ЛЕКЦИЯ № 24 Тема: Водно-солевой и минеральный обмен

ЛЕКЦИЯ № 24

Тема: Водно-солевой и минеральный обмен

Водно-солевой обмен – обмен воды и основных электролитов организма (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, HCO₃^-, H₃PO₄).

Электролиты – вещества, диссоциирующие в растворе на анионы и катионы. Их измеряют в моль/л.

Неэлектролиты – вещества, недиссоциирующие в растворе (глюкоза, креатинин, мочевина). Их измеряют в г/л.

Минеральный обмен – обмен любых минеральных компонентов, в том числе и тех, которые не влияют на основные параметры жидкой среды в организме.

Вода – основной компонент всех жидкостей организма.

Биологическая роль воды

1. Вода является универсальным растворителем для большинства органических (кроме липидов) и неорганических соединений.

2. Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма.

3. Вода обеспечивает транспорт веществ и тепловой энергии по организму.

4. Значительная часть химических реакций организма протекает в водной фазе.

5. Вода участвует в реакциях гидролиза, гидратации, дегидратации.

6. Определяет пространственное строение и свойства гидрофобных и гидрофильных молекул.

7. В комплексе с ГАГ вода выполняет структурную функцию.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ ОРГАНИЗМА

Объем. У всех наземных животных жидкости составляет около 70% от массы тела. Распределение воды в организме зависит от возраста, пола, мышечной массы,… При полном лишении воды смерть наступает через 6-8 дней, когда количество воды в организме снижается на 12%.

РЕГУЛЯЦИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО БАЛАНСА ОРГАНИЗМА

В организме водно-солевой баланс внутриклеточной среды поддерживается постоянством внеклеточной жидкости. В свою очередь, водно-солевой баланс внеклеточной жидкости поддерживается через плазму крови с помощью органов и регулируется гормонами.

Органы, регулирующие водно-солевой обмен

Поступление воды и солей в организм происходит через ЖКТ, этот процесс контролируется чувством жажды и солевым аппетитом. Выведение излишков воды и солей из организма осуществляют почки. Кроме того, воду из организма выводят кожа, легкие и ЖКТ.

Баланс воды в организме

Изменения в работе почек, кожи, легких и ЖКТ может привести к нарушению водно-солевого гомеостаза. Например, в жарком климате, для поддержания…  

Гормоны, регулирующие водно-солевой обмен

Антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин — пептид с молекулярной массой около 1100 Д, содержащий 9 АК, соединённых одним дисульфидным… АДГ синтезируется в нейронах гипоталамуса, переносится в нервные окончания… Высокое осмотическое давление внеклеточной жидкости активирует осморецепторы гипоталамуса, в результате возникают…

Ренин-ангиотензин-альдостероновая система

Ренин

Ренин — протеолитический фермент, продуцируемый юкстагломерулярными клетками, расположенными вдоль афферентных (приносящих) артериол почечного тельца. Секрецию ренина стимулирует падение давления в приносящих артериолах клубочка, вызванное уменьшением АД и снижением концентрации Na⁺. Секрецию ренина также способствует снижение импульсации от барорецепторов предсердий и артерий в результате уменьшения АД. Секрецию ренина ингибирует Ангиотензин II, высокое АД.

В крови ренин действует на ангиотензиноген.

Ангиотензиноген — α₂-глобулин, из 400 АК. Образование ангиотензиногена происходит в печени и стимулируется глюкокортикоидами и эстрогенами. Ренин гидролизует пептидную связь в молекуле ангиотензиногена, отщепляя от него N-концевой декапептид - ангиотензин I, не имеющий биологической активности.

Под действием антиотензин-превращающего фермента (АПФ) (карбоксидипептидилпептидазы) эдотелиальных клеток, лёгких и плазмы крови, с С-конца ангиотензина I удаляются 2 АК и образуется ангиотензин II (октапептид).

