Поддержание одной из сторон гомеостаза - водно-электролитного баланса организма осуществляется с помощью нейроэндокринной регуляции. Высший вегетативный центр жажды располагается в вентромедиальном отделе гипоталамуса. Регуляция выделения воды и электролитов осуществляется преимущественно путем нейрогуморального контроля функции почек. Особую роль в этой системе играют два тесно связанных между собой нейрогормональных механизма - секреция альдостерона и (АДГ). Главным направлением регулирующего действия альдостерона служит его тормозящие влияние на все пути выделения натрия и, прежде всего на канальцы почек (антинатриуремическое действие). АДГ поддерживает баланс жидкости, непосредственно препятствуя выделению воды почками (антидиуретическое действие). Между деятельности альдостеронового и антидиуретического механизмов существует постоянная, тесная взаимосвязь. Потеря жидкостей стимулирует через волюморецепторы секрецию альдостерона, в результате чего происходит задержка натрия и повышение концентрации АДГ. Эффекторным органом обеих систем являются почки.
Степень потери воды и натрия определяют механизмы гуморальной регуляции водно-солевого обмена: антидиуретический гормон гипофиза, вазопрессин и надпочечниковый гормон альдостерон, воздействующие на наиболее важный орган для подтверждения постоянства водно-солевого баланса в организме, какими являются почки. АДГ образуется в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса. По портальной системе гипофиза этот пептид попадает в заднюю долю гипофиза, концентрируется там и выделяется в кровь под влиянием нервных импульсов, поступающих в гипофиз. Мишенью АДГ является стенка дистальных канальцев почек, где он усиливает выработку гиалуронидазы, которая деполимеризует гиалуроновую кислоту, тем самым повышает проницаемость стенок сосудов. Вследствие этого вода из первичной мочи пассивно диффундирует в клетки почек в силу осмотического градиента между гиперосмотической межклеточной жидкостью организма и гипоосмолярной мочой. Почки за сутки пропускают через свои сосуды примерно 1000 л крови. 180 л первичной мочи фильтруется через клубочки почек, но лишь 1% жидкости, профильтрованной почками, превращается в мочу, 6/7 жидкости, составляющей первичную мочу, подвергается обязательной реабсорбции вместе с другими растворенными в ней веществами в проксимальных канальцах. Остальная вода первичной мочи подвергается реабсорбции в дистальных канальцах. В них осуществляется формирование первичной мочи по объему и составу.
Во внеклеточной жидкости осмотическое давление регулируют почки, которые могут выделять мочу с концентрацией хлорида натрия от следовой до 340 ммоль/л. При выделении мочи, бедной хлоридом натрия, осмотическое давление из-за задержки соли будет возрастать, а при быстром выделении соли – падать.
Концентрация мочи контролируется гормонами: вазопрессин (антидиуретический гормон), усиливая обратное всасывание воды, повышает концентрацию соли в моче, альдостерон стимулирует обратное всасывание натрия. Продукция и секреция этих гормонов зависит от осмотического давления и концентрации натрия во внеклеточной жидкости. При снижении концентрации соли в плазме увеличивается продукция альдостерона и задержка натрия возрастает, при повышении – увеличивается продукция вазопрессина, а продукция альдостерона падает. Это увеличивает реабсорбцию воды и потери натрия, способствует уменьшению осмотического давления. Кроме того, рост осмотического давления вызывает жажду, что увеличивает потребление воды. Сигналы для образования вазопрессина и ощущение жажды инициируют осморецепторы гипоталамуса.
Регуляция клеточного объема и концентрации ионов внутри клеток - это энергозависимые процессы, включающие активный транспорт натрия и калия через клеточные мембраны. Источником энергии для систем активного транспорта, как практически при любых энергетических затратах клетки, является обмен АТФ. Ведущий фермент - натрий-калиевая АТФ-аза - дает клеткам возможность перекачивать натрий и калий. Этому ферменту необходим магний, а, кроме того, для максимальной активности требуется одновременное присутствие как натрия, так и калия. Одним из следствий существования различных концентраций калия и других ионов на противоположных сторонах клеточной мембраны является генерация разности электрических потенциалов на мембране.
На обеспечение работы натриевого насоса расходуется до 1/3 общей энергии, запасенной клетками скелетных мышц. При гипоксии или вмешательстве любых ингибиторов в метаболизм клетка набухает. Механизм набухания, заключается в поступление ионов натрия и хлора в клетку; это приводит к возрастанию внутриклеточной осмолярности, что в свою очередь увеличивает содержание воды, ибо она следует за растворенным веществом. Одновременная потеря калия не эквивалентна поступлению натрия, и поэтому итогом будет повышение содержания воды.
Эффективная осмотическая концентрация (тоничность, осмолярность) внеклеточной жидкости изменяется практически параллельно концентрации в ней натрия, который вместе со своими анионами обеспечивает не менее 90% ее осмотической активности. Колебания (даже в патологических условиях) калия и кальция не превышают нескольких миллиэквивалентов на 1л и не отражаются существенно на величине осмотического давления.
Гипоэлектролитемией (гипоосмией, гипоосмолярностью, гипотоничностью) внеклеточной жидкости называют падение осмотической концентрации ниже 300 мосм/л. Это соответствует снижению концентрации натрия ниже 135 ммоль/л. Гиперэлектролитемией (гиперосмолярностью, гипертоничностью) называют превышение осмотической концентрации 330 мосм/л и концентрацией натрия 155 ммоль/л.
Большие колебания объемов жидкости в секторах организма обусловлены сложными биологическими процессами, подчиняющимися физико-химическим законам. При этом большое значение имеет принцип электронейтральности, заключающийся в том, что сумма положительных зарядов во всех водных пространствах равна сумме отрицательных зарядов. Постоянно возникающие изменения концентрации электролитов в водных средах сопровождаются изменением электропотенциалов с последующим восстановлением. При динамическом равновесии образуются стабильные концентрации катионов и анионов по обе стороны биологических мембран. Однако, необходимо отметить, что электролиты - не единственные осмотически активные компоненты жидкой среды организма, поступающие с пищей. Окисление углеводов и жиров обычно приводят к образованию углекислого газа и воды, которые могут просто выделяться легкими. При окислении аминокислот образуется аммиак и мочевина. Превращение аммиака в мочевину обеспечивает организм человека одним из механизмов детоксикации, но при этом летучие соединения, потенциально удаляемые легкими, превращаются в нелетучие, которые должны уже выводиться почками.
Обмен воды и электролитов, питательных веществ, кислорода и двуокиси углерода и других конечных продуктов метаболизма, в основном, происходит за счет диффузии. Капиллярная вода несколько раз в секунду обменивается с интерстициальной тканью водой. Благодаря растворимости в липидах кислород и двуокись углерода свободно диффундируют через все капиллярные мембран; в то же время вода и электролиты, как полагают проходят через мельчайшие поры эндотелиальной мембраны.
7. Принципы классификации и основные виды расстройств водного обмена.
Необходимо отметить, что единой общепринятой классификации нарушений водно-электролитного баланса не существует. Все виды нарушений в зависимости от изменения объема воды принято делить: с увеличением объема внеклеточной жидкости - водный баланс положительный (гипергидратация и отеки); с уменьшением объема внеклеточной жидкости – отрицательный водный баланс (дегидратация). Гамбиргер и соавт. (1952) предложили подразделять каждую из этих форм на экстра- и интерцеллюлярную. Избыток и уменьшение общего количества воды рассматривают всегда в связи с концентрацией натрия во внеклеточной жидкости (осмолярностью ее). В зависимости от изменения осмотической концентрации гипер- и дегидратацию подразделяют на три вида: изоосмолярную, гипоосмолярную и гиперосмолярную.
Избыточное накопление воды в организме (гипергидратация, гипергидрия).
Изотоническая гипергидратация представляет собой увеличение внеклеточного объема жидкости без нарушения осмотического давления. При этом перераспределение жидкости между внутри- и внеклеточным секторами не происходит. Увеличение общего объема воды в теле совершается за счет внеклеточной жидкости. Такое состояние может быть результатом сердечной недостаточности, гипопротеинемии при нефротическом синдроме, когда объем циркулирующей крови остается постоянным за счет перемещения жидкой части в интерстициальный сегмент (появляются пальпируемые отеки конечностей, может развиться отек легких). Последнее может явиться тяжелым осложнением, связанным с парентеральным введением жидкости в терапевтических целях, вливание больших количеств физиологического или Рингеровского раствора в эксперименте или больным в послеоперационном периоде.
Гипоосмолярная гипергидратация , или водное отравление обусловлено избыточным накопление воды без соответствующей задержки электролитов, нарушением выведения жидкости из-за почечной недостаточности или неадекватной секреции антидиуретического гормона. В эксперименте это нарушение можно воспроизвести путем перитонеального диализа гипоосмотического раствора. Водное отравление у животных легко развивается также при нагрузке водой после введения АДГ или удалении надпочечников. У здоровых животных водная интоксикация наступала через 4-6 часов после приема внутрь воды по 50 мл/кг через каждые 30 минут. Возникают рвота, тремор, клонические и тонические судороги. Концентрация электролитов, белков и гемоглобина в крови при этом резко снижается, объем плазмы возрастает, реакция крови не изменяется. Продолжение инфузии может привести к развитию коматозного состояния и к гибели животных.
При водном отравлении падает осмотическая концентрация внеклеточной жидкости благодаря ее разведению избытком воды, возникает гипонатриемия. Осмотический градиент между «интерстицием» и клетками обуславливает передвижение части межклеточной воды в клетки и набухание их. Объем клеточной воды может повышаться на 15%.
В клинической практике с явлениями водной интоксикации встречаются в тех случаях, когда поступление воды превосходит способность почек к ее выделению. После введения больному 5 и более литров воды в день наступают головные боли, апатия, тошнота и судороги в икрах. Отравление водой может возникать при избыточном ее потреблении, когда имеет место повышенная продукция АДГ и олигоурия. После травм, при больших хирургических операциях, потери крови, введения анестетиков, особенно морфина, обычно не менее 1-2 суток длится олигоурия. Водное отравление может возникать в результате внутривенного вливания больших количеств изотонического раствора глюкозы, которая быстро потребляется клетками, причем концентрация введенной жидкости падает. Опасно также введение больших количеств воды при ограничении функции почек, которая бывает при шоке, почечных заболеваниях с анурией и олигоурией, лечении препаратами АДГ несахарного диабета. Опасность водной интоксикации возникает при избыточном введении воды без солей во время лечения токсикоза, в связи с поносом грудных детей. Избыточное обводнение иногда бывает при часто повторяемых клизмах.
