Методичка фізіологія модуль 2 стоматологи

МЕТОДИЧНА РОЗРОБКА № 9

На тему: Кислотно-лужний гомеостаз та механізми його підтримання.

Кількість годин: 2 години.

Місце проведення: навчальна лабораторія.

Навчальна мета:

Знати: поняття про рН, буферні системи та механізми підтримання кислотно-лужного гомеостазу.

Уміти: оцінити показники стану кислотно-лужної рівноваги, роз’яснити роль буферних систем в пристосувальних реакціях організму.

Для досягнення цієї мети доцільно повторити з курсу неорганічної хімії – що таке рН, константа дисоціації кислоти, буферна система.

Теоретичні питання для самопідготовки:

1.Поняття про рН та буферні властивості розчинів.

2.рН крові та його значення для гомеостазу.

3.Буферні системи внутрішнього середовища організму.

4.Основні фізіологічні показники кислотно-лужного стану.

5.Фізіологічні механізми регуляції кислотно-лужного стану організму.

6.Зсуви рН в нормі та при патології.

Ключові слова та терміни: активна реакція рідин (рН), кислотно-лужний стан, буферні властивості, буферні основи, буферні системи, надлишок основ.

Практичні роботи:

Робота 1. Спостереження буферних властивостей крові (дослід Фріденталя).

Ідослід. Беруть 2 чисті склянки і наливають в одну 5 мл сироватки, а в іншу 5 мл Н2О,

вкожну з них додають по каплі метилоранжу і рахують каплі, титрують 0,1н розчином НСl до появи стійкого червоного забарвлення. Титрування починають з води, яка не має буферних властивостей і використовується для контролю.

ІІ дослід. Беруть 2 склянки і наливають в одну 5 мл сироватки, в іншу 5 мл Н2О. В кожну склянку додають по каплі фенофталеїну і, рахуючи каплі, титрують 0,01 н розчином КОН до появи стійкого слабофіолетового забарвлення.

Робота 2. Визначення активної реакції крові (рН).

31

1% розчином хлориду натрію зволожують смужку універсального індикатора, наносять піпеткою краплю крові. Через 30 с. змивають смужку 1 % розчином хлориду натрію і порівнюють із шкалою.

Рекомендації щодо оформлення роботи. Визначити скільки крапель лугу і кислоти витрачено на титрування води і сироватки. Підрахувати, в скільки разів більше треба додати КОН до сироватки, ніж до води, щоб зробити реакцію лужною, та в скільки разів більше треба додати НСl до сироватки, ніж до води, щоб зробити реакцію кислою (врахувати, що сироватка розведена в 10 разів). Написати реакцію нейтралізації в сироватці крові соляної кислоти і їдкого натру.

ДОДАТОК №1. Визначення основних термінів та понять:

Активна реакція рідин – це існуюча в організмі в даних умовах кислотність або лужність внутрішнього середовища (наприклад, рН артеріальної крові і т.д.). По величині рН можна судити про те, чи є концентрація в крові іонів водню нормальною чи вона змінена в якийсь бік.

Кислотно-лужний стан (кислотно-лужна рівновага, кислотно-лужний баланс) – це гомеостатична властивість внутрішнього середовища організму, що характеризується відносною сталістю співвідношення водневих і гідроксильних іонів та визначає оптимальний характер обмінних процесів, фізіологічних функцій.

Однією з умов для нормального перебігу біохімічних процесів є постійність концентрації водневих іонів, оскільки від неї залежить оптимальність дії ферментних систем, проникливість мембран, функціональний стан рецепторів тощо. На практиці концентрацію водневих іонів в біологічних середовищах виражають одиницями рН у зв’язку з тим, що вона є дуже малою.

рН – від’ємний десятковий логарифм концентрації водневих іонів. рН плазми артеріальної крові у здорової людини коливається в межах 7,35-7,45. Реакція крові слабколужна, незважаючи на постійне надходження в кров кислих продуктів метаболізму. Ця відносна сталість забезпечується буферними системами і фізіологічними механізмами.

Буферна система – це розчин, який зв'язує надлишок іонів водню або гідроксильних іонів без суттєвого відхилення величини рН. Складається з слабкої кислоти і її кон'югованої основи.

В організмі функціонують 4 буферні системи: гідрокарбонатна, фосфатна, білкова, гемоглобінова.

