Fizjologia człowieka

Transkrypt

1 Akademia Wychowania Fizycznego i Sportu w Gdańsku Katedra: Promocji Zdrowia Zakład: Biomedycznych Podstaw Zdrowia Fizjologia człowieka Osoby prowadzące przedmiot: Prof. nadzw. dr hab. Zbigniew Jastrzębski zb.jastrzebski@op.pl

2 Temat wykładu 11 Równowaga kwasowo-zasadowa.

3 RÓWNOWAGA KWASOWO -ZASADOWA Równowaga kwasowo-zasadowa gwarantuje, Ŝe w organizmie utrzymywane są stałe stęŝenia jonów wodorowych w przestrzeniach wodnych. Gospodarka kwasowo-zasadowa organizmu jest zrównowaŝona.

4 RÓWNOWAGA KWASOWO -ZASADOWA Izohydra oznacza, Ŝe w organizmie utrzymywane jest stałe stęŝenie jonów H+ w płynie pozakomórkowym. StęŜenie kationów H+ w płynach ustrojowych zaleŝy pośrednio od nasilenia procesów katabolicznych w organizmie, a bezpośrednio od dysocjacji kwasów.

5 RÓWNOWAGA KWASOWO -ZASADOWA W organizmach Ŝywych produktami przemiany materii są głównie kwasy lotne, czyli kwas węglowy reprezentowany przez CO2, pochodzący głównie z mitochondriów, tj. z procesów dekarboksylacji kwasu pirogronowego i a-ketoglutarowego oraz kwasy nielotne.

6 RÓWNOWAGA KWASOWO -ZASADOWA NaleŜą do nich kwasy organiczne, np. mlekowy, pirogronowy, moczowy oraz nieorganiczne, np. kwas siarkowy pochodzący z przemian białek, a właściwie z ich aminokwasów siarkowych oraz kwas fosforowy pochodzący z przemian fosfolipidów, fosfoprotein, a takŝe mononukleotydów.

7

8 RÓWNOWAGA KWASOWO -ZASADOWA Nadmiar lub niedobór zasad jest miarą zaburzeń równowagi kwasowo-zasadowej. Nadmiar zasad (oznaczany +) stanowi róŝnicę między sumą stęŝeń wszystkich zasad buforujących (uwzględniających hemoglobinę, białczany, fosforany, wodorowęglany), a tzw. normalnymi zasadami buforującymi.

9 RÓWNOWAGA KWASOWO -ZASADOWA Pod pojęciem niedobór lub nadmiar zasad buforujących naleŝy rozumieć taką ilość mmoli mocnego kwasu lub mocnej zasady, którą naleŝy dodać do 1 litra krwi, aby stęŝenie zasad buforujących wróciło do wartości prawidłowych, czyli aby wartość ph krwi doprowadzić do normy.

10 RÓWNOWAGA KWASOWO -ZASADOWA Ocenę równowagi kwasowo-zasadowej przeprowadza się na podstawie pomiaru niektórych tylko parametrów tej równowagi, czyli ph i pco2, gdyŝ współczesne analizatory równowagi kwasowozasadowej z reguły dokonują pomiaru tych parametrów, natomiast pozostałe są wyliczane automatycznie.

11

12 Mocne aniony Mocne aniony pochodzą z mocnych kwasów, które przy ph osocza są zdysocjowane w 100%. Mierzonym mocnym anionem jest jon chlorkowy, ilościowo najwaŝniejszy dla przesunięć kwasowo-zasadowych w przestrzeni pozakomórkowej. Występuje tu z jonem sodowym w proporcji około 1:1. Innymi słowy zdrowy, prawidłowo odŝywiany organizm dysponuje pewnym nadmiarem Cl", który wydala z moczem. William F. Ganong.Fizjologia Lekarska. PZWL

13 Mocne aniony O stęŝeniu jonów H+ w danym przedziale płynowym decydują trzy, niezaleŝne od siebie, wielkości: 1) parcjalne ciśnienie CO2, 2) róŝnica stęŝeń tzw. mocnych elektrolitów oraz 3) stęŝenie nielotnych słabych kwasów. PaCO2 odzwierciedla skuteczność wentylacji i wydalania CO2 z ustroju. William F. Ganong.Fizjologia Lekarska. PZWL

14 Słabe aniony Słabe aniony są to anionowe grupy słabych kwasów pełniące, zgodnie z definicją, rolę buforową. Mierzonym słabym anionem jest HCO-3, odgrywający w buforowaniu ustrojowym rolę centralnego pośrednika. Jest to jedyna zasada zuŝywana w doraźnym buforowaniu, która moŝe być regenerowana w nerkach. William F. Ganong.Fizjologia Lekarska. PZWL

15 Krzysztof Duda [2001]Równowaga kwasowo-zasadowa.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str

16 Pozostałe aminy Pozostałe słabe aniony (A~) to fosforany i białczany. Razem ze swymi (tzn. z pary buforowej) słabymi kwasami obejmuje je nazwa nielotnych słabych kwasów buforujących (ATOT). Ze względu na stęŝenie w płynach ustrojowych ich przydatność w procesie buforowania dotyczy przede wszystkim przedziału wewnątrzkomórkowego. William F. Ganong.Fizjologia Lekarska. PZWL

17 Krzysztof Duda [2001]Równowaga kwasowo-zasadowa.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str

18 Nielotne słabe aniony Nielotne słabe aniony (A- ) (fosforany-, proteiniany-, hemoglobiniany-) nie są mierzone bezpośrednio; razem z wodorowęglanami objęte są nazwą zasad buforujących (BB - buffer base). Z drugiej strony stęŝenie zasad buforujących w osoczu moŝna równieŝ obliczyć jako róŝnicę stęŝeń mocnych jonów.

