Homeostáza vnitřního prostředí

Prezentace na téma: "Homeostáza vnitřního prostředí"— Transkript prezentace:

1 Homeostáza vnitřního prostředí

2 Vnější prostředí organismu
1865 Claude Bernard V roce 1865 francouzský fyziolog Claude Bernard upozornil na to, že prostředí, které obklopuje buňky v organismu není totožné s vnějším prostředím organismu. Vnější prostředí buněk

3 Vnější prostředí organismu
tj. teplota, objem, osmolarita, pH, iontové složení, koncentrace O2, CO2, koncentrace glukózy a dalších živin 1865 Claude Bernard JSOU STABILNÍ, NEZÁVISLE NA MĚNÍCICH SE PODMÍNKÁCH VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ A RŮZNÉ ÚROVNI METABOLICKÉ ČINNOSTI BUNĚK Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Vlastnosti prostředí, které buňky obklopuje (tj, teplota, objem, osmolarita, pH, iontové složení, koncentrace krevních plynů, koncentrace glukóza a dalších živin) musí být takové, aby umožňovaly optimální činnost buněčných struktur. Pro buňky obklopující prostředí pak zavedl pojem vnitřní prostředí (dnes se ale častěji používá termín extracelulární, resp. intersticiální tekutina). Regulační mechanismy zajišťují, aby složení vnitřního prostředí (tj. extracelulární, resp. intersticiální tekutiny) bylo stabilní nezávisle na měnících se podmínkách vnějšího prostředí organismu a různé úrovni metabolické činnosti buněk. Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

4 Vnější prostředí organismu
Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Vnější prostředí organismu tj. teplota, objem, osmolarita, pH, iontové složení, koncentrace O2, CO2, koncentrace glukózy a dalších živin 1932 Walter Cannon JSOU STABILNÍ, NEZÁVISLE NA MĚNÍCICH SE PODMÍNKÁCH VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ A RŮZNÉ ÚROVNI METABOLICKÉ ČINNOSTI BUNĚK Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Tuto regulaci zajišťující pozoruhodnou stabilitu parametrů vnitřního prostředí (objemu, osmolarity, koncentrace iontů, teploty a pH) souhrnně nazýváme pojmem homeostáza. Pojem „Homeostáza“ definoval americký fyziolog Walter Cannon v roce 1932 jako regulaci parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot. Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

5 Téměř „kybernetická“ definice v roce 1932
Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Téměř „kybernetická“ definice v roce 1932 1932 Walter Cannon Je zajímavé, že Cannon v roce 1932 definuje homeostázu téměř „kybernetickým slovníkem“.

6 Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932
Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932 1932 Walter Cannon Z tohoto hlediska stojí za zmíňku, že žákem Waltera Cannona byl Arturo Rosenblueth, původem Mexičan…. Arturo Rosenblueth (žák W. Cannona¨)

7 Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932
Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932 1932 Walter Cannon Z tohoto hlediska stojí za zmíňku, že žákem Waltera Cannona byl Arturo Rosenblueth, původem Mexičan, který na sklonku třicátých a do poloviny čtyřicátých let úzce spolupracoval s matematikem Norbertem Wienerem. Arturo Rosenblueth Nobert Wiener (žák W. Cannona¨) spolupráce

8 Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932
Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Téměř „kybernetická“ definice již v roce 1932 1932 Walter Cannon 1948: N. Wiener: Kybernetika (nauka o řízení a sdělování ve strojích, živých systémech a společnosti) Jedním z důležitých výsledků této spolupráce bylo založení nového oboru „Kybernetiky“, která byla titulem známé knihy, kterou Norbert Wiener vydal v roce Podtitul knihy zněl: nauka o řízení a sdělování ve strojích, živých systémech a společnosti. Norbert Wiener v této knize vzpomíná na řadu inspirativních seminářů, které profesor Rosenbueth organizoval, na nichž se scházeli odborníci z nejrůznějších oborů a hledali a diskutovali o těch rysech, které jsou těmto, na první pohled vzdáleným oborům (jako např. elektroinženýrství, fyziologie, sociologie) společné. Ukázalo se, že společnými problémy je přenos a zpracování informací a řízení – tedy to, co se stalo předmětem nového oboru kybernetika. Arturo Rosenblueth Nobert Wiener (žák W. Cannona) spolupráce