Бікарбонатна буферна система складається з вугільної кислоти Н2СО3, яка виконує

роль донора протона, та її кон'югованої основи НСО3- , що виконує роль акцептора водню: Н2СО3 = Н+ + НСО3- .

Ця система зв'язана з системою зовнішнього дихання, нирками, кров'ю, тканинами. Фосфатна буферна система складається з іону Н2РО4- (донор іону водню) та іону

НРО4 2- (акцептор іону водню). Н2 РО4 - = Н + + НРО 4 2 - .

Система пов'язана з кров'ю та нирками.

Білкова буферна система представлена кислотно-основними групами в молекулі білка. Карбоксильна група надає білкам кислотних властивостей, аміногрупа – основних. Система пов'язана з кров'ю і тканинами.

Буферна функція гемоглобіну пов'язана з його участю в транспорті кисню та вуглекислого газу. При насиченні Нb киснем він стає більш сильною кислотою (ННbО2). У тканинах, віддаючи кисень, Нb стає дуже слабою органічною кислотою (ННb) і стає акцептором водневих іонів. Також відновлений гемоглобін за рахунок аміногруп зв'язує вуглекислий газ і утворюється карбгемоглобін.

Буферні основи (ВВ buffer basis) – концентрація аніонів всіх слабких кислот, гідрокарбонатів та аніонних груп білків (норма 48 ммоль/л).

32

Надлишок основ (BE – base excess) – відхилення концентрації буферних основ від нормального рівня (від – 4 ммоль/л до + 4 ммоль/л).

ДОДАТОК №2.

Контрольні питання по темі: “Кислотно-лужний гомеостаз та механізми його підтримання.”

1.Яке значення має постійність активної реакції крові для життєдіяльності організму?

2.Назвіть основні системи організму, необхідні для підтримання постійності активної реакції крові.

3.Що називають буферними системами крові? Перерахуйте буферні системи крові, вкажіть їх складові частини.

4.Поясніть механізм буферної дії білків плазми крові.

5.Поясніть механізм буферної дії гемоглобіну і напишіть відповідну хімічну реакцію. В яких клітинах організму протікає ця реакція? Яка частина буферної ємності крові обумовлена гемоглобіном?

6.Що називають некомпенсованим ацидозом і алкалозом?

7.Що називають компенсованим ацидозом і алкалозом?

8.Що називають лужним резервом? Як визначають його величину?

9.У скільки разів сироватка крові більш стійка до закислення і залужнення, ніж дистильована вода? В чому суть досліду Фріденталя, який доводить цей факт?

10.Яка біологічна суть більшої стійкості крові до закислення, ніж до залужнення? В яких умовах це найбільш важливо?

Відповіді по темі: “ Кислотно-лужний гомеостаз та механізми його підтримання.”

1.Забезпечує оптимальні умови для діяльності ферментних систем організму.

2.Система органів виділення (легені, нирки, потові залози) і система крові (буферні системи).

3.Сукупність речовин, які запобігають зсуву рН крові. Буферна система гемоглобіну

(KНbO2 і HHb), карбонатна система (Na НСО3 і Н2СО3), фосфатна(NaН2РО4 і (Na2 НРО4), буферна система білків плазми крові.

4.Білки є амфолітами у зв’язку з наявністю кінцевих (NН2 і СООН груп і деяких бокових груп пептидного ланцюга, одні з яких мають кислі, інші – основні властивості. Завдяки цьому білки можуть зв’язувати, як водневі, так і гідроксильні іони.

5.Відновлений гемоглобін (ННb) зв’язує іони водню і є більш слабою кислотою, ніж вугільна кислота KНbO2 + Н2СО3 = ННb+ НСО3 + O2. В еритроциті 75%.

6.Стани, при яких вичерпуються буферні можливості крові, і рН зміщується в кислий (ацидоз) або в лужний (алкалоз) бік.

7.Стани, при яких немає зсуву рН крові, але змінюється її буферна ємність.

8.Кількість лужних солей слабих кислот, які містяться в крові. Визначають по кількості СО2, яке може бути зв’язане з 100 мл крові при напрузі вуглекислого газу 40 мм рт.ст.

9.До закислення – в 300-400 разів до залужнення – в 40-70 разів. Титрування сироватки крові і дистильованої води кислотою або лугом в присутності індикаторів.

