Курс лекций по общей биохимии. Водно-солевой обмен Водно электролитный и фосфатно кальциевый обмен биохимия

В функциональном отношении принято выделять свободную и связанную воду. Транспортная функция которую вода выполняет как универсальный растворитель Определяет диссоциацию солей будучи диэлектриком Участие в различных химических реакциях: гидратация гидролиз окислительно - востановительные реакции например β - окисление жирных кислот. Движение воды в организме осуществляется при участии ряда факторов к которым относятся: осмотическое давление создаваемое различной концентрацией солей вода движется в сторону более высокой...

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

PAGE 1

Реферат

ВОДНО–СОЛЕВОЙ ОБМЕН

Водный обмен

Общее содержание воды в организме взрослого человека составляет 60 – 65% (около 40 л). Наиболее гидратированы головной мозг, почки. Жировая, костная ткань, наоборот, содержат небольшое количество воды.

Вода в организме распределена в разных отделах (компартментах, бассейнах): в клетках, в межклеточном пространстве, внутри сосудов.

Особенностью химического состава внутриклеточной жидкости является высокое содержание калия и белков. Внеклеточная жидкость содержит более высокие концентрации натрия. Значения рН внеклеточной и внутриклеточной жидкости не различаются. В функциональном отношении принято выделять свободную и связанную воду. Связанная вода – та её часть, которая входит в состав гидратных оболочек биополимеров. Количество связанной воды характеризует интенсивность обменных процессов.

Биологическая роль воды в организме.

• Транспортная функция, которую вода выполняет как универсальный растворитель
• Определяет диссоциацию солей, будучи диэлектриком
• Участие в различных химических реакциях: гидратация, гидролиз, окислительно - востановительные реакции (например, β - окисление жирных кислот).

Обмен воды .

Общий объём обмениваемой жидкости для взрослого человека равен 2-2,5 литра в сутки. Для взрослого человека характерен водный баланс, т.е. поступление жидкости равно её выведению.

Вода поступает в организм в виде жидких напитков (около 50% потребляемой жидкости), в составе твёрдых продуктов. 500 мл составляет эндогенная вода, образующаяся в результате окислительных процессов в тканях,

Выведение воды из организма происходит через почки (1,5 л – диурез), путём испарения с поверхности кожи, лёгких (около 1 л), через кишечник (около 100 мл).

Факторы движения воды в организме .

Вода в организме постоянно перераспределяется между различными отсеками. Движение воды в организме осуществляется при участии ряда факторов, к которым относятся:

• осмотическое давление, создаваемое различной концентрацией солей (вода движется в сторону более высокой концентрации соли),
• онкотическое давление, создаваемое перепадом концентрации белков (вода движется в сторону более высокой концентрации белка)
• гидростатическое давление, создаваемое работой сердца

Обмен воды тесно связан с обменом Na и К.

Обмен натрия и калия

Общее содержание натрия в организме составляет 100 г . При этом 50% приходится на внеклеточный натрий, 45% - на натрий, содержащийся в костях, 5% - на внутриклеточный натрий. Содержание натрия в плазме крови равно 130-150 ммоль/л, в клетках крови - 4-10 ммоль/л. Потребность в натрии для взрослого человека составляет около 4-6 г/ сутки.

Общее содержание калия в организме взрослого составляет 160 г. 90% этого количества содержится внутриклеточно, 10% распределяется во внеклеточном пространстве. В плазме крови содержится 4 - 5 ммоль/л, внутри клеток - 110 ммоль/л. Суточная потребность в калии для взрослого человекасоставляет 2-4 г.

Биологическая роль натрия и калия :

• определяют осмотическое давление
• определяют распределение воды
• создают артериальное давление
• участвуют (Na ) во всасывании аминокислот, моносахаров
• калий необходим для биосинтетических процессов.

Всасывания натрия и калия происходит в желудке и в кишечнике. Натрий может незначительно депонироваться в печени. Из организма натрий и калий выводятся в основном через почки, в меньшей степени через потовые железы и через кишечник.

В перераспределении натрия и калия между клетками и внеклеточной жидкостью участвует натрий - калиевая АТФ-аза - мембранный фермент, который за счёт энергии АТФ перемещает ионы натрия и калия против градиента концентрации. Создаваемый перепад концентрации натрия и калия обеспечивает процесс возбуждения ткани.

Регуляция водно-солевого обмена .

Регуляция обмена воды и солей осуществляется при участии центральной нервной системы, вегетативной нервной системы и эндокринной системы.

В центральной нервной системе при уменьшении количества жидкости в организме формируется чувство жажды. Возбуждение питьевого центра, находящегося в гипоталамусе, приводит к потреблению воды и восстановлению её количества в организме.

Вегетативная нервная система участвует в регуляции водного обмена путём регуляции процесса потоотделения.

К гормонам, участвующим в регуляции водно–солевого обмена, относятся антидиуретический гормон, минералокортикоиды, натрийуретический гормон.

Антидиуретический гормон синтезируется в гипоталамусе, перемещается в заднюю долю гипофиза, откуда выделяется в кровь. Данный гормон задерживает воду в организме путём усиления обратной реабсорбции воды в почках, за счёт активации синтеза в них белка аквапорина.

Альдостерон способствует задержке натрия в организме и потере ионов калия через почки. Считается, что данный гормон способствует синтезу белков натриевых каналов, определяющих обратную реабсорбцию натрия. Он также активирует цикл Кребса и синтез АТФ, необходимого для процессов реабсорбции натрия. Альдостерон активирует синтез белков - транспортёров калия, что сопровождается повышенным выведением калия из организма.

Функция и антидиуретического гормона и альдостерона тесно взаимосвязана с ренин - ангиотензиновой системой крови.

Ренин-ангиотензивная система крови .

При уменьшении кровотока через почки при обезвоживании организма в почках вырабатывается протеолитический фермент ренин, который переводит ангиотензиноген (α 2 -глобулин) в ангиотензин I - пептид, состоящий из 10 аминокислот. Ангиотензин I под действием ангиотезинпревращающего фермента (АПФ) подвергается дальнейшему протеолизу и переходит в ангиотензин II , включающий 8 аминокислот, Ангиотензин II суживает сосуды, стимулирует выработку антидиуретического гормона и альдостерона, которые и увеличивают объем жидкости в организме.

Натрийуретический пептид вырабатывается в предсердиях в ответ на увеличение объёма воды в организме и на растяжения предсердий. Он состоит из 28 аминокислот, представляет собой циклический пептид с дисульфидными мостиками. Натрийуретический пептид способствует выведению натрия и воды из организма.

Нарушение водно-солевого обмена .

К нарушениям водно–солевого обмена относятся обезвоживание, гипергидратация, отклонения концентрации натрия и калия в плазме крови.

Обезвоживание (дегидратация) сопровождается тяжёлыми нарушениями функции центральной нервной системы. Причинами обезвоживания организм могут являться:

• водный голод,
• расстройства функции кишечника (диарея),
• увеличение потери через лёгкие (одышка, гипертермия),
• усиленное потоотделение,
• сахарный и несахарный диабет.

Гипергидратация – увеличение количества воды в организме может наблюдаться при ряде патологических состояний:

• повышенное поступление жидкости в организм,
• почечная недостаточность,
• нарушение кровообращения,
• заболевания печени

Местным проявлением накопления жидкости в организме являются отёки .

«Голодные» отёки наблюдаются вследствие гипопротеинемии при белковом голодании, заболеваниях печени. «Сердечные» отёки возникают при нарушении гидростатического давления при заболеваниях сердца. «Почечные» отёки развиваются при изменении осмотического и онкотического давления плазмы крови при болезнях почек

Гипонатриемия, гипокалиемия проявляются нарушением возбудимости, поражением нервной системы, нарушением ритма сердца. Эти состояния могут возникать при различных патологических состояниях:

• нарушение функции почек
• многократная рвота
• диарея
• нарушение выработки альдостерона, натрийуретического гормона.

Роль почек в водно-солевом обмене .

В почках происходит фильтрация, реабсорбции, секреция натрия, калия. На почки оказывает регулирующее влияние альдостерон, антидиуретический гормон. В почках вырабатывается ренин – пусковой фермент ренин – ангиотензиновой системы. Почки осуществляют выделение протонов, и тем самым регулирует рН.

Особенности водного обмена у детей.

У детей повышено общее содержание воды, которое у новорожденных достигает 75%. В детском возрасте отмечается иное распределение воды в организме: снижено количество внутриклеточной воды до 30%, что обусловлено пониженным содержанием внутриклеточных белков. В то же время повышено содержание внеклеточной воды до 45%, что связано более высоким содержанием гидрофильных гликозаминогликанов в межклеточном веществе соединительной ткани.

Водный обмен в детском организме протекает более интенсивно. Потребность в воде у детей в 2-3 раза выше, чем у взрослых. Для детей характерно выделение в составе пищеварительных соков большого количества воды, которая быстро подвергается обратному всасыванию. У детей раннего возраста иное соотношение потерь воды из организма: больше доля воды, выделяемой через лёгкие и кожу. Для детей характерна задержка воды в организме (положительный водный баланс)

В детском возрасте наблюдается неустойчивая регуляция водного обмена, не сформировано чувство жажды, вследствие чего выражена склонность к обезвоживанию.

В течение первых лет жизни преобладает выведение калия над выведением натрия.

Кальций - фосфорный обмен

Общее содержание кальция составляет 2% от массы тела (около 1,5 кг). 99% его сосредоточено в костях, 1% составляет внеклеточный кальций. Содержание кальция в плазме крови равняется 2,3-2,8 ммоль/л, 50% этого количества приходится на ионизированный кальций и 50% - на белковосвязанный кальций.

Функции кальция:

• пластический материал
• участвует в мышечном сокращении
• участвует в свёртывании крови
• регулятор активности многих ферментов (играет роль вторичного посредника)

Суточная потребность в кальции для взрослого человека составляет 1,5 г . Всасывание кальция в желудочно – кишечном тракте лимитировано. Всасывается примерно 50% кальция пищевых продуктов при участии кальцийсвязывающего белка . Будучи внеклеточных катионом, кальций поступает в клетки через кальциевые каналы, депонируется в клетках в саркоплазматическом ретикулуме и митохондриях.

Общее содержание фосфора в организме составляет 1% от массы тела (около 700 г). 90% фосфора содержится в костях, 10% приходится на внутриклеточный фосфор. В плазме крови содержание фосфора равно 1 -2 ммоль/л

Функции фосфора:

• пластическая функция
• входит в состав макроэргов (АТФ)
• компонент нуклеиновых кислот, липопротеидов, нуклеотидов, солей
• входит в состав фосфатного буфера
• регулятор активности многих ферментов (фосфорилирование – дефосфорилирование ферментов)

Суточная потребность в фосфоре для взрослого человека составляет около 1,5 г. В желудочно–кишечном тракте фосфор всасывается при участии щелочной фосфатазы .

Кальций и фосфор выводятся из организма в основном через почки, незначительное количество теряется через кишечник.

Регуляция кальций – фосфорного обмена.

В регуляции обмена кальция и фосфора участвуют паратгормон, кальцитонин, витамин Д.

Паратгормон повышает уровень кальция в крови и одновременно снижет уровень фосфора. Повышение содержания кальция связано с активацией фосфатазы, коллагеназы остеокластов, в результате чего при обновлении костной ткани происходит «вымывание» кальция в кровь. Кроме того паратгормон активирует всасывание кальция в желудочно – кишечном тракте при участии кальцийсвязывающего белка и уменьшает выведение кальция через почки. Фосфаты под действием паратгоромна, наоборот, усиленно выводятся через почки.

Кальцитонин снижает уровень кальция и фосфора в крови. Кальцитонин уменьшает активность остеокластов и, тем самым, снижает выделение кальция из костной ткани.

Витамин D , холекальциферол , антирахитический витамин .