9 Vnější prostředí organismu
Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Vnější prostředí organismu tj. teplota, objem, osmolarita, pH, iontové složení, koncentrace O2, CO2, koncentrace glukózy a dalších živin 1932 Walter Cannon JSOU STABILNÍ, NEZÁVISLE NA MĚNÍCICH SE PODMÍNKÁCH VNĚJŠÍHO PROSTŘEDÍ A RŮZNÉ ÚROVNI METABOLICKÉ ČINNOSTI BUNĚK Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Vraťme se ale k pojmu „homeostáza“. Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

10 Vnější prostředí organismu
Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Vnější prostředí organismu 1932 Walter Cannon intracelulární tekutina extracelulární tekutina Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Vraťme se ale k pojmu „homeostáza“. Vnitřní prostředí je podle současné definice totožné s extracelulární tekutinou. Mezi extracelulární tekutinou a intracelulární tekutinou dochází k výměně látek. Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

11 Vnější prostředí organismu
Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Vnější prostředí organismu 1932 Walter Cannon intracelulární tekutina extracelulární tekutina Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Zároveň některé látky mohou vznikat a některá zanikat v buněčném metabolismu. Typickým příkladem je kyslík, který je buňkami spotřebováván a oxid uhličitý a voda, které jsou buňkami produkovány. Metabolismus Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

12 Vnější prostředí organismu
Homeostáza = regulace parametrů vnitřního prostředí v rozmezí náležitých hodnot Vnější prostředí organismu 1932 Walter Cannon intracelulární tekutina extracelulární tekutina Jeho vlastnosti musí umožňovat optimální činnost buněčných struktur Zároveň dochází k výměně látek mezi organismem a vnějším prostředím organismu. Metabolismus Vnější prostředí buněk = vnitřní prostředí

13 Bilance mezi příjmem a výdejem látky
Příjem Bilance mezi příjmem a výdejem látky určuje, zda se rozvíjí retence nebo deplece Zásoby látek v organismu a v jednotlivých tělních tekutinách jsou určovány bilancí mezi příjmem a výdejem příslušné látky. Převažuje-li příjem nad výdejem, zásoba látky se zvyšuje - hovoříme o retenci, v opačném případě mluvíme o depleci. Zásoba Výdej

14 Vnější prostředí organismu Odhad bilancí Koncentrace
Extracelulární tekutina - ECT Klinicky běžně měřitelné však nejsou zásoby jednotlivých látek, ale pouze jejich koncentrace (a to navíc pouze v extracelulární tekutině). Krom toho můžeme odhadovat (nebo v podmínkách intenzívní péče i měřit) bilanci některých látek. Na základě klinických úvah pak můžeme množství látek v jednotlivých oddílech tělních tekutin pouze odhadovat a usuzovat na míru jejich deplece či retenci. Koncentrace látek měříme v části extracelulární tekutiny – v plazmě. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

15 Vnější prostředí organismu
Odhad bilancí Koncentrace plazma Lymfa Kapiláry Extracelulární tekutina - ECT intersticiální tekutina Extracelulární tekutina se skládá ze dvou částí – z krevní plazmy a z intersticiální tekutiny. Mezi plazmou a intersticiem dochází k intenzívní výměně látek v krevních kapilárách. Koncentrace jednotlivých iontů a dalších nízkomolekulárních látek jsou v plazmě a v intersticiální tekutině téměř stejná. Rozdílná je však koncentrace bílkovin. Bílkoviny krevní plazmy skrze neporušenou membránu kapilár do intersticia neprocházejí. Pokud se do intersticiální tekutiny nějaké bílkoviny z plazmy dostanou, jsou ihned odstraňovány do lymfatických cév a z lymfou se postupně dostávají zpět do oběhu. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

