PASKAITŲ KURSAS
BENDROJI BIOCHEMIJA
8 modulis. Vandens-druskų apykaitos ir rūgščių-šarmų būklės biochemija
Jekaterinburgas,
PASKAITA Nr.24
Tema: Vandens-druskos ir mineralų apykaita
Fakultetai: terapinis ir profilaktinis, medicininis ir profilaktinis, pediatrinis.
Vandens-druskos apykaita – vandens ir pagrindinių organizmo elektrolitų (Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, Cl -, HCO 3 -, H 3 PO 4 ) mainai.
Elektrolitai – medžiagos, kurios tirpale disocijuoja į anijonus ir katijonus. Jie matuojami mol/l.
Ne elektrolitai– tirpale nesiskiriančios medžiagos (gliukozė, kreatininas, šlapalas). Jie matuojami g/l.
Mineralų apykaita – keitimasis bet kokiais mineraliniais komponentais, įskaitant tuos, kurie neturi įtakos pagrindiniams organizmo skystosios aplinkos parametrams.
Vanduo – pagrindinis visų kūno skysčių komponentas.
Biologinis vandens vaidmuo
Vanduo yra universalus tirpiklis daugumai organinių (išskyrus lipidus) ir neorganinių junginių.
Vanduo ir jame ištirpusios medžiagos kuria vidinę organizmo aplinką.
Vanduo užtikrina medžiagų ir šiluminės energijos transportavimą visame kūne.
Didelė dalis organizmo cheminių reakcijų vyksta vandeninėje fazėje.
Vanduo dalyvauja hidrolizės, hidratacijos ir dehidratacijos reakcijose.
Nustato hidrofobinių ir hidrofilinių molekulių erdvinę struktūrą ir savybes.
Kartu su GAG vanduo atlieka struktūrinę funkciją.
Bendrosios kūno skysčių savybės
Visiems kūno skysčiams būdingos bendros savybės: tūris, osmosinis slėgis ir pH vertė.
Apimtis. Visiems sausumos gyvūnams skysčiai sudaro apie 70% kūno svorio.
Vandens pasiskirstymas organizme priklauso nuo amžiaus, lyties, raumenų masės, kūno tipo ir riebalų kiekio. Vandens kiekis įvairiuose audiniuose pasiskirsto taip: plaučiuose, širdyje ir inkstuose (80%), skeleto raumenyse ir smegenyse (75%), odoje ir kepenyse (70%), kauluose (20%), riebaliniame audinyje (10%). . Paprastai liekni žmonės turi mažiau riebalų ir daugiau vandens. Vyrams vanduo sudaro 60%, moterų - 50% kūno svorio. Vyresnio amžiaus žmonės turi daugiau riebalų ir mažiau raumenų. Vidutiniškai vyresnių nei 60 metų vyrų ir moterų organizme vandens yra atitinkamai 50% ir 45%.
Visiškai netekus vandens, mirtis ištinka po 6-8 dienų, kai vandens kiekis organizme sumažėja 12%.
Visas kūno skystis yra padalintas į tarpląstelinius (67%) ir tarpląstelinius (33%) telkinius.
Ekstraląstelinis baseinas (tarpląstelinė erdvė) susideda iš:
Intravaskulinis skystis;
Intersticinis skystis (tarpląstelinis);
Transląstelinis skystis (pleuros, perikardo, pilvaplėvės ertmių ir sinovijos ertmės skystis, smegenų ir akių skystis, prakaito, seilių ir ašarų liaukų sekrecija, kasos, kepenų, tulžies pūslės, virškinimo trakto ir kvėpavimo takų sekrecija).
Tarp baseinų intensyviai keičiamasi skysčiais. Vandens judėjimas iš vieno sektoriaus į kitą vyksta pasikeitus osmosiniam slėgiui.
Osmoso slėgis - Tai slėgis, kurį sukuria visos vandenyje ištirpusios medžiagos. Ekstraląstelinio skysčio osmosinį slėgį daugiausia lemia NaCl koncentracija.
Ekstraląsteliniai ir tarpląsteliniai skysčiai labai skiriasi sudėtimi ir atskirų komponentų koncentracija, tačiau bendra bendra osmosiškai aktyvių medžiagų koncentracija yra maždaug vienoda.
pH– neigiamas dešimtainis protonų koncentracijos logaritmas. PH reikšmė priklauso nuo rūgščių ir bazių susidarymo organizme intensyvumo, jų neutralizavimo buferinėmis sistemomis ir pašalinimo iš organizmo su šlapimu, iškvepiamu oru, prakaitu ir išmatomis.
Priklausomai nuo mainų ypatybių, pH vertė gali ryškiai skirtis tiek skirtingų audinių ląstelėse, tiek skirtinguose tos pačios ląstelės skyriuose (citozolyje rūgštingumas neutralus, lizosomose ir tarpmembraninėje mitochondrijų erdvėje labai rūgštus). ). Įvairių organų ir audinių tarpląsteliniame skystyje bei kraujo plazmoje pH reikšmė, kaip ir osmosinis slėgis, yra santykinai pastovi reikšmė.
Pirmieji gyvi organizmai vandenyje pasirodė maždaug prieš 3 milijardus metų, o iki šių dienų vanduo yra pagrindinis biotirpiklis.
Vanduo yra skysta terpė, kuri yra pagrindinė gyvo organizmo sudedamoji dalis, užtikrinanti gyvybiškai svarbius fizinius ir cheminius procesus: osmosinį slėgį, pH vertę, mineralinę sudėtį. Vanduo sudaro vidutiniškai 65% viso suaugusio gyvūno kūno svorio ir daugiau nei 70% naujagimio. Daugiau nei pusė šio vandens randama kūno ląstelėse. Atsižvelgiant į labai mažą vandens molekulinę masę, apskaičiuota, kad apie 99% visų molekulių ląstelėje yra vandens molekulės (Bohinski R., 1987).
Didelė vandens šiluminė talpa (1 g vandens pašildyti 1°C reikia 1 cal) leidžia organizmui įsisavinti nemažą šilumos kiekį, ženkliai nepadidėjus šerdies temperatūrai. Dėl didelės vandens garavimo šilumos (540 cal/g) organizmas išsklaido dalį šiluminės energijos, išvengdamas perkaitimo.
Vandens molekulėms būdinga stipri poliarizacija. Vandens molekulėje kiekvienas vandenilio atomas sudaro elektronų porą su centriniu deguonies atomu. Todėl vandens molekulė turi du nuolatinius dipolius, nes didelis elektronų tankis šalia deguonies suteikia jai neigiamą krūvį, o kiekvienam vandenilio atomui būdingas sumažintas elektronų tankis ir dalinis teigiamas krūvis. Dėl to tarp vienos vandens molekulės deguonies atomo ir kitos molekulės vandenilio susidaro elektrostatiniai ryšiai, vadinami vandenilio ryšiais. Ši vandens struktūra paaiškina jo aukštas garavimo šilumos ir virimo temperatūros vertes.
Vandenilinės jungtys yra gana silpnos. Jų disociacijos energija (ryšio nutraukimo energija) skystame vandenyje yra 23 kJ/mol, palyginti su 470 kJ kovalentinės O-H jungties vandens molekulėje. Vandenilinės jungties gyvavimo trukmė svyruoja nuo 1 iki 20 pikosekundžių (1 pikosekundė = 1(G 12 s). Tačiau vandenilio ryšiai būdingi ne tik vandeniui. Jie gali atsirasti ir tarp vandenilio ir azoto atomo kitose struktūrose.
Ledo būsenoje kiekviena vandens molekulė sudaro daugiausia keturias vandenilio jungtis, sudarydama kristalinę gardelę. Priešingai, skystame vandenyje kambario temperatūroje kiekviena vandens molekulė turi vandenilio ryšius su vidutiniškai 3-4 kitomis vandens molekulėmis. Dėl šios ledo kristalinės gardelės jis yra mažiau tankus nei skystas vanduo. Todėl ledas plūduriuoja skysto vandens paviršiuje, saugodamas jį nuo užšalimo.
Taigi, vandenilio ryšiai tarp vandens molekulių suteikia sanglaudos jėgų, kurios palaiko vandenį skystu kambario temperatūroje ir paverčia molekules ledo kristalais. Atkreipkite dėmesį, kad, be vandenilio ryšių, biomolekulėms būdingi ir kitų tipų nekovalentiniai ryšiai: joninės, hidrofobinės, van der Waals jėgos, kurios atskirai yra silpnos, tačiau kartu stipriai veikia baltymų, nukleorūgščių struktūras, polisacharidai ir ląstelių membranos.