Витамин D относится к жирорастворимым витаминам. Суточная потребность в витамине составляет 25 мкг . Витамин D под действием УФ - лучей синтезируется в коже из его предшественника 7-дегидрохолестерина, который в комплексе с белком поступает в печень. В печени при участии микросомальной системы оксигеназ происходит окисление в 25 положении с образованием 25 -гидрокисихолекальциферола. Этот предшественник витамина при участии специфического транспортного белка переносится в почки, где подвергается второй реакции гидроксилирования в первом положении с образованием активной формы витамина D 3 - 1,25-дигидрохолекальциферола (или кальцитриола) . . Реакция гидроксилирования в почках активируется паратгормоном при снижении уровня кальция в крови. При достаточном содержании кальция в организме в почках образуется неактивный метаболит 24,25 (ОН). В реакциях гидроксилирования принимает участие витамин С.

1,25 (ОН) 2 D 3 действует аналогично стероидным гормонам. Проникая в клетки – мишени, он взаимодействует с рецепторами, которые мигрируют в ядро клетки. В энтероцитах этот гормон – рецепторный комплекс стимулирует транскрипцию иРНК, отвечающую за синтез белка – переносчика кальция. В кишечнике усиливается всасывание кальция при участии кальцийсвязывающего белка и Са 2+ - АТФ-азы. В костной ткани витамин D 3 стимулирует процесс деминерализации. В почках активация витамином D 3 кальциевой АТФ-азы сопровождается увеличением реабсорбции ионов кальция и фосфатов. Кальцитриол участвует в регуляции процессов роста и дифференцировки клеток костного мозга. Он обладает антиоксидантным и противоопухолевым действием.

Гиповитаминоз приводит к заболеванию рахитом.

Гипервитаминоз приводит к выраженной деминерализации костей, кальцификацией мягких тканей.

Нарушение кальций – фосфорного обмена

Рахит проявляется нарушением минерализации костной ткани. Заболевание может быть следствием гиповитаминоза D 3. , отсутствием солнечных лучей, недостаточной чувствительностью организма к витамину. Биохимическими симптомами рахита являются снижение уровня кальция и фосфора в крови и снижение активности щелочной фосфатазы. У детей рахит проявляется нарушением остегенеза, деформаций костей, гипотонией мышц, повышенной нервно-мышечной возбудимостью. У взрослых гиповитаминоз приводит к кариесу и остеомаляции, у пожилых людей – к остеопорозу.

У новорожденных может развиваться транзиторная гипокальциемия , поскольку прекращается поступления кальция из организма матери и наблюдается гипопаратиреоз.

Гипокальцемия, гипофосфатемия могут встречаться при нарушении выработки паратгормона, кальцитонина, нарушении функции желудочно – кишечного тракта (рвота, диарея), почек, при механической желтухе, в период заживления переломов.

Обмен железа.

Общее содержание железа в организме взрослого человека составляет 5 г. Железо распределяется в основном внутриклеточно, где преобладает гемовое железо: гемоглобин, миоглобин, цитохромы. Внеклеточное железо представлено белком трансферрином. В плазме крови содержание железа равно 16-19 мкмоль/ л , в эритроцитах - 19 ммоль/л . О бмен железа у взрослых людей составляет 20-25 мг/сутки . Основная часть этого количества (90%) составляет эндогенное железо, освобождающееся при распаде эритроцитов, 10% - экзогенное железо, поступающее в составе пищевых продуктов.

Биологические функции железа:

• обязательный компонент окислительно - восстановительных процессов в организме
• транспорт кислорода (в составе гемоглобина)
• депонирование кислорода (в составе миоглобина)
• антиоксидантная функция (в составе каталазы и пероксидаз)
• стимулирует иммунные реакции в организме

Всасывание железа происходит в кишечнике и является лимитированным процессом. Считается, что всасывается 1/10 часть железа пищевых продуктов. В пищевых продуктах содержится окисленное 3-х валентное железо, которое в кислой среде желудка переходит в F е 2+ . Всасывание железа происходит в несколько этапов: поступление в энтероциты при участии муцина слизистой оболочки, внутриклеточный транспорт ферментами энтероцитов, переход железа в плазму крови. Во всасывании железа участвует белок апоферритин, который связывает железо и остаётся в слизистой кишечника, создавая депо железа. Эта стадия обмена железа является регуляторной: синтез апоферритина уменьшается при недостатке железа в организме.

Всосавшееся железо транспортируется в составе белка трансферрина, где окисляется церулоплазмином до F е 3+ , в результате чего возрастает растворимость железа. Трансферрин взаимодействует с тканевыми рецепторами, количество которых очень вариабельно. Этот этап обмена также является регуляторным.

Железо может депонироваться в форме ферритина и гемосидерина. Ферритин печени – водорастворимый белок, содержащий до 20% F е 2+ в виде фосфата или гидроксида. Гемосидерин – нерастворимый белок, содержит до 30% F е 3+ , включает в свой состав полисахариды, нуклеотиды, липиды..

Выведение железа из организма происходит в составе слущивающегося эпителия кожи, кишечника. Незначительное количество железа теряется через почки с жёлчью и слюной.

К наиболее часто встречающейся патологии обмена железа отностся железодефицитная анемия. Однако возможно и перенасыщение организма железом с накоплением гемосидерина и развитием гемохроматоза .

ТКАНЕВАЯ БИОХИМИЯ

Биохимия соединительной ткани .

Разнообразные виды соединительной ткани построены по единому принципу: в большой массе межклеточного основного вещества (протеогликаны и сетчатые гликопротеиды) распределены волокна (коллагеновые, эластиновые, ретикулиновые) и разнообразные клетки (макрофаги, фибробласты, и другие клетки).

Соединительная ткань выполняет разнообразные функции:

• опорная функция (костный скелет),
• барьерная функция,
• метаболическая функция (синтез в фибробластах химических компонентов ткани),
• депонирующая функция (накопление меланина в меланоцитах),
• репаративная функция (участие в заживлении ран),
• участие в водно-солевом обмене (протеогликаны связывают внеклеточную воду)

Состав и обмен основного межклеточного вещества .

Протеогликаны (смотри химию углеводов) и гликопротеиды (там же).

Синтез гликопротеидов и протеогликанов .

Углеводный компонент протеогликанов представлен гликозаминогликанами (ГАГ), включающими в свой состав ацетиламиносахара и уроновые кислоты. Исходным веществом для их синтеза служит глюкоза

1. глюкозо- 6 - фосфат → фруктозо-6-фосфат глютамин → глюкозамин .
2. глюкоза → УДФ-глюкоза → УДФ - глюкуроновая кислота
3. глюкозамин + УДФ-глюкуроновая кислота + ФАФС → ГАГ
4. ГАГ + белок → протеогликан

Распад протеогликанов, гликопротеидов о существляется различными ферментами: гиалуронидазой, идуронидазой, гексаминидазами, сульфатазами .

Обмен белков соединительной ткани.

Обмен коллагена

Основным белком соединительной ткани является коллаген (структуру смотри в разделе «Химия белков»). Коллаген - это полиморфный белок с различными вариантами сочетания полипептидных цепей в его составе. В организме человека преобладают фибриллообразующие формы коллагена 1,2,3 типа.

Синтез коллагена.

Синтез коллагена происходит в фиробластах и во внеклеточном пространстве, включает несколько стадий. На первых стадиях синтезируется проколлаген (представлен 3 полипептидными цепями, имеющими в своём составе дополнительные N и С концевые фрагменты). Затем происходит посттрансляционная модификация проколлагена двумя способами: путем окисления (гидроксилирование) и путём гликозилирования.

1. окислению подвергается аминокислоты лизин и пролин при участии ферментов лизиноксигеназы, пролиноксигеназы, ионов железа и витамина С. Образовавшиеся гидроксилизин, гидроксипролин, участвуют в формировании поперечных связей в коллагене
2. присоединение углеводного компонента осуществляется при участии ферментов гликозилтрансфераз .

Модифицированный проколлаген поступает в межклеточное пространство, где подвергается частичному протеолизу путём отщепления концевых N и С фрагментов. В результате проколлаген переходит в тропоколлаген - структурный блок коллагенового волокна.

Распад коллагена .

Коллаген - медленно обменивающийся белок. Распад коллагена осуществляется ферментом коллагеназой. Он является цинксодержащим ферментом, который синтезируется в виде проколлагеназы. Проколлагеназа активируется трипсином, плазмином, калликреином путём частичного протеолиза. Коллагеназа расщепляет коллаген в середине молекулы на большие фрагменты, которые далее расщепляются цинксодержащими ферментами желатиназами .

Витамин «С», аскорбиновая кислота, антицинготный витамин

В обмене коллагена очень важную роль играет витамин «С». По химической природе он является лактоном кислоты, по структуре близкой глюкозе. Суточная потребность в аскорбиновой кислоте для взрослого человека составляет 50 – 100 мг. Витамин «С» распространён в фруктах, овощах. Роль витамина «С» заключается в следующем:

• участвует в синтезе коллагена,
• участвует в обмене тирозина,
• участвует в переходе фолиевой кислоты в ТГФК,
• является антиоксидантом

Авитаминоз «С» проявляется цингой (гингивит, анемия, кровоточивость).

Обмен эластина .

Обмен эластина изучен недостаточно. Считается, что синтез эластина в виде проэластина происходит только в эмбриональном периоде. Распад эластина осуществляется ферментом нейтрофилов эластазой , который синтезируется в виде неактивной проэластазы.

Особенности состав и обмена соединительной ткани в детском возрасте.

• Выше содержание протеогликанов,
• Иное соотношение ГАГ: больше гиалуроновой кислоты, меньше хондроттинсульфатов и кератансульфатов.
• Преобладает коллаген 3 типа, менее устойчивый и более быстро обменивающийся.
• Более интенсивный обмен компонентов соединительной ткани.

Нарушения обмена соединительной ткани.

Возможны врождённые нарушения обмена гликозаминогликанов и протеогликанов – мукополисахаридозы. Вторую группу заболеваний соединительной ткани составляют коллагенозы, в частности, ревматизм. При коллагенозах наблюдается деструктция коллагена, одним из симптомов которой является гидроксипролинурия

Биохимия поперечно - полосатой мышечной ткани

Химический состав мышц: 80-82% составляет вода, 20% приходится на сухой остаток. 18% сухого остатка приходится на белки, остальная часть его представлена азотистыми небелковыми веществами, липидами, углеводами, минеральными веществами.

Белки мышц .

Белки мышц делятся на 3 вида:

1. саркоплазматические (водорастворимые) белки, составляют 30% всех белков мышц
2. миофибриллярные (солерастворимые) белки, составляют 50% всех белков мышц
3. стромальные (водонерастворимые) белки, составляют 20% всех мышечных белков

Миофибриллярные белки представлены миозином, актином, (основные белки) тропомиозином и тропонином (минорные белки).

Миозин - белок толстых нитей миофибрилл, имеет молекулярную массу около 500 000 д, состоит из двух тяжёлых цепей и 4 легких цепей. Миозин относится к группе глобулярно - фибрилярных белков. В нём чередуются глобулярные «головки» из лёгких цепей и фибриллярные «хвосты» из тяжёлых цепей. «Головка» миозина обладает ферментативной АТФ-азной активностью. На миозин приходится 50% миофибриллярных белков.

Актин представлен двумя формами глобулярной (G -форма ), фибриллярной (F -форма). G - форма имеет молекулярную массу 43 000 д. F -форма актина имеет вид закрученных нитей из шаровидных G -форм. На этот белок приходится 20-30% миофибриллярных белков.

Тропомиозин - минорный белок с молекулярной массой 65 000 д. Он имеет овальную палочковидную форму, укладывается в углублениях активной нити, и выполняет функцию «изолятора» между активной и миозиновой нитью.