Ангиотензин II

Ангиотензин II функционирует через инозитолтрифосфатную систему клеток клубочковой зоны коры надпочечников и ГМК. Ангиотензин II стимулирует синтез и секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны коры надпочечников. Высокие концентрации ангиотензина II вызывают сильное сужение сосудов периферических артерий и повышают АД. Кроме этого, ангиотензин II стимулирует центр жажды в гипоталамусе и ингибирует секрецию ренина в почках.

Ангиотензин II под действием аминопептидаз гидролизуется в ангиотензин III (гептапептид, с активностью ангиотензина II, но имеющий в 4 раза более низкую концентрацию), который затем гидролизуется ангиотензиназами (протеазы) до АК.

Альдостерон

Синтез и секрецию альдостерона стимулируют ангиотензин II, низкая концентрация Na+ и высокая концентрацией К+ в плазме крови, АКТГ, простагландины.… Рецепторы альдостерона локализованы как в ядре, так и в цитозоле клетки.… В результате альдостерон стимулирует реабсорбцию Na+ в почках, что вызывает задержку NaCl в организме и повышает…

Схема регуляции водно-солевого обмена

Роль системы РААС в развитии гипертонической болезни

Повышение ренина возникает, например, при атеросклерозе почечных артерий, который возникает у пожилых. Гиперсекреция альдостерона – гиперальдостеронизм, возникает в результате… Причиной первичного гиперальдостеронизма (синдром Конна) примерно у 80% больных является аденома надпочечников, в…

Распределение кальция, магния и фосфатов в организме

1. Кости и зубы содержат 99% кальция. В костях 99% кальция находится в виде малорастворимого гидроксиапатита [Са10(РО4)6(ОН)2Н2О], а 1% - в виде… 2. Внеклеточная жидкость 1%. Кальций плазмы крови представлен в виде: а).… 3. Внутриклеточная жидкость содержит кальция в 10000-100000 раз меньше чем внеклеточной жидкости.

Обмен кальция, магния и фосфатов в организме

С пищей в сутки должно поступать кальция - 0,7-0,8г, магния - 0,22-0,26г, фосфора – 0,7-0,8г. Кальций всасывается плохо на 30-50%, фосфор хорошо – на 90%.

Помимо ЖКТ, кальций, магний и фосфор поступают в плазму крови из костной ткани, в процессе ее резорбции. Обмен между плазмой крови и костной тканью по кальцию составляет 0,25-0,5г/сут, по фосфору – 0,15-0,3г/сут.

Выводится кальций, магний и фосфор из организма через почки с мочой, через ЖКТ с калом и через кожу с потом.

Регуляция обмена

Основными регуляторами обмена кальция, магния и фосфора являются паратгормон, кальцитриол и кальцитонин.

Паратгормон

Секрецию паратгормона стимулирует низкая концентрация Са2+, Mg2+ и высокая концентрация фосфатов, ингибирует витамин Д3. Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации Са2+ и… Паратгормон действует на кости и почки. Он стимулирует секрецию остеобластами инсулиноподобного фактора роста 1 и…

Гиперпаратиреоз

Гиперпаратиреоз вызывает: 1. разрушение костей, при мобилизации из них кальция и фосфатов.… 2. гиперкальциемию, при усилении реабсорбции кальция в почках. Гиперкальциемия приводить к снижению нервно-мышечной…

Гипопаратиреоз

Гипопаратиреоз обусловлен недостаточностью паращитовидных желёз и сопровождается гипокальциемией. Гипокальциемия вызывает повышение нервно-мышечной проводимости, приступы тонических судорог, судороги дыхательных мышц и диафрагмы, ларингоспазм.

Кальцитриол

1. В коже под влиянием УФ-излучения из 7-дегидрохолестерола образуется… 2. В печени 25-гидроксилаза гидроксилирует холекальциферол в кальцидиол (25-гидроксихолекальциферол, 25(OH)Д3).…

Кальцитонин

Кальцитонин — полипептид, состоит из 32 АК с одной дисульфидной связью, секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидных желёз.