Терапевтические воздействия при состояниях гипоосмолярной гипергидрии должны быть направлены на устранения избытка воды и на восстановление осмотической концентрации внеклеточной жидкости. Если избыток был связан с чрезмерно большим введением воды больному с явлениями анурии, быстрый терапевтический эффект дает применение искусственной почки. Восстановление нормального уровня осмотического давления путем введения соли допустимо лишь при снижении общего количества соли в организме и при явных признаках водного отравления.
Гиперосомлярная гипергидратация проявляется увеличением объема жидкости во внеклеточном пространстве с одновременным ростом осмотического давления за счет гипернатриемии. Механизм развития нарушений таков: задержка натрия не сопровождается задержкой воды в адекватном объеме, внеклеточная жидкость оказывается гипертонической, и вода из клеток движется во внеклеточные пространства до момента осмотического равновесия. Причины нарушения многообразны: синдром Кушинга или Кона, питье морской воды, черепно-мозговая травма. Если состояние гиперосмолярной гипергидратации сохраняется долго, может наступить гибель клеток центральной нервной системы.
Обезвоживания клеток в условиях эксперимента наступает при введении гипертонических растворов электролитов в объемах, превышающих возможность достаточно быстрого выделения их почками. У человека подобное расстройство наступает при вынужденном питье морской воды. Происходит передвижение воды из клеток во внеклеточное пространство, ощущаемое как тяжелое чувство жажды. В некоторых случаях, гиперосмолярная гипергидрия сопровождает развитие отеков.
Уменьшение общего объема воды (обезвоживание, гипогидрия, дегидратация, эксикоз) происходит также с понижением или с повышением осмотической концентрации внеклеточной жидкости. Опасность обезвоживания состоит в угрозе сгущения крови. Серьезные симптомы дегидратации возникают после потери около одной трети внеклеточной воды.
Гипоосмолярная дегидратация развивается в тех случаях, когда организм теряет много жидкости, содержащей электролиты, а возмещение потери происходит меньшим объемом воды без введения соли. Такое состояние бывает при повторной рвоте, поносе, усиленном потоотделении, гипоальдостеронизме, полиурии (несахарный и сахарный диабет), если потеря воды (гипотонических растворов) частично пополняется питьем без соли. Из гипоосмотического внеклеточного пространства часть жидкости устремляется в клетки. Таким образом, эксикоз, развивающийся вследствие солевой недостаточности, сопровождается внутриклеточным отеком. Чувство жажды при этом отсутствует. Потеря воды кровью сопровождается нарастанием гематокрита, повышением концентрации гемоглобина и белков. Обеднение крови водой и связанное с этим уменьшение объема плазмы и повышение вязкости существенно нарушает кровообращение и, иногда, служит причиной коллапса и смерти. Уменьшение минутного объема ведет также к почечной недостаточности. Объем фильтрации резко падает и развивается олигоурия. Моча бывает практически лишена хлористого натрия, чему способствует усиление секреции альдостерона благодаря возбуждению объемных рецепторов. Нарастает содержание остаточного азота в крови. Могут наблюдаться внешние признаки обезвоживания - снижение тургора и сморщивание кожи. Нередко бывают головные боли, отсутствие аппетита. У детей при обезвоживании быстро появляется апатия, вялость, мышечная слабость.
Замещать дефицит воды и электролитов при гипоосмолярной гидратации рекомендуется путем введения изоосмотической или гипоосмотической жидкости, содержащей разные электролиты. При невозможности достаточного приема воды внутрь неизбежные потери воды через кожу, легкие и почки следует возмещать внутривенным вливанием 0,9% раствора хлористого натрия. При уже возникшем дефиците увеличивают вводимый объем, не превышая 3 л в сутки. Гипертонический раствор соли следует вводить лишь в исключительных случаях, когда возникают неблагоприятные последствия снижения концентрации электролитов крови, если почки не удерживают натрий и его много теряется другими путями, иначе введение избытка натрия может усилить обезвоживание. Для предупреждения гиперхлоремического ацидоза при понижении выделительной функции почек рационально вводить вместо хлористого натрия молочнокислую соль.
Гиперосмолярная дегидратация развивается в результате потери воды, превышающей ее поступление и эндогенное образование без потерь натрия. Потеря воды при этой форме происходит с небольшой потерей электролитов. Это может иметь место при усиленном потоотделении, гипервентиляции, поносе, полиурии, если утраченная жидкость не компенсируется питьем. Большая потеря воды с мочой бывает при так называемом осмотическом (или разводящем) диурезе, когда через почки выделяется много глюкозы, мочевины или других азотистых веществ, повышающих концентрацию первичной мочи и затрудняющих реабсорбцию воды. Потеря воды в таких случаях превосходит потерю натрия. Ограниченное введение воды у больных с нарушениями глотания, а также при подавлении чувства жажды в случаях мозговых заболеваний, в коматозном состоянии, у стариков, у недоношенных новорожденных, грудных детей с повреждениями мозга и др. У новорожденных первого дня жизни иногда бывает гиперосмолярный эксикоз из-за малого потребления молока («лихорадка от жажды»). Гиперосмолярное обезвоживание значительно легче возникает у грудных детей, чем у взрослых. В грудном возрасте большие количества воды почти без электролитов могут теряться через легкие при лихорадке, умеренном ацидозе и других случаях гипервентиляции. У грудных детей несоответствие между балансом воды и электролитов может возникать также в результате недостаточно развитой концентрационной способности почек. Задержка электролитов значительно легче наступает в организме ребенка, особенно при передозировке гипертонического или изотонического раствора. У грудных детей минимальное, обязательное выделение воды (через почки, легкие и кожу) на единицу поверхности примерно в два раза выше, чем у взрослых.
Преобладание потери воды над выделением электролитов приводит к увеличению осмотической концентрации внеклеточной жидкости и передвижению воды из клеток в экстрацеллюлярное пространство. Таким образом, замедляется сгущение крови. Уменьшение объема внеклеточного пространства стимулирует секрецию альдостерона. Этим поддерживается гиперосмолярность внутренней среды и восстановление объема жидкости благодаря усилению продукции АДГ, который ограничивает потерю воды через почки. Гиперосмолярность внеклеточной жидкости снижает также выделение воды экстраренальными путями. Неблагоприятное действие гиперосмолярности связано с обезвоживанием клеток, которое вызывает мучительное чувство жажды, усиление распада белка, повышение температуры. Потеря нервными клетками ведет к нарушениям со стороны психики (помрачнение сознания), расстройствам дыхания. Обезвоживание гиперосмолярного типа сопровождается также снижением массы тела, сухостью кожи и слизистых оболочек, олигурией, признаками сгущения крови, повышением осмотической концентрации крови. Угнетение механизма жажды и развития умеренной внеклеточной гиперосмолярности в эксперименте достигали уколом в супрооптические ядра гипоталамуса у кошек и вентромедиальные ядра у крыс. Восстановление дефицита воды и изотоничности жидкости организма человека достигается главным образом введением гипотонического раствора глюкозы, содержащим основные электролиты.
Изотоническая дегидратация может наблюдаться при аномально увеличенном выведении натрия, чаще всего – с секретом желез желудочно-кишечного тракта (изоосмолярные секреты, суточный объем которых составляет до 65% к объему всей внеклеточной жидкости). Потеря этих изотонических жидкостей не ведет к изменению внутриклеточного объема (все потери – за счет внеклеточного). Их причины – повторная рвота, поносы, потеря через фистулу, формирование больших транссудатов (асцит, плевральный выпот), крово- и плазмопотери при ожогах, перитонитах, панкреатитах.
ГОУВПО УГМА Федерального агентства по здравоохранению и социальному развитию
кафедра биохимии
КУРС ЛЕКЦИЙ
ПО ОБЩЕЙ БИОХИМИИ
Модуль 8. Биохимия водно-солевого обмена.
Екатеринбург,
2009г
Тема: Водно-солевой и минеральный обмен
Факультеты: лечебно-профилактический, медико-профилактический, педиатрический.2 курс.
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.
Биологическая роль воды
-
Вода является универсальным растворителем для большинства органических (кроме липидов) и неорганических соединений.
Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма.
Вода обеспечивает транспорт веществ и тепловой энергии по организму.
Значительная часть химических реакций организма протекает в водной фазе.
Вода участвует в реакциях гидролиза, гидратации, дегидратации.
Определяет пространственное строение и свойства гидрофобных и гидрофильных молекул.
В комплексе с ГАГ вода выполняет структурную функцию.
Все жидкости организма характеризуются общими свойствами: объемом, осмотическим давлением и величиной рН.
Объем. У всех наземных животных жидкости составляет около 70% от массы тела.
Распределение воды в организме зависит от возраста, пола, мышечной массы, телосложения и количества жира. Содержание воды в различных тканях распределяется следующим образом: легкие, сердце и почки (80%), скелетная мускулатура и мозг (75%), кожа и печень (70%), кости (20%), жировая ткань (10%). В целом, у худых людей меньше жира и больше воды. У мужчин на воду приходится 60%, у женщин - 50% от массы тела. У пожилых людей больше жира и меньше мышц. В среднем в организме мужчин и женщин старше 60 лет содержится соответственно 50% и 45% воды.
При полном лишении воды смерть наступает через 6-8 дней, когда количество воды в организме снижается на 12%.
Вся жидкость организма разделена на внутриклеточный (67%) и внеклеточный (33%) бассейны.
Внеклеточный бассейн (экстрацеллюлярное пространство) состоит из:
-
Внутрисосудистой жидкости;
Интерстициальной жидкости (межклеточная);
Трансцеллюлярной жидкости (жидкость плевральной, перикардиальной, перитонеальной полостей и синовиального пространства, цереброспинальная и внутриглазная жидкость, секрет потовых, слюнных и слезных желез, секрет поджелудочной железы, печени, желчного пузыря, ЖКТ и дыхательных путей).
Осмотическое давление – это давление, которое создают все растворенные в воде вещества. Осмотическое давление внеклеточной жидкости определяется главным образом концентрацией NaCl.
Внеклеточная и внутриклеточная жидкости значительно отличаются по составу и концентрации отдельных компонентов, но общая суммарная концентрация осмотически активных веществ примерно одинакова.
рН – отрицательный десятичный логарифм концентрации протонов. Величина рН зависит от интенсивности образования в организме кислот и оснований, их нейтрализации буферными системами и удалением из организма с мочой, выдыхаемым воздухом, потом и калом.
