88. Буферные системы крови и кислотно-основное состояние (кос). Роль дыхательной и выделительной систем в поддержании кос. Нарушения кислотно-основного баланса. Особенности регуляции кос у детей.
Буферные системы крови. Буферные системы организма состоят из слабых кислот и их солей с сильными основаниями. Каждая буферная система характеризуется двумя показателями:
рН буфера (зависит от соотношения компонентов буфера);
буферная ёмкость, то есть количество сильного основания или кислоты, которое нужно прибавить к буферному раствору для изменения рН на единицу (зависит от абсолютных концентраций компонентов буфера).
Различают следующие буферные системы крови:
бикарбонатная (H2CO3/NaHCO3);
фосфатная (NaH2PO4/Na2HPO4);
гемоглобиновая (дезоксигемоглобин в качестве слабой кислоты/ калиевая соль оксигемоглобина);
белковая (действие её обусловлено амфотерностью белков). Бикарбонатная и тесно связанная с ней гемоглобиновая буферные системы составляют в совокупности более 80% буферной ёмкости крови.
30.6.2. Дыхательная регуляция КОС осуществляется путём изменения интенсивности внешнего дыхания. При накоплении в крови СО2 и Н+ усиливается лёгочная вентиляция, что приводит к нормализации газового состава крови. Снижение концентрации углекислоты и Н+ вызывает уменьшение лёгочной вентиляции и нормализацию данных показателей.
30.6.3. Почечная регуляция КОС осуществляется главным образом за счёт трёх механизмов:
реабсорбции бикарбонатов (в клетках почечных канальцев из Н2О и СО2 образуется угольная кислота Н2СО3; она диссоциирует, Н+ выделяется в мочу, НСО3— реабсорбируетоя в кровь);
реабсорбции Na+ из клубочкового фильтрата в обмен на Н+ (при этом Na2HPO4 в фильтрате переходит в NaH2PO4 и увеличивается кислотность мочи);
секреции NH4+ (при гидролизе глутамина в клетках канальцев образуется NH3; он взаимодействует с H+, образуются ионы NH4+, которые выводятся с мочой.
30.6.4. Лабораторные показатели КОС крови. Для характеристики КОС используют следующие показатели:
рН крови;
парциальное давление СО2 (рСО2) крови;
парциальное давление О2 (рО2) крови;
содержание бикарбонатов в крови при данных значениях рН и рСО2 (актуальный или истинный бикарбонат, АВ);
содержание бикарбонатов в крови пациента в стандартных условиях, т.е. при рСО2=40 мм рт.ст. (стандартный бикарбонат, SB);
сумма оснований всех буферных систем крови (ВВ);
избыток или дефицит оснований крови по сравнению с нормальным для данного пациента показателем (BE, от англ. base excess).
Первые три показателя определяются непосредственно в крови с помощью специальных электродов, на основании полученных данных рассчитываются остальные показатели с помощью номограмм или формул.
30.6.5. Нарушения КОС крови. Известны четыре главные формы нарушений кислотно-основного состояния:
метаболический ацидоз - возникает при сахарном диабете и голодании (за счёт накопления кетоновых тел в крови), при гипоксии (за счёт накопления лактата). При этом нарушении снижается рСО2 и [НСО3-] крови, увеличивается экскреция NH4+ с мочой;
дыхательный ацидоз - возникает при бронхите, пневмонии, бронхиальной астме (в результате задержки углекислоты в крови). При этом нарушении повышается рСО2 и [HCO3-] крови, увеличивается экскреция NH4+ с мочой;
метаболический алкалоз - развивается при потере кислот, например, при неукротимой рвоте. При этом нарушении повышается рСО2 и [HCO3-] крови, увеличивается экскреция НСО3- с мочой, снижается кислотность мочи.
дыхательный алкалоз - наблюдается при усиленной вентиляции лёгких, например, у альпинистов на большой высоте. При этом нарушении снижается рСО2 и [НСО3-] крови, уменьшается кислотность мочи.
Для лечения метаболического ацидоза используют введение раствора бикарбоната натрия; для лечения метаболического алкалоза - введение раствора глутаминовой кислоты.
