Презентация "Биохимия. Кислотно-основное состояние организма"

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!