PREDNÁŠKOVÝ KURZ
VO VŠEOBECNEJ BIOCHÉMII
Modul 8. Biochémia metabolizmu voda-soľ a acidobázický stav
Jekaterinburg,
PREDNÁŠKA č.24
Téma: Metabolizmus voda-soľ a minerály
Fakulty: liečebno-preventívna, liečebno-preventívna, detská.
Metabolizmus voda-soľ – výmena vody a hlavných elektrolytov organizmu (Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, Cl -, HCO 3 -, H 3 PO 4 ).
Elektrolyty – látky, ktoré sa v roztoku disociujú na anióny a katióny. Meria sa v mol/l.
Neelektrolyty– látky, ktoré sa v roztoku nedisociujú (glukóza, kreatinín, močovina). Meria sa v g/l.
Metabolizmus minerálov – výmena akýchkoľvek minerálnych zložiek vrátane tých, ktoré neovplyvňujú základné parametre tekutého prostredia v organizme.
Voda - hlavná zložka všetkých telesných tekutín.
Biologická úloha vody
Voda je univerzálnym rozpúšťadlom pre väčšinu organických (okrem lipidov) a anorganických zlúčenín.
Voda a látky v nej rozpustené vytvárajú vnútorné prostredie organizmu.
Voda zabezpečuje transport látok a tepelnej energie po celom tele.
Významná časť chemických reakcií tela prebieha vo vodnej fáze.
Voda sa podieľa na reakciách hydrolýzy, hydratácie a dehydratácie.
Určuje priestorovú štruktúru a vlastnosti hydrofóbnych a hydrofilných molekúl.
V kombinácii s GAG plní voda štrukturálnu funkciu.
Všeobecné vlastnosti telesných tekutín
Všetky telesné tekutiny sa vyznačujú spoločnými vlastnosťami: objem, osmotický tlak a hodnota pH.
Objem. U všetkých suchozemských živočíchov tvorí tekutina asi 70 % telesnej hmotnosti.
Rozloženie vody v tele závisí od veku, pohlavia, svalovej hmoty, typu postavy a množstva tuku. Obsah vody v rôznych tkanivách je rozdelený nasledovne: pľúca, srdce a obličky (80 %), kostrové svaly a mozog (75 %), koža a pečeň (70 %), kosti (20 %), tukové tkanivo (10 %) . Vo všeobecnosti majú štíhli ľudia menej tuku a viac vody. U mužov tvorí voda 60%, u žien - 50% telesnej hmotnosti. Starší ľudia majú viac tuku a menej svalov. Telo mužov nad 60 rokov obsahuje v priemere 50 % a ženy 45 % vody.
Pri úplnom nedostatku vody nastáva smrť po 6-8 dňoch, kedy sa množstvo vody v tele zníži o 12%.
Všetka telesná tekutina je rozdelená na intracelulárne (67 %) a extracelulárne (33 %) zásoby.
Extracelulárny bazén (mimobunkový priestor) pozostáva z:
Intravaskulárna tekutina;
Intersticiálna tekutina (medzibunková);
Transcelulárna tekutina (tekutina pleurálnej, perikardiálnej, peritoneálnej dutiny a synoviálneho priestoru, cerebrospinálna a vnútroočná tekutina, sekrécia potu, slinných a slzných žliaz, sekrécia pankreasu, pečene, žlčníka, gastrointestinálneho traktu a dýchacieho traktu).
Medzi bazénmi dochádza k intenzívnej výmene tekutín. Pohyb vody z jedného sektora do druhého nastáva pri zmene osmotického tlaku.
Osmotický tlak - Ide o tlak, ktorý vytvárajú všetky látky rozpustené vo vode. Osmotický tlak extracelulárnej tekutiny je určený najmä koncentráciou NaCl.
Extracelulárne a intracelulárne tekutiny sa výrazne líšia zložením a koncentráciou jednotlivých zložiek, ale celková celková koncentrácia osmoticky aktívnych látok je približne rovnaká.
pH– záporný dekadický logaritmus koncentrácie protónov. Hodnota pH závisí od intenzity tvorby kyselín a zásad v organizme, ich neutralizácie pufračnými systémami a odvádzania z tela močom, vydychovaným vzduchom, potom a stolicou.
V závislosti od charakteristík výmeny sa hodnota pH môže výrazne líšiť ako v bunkách rôznych tkanív, tak aj v rôznych kompartmentoch tej istej bunky (v cytosóle je kyslosť neutrálna, v lyzozómoch a v medzimembránovom priestore mitochondrií je vysoko kyslá ). V medzibunkovej tekutine rôznych orgánov a tkanív a krvnej plazme je hodnota pH, podobne ako osmotický tlak, relatívne konštantná.
Prvé živé organizmy sa objavili vo vode asi pred 3 miliardami rokov a dodnes je voda hlavným biorozpúšťadlom.
Voda je kvapalné médium, ktoré je hlavnou zložkou živého organizmu, zabezpečuje jeho životne dôležité fyzikálne a chemické procesy: osmotický tlak, hodnotu pH, minerálne zloženie. Voda tvorí v priemere 65 % celkovej telesnej hmotnosti dospelého zvieraťa a viac ako 70 % novorodenca. Viac ako polovica tejto vody sa nachádza vo vnútri buniek tela. Vzhľadom na veľmi malú molekulovú hmotnosť vody sa vypočítalo, že asi 99 % všetkých molekúl v bunke sú molekuly vody (Bohinski R., 1987).
Vysoká tepelná kapacita vody (ohriatie 1 g vody o 1°C trvá 1 kal) umožňuje telu absorbovať značné množstvo tepla bez výrazného zvýšenia teploty jadra. Vďaka vysokému teplu odparovania vody (540 cal/g) telo odvádza časť tepelnej energie, čím sa predchádza prehriatiu.
Molekuly vody sa vyznačujú silnou polarizáciou. V molekule vody tvorí každý atóm vodíka elektrónový pár s centrálnym atómom kyslíka. Preto má molekula vody dva trvalé dipóly, pretože vysoká hustota elektrónov v blízkosti kyslíka jej dáva negatívny náboj, zatiaľ čo každý atóm vodíka sa vyznačuje zníženou hustotou elektrónov a nesie čiastočný kladný náboj. Výsledkom je, že medzi atómom kyslíka jednej molekuly vody a vodíkom druhej molekuly vznikajú elektrostatické väzby, nazývané vodíkové väzby. Táto štruktúra vody vysvetľuje jej vysoké hodnoty tepla vyparovania a bodu varu.
Vodíkové väzby sú relatívne slabé. Ich disociačná energia (energia prerušenia väzby) v kvapalnej vode je 23 kJ/mol, v porovnaní so 470 kJ pre kovalentnú O-H väzbu v molekule vody. Životnosť vodíkovej väzby sa pohybuje od 1 do 20 pikosekúnd (1 pikosekunda = 1(G 12 s). Vodíkové väzby však nie sú jedinečné pre vodu. Môžu sa vyskytovať aj medzi atómom vodíka a dusíka v iných štruktúrach.
V ľadovom stave tvorí každá molekula vody maximálne štyri vodíkové väzby, čím vzniká kryštálová mriežka. Naproti tomu v kvapalnej vode pri izbovej teplote má každá molekula vody vodíkové väzby v priemere s 3-4 ďalšími molekulami vody. Táto kryštálová mriežka ľadu ho robí menej hustým ako tekutá voda. Preto ľad pláva na hladine tekutej vody a chráni ju pred zamrznutím.
Vodíkové väzby medzi molekulami vody teda poskytujú súdržné sily, ktoré udržujú vodu v kvapalnej forme pri izbovej teplote a premieňajú molekuly na ľadové kryštály. Všimnite si, že okrem vodíkových väzieb sú biomolekuly charakterizované ďalšími typmi nekovalentných väzieb: iónovými, hydrofóbnymi, van der Waalsovými silami, ktoré sú jednotlivo slabé, ale spolu majú silný vplyv na štruktúry proteínov, nukleových kyselín, atď. polysacharidy a bunkové membrány.
Molekuly vody a ich ionizačné produkty (H+ a OH) majú výrazný vplyv na štruktúry a vlastnosti bunkových zložiek, vrátane nukleových kyselín, bielkovín a tukov. Okrem stabilizácie štruktúry proteínov a nukleových kyselín sa vodíkové väzby podieľajú na biochemickej expresii génov.