В зависимости от особенности обмена, величина рН может заметно отличаться как внутри клеток разных тканей, так и в разных отсеках одной клетки (в цитозоле кислотность нейтральная, в лизосомах и в межмембранном пространстве митохондрий - сильно кислая). В межклеточной жидкости разных органов и тканей и плазме крови величина рН, как и осмотическое давление, относительно постоянная величина.
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.
1. 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
Для ЖКТ, кожи и легких выведение воды является побочным процессом, который происходит в результате выполнения ими своих основных функций. Например, ЖКТ теряет воду, при выделении из организма непереваренных веществ, продуктов метаболизма и ксенобиотиков. Легкие теряют воду при дыхании, а кожа при терморегуляции.
Изменения в работе почек, кожи, легких и ЖКТ может привести к нарушению водно-солевого гомеостаза. Например, в жарком климате, для поддержания температуры тела, кожа усиливает потовыделение, а при отравлениях, со стороны ЖКТ возникает рвота или диарея. В результате усиленной дегидратации и потери солей в организме возникает нарушение водно-солевого баланса.
2. Гормоны, регулирующие
водно-солевой обмен
Вазопрессин
Антидиуретический
гормон (АДГ), или вазопрессин - пептид с молекулярной массой около
1100 Д, содержащий 9 АК, соединённых одним
дисульфидным мостиком.
АДГ синтезируется в нейронах гипоталамуса,
переносится в нервные окончания
задней доли гипофиза (нейрогипофиз).
Высокое осмотическое давление внеклеточной
жидкости активирует осморецепторы гипоталамуса,
в результате возникают нервные импульсы,
которые передаются в заднюю долю гипофиза
и вызывают высвобождение АДГ в кровоток.
АДГ действует через 2 типа рецепторов:
V 1 , и V 2 .
Главный физиологический эффект гормона,
реализуется через V 2 рецепторы,
которые находятся на клетках дистальных
канальцев и собирательных трубочек, которые
относительно непроницаемы для молекул
воды.
АДГ через V 2 рецепторы стимулирует
аденилатциклазную систему, в результате
фосфорилируются белки, стимулирующие
экспрессию гена мембранного белка - аквапорина-2.
Аквапорин-2 встраивается в апикальную
мембрану клеток, образуя в ней водные
каналы. По этим каналам вода пассивной
диффузией реабсорбируется из мочи в интерстициальное
пространство и моча концентрируется.
В отсутствие АДГ моча не концентрируется
(плотность <1010г/л) и может выделяться
в очень больших количествах
(>20л/сут), что приводит к дегидратации
организма. Это состояние называется несахарный диабет.
Причиной дефицита АДГ и несахарного
диабета являются: генетические дефекты
синтеза препро-АДГ в гипоталамусе,
дефекты процессинга и транспорта проАДГ,
повреждения гипоталамуса или нейрогипофиза
(например, в результате черепно-мозговой
травмы, опухоли, ишемии). Нефрогенный
несахарный диабет возникает вследствие
мутации гена рецептора АДГ типа V 2 .
Рецепторы V 1
локализованы в мембранах ГМК сосудов.
АДГ через рецепторы V 1 активирует
инозитолтрифосфатную систему и стимулирует
высвобождение Са 2+ из ЭР, что стимулирует
сокращение ГМК сосудов. Сосудосуживающий
эффект АДГ проявляется при высоких концентрациях
АДГ.
Натриуретический гормон (предсердный
натриуретический фактор, ПНФ, атриопептин)
ПНФ - пептид, содержащий 28 АК с 1 дисульфидным
мостиком, синтезируется, главным образом,
в кардиомиоцитах предсердий.
Секрецию ПНФ стимулирует в
основном повышение АД, а также
увеличение осмотического давления
плазмы, частоты сердцебиений, концентрации
катехоламинов и глюкокортикоидов
в крови.
ПНФ действует через гуанилатциклазную
систему, активируя протеинкиназу G.
В почках ПНФ расширяет приносящие
артериол, что увеличивает почечный кровоток,
скорость фильтрации и экскрецию Na + .
В периферических артериях ПНФ снижает
тонус гладких мышц, что расширяет
артериолы и понижает АД. Кроме того, ПНФ
ингибирует выделение ренина, альдостерона
и АДГ.
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 - ? 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
Альдостерон - активный минералокортикостероид,
синтезирующийся клетками клу-бочковой
зоны коры надпочечников.
Синтез и секрецию альдостерона
стимулируют ангиотензин II,
низкая концентрация Na + и высокая
концентрацией К + в плазме крови,
АКТГ, простагландины. Секрецию альдостерона
тормозит низкая концентрация К + .
Рецепторы альдостерона локализованы
как в ядре, так и в цитозоле
клетки. Альдостерон индуцирует синтез:
а) белков-транспортёров Na + ,
переносящих Na +
из просвета канальца в эпителиальную
клетку почечного канальца; б) Na + ,К + -АТФ-азы
в) белков-транспортёров К + , переносящих
К + из клеток почечного канальца
в первичную мочу; г) митохондриальных
ферментов ЦТК, в частности цитратсинтазы,
стимулирующих образование молекул АТФ,
необходимых для активного транспорта
ионов.
В результате альдостерон стимулирует
реабсорбцию Na + в почках, что вызывает
задержку NaCl в организме и повышает осмотическое
давление.
Альдостерон стимулирует секрецию
К + , NH 4 + в почках, потовых
железах, слизистой оболочке кишечника
и слюнных железах.
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:
Внутриклеточный посредник ряда гормонов (инозитолтрифосфатная система);
Участвует в генерации потенциалов действия в нервах и мышцах;
Участвует в свертывании крови;
Запускает мышечное сокращение, фагоцитоз, секрецию гормонов, нейромедиаторов и т.д.;
Участвует в митозе, апоптозе и некробиозе;
Увеличивает проницаемость мембраны клеток для ионов калия, влияет на натриевую проводимость клеток, на работу ионных насосов;
Кофермент некоторых ферментов;
-
Является коферментом многих ферментов (транскетолаз (ПФШ), глюкозо-6ф дегидрогеназы, 6-фосфоглюконат дегидрогеназы, глюконолактон гидролазы, аденилатциклазы и т.д.);
Неорганический компонент костей и зубов.
-
Неорганический компонент костей и зубов (гидроксиаппатит);
Входит в состав липидов (фосфолипиды, сфинголипиды);
Входит в состав нуклеотидов (ДНК, РНК, АТФ, ГТФ, ФМН, НАД, НАДФ и т.д.);
Обеспечивает энергетический обмен т.к. образует макроэргические связи (АТФ, креатинфосфат);
Входит в состав белков (фосфопротеины);
Входит в состав углеводов (глюкозо-6ф, фруктозо-6ф и т.д.);
Регулирует активность ферментов (реакции фосфорилирования / дефосфорилирования ферментов, входит в состав инозитолтрифосфата – компонента инозитолтрифосфатной системы);
Участвует в катаболизме веществ (реакция фосфоролиза);
Регулирует КОС т.к. образует фосфатный буфер. Нейтрализует и выводит протоны с мочой.
У взрослого человека содержится в среднем 1000г кальция:
-
Кости и зубы содержат 99% кальция. В костях 99% кальция находится в виде малорастворимого гидроксиапатита [Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2 Н 2 О], а 1% - в виде растворимых фосфатов;
Внеклеточная жидкость 1%. Кальций плазмы крови представлен в виде: а). свободных ионов Са 2+ (около 50%); б). ионов Са 2+ соединённых с белками, главным образом, с альбумином (45%); в) недиссоциирующих комплексов кальция с цитратом, сульфатом, фосфатом и карбонатом (5%). В плазме крови концентрация общего кальция составляет 2, 2-2,75 ммоль/л, а ионизированного - 1,0-1,15 ммоль/л;
Внутриклеточная жидкость содержит кальция в 10000-100000 раз меньше чем внеклеточной жидкости.
-
Кости и зубы содержат 85% фосфора;
Внеклеточная жидкость – 1% фосфора. В сыворотке крови концентрация неорганического фосфора – 0,81-1,55 ммоль/л, фосфора фосфолипидов 1,5-2г/л;
Внутриклеточная жидкость – 14% фосфора.
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
Паратгормон (ПТГ) - полипептид, из 84 АК (около 9,5 кД),
синтезируется в паращитовидных железах.
Секрецию паратгормона стимулирует
низкая концентрация Са 2+ , Mg 2+
и высокая концентрация фосфатов, ингибирует
витамин Д 3 .
Скорость распада гормона уменьшается
при низкой концентрации Са 2+
и увеличивается, если концентрация Са 2+
высока.
Паратгормон действует на кости и почки.
Он стимулирует секрецию остеобластами инсулиноподобного
фактора роста 1 и цитокинов, которые
повышают метаболическую активность остеокластов.
В остеокластах ускоряется образование щелочной фосфатазы
и коллагеназы, которые вызывают распад
костного матрикса, в результате чего
происходит мобилизация Са 2+ и фосфатов
из кости во внеклеточную жидкость.
В почках паратгормон стимулирует реабсорбцию
Са 2+ , Mg 2+ в дистальных извитых
канальцах и уменьшает реабсорбцию фосфатов.
Паратгормон индуцирует синтез кальцитриола
(1,25(OH) 2 D 3).
В результате паратгормон в плазме крови
повышает концентрацию Са 2+
и Mg 2+ , и снижает концентрацию фосфатов.
Гиперпаратиреоз
При первичном гиперпаратиреозе (1:1000) нарушается механизм подавления
секреции паратгормона в ответ на гиперкальциемию.
Причинами могут быть опухоль (80%), диффузная
гиперплазия или рак (менее 2%) паращитовидной
железы.
Гиперпаратиреоз вызывает:
-
разрушение костей, при мобилизации из них кальция и фосфатов. Увеличивается риск переломов позвоночника, бедренных костей и костей предплечья;
гиперкальциемию, при усилении реабсорбции кальция в почках. Гиперкальциемия приводить к снижению нервно-мышечной возбудимости и мышечной гипотонии. У больных появляются общая и мышечная слабость, быстрая утомляемость и боли в отдельных группах мышц;
образования в почках камней при увеличение концентрации фосфата и Са 2 + в почечных канальцах;
гиперфосфатурию и гипофосфатемию, при снижении реабсорбции фосфатов в почках;
При почечной недостаточности угнетается образование кальцитриола, что нарушает всасывание кальция в кишечнике и приводит к гипокальциемии. Гиперпаратиреоз возникает в ответ на гипокальциемию, но паратгормон не способен нормализовать уровень кальция в плазме крови. Иногда возникает гиперфостатемия. В следствие повышения мобилизации кальция из костной ткани развивается остеопороз.
