Homeostáza vody a iontů

Transkript

1 Homeostáza vody a iontů 1

2 Homeostasa Je stálost vnitřního prostředí Tělesna teplota distribuce vody ph Koncentrace iontů, glukosy, Základní regulační mechanismus je zpětná vazba 2

3 3

4 Voda v lidském těle Lidské tělo celková tělesná voda pevné látky CTV 60 % 40 % extracelulární tekutina intracelulární tekutina ECT 20 % ICT 40 % intravaskulární (plazma) intersticiální IVT 5 % IST 15 % 4

5 5

6 Akvaporiny Kanálky v membráně selektivní pro vodu Některé transportují i ureu, glycerol Hnací silou transportu je rozdílný osmotický tlak 6

7 Denní bilance vody Příjem vody Výdej vody nápoje 1200 ml perspirace 900 ml potraviny 1000 ml stolice 100 ml metabolismus 300 ml moč 1500 ml CELKEM 2500 ml CELKEM 2500 ml 7

8 Metabolická voda Metabolismus živin živiny + O 2 CO 2 + H 2 O + energie + teplo Dýchací řetězec: O e H + 2 H 2 O dále dehydratační a kondenzační reakce 8

9 Denní obrat vody mladý dospělí: 2,5 l / 70 kg, tj. cca 1/30 Kojenec: 0,7 l / 7 kg, tj. cca 1/10 vyšší obrat vody, citlivější na poruchu bilance vody Starý člověk: porucha/ztrátu pocitu žízně 9

10 Ionty v těle Iontogram ECT Iontogram ICT kationty anionty kationty anionty 10

11 Průměrné koncentrace iontů v plazmě (ECT) v ICT Kationt mmol/l Aniont mmol/l Na Cl K + 4 HCO Ca 2+ 2,5 Proteiny 16 Mg 2+ 1,5 HPO Kationt mmol/l Aniont mmol/l Na + 10 Cl - 3 K HCO Ca 2+ 1 Proteiny 65 Mg HPO

12 Sodík (Na), Draslík (K) ve sloučeninách vždy jako kationty K +, Na + jejich soli jsou velmi dobře rozpustné ve vodě jejich kationty jsou nebarevné Na + - hlavní extracelulární kation K + - hlavní intracelulární kation 12

13 Sodno-draselná ATPasa K + K + vně ADPP i membrána ATP cytoplasma Na + Na + Na + Sodno-draselná pumpa (plazmatická membrána buněk) 13

14 Sodno-draselná ATPasa 14

15 Metabolismus Na + příjem: především kuchyňská sůl, NaCl, 8 11 g/den doporučený příjem: 2,3 g/den distribuce: 50% ECT, 40% kost, 10 % ICT koncentrace v plasmě: mmol/l výdej: moč (cca. 90%), pot, stolice vysoce hydratován, pohyb Na + vede k pohybu vody regulace: aldosteron - vylučování Na +, vylučování K + 15

16 (játra) (ledviny) (krev) (kůra nadledvin) 16

17 Aldosteron HO CH2OH O OHC Steroidní hormon, mineralokortikoid, kůra nadledvin ztráta vody baroreceptory (pokles tlaku) angiotensin II aldosteron resorpce Na + (H 2 O) v ledvinách zvýšení tlaku Účinek: zpětná resorpce Na + a vylučování K + a NH 4 + O 17

18 18

19 Atriální natriuretický faktor (ANP) Také BNP ( brain ) a CNP Polypeptidy Vznikají v srdečních síních Zvýšený objem krve napětí svalu syntéza ANP Účinek: vasodilatace, diuresa a natriuresa Chrání myokard proti přetížení velkým objemem krve a vysokým krevním tlakem 19

20 K + - kation draselný příjem: především v potravinách rostlinného původu distribuce: 98% ICT, 2 % ECT koncentrace v plasmě: 3,8 5,2 mmol/l někt. diuretika vedou ke zvýšenému výdeji K + regulace: aldosteron - vylučování Na +, vylučování K + 20

21 Ca 2+ (vápenaté ionty) v organismu Ca 2+ v organismu především v kostech a zubech (99 %) ve formě nerozpustných apatitů Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) Ca 2+ je extracelulární kation (1 %), v extracelulární tekutině (ECT) ve 3 formách ionizovaný Ca 2+ (fyziologicky účinný) Ca 2+ navázaný na bílkoviny Ca 2+ navázaný na anionty organ. kys. (citrát) v intracelulární tekutině (ICT) nerovnoměrně relativně vysoká koncentrace endoplasmat. retikulum, mitochondrie velmi nízká konc. v cytosolu 10-7 mol/l 21