Voda ako základ vnútorného prostredia buniek a tkanív určuje ich chemickú aktivitu, keďže je jedinečným rozpúšťadlom rôznych látok. Voda zvyšuje stabilitu koloidných systémov a zúčastňuje sa mnohých hydrolýznych a hydrogenačných reakcií v oxidačných procesoch. Voda vstupuje do tela s krmivom a pitnou vodou.
Mnohé metabolické reakcie v tkanivách vedú k tvorbe vody, ktorá sa nazýva endogénna (8-12% z celkovej telesnej tekutiny). Zdrojmi endogénnej telesnej vody sú predovšetkým tuky, sacharidy a bielkoviny. Oxidácia 1 g tukov, sacharidov a bielkovín teda vedie k vytvoreniu 1,07; 0,55 a 0,41 g vody. Preto môžu zvieratá v púštnych podmienkach nejaký čas prežiť bez toho, aby si vzali vodu (ťavy aj dosť dlho). Pes umiera bez pitnej vody po 10 dňoch a bez jedla po niekoľkých mesiacoch. Strata 15-20% vody v tele má za následok smrť zvieraťa.
Nízka viskozita vody určuje konštantnú redistribúciu tekutín v orgánoch a tkanivách tela. Voda vstupuje do gastrointestinálneho traktu a potom sa takmer všetka táto voda absorbuje späť do krvi.
Prenos vody cez bunkové membrány prebieha rýchlo: 30-60 minút po tom, čo zviera vodu prijme, nastane nová osmotická rovnováha medzi extracelulárnou a intracelulárnou tekutinou tkanív. Objem extracelulárnej tekutiny má veľký vplyv na krvný tlak; zvýšenie alebo zníženie objemu extracelulárnej tekutiny vedie k poruchám krvného obehu.
K zvýšeniu množstva vody v tkanivách (hyperhydria) dochádza pri pozitívnej vodnej bilancii (nadmerný príjem vody v dôsledku narušenej regulácie metabolizmu voda-soľ). Hyperhydria vedie k hromadeniu tekutiny v tkanivách (edém). Dehydratácia je zaznamenaná pri nedostatku pitnej vody alebo pri nadmernej strate tekutín (hnačka, krvácanie, zvýšené potenie, hyperventilácia). Zvieratá strácajú vodu povrchom tela, tráviacim systémom, dýchaním, močovými cestami a mliekom u dojčiacich zvierat.
K výmene vody medzi krvou a tkanivami dochádza v dôsledku rozdielu hydrostatického tlaku v arteriálnom a venóznom obehovom systéme, ako aj v dôsledku rozdielu v onkotickom tlaku v krvi a tkanivách. Vazopresín, hormón zadného laloku hypofýzy, zadržiava vodu v tele tým, že ju reabsorbuje v obličkových tubuloch. Aldosterón, hormón kôry nadobličiek, zabezpečuje zadržiavanie sodíka v tkanivách a spolu s ním sa zadržiava aj voda. Potreba vody zvieraťa je v priemere 35-40 g na kg telesnej hmotnosti za deň.
Všimnite si, že chemikálie v tele zvieraťa sú v ionizovanej forme, vo forme iónov. Ióny, v závislosti od označenia náboja, sú klasifikované ako anióny (záporne nabitý ión) alebo katióny (kladne nabitý ión). Prvky, ktoré disociujú vo vode za vzniku aniónov a katiónov, sú klasifikované ako elektrolyty. Soli alkalických kovov (NaCl, KC1, NaHC0 3), soli organických kyselín (napríklad laktát sodný), keď sa rozpustia vo vode, úplne disociujú a sú elektrolytmi. Cukry a alkoholy, ktoré sú ľahko rozpustné vo vode, sa vo vode nedisociujú a nenesú náboj, preto sa považujú za neelektrolyty. Množstvo aniónov a katiónov v tkanivách tela je vo všeobecnosti rovnaké.
Ióny disociujúcich látok, ktoré majú náboj, sú orientované okolo vodných dipólov. Okolo katiónov sa nachádzajú dipóly vody s ich zápornými nábojmi a anióny sú obklopené kladnými nábojmi vody. V tomto prípade dochádza k javu elektrostatickej hydratácie. Vďaka hydratácii je táto časť vody v tkanivách vo viazanom stave. Druhá časť vody je spojená s rôznymi bunkovými organelami, ktoré tvoria takzvanú nehybnú vodu.
Telesné tkanivá obsahujú 20 základných chemických prvkov zo všetkých prírodných prvkov. Uhlík, kyslík, vodík, dusík a síra sú základnými zložkami biomolekúl, z ktorých hmotnostne prevažuje kyslík.
Chemické prvky v tele tvoria soli (minerály) a sú súčasťou biologicky aktívnych molekúl. Biomolekuly majú nízku molekulovú hmotnosť (30-1500) alebo sú to makromolekuly (proteíny, nukleové kyseliny, glykogén), ktorých molekulové hmotnosti sú milióny jednotiek. Jednotlivé chemické prvky (Na, K, Ca, S, P, C1) tvoria v tkanivách asi 10"2% a viac (makroprvky), zatiaľ čo iné (Fe, Co, Cu, Zn, J, Se, Ni, Mo) sú napríklad prítomné vo výrazne menších množstvách - 10" 3 -10~ 6% (mikroelementy). V tele zvieraťa tvoria minerály 1-3% z celkovej telesnej hmotnosti a sú rozložené mimoriadne nerovnomerne. V určitých orgánoch môže byť obsah mikroelementov významný, napríklad jód v štítnej žľaze.
Po vstrebaní minerálov vo veľkej miere v tenkom čreve sa dostávajú do pečene, kde sa časť z nich ukladá a iné sa distribuuje do rôznych orgánov a tkanív tela. Minerály sa z tela vylučujú najmä močom a stolicou.
K výmene iónov medzi bunkami a medzibunkovou tekutinou dochádza na základe pasívneho aj aktívneho transportu cez semipermeabilné membrány. Výsledný osmotický tlak určuje turgor buniek, zachováva elasticitu tkanív a tvar orgánov. Aktívny transport iónov alebo ich pohyb do prostredia s nižšou koncentráciou (proti osmotickému gradientu) si vyžaduje výdaj energie z molekúl ATP. Aktívny transport iónov je charakteristický pre ióny Na +, Ca 2 ~ a je sprevádzaný zvýšením oxidačných procesov, ktoré vytvárajú ATP.
Úlohou minerálov je udržiavať určitý osmotický tlak krvnej plazmy, acidobázickú rovnováhu, priepustnosť rôznych membrán, reguláciu aktivity enzýmov, zachovanie štruktúr biomolekúl vrátane bielkovín a nukleových kyselín a udržanie motorických a sekrečných funkcií tráviaceho traktu. Preto sa pri mnohých poruchách funkcií tráviaceho traktu zvierat odporúčajú rôzne kompozície minerálnych solí ako terapeutické činidlá.
Dôležité je ako absolútne množstvo, tak aj správny pomer medzi určitými chemickými prvkami v tkanivách. Najmä optimálny pomer v tkanivách Na:K:Cl je normálne 100:1:1,5. Výraznou črtou je „asymetria“ v distribúcii iónov solí medzi bunkou a extracelulárnym prostredím telesných tkanív.
Udržiavanie jedného z aspektov homeostázy – rovnováhy vody a elektrolytov v tele – sa uskutočňuje pomocou neuroendokrinnej regulácie. Vyššie autonómne centrum smädu sa nachádza vo ventromediálnom hypotalame. Regulácia vylučovania vody a elektrolytov sa uskutočňuje predovšetkým prostredníctvom neurohumorálnej kontroly funkcie obličiek. Osobitnú úlohu v tomto systéme zohrávajú dva úzko súvisiace neurohormonálne mechanizmy – sekrécia aldosterónu a (ADH). Hlavným smerom regulačného pôsobenia aldosterónu je jeho inhibičný účinok na všetky cesty vylučovania sodíka a predovšetkým na renálne tubuly (antinatriuremický účinok). ADH udržuje rovnováhu tekutín tým, že priamo bráni obličkám vo vylučovaní vody (antidiuretický účinok). Medzi aktivitami aldosterónu a antidiuretickými mechanizmami existuje stály, úzky vzťah. Strata tekutín stimuluje sekréciu aldosterónu cez objemové receptory, čo vedie k retencii sodíka a zvýšeným koncentráciám ADH. Efektorovým orgánom oboch systémov sú obličky.