89. Метаболизм эритроцита: роль гликолиза и пентозофосфатного пути. Метгемоглобинемия. Ферментативная антиоксидантная система клетки. Причины и последствия дефицита глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы эритроцитов.
Эритроциты - высокоспециализированные клетки, основной функцией которых является транспорт кислорода из лёгких в ткани. Продолжительность жизни эритроцитов составляет в среднем 120 суток; разрушение их происходит в клетках ретикуло-эндотелиальной системы. В отличие от большинства клеток организма, у эритроцита отсутствуют клеточное ядро, рибосомы и митохондрии.
30.8.2. Энергетический обмен. Основным энергетическим субстратом эритроцита является глюкоза, которая поступает из плазмы крови путём облегчённой диффузии. Около 90% используемой эритроцитом глюкозы подвергается гликолизу(анаэробному окислению) с образованием конечного продукта - молочной кислоты (лактата). Запомните функции, которые выполняет гликолиз в зрелых эритроцитах:
1) в реакциях гликолиза образуется АТФ путём субстратного фосфорилирования. Основное направление использования АТФ в эритроцитах - обеспечение работы Na+,K+-АТФазы. Этот фермент осуществляет транспорт ионов Nа+ из эритроцитов в плазму крови, препятствует накоплению Na+ в эритроцитах и способствует сохранению геометрической формы этих клеток крови (двояковогнутый диск).
2) в реакции дегидрирования глицеральдегид-3-фосфата в гликолизе образуется НАДН. Этот кофермент является кофактором фермента метгемоглобинредуктазы, участвующей в восстановлении метгемоглобина в гемоглобин по следующей схеме:
Эта реакция препятствует накоплению метгемоглобина в эритроцитах.
3) метаболит гликолиза 1,3-дифосфоглицерат способен при участии фермента дифосфоглицератмутазы в присутствии 3-фосфоглицерата превращаться в 2,3-дифосфоглицерат:
2,3-Дифосфоглицерат принимает участие в регуляции сродства гемоглобина к кислороду. Его содержание в эритроцитах повышается при гипоксии. Гидролиз 2,3-дифосфоглицерата катализирует фермент дифосфоглицератфосфатаза.
Приблизительно 10% глюкозы, потребляемой эритроцитом, используется в пентозофосфатном пути окисления. Реакции этого пути служат основным источником НАДФН для эритроцита. Данный кофермент необходим для перевода окисленного глутатиона (см. 30.8.3) в восстановленную форму. Дефицит ключевого фермента пентозофосфатного пути - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы - сопровождается уменьшением в эритроцитах отношения НАДФН/НАДФ+, увеличением содержания окисленной формы глутатиона и снижением резиcтентности клеток (гемолитическая анемия).
30.8.3. Механизмы обезвреживания активных форм кислорода в эритроцитах. Молекулярный кислород в определённых условиях может превращаться в активные формы, к которым относятся супероксидный анион О2-, пероксид водорода Н2О2, гидроксильный радикал ОН. и синглетный кислород 1О2. Эти формы кислорода обладают высокой реакционной способностью, могут оказывать повреждающее действие на белки и липиды биологических мембран, вызывать разрушение клеток. Чем выше содержание О2, тем больше образуется его активных форм. Поэтому эритроциты, постоянно взаимодействующие с кислородом, содержат эффективные антиоксидантные системы, способные обезвреживать активные метаболиты кислорода.
Важным компонентом антиоксидантных систем является трипептид глутатион, образующийся в эритроцитах в результате взаимодействия γ-глутамилцистеина и глицина:
Восстановленная форма глутатиона (сокращённое обозначение Г-SH) участвует в реакциях обезвреживания пероксида водорода и органических пероксидов (R-O-OH). При этом образуются вода и окисленный глутатион (сокращённое обозначение Г-S-S-Г).
Превращение окисленного глутатиона в восстановленный катализирует фермент глутатионредуктаза. Источник водорода - НАДФН (из пентозофосфатного пути, см. 30.8.2):
В эритроцитах имеются также ферменты супероксиддисмутаза и каталаза, осуществляющие следующие превращения:
Антиоксидантные системы имеют для эритроцитов особое значение, так как в эритроцитах не происходит обновления белков путём синтеза.