Секрецию кальцитонина стимулирует высокая концентрация Са²⁺ и глюкагона, подавляет низкая концентрация Са²⁺.

Кальцитонин:

1. подавляет остеолиз (снижая активность остеокластов) и ингибирует высвобождение Са²⁺ из кости;

2. в канальцах почек тормозит реабсорбцию Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов;

3. тормозит пищеварение в ЖКТ,

Изменения уровня кальция, магния и фосфатов при различных патологиях

1. гипофункции паращитовидных желез; 2. беременности; 3. алиментарной дистрофии;

Роль микроэлементов: Mg2+, Mn2+, Co, Cu, Fe2+, Fe3+, Ni, Mo, Se, J. Значение церулоплазмина, болезнь Коновалова-Вильсона.

Марганец –кофактор аминоацил-тРНК синтетаз.

Биологическая роль Na+, Cl-, K+, HCO3- - основных электролитов, значение в регуляции КОС. Обмен и биологическая роль. Анионная разность и ее коррекция.

 

Тяжелые металлы (свинец, ртуть, медь, хром и др.), их токсическое действие.

Снижение содержания хлоридов в сыворотке крови: алкалоз гипохлоремический (после рвоты), ацидоз респираторный, избыточное потоотделение, нефрит с… Повышенное выделение хлоридов с мочой: гипоальдостеронизм (болезнь Аддисона),… Снижение выведения хлоридов с мочой: Потеря хлоридов при рвоте, диареи, болезнь Кушинга, терминальная фаза почечной…

ЛЕКЦИЯ № 25

Тема: КОС

2 курс. Кислотно-основное состояние (КОС) - относительное постоянство реакции…  

Биологическое значение регуляции рН, последствия нарушений

Отклонение рН от нормы на 0,1 вызывает заметные нарушения со стороны дыхательной, сердечно-сосудистой, нервной и других систем организма. При ацидемии возникает: 1. усиление дыхания до резкой отдышки, нарушение дыхания в результате бронхоспазма;

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

Принципиально существуют 3 основных механизма регуляции КОС:

1. Физико-химический механизм, это буферные системы крови и тканей;

2. Физиологический механизм, это органы: легкие, почки, костная ткань, печень, кожа, ЖКТ.

3. Метаболический (на клеточном уровне).

В работе этих механизмов есть принципиальные различия:

№	Показатели	Буферные системы	Органы
	Скорость регуляции КОС	быстро: секунды	медленно: минуты - часы
	Степень регуляции КОС	частично	полностью
	Расходование при регуляции КОС	расходуются	не расходуются

Физико-химические механизмы регуляции КОС

Буфер – это система, состоящая из слабой кислоты и ее соли с сильным основанием (сопряженная кислотно-основная пара).

Принцип работы буферной системы состоит в том, что она связывает Н⁺ при их избытке и выделяет Н⁺ при их недостатке: Н⁺ + А^- ↔ АН. Таким образом, буферная система стремиться противостоять любым изменениям рН, при этом один из компонентов буферной системы расходуется и требует восстановления.

Буферные системы характеризуются соотношением компонентов кислотно-основной пары, емкостью, чувствительностью, локализацией и величиной рН, которую они поддерживают.

Существует множество буферов как внутри, так и вне клеток организма. К основным буферным системам организма относят бикарбонатный, фосфатный белковый и его разновидность гемоглобиновый буфер. Около 60% кислых эквивалентов связывают внутриклеточные буферные системы и около 40% -внеклеточные.