Vandens molekulės ir jų jonizacijos produktai (H + ir OH) turi ryškų poveikį ląstelių komponentų struktūroms ir savybėms, įskaitant nukleino rūgštis, baltymus ir riebalus. Vandenilio ryšiai ne tik stabilizuoja baltymų ir nukleorūgščių struktūrą, bet ir dalyvauja biocheminėje genų ekspresijoje.
Vanduo, kaip ląstelių ir audinių vidinės aplinkos pagrindas, lemia jų cheminį aktyvumą, būdamas unikalus įvairių medžiagų tirpiklis. Vanduo padidina koloidinių sistemų stabilumą ir dalyvauja daugelyje hidrolizės ir hidrinimo reakcijų oksidacijos procesuose. Vanduo į organizmą patenka su pašaru ir geriamuoju vandeniu.
Daugelis medžiagų apykaitos reakcijų audiniuose sukelia vandens susidarymą, kuris vadinamas endogeniniu (8-12% viso kūno skysčių). Endogeninio kūno vandens šaltiniai pirmiausia yra riebalai, angliavandeniai ir baltymai. Taigi, oksiduojant 1 g riebalų, angliavandenių ir baltymų susidaro 1,07; atitinkamai 0,55 ir 0,41 g vandens. Todėl gyvūnai dykumos sąlygomis gali kurį laiką išgyventi neimdami vandens (kupranugariai net gana ilgai). Šuo miršta negėręs vandens po 10 dienų, o nevalgęs – po kelių mėnesių. Jei organizmas netenka 15–20% vandens, gyvūnas miršta.
Mažas vandens klampumas lemia nuolatinį skysčių persiskirstymą kūno organuose ir audiniuose. Vanduo patenka į virškinamąjį traktą, o tada beveik visas šis vanduo pasisavinamas atgal į kraują.
Vandens pernešimas per ląstelių membranas vyksta greitai: 30-60 minučių po to, kai gyvūnas paima vandenį, atsiranda nauja osmosinė pusiausvyra tarp tarpląstelinio ir tarpląstelinio audinių skysčio. Ekstraląstelinio skysčio tūris turi didelę įtaką kraujospūdžiui; padidėjus arba sumažėjus ekstraląstelinio skysčio kiekiui, sutrinka kraujotaka.
Vandens kiekio padidėjimas audiniuose (hiperhidrija) atsiranda esant teigiamam vandens balansui (perteklinis vandens suvartojimas dėl sutrikusios vandens-druskos apykaitos reguliavimo). Hiperhidrija sukelia skysčių kaupimąsi audiniuose (edemą). Dehidratacija pastebima, kai trūksta geriamojo vandens arba kai netenkama daug skysčių (viduriavimas, kraujavimas, padidėjęs prakaitavimas, hiperventiliacija). Gyvūnai netenka vandens dėl kūno paviršiaus, virškinimo sistemos, kvėpavimo, šlapimo takų, žindančių gyvūnų pieno.
Vandens mainai tarp kraujo ir audinių vyksta dėl hidrostatinio slėgio skirtumo arterinėje ir veninėje kraujotakos sistemose, taip pat dėl onkotinio slėgio skirtumo kraujyje ir audiniuose. Vazopresinas, hipofizės užpakalinės skilties hormonas, sulaiko vandenį organizme, reabsorbuodamas jį inkstų kanalėliuose. Antinksčių žievės hormonas aldosteronas užtikrina natrio sulaikymą audiniuose, o kartu su juo sulaikomas ir vanduo. Gyvūno vandens poreikis vidutiniškai siekia 35-40 g/kg kūno svorio per dieną.
Atkreipkite dėmesį, kad cheminės medžiagos gyvūno kūne yra jonizuotos formos, jonų pavidalu. Jonai, priklausomai nuo krūvio ženklo, skirstomi į anijonus (neigiamo krūvio jonai) arba katijonus (teigiamai įkrautas jonas). Elementai, kurie disocijuoja vandenyje, sudarydami anijonus ir katijonus, klasifikuojami kaip elektrolitai. Šarminių metalų druskos (NaCl, KC1, NaHC0 3), organinių rūgščių druskos (pavyzdžiui, natrio laktatas), ištirpusios vandenyje, visiškai disocijuoja ir yra elektrolitai. Cukrus ir alkoholiai, kurie lengvai tirpsta vandenyje, nesiskiria vandenyje ir neturi krūvio, todėl laikomi neelektrolitais. Anijonų ir katijonų kiekis kūno audiniuose paprastai yra vienodas.
Disocijuojančių medžiagų jonai, turintys krūvį, yra orientuoti aplink vandens dipolius. Aplink katijonus išsidėstę vandens dipoliai su jų neigiamais krūviais, o anijonus supa teigiami vandens krūviai. Tokiu atveju atsiranda elektrostatinės hidratacijos reiškinys. Dėl hidratacijos ši vandens dalis audiniuose yra surištos būsenos. Kita vandens dalis yra susijusi su įvairiomis ląstelių organelėmis, kurios sudaro vadinamąjį nejudantį vandenį.
Kūno audiniuose yra 20 esminių cheminių elementų iš visų natūralių elementų. Anglis, deguonis, vandenilis, azotas ir siera yra esminiai biomolekulių komponentai, kurių masę sudaro deguonis.
Cheminiai elementai organizme sudaro druskas (mineralus) ir yra biologiškai aktyvių molekulių dalis. Biomolekulės turi mažą molekulinę masę (30-1500) arba yra makromolekulės (baltymai, nukleorūgštys, glikogenas), kurių molekulinė masė yra milijonai vienetų. Atskiri cheminiai elementai (Na, K, Ca, S, P, C1) audiniuose sudaro apie 10 "2% ar daugiau (makroelementų), o kiti (Fe, Co, Cu, Zn, J, Se, Ni, Mo) , pavyzdžiui, yra žymiai mažesniais kiekiais – 10" 3 -10~ 6% (mikroelementų). Gyvūno organizme mineralai sudaro 1-3% viso kūno svorio ir pasiskirsto itin netolygiai. Tam tikruose organuose mikroelementų kiekis gali būti reikšmingas, pavyzdžiui, jodo skydliaukėje.
Po to, kai plonojoje žarnoje daug mineralinių medžiagų pasisavinama, jie patenka į kepenis, kur dalis jų nusėda, o kiti pasiskirsto po įvairius kūno organus ir audinius. Mineralai iš organizmo išsiskiria daugiausia su šlapimu ir išmatomis.
Jonų mainai tarp ląstelių ir tarpląstelinio skysčio vyksta tiek pasyviojo, tiek aktyvaus pernešimo per pusiau pralaidžias membranas pagrindu. Susidaręs osmosinis slėgis lemia ląstelių turgorą, palaiko audinių elastingumą ir organų formą. Aktyvus jonų pernešimas ar jų judėjimas į mažesnės koncentracijos terpę (prieš osmosinį gradientą) reikalauja ATP molekulių energijos sąnaudų. Aktyvus jonų pernešimas būdingas Na +, Ca 2 ~ jonams ir kartu didėja oksidaciniai procesai, kurie generuoja ATP.
Mineralų vaidmuo – palaikyti tam tikrą kraujo plazmos osmosinį slėgį, rūgščių ir šarmų pusiausvyrą, įvairių membranų pralaidumą, fermentų aktyvumo reguliavimą, biomolekulių struktūrų, įskaitant baltymus ir nukleino rūgštis, išsaugojimą, motorinių ir sekrecinių funkcijų palaikymą. virškinamojo trakto. Todėl esant daugeliui gyvūno virškinamojo trakto funkcijų sutrikimų, kaip gydomosios priemonės rekomenduojamos įvairios mineralinių druskų kompozicijos.
Svarbus ir absoliutus kiekis, ir tinkamas santykis tarp tam tikrų cheminių elementų audiniuose. Visų pirma, optimalus santykis Na:K:Cl audiniuose paprastai yra 100:1:1,5. Ryškus bruožas yra druskos jonų pasiskirstymo „asimetrija“ tarp ląstelės ir tarpląstelinės kūno audinių aplinkos.
Vieno iš homeostazės aspektų – vandens ir elektrolitų pusiausvyros organizme – palaikymas vykdomas naudojant neuroendokrininę reguliaciją. Aukštesnysis autonominis troškulio centras yra ventromedialiniame pagumburyje. Vandens ir elektrolitų išsiskyrimo reguliavimas visų pirma atliekamas per neurohumoralinę inkstų funkcijos kontrolę. Ypatingą vaidmenį šioje sistemoje atlieka du glaudžiai susiję neurohormoniniai mechanizmai – aldosterono ir (ADH) sekrecija. Pagrindinė aldosterono reguliavimo veikimo kryptis yra jo slopinamasis poveikis visiems natrio išsiskyrimo keliams ir, visų pirma, inkstų kanalėliams (antinatriureminis poveikis). ADH palaiko skysčių balansą, tiesiogiai neleisdamas inkstams išskirti vandens (antidiuretinis poveikis). Tarp aldosterono ir antidiuretinių mechanizmų veiklos yra nuolatinis, glaudus ryšys. Skysčių netekimas skatina aldosterono sekreciją per tūrio receptorius, todėl susilaiko natris ir padidėja ADH koncentracija. Abiejų sistemų efektorinis organas yra inkstai.