Stupeň straty vody a sodíka určujú mechanizmy humorálnej regulácie metabolizmu voda-soľ: antidiuretický hormón hypofýzy, vazopresín a hormón nadobličiek aldosterón, ktoré ovplyvňujú najdôležitejší orgán na potvrdenie stálosti vody. -rovnováha solí v tele, čo sú obličky. ADH sa tvorí v supraoptickom a paraventrikulárnom jadre hypotalamu. Cez portálový systém hypofýzy sa tento peptid dostáva do zadného laloku hypofýzy, tam sa koncentruje a pod vplyvom nervových impulzov vstupujúcich do hypofýzy sa uvoľňuje do krvi. Cieľom ADH je stena distálnych tubulov obličiek, kde zvyšuje produkciu hyaluronidázy, ktorá depolymerizuje kyselinu hyalurónovú, čím zvyšuje permeabilitu cievnych stien. Výsledkom je, že voda z primárneho moču pasívne difunduje do obličkových buniek v dôsledku osmotického gradientu medzi hyperosmotickou medzibunkovou tekutinou tela a hypoosmolárnym močom. Obličky denne prenesú cez svoje cievy približne 1000 litrov krvi. 180 litrov primárneho moču sa prefiltruje cez obličkové glomeruly, ale iba 1 % tekutiny prefiltrovanej obličkami sa premení na moč, 6/7 tekutiny tvoriacej primárny moč podlieha povinnej reabsorpcii spolu s ďalšími látkami v nej rozpustenými. proximálne tubuly. Zvyšná voda v primárnom moči sa reabsorbuje v distálnych tubuloch. Vykonávajú tvorbu primárneho moču v objeme a zložení.
V extracelulárnej tekutine je osmotický tlak regulovaný obličkami, ktoré môžu vylučovať moč s koncentráciou chloridu sodného v rozmedzí od stopových do 340 mmol/l. Pri vylučovaní moču chudobného na chlorid sodný sa osmotický tlak v dôsledku zadržiavania solí zvýši a pri rýchlom vylučovaní soli klesne.
Koncentráciu moču kontrolujú hormóny: vazopresín (antidiuretický hormón), ktorý zvyšuje reabsorpciu vody, zvyšuje koncentráciu soli v moči, aldosterón stimuluje reabsorpciu sodíka. Produkcia a sekrécia týchto hormónov závisí od osmotického tlaku a koncentrácie sodíka v extracelulárnej tekutine. S poklesom koncentrácie plazmatických solí sa zvyšuje produkcia aldosterónu a zvyšuje sa retencia sodíka, zvyšuje sa produkcia vazopresínu a klesá produkcia aldosterónu. To zvyšuje reabsorpciu vody a straty sodíka, čo pomáha znižovať osmotický tlak. Okrem toho zvýšenie osmotického tlaku spôsobuje smäd, čo zvyšuje spotrebu vody. Signály pre tvorbu vazopresínu a pocit smädu sú iniciované osmoreceptormi v hypotalame.
Regulácia bunkového objemu a intracelulárnych koncentrácií iónov sú energeticky závislé procesy zahŕňajúce aktívny transport sodíka a draslíka cez bunkové membrány. Zdrojom energie pre aktívne transportné systémy, ako pri takmer každom energetickom výdaji bunky, je výmena ATP. Vedúci enzým, sodno-draselná ATPáza, dáva bunkám schopnosť pumpovať sodík a draslík. Tento enzým vyžaduje horčík a okrem toho pre maximálnu aktivitu vyžaduje súčasnú prítomnosť sodíka aj draslíka. Jedným z dôsledkov existencie rôznych koncentrácií draslíka a iných iónov na opačných stranách bunkovej membrány je generovanie rozdielu elektrického potenciálu cez membránu.
Na zabezpečenie chodu sodíkovej pumpy sa spotrebuje až 1/3 celkovej energie uloženej bunkami kostrového svalstva. Keď dôjde k hypoxii alebo interferencii akýchkoľvek inhibítorov s metabolizmom, bunka napučí. Mechanizmus opuchu je vstup iónov sodíka a chlóru do bunky; to vedie k zvýšeniu intracelulárnej osmolarity, čo zase zvyšuje obsah vody, pretože nasleduje rozpustenú látku. Súčasná strata draslíka nie je ekvivalentná prírastku sodíka, a preto bude výsledkom zvýšenie obsahu vody.
Účinná osmotická koncentrácia (tonicita, osmolarita) extracelulárnej tekutiny sa mení takmer paralelne s koncentráciou sodíka v nej, ktorý spolu so svojimi aniónmi zabezpečuje minimálne 90 % jej osmotickej aktivity. Kolísanie (aj za patologických podmienok) draslíka a vápnika nepresahuje niekoľko miliekvivalentov na liter a významne neovplyvňuje hodnotu osmotického tlaku.
Hypoelektrolytémia (hypoosmia, hypoosmolarita, hypotonicita) extracelulárnej tekutiny je pokles osmotickej koncentrácie pod 300 mOsm/l. To zodpovedá poklesu koncentrácie sodíka pod 135 mmol/l. Hyperelektrolytémia (hyperosmolarita, hypertonicita) je nadbytok osmotickej koncentrácie 330 mOsm/l a koncentrácie sodíka 155 mmol/l.
Veľké výkyvy v objemoch tekutín v sektoroch tela sú spôsobené zložitými biologickými procesmi, ktoré sa riadia fyzikálno-chemickými zákonmi. V tomto prípade má veľký význam princíp elektrickej neutrality, ktorý spočíva v tom, že súčet kladných nábojov vo všetkých vodných priestoroch sa rovná súčtu záporných nábojov. Neustále sa vyskytujúce zmeny koncentrácie elektrolytov vo vodnom prostredí sú sprevádzané zmenami elektrických potenciálov s následným zotavením. Počas dynamickej rovnováhy sa na oboch stranách biologických membrán vytvárajú stabilné koncentrácie katiónov a aniónov. Je však potrebné poznamenať, že elektrolyty nie sú jedinými osmoticky aktívnymi zložkami telesnej tekutiny, ktoré prichádzajú s jedlom. Oxidácia uhľohydrátov a tukov zvyčajne vedie k tvorbe oxidu uhličitého a vody, ktoré môžu byť jednoducho uvoľnené pľúcami. Oxidáciou aminokyselín vzniká amoniak a močovina. Premena amoniaku na močovinu poskytuje ľudskému telu jeden z mechanizmov detoxikácie, no zároveň sa prchavé zlúčeniny, ktoré sú potenciálne odstránené pľúcami, premieňajú na neprchavé zlúčeniny, ktoré už musia byť vylúčené obličkami.
Výmena vody a elektrolytov, živín, kyslíka a oxidu uhličitého a iných konečných produktov metabolizmu prebieha hlavne difúziou. Kapilárna voda vymieňa vodu s intersticiálnym tkanivom niekoľkokrát za sekundu. Vďaka svojej rozpustnosti v lipidoch kyslík a oxid uhličitý voľne difundujú cez všetky kapilárne membrány; zároveň sa predpokladá, že voda a elektrolyty prechádzajú malými pórmi endotelovej membrány.
7. Princípy klasifikácie a hlavné typy porúch metabolizmu vody.
Treba poznamenať, že neexistuje jediná všeobecne akceptovaná klasifikácia porúch rovnováhy voda-elektrolyt. Všetky typy porúch, v závislosti od zmien objemu vody, sú zvyčajne rozdelené: s nárastom objemu extracelulárnej tekutiny - vodná bilancia je pozitívna (nadmerná hydratácia a edém); s poklesom objemu extracelulárnej tekutiny – negatívna vodná bilancia (dehydratácia). Gambirger a kol. (1952) navrhli rozdeliť každú z týchto foriem na extra- a intercelulárne. Nadbytok a pokles celkového množstva vody sa vždy uvažuje v súvislosti s koncentráciou sodíka v extracelulárnej tekutine (jeho osmolarita). V závislosti od zmeny osmotickej koncentrácie sa hyper- a dehydratácia delí na tri typy: izoosmolárne, hypoosmolárne a hyperosmolárne.
Nadmerné hromadenie vody v tele (nadmerná hydratácia, hyperhydria).