16 Vnější prostředí organismu
krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Kapiláry Kapiláry Extracelulární tekutina - ECT intersticiální tekutina V krvi necirkuluje jenom krevní plazma. Krev také obsahuje červené a bílé krvinky – dohromady tvoří tzv. intravaskulární tekutinu. Tekutina uvnitř krvinek je ovšem součástí ICT. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

17 Vnější prostředí organismu
krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Kapiláry Extracelulární tekutina Kapiláry intersticiální tekutina transcelulární tekutina V tělních dutinách obklopených buňkami (jako např. oční komory, mozkové komory) se nachází tzv. transcelulární tekutina – sem patří např. oční tekutina a mozkomíšní mok. Složení tělesných tekutin je výslednicí mezi přítokem a odtokem jednotlivých látek do příslušných oddílů tělesných tekutin. Některé látky se mohou tvořit nebo být spotřebovávány v metabolismu (vodíkové ionty, CO2, O2, voda, kyselina mléčná, ketokyseliny aj.), látky mohou být přijímány z okolí organismu, nebo jsou do okolí do naopak vylučovány prostřednictvím jednotlivých orgánů. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

18 Vnější prostředí organismu
GIT Plíce „výměníky“ Ledviny krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Extracelulární tekutina Kapiláry intersticiální tekutina transcelulární tekutina Tyto orgány fungují jako určité výměníky mezi organismem a jeho vnějším prostředím. K těmto „výměníkům“ patří kůže – skrze kůži organismus ztrácí prostřednictvím potu vodu a ionty, především sodík a chloridy. Kůže hraje velkou úlohu v termoregulaci organismu – zvýšením prokrvení kůže se může odvádět teplo, organismus může ochladit i zvýšené pocení a následné odpařování. Ztráty vody a iontů při zvýšeném pocení (v důsledku větší vnější teploty nebo větší tělesné námahy) mohou být značné a homeostatické mechanismy musí zajistit stálost vnitřního prostředí. Za patologických okolností – při popáleninách, se může kůží ztrácet velké množství vody a iontů – tyto ztráty jsou jednou ze základních příčin popáleninového šoku. Dalším důležitým „výměníkem“ je zažívací trakt. Jeho prostřednictvím přijímáme do těla živiny, ionty a vodu. Vody a ionty můžeme také ztrácet při průjmech a zvracení. Prostřednictvím plic organismus zajišťuje přísun kyslíku a odsun oxidu uhličitého z organismu. Protože vzduch v plicích je prakticky úplně nasycen vodními parami, ztrácí se při dýchání prostřednictvím plic z organismu i voda. Důležitým orgánem, jehož prostřednictvím organismus reguluje složení vnitřního prostředí (vylučováním vody a iontů), jsou ledviny. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

19 Vnější prostředí organismu
GIT Plíce „výměníky“ Ledviny krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Cirkulace Extracelulární tekutina Kapiláry „míchání“ intersticiální tekutina transcelulární tekutina Protože složení tělesných tekutin je výslednicí mezi přítokem a odtokem jednotlivých látek do příslušných oddílů tělesných tekutin, homeostatické regulační mechanismy se uplatňují prostřednictvím regulace velikosti toků látek mezi organismem a jeho okolím a mezi jednotlivými oddíly tělních tekutin navzájem. Ovlivňováním těchto toků organismus zajišťuje regulační odpověď na ztrátu či depleci jednotlivých látek. Plíce jsou základním regulačním orgánem pro homeostázu krevních plynů, ledviny jsou základním regulačním orgánem pro objemovou a iontovou homeostázu, jak plíce taki i ledviny zajišťují regulaci acidobazické homeostázy. Důležitá je úloha oběhového systému, který zajišťuje přenos látek mezi plazmou a intersticiální tekutinou. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