10.Більшість продуктів метаболізму – кислі, тому захист проти ацидозу має бути більш потужним, особливо при збільшенні активності органів, тканин або організму в цілому. При накопиченні великої кількості кислих метаболітів.

Контрольні питання по темі: “Фізіологічні механізми регуляції кислотно-лужного стану організму.”

1.У чому полягають відмінності між фізико-хімічними і фізіологічними механізмами регуляції рН?

33

2.Яка з буферних систем відіграє найважливішу роль у підтриманні рН крові і чому

3.Як змінюється рН крові при м’язовій роботі?

4.Показник активної реакції крові (рН) в артеріальній крові дорівнює 7,4, у венозній 7,35, у клітині – 7,0 – 7,2. Як пояснити цю різницю?

Відповіді по темі: “Фізіологічні механізми регуляції кислотно-лужного стану організму.”

1.Фізико-хімічні механізми регуляції рН полягають в регуляції буферними системами; в розведенні, нейтралізації, руйнуванні, окисленні; в обміні іонами між кров’ю і тканинами. Фізіологічні механізми регуляції здійснюють легені, нирки, печінка, шлунково-кишковий тракт.

2.Бікарбонатна. Має високу активність і ємність, відображає стан інших буферних систем.

3.рН крові зміщується в кислу сторону за рахунок накопичення кислих продуктів метаболізму.

4.Різниця пояснюється накопиченням великої кількості кислих продуктів метаболізму в венозній крові та в клітині.

ДОДАТОК №3.

Компенсаторні реакції при порушеннях КЛС.

При респіраторних порушеннях компенсація здійснюється переважно нирками за рахунон змін секреції іонів водню та реабсорбції бікарбонатних іонів в канальцях нирок. При нереспіраторних порушеннях – за рахунок зміни вентиляції легенів, а також через ниркові механізми (якщо нирки не були причиною цих порушень).

Порушення КЛС можуть бути компенсованими, частково компенсованими,

декомпенсованими і комбінованими.

Ознаки респіраторного ацидозу: РаСО2 більше 45 мм рт.ст., ВЕ – в нормі. Через деякий латентний період за рахунок підвищеного синтезу бікарбонатів і затримки кон’югованих основ в організмі ВЕ зростає понад 4 ммоль/л. Якщо рН повертається до норми, то стан повністю компенсований (1), якщо рН в межах 7,2-7,35 -–стан частково компенсований (2), якщо рН менше 7,2 – декомпенсований (3).

Ознаки респіраторного алкалозу: РаСО2 менше 35 мм рт.ст., ВЕ – в нормі. Через деякий час починає підвищуватись екскреція кон’югованих основ і ВЕ стає менше - 4 ммоль/л. Якщо рН повертається до норми, то стан повністю компенсований (1), якщо рН в межах 7,45-7,6 – стан частково компенсований (2), якщо більше 7,6 – декомпенсований (3).

норми, то стан повністю компенсований (1), якщо рН в межах 7,2-7,35 – стан частково компенсований (2), і якщо РН менше 7,2 – декомпенсований (3).

34

Ознаки нереспіраторного алкалозу: ВЕ більше 4 ммоль/л, РаСО2 спочатку в нормі. Реакції компенсації: знижується вентиляція легенів і зростає РаСО2, нирки менше секретують іонів водню і менше реабсорбують бікарбонатів. Якщо при цьому рН повертається до норми, то стан повністю компенсований (1), якщо рН в межах 7,45 –7,6 – стан частково компенсований (2), і якщо більше 7,6 – декомпенсований (3).

Маючи значення цих показників, можна визначити ВЕ – третій показник для оцінки КЛР. На рисунку приведені номограми для визначення ВЕ за величинами рН і РаСО2.

Порядок роботи з номограмами. На шкалах РаСО2 і рН знаходять точки, які відповідають виміряним значенням цих показників. Через ці точки проводять пряму лінію і по точці її перетинання зі шкалою ВЕ визначають надлишок основ. Так, в прикладі, наведеному на рисунку, РаСО2 = 32 мм рт.ст., і рН 7,28; звідси ВЕ = - 11 ммоль/л. Отже, має місце частково компенсований нереспіраторний ацидоз.

35

1.У хворого виявлено порушення В. Метаболічний алкалоз.

36

Гістерезис легень (hуsreresis) - від грецького відставання, запізнення - затримка спадіння альвеол при видиху.

Фізіологічний мертвий простір - це суми анатомічного мертвого простору та об’єму альвеол в яких не відбувається газообміну.