Тропонин – Са - зависимый белок, который меняет свою структуру при взаимодействии с ионами кальция.

Саркоплазматитческие белки представлены миоглобином, ферментами, компонентами дыхательной цепи.

Стромальные белки - коллаген, эластин.

Азотистые экстрактивные вещества мышц.

К азотистым небелковым веществам относятся нуклеотиды (АТФ), аминокислоты (в частности, глютамат), дипептиды мышц (карнозин и ансерин). Данные дипептиды влияют на работу натриевых, кальциевых насосов, активируют работу мышц, регулируют апопоптоз, являются антиоксидантами. К азотистым веществам относится креатин, фосфокреатин и креатинин. Креатин синтезируется в печени и транспортируется в мышцы.

Органические безазотистые вещества

В мышцах содержатся все классы липидов . Углеводы представлены глюкозой, гликогеном и продуктами углеводного обмена (лактат, пируват).

Минеральные вещества

В мышцах содержится набор многих минеральных веществ. Наиболее высока концентрация кальция, натрия, калия, фосфора.

Химизм мышечного сокращения и расслабления.

При возбуждении поперечно – полосатых мышц происходит выход ионов кальция из саркоплазматического ретикулума в цитоплазму, где концентрация Са 2+ увеличивается до 10 -3 моля. Ионы кальция взаимодействует с регуляторным белком тропонином, изменяя его конформацию. В результате этого происходит смещение регуляторного белка тропомиозина вдоль актинового волокна и освобождение участков взаимодействия актина и миозина. Активируется АТФ-азная активность миозина. За счёт энергии АТФ изменяется угол наклона «головки» миозина по отношению к «хвосту», и в результате происходит скольжение актиновых нитей относительно миозиновых, наблюдается сокращение мышц.

По прекращении поступления импульсов ионы кальция «закачивается» в саркоплазматический ретикулум при участии Са - АТФ-азы за счёт энергии АТФ. Концентрация Са 2+ в цитоплазме снижается до 10 -7 моля, что ведёт к освобождению тропонина от ионов кальция. Это, в свою очередь, сопровождается изоляцией сократительных белков актина и миозина белком тропомиозином, происходит расслабление мышц .

Для мышечного сокращения последовательно используются следующие источники энергии :

1. ограниченный запас эндогенного АТФ
2. незначительный фонд креатинфосфата
3. образование АТФ за счёт 2 молекул АДФ при участии фермента миокиназы

(2 АДФ → АМФ + АТФ)

1. анаэробное окисление глюкозы
2. аэробные процессы окисления глюкозы, жирных кислот, ацетоновых тел

В детском возрасте в мышцах повышено содержание воды, меньше доля миофибриллярных белков, выше уровень стромальных белков.

К нарушениям химического состава и функции поперечно - полосатых мышц относятся миопатии, при которых наблюдается нарушение энергетического обмена в мышцах и снижение содержания миофибриллярных сократительных белков.

Биохимия нервной ткани .

Серое вещество головного мозга (тела нейронов) и белое вещество (аксоны) отличаются содержанием воды и липидов. Химический состав серого и белого вещества:

Белки головного мозга

Белки головного мозга различаются по растворимости. Выделяют водорастворимые (солерастворимые) белки нервной ткани, к которым относятся нейроальбумины, нейроглобулины, гистоны, нуклеопротеиды, фосфопротеиды, и водонерастворимые (соленерастворимые), к которым относятся нейроколлаген, нейроэластин, нейростромин.

Азотистые небелковые вещества

Небелковые азотсодержащие вещества мозгапредставлены аминокислотами, пуринами, мочевой кислотой, дипептидом карнозином, нейропептидами, нейромедиаторами. Среди аминокислот в большей концентрации содержатся глютамат и аспатрат, относящиеся к возбуждающим аминокислотам головного мозга.

Нейропептиды (нейроэнкефалины, нейроэндорфины) – это пептиды, обладающие морфиноподобным обезболивающим эффектом. Они являются иммуномодуляторами, выполняют нейромедиаторную функцию. Нейромедиаторы норадреналин и ацетилхолин являются биогенными аминами.

Липиды головного мозга

Липиды составляют 5% сырой массы серого вещества и 17% сырой массы белого вещества, соответственно 30 - 70% от сухой массы мозга. Липиды нервной ткани представлены:

• свободными жирными кислотами (арахидоновая, цереброновая, нервоновая)
• фосфолипидами (ацетальфосфатиды, сфингомиелины, холинфосфатиды, холестерин)
• сфинголипидами (ганглиозиды, цереброзиды)

Распределение жиров в сером и белом веществе неравномерно. В сером веществе отмечается более низкое содержание холестерина, высокое содержание цереброзидов. В белом веществе выше доля холестерина и ганглиозидов.

Углеводы головного мозга

Углеводы содержатся в ткани мозга в очень низкой концентрации, что является следствием активного использования глюкозы в нервной ткани. Углеводы представлены глюкозой в концентрации 0,05%, метаболитами углеводного обмена.

Минеральные вещества

Натрий, кальций, магний, распределены в сером и белом веществе довольно равномерно. В белом веществе отмечается повышенная концентрация фосфора.

Основная функция нервной ткани заключается в проведении и передаче нервного импульса.

Проведение нервного импульса

Проведение нервного импульса связано с изменением концентрации натрия и калия внутри и вне клеток. При возбуждении нервного волокна резко увеличивается проницаемость нейронов и их отростков для натрия. Натрий из внеклеточного пространства поступает внутрь клеток. Выход калия из клеток задерживается. В результате происходит возникновение заряда на мембране: наружная поверхность приобретает отрицательный заряд, а внутренняя положительный заряд - возникает потенциал действия . По окончании возбуждения ионы натрия «выкачиваются» во внеклеточное пространство при участии К, Na -АТФ-азы, и мембрана перезаряжается. Снаружи возникает положительный заряд, а внутри - отрицательный заряд - возникает потенциал покоя .

Передача нервного импульса

Передача нервного импульса в синапсахпроисходит в синапсах осуществляется с помощью нейромедиаторов. Классическими нейромедиаторами являются ацетилхолин и норадреналин.

Ацетилхолин синтезируется их ацетил-КоА и холина при участии фермента ацетилхолинтрансферазы , накапливается в синаптических пузырьках, выделяется в синаптическую щель и взаимодействует с рецепторами постсинаптической мембраны. Ацетилхолин разрушается ферментом холинэстеразой .

Норадреналин синтезируется из тирозина, разрушается ферментом моноаминоксидазой .

В качестве медиаторов могут выступать также ГАМК (гамма-аминомасляная кислота), серотонин, глицин.

Особенности метаболизма нервной ткани заключаются в следующем:

• наличие гематоэнцефалического барьера ограничивает проницаемость мозга для многих веществ,
• преобладают аэробные процессы
• основным энергетическим субстратом является глюкоза

У детей к моменту рождения сформировано 2/3 нейронов, остальная часть их формируется в течение первого года. Масса мозга у годовалого ребёнка составляет около 80% от массы мозга взрослого человека. В процессе созревания мозга резко увеличивается содержание липидов, активно протекают процессы миелинизации.

Биохимия печени.

Химический состав ткани печени: 80% вода, 20% сухой остаток (белки, азотистые вещества, липиды, углеводы, минеральные вещества).

Печень участвует во всех видах обмена организма человека.

Углеводный обмен

В печени активно протекает синтез и распад гликогена, глюконеогенез, происходит усвоение галактозы и фруктозы, активен пентозофосфатный путь.

Липидный обмен

В печени происходит синтез триацилглицеринов, фосфолипидов, холестерина, синтез липопротеидов (ЛПОНП, ЛПВП), синтез жёлчных кислот из холестерина, синтез ацетоновых тел, которые затем транспортируются в ткани,

Азотистый обмен

Для печени характерен активный обмен белков. В ней происходит синтез всех альбуминов и большинства глобулинов плазмы крови, факторов свёртывания крови. В печени также определённый создаётся резерв белков организма. В печени активно протекает катаболизм аминокислот – дезаминирование, трансаминирование, синтез мочевины. В гепатоцитах происходит распад пуринов с образованием мочевой кислоты, синтез азотистых веществ - холина, креатина.

Антитоксическая функция

Печень является важнейшим органом обезвреживания как экзогенных (лекарственных веществ), так и эндогенных токсических веществ (билирубин, продукты гниения белков аммиак). Детоксикация ядовитых веществ в печени происходит в несколько этапов:

1. повышается полярность и гидрофильность обезвреживаемых веществ путём окисления (индол в индоксил), гидролиза (ацетилсалициловая → уксусная + салициловая кислоты), восстановления и т. д.
2. конъюгирование с глюкуроновой кислотой, серной кислотой, гликоколом, глютатионом, металотионеином (для солей тяжелых металлов)

В результате биотрансформации токсичность, как правило, заметно снижается.

Пигментный обмен

Участие печени в обмене жёлчных пигментов состоит в обезвреживании билирубина, разрушении уробилиногена

Порфириновый обмен :

В печени происходит синтез порфобилиногена, уропорфириногена, копропорфириногена, протопорфирина и гема.

Обмен гормонов

Печень активно осуществляет инактивацию адреналина, стероидов (конъюгирование, окисление), серотонина, других биогенных аминов.

Водно-солевой обмен

Печень косвенно участвует в водно-солевом обмене путём синтеза белков плазмы крови, определяющих онкотическое давление, синтеза ангиотензиногена – предшественника ангиотензина II .

Минеральный обмен

: В печени происходит депонирование железа, меди, синтез транспортных белков церулоплазмина и трансферрина, экскреция минеральных веществ в составе жёлчи..

В раннем детском возрасте функции печени находятся в стадии становления, возможно их нарушение.

Литература

Баркер Р.: Наглядная неврология. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2005

И.П. Ашмарин, Е.П. Каразеева, М.А. Карабасова и др.: Патологическая физиология и биохимия. - М.: Экзамен, 2005

Кветная Т.В.: Мелатонин - нейроиммуноэндокринный маркер возрастной патологии. - СПб.: ДЕАН, 2005

Павлов А.Н.: Экология: рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. - М.: Высшая школа, 2005

Печерский А.В.: Частичный возрастной андрогенный дефицит. - СПб.: СПбМАПО, 2005

Под ред. Ю.А. Ершова; Рец. Н.Е. Кузьменко: Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. - М.: Высшая школа, 2005

Т.Л. Алейникова и др. ; Под ред. Е.С. Северина; Рец.: Д.М. Никулина, З.И. Микашенович, Л.М. Пустовалова: Биохимия. - М.: ГЭОТАР-МЕД, 2005

Тюкавкина Н.А.: Биоорганическая химия. - М.: Дрофа, 2005

Жижин Г.В.: Саморегулируемые волны химических реакций и биологических популяций. - СПб.: Наука, 2004

Иванов В.П.: Белки клеточных мембран и сосудистые дистонии у человека. - Курск: КГМУ КМИ, 2004

Ин-т физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН; Отв. ред. В.В. Кузнецов: Андрей Львович Курсанов: Жизнь и творчество. - М.: Наука, 2004