20 Vnější prostředí organismu
GIT Plíce „výměníky“ Ledviny krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Cirkulace Extracelulární tekutina Kapiláry „míchání“ intersticiální tekutina transcelulární tekutina V udržování stálosti vnitřního prostředí (homeostáze) se tak uplatní regulace dýchání, ledvin, oběhu i zažívacího traktu, včetně příslušných endokrinních regulačních smyček. Poruchy těchto fyziologických subsystémů se pak projeví poruchami vnitřního prostředí. intracelulární tekutina - ICT Metabolismus

21 Homeostáza vnitřního prostředí a jejím poruchy
Fyziologie a patofyziologie objemové a osmotické homeostázy Fyziologie a patofyziologie iontové rovnováhy Fyziologie a patofyziologie acidobazické rovnováhy Smíšené poruchy vnitřního prostředí Z hlediska výukového můžeme poruchy homeostázy členit na poruchy osmotické a objemové homeostázy, poruchy iontové homeostázy a poruchy acidobazické rovnováhy. Toto členění je jen didaktické. V klinice se často setkáváme se smíšenými poruchami, kde acidobazická porucha je provázena poruchou iontovou, a často i narušením objemové a osmotické homeostázy. Ke správné diagnostice a léčení těchto poruch je nutné pochopit a porozumět patogenezu jejich vzniku a způsob uplatnění fyziologických regulačních mechanismů. K tomu slouží i následující multimediální program.

22 Bilance mezi příjmem a výdejem látky
Příjem Bilance mezi příjmem a výdejem látky určuje, zda se rozvíjí retence nebo deplece Zásoba Výdej

23 Fyziologie a patofyziologie objemové a osmotické homeostázy
Mechanismy regulace objemové a osmotické rovnováhy Poruchy regulace objemové a osmotické rovnováhy Hypovolemické stavy Hypervolemické stavy Hyperosmolární stavy Hypoosmolální stavy

24 Bilance vody

25 H2O Děti do 1 roku: 65-75% tělesné hmotnosti
Mladí muži: % tělesné hmotnosti Mladé ženy: % tělesné hmotnosti Muži po 6 deceniu : 50% tělesné hmotnosti Ženy po 6 deceniu : 45% tělesné hmotnosti U obézních jedinců voda tvoří menší % podíl než u štíhlých

26 Obsah vody v organismu 20-23% (15 litrů) ECT Plazma 4% (3 litry) IST
CTV 60-65% (45 litrů) Plazma/IST=1/4 ICT ECT/ICT=1/2 40-45% (30 litrů)

27 Denní bilance vody Potraviny Tekutiny Metabolismus 1 l 1 l 0,5 l
deficit nadbytek Pocit žízně Vylučování moči Denní bilance vody Vodu nepřijímáme pouze při pití a v jídle – denně se zhruba půl litru tvoří v metabolismu. Stejné množství vody se za den odpaří v plicích při dýchání. Pitím a potravou přijímáme denně zhruba 2 litry. Potem a odpařováním z kůže ztrácíme, v závislosti na teplotě, více než půl litru vody denně. Stolicí odchází za normálních okolností zhruba desetina litru. Bilance se dorovnává díky ledvinám, které vyloučí 1-2 litry moči. V udržování vyrovnané bilance vody hrají ledviny klíčovou regulační úlohu – při nedostatku vody sníží její vylučování a při nadbytku jej zvýší. Neméně důležitou regulační úlohu má také centrální nervový systém – prostřednictvím pocitu žízně reguluje příjem vody do organismu. Respirace 0,5 l Moč 1-2 l Perspirace 0,6-0,8 l Stolice 0,1 l

28 Hlavní ionty ECT buňka 4,3 mmol/l K+ 140 mmol/l K+ 12 mmol/l Na+
3 mmol/l Cl- 104 mmol/l Cl- 10 mmol/lHCO3- mmol/l HCO3-