Vandens ir natrio praradimo laipsnį lemia humoralinio vandens-druskų apykaitos reguliavimo mechanizmai: hipofizės antidiurezinis hormonas, vazopresinas ir antinksčių hormonas aldosteronas, kurie veikia svarbiausią organą, kad patvirtintų vandens pastovumą. -druskų balansas organizme, tai yra inkstai. ADH gaminamas supraoptiniuose ir paraventrikuliniuose pagumburio branduoliuose. Per hipofizės portalinę sistemą šis peptidas patenka į užpakalinę hipofizės skiltį, ten susikaupia ir, veikiamas į hipofizę patenkančių nervinių impulsų, patenka į kraują. ADH taikinys yra distalinių inkstų kanalėlių sienelė, kur ji sustiprina hialuronidazės gamybą, kuri depolimerizuoja hialurono rūgštį ir taip padidina kraujagyslių sienelių pralaidumą. Dėl to vanduo iš pirminio šlapimo pasyviai difunduoja į inkstų ląsteles dėl osmosinio gradiento tarp hiperosmosinio tarpląstelinio kūno skysčio ir hipoosmolinio šlapimo. Inkstai per dieną savo kraujagyslėmis praleidžia apie 1000 litrų kraujo. 180 litrų pirminio šlapimo nufiltruojama per inkstų glomerulus, tačiau tik 1% inkstų filtruoto skysčio paverčiama šlapimu, 6/7 skysčio, sudarančio pirminį šlapimą, yra privalomai reabsorbuojami kartu su kitomis jame ištirpusiomis medžiagomis. proksimaliniai kanalėliai. Likęs vanduo pirminiame šlapime reabsorbuojamas distaliniuose kanalėliuose. Jie atlieka pirminio šlapimo susidarymą pagal tūrį ir sudėtį.
Ekstraląsteliniame skystyje osmosinį slėgį reguliuoja inkstai, kurie gali išskirti šlapimą, kurio natrio chlorido koncentracija svyruoja nuo pėdsakų iki 340 mmol/l. Išsiskiriant natrio chlorido skurdžiam šlapimui, dėl druskų susilaikymo padidės osmosinis slėgis, o greitai išsiskiriant druskai – kris.
Šlapimo koncentraciją kontroliuoja hormonai: vazopresinas (antidiurezinis hormonas), gerinantis vandens reabsorbciją, didina druskų koncentraciją šlapime, aldosteronas skatina natrio reabsorbciją. Šių hormonų gamyba ir sekrecija priklauso nuo osmosinio slėgio ir natrio koncentracijos tarpląsteliniame skystyje. Sumažėjus druskos koncentracijai plazmoje, didėja aldosterono gamyba ir didėja natrio susilaikymas, didėja vazopresino gamyba, mažėja aldosterono gamyba. Tai padidina vandens reabsorbciją ir natrio netekimą, padeda sumažinti osmosinį slėgį. Be to, padidėjęs osmosinis slėgis sukelia troškulį, dėl kurio padidėja vandens suvartojimas. Vazopresino susidarymo ir troškulio pojūčio signalus inicijuoja pagumburio osmoreceptoriai.
Ląstelių tūrio ir viduląstelinių jonų koncentracijų reguliavimas yra nuo energijos priklausomi procesai, susiję su aktyviu natrio ir kalio pernešimu per ląstelių membranas. Aktyvių transporto sistemų, kaip ir beveik bet kokių ląstelės energijos sąnaudų, energijos šaltinis yra ATP mainai. Pagrindinis fermentas, natrio-kalio ATPazė, suteikia ląstelėms galimybę pumpuoti natrį ir kalį. Šiam fermentui reikalingas magnis ir, be to, tuo pačiu metu būtinas ir natrio, ir kalio kiekis, kad būtų pasiektas maksimalus aktyvumas. Viena iš skirtingų kalio ir kitų jonų koncentracijų priešingose ląstelės membranos pusėse pasekmių yra elektrinio potencialo skirtumo susidarymas visoje membranoje.
Natrio siurblio veikimui užtikrinti sunaudojama iki 1/3 visos griaučių raumenų ląstelių sukauptos energijos. Kai atsiranda hipoksija arba bet kokie inhibitoriai sutrikdo metabolizmą, ląstelė išsipučia. Brinkimo mechanizmas – natrio ir chloro jonų patekimas į ląstelę; dėl to padidėja tarpląstelinis osmoliarumas, o tai savo ruožtu padidina vandens kiekį, nes jis seka tirpią medžiagą. Vienu metu prarandamas kalio kiekis nėra lygus natrio padidėjimui, todėl vandens kiekis padidės.
Efektyvi tarpląstelinio skysčio osmosinė koncentracija (toniškumas, osmoliariškumas) kinta beveik lygiagrečiai su jame esančio natrio koncentracija, kuri kartu su jo anijonais užtikrina ne mažiau kaip 90 % jo osmosinio aktyvumo. Kalio ir kalcio svyravimai (net ir esant patologinėms sąlygoms) neviršija kelių miliekvivalentų litre ir nedaro didelės įtakos osmosinio slėgio vertei.
Ekstraląstelinio skysčio hipoelektrolitemija (hipoosmija, hipoosmoliariškumas, hipotoniškumas) yra osmosinės koncentracijos sumažėjimas žemiau 300 mOsm/L. Tai atitinka natrio koncentracijos sumažėjimą žemiau 135 mmol/l. Hiperelektrolitemija (hiperosmoliariškumas, hipertoniškumas) yra osmosinės koncentracijos perteklius 330 mOsm/L ir natrio koncentracija 155 mmol/l.
Didelius skysčių tūrio svyravimus kūno sektoriuose sukelia sudėtingi biologiniai procesai, kurie paklūsta fizikiniams ir cheminiams dėsniams. Šiuo atveju didelę reikšmę turi elektros neutralumo principas, kuris susideda iš to, kad teigiamų krūvių suma visose vandens erdvėse yra lygi neigiamų krūvių sumai. Nuolat vykstančius elektrolitų koncentracijos pokyčius vandeninėje terpėje lydi elektrinių potencialų pokyčiai, o vėliau atkuriami. Dinaminės pusiausvyros metu abiejose biologinių membranų pusėse susidaro stabilios katijonų ir anijonų koncentracijos. Tačiau reikia pažymėti, kad elektrolitai nėra vieninteliai osmosiškai aktyvūs kūno skysčio komponentai, kurie patenka su maistu. Oksiduojant angliavandenius ir riebalus dažniausiai susidaro anglies dioksidas ir vanduo, kurį plaučiai gali tiesiog išskirti. Oksiduojant aminorūgštis susidaro amoniakas ir karbamidas. Amoniako pavertimas karbamidu suteikia žmogaus organizmui vieną iš detoksikacijos mechanizmų, tačiau tuo pat metu lakieji junginiai, kuriuos galimai pašalina plaučiai, paverčiami nelakiais junginiais, kurie jau turi pasišalinti per inkstus.
Vandens ir elektrolitų, maistinių medžiagų, deguonies ir anglies dioksido bei kitų galutinių medžiagų apykaitos produktų mainai daugiausia vyksta difuzijos būdu. Kapiliarinis vanduo kelis kartus per sekundę keičia vandenį su intersticiniu audiniu. Dėl savo tirpumo lipiduose deguonis ir anglies dioksidas laisvai difunduoja per visas kapiliarų membranas; tuo pačiu metu manoma, kad vanduo ir elektrolitai prasiskverbia per mažas endotelio membranos poras.
7. Vandens apykaitos sutrikimų klasifikavimo principai ir pagrindiniai tipai.
Reikia pažymėti, kad nėra vienos visuotinai priimtos vandens ir elektrolitų pusiausvyros sutrikimų klasifikacijos. Visų tipų sutrikimai, atsižvelgiant į vandens tūrio pokyčius, dažniausiai skirstomi: padidėjus ekstraląstelinio skysčio tūriui – vandens balansas yra teigiamas (perhidratacija ir edema); sumažėjus ekstraląstelinio skysčio tūriui – neigiamas vandens balansas (dehidratacija). Gambirger ir kt. (1952) pasiūlė kiekvieną iš šių formų suskirstyti į ekstraląstelines ir tarpląstelines. Bendro vandens kiekio perteklius ir sumažėjimas visada atsižvelgiama į natrio koncentraciją ekstraląsteliniame skystyje (jo osmoliarumą). Priklausomai nuo osmosinės koncentracijos pokyčio, hiper- ir dehidratacija skirstoma į tris tipus: izoosmolinę, hipoosmolinę ir hiperosmolinę.