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
Кальцитриол синтезируется из холестерола.
-
В коже под влиянием УФ-излучения из 7-дегидрохолестерола образуется большая часть холекальциферола (витамина Д 3). Небольшое количество витамина Д 3 поступает с пищей. Холекальциферол связывается со специфическим витамин Д-связывающим белком (транскальциферином), поступает в кровь и переносится в печень.
В печени 25-гидроксилаза гидроксилирует холекальциферол в кальцидиол (25-гидроксихолекальциферол, 25(OH)Д 3). D-связывающий белок транспортирует кальцидиол в почки.
В почках митохондриальная 1?-гидроксилаза гидроксилирует кальцидиол в кальцитриол (1,25(OH) 2 Д 3), активную форму витамина Д 3 . Индуцирует 1?-гидроксилазу паратгормон.
Синтез кальцитриола ингибирует гиперкальциемия, она активирует 24?-гидроксилазу, которая превращает кальцидиол в неактивный метаболит 24,25(OH) 2 Д 3 , при этом соответственно активный кальцитриол не образуется.
Кальцитриол воздействует на тонкий кишечник, почки и кости.
Кальцитриол:
-
в клетках кишечника индуцирует синтез Са 2 + -переносящих белков, которые обеспечивают всасывание Са 2+ , Mg 2+ и фосфатов;
в дистальных канальцах почек стимулирует реабсорбцию Са 2 + , Mg 2+ и фосфатов;
при низком уровне Са 2 + увеличивает количество и активность остеокластов, что стимулирует остеолиз;
при низком уровне паратгормона, стимулирует остеогенез.
При дефиците кальцитриола нарушается образование аморфного фосфата кальция и кристаллов гидроксиапатитов в костной ткани, что приводит к развитию рахита и остеомаляции.
Рахит - заболевание детского возраста, связанное недостаточной минерализацией костной ткани.
Причины рахита: недостаток витамина Д 3 , кальция и фосфора в пищевом рационе, нарушение всасывания витамина Д 3 в тонком кишечнике, снижением синтеза холекальциферола из-за дефицита солнечного света, дефект 1а-гидроксилазы, дефект рецепторов кальцитриола в клетках-мишенях. Снижение концентрации в плазме крови Са 2+ стимулирует секрецию паратгормона, который через остеолиз вызывает разрушение костной ткани.
При рахите поражаются кости черепа; грудная клетка вместе с грудиной выступает вперёд; деформируются трубчатые кости и суставы рук и ног; увеличивается и выпячивается живот; задерживается моторное развитие. Основные способы предупреждения рахита - правильное питание и достаточная инсоляция.
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:
-
подавляет остеолиз (снижая активность остеокластов) и ингибирует высвобождение Са 2 + из кости;
в канальцах почек тормозит реабсорбцию Са 2 + , Mg 2+ и фосфатов;
тормозит пищеварение в ЖКТ,
Снижение концентрации Са 2+ в плазме крови наблюдается при:
беременности;
алиментарной дистрофии;
рахите у детей;
остром панкреатите;
закупорке желчевыводящих путей, стеаторее;
почечной недостаточности;
вливание цитратной крови;
переломы костей;
полиартриты;
множественные миеломы;
метастазы злокачественных опухолей в кости;
передозировка витамина Д и Са 2+ ;
механическая желтуха;
-
рахите;
гиперфункции паращитовидных желез;
остеомаляции;
почечный ацидоз
-
гипофункции паращитовидных желез;
передозировка витамина Д;
почечной недостаточности;
диабетическом кетоацидозе;
миеломной болезни;
остеолизе.
Повышение концентрации Mg 2+ в плазме крови наблюдается при:
-
распаде тканей;
инфекциях;
уремии;
диабетическом ацидозе;
тиреотоксикозе;
хроническом алкоголизме.
Марганец – кофактор аминоацил-тРНК синтетаз.
Биологическая роль Na + , Cl - , K + , HCO 3 - - основных электролитов, значение в регуляции КОС. Обмен и биологическая роль. Анионная разность и ее коррекция.
Тяжелые металлы (свинец, ртуть, медь, хром и др.), их токсическое действие.
Повышение содержание хлоридов
в сыворотке крови: обезвоживание, острая почечная недостаточность,
метаболический ацидоз после диареи и
потери бикарбонатов, респираторный алкалоз,
травма головы, гипофункция надпочечников,
при длительном приеме кортикостероидов,
тиазидный диуретиков, гиперальдостеронизм,
болезнь Кушенга.
Снижение содержания хлоридов
в сыворотке крови: алкалоз гипохлоремический (после рвоты),
ацидоз респираторный, избыточное потоотделение,
нефрит с потерей солей (нарушение реабсорбции),
травма головы, состояние с увеличением
объема внеклеточной жибкости, калит язвенный,
болезнь Аддисона (гипоальдостеронизм).
Повышенное выделение
хлоридов с мочой: гипоальдостеронизм (болезнь Аддисона),
нефрит с потерей солей, повышенный прием
соли, лечение диуретиками.
Снижение выведения хлоридов
с мочой: Потеря хлоридов при рвоте, диареи, болезнь
Кушинга, терминальная фаза почечной недостаточности,
ретенция соли при образовании отеков.
Содержание кальция в
сыворотке крови в норме 2,25- 2,75
ммоль/л.
Выделение кальция с мочой
в норме 2,5-7,5 ммоль/сут.
Повышение содержание кальция
в сыворотке крови: гиперпаратиреоз, метастазы опухолей
в костную ткань, миеломная болезнь, сниженное
выделение кальцитонина, передозировка
витамина Д, тиреотоксикоз.
Снижение содержания кальция
в сыворотке крови: гипопаратиреоз, увеличение выделения
кальцитонина, гиповитаминоз Д, нарушение
реабсорбции в почках, массивная гемотрансфузия,
гипоальбунемия.
Повышенное выделение
кальция с мочой: длительное воздействие солнечных лучей
(гипервитаминоз Д), гиперпаратиреоз, метастазы
опухолей в костную ткань, нарушение реабсорбции
в почках, тиреотоксикоз, остеопороз, лечение
глюкокортикоидами.
Снижение выведения кальция
с мочой: гипопаратиреоз, рахит, острый нефрит
(нарушение фильтрации в почках), гипотериоз.
Содержание железа в сыворотке
крови в норме
ммоль/л.
Повышение содержание железа
в сыворотке крови: апластическая и гемолитическая анемии,
гемохроматоз, острый гепатит и стеатоз,
цирроз печени, талассемия, повторные
трансфузии.
Снижение содержания железа
в сыворотке крови: железодефицитная анемия, острые и хронические
инфекции, опухоли, заболевания почек,
кровопотеря, беременность, нарушение
всасывания железа в кишечнике.
Вода является средой, в которой протекает большинство реакций обмена. Она принимает непосредственное участие в обмене веществ. Определенная роль принадлежит воде в процессах теплорегуляции организма. С помощью воды происходит доставка тканям и клеткам питательных веществ и удаление из них конечных продуктов обмена.
Выделение воды из организма осуществляется почками - 1,2- 1,5 л, кожей - 0,5 л, легкими - 0,2-0,3 л. Обмен воды регулируется нервно-гормональной системой. Задержке воды в организме способствуют гормоны коры надпочечников (кортизон, альдостерон) и гормон задней доли гипофиза вазопрессин. Гормон щитовидной железы тироксин усиливает выведение воды из организма.
^
ОБМЕН МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ
Минеральные соли относятся к числу пищевых незаменимых веществ. Минеральные элементы не обладают питательной ценностью, но они нужны организму как вещества, участвующие в регуляции обмена веществ, в поддержании осмотического давления, для обеспечения постоянства рН внутри- и внеклеточной жидкости организма. Многие минеральные элементы являются структурными компонентами ферментов и витаминов.
В состав органов и тканей человека и животных входят макроэлементы и микроэлементы. Последние содержатся в организме в очень незначительных количествах. В различных живых организмах, как и в теле человека, в наибольшем количестве встречаются кислород, углерод, водород, азот. Эти элементы, а также фосфор и сера, входят в состав живых клеток в виде различных соединений. К макроэлементам следует отнести также натрий, калий, кальций, хлор и магний. Из микроэлементов в организме животных обнаружены следующие:медь, марганец, йод, молибден, цинк, фтор, кобальт и др. Железо занимает промежуточное положение между макро- и микроэлементами.
Минеральные вещества в организм поступают только с пищей. Затем через слизистую оболочку кишечника и кровеносные сосуды- в воротную вену и в печень. В печени происходит задержка некоторых минеральных веществ: натрия, железа, фосфора. Железо входит в состав гемоглобина, участвуя в переносе кислорода, а также в состав окислительно-восстановительных ферментов. Кальций входит в состав костной ткани и придает ей прочность. Кроме того, играет важную роль при свертывании крови. Очень для организма фосфор, который встречается кроме свободного (неорганического) в соединениях с белками, жирами и углеводами. Магний регулирует нервно-мышечную возбудимость, активизирует многие ферменты. Кобальт входит в состав витамина В 12 . Йод участвует в образовании гормонов щитовидной железы. Фтор встречается в тканях зубов. Натрий и калий имеют большое значение в поддержании осмотического давления крови.
Обмен минеральных веществ тесно связан с обменом органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов). Например, ионы кобальта, марганца, магния, железа необходимы для нормального обмена аминокислот. Ионы хлора активируют амилазу. Ионы кальция оказывают активирующее действие на липазу. Окисление жирных кислот идет более энергично в присутствии ионов меди и железа.
^
ГЛАВА 12. ВИТАМИНЫ
Витамины-это низкомолекулярные органические соединения, являющиеся обязательным компонентом пищи. Они не синтезируются в животном организме. Основным источником для организма человека и животных является растительная пища.
Витамины являются биологически активными веществами. Их отсутствие или недостаток в пище сопровождается резким нарушением процессов жизнедеятельности, приводящим к возникновению тяжелых болезней. Необходимость в витаминах обусловлена тем, что многие из них являются составными частями ферментов и коферментов.
По своему химическому строению витамины весьма разнообразны. Их делят на две группы: водорастворимые и жирорастворимые.
^ ВОДОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
1. Витамин B 1 (тиамин, аневрин). Его химическая структура характеризуется наличием аминной группы и атома серы. Наличие спиртовой группы в витамине B 1 дает возможность образовывать с кислотами сложные эфиры. Соединяясь с двумя молекулами фосфорной кислоты, тиамин образует сложный эфир тиаминдифосфат, который является коферментной формой витамина. Тиаминдифосфат является коферментом декарбоксилаз, катализирующих декарбоксилирование -кетокислот. При отсутствии или недостаточном поступлении в организм витамина B 1 становится невозможным осуществление углеводного обмена. Нарушения происходят на стадии утилизации пировиноградной и -кетоглютаровой кислот.
2. Витамин В 2 (рибофлавин). Этот витамин является метилиро-ванным производным изоаллоксазина, связанного с 5-атомным спиртом рибитолом.
В организме рибофлавин в виде сложного эфира с фосфорной кислотой входит в состав простетической группы флавиновых ферментов (ФМН, ФАД), катализирующих процессы биологического окисления, обеспечивая перенос водорода в дыхательной цепи, а также реакции синтеза и распада жирных кислот.
3. Витамин В 3 (пантотеновая кислота). Пантотеновая кислота построена из -аланина и диоксидиметилмасляной кислоты, соединенных пептидной связью. Биологическое значение пантотеновой кислоты состоит в том, что она входит в состав кофермента А, играющего огромную роль в обмене углеводов, жиров и белков.
4. Витамин B 6 (пиридоксин). По химической природе витамин B 6 является производным пиридина. Фосфорилированное произ-водное пиридоксина является коферментом ферментов, катализирующих реакции обмена аминокислот.
5. Витамин B 12 (кобаламин). Химическая структура витамина отличается большой сложностью. В его состав, входит, четыре пиррольных кольца. В центре находится атом кобальта, связанный с азотом пиррольных колец.
Витамину B 12 принадлежит большая роль в переносе метильных групп, а также синтезе нуклеиновых кислот.
6. Витамин РР (никотиновая кислота и ее амид). Никотиновая кислота представляет собой производное пиридина.
Амид никотиновой кислоты является составной частью коферментов НАД+и НАДФ + , входящих в состав дегидрогеназ.
7. Фолиевая кислота (Витамин В с). Выделена из листьев шпината (латинское folium -лист). В состав фолиевой кислоты входит пара-аминобензойная кислота и глютаминовая кислота. Фолиевой кислоте принадлежит важная роль в обмене нуклеиновых кислот и синтезе белка.
8. Пара-аминобензойная кислота. Ей принадлежит большая роль в синтезе фолиевой кислоты.
9. Биотин (витамин Н). Биотин входит в состав фермента, катализирующего процесс карбоксилирования (присоединения CO 2 к углеродной цепи). Биотин необходим для синтеза жирных кислот и пуринов.
10. Витамин С (аскорбиновая кислота). По химической структуре аскорбиновая кислота близка к гексозам. Особенностью этого соединения является его способность к обратимому окислению с образованием дегидроаскорбиновой кислоты. Оба эти соединения обладают витаминной активностью. Аскорбиновая кислота принимает участие в окислительно-восстановительных процессах организма, предохраняет от окисления SH-группы ферментов, обладает способностью обезвоживать токсины.
^ ЖИРОРАСТВОРИМЫЕ ВИТАМИНЫ
К этой группе относятся витамины групп А, Д, Е, К- и др.
1. Витамины группы А. Витамин A 1 (ретинол, антиксерофтальмический) по своей химической природе близок к каротинам. Представляет собой циклический одноатомный спирт.
2. Витамины группы Д (антирахитический витамин). По своей химической структуре витамины группы Д близки к стеринам. Витамин Д 2 образуется из эргостерина дрожжей, а Д 3 - из 7-де-гидрохолестерина в животных тканях под влиянием ультрафиолетового облучения.
3. Витамины группы Е (, , -токоферолы). Основные изменения при авитаминозе Е происходят в половой системе (потеря способности к вынашиванию плода, дегенеративные изменения сперматозоидов). Вместе с этим недостаточность витамина Е вызывает поражение самых разнообразных тканей.
4. Витамины группы К. По своему химическому строению витамины этой группы (K 1 и К 2) относятся к нафтохинонам. Характерным признаком авитаминоза К является возникновение подкожных, внутримышечных и других кровоизлияний и нарушение свертывания крови. Причиной этого является нарушение синтеза белка протромбина-компонента системы свертывания крови.
АНТИВИТАМИНЫ
Антивитамины являются антагонистами витаминов: Часто эти вещества очень близки по структуре к соответствующим витаминам, и тогда в основе их действия лежит «конкурентное» вытеснение антивитамином соответствующего витамина из его комплекса в ферментной системе. В результате образуется «недеятельный» фермент, нарушается обмен и возникает тяжелое заболевание. Например, сульфаниламиды являются антивитаминами парааминобензойной кислоты. Антивитамином витамина B 1 является пиритиамин.Различают также структуроразличные антивитамины, которые способны связывать витамины, лишая их витаминной активности.
^
ГЛАВА 13. ГОРМОНЫ
Гормоны так же, как и витамины, относятся к биологически активным веществам и являются регуляторами обмена веществ и физиологических функций. Их регулирующая роль сводится к активации или ингибированию ферментных систем, изменению проницаемости биологических мембран и транспорта веществ через них, возбуждению или усилению различных биосинтетических процессов, в том числе и синтеза ферментов.
Гормоны вырабатываются в железах внутренней секреции (эндокринных железах), которые не имеют выводных протоков и свой секрет выделяют непосредственно в кровоток. К числу эндокринных желез относятся щитовидная, паращитовидные (около щитовидные), половые железы, надпочечники, гипофиз, поджелудочная, зобная (вилочковая) железы.
Заболевания, возникающие при нарушении функций той или иной эндокринной железы, являются следствием либо ее гипофункции (пониженной секреции гормона), либо гиперфункции (избыточного выделения гормона).
Гормоны по химической структуре можно разделить на три группы: гормоны белковой природы; гормоны, производные аминокислоты тирозина, и гормоны стероидной структуры.
^ ГОРМОНЫ БЕЛКОВОЙ ПРИРОДЫ
К ним относятся гормоны поджелудочной железы, передней до ли гипофиза и паращитовидных желез.
Гормоны поджелудочной железы-инсулин и глюкагон -участвуют в регуляции углеводного обмена. По своему действию являются антагонистами между собой. Инсулин снижает, а глюкагон увеличивает уровень сахара в крови.
Гормоны гипофиза регулируют деятельность многих других эндокринных желез. К ним относятся:
Соматотропный гормон (СТГ) - гормон роста, стимулирует рост клеток, повышает уровень биосинтетических процессов;
Тиреотропный гормон (ТТГ) -стимулирует деятельность щитовидной железы;
Адренокортикотропный гормон (АКТГ) - регулирует биосинтез кортикостероидов корой надпочечников;
Гонадотропные гормоны -регулируют функцию половых желез.
^ ГОРМОНЫ РЯДА ТИРОЗИНА
К ним относятся гормоны щитовидной железы и гормоны мозгового слоя надпочечников. Основными гормонами щитовидной железы являются тироксин и трийодтиронин. Эти гормоны являются йодированными производными аминокислоты тирозина. При гипофункции щитовидной железы снижаются обменные процессы. Гиперфункция щитовидной железы приводит к повышению основного обмена.
Мозговое вещество надпочечников вырабатывает два гормона-адреналин и норадреналин. Эти вещества повышают кровяное давление. Адреналин оказывает значительное влияние на обмен углеводов -повышает уровень глюкозы в крови.
^ СТЕРОИДНЫЕ ГОРМОНЫ
К этому классу относятся гормоны, вырабатываемые корковым слоем надпочечников и половыми железами (яичниками и семенниками). По химической природе они представляют собой стероиды. Кора надпочечников вырабатывает кортикостероиды, они содержат С 21 -атом. Их делят на минералокортикоиды, из которых наиболее активными являются альдостерон и дезоксикортикостерон. и глюкокортикоиды -кортизол (гидрокортизон), кортизон и кортикостерон. Глюкокортикоиды оказывают большое влияние на обмен углеводов и белков. Минералокортикоиды регулируют в основном обмен воды и минеральных веществ.
Различают мужские (андрогены) и женские (эстрогены) половые гормоны. Первые являются С 19 -, а вторые C 18 -стероидами. К андрогенам относятся тестостерон, андростендион и др., к эстрогенам - эстрадиол, эстрон и эстриол. Наиболее активными является тестостерон и эстрадиол. Половые гормоны обусловливают нормальное половое развитие, формирование вторичных половых признаков, оказывают влияние на обмен веществ.
^ ГЛАВА 14. БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ
В проблеме питания можно выделить три взаимосвязанных раздела: рациональное питание, лечебное и лечебно-профилактическое. Основой является так называемое рациональное питание, так как оно строится с учетом потребностей здорового человека, в зависимости от возраста, профессии, климатических и др. условий. Основа рационального питания - сбалансированность и правильный режим питания. Рациональное питание является средством нормализации состояния организма и поддержания его высокой трудоспособности.
С пищей в организм человека поступают углеводы, белки, жиры, аминокислоты, витамины, минеральные вещества. Потребность в этих веществах различна и определяется физиологическим состоянием организма. Растущий организм нуждается в большем количестве пищи. Человек, занимающийся спортом или физическим трудом, расходует большое количество энергии, а поэтому также нуждается в большем количестве пищи, чем человек малоподвижный.
В питании человека количество белков, жиров и углеводов должно быть в соотношении 1:1:4, т. е. необходимо на 1 г белка.употреблять 1 г жира и 4 г углеводов. Белки должны обеспечивать около 14% калорийности суточного рациона, жиры около 31%, а углеводы около 55%.
На современном этапе развития науки о питании недостаточно исходить только из общего потребления пищевых веществ. Весьма важно установить удельный вес в питании незаменимых компонентов пищи (незаменимых аминокислот, ненасыщенных жирных кислот, витаминов, минеральных веществ и др.). Современное учение о потребностях человека в пище получило выражение в концепции сбалансированного питания. Согласно этой концепции, обеспечение нормальной жизнедеятельности возможно не только при условии снабжения организма адекватным количеством энергии и белка, но и при соблюдении достаточно сложных взаимоотношений между многочисленными незаменимыми факторами питания, способными проявлять в организме максимум своего полезного биологического действия. В основе закона сбалансированного питания лежат представления о количественных и качественных аспектах процессов ассимиляции пищи в организме, т. е. вся сумма обменных энзиматических реакций.
