Практическая работа №20 Поветьева

Функциональная система, поддерживающая кислотно-щелочное равновесие

Цель работы: определить механизмы поддержания кислотно-основного равновесия

Краткая теория

Важнейшим показателем постоянства внутренней среды организма является рН крови, так как абсолютное большинство обменных реакций наиболее активно протекает только при определенных значениях рН. Кровь млекопитающих и человека имеет слабощелочную реакцию: рН артериальной крови составляет 7,35-7,48, венозной – на 0,02 ниже. Если возникает сдвиг рН в кислую сторону, это называется ацидоз, если в щелочную – алкалоз.

Несмотря на непрерывное поступление в кровь кислых и щелочных продуктов обмена, рН крови поддерживается на достаточно постоянном уровне (одна из важнейших констант гомеостазиса) – кислотно-щелочное равновесие (КЩР).

Главные пути поддержания рН на постоянном уровне:

- буферные системы жидкой внутренней среды (крови);

- выделение углекислого газа легкими;

- выделение кислых или удержание щелочных продуктов почками.

Ход работы:

Кислотно-щелочное равновесие — это константа крови, регулируемая наиболее часто. Кровь имеет слабощелочную реакцию: pH артериальной крови составляет 7,4, а венозной — 7,35 (вследствие избытка С02).

Снижение pH может происходить в узких пределах (максимально до 6,8). В случае большего изменения наступает смерть.

Смещение pH в кислую сторону осуществляют кислоты Н3Р04, Н2С03, молочная, пировиноградная, некоторые кетосоединения.

Возможным является и повышение щелочности внутренней среды организма, прежде всего в горных условиях. Щелочные электролиты поступают во внутреннюю среду с пищевыми продуктами (овощи, фрукты).

Благодаря регуляторным механизмам двух типов pH крови четко поддерживается:

а) физико-химические (буферные системы), состоящие из кислотного и щелочного компонентов, связывают кислоты или щелочи, предотвращая существенное изменение концентрации Н+. Этот механизм действует очень быстро (доли секунды) и потому относится к быстрым механизмам регуляции устойчивости внутренней среды (Булич, Муравов, 2003; Волков Н. И. и соавт., 1998; Функциональные резервы..., 1990).

В плазме крови содержатся такие основные буферные системы:

· бикарбонатная: Н₂СО₃/NaHC0₃

· фосфатная: NaH₂P0₄/NaHP0₄

· белковая: Н белок/Na белок

В эритроцитах функционируют такие буферные системы:

1. Оксигемоглобин и восстановленная форма гемоглобина. Они действуют как слабая кислота в буферной паре с калиевой солью гемоглобина:

ННbО₂ /KНЬО₂;ННb/ КНЬ

2. Калиевые соли Н₃Р0₄ (калийфосфатная буферная система):

КН₂Р0₄/К₂НР0₄

Механизм функционирования буферных систем можно продемонстрировать на примере карбонатной буферной системы. Если во внутренней среде организма образуется избыток щелочи, в реакцию вступает кислотный компонент буферной системы — Н₂С0₃:

NaOH + Н₂С0₃ = NaHC0₃ + Н₂0.

Если среда подкисляется кислыми продуктами обмена веществ, в реакции участвует щелочной компонент буферной системы:

HCI + NaHC0₃ = NaCI + Н₂С0₃.

В обоих случаях образуются продукты, которые легко диссоциируют и существенно не влияют на pH внутренней среды;

б) физиологические механизмы связаны с функционированием легких и почек, которые соответственно регулируют концентрацию С02 и минеральных солей. Такой физиологический механизм регуляции гомеостаза, как почки, действует очень медленно (10—12 ч). Но этот механизм наиболее мощный и способен полностью восстановить pH организма, удалив мочу со щелочными или кислыми значениями pH (Волков Н. И. и соавт., 1998; Медведев, 1984).

Физиологические механизмы регуляции устойчивости внутренней среды тесно взаимодействуют с физико-химическими, дополняя их и делая систему регуляции в целом более надежной. Например, у бикарбонатной системы небольшая емкость, но в организме по важности она превосходит все другие вследствие того, что концентрация каждого из элементов буферной системы может регулироваться: С02—дыхательной системой, а бикарбонатный ион — почками. Благодаря легкости, с которой легкие регулируют концентрацию С02, эта система обладает значительной буферной емкостью.

