Зачем врачу нужна биологическая химия

• Название: Зачем врачу нужна биологическая химия
• Анкор: Lektsii_po_Biokhimii_Timin_Oleg_Alexeevich.docx
• Дата: 21.12.2017
• Размер: 6.47 Mb.
• Имя файла: Lektsii_po_Biokhimii_Timin_Oleg_Alexeevich.docx
• Тип: Документы; #12377
• страница: 122 из 139

Длительная стабилизация сдвигов рН

Физиологическая компенсация нарушений КОС

Дыхательная система

Легочная вентиляция обеспечивает удаление угольной кислоты, образованной при функционировании бикарбонатной буферной системы. По скорости реакции на изменение рН – это вторая система после буферных систем.

Дополнительная вентиляция легких приводит к удалению СО₂, а значит и Н₂СО₃, и повышает рН крови, что компенсирует закисление межклеточной жидкости и плазмы крови продуктами метаболизма, в первую очередь, органическими кислотами.

Сдвиги значений рО₂ не являются сильно значимыми для изменения легочной вентиляции. Только снижение рО₂ до 8 кПа в артериальной крови (норма 11,04-14,36 кПа или 83-108 мм рт.ст.) приводит к увеличению активности дыхательного центра.

Более существенным фактором для активации дыхательной системы является концентрация ионов Н⁺. Накопление ионов Н⁺ в крови уже через 1-2 минуты вызывает максимальную (для данной их концентрации) стимуляцию дыхательного центра, повышая его активность до 4-5 раз, что приводит к снижению рСО₂ до 10-15 мм рт.ст. И, наоборот, снижение кислотности крови понижает активность дыхательного центра на 50-75%, рСО₂ при этом способен возрастать до 60 мм рт.ст и выше.

Костная ткань

Это наиболее медленнореагирующая система. Механизм ее участия в регуляции рН крови состоит в возможности обмениваться с плазмой крови ионами Са²⁺ и Na⁺ в обмен на протоны Н⁺. Происходит растворение гидроксиапатитных кальциевых солей костного матрикса, освобождение ионов Са²⁺ и связывание ионов НРО₄^2– с Н⁺ с образованием дигидрофосфата, который уходит с мочой.

8Н⁺ + Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ → 2H₂O + 10Ca²⁺ + 6HPO₄^2–

Параллельно при снижении рН (закисление) происходит поступление ионов H⁺внутрь остеоцитов, а ионов калия – наружу. 

Печень

Существенную, но пассивную роль в регуляции кислотно-основного состояния крови берет на себя печень, в которой происходит метаболизм низкомолекулярных органических кислот (молочная кислота и др).  Кроме этого, кислые и щелочные эквиваленты выделяются с желчью.

Почки

Развитие почечной реакции на смещение кислотно-основного состояния происходит в течение нескольких часов и даже дней.

Специфические нейрогуморальные механизмы регуляции секреции и реабсорбции ионов Н⁺отсутствуют.

Регуляция концентрации ионов H⁺ осуществляется опосредованно, через потоки ионов Na⁺, движущихся по градиенту концентрации, и через перераспределение потоков ионов К⁺ и Н⁺, которые выходят из эпителиоцитов (секретируются) в обмен на ионы Na⁺.

Также для обеспечения электронейтральности внутри- и внеклеточной жидкости при реабсорбции ионов Na⁺усиливается реабсорбция ионов Cl^–, однако их не хватает, поэтому возникает необходимость в усилении реабсорбции и дополнительном синтезе ионов HCO₃^–.

Все вышесказанное упрощенно можно проиллюстрировать выражением:

Реабсорбция (Na⁺) ≈ Секреция (К⁺ + Н⁺) + Реабсорбция (Cl^– + HCO₃^–)

В почках активно протекают три процесса, связанных с уборкой кислых эквивалентов. Благодаря этим процессам рН мочи в состоянии снижаться до 4,5-5,2 :

1. 
   Реабсорбция бикарбонатных ионов HCO₃^–.
   