Комов В.П.: Биохимия. - М.: Дрофа, 2004

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
21479.		ОБМЕН БЕЛКОВ	150.03 KB
	Различают три вида азотистого баланса: азотистое равновесие положительный азотистый баланс отрицательный азотистый баланс При положительном азотистом балансе поступление азота преобладает над его выделением. При заболевании почек возможен ложный положительный азотистый баланс при котором происходит задержка в организме конечных продуктов азотистого обмена. При отрицательном азотистом балансе преобладает выделение азота над его поступлением. Это состояние возможно при таких заболеваниях как туберкулез ревматизм онкологические...
21481.		ОБМЕН И ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ	194.66 KB
	Жиры включают в свой состав различные спирты и жирные кислоты. Спирты представлены глицерином сфингозином холестерином В тканях человека преобладают длинноцепочечные жирные кислоты с чётным числом углеродных атомов. Различают насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты...
385.		СТРОЕНИЕ И ОБМЕН УГЛЕВОДОВ	148.99 KB
	Строение и биологическая роль глюкозы и гликогена. Гексозодифосфатный путь расщепления глюкозы. Открытая цепь и циклические формы углеводов на рисунке молекула глюкозы представлена в виде открытой цепи и в виде циклической структуры. У гексоз типа глюкозы первый атом углерода соединяется с кислородом при пятом углеродном атоме что приводит к образованию шестичленного кольца.
7735.		ОБЩЕНИЕ КАК ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ	35.98 KB
	По невербальным каналам коммуникации в процессе общения передается около 70 процентов информации и только 30 по вербальным. Следовательно больше о человеке может сказать не слово а взгляд мимика пластика позы жесты телодвижения межличностная дистанція одежда и другие невербальные средства общения. Итак основными задачами невербального общения можно считать следующие: создание и поддержание психологического контакта регуляция процесса общения; добавление новых значимых оттенков словесному тексту правильное толкование слов;...
6645.		Обмен веществ и энергии (метаболизм)	39.88 KB
	Поступление веществ в клетку. Благодаря содержанию растворов солей сахаров и других осмотически активных веществ клетки характеризуются наличием в них определенного осмотического давления. Разность концентрации веществ внутри и снаружи клетки называют градиентом концентрации.
21480.		ОБМЕН И ФУНКЦИИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ	116.86 KB
	Дезоксирибонуклеиновая кислота Азотистые основания в ДНК представлены аденином гуанином тимином цитозином углевод - дезоксирибозой. ДНК играет важную роль в хранении генетической информации. В отличие от РНК в ДНК присутствуют две полинуклеотидные цепи. Молекулярная масса ДНК около 109 дальтон.
386.		СТРОЕНИЕ И ОБМЕН ЖИРОВ И ЛИПОИДОВ	724.43 KB
	В составе липидов обнаружены многочисленные и разнообразные структурные компоненты: высшие жирные кислоты спирты альдегиды углеводы азотистые основания аминокислоты фосфорная кислота и др. Жирные кислоты входящие в состав жиров делятся на предельные и непредельные. Жирные кислоты Некоторые физиологически важные насыщенные жирные кислоты Число атомов С Тривиальное название Систематическое название Химическая формула соединения...
10730.		Международный технологический обмен. Международная торговля услугами	56.4 KB
	Транспортные услуги на мировом рынке. Основное отличие состоит в том что услуги обычно не имеют овеществленной формы хотя ряд услуг приобретает ее например: в виде магнитных носителей для компьютерных программ различной документации отпечатанной на бумаге и др. Услуги в отличие от товаров производятся и потребляются в основном одновременно и не подлежат хранению. ситуация когда продавец и покупатель услуги не перемещаются через границу се пересекает только услуга.
4835.		Обмен железа и нарушение обмена железа. Гемоседероз	138.5 KB
	Железо является важнейшим микроэлементом, принимает участие в дыхании, кроветворении, иммунобиологических и окислительно-восстановительных реакциях, входит в состав более 100 ферментов. Железо является незаменимой составной частью гемоглобина и миогемоглобина. В организме взрослого человека содержится около 4 г железа, из них более половины (около 2,5 г) составляет железо гемоглобина.

ГОУВПО УГМА Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию

Кафедра биохимии

КУРС ЛЕКЦИЙ

ПО ОБЩЕЙ БИОХИМИИ

Модуль 8. Биохимия водно-солевого обмена и кислотно-основного состояния

Екатеринбург,

ЛЕКЦИЯ № 24

Тема: Водно-солевой и минеральный обмен

Факультеты: лечебно-профилактический, медико-профилактический, педиатрический.

Водно-солевой обмен – обмен воды и основных электролитов организма (Na + , K + , Ca 2+ , Mg 2+ , Cl - , HCO 3 - , H 3 PO 4).

Электролиты – вещества, диссоциирующие в растворе на анионы и катионы. Их измеряют в моль/л.

Неэлектролиты – вещества, недиссоциирующие в растворе (глюкоза, креатинин, мочевина). Их измеряют в г/л.

Минеральный обмен – обмен любых минеральных компонентов, в том числе и тех, которые не влияют на основные параметры жидкой среды в организме.

Вода – основной компонент всех жидкостей организма.

Биологическая роль воды

1. Вода является универсальным растворителем для большинства органических (кроме липидов) и неорганических соединений.
2. Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма.
3. Вода обеспечивает транспорт веществ и тепловой энергии по организму.
4. Значительная часть химических реакций организма протекает в водной фазе.
5. Вода участвует в реакциях гидролиза, гидратации, дегидратации.
6. Определяет пространственное строение и свойства гидрофобных и гидрофильных молекул.
7. В комплексе с ГАГ вода выполняет структурную функцию.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ ОРГАНИЗМА

Объем. У всех наземных животных жидкости составляет около 70% от массы тела. Распределение воды в организме зависит от возраста, пола, мышечной массы,… При полном лишении воды смерть наступает через 6-8 дней, когда количество воды в организме снижается на 12%.

РЕГУЛЯЦИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО БАЛАНСА ОРГАНИЗМА

В организме водно-солевой баланс внутриклеточной среды поддерживается постоянством внеклеточной жидкости. В свою очередь, водно-солевой баланс внеклеточной жидкости поддерживается через плазму крови с помощью органов и регулируется гормонами.

Органы, регулирующие водно-солевой обмен

Поступление воды и солей в организм происходит через ЖКТ, этот процесс контролируется чувством жажды и солевым аппетитом. Выведение излишков воды и солей из организма осуществляют почки. Кроме того, воду из организма выводят кожа, легкие и ЖКТ.

Баланс воды в организме

Изменения в работе почек, кожи, легких и ЖКТ может привести к нарушению водно-солевого гомеостаза. Например, в жарком климате, для поддержания…

Гормоны, регулирующие водно-солевой обмен

Антидиуретический гормон (АДГ), или вазопрессин - пептид с молекулярной массой около 1100 Д, содержащий 9 АК, соединённых одним дисульфидным… АДГ синтезируется в нейронах гипоталамуса, переносится в нервные окончания… Высокое осмотическое давление внеклеточной жидкости активирует осморецепторы гипоталамуса, в результате возникают…

Ренин-ангиотензин-альдостероновая система

Ренин

Ренин - протеолитический фермент, продуцируемый юкстагломерулярными клетками, расположенными вдоль афферентных (приносящих) артериол почечного тельца. Секрецию ренина стимулирует падение давления в приносящих артериолах клубочка, вызванное уменьшением АД и снижением концентрации Na + . Секрецию ренина также способствует снижение импульсации от барорецепторов предсердий и артерий в результате уменьшения АД. Секрецию ренина ингибирует Ангиотензин II, высокое АД.

В крови ренин действует на ангиотензиноген.

Ангиотензиноген - α 2 -глобулин, из 400 АК. Образование ангиотензиногена происходит в печени и стимулируется глюкокортикоидами и эстрогенами. Ренин гидролизует пептидную связь в молекуле ангиотензиногена, отщепляя от него N-концевой декапептид - ангиотензин I , не имеющий биологической активности.

Под действием антиотензин-превращающего фермента (АПФ) (карбоксидипептидилпептидазы) эдотелиальных клеток, лёгких и плазмы крови, с С-конца ангиотензина I удаляются 2 АК и образуется ангиотензин II (октапептид).

Ангиотензин II

Ангиотензин II функционирует через инозитолтрифосфатную систему клеток клубочковой зоны коры надпочечников и ГМК. Ангиотензин II стимулирует синтез и секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны коры надпочечников. Высокие концентрации ангиотензина II вызывают сильное сужение сосудов периферических артерий и повышают АД. Кроме этого, ангиотензин II стимулирует центр жажды в гипоталамусе и ингибирует секрецию ренина в почках.

Ангиотензин II под действием аминопептидаз гидролизуется в ангиотензин III (гептапептид, с активностью ангиотензина II, но имеющий в 4 раза более низкую концентрацию), который затем гидролизуется ангиотензиназами (протеазы) до АК.

Альдостерон

Синтез и секрецию альдостерона стимулируют ангиотензин II, низкая концентрация Na+ и высокая концентрацией К+ в плазме крови, АКТГ, простагландины.… Рецепторы альдостерона локализованы как в ядре, так и в цитозоле клетки.… В результате альдостерон стимулирует реабсорбцию Na+ в почках, что вызывает задержку NaCl в организме и повышает…

Схема регуляции водно-солевого обмена

Роль системы РААС в развитии гипертонической болезни

Гиперпродукция гормонов РААС вызывает повышение объема циркулирующей жидкости, осмотического и артериального давления, и ведет к развитию гипертонической болезни.

Повышение ренина возникает, например, при атеросклерозе почечных артерий, который возникает у пожилых.

Гиперсекреция альдостерона – гиперальдостеронизм , возникает в результате нескольких причин.

Причиной первичного гиперальдостеронизма (синдром Конна ) примерно у 80% больных является аденома надпочечников, в остальных случаях - диффузная гипертрофия клеток клубочковой зоны, вырабатывающих альдостерон.

При первичном гиперальдостеронизме избыток альдостерона усиливает реабсорбцию Na + в почечных канальцах, что служит стимулом к секреции АДГ и задержке воды почками. Кроме того, усиливается выведение ионов К + , Mg 2+ и Н + .

В результате развиваются: 1). гипернатриемия, вызывающая гипертонию, гиперволемию и отёки; 2). гипокалиемия, ведущая к мышечной слабости; 3). дефицит магния и 4). лёгкий метаболический алкалоз.

Вторичный гиперальдостеронизм встречается гораздо чаще, чем первичный. Он может быть связан с сердечной недостаточностью, хроническими заболеваниями почек, а также с опухолями, секретирующие ренин. У больных наблюдают повышенный уровень ренина, ангиотензина II и альдостерона. Клинические симптомы менее выражены, чем при первичном альдостеронизе.

КАЛЬЦИЙ, МАГНИЙ, ФОСФОРНЫЙ ОБМЕН

Функции кальция в организме:

1. Внутриклеточный посредник ряда гормонов (инозитолтрифосфатная система);
2. Участвует в генерации потенциалов действия в нервах и мышцах;
3. Участвует в свертывании крови;
4. Запускает мышечное сокращение, фагоцитоз, секрецию гормонов, нейромедиаторов и т.д.;
5. Участвует в митозе, апоптозе и некробиозе;
6. Увеличивает проницаемость мембраны клеток для ионов калия, влияет на натриевую проводимость клеток, на работу ионных насосов;
7. Кофермент некоторых ферментов;

Функции магния в организме:

1. Является коферментом многих ферментов (транскетолаз (ПФШ), глюкозо-6ф дегидрогеназы, 6-фосфоглюконат дегидрогеназы, глюконолактон гидролазы, аденилатциклазы и т.д.);
2. Неорганический компонент костей и зубов.

Функции фосфата в организме:

1. Неорганический компонент костей и зубов (гидроксиаппатит);
2. Входит в состав липидов (фосфолипиды, сфинголипиды);
3. Входит в состав нуклеотидов (ДНК, РНК, АТФ, ГТФ, ФМН, НАД, НАДФ и т.д.);
4. Обеспечивает энергетический обмен т.к. образует макроэргические связи (АТФ, креатинфосфат);
5. Входит в состав белков (фосфопротеины);
6. Входит в состав углеводов (глюкозо-6ф, фруктозо-6ф и т.д.);
7. Регулирует активность ферментов (реакции фосфорилирования / дефосфорилирования ферментов, входит в состав инозитолтрифосфата – компонента инозитолтрифосфатной системы);
8. Участвует в катаболизме веществ (реакция фосфоролиза);
9. Регулирует КОС т.к. образует фосфатный буфер. Нейтрализует и выводит протоны с мочой.