Все буферные системы вместе взятые образуют щелочной резерв, способный связывать избыток кислот, образующихся в процессе обмена веществ, в том числе и во время физических нагрузок.

Экспериментальная часть:

Оснащение: микробюретки, пипетки на 10 мл, микропипетки, колбы на 25 мл, кровь, 0,1N раствор гидроксида натрия, 0.01N раствор HCI.

В колбы, содержащие 10 мл 0,01 N раствора HCI, добавляют 0,2 мл крови спортсменов разной специализации и тщательно перемешивают. Прозрачную жидкость бурого цвета титруют 0.1N раствором гидроксида натрия до появления мути и выпадения осадка, то есть до изоэлектрической точки смеси белков крови (альбумины, глобулины, гемоглобин). Окончание реакции наступает сразу после добавления одной капли щелочи.

Расчет резервной щелочности крови спортсменов разной спортивной специализации проводят по формуле:

х =(1-а) с -100/ V

где 1 — объем HCI, взятый для определения, приведенный к 0,1 N концентрации, мл; а — объем щелочи, затраченной на титрование, мл; с — концентрация щелочи (0,1 N); V— объем крови, взятой для определения (0,2 мл).

Полученные данные анализируют и делают выводы.

Контрольные вопросы:

1. что такое pH крови в организме человека?

2. Назовите pH артериальной и pH венозной крови.

3. Назовите главные пути поддержания рН на постоянном уровне.

4. Что такое кислотно-щелочное равновесие?

5. Из чего состоят буферные системы?

6. По какой формуле проводят расчет резервной щелочности крови?

Практическая работа №21

Автоматика работы сердца

Цель работы:определить основы автоматики работы сердечной мышцы.

Краткая теория

Автоматия сердца- это способность сердца сокращаться под действием импульсов, возникающих в нем самом. Автоматией обладают только атипические мышечные волокна, формирующие проводящую систему. Клетки рабочего миокарда автоматией не обладают. Доказательством автоматии являются ритмические сокращения изолированного сердца лягушки, помещенного в ра­створ Рингера. Сердце млекопитающего, помещенное в теплый, снабжаемый кислородом раствор Рингера, также продолжает рит­мически сокращаться.

Проводящая система сердцаимеет в своем составе узлы, образованные скоплением атипических мышечных клеток, пучки и волокна, с помощью которых возбуждение передается на клетки рабочего миокарда. Водителем ритма сердца (пейсмекером) является сино-атриальный узел, расположенный в стенке пра­вого предсердия между впадением в него верхней полой вены и ушком правого предсердия. В предсердиях имеются также пучки проводящей системы сердца, идущие в различных направлениях. В межпредсердной перегородке у границы с желудочком располо­жен атриовентрикулярный узел, образующий пучок Гиса - един­ственный путь, связывающий предсердия с желудочками. Пучок Гиса делится на две ножки (левую и правую) с их конечными раз­ветвлениями - волокнами Пуркинье.

Механизм автоматии.Ритмичное возбуждение пейсмекер-ных клеток объясняется ритмичным спонтанным изменением про­ницаемости их мембраны для ионов, вследствие чего Ыа⁺ и Са²⁺ поступают в клетку, а К⁺ и СГ выходят из клетки (СГ в пейсме-керных клетках находится в большом количестве). Все это ведет к развитию медленной диастолической деполяризации клеток пей-смекера и достижению критического уровня деполяризации (-40-50 мВ), обеспечивающего возникновение ПД и распростра­нение возбуждения - сначала по предсердиям, а затем и по желу­дочкам.

Градиент автоматии.Водителем ритма сердца является сино-атриальный узел. Взаимодействуя с экстракардиальнымй нервами, он определяет частоту сокращений сердца 60-80 в 1 мин. В случае повреждения узла функции водителя ритма выполняет атриовентрикулярный узел (40-50 в 1 мин), далее - пучок Гиса (30-40 в 1 мин) и волокна Пуркинье (20 в 1 мин). Убывание часто­ты генерации возбуждения проводящей системой сердца в направ­лении от предсердий к верхушке сердца называют градиентом автоматии.