Per didelis vandens kaupimasis organizme (perteklinė hidratacija, hiperhidrija).
Izotoninė hiperhidratacija reiškia tarpląstelinio skysčio tūrio padidėjimą nepažeidžiant osmosinio slėgio. Šiuo atveju skysčio perskirstymas tarp vidinio ir ekstraląstelinio sektorių nevyksta. Bendras vandens tūris organizme padidėja dėl tarpląstelinio skysčio. Ši būklė gali būti širdies nepakankamumo, hipoproteinemijos nefrozinio sindromo pasekmė, kai cirkuliuojančio kraujo tūris išlieka pastovus dėl skystos dalies judėjimo į intersticinį segmentą (atsiranda apčiuopiamas galūnių patinimas, gali išsivystyti plaučių edema). Pastaroji gali būti rimta komplikacija, susijusi su parenteriniu skysčių skyrimu gydymo tikslais, didelio fiziologinio tirpalo ar Ringerio tirpalo kiekių infuzija eksperimento metu arba pacientams pooperaciniu laikotarpiu.
Hipoosmolinė perteklinė hidratacija, arba apsinuodijimą vandeniu sukelia per didelis vandens susikaupimas be atitinkamo elektrolitų susilaikymo, sutrinka skysčių išsiskyrimas dėl inkstų nepakankamumo arba nepakankama antidiurezinio hormono sekrecija. Šis sutrikimas gali būti atkurtas eksperimentiškai atliekant hipoosmosinio tirpalo peritoninę dializę. Gyvūnų apsinuodijimas vandeniu taip pat lengvai išsivysto, kai jie patenka į vandenį po ADH suleidimo ar antinksčių pašalinimo. Sveikiems gyvūnams apsinuodijimas vandeniu pasireiškė praėjus 4-6 valandoms po 50 ml/kg vandens suvartojimo kas 30 minučių. Atsiranda vėmimas, drebulys, kloniniai ir toniniai traukuliai. Kraujyje smarkiai sumažėja elektrolitų, baltymų ir hemoglobino koncentracija, didėja plazmos tūris, nesikeičia kraujo reakcija. Tęsiant infuziją, gyvūnai gali ištikti koma ir mirti.
Apsinuodijus vandeniu, dėl jo praskiedimo vandens pertekliumi sumažėja ekstraląstelinio skysčio osmosinė koncentracija, atsiranda hiponatremija. Osmosinis gradientas tarp „interstitium“ ir ląstelių sukelia dalies tarpląstelinio vandens judėjimą į ląsteles ir jų patinimą. Ląstelinio vandens tūris gali padidėti 15%.
Klinikinėje praktikoje apsinuodijimo vandeniu reiškiniai pasireiškia tais atvejais, kai vandens tiekimas viršija inkstų gebėjimą jį išskirti. Suleidus pacientui 5 ir daugiau litrų vandens per dieną, atsiranda galvos skausmas, apatija, pykinimas, blauzdų mėšlungis. Apsinuodijimas vandeniu gali atsirasti vartojant per daug, kai padidėja ADH ir oligurijos gamyba. Po traumų, didelių chirurginių operacijų, kraujo netekimo, anestetikų, ypač morfijaus, skyrimo, oligurija dažniausiai trunka mažiausiai 1-2 dienas. Apsinuodijimas vandeniu gali atsirasti į veną suleidus didelius kiekius izotoninio gliukozės tirpalo, kurį greitai sunaudoja ląstelės, o suleidžiamo skysčio koncentracija sumažėja. Taip pat pavojinga leisti didelius vandens kiekius, kai inkstų funkcija yra ribota, o tai pasireiškia esant šokui, inkstų ligoms su anurija ir oligurija bei gydant necukrinį diabetą ADH vaistais. Apsinuodijimo vandeniu pavojus kyla dėl per didelio vandens be druskų vartojimo gydant toksikozę dėl kūdikių viduriavimo. Perteklinis laistymas kartais pasitaiko dažnai kartojant klizmas.
Terapinės intervencijos hipoosmolinės hiperhidrijos sąlygomis turėtų būti skirtos pašalinti vandens perteklių ir atkurti tarpląstelinio skysčio osmosinę koncentraciją. Jei perteklius buvo susijęs su pernelyg dideliu vandens skyrimu pacientui, turinčiam anurijos simptomus, dirbtinio inksto naudojimas suteikia greitą gydomąjį poveikį. Atstatyti normalų osmosinio slėgio lygį įvedant druską leidžiama tik tuo atveju, jei sumažėja bendras druskos kiekis organizme ir yra aiškių apsinuodijimo vandeniu požymių.
Hiperosomų perteklius pasireiškiantis skysčių tūrio padidėjimu tarpląstelinėje erdvėje kartu su osmosinio slėgio padidėjimu dėl hipernatremijos. Sutrikimų atsiradimo mechanizmas yra toks: natrio susilaikymas nėra lydimas vandens susilaikymo tinkamo tūrio, ekstraląstelinis skystis pasirodo esantis hipertoninis, o vanduo iš ląstelių juda į tarpląstelines erdves iki osmosinės pusiausvyros. Sutrikimo priežastys yra įvairios: Kušingo ar Cohno sindromas, jūros vandens gėrimas, galvos smegenų trauma. Jei hiperosmolinės perteklinės hidratacijos būsena išlieka ilgą laiką, gali įvykti centrinės nervų sistemos ląstelių mirtis.
Ląstelių dehidratacija eksperimentinėmis sąlygomis įvyksta, kai įvedami hipertoniniai elektrolitų tirpalai, viršijantys gebėjimą greitai juos pašalinti per inkstus. Žmonėms panašus sutrikimas atsiranda, kai yra verčiamas gerti jūros vandenį. Vyksta vandens judėjimas iš ląstelių į tarpląstelinę erdvę, kuri jaučiama kaip stiprus troškulio jausmas. Kai kuriais atvejais hiperosmolinė hiperhidrija lydi edemos vystymąsi.
Sumažėjus arba padidėjus ekstraląstelinio skysčio osmosinei koncentracijai, taip pat sumažėja bendras vandens tūris (dehidratacija, hipohidrija, dehidratacija, egzikozė). Dehidratacijos pavojus yra kraujo sutirštėjimo pavojus. Sunkūs dehidratacijos simptomai atsiranda praradus maždaug trečdalį tarpląstelinio vandens.
Hipoosmolinė dehidratacija išsivysto tais atvejais, kai organizmas netenka daug skysčių, turinčių elektrolitų, o netekimas pakeičiamas mažesniu vandens tūriu neįvedant druskos. Ši būklė pasireiškia pasikartojančiu vėmimu, viduriavimu, padidėjusiu prakaitavimu, hipoaldosteronizmu, poliurija (diabetu insipidus ir cukriniu diabetu), jei vandens netekimas (hipotoniniai tirpalai) iš dalies kompensuojamas geriant be druskos. Iš hipoosmosinės tarpląstelinės erdvės dalis skysčių veržiasi į ląsteles. Taigi, egzikozę, kuri išsivysto dėl druskos trūkumo, lydi tarpląstelinė edema. Nėra troškulio jausmo. Vandens praradimą kraujyje lydi hematokrito padidėjimas, hemoglobino ir baltymų koncentracijos padidėjimas. Kraujo išeikvojimas vandeniu ir su tuo susijęs plazmos tūrio sumažėjimas bei klampumo padidėjimas žymiai pablogina kraujotaką ir kartais sukelia kolapsą bei mirtį. Sumažėjęs širdies tūris taip pat sukelia inkstų nepakankamumą. Filtravimo tūris smarkiai sumažėja ir išsivysto oligurija. Šlapime praktiškai nėra natrio chlorido, o tai palengvina padidėjusi aldosterono sekrecija dėl tūrio receptorių stimuliavimo. Padidėja likutinio azoto kiekis kraujyje. Gali būti pastebėti išoriniai dehidratacijos požymiai – sumažėjęs turgoras ir odos raukšlėjimasis. Dažnai yra galvos skausmas ir apetito stoka. Kai vaikai dehidratuoja, greitai atsiranda apatija, vangumas, raumenų silpnumas.