Izotonická hyperhydratácia predstavuje zvýšenie objemu extracelulárnej tekutiny bez narušenia osmotického tlaku. V tomto prípade nedochádza k redistribúcii tekutiny medzi intra- a extracelulárnym sektorom. K zvýšeniu celkového objemu vody v tele dochádza v dôsledku extracelulárnej tekutiny. Tento stav môže byť dôsledkom srdcového zlyhania, hypoproteinémie pri nefrotickom syndróme, kedy objem cirkulujúcej krvi zostáva konštantný v dôsledku pohybu tekutej časti do intersticiálneho segmentu (objavujú sa hmatateľné opuchy končatín, môže sa vyvinúť pľúcny edém). Posledne uvedené môže byť vážnou komplikáciou spojenou s parenterálnym podávaním tekutiny na terapeutické účely, infúziou veľkého množstva fyziologického roztoku alebo Ringerovho roztoku v experimente alebo pacientom v pooperačnom období.
Hypoosmolárna nadmerná hydratácia alebo otrava vodou je spôsobená nadmernou akumuláciou vody bez zodpovedajúcej retencie elektrolytov, poruchou vylučovania tekutín v dôsledku zlyhania obličiek alebo nedostatočnou sekréciou antidiuretického hormónu. Túto poruchu možno experimentálne reprodukovať peritoneálnou dialýzou hypoosmotického roztoku. Otrava vodou u zvierat sa tiež ľahko rozvinie, keď sú vystavené vode po podaní ADH alebo odstránení nadobličiek. U zdravých zvierat nastala intoxikácia vodou 4-6 hodín po požití vody v dávke 50 ml/kg každých 30 minút. Vyskytuje sa vracanie, tras, klonické a tonické kŕče. Koncentrácia elektrolytov, bielkovín a hemoglobínu v krvi prudko klesá, objem plazmy sa zvyšuje, reakcia krvi sa nemení. Pokračovanie v infúzii môže viesť k rozvoju kómy a smrti zvierat.
Pri otrave vodou sa jej zriedením nadbytočnou vodou znižuje osmotická koncentrácia extracelulárnej tekutiny a dochádza k hyponatriémii. Osmotický gradient medzi „interstíciom“ a bunkami spôsobuje pohyb časti medzibunkovej vody do buniek a ich opuch. Objem bunkovej vody sa môže zvýšiť o 15%.
V klinickej praxi sa javy intoxikácie vodou vyskytujú v prípadoch, keď zásoba vody prevyšuje schopnosť obličiek ju vylučovať. Po podaní 5 a viac litrov vody denne pacientovi sa objavujú bolesti hlavy, apatia, nevoľnosť a kŕče v lýtkach. Otrava vodou môže nastať pri nadmernej konzumácii, kedy je zvýšená tvorba ADH a oligúria. Po úrazoch, veľkých chirurgických výkonoch, strate krvi, podávaní anestetík, najmä morfínu, oligúria zvyčajne trvá minimálne 1-2 dni. Otrava vodou môže nastať v dôsledku intravenóznej infúzie veľkého množstva izotonického roztoku glukózy, ktorý bunky rýchlo spotrebujú a koncentrácia vstreknutej tekutiny klesá. Nebezpečné je aj podávanie veľkého množstva vody pri obmedzenej funkcii obličiek, ku ktorej dochádza pri šoku, obličkových ochoreniach s anúriou a oligúriou a pri liečbe diabetes insipidus liekmi na ADH. Nebezpečenstvo intoxikácie vodou vzniká pri nadmernom podávaní vody bez solí pri liečbe toxikózy v dôsledku hnačky u dojčiat. Pri často opakovanom klystíre sa niekedy vyskytuje nadmerné zavlažovanie.
Terapeutické intervencie pri stavoch hypoosmolárnej hyperhydrie by mali byť zamerané na elimináciu nadbytočnej vody a obnovenie osmotickej koncentrácie extracelulárnej tekutiny. Ak bol nadbytok spojený s nadmerne veľkým podaním vody pacientovi s príznakmi anúrie, použitie umelej obličky poskytuje rýchly terapeutický účinok. Obnovenie normálnej hladiny osmotického tlaku zavedením soli je prípustné iba vtedy, ak sa celkové množstvo soli v tele zníži a existujú jasné príznaky otravy vodou.
Hyperosomárna nadmerná hydratácia prejavuje sa zväčšením objemu tekutiny v extracelulárnom priestore pri súčasnom zvýšení osmotického tlaku v dôsledku hypernatriémie. Mechanizmus vzniku porúch je nasledovný: retencia sodíka nie je sprevádzaná zadržiavaním vody v primeranom objeme, extracelulárna tekutina sa ukazuje ako hypertonická a voda z buniek sa presúva do extracelulárnych priestorov až do osmotickej rovnováhy. Príčiny poruchy sú rôzne: Cushingov alebo Cohnov syndróm, pitie morskej vody, traumatické poranenie mozgu. Ak stav hyperosmolárnej nadmernej hydratácie pretrváva dlhší čas, môže dôjsť k odumieraniu buniek centrálneho nervového systému.
K dehydratácii buniek v experimentálnych podmienkach dochádza, keď sa hypertonické roztoky elektrolytov podávajú v objemoch presahujúcich schopnosť ich rýchleho vylučovania obličkami. U ľudí sa podobná porucha vyskytuje, keď sú nútení piť morskú vodu. Dochádza k pohybu vody z buniek do extracelulárneho priestoru, čo je pociťované ako ťažký pocit smädu. V niektorých prípadoch hyperosmolárna hyperhydria sprevádza vývoj edému.
K poklesu celkového objemu vody (dehydratácia, hypohydria, dehydratácia, exikóza) dochádza aj pri znížení alebo zvýšení osmotickej koncentrácie extracelulárnej tekutiny. Nebezpečenstvom dehydratácie je riziko zahustenia krvi. Závažné príznaky dehydratácie sa vyskytujú po strate asi jednej tretiny extracelulárnej vody.
Hypoosmolárna dehydratácia sa vyvíja v prípadoch, keď telo stráca veľa tekutín obsahujúcich elektrolyty a strata je nahradená menším objemom vody bez zavedenia soli. K tomuto stavu dochádza pri opakovanom vracaní, hnačkách, zvýšenom potení, hypoaldosteronizme, polyúrii (diabetes insipidus a diabetes mellitus), ak sa strata vody (hypotonické roztoky) čiastočne dopĺňa pitím bez soli. Z hypoosmotického extracelulárneho priestoru časť tekutiny prúdi do buniek. Exikóza, ktorá sa vyvíja v dôsledku nedostatku soli, je teda sprevádzaná intracelulárnym edémom. Neexistuje žiadny pocit smädu. Strata vody v krvi je sprevádzaná zvýšením hematokritu, zvýšením koncentrácie hemoglobínu a bielkovín. Vyčerpanie krvi vodou as tým spojené zníženie objemu plazmy a zvýšenie viskozity výrazne zhoršuje krvný obeh a niekedy spôsobuje kolaps a smrť. Zníženie srdcového výdaja tiež vedie k zlyhaniu obličiek. Objem filtrácie prudko klesá a vzniká oligúria. Moč prakticky neobsahuje chlorid sodný, čo je uľahčené zvýšenou sekréciou aldosterónu v dôsledku stimulácie objemových receptorov. Zvyšuje sa obsah zvyškového dusíka v krvi. Môžu byť pozorované vonkajšie príznaky dehydratácie - znížený turgor a zvrásnenie pokožky. Často sú bolesti hlavy a nedostatok chuti do jedla. Keď sa deti dehydrujú, rýchlo sa objaví apatia, letargia a svalová slabosť.
Deficit vody a elektrolytov počas hypoosmolárnej hydratácie sa odporúča nahradiť podaním izosmotickej alebo hypoosmotickej tekutiny s obsahom rôznych elektrolytov. Ak nie je možné prijať dostatočné množstvo vody, nevyhnutnú stratu vody cez kožu, pľúca a obličky je potrebné kompenzovať intravenóznou infúziou 0,9 % roztoku chloridu sodného. Ak už došlo k nedostatku, zvýšte podávaný objem, maximálne však 3 litre denne. Hypertonický fyziologický roztok by sa mal podávať len vo výnimočných prípadoch, keď sú nepriaznivé dôsledky zníženia koncentrácie krvných elektrolytov, ak obličky nezadržiavajú sodík a veľa sa ho stráca iným spôsobom, inak môže podanie nadbytku sodíka zhoršiť dehydratáciu. Na prevenciu hyperchloremickej acidózy pri znížení vylučovacej funkcie obličiek je racionálne namiesto chloridu sodného podávať soľ kyseliny mliečnej.