В Институте питания АМН СССР разработаны средние данные о величинах потребности взрослого человека в пищевых веществах. Главным образом, в определении оптимальных соотношений отдельных пищевых веществ именно такое соотношение пищевых веществ необходимо в среднем для поддержания нормальной жизнедеятельности взрослого человека. Поэтому при подготовке общих рационов питания и оценке отдельных продуктов необходимо ориентироваться на данные соотношения. Важно помнить, что вредна не только недостаточность отдельных эссенциальных факторов, но опасен и их избыток. Причина токсичности избытка незаменимых пищевых веществ, вероятно, связана с разбалансированностью рациона питания, которое в свою очередь приводит к нарушению биохимического гомеостаза (постоянства состава и свойств внутренней среды) организма, к нарушению клеточного питания.
Приведенная сбалансированность питания вряд ли может быть перенесена без изменения в структуру питания людей, находящихся в различных условиях труда и быта, людей различного возраста и пола и т. п. Исходя из того, что в основе различий в потребностях в энергии и пищевых веществах лежат особенности протекания обменных процессов и их гормональной и нервной регуляции, необходимо для лиц различного возраста и пола, а также для лиц со значительными отклонениями от средних показателей нормального энзиматического статуса в обычное представление формулы сбалансированного питания внести определенные корректировки.
Институтом питания АМН СССР предложены нормативы для
расчета оптимальных рационов питания населения нашей страны.
Эти рационы дифференцированы относительно трех климатических
зон: северной, центральной и южной. Однако последние научные данные говорят о том, что такое деление сегодня не может удовлетворять. Последние исследования показали, что в пределах нашей страны Север необходимо делить на две зоны: европейский и азиатский. Эти зоны между собой существенно отличаются по климатическим условиям. В институте клинической и экспериментальной медицины СО АМН СССР (г. Новосибирск) в результате длительных исследований показано, что в условиях азиатского Севера перестраивается обмен белков, жиров, углеводов, витаминов, макро- и микроэлементов, в связи с чем возникает необходимость уточнения норм питания человека с учетом сдвигов в обмене веществ. В настоящее время в широких масштабах ведутся исследования в области рационализации питания населения Сибири и Дальнего Востока. Первостепенная роль в изучении этого вопроса отводится биохимическим исследованиям.
МОДУЛЬ 5
ВОДНО-СОЛЕВОЙ И МИНЕРАЛЬНЫЙ ОБМЕН.
БИОХИМИЯ КРОВИ И МОЧИ. БИОХИМИЯ ТКАНЕЙ.
ЗАНЯТИЕ 1
Тема: Водно-солевой и минеральный обмен. Регуляция. Нарушение.
Актуальность. Понятия водно-солевой и минеральный обмен неоднозначны. Говоря о водно-солевом обмене, имеют в виду обмен основных минеральных электролитов и, прежде всего, обмен воды и NaCl.Вода и растворенные в ней минеральные соли составляют внутреннюю среду организма человека, создавая условия для протекания биохимических реакций. В поддержании водно-солевого гомеостаза важную роль выполняют почки и гормоны, которые регулируют их функцию (вазопрессин, альдостерон, предсердный натрий-уретический фактор, ренин-ангиотензиновая система). Основными параметрами жидкой среды организма являются осмотическое давление, рН и объем. Осмотическое давление и рН межклеточной жидкости и плазмы крови практически одинаковы, а значение рН клеток разных тканей может быть различным. Поддержание гомеостаза обеспечивается постоянством осмотического давления, рН и объема межклеточной жидкости и плазмы крови. Знание о водно-солевом обмене и методах коррекции основных параметров жидкой среды организма является необходимым для диагноза, лечения и прогноза таких нарушений как дегидратация тканей или отёки, повышение или снижение кровяного давления, шок, ацидоз, алкалоз.
Минеральным обменом называют обмен любых минеральных компонентов организма, в том числе и тех, которые не влияют на основные параметры жидкой среды, но выполняют разнообразные функции, связанные с катализом, регуляцией, транспортом и запасанием веществ, структурированием макромолекул и др. Знание о минеральном обмене и методах его изучения является необходимым для диагноза, лечения и прогноза экзогенных (первичных) и эндогенных (вторичных) нарушений.
Цель. Ознакомиться с функциями воды в процессах жизнедеятельности, которые обусловлены особенностями её физико-химических свойств и химического строения; выучить содержание и распределение воды в организме, тканях, клетках; состояние воды; обмен воды. Иметь представление о водном пуле (пути поступления и выведения воды из организма); эндогенной и экзогенной воде, содержании в организме, суточной потребности, возрастных особенностях. Ознакомиться с регуляцией общего объёма воды в организме и её перемещением между отдельными жидкостными пространствами, возможными нарушениями. Выучить и уметь охарактеризовать макро-, олиго-, микро- и ультрамикробиогенные элементы, их общие и специфические функции; электролитный состав организма; биологическую роль основных катионов и анионов; роль натрия и калия. Ознакомиться с фосфатно-кальциевым обменом, его регуляцией и нарушением. Определить роль и обмен железа, меди, кобальта, цинка, йода, фтора, стронция, селена и других биогенных элементов. Выучить суточную потребность организма в минеральных веществах, их всасывание и выведение из организма, возможность и формы депонирования, нарушения. Ознакомиться с методами количественного определения кальция и фосфора в сыворотке крови и их клинико-биохимическим значением.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ
1. Биологическое значение воды, её содержание, суточная потребность организма. Вода экзогенная и эндогенная.
2. Свойства и биохимические функции воды. Распределение и состояние воды в организме.
3. Обмен воды в организме, возрастные особенности, регуляция.
4. Водный баланс организма и его виды.
5. Роль желудочно-кишечного тракта в обмене воды.
6. Функции минеральных солей в организме.
7. Нейрогуморальная регуляция водно-солевого обмена.
8. Электролитный состав жидкостей организма, его регуляция.
9. Минеральные вещества организма человека, их содержание, роль.
10. Классификация биогенных элементов, их роль.
11. Функции и обмен натрия, калия, хлора.
12. Функции и обмен железа, меди, кобальта, йода.
13. Фосфатно-кальциевый обмен, роль гормонов и витаминов в его регуляции. Минеральные и органические фосфаты. Фосфаты мочи.
14. Роль гормонов и витаминов в регуляции минерального обмена.
15. Патологические состояния, связанные с нарушением обмена минеральных веществ.
1. У больного в сутки воды из организма выделяется меньше, чем её поступает. Какое заболевание может привести к такому состоянию?
2. Возникновение болезни Аддисона-Бирмера (злокачественная гиперхромная анемия) связано с дефицитом витамина В 12 . Выберите металл, который входит в состав этого витамина:
А. Цинк. В. Кобальт. С. Молибден. D. Магний. Е. Железо.
3. Ионы кальция относятся к вторичным посредникам в клетках. Они активируют катаболизм гликогена, взаимодействуя с:
4. У больного содержание калия в плазме крови составляет 8 ммоль/л (норма 3,6-5,3 ммоль/л). При этом состоянии наблюдается:
5. Какой электролит на 85% создает осмотическое давление крови?
А. Калий. В. Кальций. С. Магний. D. Цинк. Е. Натрий.
6. Укажите гормон, влияющий на содержание натрия и калия в крови?
А. Кальцитонин. В. Гистамин. С. Альдостерон. D. Тироксин. Е.Паратирин
7. Какие из перечисленных элементов являются макробиогенными?
8. При значительном ослаблении сердечной деятельности возникают отёки. Укажите, каким в данном случае будет водный баланс организма.
А. Положительный. В. Отрицательный. С. Динамическое равновесие.
9. Эндогенная вода образуется в организме в результате реакций:
10. Больной обратился к врачу с жалобами на полиурию и жажду. При анализе мочи установлено, что суточный диурез составляет 10 л, относительная плотность мочи - 1,001 (норма 1,012-1,024). Для какого заболевания характерны такие показатели?
11. Укажите, какие показатели характеризуют нормальное содержание кальция в крови (ммоль/л)?
14. Суточная потребность в воде для взрослого человека составляет:
А. 30-50 мл/кг. В. 75-100 мл/кг. С. 75-80 мл/кг. D. 100-120 мл/кг.
15. У больного, 27 лет, выявлены патологические изменения в печени и головном мозге. В плазме крови наблюдается резкое снижение, а в моче - повышение содержания меди. Предыдущий диагноз - болезнь Коновалова-Вильсона. Активность какого фермента необходимо исследовать для подтверждения диагноза?
16. Известно, что в некоторых биогеохимических зонах распространено заболевание эндемический зоб. Дефицит какого элемента является причиной этого заболевания? А. Железа. В. Йода. С. Цинка. D. Меди. Е. Кобальта.
17. Сколько мл эндогенной воды образуется в организме человека в сутки при рациональном питании?
А. 50-75. В. 100-120. С. 150-250. D. 300-400. Е. 500-700.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
Количественное определение кальция и неорганического фосфора
В сыворотке крови
Задание 1. Определить содержание кальция в сыворотке крови.
Принцип . Кальций сыворотки крови осаждают насыщенным раствором щавелевокислого аммония [(NН 4) 2 C 2 O 4 ] в виде щавелевокислого кальция (СаС 2 О 4). Последний переводят сульфатной кислотой в щавелевую (Н 2 С 2 О 4), которую титруют раствором KMnО 4 .
Химизм. 1. СаСl 2 + (NН 4) 2 C 2 O 4 ® СаС 2 О 4 ¯ + 2NH 4 Cl
2. CaC 2 O 4 + H 2 SO 4 ®H 2 C 2 O 4 + CaSO 4
3. 5H 2 C 2 O 4 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 ® 10CO 2 + 2MnSO 4 + 8H 2 O
Ход работы. В центрифужную пробирку наливают 1 мл сыворотки крови и 1 мл раствора [(NН 4) 2 C 2 O 4 ]. Оставляют стоять 30 мин и центрифугируют. Кристаллический осадок щавелевокислого кальция собирается при этом на дне пробирки. Прозрачную жидкость над осадком выливают. К осадку приливают 1-2 мл дистиллированной воды, перемешивают стеклянной палочкой и снова центрифугируют. После центрифугирования жидкость над осадком выливают. К пробирке с осадком прибавляют 1мл1н H 2 SO 4 , хорошо перемешивают осадок стеклянной палочкой и ставят пробирку на водяную баню при температуре 50-70 0 С. Осадок при этом растворяется. Содержимое пробирки титруют в горячем виде 0,01н раствором KMnО 4 до появления розовой окраски, которая не исчезает на протяжении 30 с. Каждому миллилитру КМnО 4 соответствует 0,2 мг Са. Содержание кальция (Х) в мг% в сыворотке крови рассчитывают по формуле: Х= 0,2×А×100, где А - объем КМnО 4 , который пошёл на титрование. Содержание кальция в сыворотке крови в ммоль/л - содержание в мг% × 0,2495.