Vandens ir elektrolitų trūkumą hipoosmolinės hidratacijos metu rekomenduojama pakeisti skiriant izosmosinį arba hipoosmosinį skystį, kuriame yra skirtingų elektrolitų. Jei neįmanoma paimti pakankamai vandens į vidų, neišvengiamą vandens netekimą per odą, plaučius ir inkstus reikia kompensuoti 0,9% natrio chlorido tirpalo infuzija į veną. Jei trūkumas jau atsirado, padidinkite vartojamą kiekį ne daugiau kaip 3 litrus per dieną. Hipertoninis druskos tirpalas turėtų būti skiriamas tik išimtiniais atvejais, kai yra neigiamų elektrolitų koncentracijos kraujyje sumažėjimo pasekmių, jei inkstai nesulaiko natrio ir daug jo netenkama kitais būdais, nes priešingu atveju gali atsirasti natrio perteklius. pabloginti dehidrataciją. Siekiant išvengti hiperchloreminės acidozės, kai sumažėja inkstų išskyrimo funkcija, racionalu vietoj natrio chlorido skirti pieno rūgšties druską.
Hiperosmolinė dehidratacija išsivysto dėl vandens praradimo, viršijančio jo pasiūlą, ir endogeninio susidarymo neprarandant natrio. Šioje formoje vandens netenkama mažai elektrolitų. Tai gali pasireikšti padidėjusiu prakaitavimu, hiperventiliacija, viduriavimu, poliurija, jei netektų skysčių nekompensuoja gėrimas. Didelis vandens netekimas šlapime atsiranda dėl vadinamosios osmosinės (arba skiedimosios) diurezės, kai per inkstus išsiskiria daug gliukozės, karbamido ar kitų azotinių medžiagų, todėl padidėja pirminio šlapimo koncentracija ir apsunkinamas vandens reabsorbcija. . Vandens praradimas tokiais atvejais viršija natrio praradimą. Ribotas vandens skyrimas pacientams, turintiems rijimo sutrikimų, taip pat troškulio jausmui slopinti sergant smegenų ligomis, esant komos būsenai, vyresnio amžiaus žmonėms, neišnešiotiems naujagimiams, kūdikiams, kuriems yra smegenų pažeidimas ir kt. Naujagimiams pirm. Hiperosmolinė egzikozė kartais atsiranda dėl mažo pieno suvartojimo („karščiavimas nuo troškulio“). Hiperosmolinė dehidratacija kūdikiams pasireiškia daug lengviau nei suaugusiems. Kūdikystėje per plaučius gali netekti daug vandens su mažai elektrolitų arba jų visai nėra karščiavimo, lengvos acidozės ir kitų hiperventiliacijos atvejų. Kūdikiams vandens ir elektrolitų pusiausvyros neatitikimas gali atsirasti ir dėl nepakankamai išvystyto inkstų gebėjimo susikaupti. Elektrolitų susilaikymas vaiko organizme vyksta daug lengviau, ypač perdozavus hipertoninio ar izotoninio tirpalo. Kūdikiams minimalus privalomas vandens išskyrimas (per inkstus, plaučius ir odą) paviršiaus ploto vienetui yra maždaug du kartus didesnis nei suaugusiųjų.
Vandens praradimo dominavimas virš elektrolitų išsiskyrimo padidina tarpląstelinio skysčio osmosinę koncentraciją ir vandens judėjimą iš ląstelių į tarpląstelinę erdvę. Taigi kraujo tirštėjimas sulėtėja. Tarpląstelinės erdvės tūrio sumažėjimas skatina aldosterono sekreciją. Tai palaiko vidinės aplinkos hiperosmoliariškumą ir skysčių tūrio atkūrimą dėl padidėjusios ADH gamybos, o tai riboja vandens netekimą per inkstus. Tarpląstelinio skysčio hiperosmoliariškumas taip pat sumažina vandens išsiskyrimą per ekstrarenalinius kelius. Nepalankus hiperosmoliariškumo poveikis yra susijęs su ląstelių dehidratacija, dėl kurios jaučiamas skausmingas troškulio jausmas, padidėja baltymų skilimas, padidėja temperatūra. Nervinių ląstelių praradimas sukelia psichikos sutrikimus (sąmonės drumstumą) ir kvėpavimo sutrikimus. Hiperosmolinio tipo dehidrataciją taip pat lydi kūno masės sumažėjimas, odos ir gleivinių sausumas, oligurija, kraujo sutirštėjimo požymiai, padidėja osmosinė koncentracija kraujyje. Eksperimento metu troškulio mechanizmo slopinimas ir vidutinio tarpląstelinio hiperosmoliariškumo išsivystymas buvo pasiektas sušvirkštus į kačių pagumburio suproptinius branduolius ir žiurkėms į ventromedialinius branduolius. Vandens trūkumas ir žmogaus kūno skysčių izotoniškumas atstatomas daugiausia įvedant hipotoninį gliukozės tirpalą, kuriame yra bazinių elektrolitų.
Izotoninė dehidratacija gali būti stebimas esant nenormaliai padidėjusiam natrio išsiskyrimui, dažniausiai virškinamojo trakto liaukų sekrecijai (izosmolinės išskyros, kurių paros tūris yra iki 65% viso ekstraląstelinio skysčio tūrio). Šių izotoninių skysčių praradimas nekeičia intraląstelinio tūrio (visi nuostoliai atsiranda dėl tarpląstelinio tūrio). Jų priežastys yra pakartotinis vėmimas, viduriavimas, netekimas per fistulę, didelių transudatų susidarymas (ascitas, pleuros efuzija), kraujo ir plazmos netekimas dėl nudegimų, peritonitas, pankreatitas.
Vandens apykaitos reguliavimą neurohumoraliniu būdu atlieka įvairios centrinės nervų sistemos dalys: smegenų žievė, tarpvietės ir pailgosios smegenys, simpatiniai ir parasimpatiniai ganglijos. Taip pat dalyvauja daug endokrininių liaukų. Hormonų poveikis šiuo atveju yra tas, kad jie pakeičia ląstelių membranų pralaidumą vandeniui, užtikrindami jo išsiskyrimą arba resorbciją Organizmo vandens poreikį reguliuoja troškulio jausmas. Jau pajutus pirmuosius kraujo tirštėjimo požymius, atsiranda troškulys dėl tam tikrų smegenų žievės sričių refleksinio sužadinimo. Suvartotas vanduo absorbuojamas per žarnyno sienelę, o jo perteklius nesukelia kraujo plonėjimo . Iš kraujas, jis greitai patenka į tarpląstelines laisvas jungiamojo audinio erdves, kepenis, odą ir kt. Šie audiniai tarnauja kaip vandens depas organizme. Atskiri katijonai turi tam tikrą įtaką vandens tekėjimui ir išsiskyrimui iš audinių. Na + jonai skatina baltymų prisijungimą koloidinėmis dalelėmis, K + ir Ca 2+ jonai skatina vandens išsiskyrimą iš organizmo.
Taigi, neurohipofizės vazopresinas (antidiurezinis hormonas) skatina vandens resorbciją iš pirminio šlapimo, sumažindamas pastarojo išsiskyrimą iš organizmo. Antinksčių žievės hormonai – aldosteronas, deoksikortikosterolis – prisideda prie natrio susilaikymo organizme, o kadangi natrio katijonai didina audinių hidrataciją, juose taip pat sulaikomas vanduo. Kiti hormonai skatina vandens išsiskyrimą per inkstus: tiroksinas – skydliaukės hormonas, prieskydinės liaukos hormonas – androgenai ir estrogenai – lytinių liaukų hormonai, skatinantys vandens išsiskyrimą per prakaitą liaukos Vandens kiekis audiniuose, pirmiausia laisvajame, didėja sergant inkstais, sutrikus širdies ir kraujagyslių sistemos veiklai, badaujant baltymams, sutrikus kepenų funkcijai (cirozei). Padidėjęs vandens kiekis tarpląstelinėse erdvėse sukelia edemą. Nepakankamas vazopresino susidarymas padidina diurezę ir padidina diabetą. Kūno dehidratacija taip pat stebima esant nepakankamai aldosterono gamybai antinksčių žievėje.
Vanduo ir jame ištirpusios medžiagos, tarp jų ir mineralinės druskos, sukuria vidinę organizmo aplinką, kurios savybės išlieka pastovios arba keičiasi natūraliai keičiantis organų ir ląstelių funkcinei būklei Pagrindiniai skystos aplinkos parametrai kūnas yra osmoso slėgis,pH Ir apimtis.
Ekstraląstelinio skysčio osmosinis slėgis labai priklauso nuo druskos (NaCl), kurios šiame skystyje yra didžiausia koncentracija. Todėl pagrindinis osmosinio slėgio reguliavimo mechanizmas yra susijęs su vandens arba NaCl išsiskyrimo greičio pasikeitimu, dėl kurio keičiasi NaCl koncentracija audinių skysčiuose, todėl kinta ir osmosinis slėgis. Tūrio reguliavimas vyksta vienu metu keičiant vandens ir NaCl išsiskyrimo greitį. Be to, troškulio mechanizmas reguliuoja vandens suvartojimą. pH reguliavimą užtikrina selektyvus rūgščių ar šarmų išsiskyrimas su šlapimu; Priklausomai nuo to, šlapimo pH gali svyruoti nuo 4,6 iki 8,0. Vandens ir druskos homeostazės sutrikimai yra susiję su patologinėmis sąlygomis, tokiomis kaip audinių dehidratacija ar edema, padidėjęs ar sumažėjęs kraujospūdis, šokas, acidozė ir alkalozė.
