|
|
реферат химия. Реферат на тему Буферные системы крови гидрокарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая. Понятие о кислотноосновном гомеостазе организма.
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Самарский государственный медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской Федерации
Кафедра медицинской химии
Реферат на тему:
«Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая. Понятие о кислотно-основном гомеостазе организма. Применение реакции нейтрализации в фармакотерапии: лекарственные средства с кислотными и основными свойствами.»
Выполнил: студент 1 курса
Института клинической медицины 107 группы
Мрякин Тимофей Олегович
Научный руководитель:
Доцент кафедры медицинской химии
Глубокова Мария Николаевна
Самара,2022 г.
Содержание
1.Введение…………………………………………………………………………3
2. Понятие о буферных системах………………………………………………..5
2.1 Основные буферные системы крови………………………………………7
3. Понятие о кислотно-основном гомеостазе организма……………………13
4. Применение реакции нейтрализации в фармакотерапии: лекарственные средства с кислотными и основными свойствами…………………………16
5. Заключение………………………………………………………………..17
6. Список литературы……………………………………………………….18
1.Введение
Цель данного реферата-рассмотреть особенности буферной системы крови.
Задачи:
Организм можно определить как физико-химическую систему, существующую в окружающей среде в стационарном состоянии. Именно эта способность живых систем сохранять стационарное состояние в условиях непрерывно меняющейся среды и обусловливает их выживание. Для обеспечения стационарного состояния у всех организмов – от морфологически самых простых до наиболее сложных – выработались разнообразные анатомические, физиологические и поведенческие приспособления, служащие одной цели – сохранению постоянства внутренней среды.
Это относительное динамическое постоянство внутренней среды (крови, лимфы, тканевой жидкости) и устойчивость основных физиологических функций (кровообращения, дыхания, терморегуляции, обмена веществ и т.д.) организма человека и животных называется гомеостазом.
Этот процесс осуществляется преимущественно деятельностью лёгких и почек за счёт дыхательной и выделительной функции. В основе гомеостаза лежит сохранение кислотно-основного баланса.
Поддержание кислотно-щелочного равновесия достигается наличием в крови буферных систем и деятельностью выделительных органов, удаляющих избыток кислот и щелочей. Постоянство реакции крови имеет большое значение для нормальной жизнедеятельности, так как сдвиг рН на 0,3-0,4 смертельно опасен для организма. Активная реакция крови (рН) является одной из жестких констант гомеостаза.
В крови выделяют четыре буферные системы: гемоглобиновая, бикарбонатная а фосфатная, белковая. Каждая из данных систем состоит из двух соединений - слабой кислоты и соли этой кислоты и сильного основания.
Буферный эффект обусловлен связыванием и нейтрализацией ионов, поступающих соответствующим составом буфера. В связи с тем, что в естественных условиях организм чаще встречается с поступлением в кровь недоокисленных продуктов обмена, антикислотные свойства буферных систем преобладают по сравнению с анти основными.
2.Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая.
Буферная система крови - это уникальный механизм. В организме человека существует их несколько, и все они состоят из плазмы и клеток крови. Буферы представляют собою основания (белки и неорганические соединения), которые связывают или отдают Н+ и ОН-, уничтожая сдвиг pH в течение тридцати секунд. Способность буфера поддерживать кислотно-основный баланс, зависит от количества элементов, из которых он слагается. При действии буферной системы образуются слабодиссоциируемые вещества или вода.
К основным буферным системам крови относятся бикарбонатная, белковая, гемоглобиновая и фосфатная. Имеются также ацетатная и аммонийная буферные системы. Каждая из данных систем состоит из двух соединений - слабой кислоты и соли этой кислоты и сильного основания.
Постоянство концентрации водородных ионов является одним из важных свойств системы крови, которое необходимо для нормальной жизнедеятельности организма. В ходе метаболизма постоянно происходит образование кислых и щелочных эквивалентов.
Сдвигу рH внутренней среды организма препятствуют буферные вещества, находящиеся во внеклеточной жидкости и в клетках. Наиболее выраженными буферными свойствами обладают растворы, содержащие слабую, плохо диссоциирующую кислоту и хорошо диссоциированную щелочную соль этой кислоты.
