2 курс / Нормальная физиология / ВИРТУАЛЬНЫЙ_ПРАКТИКУМ_ПО_НОРМАЛЬНОЙ_ФИЗИОЛОГИИ

7,35–7,45. При патологических состояниях значения рН крови регистрируются на низком уровне ≈ 6,9 или на высоком уровне ≈ 7,8. Значения более высокие или более низкие, чем указанные выше, являются не совместимыми с жизнью человека. Узкий диапазон рН между 7,35–7,45 является значимым для организма, когда рассматриваются биохимические реакции внутри организма, как в норме, так и при патологических состояниях.

В норме организм человека продуцирует большое количество Н+ в результате метаболических процессов в клетках организма (распада кислот, продуктов жира, сахара и аминокислотного метаболизма). Регуляция относительного постоянного рН внутренней среды является одной из важных физиологических функций систем тела человека.

Чтобы поддержать постоянство рН, организм задействует

химические и физиологические буферные системы. Химические буферные системы состоят из смеси слабых кислот и слабых оснований. Они помогают регулировать уровни рН организма за счет связывания Н+ и удаления их из раствора, когда их концентрация начинает увеличиваться за счет освобождения Н+ в раствор, или, когда их концентрация начинает падать. Существует три основных химических буферных системы: бикарбонатная, фосфатная и белковая. Эти буферные системы являются самыми быстрыми формами компенсации и способны возвращать рН крови к нормальному уровню за несколько секунд.

Физиологические буферные системы представлены двумя основными: выделительной и дыхательной.

Выделительная система является более медленной, ей тре-

буется часы или дни для осуществления эффекта.

Дыхательная система обычно выполняет эту работу за минутный интервал времени, но не может контролировать такое количество рН изменений, которое осуществляет выделительная система. Эти физиологические буферные системы помогают регулировать рН организма, контролируя выведение кислот, оснований или СО2 из организма. Например, если накапливается слишком большое количество кислоты в организме, выделительная система может отвечать на это, экскретируя больше Н+ в мочу. Подобно этому, если накапливается слишком много СО2 в крови, дыхательная система отвечает усилением дыхания, удаляя при выдохе излишек углекислого газа. Уровень СО2 оказывает

181

https://t.me/medicina_free

прямой эффект на уровни рН, так как добавление СО2 в кровь сопровождается генерацией большого количества Н+. Следующая реакция показывает, что происходит в дыхательной системе, когда СО2 соединяется с водой в крови:

Н2О + СО2 ↔ Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3-

Н2СО3 – углекислая кислота, НСО3- – бикарбонатный ион

Эта реакция является обратимой и характерной для взаимоотношений СО2 и Н+. Необходимо отметить, что как только излишек СО2 аккумулируется в крови (что часто вызывается пониженным газообменом в легких), реакция сдвигается вправо и продуцируется больше Н+, что понижает рН:

Н2О + СО2 → Н2СО3 → Н+ + НСО3-

И, наоборот, как только [H+] повышается, в крови будет больше присутствовать СО2:

Н2О + СО2 ← Н2СО3 ← Н+ + НСО3- Нарушение кислотно-щелочного баланса возникают, когда

уровни рН организма снижаются или повышаются относительно нормального уровня рН = 7,35-7,45. Когда уровень рН снижается ниже 7,35, организм находится в состоянии ацидоза, а когда уровень рН повышается выше 7,45, организм находится в состоянии

алкалоза. Дыхательный ацидоз и алкалоз являются результатом того, что дыхательная система аккумулирует слишком много или

слишком мало СО2 в крови.

Метаболический ацидоз и метаболический алкалоз связа-

ны со всеми другими условиями ацидоза и алкалоза (то есть, они не вызваны процессами в дыхательной системе).

Последующие эксперименты связаны с нарушениями кис- лотно-щелочного баланса и с физиологическими буферными системами, которые компенсируют этот дисбаланс.

Дыхательный ацидоз и алкалоз

Дыхательный ацидоз является результатом ослабленного дыхания или гиповентиляции, что ведет к аккумуляции слишком большого количества СО2 в крови. Причинами гиповентиляции является обструкция дыхательных путей, депрессия дыхательного центра продолговатого мозга, заболевания легких и передозировка препаратами. Напомним, что СО2 действует как кислота, так как формирует углекислоту при соединении с водой в крови

182

https://t.me/medicina_free

организма. Затем углекислота формирует Н+ и бикарбонатные ионы:

Н2О + СО2 → Н2СО3 → Н+ + НСО3- Поскольку гиповентиляция сопровождается повышением

уровней СО2 в крови, увеличением уровней Н+, то значение рН в крови снижается.