Osmosinio slėgio ir tarpląstelinio skysčio tūrio reguliavimas. Vandens ir NaCl išsiskyrimą per inkstus reguliuoja antidiurezinis hormonas ir aldosteronas.
Antidiurezinis hormonas (vazopresinas). Vazopresinas sintetinamas pagumburio neuronuose. Pagumburio osmoreceptoriai, padidėjus audinių skysčio osmosiniam slėgiui, skatina vazopresino išsiskyrimą iš sekrecinių granulių. Vazopresinas padidina vandens reabsorbcijos iš pirminio šlapimo greitį ir taip sumažina diurezę. Šlapimas tampa labiau koncentruotas. Tokiu būdu antidiurezinis hormonas palaiko reikiamą skysčių kiekį organizme, nepaveikdamas išsiskiriančio NaCl kiekio. Mažėja ekstraląstelinio skysčio osmosinis slėgis, t.y., pašalinamas dirgiklis, sukėlęs vazopresino išsiskyrimą Sergant kai kuriomis pagumburį ar hipofizę pažeidžiančiomis ligomis (navikais, traumomis, infekcijomis), sumažėja ir vystosi vazopresino sintezė ir sekrecija. cukrinis diabetas insipidus.
Be diurezės mažinimo, vazopresinas taip pat sukelia arteriolių ir kapiliarų susiaurėjimą (iš čia ir pavadinimas) ir atitinkamai padidina kraujospūdį.
Aldosteronas.Šis steroidinis hormonas gaminamas antinksčių žievėje. Sekrecija didėja, kai sumažėja NaCl koncentracija kraujyje. Inkstuose aldosteronas padidina Na + (o kartu ir C1) reabsorbcijos greitį nefrono kanalėliuose, o tai sukelia NaCl susilaikymą organizme. Tai pašalina stimulą, kuris sukėlė aldosterono sekreciją. Dėl per didelio aldosterono sekrecijos susidaro per didelis NaCl susilaikymas ir padidėja ekstraląstelinio skysčio osmosinis slėgis. Ir tai yra signalas vazopresino išsiskyrimui, kuris pagreitina vandens reabsorbciją inkstuose. Dėl to organizme kaupiasi ir NaCl, ir vanduo; išlaikant normalų osmosinį slėgį, didėja tarpląstelinio skysčio tūris.
Renino-angiotenzino sistema.Ši sistema yra pagrindinis aldosterono sekrecijos reguliavimo mechanizmas; Nuo jo priklauso ir vazopresino sekrecija. Reninas yra proteolitinis fermentas, sintetinamas jukstaglomerulinėse ląstelėse, supančiose inkstų glomerulų aferentinę arteriolę.
Renino ir angiotenzino sistema atlieka svarbų vaidmenį atkuriant kraujo tūrį, kuris gali sumažėti dėl kraujavimo, gausaus vėmimo, viduriavimo ir prakaitavimo. Angiotenzino II sukeliamas vazokonstrikcija veikia kaip neatidėliotina priemonė kraujospūdžiui palaikyti. Tada su gėrimu ir maistu gaunamas vanduo ir NaCl organizme pasilieka daugiau nei įprastai, o tai užtikrina kraujo tūrio ir spaudimo atstatymą. Po to reninas nustoja išsiskirti, kraujyje jau esančios reguliuojančios medžiagos sunaikinamos ir sistema grįžta į pradinę būseną.
Žymus cirkuliuojančio skysčio tūrio sumažėjimas gali sukelti pavojingą audinių kraujo tiekimo sutrikimą, kol reguliavimo sistemos neatkuria kraujospūdžio ir tūrio. Tokiu atveju sutrinka visų organų, o visų pirma, smegenų, funkcijos; atsiranda būklė, vadinama šoku. Išsivysčius šokui (taip pat ir edemai), reikšmingą vaidmenį atlieka normalaus skysčių ir albumino pasiskirstymo tarp kraujotakos ir tarpląstelinės erdvės pokyčiai nefrono kanalėlių lygyje - jie keičia pirminio šlapimo komponentų reabsorbcijos greitį.
Vandens-druskų apykaita ir virškinimo sulčių išsiskyrimas. Visų virškinimo liaukų paros sekrecijos tūris yra gana didelis. Normaliomis sąlygomis vanduo iš šių skysčių reabsorbuojamas žarnyne; dėl gausaus vėmimo ir viduriavimo gali labai sumažėti tarpląstelinio skysčio tūris ir audinių dehidratacija. Didelis skysčių praradimas su virškinimo sultimis padidina albumino koncentraciją kraujo plazmoje ir tarpląsteliniame skystyje, nes albuminas neišsiskiria su išskyromis; dėl šios priežasties didėja tarpląstelinio skysčio osmosinis slėgis, vanduo iš ląstelių pradeda tekėti į tarpląstelinį skystį ir sutrinka ląstelių funkcijos. Didelis tarpląstelinio skysčio osmosinis slėgis taip pat sumažina arba net nustoja susidaryti šlapimas. , o jei vanduo ir druskos nėra tiekiami iš išorės, gyvūną ištinka koma.
Vanduo yra svarbiausias gyvo organizmo komponentas. Organizmai negali egzistuoti be vandens. Be vandens žmogus miršta greičiau nei per savaitę, o nevalgęs, bet gavęs vandens, gali gyventi ilgiau nei mėnesį. Kūno netekimas 20% vandens sukelia mirtį. Vandens kiekis organizme sudaro 2/3 kūno svorio ir kinta su amžiumi. Vandens kiekis skirtinguose audiniuose skiriasi. Žmogaus paros vandens poreikis yra maždaug 2,5 litro. Šis vandens poreikis patenkinamas į organizmą įvedant skysčių ir maisto. Šis vanduo laikomas egzogeniniu. Vanduo, kuris susidaro oksidaciniu būdu skaidant baltymus, riebalus ir angliavandenius organizme, vadinamas endogeniniu.Vanduo yra terpė, kurioje vyksta dauguma medžiagų apykaitos reakcijų. Jis tiesiogiai dalyvauja metabolizme. Vanduo vaidina tam tikrą vaidmenį kūno termoreguliacijos procesuose. Vandens pagalba į audinius ir ląsteles tiekiamos maistinės medžiagos ir iš jų pašalinami galutiniai medžiagų apykaitos produktai.
Vandenį iš organizmo išskiria inkstai – 1,2–1,5 l, oda – 0,5 l, plaučiai – 0,2–0,3 l. Vandens mainus reguliuoja neurohormoninė sistema. Vandens sulaikymą organizme skatina antinksčių žievės hormonai (kortizonas, aldosteronas) ir užpakalinės hipofizės skilties hormonas vazopresinas. Skydliaukės hormonas tiroksinas padidina vandens išsiskyrimą iš organizmo.
^
MINERALŲ MEDŽIAGOS
Mineralinės druskos yra viena iš pagrindinių maisto medžiagų. Mineraliniai elementai neturi maistinės vertės, tačiau jų organizmui reikia kaip medžiagų, reguliuojančių medžiagų apykaitą, palaikant osmosinį slėgį, užtikrinant pastovų vidinio ir tarpląstelinio organizmo skysčio pH. Daugelis mineralinių elementų yra struktūriniai fermentų ir vitaminų komponentai.
Žmogaus ir gyvūnų organų ir audinių sudėtis apima makroelementus ir mikroelementus. Pastarųjų organizme yra labai mažais kiekiais. Įvairiuose gyvuose organizmuose, kaip ir žmogaus organizme, daugiausia deguonies, anglies, vandenilio ir azoto randama. Šie elementai, taip pat fosforas ir siera, yra gyvų ląstelių dalis įvairių junginių pavidalu. Makroelementai taip pat yra natris, kalis, kalcis, chloras ir magnis. Gyvūnų organizme buvo rasti šie mikroelementai: varis, manganas, jodas, molibdenas, cinkas, fluoras, kobaltas ir kt. Geležis užima tarpinę padėtį tarp makro ir mikroelementų.