29 Bilance sodíku a chloridů

30 Denní bilance sodíku Potrava mmol Moč Stolice 10 mmol Pot

31 Denní bilance chloridů
Potrava mmol Denní bilance chloridů Moč mmol Pot 10 mmol Stolice 10 mmol

32 Osmotická rovnováha v tělních tekutinách

33 Osmotický tlak P1 > = P2 = C1 > C2 [H2O]1 < [H2O] 2 =
souvisí s koncentrací všech rozpuštěných částic P1 > = P2 = C1 > C2 H2O Voda tvoři v organismu základní prostředí, v němž je rozpuštěno množství dalších solutů - zhruba na 200 molekul vody připadá jedna molekula solutu. S celkovou koncentrací rozpuštěných částic souvisí osmotický tlak. Jeho podstatu si demonstrujme na jednoduchém příkladě. Uvažujme dva prostory oddělené polopropustnou mebránou, která nepropouští soluty, ale ochotně propouští vodu. V prvním z nich je celková koncentrace solutů (C1) vyšší, než v druhém (C2). Čím větší je koncentrace rozpuštěných částic, tím na daný objem připadá relativně méně molekul vody. V prostoru s celkovou koncentrací solutů C1 je tedy nižší koncentrace vody (vyjádřená v molech/litr roztoku) než v prostoru s celkovou koncentrací solutů C2. V druhém prostoru bude tedy koncetrace vody vyšší. Znamená to tedy, že voda bude mít tendenci difundovat zkrze pro vodu propustné kanálky z tohoto prostředí do prvního prostředí, kde je koncentrace vody nižší - a celková koncentrace solutů vyšší. Přes polopropustnou membránu voda tedy difunduje směrem k prostoru z vyšší celkovou koncentrací solutů a snaží se tak koncentrace solutů v obou prostředích vyrovnat. To je podstata vzniku osmotických tlaků. Osmotický tlak v prostředí s vyšší celkovou koncentrací rozpuštěných látek bude tedy vyšší, než v prostředí s nižší celkovou koncentrací. V našem virtuálním experimentu stoupající tlak v prvním prostoru postupně vytlačuje píst směrem doleva. Přesunem vody do prvního prostoru se však postupně celková koncentrace solutů v tomto prostoru snižuje. V okamžiku, kdy se obě koncentrace solutů vyrovnají, ustane i rozdíl osmotických tlaků, který přesun vody zkrze polopropustnou memebránu pohání. [H2O]1 < [H2O] 2 =

34 Osmotický tlak souvisí s koncentrací všech rozpuštěných částic
vztažených na hmotnost rozpouštědla: osmolalita (mmol/kg rozpouštědla) na objem roztoku: osmolarita (mmol/l roztoku). Hyperosmolalita Hyposmolalita Hyperosmolarita Hyposmolarita H2O Osmotický tlak tedy souvisí s koncentrací všech rozpuštěných částic vztažených na hmotnost rozpouštědla nebo objem roztoku. Pokud hovoříme o celkové koncentraci solutů na hmotnost rozpoštědla - hovoříme o osmolalitě. Při relativním porovnávání pak mluvíme o hyperosmolalitě či hypoosmolalitě. Vyjadřujeme-li celkovou koncentraci vyjádřenou na objem roztoku, pak mluvíme o osmolaritě, případně o hyper a hypo osmolaritě. Pojmy osmolalita a osmolartita je nutno rozlišovat, nic to však nemění na podstatě osmotických procesů: voda zkrz membránu, která je propustná pro vodu a nikoli pro soluty, se snaží přecházet z prostředí s nižší osmolalitou, resp. osmolaritou do prostředí s vyšší osmolalitou, resp. osmolaritou. H2O H2O H2O H2O H2O H2O