Циркулирующая кровь в живом организме представляет собой взвесь клеток в жидкой среде, химические свойства которой очень важны для их жизнедеятельности. У человека за норму принят диапазон колебаний рН в крови в диапазоне 7,37-7,44 со средней величиной 7.4. Буферные системы крови слагаются из буферных систем плазмы и клеток крови и представлены бикарбонатной, фосфатной, белковой и гемоглобиновой буферными системами.
Кроме этих систем в регуляции кислотно-щелочного равновесия активно участвуют и физиологические механизмы. К ним относятся: легочная вентиляция (удаление углекислого газа), выделительная функция почек (удаление солей фосфатов и аммония), кожа, пищеварительный тракт и печень. Минеральные компоненты скелета и костей регулируют кислотно-щелочное равновесие путем обмена Н+ крови на ноны Са 2+ И Na костной ткани. Буферные системы крови ликвидируют сдвиг pH в течение 30 секунд, легочно-дыхательная система в течение 1-3 минут, а выделительная система в течение 10 -20 часов.
2.1 Основные буферные системы крови.
Бикарбонатная буферная система
Бикарбонатная буферная система - мощная и, пожалуй, самая управляемая система внеклеточной жидкости и крови. На долю бикарбонатного буфера приходится около 10% всей буферной емкости крови. Бикарбонатная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из молекулы угольной кислоты Н2СО3, выполняющую роль донора протона, и бикарбонат-иона НСО3-, выполняющего роль акцептора протона:
Для данной буферной системы величину рН в растворе можно выразить через константу диссоциации угольной кислоты (рКН2СО3) и логарифм концентрации недиссоциированных молекул Н2СО3 и ионов HCO3-
Истинная концентрация недиссоциированных молекул Н2СО3 в крови незначительна и находится в прямой зависимости от концентрации растворенного углекислого газа (СО2 + Н2О <=> Н2СО3). Поэтому удобнее пользоваться тем вариантом уравнения, в котором рКH2СО3 заменена «кажущейся» константой диссоциации Н2СО3, учитывающей общую концентрацию растворенного СО2 в крови:
где K1- «кажущаяся» константа диссоциации Н2СО3
[СО2(р)] - концентрация растворенного СО2.
При нормальном значении рН крови (7,4) концентрация ионов бикарбоната НСО3 в плазме крови превышает концентрацию СО2 примерно в 20 раз. Бикарбонатная буферная система функционирует как эффективный регулятор в области рН 7,4.
Механизм действия данной системы заключается в том, что при выделении в кровь относительно больших количеств кислых продуктов водородные ионы Н+ взаимодействуют с ионами бикарбоната НСО3-, что приводит к образованию слабодиссоциирующей угольной кислоты Н2СО3. Последующее снижение концентрации Н2СО3 достигается в результате ускоренного выделения СО2 через легкие в результате их гипервентиляции (напомним, что концентрация Н2СО3 в плазме крови определяется давлением СО2 в альвеолярной газовой смеси).
Если в крови увеличивается количество оснований, то они, взаимодействуя со слабой угольной кислотой, образуют ионы бикарбоната и воду. При этом не происходит сколько-нибудь заметных сдвигов в величине рН. Кроме того, для сохранения нормального соотношения между компонентами буферной системы в этом случае подключаются физиологические механизмы регуляции кислотно-основного равновесия: происходит задержка в плазме крови некоторого количества СО2 в результате гиповентиляции легких. Как будет показано далее, данная буферная система тесно связана с гемоглобиновой системой.
Фосфатная буферная система
Фосфатная буферная система составляет около 1-2% от всей буферной емкости крови и до 50% буферной емкости мочи. Она образована дигидрофосфатом (NaH2PO4) и гидрофосфатом (Na2HPO4) натрия. Первое соединение слабо диссоциирует и ведет себя как слабая кислота, второе обладает щелочными свойствами. В норме отношение HРO42– к H2РO4– равно 4 : 1.
При взаимодействии кислот (ионов водорода) с двузамещенным фосфатом натрия (Na2HPO4) натрий вытесняется, образуется натриевая соль дигидрофосфата (H2PO4–). В результате, благодаря связываниювведенной в систему кислоты, концентрация ионов водорода значительно понижается.
HPO42– + Н-Анион → H2PO4– + Анион–
При поступлении оснований избыток ОН– групп нейтрализуется имеющимися в среде Н+ , а расход ионов Н+восполняется повышением диссоциации NaH2PO4.