19 Nielotne słabe aniony (2% całkowitej ilości potasu ustroju) i w niewielkim stęŝeniu, ale szybko moŝe opuszczać komórkę, wymieniając się z jonem H +. RóŜnica pomiędzy sumą mierzonych mocnych kationów (Na+ + K+) a sumą (Cl- + HCO- 3) nosi nazwę luki" lub rozziewu" anionowego (AG - anion gap).

20 Nielotne słabe aniony Główne kationy osocza Na+, K+, Ca2 +, Mg2+ są metalami ziem alkalicznych. Sód jest odpowiedzialny za utrzymanie ciśnienia osmotycznego ECF. Główny kation wewnątrzkomórkowy K+ jest obecny w płynie pozakomórkowym w niewielkiej ilości

21 Krzysztof Duda [2001]Równowaga kwasowo-zasadowa.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str

22 RÓWNOWAGA KWASOWO -ZASADOWA W ciągu doby człowiek dorosły wytwarza aŝ moli CO2 i tyleŝ samo wydala go przez płuca. Dwutlenek węgla, powstający podczas metabolizmu w mitochondriach, dostaje się drogą dyfuzji do cytoplazmy, po czym do płynu śródmiąŝszowego, dalej do płynu wewnątrznaczyniowego, skąd (z osocza) dyfunduje do erytrocytów.

23

24 BUFOR WODOROWĘGLANOWY Bufor wodorowęglanowy jest najwaŝniejszym elementem równowagi kwasowo-zasadowej, zarówno ze względów ilościowych, jak i z uwagi na fakt, Ŝe jest najbardziej podatny na oddechowe i metaboliczne mechanizmy regulacyjne. Krzysztof Duda [2001]Równowaga kwasowo-zasadowa.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str

25

26 BUFOR WODOROWĘGLANOWY Z całej puli dwutlenku węgla powstającego w organizmie około 75% wchodzi w reakcję z wodą (katalizowaną przez anhydrazę węglanową), której produktami są jony H+ i HCO3, około 15% dwutlenku węgla tworzy połączenia karbaminianowe z wolnymi grupami α-aminowymi N-terminalnych reszt waliny łańcuchów polipeptydowych, szczególnie hemoglobiny, a jedynie około 5% dwutlenku węgla jest transportowane w postaci gazu fizycznie rozpuszczonego w wodzie przestrzeni wewnątrznaczyniowej.

27 BUFOR WODOROWĘGLANOWY Płuca zapewniają eliminację końcowego produktu przemiany materii oraz uczestniczą w regulacji równowagi kwasowo-zasadowej poprzez utrzymywanie prawidłowego ciśnienia cząstkowego CO2 we krwi i płynie pozakomórkowym. 88

28 BUFOR WODOROWĘGLANOWY Transport dwutlenku węgla odbywa się dzięki dyfuzji zgodnej z gradientem stęŝeń CO2 po obu stronach bariery pęcherzykowo-włośniczkowej, który jest utrzymywany poprzez perfuzję naczyń krwionośnych płuc i wentylację pęcherzyków płucnych.

29 BUFOR WODOROWĘGLANOWY Wentylacja, a zatem eliminacja CO2 są regulowane za pośrednictwem ośrodka oddechowego w podwzgórzu, którego chemoreceptory są wraŝliwe na pco2

30 BUFOR WODOROWĘGLANOWY Regulacja metaboliczna równowagi kwasowozasadowej przede wszystkim sprowadza się do eliminacji jonów H+ poprzez nerki oraz do zapewnienia odpowiedniej ilości podstawowej zasady tego buforu, mianowicie jonów HCO3.

31 BUFOR WODOROWĘGLANOWY Choć jony te są wytwarzane w erytrocytach w ilościach adekwatnych do pco2, to jednak nerki decydującą o utrzymaniu ich prawidłowego stęŝenia. Rola nerek w tym zakresie polega na resorpcji zwrotnej jonów HCO3 z moczu pierwotnego oraz na ich regeneracji w cewkach nerkowych.

32 Mechanizm resorpcji zwrotnej - sprawia, Ŝe w moczu prawidłowym brak wodorowęglanów. Polega na tym, Ŝe z pierwotnego przesączu osocza około 20% jonów HCO3 jest wprost resorbowane zwrotnie wraz z jonami Na+, które wymieniane są z jonami H+ w kanalikach proksymalnych.