35 Isotonické prostředí 290 ± 10 mmol/l Buňka Céva Intersticium
Osmolarita jednotlivých prostorů tělních tekutin se za normálních okolností pohybuje v rozmezí 290 ± 10 mmol/l. Díky dobré permeabilitě biologických membrán pro vodu se výkyvy v osmolaritě jednotlivých prostorů tělních tekutin vyrovnávají. Osmolarita plazmy, intersiciální tekutiny a buněk je proto zhruba stejná. Intersticium

36 Hypertonické prostředí
Buňka > 300 mmol/l H2O Céva Cévní stěna je pro nízkomolekulární soluty a vodu dobře propustná. Stoupne-li osmolarita, stoupne jak v plazmě, tak i v intersticiální tekutině. Přes buněčnou membránu však soluty tak snadno difundovat nemohou. Po vzestupu osmolarity v intersticiální tekutině se proto mezi intersticiem a intracelulární tekutinou vytvoří osmotický gradient. Tento gradient donutí vodu vystupovat z buněk do intersticiální tekutiny. Intersticium

37 Hypertonické prostředí
> 300 mmol/l Buňka Céva Následkem toho buňka zmenší svůj objem. Intersticium

38 Isotonické prostředí 290 ± 10 mmol/l Buňka Céva Intersticium
Osmolarita jednotlivých prostorů tělních tekutin se za normálních okolností pohybuje v rozmezí 290 ± 10 mmol/l. Díky dobré permeabilitě biologických membrán pro vodu se výkyvy v osmolaritě jednotlivých prostorů tělních tekutin vyrovnávají. Osmolarita plazmy, intersiciální tekutiny a buněk je proto zhruba stejná. V opačném případě - při poklesu osmolarity extracelulární tekutiny (tj. intersticiální tekutiny a plazmy)... Intersticium

39 Hypotonické prostředí
Buňka < 280 mmol/l H2O Céva ... bude nitro buňky mít osmolaritu vyšší než intersticium. To donutí vodu přesunout se směrem do buňky. Intersticium

40 Hypotonické prostředí
Buňka < 280 mmol/l Céva Buňka díky tomu zvětší svůj objem. Intersticium

41 Efektivní osmolarita = Celková osmolarita – koncentrace močoviny
Isotonické prostředí Hyperosmolarita díky vzestupu hladiny močoviny Buňka Celková osmolarita > 300 290 ± 10 mmol/l Céva Efektivní osmolarita = Celková osmolarita – koncentrace močoviny Rostliné buňky jsou proti osmoticky vyvolaným změnám objemu chráněny pevnou celulózovou buněčnou stěnou. Živočišné buňky pevnou stěnu nemají a proto jsou na změny osmolarity citlivé. Osmolarita vnitřního prostředí je proto v organismu regulována. V lidském organismu existuje nízkomolekulární látka, která poměrně snadno prochází buněčnou stěnou. Touto látkou je močovina. Při posuzování osmolarity je proto potřeba její hladinu brát v úvahu. Za normálních okolností se pohybuje od 3 do 9 mmol/l. Při ledvinném selhání její hladina může značně stoupnout. Ke osmoticky vyvolaným změnám objemu buněk však při tom nedochází protože močovina relativně dobře prochází skrze buněčnou membránu - a její koncentrace zvolna stoupne jak v intersticiální tekutině, tak i v buňkách. Gradient osmotických tlaků mezi buňkou a intersaticiální tekutinou se proto nevytvoří a k žádným přesunům vody tudíž nedojde. Přesuny vody mezi buňkou a jejím okolím závisí na tzv. efektivní osmolaritě, což je celková osmolarita bez koncentrace močoviny, která dobře prochází buněčnou membránou. Intersticium

42 Rovnováha na kapiláře a její poruchy (přesuny vody a solutů mezi plazmou a IST)

43 Isotonické prostředí H20 H20 290 ± 10 mmol/l Buňka Gradient
hydraulických tlaků onkotických tlaků Gradient H20 H20 Céva Intersticium