Легені

Капілярна сітка

Капілярна сітка

Рис. Будова легень.

А. Повітроносні шляхи та респіраторні відділ; Б. Легеневі альвеоли та їх кровопостачання; В. Доля легень.

ДОДАТОК № 2.

Контрольні питання по темі: “Зовнішнє дихання. Біомеханіка дихальних рухів.”

1.Що називають диханням?

2.Сукупність яких органів являє собою система дихання?

3.Перерахуйте 5 етапів дихального процесу в людини.

4.Що називається зовнішнім диханням? Які етапи процесу дихання воно включає ?

39

5.Сукупність яких органів забезпечує вентиляцію легень?

6.Назвіть головну функцію легень. Яке значення має дихання?

7.Перерахуйте негазообмінні функції легень.

8.Що називають повітроносними шляхами (мертвим простором)? Перерахуйте складові елементи, зазначте основні функції.

9. Яка роль грудної клітини в процесах дихання?

10.Що називають плевральною порожниною і негативним тиском у ній? Чому він дорівнює? 11. Що є причиною негативного тиску в плевральній щілині? У яких умовах він виникає?

Яка роль серозної рідини, що вистилає листки плеври?

12.Що називають еластичною тягою легень? Чому вона дорівнює при вдиху і видиху?

13.Назвіть компоненти, що складають еластичну тягу легень.

14.Яку роль грають сурфактанти, що вистилають внутрішню поверхню альвеол?

15.Чому легені не спадаються, незважаючи на наявність еластичної тяги, що намагається їх стиснути ?

16.Що таке пневмоторакс? Про що свідчить спадіння легень після пневмотораксу?

17.Яку роль у процесах вдиху і видиху грає негативний тиск у грудній порожнині?

18.Перерахуйте послідовно процеси, що забезпечують вдих. Пасивним або активним (із витратою енергії) він є?

19.Скільки відсотків енергії організм витрачає на роботу дихальних м'язів у стані спокою і при інтенсивній фізичній роботі (форсоване дихання). Назвіть головну причину цього збільшення наслідком чого вона є?

20.Перерахуйте компоненти нееластичного опору органів зовнішнього дихання.

21.Які м’язи здійснюють акт вдиху при спокійному і форсованому диханні?

22.Чому при скороченні зовнішніх міжреберних м’язів ребра піднімаються, незважаючи на те, що кожний міжреберний м’яз нижнє ребро тягне доверху, а верхнє донизу з однаковою силою?

23. Які основні сили необхідно перебороти при спокійному вдиху ? Яка з пасивних сил сприяє розширенню грудної клітини при вдиху?

24.Яке походження сили пружності грудної клітини, що сприяє вдиху, тобто розширенню грудної клітини до 60% обсягом життєвої ємності легень?

25.Назвіть головну і другорядну сили, що забезпечують розширення легень разом із розширенням грудної клітини при вдиху.

26.Перерахуйте послідовно процеси, у результаті яких здійснюється видих. Пасивними або активними вони є?

27.За рахунок яких сил зменшується об’єм грудної клітини при спокійному видиху?

28.Який механізм передачі сили еластичної тяги легень на грудну клітину, що стискує її і сприяє видиху?

29.Скорочення яких м’язів при форсованому диханні забезпечує активний видих? Чому скорочення внутрішніх міжреберних м’язів веде до опускання грудної клітини?

30.Сприяє або перешкоджає еластична тяга легень вдиху і видиху? Чому при скороченні м’язів діафрагми під час вдиху купол її зміщується вниз?

31.Назвіть типи дихання, у чому їх відмінність, які чинники визначать тип дихання, який переважно тип дихання в чоловіків і в жінок?

32.Які розрізняють легеневі об’єми? Що називають легеневими ємностями? Які розрізняють легеневі ємності.

33.Що називають дихальним об’ємом повітря, яка його частина (у мл) знаходиться у повітроносних шляхах?

34.Що називають резервним об’ємом вдиху? Який його розмір?

35.Що називають резервним об’ємом видиху? Яки його розмір?

36.Що називають залишковим об’ємом (ЗО)? Який його розмір?

37.Що називають життєвою ємністю легень (ЖЕЛ)? Який її об’єм у чоловіків і в жінок?

38.Що називають загальною ємністю легень (ЗЕЛ)? Який її розмір?

40