Бикарбонатный (гидрокарбонатный) буфер

Состоит из Н₂СО₃ и NaНСО₃ в соотношении 1/20, локализуется в основном в межклеточной жидкости. В сыворотке крови при рСО₂ = 40 мм.рт.ст., концентрации Na⁺ 150 ммоль/л он поддерживает рН=7,4. Работа бикарбонатного буфера обеспечивается ферментом карбоангидразой и белком полосы 3 эритроцитов и почек.

Бикарбонатный буфер является одним из самых важных буферов организма, что связано с его особенностями:

1. Несмотря на низкую емкость – 10%, бикарбонатный буфер очень чувствителен, он связывает до 40% всех «лишних» Н⁺;

2. Бикарбонатный буфер интегрирует работу основных буферных систем и физиологических механизмов регуляции КОС.

В связи с этим, бикарбонатный буфер является индикатором КОС, определение его компонентов – основа для диагностики нарушения КОС.

Фосфатный буфер

Состоит из кислого NaН₂РО₄ и основного Na₂НРО₄ фосфатов, локализуется в основном в клеточной жидкости (фосфатов в клетке 14%, в межклеточной жидкости 1%). Соотношение кислого и основного фосфатов в плазме крови составляет ¼, в моче - 25/1.

Фосфатный буфер обеспечивает регуляцию КОС внутри клетки, регенерацию бикарбонатного буфера в межклеточной жидкости и выведение Н⁺ с мочой.

Белковый буфер

Наличие у белков амино и карбоксильных групп придает им амфотерные свойства – они проявляют свойства кислот и оснований, образуя буферную систему.

Белковый буфер состоит из протеин-Н и протеин-Na, локализуется он преимущественно в клетках. Наиболее важный белковый буфер крови – гемоглобиновый.

Гемоглобиновый буфер

Гемоглобиновый буфер находиться в эритроцитах и имеет ряд особенностей:

1. у него самая высокая емкость (до 75%);

2. его работа напрямую связана с газообменом;

3. он состоит не из одной, а из 2 пар: HHb↔H⁺ + Hb^- и HHbО₂↔H⁺ + HbО₂^-;

HbО₂ является относительно сильной кислотой, он даже сильнее угольной кислоты. Кислотность HbО₂ по сравнению с Hb в 70 раз выше, поэтому, оксигемоглобин присутствует в основном в виде калийной соли (КHbО₂), а дезоксигемоглобин в виде недиссоциированной кислоты (HHb).

Работа гемоглобинового и бикарбонатного буфера

Физиологические механизмы регуляции КОС

1. выведением из организма кислот и оснований; 2. превращением кислот и оснований в нейтральные вещества. Образующиеся в организме кислоты и основания могут быть летучими и нелетучими. Летучая Н2СО3, образуется из СО2,…

Роль легких в регуляции КОС

Регуляция газообмена в легких и соответственно выделение Н2СО3 из организма осуществляется через поток импульсов от хеморецепторов и… В норме за сутки легкие выделяют 480л СО2, что эквивалентно 20 молям Н2СО3.… Легочные механизмы поддержания КОС являются высокоэффективными, они способны нивелировать нарушение КОС на 50-70%.…

Роль почек в регуляции КОС

Почки регулируют КОС: 1. выведением из организма H+ в реакциях ацидогенеза, аммониогенеза и с… 2. задержкой в организме Na+. Na+,К+-АТФаза реабсорбирует Na+ из мочи, что вместе с карбоангидразой и ацидогенезом…

Роль костей в регуляции КОС

1. Са3(РО4)2 + 2Н2СО3 → 3 Са2+ + 2НРО42- + 2НСО3- 2. 2НРО42- + 2НСО3- + 4НА → 2Н2РО4- (в мочу) + 2Н2О + 2СО2 + 4А- 3. А- + Са2+ → СаА (в мочу)

Роль печени в регуляции КОС

Печень регулирует КОС:

1. превращением аминокислот, кетокислот и лактата в нейтральную глюкозу;

2. превращением сильного основания аммиака в слабо основную мочевину;

3. синтезируя белки крови, которые образуют белковый буфер;

4. синтезирует глутамин, который используется почками для аммониогенеза.

