Биохимия респираторной системы

1.

• Презентация по биохимии
респираторной системы
• Подготовила Олжаева Р.Р.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

• Газообмен происходит следующим образом:
• · кислород перемещается из альвеол в кровь, а из крови в
клетки;
• · углекислый газ перемещается из клетки в кровь, из
крови в альвеолы.
• Рассмотрим движение КИСЛОРОДА.
• Кислород для того, чтобы перейти из альвеол легких в
кровь
капилляров,
проходит
так
называемый
аэрогематический барьер. Аэрогематический барьер
состоит из слоя внешней оболочки (эпителия) альвеол и
стенки (эндотелия) капилляра. Альвеолы и капилляры
тесно соприкасаются друг с другом, поскольку альвеолы
покрыты сетью капилляров. Далее, кислород, проникая
через стенки капилляров в поток крови, соединяется с
гемоглобином (который находится в эритроцитах) и
транспортируется кровью в виде оксигемоглобина (HbO2):
Hb + O2 ………..HbO2

9.

• Для того, чтобы проникнуть внутрь клетки, кислород проходит
через гематопаренхиматозный барьер. Этот барьер состоит из:
мембраны клеток и стенки капилляров. Переход кислорода из
крови внутрь клетки возможно вследствие того, что количество
кислорода в крови больше, чем количества кислорода в клетке.
Следовательно, давление кислорода в крови больше чем
давление кислорода в клетке. Кислород переходит из области
высокого давления в область низкого давления, т.е. из крови в
клетку.
• УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ также проходит через гематопаренхиматозный
барьер для того, чтобы попасть из клетки в кровь капилляров. В
крови с углекислым газом может произойти одно из указанных
ниже вариантов:
• · углекислый газ растворяется в плазме крови (≈ 5%);

10.

• углекислый газ попадает внутрь эритроцитов и
связывается с водой внутри эритроцита. При этом
соединении образуется угольная кислота. Эта реакция
происходит благодаря ферменту карбоангидразе:
• СО2 + Н2О ……. Н2СО3
• Как только образовалась угольная кислота, она
немедленно распадается на ион водорода (Н+ ) и на
бикарбонатный ион (НСО3¯ ):
• Н2СО3 ……..
Н+ + НСО3
• · углекислый газ в крови может вступить в соединение с
гемоглобином (около 15%). При этом образуется
карбамин-гемоглобин.
• Hb + СO2 …….. HbСO2
• Таким образом, гемоглобин способен транспортировать
как кислород, так и углекислый газ.

11.

• Достигая с кровью легочных капилляров
углекислый газ переходит в свободное состояние
(он освобождается от соединений с которыми
перемещался по крови – это Hb и НСО3). Затем,
углекислый газ проходит через
аэрогематический барьер и проникает внутрь
альвеол. Это проникновение возможно
вследствие того, что количество углекислого газа
в венозной крови капилляров больше чем в
альвеолах, следовательно, давление углекислого
газа в крови больше давления углекислого газа в
альвеолах. Углекислый газ стремиться
переместится из области высокого давления в
область давления низкого.

12.

Механизм переноса диоксида углерода, роль карбоангидразы.
Взаимосвязь между дыханием и поддержанием кислотно-щелочного
равновесия крови
Растворимость углекислого газа в плазме почти в 20 раз
больше, чем у кислорода, однако в растворенном виде
переносится не более 10 % всего СО2. В 100 мл
артериальной крови содержится 50-52 объемных
процентов (52 об. %) СО2 , а в 100 мл венозной крови – 58
об. % СО2. При протекании через капилляры тканей
примерно 6 об. % СО2 выходит из крови в ткани, а в
капиллярах легких – наоборот, уходит из крови в
альвеолярный воздух. Из 58 об. % СО2 2,5 об. %
переносится в виде свободно растворимой формы,
примерно 4,5 об. % – в виде карбогемоглобина и около
48 – 51 об. % в виде угольной кислоты и ее солей
(натриевая – в плазме, калиевая – в эритроците), которые
образуются из СО2 и Н2О: Н2О + СО2 ⇔ Н2СО3. Угольная
кислота сразу диссоциирует на ионы Н+ + НСО3-.

13.

• В плазме реакция образования Н2СО3 идет медленно, но в
эритроцитах под влиянием фермента карбоангидразы эта
реакция идет быстрее в 10 тыс. раз. Избыток ионов НСО3- из
эритроцитов диффундирует в плазму, где взаимодействует с
Na+ и образует NaHCO3. Это и есть основная транспортная
форма углекислого газа. В легких происходит обратный
процесс: ион бикарбоната, связываясь с ионом водорода,
опять образует угольную кислоту, которая тут же распадается
до СО2 и воды. Таким образом, при выделении одной
молекулы СО2 происходит связывание одного иона водорода,
что может приводить к изменениям рН крови.
• В капиллярах тканей происходит отсоединение О2 от Hb с
образованием дезоксигемоглобина, который является более
слабой кислотой, чем Н2СО3 и оксигемоглобин, поэтому он
связывает ион водорода, образующийся при диссоциации
Н2СО3.
Следовательно,
присутствие
восстановленного
гемоглобина в венозной крови
способствует связыванию СО2 и образованию Н2СО3, тогда как
образование оксигемоглобина в легочных капиллярах
облегчает отдачу СО2.