44 pohyb filtrátu Intersticiální tekutina arteriola venula kapilára
Lymfatická drenáž pohyb filtrátu Intersticiální tekutina Gradient hydraulických tlaků bílkoviny Gradient onkotických tlaků Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

45 Hromadění filtrátu v intersticiu Intersticiální tekutina arteriola
Lymfatická drenáž Hromadění filtrátu v intersticiu Intersticiální tekutina Gradient hydraulických tlaků bílkoviny Gradient onkotických tlaků Zvýšení hydrostatického gradientu Městnání při kardiální insuficienci Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

46 Zvýšení protitlaku intersticia
Lymfatická drenáž Zvýšení protitlaku intersticia Otok Intersticiální tekutina Gradient hydraulických tlaků bílkoviny Gradient onkotických tlaků Zvýšení hydrostatického gradientu Městnání při kardiální insuficienci Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

47 pohyb filtrátu Intersticiální tekutina arteriola venula kapilára
Lymfatická drenáž pohyb filtrátu Intersticiální tekutina Gradient hydralických tlaků bílkoviny Gradient onkotických tlaků Snížení gradientu onkotických tlaků Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

48 Hromadění filtrátu Intersticiální v intersticiu tekutina arteriola
Snížená lymfatická drenáž Hromadění filtrátu v intersticiu Hromadění bílkovin v intersticiu Intersticiální tekutina Gradient hydraulických tlaků bílkoviny Snížení gradientu onkotických tlaků Pokles hladiny plazmatických bílkovin Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

49 Zvýšení protitlaku intersticia
Snížená lymfatická drenáž Hromadění bílkovin v intersticiu Intersticiální tekutina Gradient hydraulických tlaků Zvýšení protitlaku intersticia Otok bílkoviny Snížení gradientu onkotických tlaků Pokles hladiny plazmatických bílkovin Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

50 pohyb filtrátu Intersticiální tekutina arteriola venula kapilára Zánět
Lymfatická drenáž Zánět pohyb filtrátu Intersticiální tekutina bílkoviny Gradient onkotických tlaků Dilatace kapilár Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

51 Hromadění filtrátu Intersticiální v intersticiu tekutina arteriola
Lymfatická drenáž Zánět Hromadění filtrátu v intersticiu Zvýšení gradientu hydraulických tlaků Intersticiální tekutina bílkoviny Zvýšení hydraulického tlaku v kapiláře Gradient onkotických tlaků Dilatace kapilár Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

52 Intersticiální Hromadění tekutina filtrátu v intersticiu arteriola
Lymfatická drenáž Hromadění makromolekulárních produktů zánětlivé reakce Zánět Intersticiální tekutina Hromadění filtrátu v intersticiu Zvýšení gradientu hydraulických tlaků bílkoviny Zvýšení hydraulického tlaku v kapiláře Snížení gradientu onkotických tlaků Dilatace kapilár Zvýšení permeability kapilár Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

53 Intersticiální Hromadění tekutina filtrátu v intersticiu arteriola
Lymfatická drenáž Hromadění makromolekulárních produktů zánětlivé reakce Zánět Intersticiální tekutina Hromadění filtrátu v intersticiu Zvýšení gradientu hydraulických tlaků bílkoviny Zvýšení hydraulického tlaku v kapiláře Snížení gradientu onkotických tlaků Dilatace kapilár Zvýšení permeability kapilár Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

54 Zvýšení protitlaku intersticia
Lymfatická drenáž Hromadění makromolekulárních produktů zánětlivé reakce Zánět Intersticiální tekutina Zvýšení gradientu hydraulických tlaků Otok bílkoviny Zvýšení hydraulického tlaku v kapiláře Zvýšení protitlaku intersticia Snížení gradientu onkotických tlaků Dilatace kapilár Zvýšení permeability kapilár Prekapilární sfinkter arteriola venula kapilára bílkoviny Lymfatická drenáž