Печеночная недостаточность приводит к развитию метаболического ацидоза.

В тоже время печень синтезирует кетоновые тела, которые в условиях гипоксии, голодания или сахарного диабета способствуют ацидозу.

Влияние ЖКТ на КОС

ЖКТ влияет на состояние КОС, так как использует HCl и НСО₃^- в процессе пищеварения. Сначала в просвет желудка секретируется HCl, при этом в крови накапливаются НСО₃^- и развивается алкалоз. Затем НСО₃^- из крови с панкреатическим соком поступают в просвет кишечника и равновесие КОС в крови восстанавливается. Так как пища, которая поступает в организм, и кал, который выделяется из организма в основном нейтральны суммарный эффект на КОС оказывается нулевым.

При наличии ацидоза в просвет выделяется больше HCl, что способствует развитию язвы. Рвота способна компенсировать ацидоз, а диарея – усугубить. Длительная рвота вызывает развитие алкалоза, у детей она может иметь тяжелые последствия, вплоть до летально исхода.

Клеточный механизм регуляции КОС

Кроме рассмотренных физико-химический и физиологических механизмов регуляции КОС существует еще клеточный механизм регуляции КОС. Принцип его работы заключается в том, что избыточные количества H⁺ могут размещаться в клетках в обмен на К⁺.

ПОКАЗАТЕЛИ КОС

1. рН - (power hydrogene - сила водорода) – отрицательный десятичный логарифм (-lg) концентрации Н+. Норма в капиллярной крови 7,37 - 7,45,… 2. рСО2 – парциальное давление углекислого газа, находящегося в равновесии с… 3. рО2 – парциальное давление кислорода в цельной крови. Норма в капиллярной крови 83 - 108 мм.рт.cт., в венозной –…

НАРУШЕНИЯ КОС

Коррекция КОС – приспособительная реакция со стороны органа, вызвавшего нарушение КОС.   Выделяют два основных вида нарушений КОС – ацидоз и алкалоз.

Ацидоз

I. Газовый (дыхательный). Характеризуется накоплением в крови СО₂ (рСО₂=↑, AB, SB, BB=N,↑).

1). затруднение выделения СО₂, при нарушениях внешнего дыхания (гиповентиляция легких при бронхиальной астме, пневмонии, нарушениях кровообращения с застоем в малом круге, отёке лёгких, эмфиземе, ателектазе легких, угнетении дыхательного центра под влиянием ряда токсинов и препаратов типа морфина и т.п.) (рСО₂=↑, рО₂=↓, AB, SB, BB=N,↑).

2). высокая концентрация СО₂ в окружающей среде (замкнутые помещения) (рСО₂=↑, рО₂, AB, SB, BB=N,↑).

3). неисправности наркозно-дыхательной аппаратуры.

При газовом ацидозе происходит накопление в крови СО₂, Н₂СО₃ и снижение рН. Ацидоз стимулирует реабсорбцию в почках Na⁺ и через некоторое время в крови происходит повышение AB, SB, BB и как компенсация, развивается выделительный алкалоз.

При ацидозе в плазме крови накапливается H₂PO₄^-, который не способен реабсорбироваться в почках. В результате он усиленно выделяется, вызывая фосфатурию.

Для компенсации ацидоза почки с мочой усиленно выделяются хлориды, что приводит к гипохроремии.

Избыток H⁺ поступает в клетки, взамен из клеток выходит К⁺ вызывая геперкалиемию.

Избыток К⁺ усиленно выводится с мочой, что в течение 5-6 дней приводит к гипокалиемии.

 

II. Негазовый. Характеризуется накоплением нелетучих кислот (рСО₂=↓,N, AB, SB, BB=↓).

1). Метаболический. Развивается при нарушениях тканевого метаболизма, которые сопровождаются избыточным образованием и накоплением нелетучих кислот или потерей оснований (рСО₂=↓,N, АР = ↑, AB, SB, BB=↓).