Скорость распространения возбужденияот сино-атриального узла по рабочему миокарду предсердий и проводящей системе предсердий одинаковая - около 1м/с. Далее возбуждение перехо­дит на атриовентрикулярный узел, где имеет место задержка воз­буждения на 0,05 с. Задержка объясняется тем, что проводящая сино-атриальная ткань контактирует с атриовентрикулярным уз­лом посредством волокон рабочего миокарда, причем толщина их слоя здесь небольшая, типичные нексусы отсутствуют. Эта задер­жка обеспечивает последовательное сокращение предсердий и же­лудочков. Затем возбуждение по пучку Гиса, его ножкам и волок­нам Пуркинье переходит на клетки рабочего миокарда. Скорость распространения возбуждения по проводящей системе желудочков равна 3 м/с, по субэндокардиальным окончаниям волокон Пурки­нье и клеткам рабочего миокарда желудочков, как и по миокарду предсердий, - 1 м/с. Большая скорость распространения возбуж­дения по проводящей системе обеспечивает быстрый, практически синхронный охват возбуждением всех отделов желудочков, что увеличивает мощность их сокращений. При меньшей скорости про­ведения возбуждения различные отделы сердца сокращались бы не одновременно, что значительно снизило бы мощность желудочков. От проводящей системы сердца к рабочему миокарду желудочков возбуждение передается с помощью волокон Пуркинье.

Таким образом, проводящая система сердца обеспечивает: 1) ав­томатик) сердца; 2)последовательность сокращений предсер­дий и желудочков за счет атриовентрикулярной задержки; 3) син­хронное сокращение всех отделов желудочков, что увеличивает их мощность; 4) надежность в работе сердца - при повреждении основного водителя ритма его в какой-то степени могут заменить другие отделы проводящей системы сердца, так как они тоже обла­дают автоматией.

Аритмия в сердечной деятельности.Экстрасистола - это внеочередное сокращение сердца. Экстрасистолы могут возникать не только у больного, но и у здорового человека. Их можно полу­чить также в эксперименте. У человека возникающие спонтанно экстрасистолы могут быть желудочковыми (эктопический очаг воз­буждения находится в желудочке) и предсердными: внеочередной (более ранний) импульс возникает в предсердиях. После желудоч­ковой экстрасистолы возникает компенсаторная пауза, которая является следствием выпадения очередной систолы, так как оче­редной импульс от пейсмекера приходит во время экстрасистолы -в период рефрактерное™. Предсердная экстрасистола не сопровож­дается компенсаторной паузой. Другие варианты аритмий изуча­ются в курсе патофизиологии.

Ход работы

Процесс деятельности сердца сопровождается так называемы­ми внешними явлениями: электрическими, механическими и зву­ковыми. Электрические явления - это результат возникновения и распространения возбуждения по различным отделам сердца; ме­ханические - следствие движения крови по сердцу и сосудам, дви­жения самого сердца; звуковые явления - это, главным образом, следствие закрытия клапанов сердца, а также движения крови по крупным сосудам. Основными методами исследования деятельно­сти сердца являются следующие.

А. Электрокардиография - регистрация суммарной элект­рической активности сердца с определенных участков тела. Элект­рокардиограмма (ЭКГ) - кривая, отражающая процесс возникно­вения, распространения и исчезновения возбуждения в различных отделах сердца. Поскольку ткани организма способны проводить электрическое поле во всех направлениях, удается с помощью уси­лителей зарегистрировать электрические явления на поверхности тела. ЭКГ отражает только изменения электрических потен-

циалов, но не сокращения миокарда. Возникновение электриче­ского тока в сердце можно наблюдать, если на сокращающееся сер­дце крысы набросить нерв нервно-мышечного препарата лягушки: мышца начинает сокращаться в ритме сердца.

Существуют три основные системы отведения. ЭКГ-от­ведение— это вариант расположения электродов на теле при реги­страции электрокардиограммы.

1. Стандартные биполярные отведения (Эйнтховена): Iотведение - левая рука (+) - правая рука (-); II отведение - пра­вая рука (-) - левая нога (+) и III отведение - левая рука (-) -левая нога (+) ( рис. 8.5).

2. Шесть грудных однополюсных отведений V, - У₆ (Виль­сона - V): активный электрод (+) накладывают на различные точ­ки грудной клетки спереди (отведение во фронтальной плоскости),

а нулевой (-) электрод формируют путем объединения через со­противления электродов от трех конечностей - двух рук и левой

ноги.