H2PO4– + Катион-ОН → Катион+ + HPO42– + Н2О
Основное значение фосфатный буфер имеет для регуляции pH интерстициальной жидкости и мочи. В моче роль его состоит в сбережении бикарбоната натрия за счет дополнительного иона водорода (по сравнению с NaHCO3) в составе выводимого NaH2PO4:
Na2HPO4 + Н2СО3 → NaH2PO4 + NaНСО3
Кислотно-основная реакция мочи зависит только от содержания дигидрофосфата, т.к. бикарбонат натрия в почечных канальцах реабсорбируется.
Гемоглобиновая буферная система.
Гемоглобиновая буферная система является самой мощной из всех, она представляет собой щелочь в капиллярах тканей и кислоту в таком внутреннем органе, как легкие. На ее долю приходится около семидесяти пяти процентов всей буферной емкости. Этот механизм участвует во множестве процессах, что происходят в крови человека, и имеет в своем составе глобин. При переходе гемоглобинового буфера в другую форму (оксигемоглобин), наблюдается изменение этой формы, изменяются и кислотные свойства действующего вещества.
Качество восстановленного гемоглобина меньшее, чем у угольной кислоты, но становится намного лучше, когда он окисляется. Когда приобретается кислотность pH, гемоглобин соединяет ионы водорода, получается так, что он уже восстановленный. Когда происходит очищение углекислого газа в легких, pH получается щелочным. В это время гемоглобин, который окислился, выступает донором протонов, при помощи чего происходит уравновешивание кислотно-основного баланса. Так, буфер, что состоит из оксигемоглобина и его калиевой соли, способствует выделению из организма углекислоты.
Эта буферная система выполняет немаловажную роль в дыхательном процессе, так как совершает транспортную функцию по переносу к тканям и внутренним органам кислорода и удалению из них углекислоты. Кислотно-основное равновесие внутри эритроцитов при этом придерживается на постоянном уровне, следовательно, в крови также.
Таким образом, когда кровь насыщается кислородом, гемоглобин превращается в сильную кислоту, а когда кислород он отдает, то превращается в достаточно слабую органическую кислоту. Системы оксигемоглобина и гемоглобина - взаимопревращающиеся, они существуют как одно целое.
КНb + Н 2СО 3 => КНСО 3 + ННb
Это обеспечивает поддержание рН крови в пределах физиологически допустимых величин, несмотря на поступление в венозную кровь большого количества СО 2 и других продуктов обмена кислотного характера. Гемоглобин (ННb), попадая в капилляры лёгких, превращается в оксигемоглобин (ННbО 2), что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению части Н 2СО 3 из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови.
Гемоглобиновый буфер можно рассматривать как часть белкового, но его особенностью является работа в теснейшем контакте с бикарбонатной системой.
Изменение кислотности гемоглобина происходит в тканях и в легких, и вызывается связыванием соответственно H+ или О 2. Непосредственный механизм действия буфера заключается в присоединении или отдаче иона H+ остатком гистидина в глобиновой части молекулы (эффект Бора).
В тканях более кислый pH в норме является результатом накопления минеральных (угольной, серной, соляной) и органических кислот (молочной). При компенсации pH данным буфером ионы H+ присоединяются к пришедшему оксигемоглобину (HbО 2) и превращают его в H_HbО 2. Это моментально вызывает отдачу оксигемоглобином кислорода (эффект Бора) и он превращается в восстановленный H_Hb.
НbO2+ Н+ > [H-HbO2] > Н-Hb + O2
В результате снижается количество кислот, в первую очередь Н 2СО 3, продуцируются ионы НСО 3_ и тканевое пространство подщелачивается.
В легких после удаления СО 2 (угольной кислоты) происходит защелачивание крови. При этом присоединение О 2 к дезоксигемоглобину H-Hb образует кислоту более сильную, чем угольная. Она отдает свои ионы Н+ в среду, предотвращая повышение рН:
Н-Hb + O2 > [H-HbO2] > НbO2 + Н+
Работу гемоглобинового буфера рассматривают неотрывно от бикарбонатного буфера:
Эффективность гемоглобинового буфера напрямую зависит от активности дыхательной системы.
Протеиновая буферная система.