Mineralai į organizmą patenka tik su maistu. Tada per žarnyno gleivinę ir kraujagysles į vartų veną ir kepenis. Kepenys išlaiko kai kurias mineralines medžiagas: natrį, geležį, fosforą. Geležis yra hemoglobino dalis, dalyvaujanti deguonies pernešime, taip pat redokso fermentų sudėtyje. Kalcis yra kaulinio audinio dalis ir suteikia jam stiprumo. Be to, jis vaidina svarbų vaidmenį kraujo krešėjimui. Fosforas, kurio be laisvo (neorganinio) yra junginiuose su baltymais, riebalais ir angliavandeniais, labai naudingas organizmui. Magnis reguliuoja nervų ir raumenų jaudrumą ir aktyvina daugelį fermentų. Kobaltas yra vitamino B12 dalis. Jodas dalyvauja skydliaukės hormonų formavime. Fluoras randamas dantų audiniuose. Natris ir kalis turi didelę reikšmę palaikant kraujo osmosinį slėgį.
Mineralinių medžiagų apykaita glaudžiai susijusi su organinių medžiagų (baltymų, nukleorūgščių, angliavandenių, lipidų) apykaita. Pavyzdžiui, kobalto, mangano, magnio ir geležies jonai būtini normaliai aminorūgščių apykaitai. Chloro jonai aktyvina amilazę. Kalcio jonai aktyvina lipazę. Riebalų rūgščių oksidacija vyksta intensyviau, kai yra vario ir geležies jonų.
^
12 SKYRIUS. VITAMINAI
Vitaminai yra mažos molekulinės masės organiniai junginiai, kurie yra esminė maisto sudedamoji dalis. Gyvūnuose jie nėra sintetinami. Pagrindinis žmogaus kūno ir gyvūnų šaltinis yra augalinis maistas.
Vitaminai yra biologiškai aktyvios medžiagos. Jų nebuvimą ar maisto trūkumą lydi staigus gyvybinių procesų sutrikimas, dėl kurio atsiranda rimtų ligų. Vitaminų poreikį lemia tai, kad daugelis jų yra fermentų ir kofermentų komponentai.
Vitaminai yra labai įvairūs savo chemine struktūra. Jie skirstomi į dvi grupes: vandenyje tirpius ir riebaluose tirpius.
^ VANDENI TIRPUS VITAMINAI
1. Vitaminas B 1 (tiaminas, aneurinas). Jo cheminei struktūrai būdinga aminų grupė ir sieros atomas. Alkoholio grupės buvimas vitamine B1 leidžia sudaryti esterius su rūgštimis. Tiaminas, susijungęs su dviem fosforo rūgšties molekulėmis, sudaro esterio tiamino difosfatą, kuris yra vitamino kofermento forma. Tiamino difosfatas yra dekarboksilazių kofermentas, kuris katalizuoja α-keto rūgščių dekarboksilinimą. Trūkstant arba nepakankamai patekus į organizmą vitamino B1, angliavandenių apykaita tampa neįmanoma. Pažeidimai atsiranda piruvo ir α-ketoglutaro rūgščių panaudojimo stadijoje.
2. Vitaminas B 2 (riboflavinas). Šis vitaminas yra metilintas izoaloksazino darinys, prijungtas prie 5-hidroksilio alkoholio ribitolio.
Organizme riboflavinas esterio su fosforo rūgštimi pavidalu yra dalis flavino fermentų protezinės grupės (FMN, FAD), kurie katalizuoja biologinius oksidacijos procesus, užtikrindami vandenilio pernešimą kvėpavimo grandinėje, taip pat riebalų rūgščių sintezė ir skaidymas.
3. Vitaminas B 3 (pantoteno rūgštis). Pantoteno rūgštis susideda iš -alanino ir dioksidimetilsviesto rūgšties, sujungtos peptidine jungtimi. Biologinė pantoteno rūgšties reikšmė yra ta, kad ji yra kofermento A dalis, kuri atlieka didžiulį vaidmenį angliavandenių, riebalų ir baltymų apykaitoje.
4. Vitaminas B 6 (piridoksinas). Pagal cheminę prigimtį vitaminas B6 yra piridino darinys. Fosforilintas piridoksino darinys yra fermentų, katalizuojančių aminorūgščių apykaitos reakcijas, kofermentas.
5. Vitaminas B 12 (kobalaminas). Vitamino cheminė struktūra yra labai sudėtinga. Jame yra keturi pirolio žiedai. Centre yra kobalto atomas, prijungtas prie pirolio žiedų azoto.
Vitaminas B12 vaidina svarbų vaidmenį perduodant metilo grupes, taip pat nukleino rūgščių sintezę.
6. Vitaminas PP (nikotino rūgštis ir jos amidas). Nikotino rūgštis yra piridino darinys.
Nikotino rūgšties amidas yra neatskiriama kofermentų NAD + ir NADP +, kurie yra dehidrogenazių dalis, dalis.
7. Folio rūgštis (vitaminas B c). Išskirtas iš špinatų lapų (lot. folium – lapas). Folio rūgštyje yra para-aminobenzenkarboksirūgšties ir glutamo rūgšties. Folio rūgštis vaidina svarbų vaidmenį nukleino rūgščių metabolizme ir baltymų sintezėje.
8. Para-aminobenzenkarboksirūgštis. Jis vaidina svarbų vaidmenį folio rūgšties sintezėje.
9. Biotinas (vitaminas H). Biotinas yra fermento, katalizuojančio karboksilinimo (CO 2 pridėjimo prie anglies grandinės) procesą, dalis. Biotinas būtinas riebalų rūgščių ir purinų sintezei.
10. Vitaminas C (askorbo rūgštis). Askorbo rūgšties cheminė struktūra yra artima heksozėms. Ypatinga šio junginio savybė yra jo gebėjimas grįžtamai oksiduotis, kad susidarytų dehidroaskorbo rūgštis. Abu šie junginiai turi vitaminų aktyvumą. Askorbo rūgštis dalyvauja organizmo redokso procesuose, apsaugo SH grupės fermentus nuo oksidacijos, turi savybę dehidratuoti toksinus.
^ RIEBALUS TIRPUS VITAMINAI
Šiai grupei priskiriami A, D, E, K- ir kt. grupių vitaminai.
1. A grupės vitaminai. Vitaminas A 1 (retinolis, antikseroftalminis) savo chemine prigimtimi artimas karotinams. Tai ciklinis monohidroksis alkoholis .
2. D grupės vitaminai (antirachitinis vitaminas). D grupės vitaminai savo chemine struktūra yra artimi steroliams. Vitaminas D2 susidaro iš mielėse esančio ergosterolio, o vitaminas D3 susidaro iš 7-dehidrocholesterolio gyvūnų audiniuose veikiant ultravioletiniams spinduliams.
3. E grupės vitaminai (, , -tokoferoliai). Pagrindiniai vitamino E trūkumo pokyčiai atsiranda reprodukcinėje sistemoje (netenkama vaisiaus gimdymo, degeneraciniai pokyčiai spermoje). Tuo pačiu metu vitamino E trūkumas daro žalą įvairiems audiniams.
4. K grupės vitaminai. Pagal savo cheminę struktūrą šios grupės vitaminai (K 1 ir K 2) priklauso naftochinonams. Būdingas vitamino K trūkumo požymis yra poodinių, intramuskulinių ir kitų kraujosruvų atsiradimas bei sutrikęs kraujo krešėjimas. To priežastis yra baltymo protrombino, kraujo krešėjimo sistemos komponento, sintezės pažeidimas.
ANTIVITAMINAI
Antivitaminai yra vitaminų antagonistai: dažnai šios medžiagos savo struktūra yra labai artimos atitinkamiems vitaminams, o tada jų veikimas grindžiamas antivitamino „konkurenciniu“ atitinkamo vitamino išstūmimu iš jo komplekso fermentų sistemoje. Dėl to susidaro „neaktyvus“ fermentas, sutrinka medžiagų apykaita, susergama sunkia liga. Pavyzdžiui, sulfonamidai yra para-aminobenzenkarboksirūgšties antivitaminai. Vitamino B1 antivitaminas yra piritiaminas.Taip pat yra struktūriškai skirtingų antivitaminų, kurie gali surišti vitaminus, atimdami jiems vitaminų aktyvumą.
^
13 SKYRIUS. HORMONAI
Hormonai, kaip ir vitaminai, yra biologiškai aktyvios medžiagos ir yra medžiagų apykaitos bei fiziologinių funkcijų reguliatoriai. Jų reguliuojamasis vaidmuo sumažinamas iki fermentų sistemų aktyvinimo arba slopinimo, biologinių membranų pralaidumo ir medžiagų pernešimo per jas pokyčius, įvairių biosintezės procesų, įskaitant fermentų sintezę, stimuliavimo ar sustiprinimo.
Hormonai gaminasi endokrininėse liaukose, kurios neturi šalinimo latakų ir išskiria savo išskyras tiesiai į kraują. Endokrininės liaukos apima skydliaukę, prieskydinę liauką (šalia skydliaukės), lytines liaukas, antinksčius, hipofizę, kasą ir užkrūčio liaukas.
