•Homeostáza vody a iontů • •1 Homeostáza •Je stálost vnitřního prostředí –tělesna teplota –distribuce vody –pH –koncentrace iontů, glukosy, … – –Základní regulační mechanismus je zpětná vazba – • •2 •3 •4 • • celková tělesná voda pevné látky • CTV 60 % 40 % • • •extracelulární tekutina intracelulární tekutina • ECT 20 % ICT 40 % • • •intravaskulární tek. (plazma) intersticiální tek. • IVT 5 % IST 15 % • •Voda v lidském těle •Lidské tělo •5 •Akvaporiny http://cstl-csm.semo.edu/lswatzell/research/aquaporin%20in%20the%20membrane.jpg •Kanálky v membráně selektivní pro vodu •Některé transportují i ureu, glycerol … •Hnací silou transportu je rozdílný osmotický tlak •6 •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 •Metabolická voda •Metabolismus živin • živiny + O2 → CO2 + H2O + energie + teplo • •Dýchací řetězec: • O2 + 4 e- + 4 H+ → 2 H2O • •dále dehydratační a kondenzační reakce •8 •Denní obrat vody •Mladý dospělý: 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/ztráta pocitu žízně •9 Ionty v těle •Iontogram ECT Iontogram ICT •kationty anionty •kationty anionty •10 Průměrné koncentrace iontů v plazmě (ECT) v ICT Kationt mmol/l Aniont mmol/l Na+ 142 Cl- 103 K+ 4 HCO3- 27 Ca2+ 2,5 Proteiny 16 Mg2+ 1,5 HPO42- 2 Kationt mmol/l Aniont mmol/l Na+ 10 Cl- 3 K+ 160 HCO3- 10 Ca2+ 1 Proteiny 65 Mg2+ 13 HPO42- 100 •11 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 • ATP •cytoplasma •vně • •membrána • •Sodno-draselná pumpa •(plazmatická membrána buněk) •Sodno-draselná ATPasa • •Na+ • •Na+ • •Na+ • •K+ • •K+ • ADP • Pi •13 Sodno-draselná ATPasa •14 Příjem Na+ •především jako kuchyňská sůl, NaCl, v ČR průměrně 15 g/den • •doporučený příjem: 2 g/den … odpovídá 5,1 g NaCl • •7 g NaCl • = • 2,8 g Na+ •15 j0078711[1] Porovnejte s doporučenou denní dávkou Na! •Metabolismus Na+ • distribuce: 50% ECT, 40% kost, 10 % ICT • koncentrace v plasmě: 135 – 145 mmol/l • výdej: moč (cca 90 %), pot, stolice • vysoce hydratován, pohyb Na+ vede k pohybu vody • regulace: aldosteron - ↓ vylučování Na+, • ↑ vylučování K+ •16 Aldosteron •Steroidní hormon, mineralokortikoid, kůra nadledvin • •ztráta vody → baroreceptory (pokles krevního tlaku) → angiotensin II → aldosteron → resorpce Na+ (H2O) v ledvinách → zvýšení krevního tlaku • •Účinek: zpětná resorpce Na+ a vylučování K+ a NH4+ • •O •H •O •C •H •2 •O •H •O •H •C •O •17 •(játra) •(ledviny) •(krev) •(kůra nadledvin) •18 •19 Atriální natriuretický faktor (ANP) •Polypeptid •Vzniká 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 •Také BNP, CNP, urodilatin • •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+ •21 Ca2+ (vápenaté ionty) v organismu • Ca2+ v organismu především v kostech a zubech (99 %) • ve formě nerozpustných apatitů Ca5(PO4)3(OH) • Ca2+ je extracelulární kation (1 %), v plazmě 2,25-2,75 mmol/l • v extracelulární tekutině (ECT) ve 3 formách • ionizovaný Ca2+ (fyziologicky účinný) • Ca2+ navázaný na bílkoviny • Ca2+ navázaný na anionty organ. kys. (citrát) • v intracelulární tekutině (ICT) nerovnoměrně: • relativně vysoká koncentrace ER, mitochondrie • velmi nízká konc. v cytosolu 10-7 mol/l •22 Funkce Ca2+ v organismu •Ca2+ jsou nezbytné zejména pro: • srážení krve • svalovou kontrakci a relaxaci • •Příprava krevní plazmy - potřeba zabránit srážení krve •Mezi antikoagulancia patří: • oxalát (šťavelan) • vysráží Ca2+ jako nerozp. oxalát vápenatý • EDTA, citrát • s Ca2+ rozpustné nedisociované komplexy •23 Vybrané sloučeniny Ca2+ • •Ca3(PO4)2 - fosforečnan vápenatý - nerozpustný •Ca5(PO4)3(OH) - hydroxylapatit v kostech •Ca5(PO4)3F - fluorapatit v zubech •CaSO4 . 1/2 H2O CaSO4 . 2 H2O •pálená sádra pevná sádra • •CaCl2 - chlorid vápenatý - rozpustný • intravenózně (např. akutní alergické stavy) •24 Doporučený denní příjem vápníku (mg) • •Děti 1 200 •Ženy 1 000 - 1 200 • (těhotenství, kojení - více) •Muži 1 000 •Staří lidé (> 65) 1 500 • (důležitý pro prevenci a léčbu osteoporózy) •25 • • • • • • Zdroje vápníku v potravě • Živočišné •mléko •mléčné výrobky •sardinky s kostičkami •využitelnost až 50% • • Rostlinné •ořechy •luštěniny •pečivo • •využitelnost ~ 10% •26 Obsah vápníku (mg/100 g) •Sušené mléko 1300 •Tvrdé sýry 800 - 1000 •Tavené sýry 400 – 500 •Sardinky s kostičkami 300 - 400 •Mléko, jogurty, tvaroh 100 - 150 • •Ořechy, mandle 100 - 250 •Luštěniny 50 - 100 •Pečivo, těstoviny 15 - 30 •27 Koncentrace Ca2+ ve vodách norma pro pitnou vodu, doporučená hodnota 40-80 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 •28 •Vstřebávání vápníku • Podporuje •vitamin D •proteiny •produkty mléčného kvašení • • Omezuje •nadbytek fosfátů (Coca-Cola) – CaHPO4↓ •oxaláty •nadbytek vlákniny •chronický průjem • •29 Hormonální regulace Ca2+ •Kalcemii zvyšuje ↑ –Parathyrin (= parathormon) - peptid - příštítná tělíska •mobilizuje Ca2+ z kostí, ↑ resorpci Ca2+ v ledvinách a ↓ resorpci fosfátů v ledvinách –Kalcitriol - steroid z vitaminu D - játra, ledviny •↑ resorpci Ca2+ a fosfátů ve střevě a ledvinách •Kalcemii snižuje ↓ –Kalcitonin – peptid – štítná žláza •zadržuje Ca2+ v kostech •30 •31 •32 •33 Osmolarita •= i . c • •34 •např. roztok NaCl, c = 154 mmol/l •i = 2 (disociace NaCl → Na+ + Cl-, tedy 2 osmoticky aktivní částice) •osmolarita = 2 . 154 = 308 mmol/l • •5% roztok glukosy, Mr = 180 •5 % = 5 g glc / 100 g roztoku = 5 g glc / 100 ml roztoku, tedy •ρM = 50 g/l, c = ρM / 180 = 278 mmol/l •i = 1 (glukosa není elektrolyt, nedisociuje) •osmolarita = 1 . 278 = 278 mmol/l • •35 •Osmolalita plazmy (mmol.kg-1 H2O) – přibližný výpočet •≈ 2 [Na+] + [glukosa] + [močovina] • ≈ 1,86 [Na+] + [glukosa] + [močovina] + 9 • •Na osmotickém tlaku plazmy se podílí především: •Na+ 140 mmol/l •Cl– 103 mmol/l •HCO3– 24 mmol/l •Proteiny 16 mmol/l •Glukosa 4 – 5 mmol/l •Močovina 3 – 8 mmol/l •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 H2O •36 •37 •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) Poruchy •38 •Podmínka izotonicity pro buňky •Hypertonické prostředí - smršťování buněk • • • • • • • •Hypotonické prostředí - lýza •Roztok: hypertonický izotonický hypotonický Regulace osmolality •antidiuretický hormon (ADH = vasopresin) –peptid – –hypotalamus → hypofýza → krevní