Белковая(Протеиновая) буферная система играет не такую особую роль в стабилизации кислотно-щелочного баланса, по сравнению с другими системами. На его долю приходится около семи процентов всей буферной емкости. Белки состоят из молекул, которые объединяются в кислотно-щелочные соединения. В кислой среде они выступают щелочами, которые связывают кислоты, в щелочной среде все происходит наоборот. Это приводит к тому, что образуется белковая буферная система, которая достаточно эффективна при значении pH от 7,2 до 7,4. Большая доля белков представлена альбуминами и глобулинами. Так как белковый заряд нулевой, то при нормальном показателе pH он находится в виде щелочи и соли. Эта буферная емкость зависит от количества белков, их структуры и свободных протонов. Данный буфер может нейтрализовать и кислые, и щелочные продукты. Но емкость она имеет больше кислотную, чем щелочную.
Белки плазмы, в первую очередь альбумин, играют роль буфера благодаря своим амфотерным свойствам. Их вклад в буферизацию плазмы крови около 5%.
В кислой среде подавляется диссоциация СООН_групп аминокислотных радикалов (в аспарагиновой и глутаминовой кислотах), а группы NH2 (в аргинине и лизине) связывают избыток Н+. При этом белок заряжается положительно.
В щелочной среде усиливается диссоциация COOH_групп, поступающие в плазму ионы Н+ связывают избыток ОН-_ионов и pH сохраняется. Белки в данном случае выступают как кислоты и заряжаются отрицательно.
3. Кислотно-основной гомеостаз.
Кислотно-основное состояние-один из важнейших физико-химических параметров внутренней среды организма. В организме здорового человека ежедневно в процессе обмена веществ постоянно образуются кислоты — около 20 000 ммоль угольной (Н2С03) и 80 ммоль сильных кислот, однако концентрация Н+ колеблется в относительно узком диапазоне. В норме рН внеклеточной жид- кости составляет 7,35—7,45 (45—35 нмоль/л), а внеклеточной жидкости — в среднем 6,9. Вместе с тем, следует отметить, что Н+ внутри клетки неоднородна: она различна в органеллах одной и той же клетки.
Н+ до такой степениспособны, что даже кратковременное изменение их концентрации в клетке способно существенно отразиться на активности ферментных систем и физиологических процессах. Однако в норме мгновенно включаются буферные системы, защищающие клетку от неблагоприятных колебаний рН. Буферная система может связать или, наоборот, освободить Н+ сразу же в ответ на изменение кислотности внутриклеточной жидкости. Буферные системы действуют и на уровне организма в целом, но, в конечном счете, регуляция рН организма определяется функционированием легких и почек.
Итак, что же такое кислотно-основное состояние- это относительное постоянство водородного показателя (рН) внутренней среды организма, обусловленное совместным действием буферных и некоторых физиологических систем организма.
Кислотно-щелочное равновесие — относительное постоянство водородного показателя (рН) внутренней среды организма, обусловленное совместным действием буферных и некоторых физиологических систем, определяющее полноценность метаболических превращений в клетках организма.
От соотношения водородных и гидроксильных ионов во внутренней среде организма зависит:
активность ферментов и интенсивность окислительно-восстановительных реакций;
процессы гидролиза и синтеза белка, гликолиз и окисление углеводов и жиров;
чувствительность рецепторов к медиаторам;
проницаемость мембран;
способность гемоглобина связывать кислород и отдавать его тканям;
физико-химические характеристики коллоидов и межклеточных структур: степень их дисперсности, гидрофилии, способность к адсорбции;
функции различных органов и систем.
Соотношение Н+ и ОН" в биологических средах зависит от содержания в жидкостях организма кислот (доноров протонов) и буферных основания (акцепторов протонов). Активная реакция среды оценивается по одному из ионов (Н+ или ОН-), чаще всего по Н+. Содержание Н+ в организме зависит от образования их в ходе обмена белков, жиров и углеводов, а также поступления их в организм или выведения из него в виде нелетучих кислот или углекислого газа.
Величина рН, характеризующая состояние КОС, является одним из самых «жестких» параметров крови и колеблется у человека в очень узких пределах: от 7,35 до 7,45л. Сдвиг рН на 0,1 за указанные границы обусловливает выраженные нарушения со стороны дыхания, сердечно-сосудистой системы и др., снижение рН на 0,3 — ацидотическую кому, а сдвиг рН на 0,4 часто несовместим с жизнью.