Ligos, atsirandančios sutrikus vienos ar kitos endokrininės liaukos funkcijoms, yra arba jos hipofunkcijos (sumažėjusios hormonų sekrecijos), arba hiperfunkcijos (per didelės hormonų sekrecijos) pasekmė.
Pagal cheminę struktūrą hormonai gali būti suskirstyti į tris grupes: baltyminiai hormonai; hormonai, gauti iš aminorūgšties tirozino, ir steroidinės struktūros hormonai.
^ BALTYMINIAI HORMONAI
Tai apima kasos, priekinės hipofizės ir prieskydinių liaukų hormonus.
Kasos hormonai – insulinas ir gliukagonas – dalyvauja reguliuojant angliavandenių apykaitą. Savo veiksmu jie yra vienas kito antagonistai. Insulinas mažina, o gliukagonas padidina cukraus kiekį kraujyje.
Hipofizės hormonai reguliuoja daugelio kitų endokrininių liaukų veiklą. Jie apima:
Somatotropinis hormonas (GH) – augimo hormonas, skatina ląstelių augimą, didina biosintezės procesų lygį;
Skydliaukę stimuliuojantis hormonas (TSH) – skatina skydliaukės veiklą;
Adrenokortikotropinis hormonas (AKTH) – reguliuoja kortikosteroidų biosintezę antinksčių žievėje;
Gonadotropiniai hormonai reguliuoja lytinių liaukų veiklą.
^ TIROZINO SERIJOS HORMONAI
Tai apima skydliaukės hormonus ir antinksčių šerdies hormonus. Pagrindiniai skydliaukės hormonai yra tiroksinas ir trijodtironinas. Šie hormonai yra joduoti aminorūgšties tirozino dariniai. Sumažėjus skydliaukės funkcijai, sumažėja medžiagų apykaitos procesai. Skydliaukės hiperfunkcija padidina bazinį metabolizmą.
Antinksčių šerdis gamina du hormonus – adrenaliną ir norepinefriną. Šios medžiagos padidina kraujospūdį. Adrenalinas turi didelę įtaką angliavandenių apykaitai – padidina gliukozės kiekį kraujyje.
^ STEROIDINIAI HORMONAI
Šiai klasei priklauso antinksčių žievės ir lytinių liaukų (kiaušidžių ir sėklidžių) gaminami hormonai. Pagal cheminę prigimtį jie yra steroidai. Antinksčių žievė gamina kortikosteroidus, juose yra C 21 atomo. Jie skirstomi į mineralokortikoidus, iš kurių aktyviausi yra aldosteronas ir deoksikortikosteronas. ir gliukokortikoidai – kortizolis (hidrokortizonas), kortizonas ir kortikosteronas. Gliukokortikoidai turi didelę įtaką angliavandenių ir baltymų apykaitai. Mineralokortikoidai daugiausia reguliuoja vandens ir mineralų apykaitą.
Yra vyriški (androgenai) ir moteriški (estrogenai) lytiniai hormonai. Pirmieji yra C19-, o antrieji C18-steroidai. Androgenai yra testosteronas, androstenedionas ir kt., o estrogenai – estradiolis, estronas ir estriolis. Aktyviausi yra testosteronas ir estradiolis. Lytiniai hormonai lemia normalų lytinį vystymąsi, antrinių lytinių požymių formavimąsi, įtakoja medžiagų apykaitą.
^ 14 SKYRIUS. RACIONALIOS MITYBOS BIOCHEMINIAI PAGRINDAI
Mitybos problemoje galima išskirti tris tarpusavyje susijusias dalis: racionalią mitybą, gydomąją ir gydomąją-profilaktinę. Pagrindas yra vadinamoji racionali mityba, nes ji sukurta atsižvelgiant į sveiko žmogaus poreikius, priklausomai nuo amžiaus, profesijos, klimato ir kitų sąlygų. Subalansuotos mitybos pagrindas – subalansuota ir tinkama mityba. Racionali mityba – tai priemonė normalizuoti organizmo būklę ir palaikyti aukštą jo darbingumą.
Su maistu į žmogaus organizmą patenka angliavandeniai, baltymai, riebalai, aminorūgštys, vitaminai, mineralai. Šių medžiagų poreikis skiriasi ir yra nulemtas fiziologinės organizmo būklės. Augančiam organizmui reikia daugiau maisto. Sportuojantis ar fizinį darbą dirbantis žmogus išeikvoja daug energijos, todėl jam taip pat reikia daugiau maisto nei sėdinčiam žmogui.
Žmogaus mityboje baltymų, riebalų ir angliavandenių kiekis turi būti 1:1:4, t.y., reikia suvartoti 1 g baltymų ir 4 g angliavandenių. Baltymai turėtų sudaryti apie 14% dienos kalorijų normos, riebalai apie 31%, o angliavandeniai - apie 55%.
Dabartiniame mitybos mokslo raidos etape neužtenka remtis vien tik iš bendro maistinių medžiagų suvartojimo. Labai svarbu nustatyti būtinų maisto komponentų proporciją racione (nepakeičiamos aminorūgštys, nesočiosios riebalų rūgštys, vitaminai, mineralai ir kt.). Šiuolaikinis mokymas apie žmogaus poreikius maistui išreiškiamas subalansuotos mitybos samprata. Pagal šią koncepciją, užtikrinti normalią gyvenimo veiklą galima ne tik aprūpinant organizmą pakankamu kiekiu energijos ir baltymų, bet ir stebint gana sudėtingus ryšius tarp daugybės nepakeičiamų mitybos veiksnių, galinčių daryti didžiausią naudingą biologinį poveikį. organizme. Subalansuotos mitybos dėsnis grindžiamas idėjomis apie kiekybinius ir kokybinius maisto asimiliacijos procesų organizme aspektus, tai yra, visa metabolinių fermentinių reakcijų suma.
SSRS medicinos mokslų akademijos Mitybos institutas parengė vidutinius duomenis apie suaugusio žmogaus mitybos poreikius. Daugiausia, nustatant optimalius atskirų maisto medžiagų santykius, būtent toks maistinių medžiagų santykis yra vidutiniškai reikalingas normaliai suaugusio žmogaus veiklai palaikyti. Todėl ruošiant bendras dietas ir vertinant atskirus produktus, reikia orientuotis į šiuos santykius. Svarbu atsiminti, kad žalingas ne tik atskirų esminių veiksnių trūkumas, bet ir jų perteklius. Būtinų maistinių medžiagų pertekliaus toksiškumo priežastis tikriausiai siejama su mitybos disbalansu, o tai savo ruožtu sukelia organizmo biocheminės homeostazės (vidinės aplinkos sudėties ir savybių pastovumo) sutrikimą ir ląstelių funkcionavimą. mityba.
Vargu ar galima perkelti pateiktą mitybos pusiausvyrą nepakeitus skirtingų darbo ir gyvenimo sąlygų žmonių, skirtingo amžiaus ir lyties žmonių mitybos struktūros ir pan. medžiagų apykaitos procesams ir jų hormoniniam bei nervų reguliavimui, įvairaus amžiaus ir lyties asmenims, taip pat asmenims, turintiems reikšmingų nukrypimų nuo vidutinių normalios fermentinės būklės rodiklių, būtina atlikti tam tikrus įprasto subalansuotos mitybos formulės pateikimo pakeitimus. .
SSRS medicinos mokslų akademijos Mitybos institutas pasiūlė standartus
optimalių mūsų šalies gyventojų mitybos racionų skaičiavimas.
Šios dietos skiriasi pagal tris klimato sąlygas
zonos: šiaurinė, centrinė ir pietinė. Tačiau naujausi moksliniai duomenys rodo, kad toks skirstymas šiandien negali būti patenkinamas. Naujausi tyrimai parodė, kad mūsų šalyje šiaurė turi būti padalinta į dvi zonas: Europos ir Azijos. Šios zonos labai skiriasi viena nuo kitos klimato sąlygomis. SSRS medicinos mokslų akademijos Sibiro filialo Klinikinės ir eksperimentinės medicinos institute (Novosibirskas) atlikus ilgalaikius tyrimus, buvo įrodyta, kad Azijos šiaurės sąlygomis baltymų apykaita, riebalai, angliavandeniai, vitaminai, makro- ir mikroelementai pertvarkomi, todėl reikia patikslinti žmogaus mitybos normas, atsižvelgiant į medžiagų apykaitos pokyčius. Šiuo metu plataus masto tyrimai atliekami Sibiro ir Tolimųjų Rytų gyventojų mitybos racionalizavimo srityje. Pagrindinis vaidmuo tiriant šią problemą skiriamas biocheminiams tyrimams.
