Xiv. кислотно-щелочное равновесие
Одной из важнейших физико-химических констант крови является концентрация в ней водородных ионов, выражаемая водородным показателем – рН. Поддержание постоянства концентрации водородных ионов в крови обеспечивается буферными системами крови, вентиляционной функцией легких и выделительной функцией почек.
В крови имеется четыре буферные системы.
Бикарбонатный буфер (буферная емкость составляет около 10% буферной емкости крови) является главным буфером внеклеточной жидкости. Это обусловлено следующим: 1) во внеклеточных жидкостях содержится больше НСО3–, чем любого другого соединения, являющегося компонентом буферных систем; 2) поступление СО2 во внеклеточные системы неограниченно; 3) концентрацию СО2 в крови регулируют физиологические системы и в первую очередь легкие; 4) бикарбонатный буфер функционирует вместе с оксигемоглобин-гемоглобиновым буфером.
Фосфатный буфер имеет небольшую емкость, однако он является основной буферной системой мочи.
Белковый буфер выполняет свою функцию вследствие внеамфолитических свойств входящихв его состав аминокислот.
Оксигемоглобин – гемоглобиновый буфер определяет около 75% буферной емкости крови. Оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин. Благодаря этому поступление СО2 в кровеносное русло в тканевых капиллярах уравновешивается щелочным сдвигом, обусловленным восстановлением гемоглобина. Окисление гемоглобина в капиллярах легочных альвеол и связанное с этим закисление компенсируются освобождением и выделением СО2.
Основная функция легких – насыщение венозной крови кислородом и освобождение ее от углекислого газа – тесно связана с регуляцией кислотно-щелочного равновесия. При дыхании из организма выводится углекислый газ. Повышение парциального давления СО2 или снижение рН вызывает стимуляцию дыхания до тех пор, пока соотношение компонентов бикарбонатного буфера Н2СО3/НСО3 - не возвратится к норме – 1:20.
Буферная емкость крови и резервы вентиляционной функции легких велики, но не безграничны. Восстановление кислотно-щелочного равновесия заканчивается только после освобождения организма от проникшего во внутреннюю среду избытка ионов водорода или гидроксила. Эту функцию выполняют почки. В эпителии их канальцев происходит образование ионов водорода, которые акцептируются солями фосфорной кислоты и аммиака. Кроме того, почки выводят некоторые органические кислоты в свободном виде. Следствием этого процесса является снижение величины рН мочи, повышение титруемой кислотности и экскреции аммония. Другой важнейшей функцией почек является реабсорбция бикарбонатов, благодаря которой происходит восстановление концентрации буферных систем крови.
Выделяют 2 типа нарушений кислотно-щелочного равновесия: ацидоз (повышение концентрации кислых и дефицит основных продуктов) и алкалоз (избыток оснований или дефицит кислот). Ацидоз и алкалоз могут быть дыхательными и метаболическими (или недыхательными). Дыхательные формы нарушения кислотно-щелочного равновесия возникают при изменении концентрации в крови углекислоты – единственной кислоты, выделяемой легкими. Все остальные нарушения кислотно-щелочного равновесия относятся к метаболическим.
Следует иметь в виду, что термины «метаболический ацидоз» или «алкалоз» не означают, что они всегда вызваны нарушением обменных процессов а организме. Эти термины указывают только на то, что ацидоз или алкалоз не связаны с нарушением баланса углекислоты. Изолированные дыхательные или метаболические нарушения кислотно-щелочного равновесия встречаются редко. Как правило, наблюдаются смещенные формы нарушений, при которых изменение величины рН, возникающее вследствие нарушения одного из механизмов сохранения кислотно-щелочного равновесия, ослабляется или усиливается нарушениями других механизмов.
14.1. Перечислите известные Вам состояния организма, при которых первично развивается: а) метаболический ацидоз, б) метаболический алкалоз. Охарактеризуйте механизм компенсации при метаболическом ацидозе и алкалозе.
14.2. Перечислите известные Вам состояния организма, при которых первично развивается: а) дыхательный ацидоз, б) дыхательный алкалоз. Назовите соединения, концентрация которых в крови первично изменяется при дыхательном ацидозе и алкалозе. Охарактеризуйте механизм компенсации при метаболическом ацидозе и алкалозе.
14.3. При метаболическом ацидозе и алкалозе изменяется НСО3– плазмы крови и рН мочи. Напишите уравнения химических реакций, показывающие направленность этих изменений.
14.4. При дыхательном ацидозе и алкалозе изменяется НСО3– плазмы крови и рН мочи. Напишите уравнения химических реакций, показывающие направленность этих изменений.
14.5. Назовите причину нарушения кислотно-щелочного равновесия при кратковременной максимальной физической нагрузке. Какие продукты накапливаются в крови вэтомслучае?
14.6. Назовите причину нарушения кислотно-щелочного равновесия при длительной умеренной физической нагрузке. Какие продукты накапливаются в крови в этом случае?