14.

• При сдвиге рН крови в щелочную
сторону (алкалоз) и снижении напряжения
СО2 (гипокапнии) интенсивность дыхания
ослабляется. И наоборот, при сдвиге рН крови в
кислую сторону (ацидоз) и увеличении
напряжения СО2 (гиперкапнии) дыхание
учащается и углубляется. Резервный запас
кислорода в организме составляет около 1,5 л, а
запасы углекислого газа – около 100-120 л
(особенно в жировой ткани), поэтому уровень
диоксида углерода в крови меняется
медленнее, чем уровень кислорода.

15.

• Важный фермент—карбоангидраза, катализирующая
превращение диоксида углерода в бикарбонат-ион. Это
цинкзави-симый фермент, необходимый для
проникновения СО2 в кровь
Гемоглобин обладает также другим замечательным
свойством, которое делает его еще более эффективным
переносчиком кислорода. Если гемоглобин присоединяет
кислород при pH 7,4, то он отщепляет 0,6 моля ионов Н+
на каждую связанную молекулу кислорода. В легких ионы
Н+, освобожденные гемоглобином, реагируют с
бикарбонатными ионами, образуя кислоту Н2СО3,
которая диссоциирует с выделением двуокиси углерода
последняя диффундирует в воздушное пространство
внутри легких. Диссоциация Н2СО3 на Н2О и СО2
протекает медленно по сравнению со скоростью
потока крови в легких в красных кровяных тельцах
эта реакция катализируется ферментом карбоангидразой.

16.

• В капиллярах идет обратный
процесс образовавшаяся в результате
метаболизма СО2 превращается в угольную
кислоту Н2СО3, которая диссоциирует на НСО
-и Н+. Ион Н+ адсорбируется гемоглобином
поглощение Н+ является частью суммарной
реакции выделения кислорода из
гемоглобина. Этот так называемый эффект
Бора объясняется тем, что константы
кислотной диссоциации оксигемоглобина
отличаются от соответствующих констант
дезоксигемоглобина.

17.

18.

Карбоангидраза
• Карбоангидра́за — фермент, катализирующий обратимую
реакцию образования угольной кислоты из диоксида
углерода и воды; регулятор кислотно-щелочного
равновесия в тканях и биологических жидкостях; играет
важную роль в физиологических процессах при
необходимости быстрого связывания или освобождения
СО2, например, при дыхании. В организме человека
карбоангидраза представлена двумя изоферментами КАI
и КАII; встречается в эритроцитах, клетках поджелудочной
железы, слизистой оболочки желудка, околоушной
слюнной железы, почек, ресничного тела глаза.
Ингибиторы карбоангидразы применяют в медицине для
лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Больным
глаукомой в качестве дополнительной терапии назначают
пероральные ингибиторы карбоангидразы (ИКА), которые
играют важную роль в секреции водянистой влаги.

19.

20.

21.

22.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

• Гемоглобиновая буферная система
• Играет важную роль как в процессе
дыхания (транспортная функция по
переносу кислорода к тканям и органам и
удалению из них метаболической CO2), так
и в поддержании постоянства pH внутри
эритроцитов, а в результате и в крови в
целом.

29.

30.

31.

32.

33.

• Бикарбонатная буферная система
• Одна из самых мощных и вместе с тем самая
управляемая система внеклеточной жидкости и
крови, на долю которой приходится около 53 %
всей буферной ёмкости крови. Представляет
собой сопряжённую кислотно-основную пару,
состоящую из молекулы угольной кислоты
H2CO3, являющейся источником протона, и
бикарбонат-аниона HCO3−, выполняющего
функцию акцептора протона:

34.

35.

• Вследствие того, что
концентрация гидрокарбоната натрия в крови
значительно превышает концентрацию H2CO3,
буферная ёмкость этой системы будет
значительно выше по кислоте. Иначе говоря,
гидрокарбонатная буферная система особенно
эффективно компенсирует действие веществ,
увеличивающих кислотность крови. К числу
таких веществ прежде всего относят молочную
кислоту, избыток которой образуется в
результате интенсивной физической нагрузки.
Гидрокарбонатная система наиболее «быстро»
отзывается на изменение pH крови.

36.