Hyperosmolárna dehydratácia sa vyvíja v dôsledku straty vody prevyšujúcej jej príjem a endogénnej tvorby bez straty sodíka. Strata vody v tejto forme nastáva s malou stratou elektrolytov. Môže k tomu dôjsť pri zvýšenom potení, hyperventilácii, hnačke, polyúrii, ak sa stratené tekutiny nekompenzujú pitím. K veľkým stratám vody močom dochádza pri takzvanej osmotickej (alebo riediacej) diuréze, kedy sa obličkami uvoľňuje veľa glukózy, močoviny alebo iných dusíkatých látok, čím sa zvyšuje koncentrácia primárneho moču a sťažuje sa spätné vstrebávanie vody. . Strata vody v takýchto prípadoch prevyšuje stratu sodíka. Obmedzené podávanie vody u pacientov s poruchami prehĺtania, ako aj pri potláčaní pocitu smädu pri ochoreniach mozgu, v komatóznom stave, u starších ľudí, u predčasne narodených novorodencov, dojčiat s poškodením mozgu a pod.. U novorodencov na 1. v deň života sa niekedy vyskytuje hyperosmolárna exikóza v dôsledku nízkej spotreby mlieka („horúčka od smädu“). Hyperosmolárna dehydratácia sa u dojčiat vyskytuje oveľa ľahšie ako u dospelých. Počas dojčenského veku môže dôjsť k strate veľkého množstva vody s malým alebo žiadnym množstvom elektrolytov cez pľúca počas horúčky, miernej acidózy a iných prípadov hyperventilácie. U dojčiat môže vzniknúť nesúlad medzi rovnováhou vody a elektrolytov aj v dôsledku nedostatočne vyvinutej koncentračnej schopnosti obličiek. K retencii elektrolytov v tele dieťaťa dochádza oveľa ľahšie, najmä pri predávkovaní hypertonickým alebo izotonickým roztokom. U dojčiat je minimálne povinné vylučovanie vody (obličkami, pľúcami a kožou) na jednotku plochy približne dvakrát vyššie ako u dospelých.
Prevaha straty vody nad uvoľňovaním elektrolytov vedie k zvýšeniu osmotickej koncentrácie extracelulárnej tekutiny a pohybu vody z buniek do extracelulárneho priestoru. Zahusťovanie krvi sa teda spomaľuje. Zníženie objemu extracelulárneho priestoru stimuluje sekréciu aldosterónu. Tým sa udržiava hyperosmolarita vnútorného prostredia a obnova objemu tekutín v dôsledku zvýšenej produkcie ADH, ktorá obmedzuje straty vody obličkami. Hyperosmolarita extracelulárnej tekutiny tiež znižuje vylučovanie vody extrarenálnymi cestami. Nepriaznivý vplyv hyperosmolarity je spojený s dehydratáciou buniek, ktorá spôsobuje bolestivý pocit smädu, zvýšené odbúravanie bielkovín a zvýšenú teplotu. Strata nervových buniek vedie k duševným poruchám (zakalenie vedomia) a poruchám dýchania. Dehydratácia hyperosmolárneho typu je sprevádzaná aj poklesom telesnej hmotnosti, suchou pokožkou a sliznicami, oligúriou, príznakmi zhrubnutia krvi a zvýšením osmotickej koncentrácie krvi. Potlačenie mechanizmu smädu a rozvoj miernej extracelulárnej hyperosmolarity v experimente sa dosiahlo injekciou do suproptických jadier hypotalamu u mačiek a ventromediálnych jadier u potkanov. Obnovenie nedostatku vody a izotonicity tekutín ľudského tela sa dosahuje najmä zavedením hypotonického roztoku glukózy obsahujúceho zásadité elektrolyty.
Izotonická dehydratácia možno pozorovať pri abnormálne zvýšenom vylučovaní sodíka, najčastejšie pri sekrécii žliaz tráviaceho traktu (izosmolárne sekréty, ktorých denný objem je až 65 % objemu celkovej extracelulárnej tekutiny). Strata týchto izotonických tekutín nevedie k zmene intracelulárneho objemu (všetky straty sú spôsobené extracelulárnym objemom). Ich príčinami sú opakované vracanie, hnačky, straty fistulou, tvorba veľkých transudátov (ascites, pleurálny výpotok), strata krvi a plazmy popáleninami, zápal pobrušnice, pankreatitída.
Reguláciu metabolizmu vody vykonávajú neurohumorálne najmä rôzne časti centrálneho nervového systému: mozgová kôra, predĺžená miecha a miecha, sympatické a parasympatické gangliá. Zapojené sú aj mnohé endokrinné žľazy. Účinok hormónov v tomto prípade spočíva v tom, že menia priepustnosť bunkových membrán na vodu, čím zabezpečujú jej uvoľňovanie alebo readsorpciu tela, ktorá je regulovaná pocitom smädu. Už pri prvých príznakoch zhrubnutia krvi vzniká smäd v dôsledku reflexnej excitácie určitých oblastí mozgovej kôry. Spotrebovaná voda sa vstrebáva cez črevnú stenu a jej nadbytok nespôsobuje riedenie krvi . Od krvi, rýchlo prechádza do medzibunkových priestorov voľného väziva, pečene, kože a pod. Tieto tkanivá slúžia ako zásobáreň vody v organizme Jednotlivé katióny majú určitý vplyv na prúdenie a uvoľňovanie vody z tkanív. Ióny Na + podporujú viazanie bielkovín koloidnými časticami, ióny K + a Ca 2+ stimulujú uvoľňovanie vody z tela.
Vasopresín neurohypofýzy (antidiuretický hormón) teda podporuje readsorpciu vody z primárneho moču, čím sa znižuje jeho vylučovanie z tela. Hormóny kôry nadobličiek – aldosterón, deoxykortikosterol – prispievajú k zadržiavaniu sodíka v tele a keďže katióny sodíka zvyšujú hydratáciu tkanív, zadržiava sa v nich aj voda. Iné hormóny stimulujú vylučovanie vody obličkami: tyroxín - hormón štítnej žľazy, parathormón - hormón prištítnej žľazy, androgény a estrogény - hormóny pohlavných žliaz, stimulujú vylučovanie vody prostredníctvom potu žliaz Množstvo vody v tkanivách, predovšetkým voľnej, sa zvyšuje s ochorením obličiek, poruchou funkcie kardiovaskulárneho systému, hladovaním bielkovín, poruchou funkcie pečene (cirhóza). Zvýšenie obsahu vody v medzibunkových priestoroch vedie k edému. Nedostatočná tvorba vazopresínu vedie k zvýšenej diuréze a diabetes insipidus. Dehydratácia organizmu sa pozoruje aj pri nedostatočnej tvorbe aldosterónu v kôre nadobličiek.
Voda a látky v nej rozpustené, vrátane minerálnych solí, vytvárajú vnútorné prostredie organizmu, ktorého vlastnosti zostávajú konštantné alebo sa prirodzeným spôsobom menia pri zmene funkčného stavu orgánov a buniek telo sú osmotický tlak,pH A objem.
Osmotický tlak extracelulárnej tekutiny do značnej miery závisí od soli (NaCl), ktorá je v tejto tekutine obsiahnutá v najvyššej koncentrácii. Preto je hlavný mechanizmus regulácie osmotického tlaku spojený so zmenou rýchlosti uvoľňovania či už vody alebo NaCl, v dôsledku čoho sa mení koncentrácia NaCl v tkanivových tekutinách, a preto sa mení aj osmotický tlak. Regulácia objemu nastáva súčasnou zmenou rýchlosti uvoľňovania vody aj NaCl. Mechanizmus smädu navyše reguluje spotrebu vody. Regulácia pH je zabezpečená selektívnym uvoľňovaním kyselín alebo zásad v moči; V závislosti od toho sa pH moču môže meniť od 4,6 do 8,0. Poruchy homeostázy voda-soľ sú spojené s patologickými stavmi, ako je dehydratácia tkaniva alebo edém, zvýšený alebo znížený krvný tlak, šok, acidóza a alkalóza.