14.7. Назовите буферную систему, определяющую величину рН мочи. Каково соотношение компонентов этой системы в плазме крови и моче?
14.8. Укажите формы нарушения кислотно-щелочного равновесия, которое развивается при: а) кратковременной максимальной физической нагрузке, б) длительной умеренной физической нагрузке? Каков механизм этих нарушений?
14.9. В случае возникновения дыхательного ацидоза компенсация изменений (НСО3–) в плазме крови осуществляется почками, которые выводят мочу. Какие продукты обусловливают кислую реакцию мочи? Где они образуются? Напишите уравнения реакции, обусловливающей подкисление мочи?
14.10. Бегуны на короткие дистанции непосредственно перед стартом обычно интенсивно и глубоко дышат в течение 0,5 мин. Какую пользу приносит спортсмену такая гипервентиляция?
14.11. При некоторых формах пиелонефрита нарушается гидролиз глутамина. Как изменятся в этих условиях кислотно-щелочное равновесие и водный баланс организма? Каков механизм этих изменений? Напишите уравнения реакций, иллюстрирующие Ваш ответ.
14.12. У больных сахарным диабетом наблюдается нарушение кислотно-щелочного равновесия и водногобаланса.Каков механизм этих нарушений?
14.13. Для компенсации метаболического ацидоза больным вводят бикарбонат натрия или лактат натрия. Какой из этих препаратов предпочтительнее? Какие противопоказания имеет каждый из этих препаратов?
14.14. У больных с циррозом печени часто наблюдается алкалоз. Обсудите механизм его развития.
XV. ОБМЕН ПОРФИРИНОВ
Первым этапом биосинтеза порфиринов является конденсация глицина и сукцинил-КоА с образованием дельта-аминолевуленовой кислоты. Эта реакция катализируется дельта-аминолевуленатсинтазой и является ключевой реакцией в биосинтезе порфиринов. Дальнейшие превращения дельта-аминолевулиновой кислоты схематически приведены ниже.
Дельта-аминолевуленат à порфобилиноген à уропорфириноген à копропорфириноген à протопорфириноген à гем.
Нарушения биосинтеза порфиринов известны под названием порфирий.
15.1. Описано несколько форм печеночных порфирий: острая перемежающаяся порфирия, характеризующаяся выделением дельта-аминолевулената и порфобилиногена, наследственная копропорфиринурия, для которой характерны выделения дельта-аминолевулената, порфобилиногена и копропорфириногена, и смешанная порфирия, при которой помимо указанных выше метаболитов выделяется протопорфирин. При каждой из этих форм порфирий обнаруживается повышение активности дельта-аминолевуленатсинтазы. Обсудите возможные причины указанных биохимических дефектов иих последствия.
15.2. При распаде порфиринов последовательно образуются ряд промежуточных продуктов, важнейшим из которых является билирубин. Билирубин, образующийся в ретикулоэндотелии, является токсическим продуктом, он циркулирует в крови в комплексе с альбуминами. Такой билирубин называют свободным. После обезвреживания в печени путем конъюгации с глюкуроновой кислотой билирубин теряет свои токсические свойства. Билирубин-глюкуронид называют связанным. Нарушение обмена билирубина характерны для различных форм желтух. Какие формы желтух Вы знаете? Обсудите механизм их возникновения.
15.3. Биохимические исследования крови, мочи и кала дали следующие результаты: в крови увеличена концентрация свободного билирубина, есть связанный билирубин, в моче увеличено количество уробилиногена, в кале увеличено количество стеркобилиногена. О какой форме желтухи можно думать в этом случае? Обоснуйте свой ответ.
15.4. Биохимический анализ крови, мочи и кала дал следующие результаты; в крови увеличена концентрация свободного билирубина, есть связанный билирубин; в моче нормальное количество уробилиногена; в кале снижено количество стеркобилиногена. О какой форме желтухи можно думать в этом случае? Обоснуйте свой ответ.
15.5. Биохимический анализ крови, мочи и кала дал следующие результаты: в крови увеличена концентрация свободного билирубина, есть связанный билирубин; в моче увеличено количество уробилиногена; в кале нет стеркобилиногена. О какой форме желтухи можно думать в этом случае? Обоснуйте свой ответ.
15.6. В крови человека обнаружено увеличение концентрации свободного билирубина, связанный билирубин отсутствует. Чем может быть это обусловлено? Какие биохимические исследования нужно провести, чтобы уточнить причину гипербилирубинемии? Какие при этом могут быть получены результаты?
15.7. В крови человека обнаружено увеличение концентрации свободного билирубина, есть связанный билирубин. Чем это может быть обусловлено? Какие биохимические исследования нужно провести, чтобы уточнить причину гипербилирубинемии? Какие при этом могут быть получены результаты?
15.8. В моче человека обнаружено увеличение содержания уробилиногена. Чем это может быть обусловлено? Какие биохимические исследования нужно провести, чтобы уточнить причину? Какие при этом могут быть получены результаты?