• Бикарбонатная буферная система
• Эта система самая мощная, на ее долю
приходится 65% всей буферной мощности
крови. Она состоит из бикарбонат-иона (НСО3–
) и угольной кислоты (Н2СО3). В норме
отношение HCO3– к H2CO3 равно 20 : 1.
• При поступлении в кровь ионов H+ (т.е.
кислоты) ионы бикарбоната натрия
взаимодействуют с ней и образуется угольная
кислота:

37.

38.

• При работе бикарбонатной системы
концентрация водородных ионов понижается,
т.к. угольная кислота является очень слабой
кислотой и плохо диссоциирует. При этом в
крови не происходит параллельного значимого
увеличения концентрации НСО3–.
• Если в кровь поступают вещества с щелочными
свойствами, то они реагируют с угольной
кислотой и образуют ионы бикарбоната:

39.

40.

• Работа бикарбонатного буфера неразрывно
связана с дыхательной системой (с
вентиляцией легких). В легочных артериолах
при снижении плазменной концентрации
СО2 и благодаря присутствию в эритроцитах
ферментакарбоангидразы угольная кислота
быстро расщепляется с образованием CO2,
удаляемого с выдыхаемым воздухом:
• Н2СО3→ Н2О + СО2↑

41.

• В тканях более кислый pH в норме является результатом
накопления минеральных (угольной, серной, соляной) и
органических кислот (молочной). При компенсации pH данным
буфером ионы H+ присоединяются к пришедшему
оксигемоглобину (HbО2) и превращают его в H-HbО2. Это
моментально вызывает отдачу оксигемоглобином кислорода
(эффект Бора) и он превращается в восстановленный H-Hb.
• НbO2+ Н+ → [H-HbO2] → Н-Hb + O2
• В результате снижается количество кислот, в первую очередь
Н2СО3, продуцируются ионы НСО3- и тканевое пространство
подщелачивается.
• В легких после удаления СО2 (угольной кислоты) происходит
защелачивание крови. При этом присоединение О2 к
дезоксигемоглобину H-Hb образует кислоту более сильную,
чем угольная. Она отдает свои ионы Н+ в среду, предотвращая
повышение рН:
• Н-Hb + O2 → [H-HbO2] → НbO2 + Н+
• Работу гемоглобинового буфера рассматривают неотрывно от
бикарбонатного буфера:

42.

• Гемоглобиновая буферная система
• Высокой мощностью в крови обладает гемоглобиновый
буфер, на него приходится до 28% всей буферной емкости
крови. В качестве кислой части буфера выступает
оксигенированный гемоглобин H-HbO2. Он имеет
выраженные кислотные свойства и в 80 раз легче отдает
ионы водорода, чем восстановленный Н-Нb,
выступающий как основание. Гемоглобиновый буфер
можно рассматривать как часть белкового, но его
особенностью является работа в теснейшем контакте с
бикарбонатной системой.
• Изменение кислотности гемоглобина происходит в тканях
и в легких, и вызывается связыванием соответственно
H+ или О2. Непосредственный механизм действия буфера
заключается в присоединении или отдаче иона
H+ остатком гистидина в глобиновой части молекулы
(эффект Бора).

43.

44.

• Эффективность
гемоглобинового буфера
напрямую зависит от
активности дыхательной
системы (Газообмен в
легких и тканях).

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

• Проявления нарушений КОС
• I. Компенсированные расстройства ( рН= N ) клинически
не проявляются; распознаются исследованием буферных
систем крови (в основном, бикарбонатной) и
регуляторных
почечных
механизмов.
II.
Некомпенсированные расстройства ( рН выходит за
пределы нормы ) проявляются клинически. Ацидоз
Вначале : активация симпато-адреналовой системы
(тахипноэ, тахикардия, гипергликемия, артериальная
гипертензия).
Затем
:
снижение
активности
адренорецепторов и усиление вагусных эффектов
(угнетение функции сердца, артериальная гипотензия,
бронхиолоспазм, рвота / понос, резкие нарушения
функции ЦНС ацидотическая кома. Алкалоз Увеличение
возбудимости β -адренорецепторов + снижение вагусных
эффектов (тахикардия, угнетение дыхания, артериальная
гипотензия,
гипергликемия,
запоры),
снижение
диссоциации HbO2 гипоксия; повышение нервномышечной возбудимости судороги (тетания) из-за
гипокальциемии.

59.

• Газовый ацидоз
• Патогномоничный признак газового ацидоза –
гиперкапния Терапия – устранение гиперкапнии
(ИВЛ) Основные причины : обструктивные или
рестриктивные
формы
вентиляционной
недостаточности угнетение дыхательного центра
наркотиками, анестетиками, при инсульте,
черепно-мозговой травме нарушения нервномышечной передачи (рассеянный склероз,
полиомиелит,
мышечная
дистрофия,
повреждения спинного мозга)

60.

• Спасибо за внимание!
• Всем здоровья!