Обмен кислот и основании в организме тесно связан с обменом воды и электролитов. Все эти виды обмена объединены законом электронейтральности, изоосмолярности и гомеостатическими физиологическими механизмами.
Общее количество катионов плазмы составляет 155 ммоль/л (Na+ — 142 ммоль/л; К+ - 5 ммоль/л; Са2+ — 2,5 ммоль/л; Mg2+ 0,5 ммоль/л; прочие элементы - 1,5 ммоль/л), и столько же содержится анионов (103 ммоль/л — слабое основание CI; 27 ммоль/л — сильное основание НСО,-; 7,5—9 ммоль/л — анионы белка; 1,5 ммоль/л — фосфатанионы; 0,5 ммоль/л - сульфатанионы; 5 ммоль/л — органические кислоты). Поско-льку содержание Н+ в плазме не превышает_40х10-6 ммоль/л, а главные буферные основания плазм (НСОз-) анионы белка составляют около 42 ммоль/л, то кровь считается хорошо забуференной средой и обладает слабощелочной реакцией.
Анионы белка и HCO.3- тесно связаны с обменом электролитов и КОС, в этой связи правильная трактовка изменений их концентрации имеет определяющее значение для оценки процессов, происходящих в сфере обмена электролитов, воды и Н+. КОС поддерживается буферными системами крови и тканей и физиологическими регуляторными механизмами, в которых участвуют легкие, почки, печень, желудочно-кишечный тракт.
4. Применение реакции нейтрализации в фармакотерапии: лекарственные средства с кислотными и основными свойствами.
Для проведения коррекции кислотно-основного состояния необходимо выявить, какое звено в его регулировке нарушено. Для этого необходимо определить значения рН биологических жидкостей и содержание буферных оснований.
В основе фармакологических действий лежит реакция нейтрализации.
Например, в качестве экстренной меры при ацидозе применяется внутривенное вливание раствора гидрокарбоната натрия 4,5%, а в острых случаях – 8,4%. Второе эффективное средство – трисамин 3,66%, который связывает избыточные протоны. Он эффективен только при внутривенном введении. Также в качестве средства, коррегирующего ацидоз, используют лактат натрия 11% раствор.
Для устранения явления алкалоза в некоторых случаях используют раствор аскорбиновой кислоты 5%. В гастроэнтерологии применяют средства, нормализующие секреторную функцию желудка. При пониженной кислотности желудочного сока назначают разбавленную соляную кислоту, при повышенной кислотности – различные антацидные препараты: оксид магния, основной карбонат магния, карбонат кальция, гидрокарбонат натрия.
5. Заключение.
В результате различных метаболических процессов в нашем организме постоянно образуются различные кислоты. Они сразу же нейтрализуются буферными системами, среди которых наиболее важной является бикарбонатная. Для поддержания постоянного уровня рН внутренней среды организма расходуется бикарбонат, что требует его постоянной регенерации. В норме этот процесс происходит в почках. У больных с почечной недостаточностью функцию почек замещает диализ, а буферная ёмкость крови восстанавливается посредством включения в состав диализирующего раствора различных буферных источников, наиболее физиологичным из которых является бикарбонат. Из-за недостаточной коррещии кислотно-основного состояния во время сеанса гемодиализа многие диализные больные постоянно находятся под воздействием метаболического ацидоза.
6. Список литературы
1. Покровский, В.М. Физиология человека / В.М. Покровский, Г.Ф. Коротько. - М.: 2003. - 656 с.
2. http://fiziologija.vse-zabolevaniya.ru/sistema-krovi/bufernye-sistemy.html
3. http://www.4astniydom.ru/3/tipovye-narusheniya-obmena-veshchestv/narusheniya-kislotno-osnovnogo-sostoyaniya-organizma/osnovnye-fiziologicheskie-0
4. Клиническая биохимия: Учебное пособие / О. П. Гумилевская, Е. А. Загороднева, К. П. Вахания и др. / под ред. д. м. н., проф. Б. Ю. Гумилевского. – Волгоград: Изд-во ВолгГМУ, 2013. – 204 с.
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Буферные_системы_крови |
|
|
Скачать 38.95 Kb.