33 Regenerację jonów HCO3 w nerkach - umoŝliwia buforowanie jonów H+ w moczu przez nie wodorowęglanowe zasady buforujące. W komórkach cewek nerkowych moŝe ulec uwodnieniu, powstający w przemianach wewnątrzkomórkowych CO2 do H2CO3 przy udziale anhydrazy węglanowej. Wytworzony kwas węglowy dysocjuje do jonów H+ i HCO3

34 BUFOR HEMOGLOBINIANOWY Bufor hemoglobinianowy współdziała z buforem wodorowęglanowym w regulacji równowagi kwasowo-zasadowej. Hemoglobina zawiera aŝ 38 reszt histydynowych, których pierścienie imidazolowe biorą bezpośredni udział w wiązaniu i uwalnianiu jonów H. Bogactwo w reszty histydynowe hemoglobiny sprawia, Ŝe ma ona sześciokrotnie większy udział w buforowaniu płynu pozakomórkowego niŝ białka osocza.

35 BUFOR HEMOGLOBINIANOWY Oksyhemoglobina jest mocniejszym kwasem niŝ deoksyhemoglobina. W płucach mol oksyhemoglobiny uwalnia 0.7 mola jonów H+, w tkankach mol deoksyhemoglobiny wiąŝe 0.7 mola jonów H+. Działanie Hb jako buforu jest zatem uzaleŝnione od jej funkcji transportera tlenu.

36

37 BUFOR FOSFORANOWY Bufor fosforanowy jest buforem przestrzeni wewnątrzkomórkowej, stanowiącym około 6% pojemności buforowej krwi. Dla buforu fosforanowego w zakresie ph około 7 waŝna jest stała równowagi.

38 BUFOR FOSFORANOWY W buforze fosforanowym krwi, którego ph = 7,4 stosunek stęŝeń fosforanu II-rzędowego do fosforanu I-rzędowego wynosi 4:1

39 BUFOR FOSFORANOWY Fosforany obecne w moczu pierwotnym warunkują wydalanie jonów H+ oraz powstawanie wodorowęglanów w nerkach. Bufor fosforanowy jest najwaŝniejszym pod względem ilościowym buforem moczu, biorącym udział w wytwarzaniu kwaśności miareczkowej. W buforze fosforanowym moczu (ph około 6) stosunek stęŝeń fosforanu II-rzędowego do fosforanu I-rzędowego wynosi 1:4.

40 BUFOR FOSFORANOWY Zmiana stosunku fosforanów w buforze fosforanowym moczu w porównaniu z ich stosunkiem w buforze krwi wynika ze zamiany fosforanu II-rzędowego w fosforan I-rzędowy skutkiem wiązania jonów wodorowych wydzielanych przez kanaliki dystalne i zbiorcze podczas zaoszczędzania zasad przez nerki.

41 BUFOR FOSFORANOWY Wydalanie z moczem nadmiernych ilości fosforanów I-rzędowych (H2PO4) podwyŝsza ph krwi, natomiast nadmierne wydalanie fosforanów II-rzędowych (HPO4-2) obniŝa ph krwi. Zwiększone wydalanie jonów fosforanowych z moczem następuje w nadczynności przytarczyc. Krzysztof Duda [2001]Równowaga kwasowo-zasadowa.[w;] j. Górski.Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego. PZWL, str

42 BUFOR FOSFORANOWY Fosforany tylko częściowo są resorbowane w kanalikach nerkowych. Jeśli mocz ma odczyn alkaliczny, jony fosforanowe łatwo reagują z obecnymi w moczu jonami wapniowymi i magnezowymi, tworząc nierozpuszczalne sole, będące najczęstszą przyczyną powstawania kamieni nerkowych. Zaburzenie równowagi kwasowo-zasadowej prowadzi do kwasicy lub zasadowicy.

43 Kwasica Kwasica oznacza stan, w którym dochodzi do przesunięcia ph krwi w kierunku kwaśnym, w wyniku np. nagromadzenia we krwi nadmiernych ilości substancji o charakterze kwaśnym.

44 Zasadowica Zasadowica oznacza stan, w którym dochodzi do przesunięcia ph w kierunku zasadowym, w wyniku, np. nagromadzenia we krwi nadmiernych ilości substancji o charakterze zasadowym.

45 Zaburzeniom równowagi kwasowo-zasadowej Zaburzeniom równowagi kwasowo-zasadowej towarzyszą zmiany w równowadze wodnoelektrolitowej, zwłaszcza moŝe zaistnieć wędrówka jonów potasu między komórką a przestrzenią pozakomórkową.

46 Zaburzeniom równowagi kwasowo-zasadowej W kwasicy jony potasu przechodzą z komórek na zewnątrz w wyniku wymiany na pozakomórkowe jony wodorowe. W zasadowicy jony potasu wchodzą do komórek w wyniku wymiany na wewnątrzkomórkowe jony wodorowe i w osoczu maleje stęŝenie jonów K+.

47 Bibliografia: Fizjologiczne podstawy Wysiłku fizycznego J. Górski, 2001 Równowaga kwasowo-zasadowa ustroju Iwonaśak Fizjologia Lekarska William F. Ganong