22 Funkce Ca 2+ v organismu Ca 2+ jsou nezbytné zejména pro: srážení krve svalovou kontrakci a relaxaci Příprava krevní plasmy - potřeba zabránit srážení krve Mezi antikoagulancia patří: oxalát (šťavelan) vysráží Ca 2+ jako nerozp. oxalát vápenatý EDTA, citrát s Ca 2+ rozpustné nedisociované komplexy 22

23 Vybrané sloučeniny Ca 2+ Ca 3 (PO 4 ) 2 - fosforečnan vápenatý - nerozpustný Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) - hydroxylapatit v kostech Ca 5 (PO 4 ) 3 F - fluorapatit v zubech CaSO 4. 1/2 H 2 O pálená sádra CaSO 4. 2 H 2 O pevná sádra CaCl 2 - chlorid vápenatý - rozpustný intravenózně (např. akutní alergické stavy) 23

24 Doporučený denní příjem vápníku (mg) Děti Ženy (těhotenství, kojení - více) Muži Staří lidé (> 65) (důležitý pro prevenci a léčbu osteoporózy) 24

25 Zdroje vápníku v potravě Rostlinné ořechy luštěniny pečivo Živočišné mléko mléčné výrobky sardinky s kostičkami využitelnost ~ 10% využitelnost až 50% 25

26 Obsah vápníku (mg/100 g) Sušené mléko 1300 Tvrdé sýry Tavené sýry Sardinky s kostičkami Mléko, jogurty, tvaroh Ořechy, mandle Luštěniny Pečivo, těstoviny

27 Koncentrace Ca 2+ ve vodách norma pro pitnou vodu, doporučená hodnota mg/l Dobrá Voda 6,6 mg/l Toma Natura 25,8 mg/l Mattoni 47,6 mg/l Vodovodní voda (Brno) 120 mg/l Ondrášovka 184 mg/l Mléko plnotučné 1200 mg/l 27

28 Vstřebávání vápníku Podporuje vitamin D proteiny produkty mléčného kvašení Omezuje nadbytek fosfátů (Coca-Cola) CaHPO 4 oxaláty nadbytek vlákniny chronický průjem 28

29 Hormonální regulace Ca 2+ Kalcemii zvyšuje Parathyrin (=parathormon) - peptid - příštítná tělíska mobilizuje Ca 2+ z kostí, resorpci Ca 2+ v ledvinách a resorpci fosfátů v ledvinách Kalcitriol (steroid z vitaminu D) játra, ledviny podporuje resorpci Ca 2+ a fosfátů ze střeva Kalcemii snižuje Kalcitonin peptid štítná žláza ukládání Ca 2+ do kostí 29

30 30

31 31

32 32

33 33

34 Bílkoviny v krevní plazmě koloidně osmotický (onkotický) tlak (malá část z celkového osmotického tlaku) podílí se hlavně albumin (přibližně z 80%) ovlivňuje přechod vody a nízkomolekulárních látek mezi intra- a extravaskulárním prostředím při poklesu koncentrace bílkovin v krvi dochází k přesunům vody z plazmy do intersticia 34

35 tok krve arteriální konec H 2 O Krevní kapilára hydrostatický tlak hydrostatický tlak onkotický tlak stejný v celé délce kapiláry krevní kapilára venózní konec hydrostatický tlak H 2 O 35

36 Regulace osmolality antidiuretický hormon (ADH, vasopresin) Peptid hypotalamus hypofýza krevní oběh Stimulace syntézy ADH: osmotický tlak (osmoreceptory) zvyšuje zpětnou resorpci vody z ledvinových kanálků (pomocí kanálu pro vodu - akvaporinu 2) Porucha: syntéza ADH diabetes insipidus polyurie 36

37 Podmínka izotonicity pro buňky Roztok: hypertonický izotonický hypotonický Hypertonické prostředí - smršťování buněk Hypotonické prostředí - lýza 37

38 Osmolalita plazmy (mmol.kg -1 H 2 O) přibližný výpočet 2 [Na + ] + [glukosa] + [močovina] 1,86 [Na + ] + [glukosa] + [močovina] + 9 Na osmotickém tlaku plazmy se podílí především: Na mmol/l Cl 103 mmol/l HCO 3 27 mmol/l Proteiny Glukosa Močovina 16 mmol/l 4 5 mmol/l 3 8 mmol/l 38

39 Osmolární okénko (gap) Osmol gap = osmol(měř.) osmol(výpočet.) Upozorňuje na přítomnost neměřených (nízkomolekulárních) analytů (ethanol, aceton, AK, ) Osmol gap (1 ethanolu) = cca 22 mmol / kg H 2 O 39