Regulácia osmotického tlaku a objemu extracelulárnej tekutiny. Vylučovanie vody a NaCl obličkami je regulované antidiuretickým hormónom a aldosterónom.
Antidiuretický hormón (vazopresín). Vazopresín sa syntetizuje v neurónoch hypotalamu. Osmoreceptory hypotalamu, keď sa zvyšuje osmotický tlak tkanivovej tekutiny, stimulujú uvoľňovanie vazopresínu zo sekrečných granúl. Vasopresín zvyšuje rýchlosť reabsorpcie vody z primárneho moču a tým znižuje diurézu. Moč sa stáva koncentrovanejším. Týmto spôsobom antidiuretický hormón udržiava potrebný objem tekutín v tele bez ovplyvnenia množstva uvoľneného NaCl. Znižuje sa osmotický tlak extracelulárnej tekutiny, t. j. stimul, ktorý spôsobil uvoľnenie vazopresínu, sa eliminuje Pri niektorých ochoreniach, ktoré poškodzujú hypotalamus alebo hypofýzu (nádory, poranenia, infekcie), dochádza k poklesu a rozvoju syntézy a sekrécie vazopresínu. diabetes insipidus.
Vasopresín okrem zníženia diurézy spôsobuje aj zovretie arteriol a kapilár (odtiaľ názov) a následne zvýšenie krvného tlaku.
aldosterón. Tento steroidný hormón sa produkuje v kôre nadobličiek. Sekrécia sa zvyšuje so znížením koncentrácie NaCl v krvi. V obličkách aldosterón zvyšuje rýchlosť reabsorpcie Na + (a s ním aj C1) v tubuloch nefrónov, čo spôsobuje zadržiavanie NaCl v tele. Tým sa odstráni stimul, ktorý spôsobil sekréciu aldosterónu. Nadmerná sekrécia aldosterónu teda vedie k nadmernej retencii NaCl a zvýšeniu osmotického tlaku extracelulárnej tekutiny. A to slúži ako signál na uvoľnenie vazopresínu, ktorý urýchľuje reabsorpciu vody v obličkách. V dôsledku toho sa v tele hromadí NaCl aj voda; objem extracelulárnej tekutiny sa zvyšuje pri zachovaní normálneho osmotického tlaku.
Renín-angiotenzínový systém. Tento systém slúži ako hlavný mechanizmus na reguláciu sekrécie aldosterónu; Závisí od toho aj sekrécia vazopresínu Renín je proteolytický enzým syntetizovaný v juxtaglomerulárnych bunkách obklopujúcich aferentnú arteriolu obličkového glomerulu.
Systém renín-angiotenzín hrá dôležitú úlohu pri obnove objemu krvi, ktorý sa môže znížiť v dôsledku krvácania, nadmerného vracania, hnačky a potenia. Vazokonstrikcia angiotenzínom II pôsobí ako núdzové opatrenie na udržanie krvného tlaku. Potom sa voda a NaCl, ktoré prichádzajú s pitím a jedlom, zadržiavajú v tele vo väčšej miere ako normálne, čo zabezpečuje obnovenie krvného objemu a tlaku. Potom sa renín prestane uvoľňovať, regulačné látky už prítomné v krvi sa zničia a systém sa vráti do pôvodného stavu.
Výrazné zníženie objemu cirkulujúcej tekutiny môže spôsobiť nebezpečné prerušenie zásobovania tkanív krvou skôr, ako regulačné systémy obnovia krvný tlak a objem. V tomto prípade sú narušené funkcie všetkých orgánov a predovšetkým mozgu; nastáva stav nazývaný šok. Pri vzniku šoku (ako aj edému) zohrávajú významnú úlohu zmeny normálnej distribúcie tekutiny a albumínu medzi krvným obehom a medzibunkovým priestorom Vazopresín a aldosterón sa podieľajú na regulácii rovnováhy voda-soľ, pôsobia na úrovni nefrónových tubulov - menia rýchlosť reabsorpcie zložiek primárneho moču.
Metabolizmus voda-soľ a vylučovanie tráviacich štiav. Objem dennej sekrécie všetkých tráviacich žliaz je pomerne veľký. Za normálnych podmienok sa voda z týchto tekutín reabsorbuje v črevách; silné vracanie a hnačka môžu spôsobiť významné zníženie objemu extracelulárnej tekutiny a dehydratáciu tkaniva. Významná strata tekutiny tráviacimi šťavami má za následok zvýšenie koncentrácie albumínu v krvnej plazme a medzibunkovej tekutine, pretože albumín sa nevylučuje sekrétmi; z tohto dôvodu sa zvyšuje osmotický tlak medzibunkovej tekutiny, voda z buniek začne prechádzať do medzibunkovej tekutiny a funkcie buniek sú narušené. Vysoký osmotický tlak extracelulárnej tekutiny tiež vedie k zníženiu alebo dokonca zastaveniu tvorby moču , a ak voda a soli nie sú dodávané zvonku, zviera sa dostane do kómy.
Voda je najdôležitejšou zložkou živého organizmu. Organizmy nemôžu existovať bez vody. Bez vody človek zomiera za necelý týždeň, kým bez jedla, ale prijímania vody môže žiť viac ako mesiac. Strata 20% vody v tele vedie k smrti. Obsah vody v tele tvorí 2/3 telesnej hmotnosti a vekom sa mení. Množstvo vody v rôznych tkanivách sa líši. Denná potreba vody človeka je približne 2,5 litra. Táto potreba vody je splnená zavedením tekutín a potravín do tela. Táto voda sa považuje za exogénnu. Voda, ktorá vzniká v tele v dôsledku oxidačného rozkladu bielkovín, tukov a sacharidov, sa nazýva endogénna.Voda je médium, v ktorom prebieha väčšina metabolických reakcií. Priamo sa podieľa na metabolizme. Voda zohráva určitú úlohu v procesoch termoregulácie tela. Pomocou vody sa do tkanív a buniek dostávajú živiny a odstraňujú sa z nich konečné produkty metabolizmu.
Vylučovanie vody z tela sa uskutočňuje obličkami - 1,2 - 1,5 l, kožou - 0,5 l, pľúcami - 0,2 - 0,3 l. Výmena vody je regulovaná neurohormonálnym systémom. Zadržiavanie vody v tele podporujú hormóny kôry nadobličiek (kortizón, aldosterón) a hormón zadného laloku hypofýzy, vazopresín. Hormón štítnej žľazy tyroxín zvyšuje vylučovanie vody z tela.
^
METABOLIZMUS MINERÁLOV
Minerálne soli patria medzi základné potravinové látky. Minerálne prvky nemajú nutričnú hodnotu, ale telo ich potrebuje ako látky podieľajúce sa na regulácii metabolizmu, udržiavaní osmotického tlaku a na zabezpečení stáleho pH vnútro- a extracelulárnej tekutiny organizmu. Mnohé minerálne prvky sú štrukturálnymi zložkami enzýmov a vitamínov.
Zloženie ľudských a zvieracích orgánov a tkanív zahŕňa makroelementy a mikroelementy. Posledne menované sú v tele obsiahnuté vo veľmi malých množstvách. V rôznych živých organizmoch, ako v ľudskom tele, sa kyslík, uhlík, vodík a dusík nachádzajú v najväčšom množstve. Tieto prvky, rovnako ako fosfor a síra, sú súčasťou živých buniek vo forme rôznych zlúčenín. Medzi makroprvky patrí aj sodík, draslík, vápnik, chlór a horčík. V tele zvierat boli nájdené tieto mikroprvky: meď, mangán, jód, molybdén, zinok, fluór, kobalt atď. Železo zaujíma medzipolohu medzi makro- a mikroprvkami.
Minerály vstupujú do tela len s jedlom. Potom cez črevnú sliznicu a cievy - do portálnej žily a do pečene. Pečeň uchováva niektoré minerály: sodík, železo, fosfor. Železo je súčasťou hemoglobínu, podieľa sa na prenose kyslíka, ako aj na zložení redoxných enzýmov. Vápnik je súčasťou kostného tkaniva a dodáva mu silu. Okrem toho hrá dôležitú úlohu pri zrážaní krvi. Fosfor, ktorý sa nachádza okrem voľného (anorganického) v zlúčeninách s bielkovinami, tukami a sacharidmi, je pre telo veľmi užitočný. Horčík reguluje nervovosvalovú dráždivosť a aktivuje mnohé enzýmy. Kobalt je súčasťou vitamínu B12. Jód sa podieľa na tvorbe hormónov štítnej žľazy. Fluorid sa nachádza v zubných tkanivách. Sodík a draslík majú veľký význam pri udržiavaní osmotického tlaku krvi.