Дыхательный алкалоз является результатом слишком низкого содержания СО2 в крови. Может возникать при подъеме по высоте (когда воздух содержит наименьшее количество кислорода) или гипервентиляции. Гипервентиляция способствует удалению избытка СО2 из крови, снижая количество Н+ в крови и, таким образом, повышая уровень рН крови.

Рис. 35. Экран работы «Дыхательный ацидоз/алколоз»

В первой работе Вы будите изучать причины дыхательного ацидоза и алкалоза. Для этого в главном меню следует выбрать работу «Кислотно-щелочной баланс». На открывшемся экране (рис. 35) Вы видите работу «Дыхательный ацидоз/алкалоз». В левой части экрана находится фигура, имитирующая парные части

183

https://t.me/medicina_free

легких: это баллоны, соединенные с трубкой, которые напоминают собой перевернутую букву «Y». Воздух входит через эту трубку и выходит из нее, что имитирует трахею и другие воздухоносные пути дыхательной системы. Внизу под «легкими» находится черная платформа, имитирующая диафрагму. Длинная U-образная трубка, содержащая красную жидкость, представляет собой кровоток в легких. В верхней левой части этой трубки находится рН-метр, который будет измерять уровень рН крови с началом каждого эксперимента (началом эксперимента является щелчок кнопкой «Старт» на левой стороне экрана). С правой стороны расположен монитор осциллографа, который графически показывает дыхательные объемы. Обратите внимание, что дыхательные объемы измеряются в литрах по оси Y, а время в секундах измеряется по оси Х. Под монитором находятся три кнопки: нормальной дыхание, гипервентиляция, возвратное дыхание.

Практическая часть

Работа № 1. Нормальное дыхание

Чтобы получить контрольные результаты для выполнения экспериментов, необходимо изучить, что происходит во время нормального дыхания.

Ход работы:

1.Нажмите кнопку «Старт». Заметьте, что кнопка «Нормальное дыхание», показывает, что легкие начинают «дышать» нормально. Следите за показателями отметок рН-метра в верхней левой части экрана, величиной РСО2 на дисплее и формой следовой метки осциллографа. По мере движения метки по экрану фиксируйте значения рН в следующие отрезки времени:

На 20 сек, рН ____________

На 40 сек, рН ____________

На 60 сек, рН ____________

2.Разрешите следовой метке пройти весь путь до правой стороны экрана осциллографа, так как в этой точке серия эксперимента будет автоматически закончена.

3.Нажмите кнопку «Зарегистрировать результат» слева на

экране.

4.Зарегистрируйте полученные результаты и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.

184

https://t.me/medicina_free

Изменяется ли уровень рН крови во время нормального дыхания?

Каким образом? __________________________________________

Находится ли уровень рН внутри «нормального» диапазона орга-

низма человека? __________________________________________

Меняется ли уровень РСО2 во время серии нормального дыхания?

Насколько? ______________________________________________

5. Щелкните кнопкой «Убрать метки», чтобы очистить экран осциллографа.

Работа № 2. Гипервентиляция – серия 1

В этой работе Вы будите наблюдать за уровнями рН и СО2 в крови во время гипервентиляции.

Ход работы:

1.Нажмите кнопку «Старт». Позвольте дыхательной метке

внорме достичь интервала времени 10 секунд. На этой метке времени (10 секунд) щелкните кнопкой «Гипервентиляция». Следите за дисплеем рН метра, а также за значениями РСО2 на дисплее и формой следовой метки. Когда метка пройдет, зарегистрируйте результат для рН в следующие моменты времени:

На 20 сек, рН ____________

На 40 сек, рН ____________

На 60 сек, рН ____________

2.Позвольте метке пройти весь путь через экран осциллографа до конца.

3.Нажмите кнопку «Зарегистрировать результат».

4.Зарегистрируйте полученные результаты и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.

Меняется ли уровень рН крови во время этой серии эксперимен-

тов? Если да, то как? _____________________________________

Находится ли уровень рН в пределах нормального диапазона, характерного для организма человека? ________________________

Если нет, то, когда уровень рН выходит за нормальный диапазон и что показывает значение рН при кислотно-щелочном дисба-

лансе? __________________________________________________

Изменяется ли уровень РСО2 во время этой серии экспериментов?