40 Poruchy Nízká osmolalita (až 230 mmol/kg): příliš mnoho vody (např. neschopnost ledvin vyloučit vodu z organismu, nadměrný přívod vody ) nedostatek sodíku Vysoká osmolalita (až 400 mmol/kg): dehydratace (neschopnost pít, ztráty vody ) hypernatremie hyperglykemie uremie přítomnost jiných molekul (např. otrava ethanolem) 40

41 Kyseliny a báze v metabolismu Produkce a regulace koncentrace H + v organismu GIT Potrava, nápoje Metabolické děje ICT CO 2 H 2 O OH - (=ztráta H + ) H + (20 mol) (70 mmol) ECT ph = 7,40 ± 0,04 CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO H + Pufry (proteiny, fosfáty) Orgány PLÍCE LEDVINY CO 2 HCO - 3 NH 4+, H 2 PO 4-, SO 2-4 (20 mol/den) (1mmol/den) (40-80 mmol/den) 41 41

42 Hodnota ph krve Fyziologické rozmezí: ph = 7,4 ± 0,04 ph = 7,36-7,44 [H+] 40 nmol/l ph krve je udržováno ve velmi úzkém rozmezí hodnot Hraniční hodnoty ph krve ph = 6,8 ph = 7,7 [H+] 160 nmol/l [H+] 20 nmol/l lidské tělo je velmi citlivé na změny ph udržování acidobazické rovnováhy pufrační systémy negativní důsledky změny koncentrace H + : např - změny v excitabilitě nervů a svalů - srdeční arytmie - změny enzymové aktivity - buněčné destrukce 42

43 Pufrační systémy organismu Tři hlavní pufrační systémy Hydrogenuhličitanový pufr Proteinový pufr (hemoglobin, albumin,..) Fosfátový pufr 43

44 Hydrogenuhličitanový pufr (Hydrogenkarbonátový pufr) Organismus: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - CO 2 pochází z metabolismu CO 2 se rozpouští ve vodě a malá část tvoří H 2 CO 3 koncentrace H 2 CO 3 závisí na koncentraci CO 2 místo koncentrace [H 2 CO 3 ] se používá efektivní koncentrace [H 2 CO 3 ] eff, která zahrnuje i koncentraci CO 2 Hlavní pufr krve 44 44

45 Hendersonova-Hasselbachova rovnice pro hydrogenuhličitanový pufr v krvi CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - ph = pk (H 2CO3 ) + log [HCO [CO + H ] CO 3 ] = 6,1 + log [HCO 3 ] [ H 2CO 3] ef ph = 6,1 + log [HCO pco 2 3 ] 0,23 pro koeficient 0,23 a tlak v kpa se hodnota udává v mmol/l! parciální tlak CO 2 v kpa koeficient rozpustnosti 45

46 Hendersonova-Hasselbachova rovnice pro hydrogenuhličitanový pufr v krvi CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - ph = pk (H 2CO3 ) + log [HCO [CO + H ] CO 3 ] = 6,1 + log [HCO 3 ] [ H 2CO 3] ef ph = 6,1 + log [HCO pco 2 3 ] 0,23 pro koeficient 0,23 a tlak v kpa se hodnota udává v mmol/l! parciální tlak CO 2 v kpa koeficient rozpustnosti 46

47 Jak působí hydrogenuhličitanový pufr? Lidské tělo otevřený systém: množství CO 2 je regulováno plicní ventilací CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - plíce + H + H + + HCO - 3 H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O + OH - OH - + H 2 CO 3 HCO H 2 O CO 2 + H 2 O ledviny 47

48 Proteiny Proteinový pufr obsahují ionizovatelné skupiny mohou odštěpovat či vázat protony mají amfoterní charakter fyziologické ph: - většina proteinů má záporný náboj - imidazolové skupiny His-zbytků pufrační vlastnosti + H + H + histidin pk A = 6,5 48

49 Hemoglobin jako pufr erytrocyty: deoxyhemoglobin Hb oxyhemoglobin HbO 2 acidobazické vlastnosti deoxyhemoglobinu a oxyhemoglobinu deoxyhemoglobin oxyhemoglobin HHb Hb - + H + pk A ~ 7,8 HHbO 2 HbO 2- + H + pk A ~ 6,2 Oxyhemoglobin je silnější kyselina než deoxyhemoglobin oxyhemoglobin uvolňuje protony Deoxyhemoglobin je slabší kyselina než oxyhemoglobin deoxyhemoglobin váže protony 49

50 PLÍCE Jak působí hemoglobinový pufr v organismu?. TKÁNĚ. Plíce oxyhemoglobin (HHbO 2 ) vzniká z deoxyhemoglobinu (HHb) a disociuje na HbO 2- + H +. Oxyhemoglobin uvolňuje protony. Tkáně oxyhemoglobin (HbO 2- ) uvolňuje kyslík oxygen, vzniká deoxyhemoglobin (Hb -), který přijímá protony. Deoxyhemoglobin váže protony 50