Metabolizmus minerálov úzko súvisí s metabolizmom organických látok (bielkoviny, nukleové kyseliny, sacharidy, lipidy). Napríklad ióny kobaltu, mangánu, horčíka a železa sú potrebné pre normálny metabolizmus aminokyselín. Ióny chlóru aktivujú amylázu. Vápenaté ióny majú aktivačný účinok na lipázu. Oxidácia mastných kyselín prebieha intenzívnejšie v prítomnosti iónov medi a železa.
^
KAPITOLA 12. VITAMÍNY
Vitamíny sú nízkomolekulové organické zlúčeniny, ktoré sú nevyhnutnou zložkou potravy. Nie sú syntetizované u zvierat. Hlavným zdrojom pre ľudské a zvieracie telo je rastlinná potrava.
Vitamíny sú biologicky aktívne látky. Ich absencia alebo nedostatok potravy je sprevádzaný prudkým narušením životne dôležitých procesov, čo vedie k výskytu závažných ochorení. Potreba vitamínov je spôsobená tým, že mnohé z nich sú súčasťou enzýmov a koenzýmov.
Vitamíny sú svojou chemickou štruktúrou veľmi rôznorodé. Delia sa do dvoch skupín: rozpustné vo vode a rozpustné v tukoch.
^ VITAMÍNY ROZPUSTNÉ VO VODE
1. Vitamín B 1 (tiamín, aneurín). Jeho chemická štruktúra je charakterizovaná prítomnosťou amínovej skupiny a atómu síry. Prítomnosť alkoholovej skupiny vo vitamíne B1 umožňuje tvorbu esterov s kyselinami. Spojením s dvoma molekulami kyseliny fosforečnej tvorí tiamín ester tiamíndifosfát, čo je koenzýmová forma vitamínu. Tiamíndifosfát je koenzým dekarboxyláz, ktoré katalyzujú dekarboxyláciu α-ketokyselín. Pri absencii alebo nedostatočnom príjme vitamínu B1 do tela sa metabolizmus uhľohydrátov stáva nemožným. Porušenia sa vyskytujú v štádiu využitia kyseliny pyrohroznovej a kyseliny α-ketoglutarovej.
2. Vitamín B 2 (riboflavín). Tento vitamín je metylovaný derivát izoaloxazínu naviazaný na 5-sýtny alkohol ribitol.
V organizme je riboflavín vo forme esteru s kyselinou fosforečnou súčasťou prostetickej skupiny flavínových enzýmov (FMN, FAD), ktoré katalyzujú biologické oxidačné procesy, zabezpečujú prenos vodíka v dýchacom reťazci, ako aj reakcie syntéza a rozklad mastných kyselín.
3. Vitamín B 3 (kyselina pantoténová). Kyselina pantoténová sa skladá z -alanínu a kyseliny dioxydimetylmaslovej, ktoré sú spojené peptidovou väzbou. Biologický význam kyseliny pantoténovej je v tom, že je súčasťou koenzýmu A, ktorý hrá obrovskú úlohu v metabolizme sacharidov, tukov a bielkovín.
4. Vitamín B 6 (pyridoxín). Chemickou povahou je vitamín B6 derivátom pyridínu. Fosforylovaný derivát pyridoxínu je koenzým enzýmov, ktoré katalyzujú reakcie metabolizmu aminokyselín.
5. Vitamín B 12 (kobalamín). Chemická štruktúra vitamínu je veľmi zložitá. Obsahuje štyri pyrolové krúžky. V strede je atóm kobaltu naviazaný na dusík pyrolových kruhov.
Vitamín B 12 hrá veľkú úlohu pri prenose metylových skupín, ako aj pri syntéze nukleových kyselín.
6. Vitamín PP (kyselina nikotínová a jej amid). Kyselina nikotínová je derivát pyridínu.
Amid kyseliny nikotínovej je neoddeliteľnou súčasťou koenzýmov NAD + a NADP +, ktoré sú súčasťou dehydrogenáz.
7. Kyselina listová (vitamín B c). Izolované z listov špenátu (lat. folium - list). Kyselina listová obsahuje kyselinu para-aminobenzoovú a kyselinu glutámovú. Kyselina listová hrá dôležitú úlohu v metabolizme nukleových kyselín a syntéze bielkovín.
8. Kyselina para-aminobenzoová. Zohráva veľkú úlohu pri syntéze kyseliny listovej.
9. Biotín (vitamín H). Biotín je súčasťou enzýmu, ktorý katalyzuje proces karboxylácie (pridávanie CO 2 do uhlíkového reťazca). Biotín je nevyhnutný pre syntézu mastných kyselín a purínov.
10. Vitamín C (kyselina askorbová). Chemická štruktúra kyseliny askorbovej je blízka hexózam. Zvláštnosťou tejto zlúčeniny je jej schopnosť podstúpiť reverzibilnú oxidáciu za vzniku kyseliny dehydroaskorbovej. Obe tieto zlúčeniny majú vitamínovú aktivitu. Kyselina askorbová sa podieľa na redoxných procesoch organizmu, chráni skupinu SH enzýmov pred oxidáciou a má schopnosť odvodňovať toxíny.
^ VITAMÍNY ROZPUSTNÉ V TUKU
Do tejto skupiny patria vitamíny skupín A, D, E, K- atď.
1. Vitamíny skupiny A. Vitamín A 1 (retinol, antixeroftalmikum) je svojou chemickou podstatou blízky karoténom. Je to cyklický jednosýtny alkohol .
2. Vitamíny skupiny D (antirachitický vitamín). Vitamíny skupiny D sú svojou chemickou štruktúrou blízke sterolom. Vitamín D 2 sa tvorí z ergosterolu v kvasinkách a vitamín D 3 sa tvorí zo 7-de-hydrocholesterolu v živočíšnych tkanivách pod vplyvom ultrafialového žiarenia.
3. Vitamíny skupiny E (, , -tokoferoly). Hlavné zmeny pri nedostatku vitamínu E sa vyskytujú v reprodukčnom systéme (strata schopnosti niesť plod, degeneratívne zmeny spermií). Nedostatok vitamínu E zároveň spôsobuje poškodenie širokej škály tkanív.
4. Vitamíny skupiny K. Vitamíny tejto skupiny (K 1 a K 2) patria podľa chemickej štruktúry medzi naftochinóny. Charakteristickým znakom nedostatku vitamínu K je výskyt subkutánnych, intramuskulárnych a iných krvácaní a zhoršená zrážanlivosť krvi. Dôvodom je porušenie syntézy proteínu protrombínu, ktorý je súčasťou systému zrážania krvi.
ANTIVITAMÍNY
Antivitamíny sú antagonistami vitamínov: Často sú tieto látky svojou štruktúrou veľmi blízke príslušným vitamínom a ich pôsobenie je potom založené na „konkurenčnom“ vytesňovaní príslušného vitamínu z jeho komplexu v enzýmovom systéme antivitamínom. V dôsledku toho sa vytvorí „neaktívny“ enzým, metabolizmus sa naruší a dôjde k vážnemu ochoreniu. Napríklad sulfónamidy sú antivitamíny kyseliny para-aminobenzoovej. Antivitamínom vitamínu B1 je pyritiamín.Existujú aj štrukturálne odlišné antivitamíny, ktoré sú schopné viazať vitamíny, čím ich zbavujú vitamínovej aktivity.
^
KAPITOLA 13. HORMÓNY
Hormóny, podobne ako vitamíny, sú biologicky aktívne látky a sú regulátormi metabolizmu a fyziologických funkcií. Ich regulačná úloha sa redukuje na aktiváciu alebo inhibíciu enzýmových systémov, zmeny permeability biologických membrán a transportu látok cez ne, stimuláciu alebo zosilnenie rôznych biosyntetických procesov vrátane syntézy enzýmov.
Hormóny sa produkujú v žľazách s vnútornou sekréciou, ktoré nemajú vylučovacie kanály a vylučujú svoje sekréty priamo do krvného obehu. Medzi endokrinné žľazy patrí štítna žľaza, prištítne telieska (v blízkosti štítnej žľazy), pohlavné žľazy, nadobličky, hypofýza, pankreas a týmus.