3. Усиленные однополюсные отведения (Гольдбергера)-.аУЯ, аУЬ, аУР, что означает: а - аи§теп1ес! (усиленный); V - уоИа^е (потенциал); К - п§Ы (правый) - правая рука; Ь - 1еЙ (левый) -левая рука; Р - гоот (нога) - левая нога.

Основные элементы ЭКГ и их параметры (рис. 8.6). Зубец Р отражает процесс деполяризации (распространения возбуждения) и быстрой начальной реполяризации правого и левого предсердий.Желудочковый комплекс (}К8Т отражает процесс распростра­нения возбуждения по желудочкам (комплекс ОКБ), полного охва­та их возбуждением (сегмент К5Т, чаще 5Т) и реполяризации же­лудочков (зубец Т).

Б. Аускулыпация - выслушивание тонов сердца на поверхно­сти грудной клетки. Тоны сердца - это звуки, возникающие при работе сердца. Различают четыре тона различной высоты (15-400 гц) и громкости: I, II, III, IV. Выслушивают обычно два тона: I и II. Все тоны можно зарегистрировать с помощью фонокардио-графа.

Первый тон (глухой, протяжный, низкий) возникает в начале систолы желудочков, поэтому его называют также систолическим. Главная причина его возникновения - захлопывание атриовентрикулярных клапанов. Первый тон, отражающий работу двухствор­чатого клапана, выслушивают в области верхушки сердца в пятом межреберье слева от среднеключичной линии; первый тон, отра­жающий работу трехстворчатого клапана, выслушивают у основа­ния мечевидного отростка.

Второй тон (высокий, кратковременный) возникает при за­хлопывании полулунных клапанов аорты и легочной артерии и в результате вибрации их стенок и крови. Второй тон, отражающий закрытие (захлопывание) аортального клапана выслушивают во втором межреберье справа; второй тон, отражающий закрытие ле­гочного клапана, выслушивают во втором межреберье слева. ..

Третий и четвертый тоны в норме, как правило, не выслуши­ваются, но обычно регистрируются на фонокардиограмме.

В. Фонокардиография - это методика регистрации тонов сер­дца с поверхности грудной клетки. Для регистрации фонокардио-граммы используют микрофон, который прикладывают к грудной клетке в месте, где лучше выслушиваются тоны сердца. Звуковые колебания преобразуются в электрические, усиливаются и пода:» ются на регистратор - фонокардиограф (специализированный при­бор для регистрации фонокардиограммы) (рис. 8.7). Основные фак­торы, обеспечивающие возникновение тонов сердца следующие:

I тон (систолический) - захлопывание атриовентрикулярных кла­панов; II тон (диастолический) - захлопывание полулунных кла­панов; III тон - период быстрого наполнения желудочков сердца кровью; IV тон - поступление крови в желудочки сердца во время систолы предсердий (пресистола).

Г. Фазовый анализ цикла сердечной деятельности — это исследование продолжительности периодов и фаз сердечного цик­ла. Осуществляется с помощью одновременной регистрации ряда показателей: ЭКГ, ФКГ, давления в аорте, желудочках и предсер­диях. В редуцированном варианте для иллюстрации методики мож­но воспользоваться записью давления в полостях сердца и аорте.

Д. Методы исследования сердечных объемов крови.

МОК (минутный объем крови, недостаточно точный термин) -количество крови, выбрасываемое сердцем в аорту в течение 1 мин. Для этой же цели используется еще менее точный термин «сердеч­ный выброс» (более краткий и точный термин - минутный выб­рос, МВ). МВ является самым надежным критерием эффективно­сти деятельности сердца. Количество крови, выбрасываемое левым желудочком в аорту за одно сокращение, называют «ударным объе­мом» или «систолическим объемом» (более короткое и точное на­звание -систолический выброс, СВ). Правый желудочек выбра­сывает такое же количество крови в легочную артерию, как и левый - в аорту. Малейшие отклонения от этого соответствия при­вели бы к нарушению кровообращения, поскольку большой и ма­лый «круги» кровообращения не отделены друг от друга. МВ в состоянии покоя колеблется в пределах 4-6 л (чаще называют циф­ры 5-5,5 л); он прямо зависит от массы тела. При большой физи­ческой нагрузке МВ может возрастать до 25-30 л/мин, у спорт­сменов - до 35-40 л/мин, т. е. увеличивается в 5-7 раз. Если определен МВ, СВ рассчитывается путем деления МВ на число со­кращений сердца в минуту. СВ в покое составляет 65-75 мл. Одна­ко в покое не вся кровь, накопившаяся в желудочках к концу паузы сердца (конечнодиастолический объем, 130-150 мл), выбра­сывается сердцем: около 50% остается в желудочке - конечносис-толический объем. При увеличении силы сокращений сердце выбрасывает значительно больше крови - дополнительную порцию выбрасываемой при этом крови называют резервным объемом. Часть крови, остающаяся в желудочке после максимального его сокращения, называется остаточным объемом. Резервный и ос­таточный объемы составляют примерно по 30-40 мл. Резервный объем свидетельствует о том, что сила сердечных сокращений в покое не является максимальной. СВ при эмоциональном и физи­ческом напряжениях может быть увеличен за счет резервного объема крови. Непосредственными факторами, влияющими на МВ, являются частота и сила сердечных сокращений, точнее - СВ.