Распределение кальция, магния и фосфатов в организме

Во взрослом организме содержится в около 1кг фосфора: Кости и зубы содержат 85% фосфора; Внеклеточная жидкость – 1% фосфора. В сыворотке … Концентрация магния в плазме крови 0,7-1,2 ммоль/л.

Обмен кальция, магния и фосфатов в организме

С пищей в сутки должно поступать кальция - 0,7-0,8г, магния - 0,22-0,26г, фосфора – 0,7-0,8г. Кальций всасывается плохо на 30-50%, фосфор хорошо – на 90%.

Помимо ЖКТ, кальций, магний и фосфор поступают в плазму крови из костной ткани, в процессе ее резорбции. Обмен между плазмой крови и костной тканью по кальцию составляет 0,25-0,5г/сут, по фосфору – 0,15-0,3г/сут.

Выводится кальций, магний и фосфор из организма через почки с мочой, через ЖКТ с калом и через кожу с потом.

Регуляция обмена

Основными регуляторами обмена кальция, магния и фосфора являются паратгормон, кальцитриол и кальцитонин.

Паратгормон

Секрецию паратгормона стимулирует низкая концентрация Са2+, Mg2+ и высокая концентрация фосфатов, ингибирует витамин Д3. Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации Са2+ и… Паратгормон действует на кости и почки. Он стимулирует секрецию остеобластами инсулиноподобного фактора роста 1 и…

Гиперпаратиреоз

Гиперпаратиреоз вызывает: 1. разрушение костей, при мобилизации из них кальция и фосфатов.… 2. гиперкальциемию, при усилении реабсорбции кальция в почках. Гиперкальциемия приводить к снижению нервно-мышечной…

Гипопаратиреоз

Гипопаратиреоз обусловлен недостаточностью паращитовидных желёз и сопровождается гипокальциемией. Гипокальциемия вызывает повышение нервно-мышечной проводимости, приступы тонических судорог, судороги дыхательных мышц и диафрагмы, ларингоспазм.

Кальцитриол

1. В коже под влиянием УФ-излучения из 7-дегидрохолестерола образуется… 2. В печени 25-гидроксилаза гидроксилирует холекальциферол в кальцидиол (25-гидроксихолекальциферол, 25(OH)Д3).…

Кальцитонин

Кальцитонин - полипептид, состоит из 32 АК с одной дисульфидной связью, секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидных желёз.

Секрецию кальцитонина стимулирует высокая концентрация Са 2+ и глюкагона, подавляет низкая концентрация Са 2+ .

Кальцитонин:

1. подавляет остеолиз (снижая активность остеокластов) и ингибирует высвобождение Са 2+ из кости;

2. в канальцах почек тормозит реабсорбцию Са 2+ , Mg 2+ и фосфатов;

3. тормозит пищеварение в ЖКТ,

Изменения уровня кальция, магния и фосфатов при различных патологиях

Повышение концентрации Са2+ в плазме крови наблюдается при: гиперфункции паращитовидных желез; переломы костей; полиартриты; множественные… Снижение концентрации фосфатов в плазме крови наблюдается при: рахите; … Повышение концентрации фосфатов в плазме крови наблюдается при: гипофункции паращитовидных желез; передозировка…

Роль микроэлементов: Mg2+, Mn2+, Co, Cu, Fe2+, Fe3+, Ni, Mo, Se, J. Значение церулоплазмина, болезнь Коновалова-Вильсона.

Марганец – кофактор аминоацил-тРНК синтетаз.

Биологическая роль Na+, Cl-, K+, HCO3- - основных электролитов, значение в регуляции КОС. Обмен и биологическая роль. Анионная разность и ее коррекция.

Снижение содержания хлоридов в сыворотке крови: алкалоз гипохлоремический (после рвоты), ацидоз респираторный, избыточное потоотделение, нефрит с… Повышенное выделение хлоридов с мочой: гипоальдостеронизм (болезнь Аддисона),… Снижение выведения хлоридов с мочой: Потеря хлоридов при рвоте, диареи, болезнь Кушинга, терминальная фаза почечной…

ЛЕКЦИЯ № 25

Тема: КОС

2 курс. Кислотно-основное состояние (КОС) - относительное постоянство реакции…

Биологическое значение регуляции рН, последствия нарушений

Отклонение рН от нормы на 0,1 вызывает заметные нарушения со стороны дыхательной, сердечно-сосудистой, нервной и других систем организма. При ацидемии возникает: 1. усиление дыхания до резкой отдышки, нарушение дыхания в результате бронхоспазма;

Основные принципы регуляции КОС

В основе регуляции КОС лежат 3 основных принципа:

1. постоянство рН . Механизмы регуляции КОС поддерживают постоянство рН.

2. изоосмолярность . При регуляции КОС, концентрация частиц в межклеточной и внеклеточной жидкости не изменяется.

3. электронейтральность . При регуляции КОС, количество положительных и отрицательных частиц в межклеточной и внеклеточной жидкости не изменяется.

МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ КОС

Принципиально существуют 3 основных механизма регуляции КОС:

1. Физико-химический механизм , это буферные системы крови и тканей;
2. Физиологический механизм , это органы: легкие, почки, костная ткань, печень, кожа, ЖКТ.
3. Метаболический (на клеточном уровне).

В работе этих механизмов есть принципиальные различия:

Физико-химические механизмы регуляции КОС

Буфер – это система, состоящая из слабой кислоты и ее соли с сильным основанием (сопряженная кислотно-основная пара).

Принцип работы буферной системы состоит в том, что она связывает Н + при их избытке и выделяет Н + при их недостатке: Н + + А - ↔ АН. Таким образом, буферная система стремиться противостоять любым изменениям рН, при этом один из компонентов буферной системы расходуется и требует восстановления.

Буферные системы характеризуются соотношением компонентов кислотно-основной пары, емкостью, чувствительностью, локализацией и величиной рН, которую они поддерживают.

Существует множество буферов как внутри, так и вне клеток организма. К основным буферным системам организма относят бикарбонатный, фосфатный белковый и его разновидность гемоглобиновый буфер. Около 60% кислых эквивалентов связывают внутриклеточные буферные системы и около 40% -внеклеточные.

Бикарбонатный (гидрокарбонатный) буфер

Состоит из Н 2 СО 3 и NaНСО 3 в соотношении 1/20, локализуется в основном в межклеточной жидкости. В сыворотке крови при рСО 2 = 40 мм.рт.ст., концентрации Na + 150 ммоль/л он поддерживает рН=7,4. Работа бикарбонатного буфера обеспечивается ферментом карбоангидразой и белком полосы 3 эритроцитов и почек.

Бикарбонатный буфер является одним из самых важных буферов организма, что связано с его особенностями:

1. Несмотря на низкую емкость – 10%, бикарбонатный буфер очень чувствителен, он связывает до 40% всех «лишних» Н + ;
2. Бикарбонатный буфер интегрирует работу основных буферных систем и физиологических механизмов регуляции КОС.

В связи с этим, бикарбонатный буфер является индикатором КОС, определение его компонентов – основа для диагностики нарушения КОС.

Фосфатный буфер

Состоит из кислого NaН 2 РО 4 и основного Na 2 НРО 4 фосфатов, локализуется в основном в клеточной жидкости (фосфатов в клетке 14%, в межклеточной жидкости 1%). Соотношение кислого и основного фосфатов в плазме крови составляет ¼, в моче - 25/1.

Фосфатный буфер обеспечивает регуляцию КОС внутри клетки, регенерацию бикарбонатного буфера в межклеточной жидкости и выведение Н + с мочой.

Белковый буфер

Наличие у белков амино и карбоксильных групп придает им амфотерные свойства – они проявляют свойства кислот и оснований, образуя буферную систему.

Белковый буфер состоит из протеин-Н и протеин-Na, локализуется он преимущественно в клетках. Наиболее важный белковый буфер крови – гемоглобиновый .

Гемоглобиновый буфер

Гемоглобиновый буфер находиться в эритроцитах и имеет ряд особенностей:

1. у него самая высокая емкость (до 75%);
2. его работа напрямую связана с газообменом;
3. он состоит не из одной, а из 2 пар: HHb ↔H + + Hb - и HHbО 2 ↔H + + HbО 2 - ;

HbО 2 является относительно сильной кислотой, он даже сильнее угольной кислоты. Кислотность HbО 2 по сравнению с Hb в 70 раз выше, поэтому, оксигемоглобин присутствует в основном в виде калийной соли (КHbО 2), а дезоксигемоглобин в виде недиссоциированной кислоты (HHb).

Работа гемоглобинового и бикарбонатного буфера

Физиологические механизмы регуляции КОС

Образующиеся в организме кислоты и основания могут быть летучими и нелетучими. Летучая Н2СО3, образуется из СО2, конечного продукта аэробного… Нелетучие кислоты лактат, кетоновые тела и жирные кислоты накапливаются в… Летучие кислоты выделяются из организма главным образом легкими с выдыхаемым воздухом, нелетучие – почками с мочой.

Роль легких в регуляции КОС

Регуляция газообмена в легких и соответственно выделение Н2СО3 из организма осуществляется через поток импульсов от хеморецепторов и… В норме за сутки легкие выделяют 480л СО2, что эквивалентно 20 молям Н2СО3.… Легочные механизмы поддержания КОС являются высокоэффективными, они способны нивелировать нарушение КОС на 50-70%.…

Роль почек в регуляции КОС

Почки регулируют КОС: 1. выведением из организма H+ в реакциях ацидогенеза, аммониогенеза и с… 2. задержкой в организме Na+. Na+,К+-АТФаза реабсорбирует Na+ из мочи, что вместе с карбоангидразой и ацидогенезом…

Роль костей в регуляции КОС

1. Са3(РО4)2 + 2Н2СО3 → 3 Са2+ + 2НРО42- + 2НСО3- 2. 2НРО42- + 2НСО3- + 4НА → 2Н2РО4- (в мочу) + 2Н2О + 2СО2 + 4А- 3. А- + Са2+ → СаА (в мочу)

Роль печени в регуляции КОС

Печень регулирует КОС:

1. превращением аминокислот, кетокислот и лактата в нейтральную глюкозу;

2. превращением сильного основания аммиака в слабо основную мочевину;

3. синтезируя белки крови, которые образуют белковый буфер;

4. синтезирует глутамин, который используется почками для аммониогенеза.

Печеночная недостаточность приводит к развитию метаболического ацидоза.

В тоже время печень синтезирует кетоновые тела, которые в условиях гипоксии, голодания или сахарного диабета способствуют ацидозу.

Влияние ЖКТ на КОС

ЖКТ влияет на состояние КОС, так как использует HCl и НСО 3 - в процессе пищеварения. Сначала в просвет желудка секретируется HCl, при этом в крови накапливаются НСО 3 - и развивается алкалоз. Затем НСО 3 - из крови с панкреатическим соком поступают в просвет кишечника и равновесие КОС в крови восстанавливается. Так как пища, которая поступает в организм, и кал, который выделяется из организма в основном нейтральны суммарный эффект на КОС оказывается нулевым.

При наличии ацидоза в просвет выделяется больше HCl, что способствует развитию язвы. Рвота способна компенсировать ацидоз, а диарея – усугубить. Длительная рвота вызывает развитие алкалоза, у детей она может иметь тяжелые последствия, вплоть до летально исхода.

Клеточный механизм регуляции КОС

Кроме рассмотренных физико-химический и физиологических механизмов регуляции КОС существует еще клеточный механизм регуляции КОС. Принцип его работы заключается в том, что избыточные количества H + могут размещаться в клетках в обмен на К + .