Ochorenia, ktoré vznikajú pri poruche funkcií tej či onej žľazy s vnútorným vylučovaním, sú dôsledkom buď jej hypofunkcie (znížená sekrécia hormónov) alebo hyperfunkcie (nadmerná sekrécia hormónov).
Hormóny možno rozdeliť do troch skupín na základe ich chemickej štruktúry: proteínové hormóny; hormóny odvodené od aminokyseliny tyrozín a hormóny so steroidnou štruktúrou.
^ PROTEÍNOVÉ HORMÓNY
Patria sem hormóny pankreasu, prednej hypofýzy a prištítnych teliesok.
Hormóny pankreasu – inzulín a glukagón – sa podieľajú na regulácii metabolizmu sacharidov. Vo svojom pôsobení sú si navzájom antagonistami. Inzulín znižuje a glukagón zvyšuje hladinu cukru v krvi.
Hormóny hypofýzy regulujú činnosť mnohých ďalších endokrinných žliaz. Tie obsahujú:
Somatotropný hormón (GH) - rastový hormón, stimuluje rast buniek, zvyšuje úroveň biosyntetických procesov;
Hormón stimulujúci štítnu žľazu (TSH) - stimuluje činnosť štítnej žľazy;
Adrenokortikotropný hormón (ACTH) - reguluje biosyntézu kortikosteroidov kôrou nadobličiek;
Gonadotropné hormóny regulujú funkciu pohlavných žliaz.
^ HORMÓNY SÉRIE TYROZÍN
Patria sem hormóny štítnej žľazy a hormóny drene nadobličiek. Hlavnými hormónmi štítnej žľazy sú tyroxín a trijódtyronín. Tieto hormóny sú jódované deriváty aminokyseliny tyrozínu. Pri hypofunkcii štítnej žľazy sa metabolické procesy znižujú. Hyperfunkcia štítnej žľazy vedie k zvýšeniu bazálneho metabolizmu.
Dreň nadobličiek produkuje dva hormóny, adrenalín a norepinefrín. Tieto látky zvyšujú krvný tlak. Adrenalín má výrazný vplyv na metabolizmus sacharidov – zvyšuje hladinu glukózy v krvi.
^ STEROIDNÉ HORMÓNY
Táto trieda zahŕňa hormóny produkované kôrou nadobličiek a gonádami (vaječníky a semenníky). Chemickou povahou sú to steroidy. Kôra nadobličiek produkuje kortikosteroidy, obsahujú atóm C 21. Delia sa na mineralokortikoidy, z ktorých najaktívnejšie sú aldosterón a deoxykortikosterón. a glukokortikoidy - kortizol (hydrokortizón), kortizón a kortikosterón. Glukokortikoidy majú veľký vplyv na metabolizmus sacharidov a bielkovín. Mineralokortikoidy regulujú najmä metabolizmus vody a minerálov.
Existujú mužské (androgény) a ženské (estrogény) pohlavné hormóny. Prvé sú C19- a druhé C18-steroidy. Androgény zahŕňajú testosterón, androstendión atď., a estrogény zahŕňajú estradiol, estrón a estriol. Najaktívnejšie sú testosterón a estradiol. Pohlavné hormóny určujú normálny sexuálny vývoj, tvorbu sekundárnych pohlavných znakov a ovplyvňujú metabolizmus.
^ KAPITOLA 14. BIOCHEMICKÉ ZÁKLADY RACIONÁLNEJ VÝŽIVY
V problematike výživy možno rozlíšiť tri navzájom súvisiace sekcie: racionálnu výživu, liečebnú a liečebno-profylaktickú. Základom je takzvaná racionálna výživa, keďže je postavená s ohľadom na potreby zdravého človeka v závislosti od veku, profesie, klimatických a iných podmienok. Základom vyváženej stravy je vyváženosť a správna výživa. Racionálna výživa je prostriedkom na normalizáciu stavu tela a udržanie jeho vysokej pracovnej kapacity.
Sacharidy, bielkoviny, tuky, aminokyseliny, vitamíny a minerály vstupujú do ľudského tela s jedlom. Potreba týchto látok je rôzna a je určená fyziologickým stavom organizmu. Rastúce telo potrebuje viac jedla. Človek, ktorý sa venuje športu alebo fyzickej námahe, vynakladá veľké množstvo energie, a preto potrebuje aj viac jedla ako sedavý človek.
Vo výžive človeka by malo byť množstvo bielkovín, tukov a sacharidov v pomere 1:1:4, t.j. na 1 g bielkovín skonzumujte 1 g tuku a 4 g sacharidov. Proteíny by mali poskytovať asi 14 % denného príjmu kalórií, tuky asi 31 % a sacharidy asi 55 %.
V súčasnej fáze rozvoja vedy o výžive nestačí vychádzať len z celkovej spotreby živín. Je veľmi dôležité stanoviť si podiel základných zložiek potravy v strave (esenciálne aminokyseliny, nenasýtené mastné kyseliny, vitamíny, minerály atď.). Moderné učenie o ľudských potrebách potravín je vyjadrené v koncepte vyváženej stravy. Zabezpečiť normálnu životnú aktivitu je podľa tejto koncepcie možné nielen prísunom dostatočného množstva energie a bielkovín do organizmu, ale aj sledovaním pomerne zložitých vzťahov medzi mnohými nenahraditeľnými nutričnými faktormi, ktoré sú schopné uplatniť maximum svojich priaznivých biologických účinkov. v tele. Zákon vyváženej výživy je založený na predstavách o kvantitatívnych a kvalitatívnych aspektoch procesov asimilácie potravy v tele, to znamená celého súčtu metabolických enzymatických reakcií.
Inštitút výživy Akadémie lekárskych vied ZSSR vyvinul priemerné údaje o hodnotách potreby živín u dospelých. Hlavne pri určovaní optimálnych pomerov jednotlivých živín je práve tento pomer živín v priemere potrebný na udržanie normálneho fungovania dospelého človeka. Preto pri príprave všeobecných diét a hodnotení jednotlivých produktov je potrebné zamerať sa na tieto pomery. Je dôležité mať na pamäti, že škodlivý je nielen nedostatok jednotlivých podstatných faktorov, ale nebezpečný je aj ich nadbytok. Príčina toxicity nadbytku základných živín je pravdepodobne spojená s nerovnováhou v stravovaní, čo následne vedie k narušeniu biochemickej homeostázy (stálosti zloženia a vlastností vnútorného prostredia) organizmu a narušeniu bunkovej výživa.
Danú nutričnú rovnováhu možno len ťažko preniesť bez zmeny výživovej štruktúry ľudí v rôznych pracovných a životných podmienkach, ľudí rôzneho veku a pohlavia atď. Na základe skutočnosti, že rozdiely v energetických a výživových potrebách vychádzajú z charakteristík, priebeh metabolických procesov a ich hormonálnej a nervovej regulácie, je potrebné pre osoby rôzneho veku a pohlavia, ako aj pre osoby s výraznými odchýlkami od priemerných ukazovateľov normálneho enzymatického stavu, vykonať určité úpravy obvyklej prezentácie vyváženej výživy. .
Ústav výživy Akadémie lekárskych vied ZSSR navrhol normy pre
výpočet optimálnej stravy pre obyvateľstvo našej krajiny.
Tieto diéty sú diferencované vzhľadom na tri klimatické podmienky
zóny: severná, stredná a južná. Najnovšie vedecké údaje však naznačujú, že takéto rozdelenie dnes nemôže byť uspokojivé. Nedávne štúdie ukázali, že v rámci našej krajiny treba sever rozdeliť na dve zóny: európsku a ázijskú. Tieto zóny sa od seba výrazne líšia v klimatických podmienkach. V Ústave klinickej a experimentálnej medicíny Sibírskej pobočky Akadémie lekárskych vied ZSSR (Novosibirsk) sa v dôsledku dlhodobých štúdií ukázalo, že v podmienkach ázijského severu metabolizmus bielkovín, tukov, uhľohydrátov, vitamínov, makro- a mikroprvkov sa reštrukturalizuje, a preto je potrebné objasniť normy ľudskej výživy s prihliadnutím na zmeny metabolizmu. V súčasnosti vo veľkom prebieha výskum v oblasti racionalizácie výživy pre obyvateľstvo Sibíri a Ďalekého východu. Primárnu úlohu pri štúdiu tejto problematiky má biochemický výskum.
