возникает:

  • При алкалемии возникает:
  • подавление дыхания.
  • повышение нервно-мышечной возбудимости, тетания (снижение в плазме крови Са2+).
  • нарушение работы ЖКТ - запоры (за счет активации β адренорецепторов и угнетения парасимпатических эффектов).
  • нарушение работы сердечно-сосудистой системы – учащение сердцебиения, снижение АД (за счет активации β адренорецепторов и угнетения парасимпатических эффектов).
  • Сдвиг рН на 0,3 приводит к развитию комы,
  • а на 0,4 - часто несовместим с жизнью.

Нарушения КОС

  • По изменению концентраций в крови СО2 и НСО3-
  • Газовые Негазовые
  • По происхождению
  • кислот и оснований
  • Метаболические Выделительные Экзогенные
  • Связаны
  • с дыханием
  • Связаны
  • с выделением
  • из организма
  • кислот
  • или оснований
  • Связаны
  • с синтезом кислот
  • или оснований
  • Связаны
  • с поступлением
  • в организм кислот
  • или оснований
  • с пищей
  • Компенсация КОС - приспособительная реакция со стороны органа, не виновного в нарушение КОС.
  • Коррекция КОС – приспособительная реакция со стороны органа, вызвавшего нарушение КОС.

  • Газовый (дыхательный) ацидоз
  • затруднение выделения СО2 при нарушениях внешнего дыхания
  • высокая концентрация СО2 в окружающей среде
  • Причины:
  • рСО2
  • Н2СО3
  • рН
  • Почки
  • Na+
  • NaНСО3
  • Сразу в норме AB, SB, BB
  • AB, SB, BB
  • Легкие
  • рО2
  • Через 10-20ч выделительный алкалоз
  • Газовый ацидоз

  • Газовый (дыхательный) алкалоз
  • Причины:
  • рСО2
  • Н2СО3
  • рН
  • Почки
  • Сначала в норме AB, SB, BB
  • Потом снижение AB, SB, BB
  • Легкие
  • рО2
  • Через 10-20ч выделительный ацидоз
  • Газовый алкалоз
  • усиленное выведение СО2 при активации внешнего дыхания (нейротоксический синдром, инфекционно-вирусные состояния, истерии, эпилепсии).
  • усиленное выведение СО2 при дефицит О2 во вдыхаемом воздухе (высотная болезнь)
  • Н+
  • Na2НCO3
  • НCO3- + Na+

  • Негазовый (метаболическй) ацидоз
  • Причины:
  • Н2О СО2
  • Н2СО3 + Лактат-Na
  • рН
  • Почки
  • Na+
  • Сначала снижение AB, SB, BB
  • После повышение АР
  • Лактат-Н + NaНСО3
  • Газовый алкалоз
  • Негазовый ацидоз
  • Кетоацидоз (сахарный диабет, голодание, лихорадка и т.д.)
  • Лактоацидоз (гипоксия, патология печени, инфекции и т.д.)
  • Ацидоз (накопление кислот при воспаления, ожогах, травмах и т.д)
  • Легкие
  • Н+ + НСО3-
  • Выделительный алкалоз

  • Негазовый (метаболическй) алкалоз
  • Причины:
  • Печень
  • Повышение AB, SB, BB
  • Газовый и метболический алкалоз
  • Негазовый алкалоз
  • Гипераммониемия при патологии печени
  • Легкие
  • NH3 мочевина
  • NH3 + Н2О NH4+
  • рН
  • рСО2 рО2 лактат
  • Почки
  • Н+ Na+
  • Н2СО3, лактат-Н NH4HСО3 лактат-NH4

Спасибо за внимание!