Для определения МВ применяют так называемый красочный метод, радионуклидный, термодилюции, метод Фика и многие другие.

Наиболее точной считают методику Фика, предложенную им еще в 1870 году, - измерение МВ по потребленному организмом кислороду за 1 минуту. Расход кислорода исследуют с помощью метаболиметра. Затем рассчитывают, какой объем крови, прокачи­ваемой сердцем через весь организм, обеспечивает доставку необ­ходимого организму кислорода. Например, человек потребил 250 мл 0₂ за 1 минуту. Содержание 0₂ в артериальной крови 19,5 об% (19,5 мл 0₂ на каждые 100 мл крови), содержание 0₂ в венозной крови 15об% (15 мл 0₂ на 100 мл крови). Артерио-венозная разни­ца по 0₂ равна: 19,5 мл - 15,0 мл = 4,5 мл 0₂. Таким образом, 100 мл крови отдают организму 4,5 мл 0₂, всего же организм потребил 250 мл 0₂, отсюда следует:

100 мл крови поставляют 4,5 мл 0₂,

МВ крови поставляет 250 мл 0₂:

Недостатком этой методики является то, что венозную кровь необходимо брать из правой половины сердца при помощи зонда, вводимого через плечевую вену, что весьма сложно и небезопасно для пациента. Поэтому используются и разрабатываются другие методики определения МВ или СВ. Разработан ряд формул для рас­чета СВ по показателям артериального давления, однако они,пока весьма неточны.

Для оценки деятельности сердца используется сердечный ин­декс (СИ), представляющий собой отношение минутного выброса крови (МВ) к площади поверхности тела (5). Он составляет 3-4 л/мин/м². Показатель введен из-за вариабельности МВ у раз­ных лиц и является одним из вариантов выражения МВ:

Известен также индекс кровоснабжения (ИК), отражающий отношение МВ в мл к массе тела (МТ) в кг:

В норме он составляет около 70 мл/кг/мин.

Экспериментальная часть

Лабораторная и инструментальная диагностика – это, конечно, хорошо. Но что делать, если вы не в больнице или поликлинике, а дома, и вас беспокоит вопрос о вашем текущем состоянии? Если у вас появились какие-то неприятные симптомы, и вы подозреваете, что они говорят о проблемах с сердцем, «проверьте» свои жалобы по нижеследующему списку.

Стенокардия: ей соответствуют боли за грудиной или в левой половине груди (иногда распространяются в левую руку, левую лопатку, межлопаточное пространство), возникающие при нагрузке. Они длятся менее 15 минут и проходят в покое или при приеме нитроглицерина. При подозрении на стенокардию надо обратиться к врачу в плановом порядке.

Инфаркт миокарда: очень сильные боли в той же области и с той же (или более широкой) зоной распространения. Не снимаются обезболивающими и даже нитроглицерином, длятся более 20-30 минут. Состояние экстренное, требует вызова «скорой помощи».

Аритмии: ощущение перебоев в работе сердца, чувство «замирания» в груди. При подозрении на аритмию тоже надо срочно обратиться к кардиологу.

Миокардит: разнохарактерные, кратковременные или длительные боли в груди разной силы. Начинают беспокоить через 2-3 недели после перенесенной вирусной инфекции (вирусы — самая частая причина болезни).

Краткая теория

1. Что такое автоматия сердечной мышцы?

2. В чем заключается аритмия сердечной деятельности?

3. Назовите существующие методы исследования деятельности сердца?

4. Методы исследования сердечных объемов крови.

Практическая 22 Татаренкова