Если да, то насколько? ____________________________________

Если Вы наблюдали кислотно-щелочной дисбаланс во время этой серии экспериментов, то, что происходит в выделительной системе для компенсации этого? _____________________________

185

https://t.me/medicina_free

Насколько следовая метка при гипервентиляции отличается от следовой метки при нормальном дыхании? Меняется ли дыха-

тельный объем? __________________________________________

Кчему может приводить гипервентиляция? _________________

5.Щелкните кнопкой «Убрать метки», чтобы очистить экран осциллографа.

Работа № 3. Гипервентиляция – серия 2

Эта работа является разновидностью работы «Гипервентиляция – серия 1».

Ход работы:

1.Нажмите кнопку «Старт». Позвольте следовой метке, при нормальном дыхании, достичь интервала = 10 сек., затем щелкните кнопкой «Гипервентиляция» на 10-секундной отметке. Когда следовая метка при гипервентиляции пройдет 10 сек., щелкните кнопкой «Нормальное дыхание» на отметке времени = 20 сек. Теперь позвольте метке пересечь экран осциллографа, чтобы закончить серию эксперимента. Наблюдайте за изменениями рН метра и РСО2 на дисплее.

2.Щелкните кнопкой «Зарегистрировать результат».

3.Зафиксируйте полученные результаты и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.

Что происходит со следовой меткой после 20-секундной отметки, когда происходит остановка гипервентиляции? ____________

Возвращается ли организм сразу к нормальному дыханию? Объясните Ваши наблюдения. _________________________________

4.Щелкните кнопкой «Убрать метки», чтобы очистить экран осциллографа.

Работа № 4. Возвратное дыхание

Возвратное дыхание – это вдыхание воздуха, который был только что выдохнут из легких в замкнутое пространство. Выдыхание в бумажный пакет является примером возвратного дыхания. В этой работе Вы будите наблюдать за тем, что происходит с рН и уровнем РСО2 в крови во время возвратного дыхания.

186

https://t.me/medicina_free

Ход работы:

1.Нажмите кнопку «Старт». Позвольте следовой дыхательной метке, в норме достичь отметки = 10 сек.; после достижения этой отметки времени щелкните кнопкой «Возвратное дыхание».

Наблюдайте за дисплеем рН метра, показаниями РСО2 и формой следовой метки, регистрируя значения рН на следующих отметках времени:

На 20 сек, рН ____________

На 40 сек, рН ____________

На 60 сек, рН ____________

2.Позвольте метке пройти через весь экран осциллографа, до самого конца.

3.Щелкните кнопкой «Зарегистрировать результат».

4.Зафиксируйте полученные результаты и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.

Наблюдались ли изменения уровня рН крови во время этой серии эксперимента? Если да, то, как это происходило _____________

Всегда ли уровень рН находился в «нормальном» диапазоне значений организма человека? _________________________________

Если нет, то когда происходит переход значений рН за нормальный диапазон значений, и что происходит с уровнем рН при кис-

лотно-щелочном нарушении? ______________________________

Меняется ли уровень РСО2 во время этой серии эксперимента?

Как? ___________________________________________________

Если Вы наблюдали нарушение кислотно-щелочного баланса в этой серии экспериментов, как выделительная система может компенсировать эти изменения? ___________________________

Насколько следовая метка при возвратном дыхании отличается от метки при нормальном дыхании? Изменяется ли дыхатель-

ный объем? ______________________________________________

5.Щелкните кнопкой «Убрать метки», чтобы очистить экран осциллографа.

Теоретическая часть

Механизмы компенсации выделительной системы

Почки играют основную роль в поддержании баланса жидкости и электролитов во внутренней среде организма. Регулируя выделение воды с мочой, почки защищают организм от чрезмерной гидратации и дегидратации, а, за счет регуляции экскреции

187

https://t.me/medicina_free

отдельных ионов, почки сохраняют нормальный уровень электролитов в жидкостях организма. Регуляция кислотности мочи и уровня электролитного обмена позволяют почкам поддерживать уровень рН плазмы крови в пределах нормы. Почечная система является основным способом организма для компенсации в условиях дыхательного ацидоза и дыхательного алкалоза (хотя выделительная система также проявляет свои компенсаторные свойства при метаболическом ацидозе и алкалозе, но непосредственным механизмом для компенсации метаболических кислотнощелочных нарушений является дыхательная система).