ПОКАЗАТЕЛИ КОС

1. рН - (power hydrogene - сила водорода) – отрицательный десятичный логарифм (-lg) концентрации Н+. Норма в капиллярной крови 7,37 - 7,45,… 2. рСО2 – парциальное давление углекислого газа, находящегося в равновесии с… 3. рО2 – парциальное давление кислорода в цельной крови. Норма в капиллярной крови 83 - 108 мм.рт.cт., в венозной –…

НАРУШЕНИЯ КОС

Коррекция КОС – приспособительная реакция со стороны органа, вызвавшего нарушение КОС. Выделяют два основных вида нарушений КОС – ацидоз и алкалоз.

Ацидоз

I. Газовый (дыхательный) . Характеризуется накоплением в крови СО 2 (рСО 2 = , AB, SB, BB=N,).

1). затруднение выделения СО 2 , при нарушениях внешнего дыхания (гиповентиляция легких при бронхиальной астме, пневмонии, нарушениях кровообращения с застоем в малом круге, отёке лёгких, эмфиземе, ателектазе легких, угнетении дыхательного центра под влиянием ряда токсинов и препаратов типа морфина и т.п.) (рСО 2 =, рО 2 =↓, AB, SB, BB=N,).

2). высокая концентрация СО 2 в окружающей среде (замкнутые помещения) (рСО 2 =, рО 2 , AB, SB, BB=N,).

3). неисправности наркозно-дыхательной аппаратуры.

При газовом ацидозе происходит накопление в крови СО 2 , Н 2 СО 3 и снижение рН. Ацидоз стимулирует реабсорбцию в почках Na + и через некоторое время в крови происходит повышение AB, SB, BB и как компенсация, развивается выделительный алкалоз.

При ацидозе в плазме крови накапливается H 2 PO 4 - , который не способен реабсорбироваться в почках. В результате он усиленно выделяется, вызывая фосфатурию .

Для компенсации ацидоза почки с мочой усиленно выделяются хлориды, что приводит к гипохроремии .

Избыток H + поступает в клетки, взамен из клеток выходит К + вызывая геперкалиемию .

Избыток К + усиленно выводится с мочой, что в течение 5-6 дней приводит к гипокалиемии .

II. Негазовый. Характеризуется накоплением нелетучих кислот (рСО 2 =↓,N, AB, SB, BB=↓ ).

1). Метаболический. Развивается при нарушениях тканевого метаболизма, которые сопровождаются избыточным образованием и накоплением нелетучих кислот или потерей оснований (рСО 2 =↓,N, АР = , AB, SB, BB=↓ ).

а). Кетоацидоз. При сахарном диабете, голодании, гипоксии, лихорадке и т.д.

б). Лактоацидоз. При гипоксии, нарушении функции печени, инфекциях и т.д.

в). Ацидоз. Возникает в результате накопления органических и неорганических кислот при обширных воспалительных процессах, ожогах, травмах и т.д.

При метаболическом ацидозе происходит накопление нелетучих кислот и снижение рН. Буферные системы, нейтрализуя кислоты, расходуются, в результате в крови снижается концентрация AB, SB, BB и повышается АР .

Н + нелетучих кислот при взаимодействии с НСО 3 - дают Н 2 СО 3 , которая распадается на Н 2 О и СО 2 , сами же нелетучие кислоты образуют с Na + бикарбонатов соли. Низкая рН и высокое рСО 2 стимулирует дыхание, в результате рСО 2 в крови нормализуется или снижается с развитием газового алкалоза.

Избыток Н + плазме крови перемещает внутрь клетки, а взамен из клетки выходит К + , в плазме крови возникает транзиторная гиперкалиемия , а клетках - гипокалигистия . К + интенсивно выводится с мочой. В течение 5-6 дней содержание К + в плазме нормализуется и затем становится ниже нормы (гипокалиемия ).

В почках усиливаются процессы ацидо-, аммониогенеза и восполнения дефицита бикарбоната плазмы. В обмен на НСО 3 - в мочу активно экскретируется Сl - , развивается гипохлоремия .

Клинические проявления метаболического ацидоза:

- расстройства микроциркуляции . Происходит уменьшение притока крови и развитие стаза под действием катехоламинов, изменяются реологические свойства крови, что способствует углублению ацидоза.

- повреждение и повышение проницаемости сосудистой стенки под влиянием гипоксии и ацидоза. При ацидозе повышается уровень кининов в плазме и внеклеточной жидкости. Кинины вызывают вазодилатацию и резко повышают проницаемость. Развивается гипотония. Описанные изменения в сосудах микроциркуляторного русла способствуют процессу тромбообразования и кровоточивости.

При рН крови менее 7,2 возникает снижение сердечного выброса .

- дыхание Куссмауля (компенсаторная реакция направленная на выделение избытка СО 2).

2. Выделительный. Развивается при нарушении процессов ацидо- и аммониогенеза в почках или при избыточной потере основных валентностей с каловыми массами.

а). Задержка кислот при почечной недостаточности (хронический диффузный гломерулонефрит, нефросклероз, диффузный нефрит, уремия). Моча нейтральная или щелочная.

б). Потеря щелочей: почечная (почечный канальцевый ацидоз, гипоксия, интоксикация сульфаниламидами), гастроэнтеральная (диарея, гиперсаливация).

3. Экзогенный.

Прием кислой пищи, лекарств (хлористого аммония; переливание больших количеств кровозамещающих растворов и жидкостей для парентерального питания, рН которых обычно <7,0) и при отравлениях (салицилаты, этанол, метанол, этиленгликоль, толуол и др.).

4. Комбинированный.

Например, кетоацидоз + лактоацидоз, метаболический + выделительный и т.д.

III. Смешанный (газовый + негазовый).

Возникает при асфиксии, сердечно-сосудистой недостаточности и т.д.

Алкалоз

1). усиленное выведение СО2, при активации внешнего дыхания (гипервентеляция легких при компенсаторной одышке, сопровождающей ряд заболеваний, в том… 2). Дефицит О2 во вдыхаемом воздухе вызывает гипервентеляцию легких и… Гипервентиляция приводит к снижению в крови рСО2 и повышению рН. Алкалоз ингибирует реабсорбцию в почках Na+,…

Негазовый алкалоз

Литература

1. Бикарбонаты сыворотки или плазмы /Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл // Биохимия человека: в 2-х томах. Т.2. Пер. с англ.: - М.: Мир, 1993. - с.370-371.

2. Буферные системы крови и кислотно-основное равновесие /Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин// Биологическая химия: Учебник /Под ред.акад. РАМН С.С. Дебова. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Медицина, 1990. - с.452-457.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ БИОХИМИЯ

(Водно-солевой обмен. Биохимия почек и мочи)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Рецензент: профессор Н.В. Козаченко

Утверждена на заседании кафедры пр.№ _____ от _______________2004 г.

Утверждена зав. кафедрой ________________________________________

Утверждена на МК медико-биологического и фармацевтического факультетов

пр.№ _____ от _______________2004 г.

Председатель________________________________________________

Водно-солевой обмен

Одним из наиболее часто нарушающихся при патологии видов обмена веществ является водно-солевой. Он связан с постоянным движением воды и минеральных веществ из внешней среды организма во внутреннюю, и наоборот.

В организме взрослого человека на воду приходится 2/3 (58- 67%) массы тела. Около половины ее объема сосредоточено в мышцах. Потребность в воде (человек ежесуточно получает до 2,5-3 л жидкости) покрывается за счет поступления ее в виде питья (700-1700 мл), преформированной воды, входящей в состав пищи (800-1000 мл), и воды, образующейся в организме при обмене веществ - 200-300 мл (при сгорании 100 г жиров, белков и углеводов образуется соответственно 107,41 и 55 г воды). Эндогенная вода в относительно большом количестве синтезируется при активации процесса окисления жиров, что наблюдается при различных, прежде всего пролонгированных стрессовых состояниях, возбуждении симпатико-адреналовой системы, разгрузочной диетотерапии (нередко используемой для лечения больных ожирением).

Благодаря постоянно происходящим обязательным водным потерям внутренний объем жидкости в организме сохраняется неизмененным. К числу таких потерь относят ренальные (1,5 л) и экстраренальные, связанные с выделением жидкости через желу-дочно-кишечный тракт (50-300 мл), дыхательные пути и кожу (850-1200 мл). В целом объем обязательных потерь воды составляет 2,5-3 л, во многом зависят от количества выводимых из организма шлаков.

Участие воды в процессах жизнедеятельности весьма разнообразно. Вода является растворителем многих соединений, непосредственным компонентом ряда физико-химических и биохимических превращений, транспортером эндо- и экзогенных веществ. Кроме того, она выполняет механическую функцию, ослабляя трение связок, мышц, поверхности хрящей суставов (тем самым облегчая их подвижность), участвует в терморегуляции. Вода поддерживает гомеостаз, зависящий от величины осмотического давления плазмы (изоосмия) и объема жидкости (изоволемия), функционирования механизмов регуляции кислотно-основного состояния, протекания процессов, обеспечивающих постоянство температуры (изотермию).

В организме человека вода пребывает в трех основных физико-химических состояниях, в соответствии с которыми выделяют: 1) свободную, или мобильную, воду (составляет основную часть внутриклеточной жидкости, а также крови, лимфы, интерстициальной жидкости); 2) воду, связанную гидрофильными коллоидами, и 3) конституциональную, входящую в структуру молекул белков, жиров и углеводов.

В организме взрослого человека массой 70 кг объем свободной воды и воды, связанной гидрофильными коллоидами, составляет примерно 60% массы тела, т.е. 42 л. Эта жидкость представлена внутриклеточной водой (на ее долю приходится 28 л, или 40% массы тела), составляющей внутриклеточный сектор, и внеклеточной водой (14 л, или 20% массы тела), образующей внеклеточный сектор. В состав последнего входит внутрисосудистая (интраваскулярная) жидкость. Этот внутрисосудистый сектор образован плазмой (2,8 л), на долю которой приходится 4-5% массы тела, и лимфой.

Интерстициальная вода включает в себя собственно межклеточную воду (свободную межклеточную жидкость) и организованную внеклеточную жидкость (составляющую 15-16% массы тела, или 10,5 л), т.е. воду связок, сухожилий, фасций, хрящей и т.д. Кроме того, к внеклеточному сектору относят воду, находящуюся в некоторых полостях (брюшной и плевральной полости, перикарда, суставов, желудочков мозга, камерах глаза и др.), а также в желудочно-кишечном тракте. Жидкость этих полостей не принимает активного участия в метаболических процессах.

Вода человеческого организма не застаивается в различных его отделах, а постоянно движется, непрерывно обмениваясь с другими секторами жидкости и с внешней средой. Передвижение воды во многом осуществляется благодаря выделению пищеварительных соков. Так, со слюной, с соком поджелудочной железы в кишечную трубку направляется около 8 л воды в сутки,ноэта вода вследствие всасывания в более низких участках пищеварительного тракта практически не теряется.

Жизненно необходимые элементы подразделяются на макроэлементы (суточная потребность >100 мг) и микроэлементы (суточная потребность <100 мг). К макроэлементам относятся натрий (Na), калий (К), кальций (Ca), магний (Мg), хлор (Cl), фосфор (Р), сера (S) и иод (I). К жизненно важным микроэлементам, необходимым лишь в следовых количествах, относятся железо (Fe), цинк (Zn), марганец (Μn), медь (Cu), кобальт (Со), хром (Сr), селен (Se) и молибден (Мо). Фтор (F) не принадлежит к этой группе, однако он необходим для поддержания в здоровом состоянии костной и зубной ткани. Вопрос относительно принадлежности к жизненно важным микроэлементам ванадия, никеля, олова, бора и кремния остается открытым. Такие элементы принято называть условно эссенциальными.

В таблице 1 (колонка 2) приведено среднее содержание минеральных веществ в организме взрослого человека (в расчете на массу 65 кг).Среднесуточная потребность взрослого человека в указанных элементах приведена в колонке 4. У детей и женщин в период беременности и кормления ребенка, а также у больных потребность в микроэлементах обычно выше.