oběh –stimulace syntézy ADH: ↑ osmotický tlak (osmoreceptory) – –zvyšuje zpětnou resorpci vody v ledvinách (pomocí kanálu pro vodu - akvaporinu 2) – –porucha: ↓↓ syntéza ADH → diabetes insipidus → polyurie •39 •40 •41 •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 •42 •Krevní kapilára • • • •krevní kapilára •hydrostatický tlak •hydrostatický tlak •hydrostatický tlak •onkotický tlak •venózní konec •tok krve •H2O •H2O •stejný v celé délce kapiláry •arteriální konec •43 •43 • •Orgány • • • • ICT • • • • • •Potrava, nápoje • •ECT •Metabolické děje •CO2 •H2O •OH- (=ztráta H+) •H+ •(70 mmol) •CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ •Pufry •(proteiny, •fosfáty) •D • •PLÍCE • CO2 •HCO3- •NH4+, H2PO4-, SO42- • (20 mol) •Kyseliny a báze v metabolismu •Produkce a regulace koncentrace H+ v organismu •GIT • • • • • • •pH = 7,40 ± 0,04 •LEDVINY •(20 mol/den) • (1mmol/den) • (40-80 mmol/den) •44 • •Hodnota pH krve • Fyziologické rozmezí: pH = 7,4 ± 0,04 •Hraniční hodnoty pH krve •pH = 6,8 •pH = 7,7 C:\Users\hpaulova\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.IE5\PV3CMYVH\MC900434413[1].wmf C:\Users\hpaulova\AppData\Local\Microsoft\Windows\Temporary Internet Files\Content.IE5\T6MMZO6Y\MC900438000[1].wmf •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 •[H+] @ 160 nmol/l •[H+] @ 20 nmol/l •[H+] @ 40 nmol/l •pH = 7,36 - 7,44 •pH krve je udržováno ve velmi úzkém rozmezí hodnot •45 •Pufrační systémy organismu •Tři hlavní pufrační systémy •Hydrogenuhličitanový pufr •Proteinový pufr (hemoglobin, albumin,…..) •Fosfátový pufr •46 •46 •Hydrogenuhličitanový pufr •(Hydrogenkarbonátový pufr) •Organismus: • CO2 pochází z metabolismu • CO2 se rozpouští ve vodě a malá část tvoří H2CO3 • koncentrace H2CO3 závisí na koncentraci CO2 • místo koncentrace [H2CO3] se používá efektivní koncentrace [H2CO3]eff , která zahrnuje i koncentraci CO2 • • Hlavní pufr krve • •47 •Hendersonova-Hasselbachova rovnice pro hydrogenuhličitanový pufr v krvi •parciální tlak CO2 •v kPa •koeficient rozpustnosti •pro koeficient 0,23 a tlak v kPa se hodnota udává v mmol/l ! •48 •Hendersonova-Hasselbachova rovnice pro hydrogenuhličitanový pufr v krvi •parciální tlak CO2 •v kPa •koeficient rozpustnosti •pro koeficient 0,23 a tlak v kPa se hodnota udává v mmol/l ! •49 •Jak působí hydrogenuhličitanový pufr? •Lidské tělo → otevřený systém: množství CO2 je regulováno plicní ventilací •+ H+ •H+ + HCO3- H2CO3 CO2 + H2O •+ OH- •OH- + H2CO3 HCO3- + H2O •CO2 + H2O •plíce •ledviny •50 •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+ ANd9GcQDKxCV12mtFIytLjADTJLEo47RPfWtljA9Qx8MXMZbEK5t98_r4g •H •+ •histidin •pKA= 6,5 •Proteiny •51 •Hemoglobin jako pufr • •erytrocyty: deoxyhemoglobin Hb • oxyhemoglobin HbO2 •acidobazické vlastnosti deoxyhemoglobinu a oxyhemoglobinu • •HHb D Hb- + H+ •HHbO2 D HbO2- + H+ •pKA ~ 7,8 •pKA ~ 6,2 •deoxyhemoglobin ð •oxyhemoglobin ð • •Oxyhemoglobin je silnější kyselina než deoxyhemoglobin ð oxyhemoglobin uvolňuje protony •Deoxyhemoglobin je slabší kyselina než oxyhemoglobin ð deoxyhemoglobin váže protony •52 • • •PLÍCE • • •. •. • • • •TKÁNĚ • •Plíce → oxyhemoglobin (HHbO2) vzniká z deoxyhemoglobinu (HHb) a disociuje na HbO2- + H+. Oxyhemoglobin uvolňuje protony. •Tkáně → oxyhemoglobin (HbO2-) uvolňuje kyslík oxygen, vzniká deoxyhemoglobin (Hb-), který přijímá protony. Deoxyhemoglobin váže protony. •Jak působí hemoglobinový pufr v organismu? •53 •Fosfátový pufr • •Hydrogenfosfátový/dihydrogenfosfátový pufr • HPO42- → bazická komponenta • H2PO4- → kyselá komponenta • Hendersonova-Hasselbachova rovnice: • • • • hlavní pufr v moči • koncentrace fosfátů v krvi je velmi nízká • •54 •Pufrační systémy v organismu • Pufr Pufrační báze Pufrační kyselina Hlavní působení Hydrogenuhličitan HCO3- H2CO3 + CO2 extracelulární Plazmatické proteiny Protein Protein-H+ intracelulární Hemoglobin erytrocytů Hemoglobin Hemoglobin-H+ erytrocyty Fosfátový HPO42- H2PO4- intracelulární •Souhrn •55 •55 • • •55 • •Transport O2 a CO2 v krvi •O2 •O2 •CO2+H2O • H2CO3 • HCO3- •HCO3- • HCO3- • H2CO3 •CO2+H2O • •Hb •HbO2 •H+ •Hb •HbO2 •H+ •Kapilární krev v alveolech •Kapilární krev v tkáních •O2 • •CO2 • •O2 •Metabolické děje •v tkáních • •Erc •Erc •PLÍCE •TKÁNĚ •CO2 • •Hemoglobin→Erytrocyty→Krev •56 •56 •Funkce plic, ledvin a jater při udržování acidobazické rovnováhy •Plíce: ● plicní ventilace • ● 15-25 mol CO2 za den • ↑ H+ nebo ↑ pCO2 ð stimulace plicní ventilace (rychlost a hloubka dýchání se zvětšuje) → zvýšené vylučování CO2 • ↓ H+ v arteriích ð plicní ventilace klesá → více CO2 je zadržováno •Ledviny: ● reabsorpce nebo exkrece HCO3- • ● sekrece H+, sekrece NH4+, fosfátů •Játra: NH3 → urea + 2H+ • → glutamin •Při acidóze stoupá tvorba Gln, •selhání jater může vést k alkalóze. • •57 •57 •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 •58 •58 •Acidobazická rovnováha (ABR) •Měřené parametery ABR: • hlavní parametry: pH, pCO2 • ostatní parametry: pO2, HbO2, COHb, MetHb •Odvozené (vypočítané) parametry ABR: HCO3- Parametr Fyziologické hodnoty pH 7,4 ± 0,04 pCO2 5,3 ± 0.5 kPa HCO3- 24 ± 3 mmol/l BioProfile pHOx pH/Gas Analyzer •Acidobazický analyzátor •59 •59 •Poruchy acidobazické rovnováhy •pH krve: pH = 7,36 – 7,44 •↑ [H+] = ↓ pH ð pH pod 7.36 (pH < 7.36 ð acidemie) •↓[H+] = ↑ pH ð pH nad 7.44 ( pH > 7.44 ð alkalemie ) •Acidóza a alkalóza jsou patologické procesy, které vedou ke vzniku acidemie nebo alkalemie. •Acidóza je proces vedoucí k akumulaci H+ v organismu •Alkalóza je proces vedoucí ke snížení H+ v organismu •Acidózy •Alkalózy •60 •60 •60 •Třídění poruch acidobazické rovnováhy •Metabolické •poruchy • •Alkalóza •(pH > 7,44 alkalemia) •Acidóza •(pH < 7,36 acidemia) •Respirační •poruchy •61 •Třídění poruch acidobazické rovnováhy podle • primární příčiny • Respirační poruchy: primární změna v pCO2 • (změny v plicní ventilaci) • Metabolické poruchy: primární změna v koncentraci bazické složky pufru • (změny v koncentraci HCO3–, také v koncentraci proteinů, fosfátů a koncentraci silných iontů) • časového průběhu • akutní: nekompenzované • stabilizované: kompenzované • smíšené (kombinované): více než jedna porucha acidobazické rovnováhy