а). Кетоацидоз. При сахарном диабете, голодании, гипоксии, лихорадке и т.д.

б). Лактоацидоз. При гипоксии, нарушении функции печени, инфекциях и т.д.

в). Ацидоз. Возникает в результате накопления органических и неорганических кислот при обширных воспалительных процессах, ожогах, травмах и т.д.

При метаболическом ацидозе происходит накопление нелетучих кислот и снижение рН. Буферные системы, нейтрализуя кислоты, расходуются, в результате в крови снижается концентрация AB, SB, BBи повышается АР.

Н⁺ нелетучих кислот при взаимодействии с НСО₃^- дают Н₂СО₃, которая распадается на Н₂О и СО₂, сами же нелетучие кислоты образуют с Na⁺ бикарбонатов соли. Низкая рН и высокое рСО₂ стимулирует дыхание, в результате рСО₂ в крови нормализуется или снижается с развитием газового алкалоза.

Избыток Н⁺ плазме крови перемещает внутрь клетки, а взамен из клетки выходит К⁺, в плазме крови возникает транзиторная гиперкалиемия, а клетках - гипокалигистия. К⁺ интенсивно выводится с мочой. В течение 5-6 дней содержание К⁺ в плазме нормализуется и затем становится ниже нормы (гипокалиемия).

В почках усиливаются процессы ацидо-, аммониогенеза и восполнения дефицита бикарбоната плазмы. В обмен на НСО₃^- в мочу активно экскретируется Сl^-, развивается гипохлоремия.

Клинические проявления метаболического ацидоза:

- расстройства микроциркуляции. Происходит уменьшение притока крови и развитие стаза под действием катехоламинов, изменяются реологические свойства крови, что способствует углублению ацидоза.

- повреждение и повышение проницаемости сосудистой стенки под влиянием гипоксии и ацидоза. При ацидозе повышается уровень кининов в плазме и внеклеточной жидкости. Кинины вызывают вазодилатацию и резко повышают проницаемость. Развивается гипотония. Описанные изменения в сосудах микроциркуляторного русла способствуют процессу тромбообразования и кровоточивости.

- при рН крови менее 7,2 возникает снижение сердечного выброса.

- дыхание Куссмауля (компенсаторная реакция направленная на выделение избытка СО₂).

 

2. Выделительный. Развивается при нарушении процессов ацидо- и аммониогенеза в почках или при избыточной потере основных валентностей с каловыми массами.

а). Задержка кислот при почечной недостаточности (хронический диффузный гломерулонефрит, нефросклероз, диффузный нефрит, уремия). Моча нейтральная или щелочная.

б). Потеря щелочей: почечная (почечный канальцевый ацидоз, гипоксия, интоксикация сульфаниламидами), гастроэнтеральная (диарея, гиперсаливация).

3. Экзогенный.

Прием кислой пищи, лекарств (хлористого аммония; переливание больших количеств кровозамещающих растворов и жидкостей для парентерального питания, рН которых обычно <7,0) и при отравлениях (салицилаты, этанол, метанол, этиленгликоль, толуол и др.).

4. Комбинированный.

Например, кетоацидоз + лактоацидоз, метаболический + выделительный и т.д.

III. Смешанный (газовый + негазовый).

Возникает при асфиксии, сердечно-сосудистой недостаточности и т.д.

Алкалоз

1). усиленное выведение СО2, при активации внешнего дыхания (гипервентеляция легких при компенсаторной одышке, сопровождающей ряд заболеваний, в том… 2). Дефицит О2 во вдыхаемом воздухе вызывает гипервентеляцию легких и… Гипервентиляция приводит к снижению в крови рСО2 и повышению рН. Алкалоз ингибирует реабсорбцию в почках Na+,…

Негазовый алкалоз