51 Jak působí hemoglobinový pufr v organismu? LUNGS... TISSUES.... Plíce oxyhemoglobin (HHbO 2 ) vzniká z deoxyhemoglobinu (HHb) a disociuje na HbO 2- + H +. Oxyhemoglobin uvolňuje protony. Tkáně oxyhemoglobin (HbO 2- ) uvolňuje kyslík oxygen, vzniká deoxyhemoglobin (Hb -), který přijímá protony. Deoxyhemoglobin váže protony 51

52 Fosfátový pufr Hydrogen/dihydrogenfosfátový pufr HPO 4 2- bazická komponenta H 2 PO 4 - kyselá komponenta Hendersonova-Hasselbachova rovnice: ph = log HPO H 2 PO hlavní pufr v moči koncentrace fosfátů v krvi je velmi nízká 52

53 Souhrn Pufrační systémy v organismu Pufr Pufrační báze Pufrační kyselina Hlavní působení Hydrogenuhličitan HCO 3 - H 2 CO 3 + CO 2 extracelulární Plazmatické proteiny Hemoglobin erytrocytů Protein Protein-H + intracelulární Hemoglobin Hemoglobin-H + erytrocyty Fosfátový HPO 4 2- H 2 PO 4 - intracelulární 53

54 Hemoglobin Erytrocyty Krev Transport O 2 a CO 2 v krvi Kapilární krev v alveolech Kapilární krev v tkáních O 2 Hb O 2 O 2 Hb O 2 H + HbO 2 HCO 3 - HCO 3 - HCO 3 - HbO 2 H + Metabolické děje v tkáních H 2 CO 3 H 2 CO 3 CO 2 CO 2 +H 2 O CO 2 +H 2 O PLÍCE Erc Erc TKÁNĚ CO

55 Funkce plic a ledvin při udržování acidobazické rovnováhy Plíce: plicní ventilace mol CO 2 za den H+ nebo pco 2 stimulace plicní ventilace (rychlost a hloubka dýchání se zvětšuje) zvýšené vylučování CO 2 H + v arteriích plicní ventilace klesá více CO 2 je zadržováno Ledviny: reabsorpce nebo exkrece HCO 3 - sekrece H + sekrece NH 4+, fosfátů 55 55

56 Časový průběh regulace acidobazické rovnováhy (ABR) Reakce extracelulárních pufrů...(ihned) (převážně: hydrogenuhličitanový pufr) Reakce intracelulárních pufrů... (min-hod.) (fosfátový pufr, proteiny, hydrogenuhličitanový pufr) Orgánová kompenzace (ledviny, plíce, játra). (hod.-dny) plíce: 6-10 hodin ledviny: 3-5 dní 56 56

57 Acidobazická rovnováha (ABR) Parametr Fyziologické hodnoty ph 7,4 ± 0,04 ph = 6,1 + log [HCO 3 ] pco 0,23 2 pco 2 5,3 ± 0.5 kpa HCO 3-24 ± 3 mmol/l Měřené parametery ABR: hlavní parametry: ph, pco 2 ostatní parametry: po 2, HbO 2, COHb, MetHb Odvozené (vypočítané) parametry ABR: HCO 3 - Acidobazický analyzátor 57 57

58 Poruchy acidobazické rovnováhy Acidózy ph krve: ph = 7,36 7,44 Acidóza je proces vedoucí k akumulaci H + v organismu [H + ] = ph ph pod 7.36 (ph < 7.36 acidemie) Alkalózy Alkalóza je proces vedoucí ke snížení H + v organismu [H + ] = ph ph nad 7.44 ( ph > 7.44 alkalemie ) Acidóza a alkalóza jsou patologické procesy, které vedou ke vzniku acidemie nebo alkalemie 58 58

59 Třídění poruch acidobazické rovnováhy Alkalóza (ph > 7,44 alkalemia) Metabolické poruchy ph = 6,1 + log [HCO 3 ] pco 0,23 2 Acidóza (ph < 7,36 acidemia) Respirační poruchy

60 Třídění poruch acidobazické rovnováhy podle primární příčiny Respirační poruchy: primární změna v pco 2 (změny v plicní ventilaci) Metabolické poruchy: primární změna v koncentraci bazické složky pufru (změny v koncentraci HCO 3, také v koncentraci proteinů, fosfátů, a koncentraci silných iontů) časového průběhu akutní: nekompensované stabilizované: kompensované smíšené (kombinované) : více než jedna porucha acidobazické rovnováhy 60