В норме концентрация кальция в сыворотке крови составляет 2,25-2,75 ммоль/л (9-11 мг%). Повышение концентрации кальция в сыворотке крови (гиперкальциемию) наблюдают при гипервитаминозе Д, гиперпаратиреозе, остеопорозе. Снижение концентрации кальция (гипокальциемию) - при гиповитаминозе Д (рахите), гипопаратиреозе, хронической почечной недостаточности.
Задание 2. Определить содержание неорганического фосфора в сыворотке крови.
Принцип. Неорганический фосфор, взаимодействуя с молибденовым реактивом в присутствии аскорбиновой кислоты, образует молибденовую синь, интенсивность окраски которой пропорциональна содержанию неорганического фосфора.
Ход работы. В пробирку наливают 2 мл сыворотки крови, 2 мл 5% раствора трихлоруксусной кислоты, перемешивают и оставляют на 10 мин для осаждения белков, после чего фильтруют. Затем в пробирку отмеривают 2 мл полученного фильтрата, что соответствует 1 мл сыворотки крови, прибавляют 1,2 мл молибденового реактива, 1 мл 0,15% раствора аскорбиновой кислоты и доливают водой до 10 мл (5,8 мл). Тщательно перемешивают и оставляют на 10 мин для развития окраски. Колориметрируют на ФЭК при красном светофильтре. По калибровочной кривой находят количество неорганического фосфора и рассчитывают его содержание (В) в пробе в ммоль/л по формуле: В=(А×1000)/31, где А - содержание неорганического фосфора в 1 мл сыворотки крови (находят по калибровочной кривой); 31 - молекулярная масса фосфора; 1000 - коэффициент пересчета на литр.
Клинико-диагностическое значение. В норме концентрация фосфора в сыворотке крови составляет 0,8-1,48 ммоль/л (2-5 мг%). Повышение концентрации фосфора в сыворотке крови (гиперфосфатемию) наблюдают при почечной недостаточности, гипопаратиреоидизме, передозировке витамина Д. Снижение концентрации фосфора (гипофосфатемию) - при нарушении его всасывания в кишечнике, галактоземии, рахите.
ЛИТЕРАТУРА
1. Губський Ю.І. Біологічна хімія. Підручник. – Київ-Вінниця: Нова книга, 2007. – С. 545-557.
2. Гонський Я.І., Максимчук Т.П., Калинський М.І. Біохімія людини: Підручник. – Тернопіль: Укрмедкнига, 2002. – С. 507-529.
3. Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С. Северина. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003. – С. 597-609.
4. Практикум з біологічної хімії / Бойків Д.П., Іванків О.Л., Коби-лянська Л.І. та ін./ За ред. О.Я. Склярова. – К.: Здоров’я, 2002. – С. 275-280.
ЗАНЯТИЕ 2
Тема: Функции крови. Физико-химические свойства и химический состав крови. Буферные системы, механизм действия и роль в поддержании кислотно-щелочного состояния организма. Белки плазмы крови, их роль. Количественное определение общего белка в сыворотке крови.
Актуальность. Кровь - это жидкая ткань, состоящая из клеток (форменных элементов) и межклеточной жидкой среды - плазмы. Кровь выполняет транспортную, осморегуляторную, буферную, обезвреживающую, защитную, регуляторную, гомеостатическую и другие функции. Состав плазмы крови является зеркалом метаболизма - изменения концентрации метаболитов в клетках отображаются на их концентрации в крови; состав плазмы крови изменяется также при нарушении проницаемости клеточных мембран. В связи с этим, а также с доступностью проб крови для анализа, её исследование широко используется для диагностики заболеваний и контроля эффективности лечения. Количественное и качественное исследование белков плазмы, кроме специфической нозологической информации, даёт представление о состоянии белкового обмена в целом. Показатель концентрации водородных ионов в крови (рН) является одной из наиболее строгих химических констант организма. Он отражает состояние метаболических процессов, зависит от функционирования многих органов и систем. Нарушение кислотно-щелочного состояния крови наблюдается при многочисленных патологических процессах, заболеваниях и является причиной тяжёлых расстройств жизнедеятельности организма. Поэтому своевременная коррекция нарушений кислотно-щелочного состояния является необходимым компонентом терапевтических мероприятий.
Цель. Ознакомиться с функциями, физико-химическими свойствами крови; кислотно-щелочным состоянием и его основными показателями. Выучить буферные системы крови и механизм их действия; нарушение кислотно-щелочного состояния организма (ацидоз, алкалоз), его формы и виды. Сформировать представление о белковом составе плазмы крови, охарактеризовать белковые фракции и отдельные белки, их роль, нарушения и методы определения. Ознакомиться с методами количественного определения общего белка в сыворотке крови, отдельных фракций белков и их клинико-диагностическим значением.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ
1. Функции крови в жизнедеятельности организма.
2. Физико-химические свойства крови, сыворотки, лимфы: рН, осмотическое и онкотическое давление, относительная плотность, вязкость.
3. Кислотно-щелочное состояние крови, его регуляция. Основные показатели, отражающие его нарушение. Современные методы определения кислотно-щелочного состояния крови.
4. Буферные системы крови. Их роль в поддержании кислотно-щелочного состояния.
5. Ацидоз: виды, причины, механизмы развития.
6. Алкалоз: виды, причины, механизмы развития.
7. Белки крови: содержание, функции, изменения содержания при патологических состояниях.
8. Основные фракции белков плазмы крови. Методы исследования.
9. Альбумины, физико-химические свойства, роль.
10. Глобулины, физико-химические свойства, роль.
11. Иммуноглобулины крови, структура, функции.
12. Гипер-, гипо-, дис- и парапротеинемии, причины возникновения.
13. Белки острой фазы. Клинико-диагностическое значение определения.
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. Какое из перечисленных значений рН является нормальным для артериальной крови? А. 7,25-7,31. В. 7,40-7,55. С. 7,35-7,45. D. 6,59-7,0. Е. 4,8-5,7.
2. Какими механизмами обеспечивается постоянство рН крови?
3. Какая причина развития метаболического ацидоза?
А. Увеличение продукции, снижение окисления и ресинтеза кетоновых тел.
В. Увеличение продукции, снижение окисления и ресинтеза лактата.
С. Потеря оснований.
D. Неэффективная секреция ионов водорода, задержка кислот.
Е. Всё перечисленное.
4. Какая причина развития метаболического алкалоза?
5. Значительные потери желудочного сока вследствие рвоты обуславливают развитие:
6. Значительные нарушения кровообращения вследствие шока обуславливают развитие:
7. Угнетение дыхательного центра головного мозга наркотическими препаратами приводит к:
8. Значение рН крови изменилось у больного сахарным диабетом до 7,3 ммоль/л. Компоненты какой буферной системы используются для диагностики нарушений кислотно-щелочного равновесия?
9. У пациента наблюдается закупорка мокротой дыхательных путей. Какое нарушение кислотно-щелочного состояния можно определить в крови?
10. Больному с тяжёлой травмой подключили аппарат искусственного дыхания. После повторных определений показателей кислотно-щелочного состояния выявили снижение в крови содержания диоксида углерода и повышение его выведения. Для какого нарушения кислотно-щелочного состояния характерны такие изменения?
11. Назовите буферную систему крови, которой принадлежит наибольшее значение в регуляции кислотно-щелочного гомеостаза?
12. Какая буферная система крови выполняет важную роль в поддержании рН мочи?
А. Фосфатная. В. Гемоглобиновая. С. Гидрокарбонатная. D. Белковая.
13. Какие физико-химические свойства крови обеспечивают имеющиеся в ней электролиты?
14. При обследовании больного выявлена гипергликемия, глюкозурия, гиперкетонемия и кетонурия, полиурия. Какой тип кислотно-щелочного состояния наблюдается в данном случае?
15. Человек в состоянии покоя принуждает себя дышать часто и глубоко на протяжении 3-4 мин. Как это повлияет на кислотно-щелочное состояние организма?
16. Какой белок плазмы крови связывает и транспортирует медь?
17. В плазме крови пациента содержание общего белка находится в пределах нормы. Какие из приведенных показателей (г/л) характеризуют физиологическую норму? А. 35-45. В. 50-60. С. 55-70. D. 65-85. Е. 85-95.
18. Какая фракция глобулинов крови обеспечивает гуморальный иммунитет, выполняя роль антител?
19. У больного, который перенёс гепатит С и постоянно употреблял алкоголь, появились признаки цирроза печени с асцитом и отёками нижних конечностей. Какие изменения в составе крови сыграли основную роль в развитии отёков?
20. На каких физико-химических свойствах белков базируется метод определения электрофоретического спектра белков крови?
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
Количественное определение общего белка в сыворотке крови
биуретовым методом
Задание 1. Определить содержание общего белка в сыворотке крови.
Принцип. Белок реагирует в щелочной среде с раствором сульфата меди, который содержит калий-натрий тартрат, NaI и KI (биуретовый реагент), формируя фиолетово-голубой комплекс. Оптическая плотность этого комплекса пропорциональна концентрации белка в пробе.
Ход работы. В опытную пробу внести 25 мкл сыворотки крови (без гемолиза), 1 мл биуретового реагента, который содержит: 15 ммоль/л калий-натрий тартрата, 100 ммоль/л йодида натрия, 15 ммоль/л йодида калия и 5 ммоль/л сульфата меди. К стандартной пробе прибавить 25 мкл стандарта общего белка (70 г/л) и 1 мл биуретового реагента. В третью пробирку внести 1 мл биуретового реагента. Все пробирки хорошо перемешать и инкубировать на протяжении 15 мин при температуре 30-37°С. Оставить на 5 мин при комнатной температуре. Измерить оптическую плотность пробы и стандарта против биуретового реагента при 540 нм. Концентрацию общего белка (Х) в г/л рассчитать по формуле: Х=(Сст×Апр)/ Аст, где Сст - концентрация общего белка в стандартной пробе (г/л); Апр - оптическая плотность пробы; Аст - оптическая плотность стандартной пробы.