Так как многие элементы могут запасаться в организме, отклонение от суточной нормы компенсируется во времени. Кальций в форме апатита запасается в костной ткани, иод - в составе тиреоглобулина в щитовидной железе, железо - в составе ферритина и гемосидерина в костном мозге, селезенке и печени. Местом хранения многих микроэлементов служит печень.

Обмен минеральных веществ контролируется гормонами. Это относится, например, к потреблению Н 2 О, Ca 2+ , PO 4 3- , связыванию Fe 2+ , I - , экскреции H 2 O, Na + , Ca 2+ , PO 4 3- .

Количество минеральных веществ, абсорбированных из пищи, как правило, зависит от метаболических потребностей организма и в ряде случаев от состава пищевых продуктов. В качестве примера влияния состава пищи можно рассмотреть кальций. Всасыванию ионов Ca 2+ способствуют молочная и лимонная кислоты, в то время как фосфат-ион, оксалат-ион и фитиновая кислота ингибируют всасывание кальция из-за комплексообразования и образования плохо растворимых солей (фитин).

Дефицит минеральных веществ - явление не столь редкое: оно возникает по различным причинам, например из-за однообразного питания, нарушения усвояемости, при различных заболеваниях. Недостаток кальцияможет наступить в период беременности, а также при рахите или остеопорозе. Хлородефицит наступает из-за большой потери ионов Сl - при сильной рвоте.

Из-за недостаточного содержания иода в пищевых продуктах во многих районах Центральной Европы распространенным явлением стали иододефицитные состояния и зобная болезнь. Дефицит магния может возникать из-за диареи или из-за однообразного питания при алкоголизме. Недостаток в организме микроэлементов часто проявляется нарушением кроветворения, т. е. анемией.

В последней колонке перечислены функции, выполняемые в организме указанными минеральными веществами. Из данных таблицы видно, что почти все макроэлементы функционируют в организме как структурные компоненты и электролиты. Сигнальные функции выполняют иод (в составе иодтиронина) и кальций. Большинство микроэлементов являются кофакторами белков, главным образом ферментов. В количественном отношении в организме преобладают железосодержащие белки гемоглобин, миоглобин и цитохром, а также более 300 цинксодержащих белков.

Таблица 1

Похожая информация.

Значение темы: Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма. Важнейшие параметры водно-солевого гомеостаза – осмотическое давление, рН и объем внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Изменение этих параметров может привести к изменению артериального давления, ацидозу или алкалозу, дегидратации и отекам тканей. Основные гормоны, участвующие в тонкой регуляции водно-солевого обмена и действующие на дистальные канальцы и собирательные трубочки почек: антидиуретический гормон, альдостерон и натриуретический фактор; ренин-ангиотензивная система почек. Именно в почках происходит окончательное формирование состава и объема мочи, обеспечивающее регуляцию и постоянство внутренней среды. Почки отличаются интенсивным энергетическим обменом, что связано с необходимостью активного трансмембранного транспорта значительных количеств веществ при образовании мочи.

Биохимический анализ мочи дает представление о функциональном состоянии почек, обмена веществ в различных органах и организме в целом, способствует выяснению характера патологического процесса, позволяет судить об эффективности проводимого лечения.

Цель занятия: изучить характеристику параметров водно-солевого обмена и механизмы их регуляции. Особенности метаболизма в почках. Научиться проводить и оценивать биохимический анализ мочи.

Студент должен знать:

1. Механизм образования мочи: клубочковая фильтрация, реабсорбция и секреция.

2. Характеристика водных компартментов организма.

3. Основные параметры жидкой среды организма.

4. Чем обеспечивается постоянство параметров внутриклеточной жидкости?

5.Системы (органы, вещества), обеспечивающие постоянство внеклеточной жидкости.

6.Факторы (системы), обеспечивающие осмотическое давление внеклеточной жидкости и его регуляцию.

7. Факторы (системы), обеспечивающие постоянство объема внеклеточной жидкости и его регуляцию.

8. Факторы (системы), обеспечивающие постоянство кислотно-щелочного состояния внеклеточной жидкости. Роль почек в этом процессе.

9. Особенности метаболизма в почках: высокая активность обмена веществ, начальный этап синтеза креатина, роль интенсивного глюконеогенеза (изоферменты), активация витамина Д3.

10. Общие свойства мочи (количество за сутки –диурез, плотность, цвет, прозрачность), химический состав мочи. Патологические компоненты мочи.

Студент должен уметь:

1.Провести качественное определение основных компонентов мочи.

2.Оценить биохимический анализ мочи.

Студент должен владеть информацией: о некоторых патологических состояниях, сопровождающихся изменением биохимических параметров мочи (протеинурия, гематурия, глюкозурия, кетонурия, билирубинурия, порфиринурия); Принципами планирования лабораторного исследования мочи и анализа результатов для постановки предварительного заключения о биохимических сдвигах на основании результатов лабораторного обследования.

1.Строение почки, нефрона.

2. Механизмы формирования мочи.

Задания для самоподготовки:

1. Обратитесь к курсу гистологии. Вспомните строение нефрона. Отметьте проксимальный каналец, дистальный извитой каналец, собирательную трубку, сосудистый клубочек, юкстагломерулярный аппарат.

2. Обратитесь к курсу нормальной физиологии. Вспомните механизм образования мочи: фильтрация в клубочках, реабсорбция в канальцах с образованием вторичной мочи и секреция.

3. Регуляция осмотического давления и объема внеклеточной жидкости связана с регуляцией, главным образом, содержания ионов натрия и воды во внеклеточной жидкости.

Назовите гормоны, участвующие в этой регуляции. Опишите их эффект по схеме: причина секреции гормона; орган (клетки) –мишени; механизм их действия в этих клетка; конечный эффект их действия.

Проверьте свои знания:

А.Вазопрессин (все верно, кроме одного):

а. синтезируется в нейронах гипоталамуса; б. секретируется при повышении осмотического давления; в. увеличивает скорость реабсорбции воды из первичной мочи в почечных канальцах; г. увеличивает реабсорбцию в почечных канальцах ионов натрия; д. снижает осмотическое давление е. моча становится более концентрированной.

Б. Альдостерон (все верно, кроме одного):

а. синтезируется в коре надпочечников; б. секретируется при снижении концентрации ионов натрия в крови; в. в почечных канальцах увеличивает реабсорбцию ионов натрия; г. моча становится более концетрированной.

д. главным механизмом регуляции секреции аренин-ангиотензивная система почек.

В. Натриуретический фактор (все верно, кроме одного):

а. синтезируется в основ клетками предсердия; б. стимул секреции – повышение артериального давления; в. усиливает фильтрующую способность клубочков; г. увеличивает образование мочи; д. моча становится менее концентрированной.

4. Составьте схему, иллюстрирующую роль ренин-ангиотензивной системы в регуляции секреции альдостерона и вазопрессина.

5. Постоянство кислотно-основного равновесия внеклеточной жидкости поддерживается буферными системами крови; изменением легочной вентиляции и скорости выделения почками кислот(Н+).

Вспомните буферные системы крови (основная бикарбонатная)!

Проверьте свои знания:

Пища животного происхождения имеет кислый характер (преимущественнонно за счет фосфатов, в отличие от пищи растительного происхождения). Как изменится рН мочи у человека, использующего преимущественно пищу животного происхождения:

а. ближе к рН 7,0; б.рН около 5.; в. рН около 8,0.

6. Ответьте на вопросы:

А. Чем объяснить высокую долю кислорода, потребляемую почками (10%);

Б. Высокую интенсивность глюконеогенеза;??????????

В. Роль почек в обмене кальция.

7. Одна из главных задач нефронов реабсорбировать из крови полезные вещества в нужном количестве и удалить из крови конечные продукты обмена.

Составьте таблицу Биохимические показатели мочи:

Аудиторная работа.

Лабораторная работа:

Провести ряд качественных реакций в пробах мочи разных пациентов. Сделать заключение о состоянии обменных процессов по результатам биохимического анализа.

Определение рН.

Ход работы: На середину индикаторной бумаги наносят 1-2 капли мочи и по изменению цвета одной из окрашенных полосок, совпадающему с окраской контрольной полосы, устанавливают рН исследуемой мочи. В норме рН 4,6 – 7,0

2. Качественная реакция на белок . Нормальная моча белка не содержит (следовые количества не открываются обычными реакциями). При некоторых патологических состояниях в моче может появиться белок – протеинурия.

Ход работы : К 1-2 мл мочи добавить 3-4 капли свежеприготовленного 20% раствора сульфасалициловой кислоты. При наличии белка появляется белый осадок или муть.

3. Качественная реакция на глюкозу (реакция Фелинга).

Ход работы: К 10 каплям мочи прибавить 10 капель реактива Фелинга. Нагреть до кипения. При наличии глюкозы появляется красное окрашивание. Результаты сравнить с нормой. В норме в моче следовые количества глюкозы качественными реакциями не обнаруживается. Принято считать в норме глюкозы в моче нет. При некоторых патологических состояниях в моче появляется глюкоза- глюкозурия.

Определение можно провести с помощью тест-полоски (индикаторной бумаги)/

Обнаружение кетоновых тел

Ход работы: На предметное стекло нанести каплю мочи, каплю 10% раствора едкого натрия и каплю свежеприготовленного 10% раствора нитропруссида натрия. Появляется красное окрашивание. Прилить 3 капли концентрированной уксусной кислоты – появляется вишневое окрашивание.

В норме кетоновые тела в моче отсутствуют. При некоторых патологических состояниях в моче появляется кетоновые тела – кетонурия.

Самостоятельно решить задачи, ответить на вопросы:

1. Увеличилось осмотическое давление внеклеточной жидкости. Опишите, в виде схемы, последовательность событий, которые приведут к его снижению.

2. Как изменится продукция альдостерона, если избыточная продукция вазопрессина приведет к значительному снижению осмотического давления.

3. Изложите последовательность событий (в виде схемы), направленных на восстановление гомеостаза при снижении концентрации хлорида натрия в тканях.

4. У пациента сахарный диабет, который сопровождается кетонемией. Как главная буферная система крови – бикарбонатная - ответит на изменение кислотно-основного равновесия? Какова роль почек в восстановлении КОС? Изменится ли рН мочи у данного пациента.

5.Спортсмен, готовясь к соревнованиям, проходит усиленную тренировку. Как измениться скорость глюконеогенеза в почках (ответ аргументировать)? Возможно ли изменение рН мочи у спортсмена; ответ аргументировать)?

6. У пациента отмечены признаки нарушения метаболизма в костной ткани, что отражается и на состоянии зубов. Уровень кальцитонина и паратгормона в пределах физиологической нормы. Пациент получает витамин Д (холекальциферол) в необходимых количествах. Сделайте предположение о возможной причине нарушения метаболизма.

7. Рассмотрите стандартный бланк «Общий анализ мочи» (многопрофильная клиника ТюмГМА) и умейте объяснить физиологическую роль и диагностическое значение биохимических компонентов мочи, определяемых в биохимических лабораториях. Запомните биохимические показатели мочи в норме.

Занятие 27. Биохимия слюны.

Значение темы: В полости рта сочетаются различные ткани и обитают микроорганизмы. Они находятся во взаимосвязи и определенном постоянстве. И в поддержании гомеостаза ротовой полости, и организма в целом, важнейшая роль принадлежит ротовой жидкости и, конкретно, слюне. Полость рта, как начальный отдел пищеварительного тракта, является местом первого контакта организма с пищей, лекарственными веществами и другими ксенобиотиками, микроорганизмами. Формирование,состояние и функционирование зубов и слизистой оболочки полости рта также во многом определяется химическим составом слюны.

Слюна выполняет несколько функций, определяемых физико-химическими свойствами и составом слюны. Знание химического состава слюны, функций, скорости слюноотделения, взаимосвязи слюны с болезнями полости рта способствует выявлению особенностей патологических процессов и поиску новых эффективных средств профилактики стоматологических заболеваний.