Работы этого раздела показывают, как выделительная система компенсирует дыхательный ацидоз и алкалоз.

Рис. 36. Экран работы «Компенсация почечной системы»

Основной показатель, с которым Вы будете работать – это РСО2 (парциальное давление СО2 в крови). Вы будите наблюдать, как повышение и понижение РСО2 влияет на уровни [H+] и [HCO3-] (бикарбонат), которые почки экскретируют в мочу.

188

https://t.me/medicina_free

Щелкните кнопкой «Эксперимент» в верхней части экрана и выберите работу «Компенсация выделительной системы», откроется экран (рис. 36). С левой стороны находятся два сосуда, один из них заполнен кровью, имитируя обеспечение почек кровью. Обратите внимание, что уровень РСО2 должен быть установлен точно на 40, а соответствующее значение рН =7,4 – это значение «нормы».

Щелкнув кнопкой «Старт» Вы запускаете процесс подачи крови к нефрону, изображенному в правой стороне экрана. Когда ток крови протекает через гломерулы нефрона, Вы можете наблюдать фильтрацию из плазмы всех веществ, за исключением белков и клеток. Затем кровь из гломерул движется к сосуду на правой стороне оригинальной камеры. На конце трубки нефрона находится коллектор мочи в виде небольшого сосуда. Помните, что на картинке изображен только один нефрон, а в действительности в каждой почке человека их больше миллиона.

Под коллектором для сбора мочи находятся показатели для Н+ и НСО3-, в которых регистрируются относительные уровни этих ионов, присутствующих в моче.

Практическая часть

Работа № 5. Ответ почек при нормальном кислотнощелочном балансе

Ход работы:

1.Установите значение РСО2 на 40, если это еще не сделано (увеличить или уменьшить РСО2 можно с помощью кнопок (+) и (-). Обратите внимание, что с изменениями РСО2 меняется уровень рН крови.

2.Щелкните кнопкой «Старт» и позвольте серии эксперимента закончится.

3.Зарегистрируйте полученные результаты и ответьте на поставленные вопросы в своем отчете.

4.В конце серии щелкните кнопкой «Зарегистрировать результат».

При нормальном РСО2 и уровне рН, какой уровень Н+ регистриру-

ется в моче?_____________________________________________

Меняется ли значение рН крови при изменениях РСО2? __________

189

https://t.me/medicina_free

5. Щелкните кнопкой «Перезагрузка» для того, чтобы приступить к следующей работе.

Работа № 6. Ответ почек на дыхательный алкалоз

В этой работе Вы будите имитировать дыхательный алкалоз, приводя РСО2 к значениям ниже нормы (таким образом, рН крови будет выше нормы). Теперь Вы сможете наблюдать ответ выделительной системы при этих условиях.

Ход работы:

1.Установите РСО2 на 35, щелкнув кнопкой (-). Обратите внимание, что значение рН крови соответствует 7,5.

2.Нажмите кнопку «Старт».

3.В конце серии щелкните кнопкой «Зарегистрировать результат».

4.Щелкните кнопкой «Перезагрузка».

5.Повторите этапы 1–4, приводя РСО2 к более низким значениям (то есть устанавливайте РСО2 на 30, а затем на 20, это наименьшее разрешенное значение). Зарегистрируйте результат.

6.Зафиксируйте полученные результаты в своём отчёте и ответьте на поставленные вопросы.

Какой уровень [H+] регистрируется в моче при каждом из уров-

ней РСО2/рН? _____________________________________________

Какой уровень [HCO3-] присутствует в моче при каждом из уровней РСО2/рН? _________________________________________

Помните, что требуются часы и даже дни для того, чтобы выделительная система ответила на нарушения кислотнощелочного баланса. Предположим, что прошло достаточно времени для того, чтобы выделительная система смогла полностью компенсировать дыхательный ацидоз. Что можно ожидать от РСО2: увеличения или понижения?____________________

Как будет вести себя уровень рН крови: увеличиваться, или уменьшаться? ___________________________________________

Вспомните работы, которые Вы выполняли в первом эксперименте, по дыхательному ацидозу и алкалозу. Какой тип дыхания результируется в уровнях РСО2, близких к уровням РСО2, исследуемых в этой работе: нормальное дыхание, гипервентиляция, воз-

вратное дыхание? ________________________________________

Объясните, почему этот тип дыхания сопровождается алкало-

зом? ____________________________________________________

190

https://t.me/medicina_free