2. 
   Ацидогенез – удаление ионов Н⁺ с титруемыми кислотами (в основном в составе дигидрофосфатов NaH₂PO₄).
   
3. 
   Аммониегенез – удаление ионов Н⁺ в составе ионов аммония NH₄⁺.
   

Реабсорбция бикарбонат-ионов

В проксимальныхканальцах ионы Na⁺ мигрируют в цитозоль эпителиальных клеток в силу концентрационного градиента, который создается на базолатеральной мембране при работе фермента Na⁺,К⁺АТФазы. В обмен на ионы Na⁺ эпителиоциты канальцев активно секретируют в канальцевую жидкость ионы водорода.

Ионы HCO₃^– первичной мочи и секретируемые ионы Н⁺ образуют угольную кислоту Н₂СО₃. В гликокаликсеэпителиоцитов фермент карбоангидразакатализирует распад угольной кислоты на СО₂ и воду. В результате возникает градиент концентрации углекислого газа между просветом канальцев и цитозолем и СО₂диффундирует в клетки. Внутриклеточнаякарбоангидраза использует пришедший СО₂ и образует угольную кислоту, которая диссоциирует. Ионы НСО₃^– транспортируются в кровь, ионы Н⁺ – секретируются в мочу в обмен на ионы Na⁺. Таким образом, объем реабсорбции НСО₃^– полностью соответствует секреции ионов Н⁺.

Процесс реабсорбции бикарбонат-ионов

В проксимальныхканальцах происходит реабсорбция 90% профильтрованного НСО₃^–. В петле Генле и дистальных канальцах реабсорбируется оставшееся количество карбонат-иона. Всего в почечных канальцах реабсорбируется более 99% от фильтруемых бикарбонатов.

Ацидогенез

В процессе ацидогенеза в сутки с мочой выделяется 10-30 ммоль кислот, называемых титруемыми кислотами. Фосфаты, являясь одной из этих кислот, играют роль буферной системы в моче. Роль этой системы состоит экскреции кислых эквивалентов без потерь бикарбонат-ионов за счет дополнительного иона водорода в составе выводимого NaH₂PO₄ (по сравнению с NaHCO₃):

Na₂HPO₄ + Н₂СО₃ → NaH₂PO₄ + NaНСО₃

После того как бикарбонат натрия в почечных канальцах реабсорбируется, кислотность мочи зависит только от связывания ионов Н⁺ с HPO₄^2– и содержания дигидрофосфата.

Процесс ацидогенеза в почечных канальцах

Хотя в крови соотношение HРO₄^2– : H₂РO₄^– равно 4 : 1, в клубочковом фильтрате оно меняется на 1 : 9. Происходит это из-за того, что менее заряженный H₂РO₄^? лучше фильтруется в клубочках. Связывание ионов Н⁺ ионами HРO₄^2– на протяжении всего канальца приводит к увеличению количества H₂РO₄^–. В дистальных канальцах соотношение может достигать 1 : 50.

Аммониегенез

Аммониегенез происходит на протяжении всего почечного канальца, но более активно идет в дистальных отделах – дистальных канальцах и собирательных трубочках коркового и мозгового слоев. Глутамин и глутаминовая кислота, попадая в клетки канальцев, быстро дезаминируются ферментами глутаминазаиглутаматдегидрогеназа с образованием аммиака. Являясь гидрофобным соединением, аммиак диффундирует в просвет канальца и акцептирует ионы Н⁺ с образованием аммонийного иона.

Источником ионов H⁺ первичной мочи в проксимальныхотделах канальца является Na⁺,H⁺-антипорт. Вдистальныхотделах, в отличие от проксимальных, секреция ионов Н⁺ происходит с участием Н⁺-АТФазы, локализованной на апикальной мембране вставочных клеток.

Процесс аммониегенеза в дистальных канальцах

Аммонийный катион NH₄⁺ способен взаимодействовать с анионами Cl^–, SO₄^2–, с органическими кислотами (лактат и другие) с образованием аммонийных солей.