Клинико-диагностическое значение. Содержание общего белка в плазме крови взрослых людей составляет 65-85 г/л; в плазме крови за счет фибриногена белка содержится на 2-4 г/л больше, чем в сыворотке. У новорожденных количество белков плазмы крови составляет 50-60 г/л и на протяжении первого месяца немного снижается, а в три года достигает уровня взрослых людей. Увеличение или уменьшение содержания общего белка плазмы крови и отдельных фракций может быть обусловлено многими причинами. Эти изменения не являются специфическими, а отображают общий патологический процесс (воспаление, некроз, новообразование), динамику, тяжесть заболевания. С их помощью можно оценить эффективность лечения. Изменения содержания белка могут проявляться в виде гипер, гипо- и диспротеинемии. Гипопротеинемия наблюдается при недостаточном поступлении белков в организм; недостаточности переваривания и всасывания пищевых белков; нарушении синтеза белков в печени; заболеваниях почек с нефротическим синдромом. Гиперпротеинемия наблюдается при нарушении гемодинамики и сгущении крови, потери жидкости при дегидратациях (диарея, рвота, несахарный диабет), в первые дни тяжёлых ожогов, в послеоперационный период и др. Заслуживает внимания не только гипо- или гиперпротеинемия, а также такие изменения как диспротеинемия (соотношение альбуминов и глобулинов изменяется при постоянном содержании общего белка) и парапротеинемия (появление аномальных белков – С-реактивный белок, криоглобулин) при острых инфекционных заболеваниях, воспалительных процессах и др.
ЛИТЕРАТУРА
1. Губський Ю.І. Біологічна хімія. – Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. – С. 418-429.
2. Губський Ю.І. Біологічна хімія. Підручник. – Київ-Вінниця: Нова книга, 2007. – С. 502-514.
3. Гонський Я.І., Максимчук Т.П., Калинський М.І. Біохімія людини: Підручник. – Тернопіль: Укрмедкнига, 2002. – С. 546-553, 566-574.
4. Вороніна Л.М. та ін. Біологічна хімія. – Харків: Основа, 2000. – С. 522-532.
5. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М.: Медицина, 1998. – С. 567-578, 586-598.
6. Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С. Северина. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2003. – С. 682-686.
7. Практикум з біологічної хімії / Бойків Д.П., Іванків О.Л., Коби-лянська Л.І. та ін./ За ред. О.Я. Склярова. – К.: Здоров’я, 2002. – С. 236-249.
ЗАНЯТИЕ 3
Тема: Биохимический состав крови в норме и при патологии. Ферменты плазмы крови. Небелковые органические вещества плазмы крови - азотсодержащие и безазотистые. Неорганические компоненты плазмы крови. Калликреин-кининовая система. Определение остаточного азота плазмы крови.
Актуальность. При удалении форменных элементов из крови остаётся плазма, а при удалении из неё фибриногена - сыворотка. Плазма крови является сложной системой. В ней содержится более 200 белков, которые отличаются по физико-химическим и функциональным свойствам. Среди них есть проферменты, ферменты, ингибиторы ферментов, гормоны, транспортные белки, факторы коагуляции и антикоагуляции, антитела, антитоксины и другие. Кроме того, плазма крови содержит небелковые органические вещества и неорганические компоненты. Большинство патологических состояний, влияние факторов внешней и внутренней среды, применение фармакологических препаратов сопровождается, как правило, изменением содержания отдельных компонентов плазмы крови. По результатам анализа крови можно охарактеризовать состояние здоровья человека, протекание адаптационных процессов и др.
Цель. Ознакомиться с биохимическим составом крови в норме и при патологии. Охарактеризовать ферменты крови: происхождение и значение определения активности для диагностики патологических состояний. Определить, какие вещества составляют общий и остаточный азот крови. Ознакомиться с безазотистыми компонентами крови, их содержанием, клиническим значением количественного определения. Рассмотреть калликреин-кининовую систему крови, её составляющие и роль в организме. Ознакомиться с методом количественного определения остаточного азота крови и его клинико-диагностическим значением.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ
1. Ферменты крови, их происхождение, клинико-диагностическое значение определения.
2. Небелковые азотсодержащие вещества: формулы, содержание, клиническое значение определения.
3. Общий и остаточный азот крови. Клиническое значение определения.
4. Азотемия: виды, причины, методы определения.
5. Небелковые безазотистые компоненты крови: содержание, роль, клиническое значение определения.
6. Неорганические компоненты крови.
7. Калликреин-кининовая система, её роль в организме. Применение лекарственных средств - калликреина и ингибиторов кининообразования.
ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1. В крови больного содержание остаточного азота составляет 48 ммоль/л, мочевины - 15,3 ммоль/л. О заболевании какого органа свидетельствуют эти результаты?
А. Селезенки. В. Печени. С. Желудка. D. Почек. Е. Поджелудочной железы.
2. Какие показатели остаточного азота характерны для взрослых?
А.14,3-25 ммоль/л. В.25-38 ммоль/л. С.42,8-71,4 ммоль/л. D.70-90 ммоль/л.
3. Укажите компонент крови, который относится к безазотистым.
А. АТФ. В. Тиамин. С. Аскорбиновая кислота. D. Креатин. Е. Глютамин.
4. Какой вид азотемии развивается при дегидратации организма?
5. Какое действие оказывает на сосуды брадикинин?
6. У больного с печёночной недостаточностью выявлено снижение показателя остаточного азота крови. За счёт какого компонента уменьшился небелковый азот крови?
7. Больной жалуется на частую рвоту, общую слабость. Содержание остаточного азота в крови составляет 35 ммоль/л, функция почек не нарушена. Какой вид азотемии возник?
А. Относительная. В. Почечная. С. Ретенционная. D. Продукционная.
8. Какие компоненты фракции остаточного азота преобладают в крови при продукционных азотемиях?
9. С-реактивный белок обнаруживают в сыворотке крови:
10. Болезнь Коновалова-Вильсона (гепатоцеребральная дегенерация) сопровождается снижением концентрации свободной меди в сыворотке крови, а также уровня:
11. Лимфоциты и другие клетки организма при взаимодействии с вирусами синтезируют интерфероны. Эти вещества блокируют размножение вируса в зараженной клетке, ингибируя синтез вирусных:
A.Липидов. B.Белков. C.Витаминов. D.Биогенных аминов. E.Нуклеотидов.
12. Женщина 62-х лет жалуется на частую боль в загрудинной области и позвоночнике, переломы рёбер. Врач предполагает миеломную болезнь (плазмоцитому). Какой из перечисленных показателей имеет наибольшее диагностическое значение?
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА
ЛИТЕРАТУРА
1. Губський Ю.І. Біологічна хімія. – Київ-Тернопіль: Укрмедкнига, 2000. – С. 429-431.
2. Губський Ю.І. Біологічна хімія. Підручник. – Київ-Вінниця: Нова книга, 2007. – С. 514-517.
3. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. – М.: Медицина, 1998. – С. 579-585.
4. Практикум з біологічної хімії / Бойків Д.П., Іванків О.Л., Коби-лянська Л.І. та ін./ За ред. О.Я. Склярова. – К.: Здоров’я, 2002. – С. 236-249.
ЗАНЯТИЕ 4
Тема: Биохимия свёртывающей, антисвёртывающей и фибринолитической систем организма. Биохимия иммунных процессов. Механизмы развития иммунодефицитных состояний.
Актуальность. Одна из важнейших функций крови - гемостатическая, в её осуществлении принимают участие свёртывающая, антисвёртывающая и фибринолитическая системы. Свёртывание - физиолого-биохимический процесс, в результате которого кровь теряет свою текучесть и образуются тромбы. Существование в нормальных физиологических условиях жидкого состояния крови обусловлено работой антисвёртывающей системы. При образовании тромбов на стенках кровеносных сосудов активируется фибринолитическая система, работа которой приводит к их расщеплению.
Иммунитет (от лат. immunitas – освобождение, спасение) – является защитной реакцией организма; это способность клетки или организма защищаться от живых тел или веществ, которые несут в себе признаки чужеродной информации, сохраняя свою целостность и биологическую индивидуальность. Органы и ткани, а также отдельные виды клеток и продукты их жизнедеятельности, которые обеспечивают распознавание, связывание и разрушение антигенов с помощью клеточных и гуморальных механизмов, называют иммунной системой. Эта система осуществляет иммунный надзор - контроль над генетическим постоянством внутренней среды организма. Нарушение иммунного надзора приводит к ослаблению антимикробной резистентности организма, угнетению противоопухолевой защиты, аутоиммунным нарушениям и иммунодефицитным состояниям.
Цель. Ознакомиться с функциональной и биохимической характеристикой системы гемостаза в организме человека; коагуляционным и сосудисто-тромбоцитарным гемостазом; свёртывающей системой крови: характеристикой отдельных компонентов (факторов) свёртывания; механизмами активации и функционирования каскадной системы свёртывания крови; внутренним и внешним путями коагуляции; ролью витамина К в реакциях коагуляции, лекарственными препаратами - агонистами и антагонистами витамина К; наследственными нарушениями процесса свёртывания крови; антисвёртывающей системой крови, функциональной характеристикой антикоагулянтов - гепарином, антитромбином ІІІ, лимонной кислотой, простациклином; ролью эндотелия сосудов; изменениями биохимических показателей крови при продолжительном введении гепарина; фибринолитической системой крови: этапами и компонентами фибринолиза; лекарственными препаратами, которые влияют на процессы фибринолиза; активаторами плазминогена и ингибиторами плазмина; осаджением крови, тромбообразованием и фибринолизом при атеросклерозе и гипертонической болезни.
Ознакомиться с общей характеристикой иммунной системы, клеточными и биохимическими компонентами; иммуноглобулинами: структурой, биологическими функциями, механизмами регуляции синтеза, характеристикой отдельных классов иммуноглобулинов человека; медиаторами и гормонами иммунной системы; цитокинами (интерлейкинами, интерферонами, белково-пептидными факторами регуляции роста и пролиферации клеток); биохимическими компонентами системы комплемента человека; классическим и альтернативным механизмами активации; развитием иммунодефицитных состояний: первичными (наследственными) и вторичными иммунодефицитами; синдромом приобретенного иммунодефицита человека.
ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ
1. Понятие гемостаза. Основные фазы гемостаза.
2. Механизмы активации и функционирования каскадной системы св
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.