Некоторые биохимические показатели чистой слюны коррелируются с биохимическими показателями плазмы крови, в связи с этим анализ слюны является удобным неинвазивным методом, используемый в последние годы для диагностики стоматологических и соматических заболеваний.

Цель занятия: Изучить физико-химические свойства, составные компоненты слюны, обуславливающие ее основные физиологические функции. Ведущие факторы, ведущие к развитию кариеса,отложению зубного камня.

Студент должен знать:

1 . Железы, секретирующие слюну.

2.Структура слюны (мицеллярное строение).

3. Минерализующая функция слюны и факторы, обуславливающие и влияющие на эту функции: перенасыщенность слюны; объем и скорость сальвации; рН.

4. Защитная функция слюны и компоненты системы, обуславливающие эту функцию.

5. Буферные системы слюны. Показатели рН в норме. Причины нарушения КОС (кислотно-основное состояние) в полости рта. Механизмы регуляции КОС в полости рта.

6. Минеральный состав слюны и в сравнении с минеральным составом плазмы крови. Значение компонентов.

7. Характеристика органических компонентов слюны, специфические для слюны компоненты, их значение.

8. Пищеварительная функция и факторы, ее обуславливающие.

9. Регуляторная и выделительная функции.

10. Ведущие факторы, ведущие к развитию кариеса,отложению зубного камня.

Студент должен уметь:

1. Различать понятия «собственно слюна или слюна», «десневая жидкость», «ротовая жидкость».

2. Уметь объяснить степень изменения резистентности к кариесу при изменении рН слюны, причины изменения рН слюны.

3. Собрать смешанную слюну для анализа и провести анализ химического состава слюны.

Студент должен владеть: информацией о современных представлениях о слюне как объекте неинвазивных биохимических исследований в клинической практике.

Сведения из базовых дисциплин, необходимые для изучения темы:

1. Анатомия и гистология слюнных желез; механизмы слюноотделения и его регуляция.

Задания для самоподготовки:

Изучите материал темы в соответствии с целевыми вопросами («студент должен знать») и письменно выполните следующие задания:

1.Запишите факторы, определяющие регуляцию слюноотделения.

2.Изобразите схематично мицеллу слюны.

3. Составьте таблицу: Минеральный состав слюны и плазмы крови в сравнении.

Изучите значение перечисленных веществ. Запишите иные неорганические вещества, содержащиеся в слюне.

4. Составьте таблицу: Основные органические компоненты слюны и их значение.

6. Запишите факторы, ведущие к снижению и повышению резистентности

(соответственно) к кариесу.

Аудиторная работа

Лабораторная работа: Качественный анализ химического состава слюны

Первые живые организмы появились в воде около 3 млрд лет тому назад, и до настоящего времени вода является главнейшим биорастворителем.

Вода - жидкая среда, которая является главным компонентом живого организма, обеспечивающая его жизненно важные физико-химические процессы: осмотическое давление, величину pH, минеральный состав. Вода составляет в среднем 65% общей массы тела взрослого животного и более 70% новорожденного. Более половины количества этой воды находится внутри клеток организма. Учитывая очень малую молекулярную массу воды, рассчитано, что около 99% всех молекул в клетке являются молекулами воды (Бохински Р., 1987).

Высокая теплоемкость воды (требуется 1 кал на нагревание 1 г воды на 1°С) позволяет организму поглощать значительное количество тепла без существенного повышения внутренней температуры. За счет высокой теплоты испарения воды (540 кал/г) организм рассеивает часть тепловой энергии, избегая перегрева.

Для молекул воды характерна сильная поляризация. В молекуле воды каждый атом водорода образует электронную пару с центральным атомом кислорода. Поэтому молекула воды имеет два постоянных диполя, так как высокая электронная плотность вблизи кислорода придает ему отрицательный заряд, тогда как каждый атом водорода характеризуется пониженной электронной плотностью и несет частичный положительный заряд. В результате возникают электростатические связи между атомом кислорода одной молекулы воды и водородом другой молекулы, получившие название водородных связей. Эта структура воды объясняет ее высокие значения теплоты испарения и температуры кипения.

Водородные связи сравнительно слабые. Их энергия диссоциации (энергия разрыва связи) в жидкой воде равна 23 кДж/моль, по сравнению с 470 кДж для ковалентной связи О-Н в молекуле воды. Время существования водородной связи составляет от 1 до 20 пикосекунд (1 пикосекунда = 1(Г 12 с). Однако водородные связи не являются уникальными для воды. Они могут возникать и между атомом водорода и азота в других структурах.

В состоянии льда каждая молекула воды образует максимально четыре водородные связи, формируя кристаллическую решетку. Напротив, в жидкой воде при комнатной температуре каждая молекула воды имеет водородные связи в среднем с 3-4 другими молекулами воды. Эта кристаллическая решетка льда делает его менее плотным, чем жидкая вода. Поэтому лед плавает на поверхности жидкой воды, оберегая ее от замерзания.

Таким образом, водородные связи между молекулами воды обеспечивают связующие силы, которые сохраняют воду в форме жидкости при комнатной температуре и трансформируют молекулы в кристаллы льда. Отметим, что, помимо водородных связей, для биомолекул характерными являются другие типы нековалентных связей: ионные, гидрофобные, вандерва- альсовы силы, которые индивидуально являются слабыми, но совместно оказывают сильное влияние на структуры белков, нуклеиновых кислот, полисахариды и мембраны клеток.

Молекулы воды и продукты их ионизации (Н + и ОН) оказывают выраженное влияние на структуры и свойства компонентов клеток, включая нуклеиновые кислоты, белки, жиры. Помимо стабилизации структуры белков и нуклеиновых кислот, водородные связи участвуют в биохимической экспрессии генов.

Как основа внутренней среды клеток и тканей, вода определяет их химическую активность, являясь уникальным растворителем различных веществ. Вода повышает устойчивость коллоидных систем, участвует в многочисленных реакциях гидролиза и гидрирования в процессах окисления. Вода поступает в организм с кормами и питьевой водой.

Многие метаболические реакции в тканях приводят к образованию воды, которая получила название эндогенной (8-12% от общего количества жидкости организма). Источниками эндогенной воды организма в первую очередь служат жиры, углеводы, белки. Так окисление 1 г жиров, углеводов и белков приводит к образованию 1,07; 0,55 и 0,41 г воды соответственно. Поэтому животные в условиях пустыни могут обходиться какое-то время без приема воды (верблюды даже достаточно долго). Собака погибает без приема воды через 10 дней, а без кормов - через несколько месяцев. Потеря 15-20% воды организмом влечет за собой смерть животного.

Низкая вязкость воды определяет постоянное перераспределение жидкости внутри органов и тканей организма. Вода поступает в желудочно-кишечный тракт, а затем почти все количество этой воды всасывается обратно в кровь.

Транспорт воды через клеточные мембраны осуществляется быстро: спустя 30-60 мин после приема воды животным наступает новое осмотическое равновесие между внеклеточной и внутриклеточной жидкостью тканей. Объем внеклеточной жидкости имеет большое влияние на кровяное давление; увеличение или уменьшение объема внеклеточной жидкости приводит к нарушениям циркуляции крови.

Повышение количества воды в тканях (гипергидрия) имеет место при положительном водном балансе (избыток поступления воды при нарушении регуляции водно-солевого обмена). Гипергидрия приводит к скоплению жидкости в тканях (отеки). Обезвоживание организма отмечают при недостатке питьевой воды или при избыточности потери жидкости (диарея, кровотечение, усиленное потоотделение, гипервентиляция легких). Потеря воды животным происходит за счет поверхности тела, системы пищеварения, дыхания, мочевого тракта, молока у лактирующих животных.

Обмен воды между кровью и тканями происходит за счет разности гидростатического давления в артериальной и венозной кровеносной системе, а также и за счет разности онкоти- ческого давления в крови и тканях. Вазопрессин, гормон задней доли гипофиза, удерживает воду в организме за счет обратного всасывания ее в почечных канальцах. Альдостерон, гормон коры надпочечников, обеспечивает задержку натрия в тканях, а вместе с ним сохраняется вода. Потребность животного в воде составляет в среднем 35-40 г на кг массы тела в сутки.

Отметим, что химические вещества в организме животного находятся в ионизированной форме, в виде ионов. Ионы, в зависимости от знака заряда, относятся к анионам (отрицательно заряженный ион) или к катионам (положительно заряженный ион). Элементы, которые диссоциируют в воде, образуя анионы и катионы, классифицируются как электролиты. Соли щелочных металлов (NaCl, КС1, NaHC0 3), соли органических кислот (лактат натрия, например) при растворении в воде диссоциируют полностью и являются электролитами. Легко растворяющиеся в воде сахара и спирты не диссоциируют в воде и не несут заряда, поэтому рассматриваются как неэлектролиты. Сумма анионов и катионов в тканях организма в целом одинакова.

Ионы диссоциирующих веществ, обладая зарядом, ориентируются вокруг диполей воды. Вокруг катионов диполи воды располагаются своими отрицательными зарядами, а анионы окружаются положительными зарядами воды. При этом возникает явление электростатической гидратации. По причине гидратации эта часть воды в тканях находится в связанном состоянии. Другая часть воды связана с различными клеточными органеллами, составляя так называемую иммобильную воду.

Ткани организма включают 20 обязательных из всех природных химических элементов. Углерод, кислород, водород, азот, сера являются незаменимыми компонентами биомолекул, из которых по массе преобладает кислород.

Химические элементы в организме формируют соли (минералы) и входят в состав биологически активных молекул. Биомолекулы имеют низкую молекулярную массу (30-1500) или являются макромолекулами (белки, нуклеиновые кислоты, гликоген), молекулярные массы которых составляют миллионы единиц. Отдельные химические элементы (Na, К, Са, S, Р, С1) составляют в тканях около 10 " 2 % и более (макроэлементы), тогда как другие (Fe, Со, Си, Zn, J, Se, Ni, Мо), например, присутствуют в значительно меньших количествах - 10" 3 -10~ 6 % (микроэлементы). В организме животного минеральные вещества составляют 1-3% от общей массы тела и распределяются чрезвычайно неравномерно. В отдельных органах содержание микроэлементов может быть значительным, например йод в щитовидной железе.

После абсорбции минералов в большей мере в тонком кишечнике они поступают в печень, где некоторые из них депонируются, а другие распределяются по различным органам и тканям организма. Выделяются минеральные вещества из организма главным образом в составе мочи и каловых масс.

Обмен ионами между клетками и межклеточной жидкостью происходит на основе как пассивного, так и активного транспорта через полупроницаемые мембраны. Возникающее осмотическое давление обусловливает тургор клеток, поддерживая эластичность тканей и форму органов. Активный транспорт ионов или передвижение их в среду с меньшей концентрацией (против осмотического градиента) требует затрат энергии молекул АТФ. Активный транспорт ионов характерен для ионов Na + , Са 2 ~ и сопровождается усилением окислительных процессов, генерирующих АТФ.

Роль минеральных веществ заключается в поддержании определенного осмотического давления плазмы крови, кислотно-щелочного равновесия, проницаемости различных мембран, регуляции активности ферментов, сохранении структур биомолекул, включая белки и нуклеиновые кислоты, в поддержании моторной и секреторной функции пищеварительного тракта. Поэтому при многих нарушениях функций пищеварительного тракта животного рекомендуются в качестве лечебных средств различные составы минеральных солей.

Важным является как абсолютное количество, так и должное соотношение в тканях между определенными химическими элементами. В частности, оптимальное соотношение в тканях Na:K:Cl составляет в норме 100:1:1,5. Выраженной особенностью является «асимметрия» в распределении ионов солей между клеткой и внеклеточной средой тканей организма.