55 - b - c d e a + + Na+ Na+ Cl- K+ Na+ - - Cl- K+ Na+ Na+ bílkoviny-
fosfáty- Cl- K+ Na+-K+ ATPáza - + b bílkoviny- fosfáty- K+ Na+ Cl- - + c Na+-K+ ATPáza K+ Na+ Cl- Na+-K+ ATPáza bílkoviny- fosfáty- + - d Na+ K+ + bílkoviny- fosfáty- Na+-K+ ATPáza Cl- - e bílkoviny- fosfáty- Cl- Cl- K+ K+ obr Mechanismus vzniku negativního membránového potenciálu nitra buňky. a - Buněčná membrána je prakticky nepropustná pro negativně nabité bílkoviny a organické fosfáty, proto na membráně dochází k nestejnému rozdělení difuzibilních iontů (Gibbsova-Donnanova rovnováha): nedifuzibilní negativně nabité anionty váží v nitru buňky více sodíkových a draselných kationtů (jejich koncentrace v ICT je pak vyšší než v ECT) a naopak, chloridy buňku opouštějí a jejich koncetrace vně buňky je větší. Toto rozdělení však samo o sobě nevede ke vzniku potenciálu. b - Hlavní příčinou vzniku potenciálu je aktivní činnost sodíkové pumpy, aktivně čerpající sodík z buňky a draslík do buňky. Pumpa je elektrogenní – za 2 ionty draslíku hnané do buňky jsou z buňky odstraněny tři ionty sodíku. Nitro buňky se postupně stává negativním. c - Negativita uvnitř buňky stoupá i díky tomu, že (kladně nabité) draselné ionty, pasivně opouštějí buňku podle koncentračního gradientu draselnými kanály. Permeabilita buněčné membrány pro sodíkové ionty je mnohem menší a aktivně odčerpávané sodíkové ionty zpočátku nejsou nahrazovány pasivním přítokem – sodíku je odčerpáváno více, než ho do buňky přitéká, negativita nitra buňky (a koncentrační gradient pro sodík) se dále zvyšuje. d - Negativní potenciál nitrobuněčné tekutiny "vypudí" chloridové ionty z buňky, koncentrace chloridů v buňce klesá. Na druhé straně potenciálový rozdíl zabrání dalšímu zvyšování pasivního úniku draslíku z buňky (negativní nitrobuněčný potenciál brání výtoku kladně nabitých iontů draslíku z buňky). Vzrůstající koncentrační gradient pro sodík spolu s elektrickým gradientem (negativně nabité nitro buňky přitahuje kladně nabité Na+ ionty) postupně zvýší pasivní vtok sodíku do buňky i přes malou permeabilitu membrány pro sodík. e - Nakonec se ustaví dynamická rovnováha. Velký elektrický i koncentrační gradient pro sodík nakonec zvýší pasivní vtok sodíku do buňky tak, že se vyrovná toku Na+ aktivně odčerpávaného z buňky sodíkovou pumpou. Koncentrace sodíku v buňce už dále neklesá. Obdobně se vytvoří rovnováha pro draslík. Stejné množství draslíku je aktivně "pumpováno" do buňky jako ho opouští pasivně skrz draslíkové kanály (hnáno koncentračním gradientem a brzděno elektrickým gradientem) – koncentrace draslíku v buňce již dále nestoupá. Rovnováha se ustaví i pro chloridy – síla vypuzující chloridy z buňky (elektrický gradient) se vyrovná se silou, působící v opačném směru - koncentračním (chemickým) gradientem, vhánějícím chloridy zpět do buňky. Výsledkem je nerovnoměrné rozložení iontů (K+, Na+, Cl-) vně a uvnitř buňky a negativní nitrobuněčný potenciál (kolem -90 mV). Čím větší je aktivita Na+/K+ pumpy, tím při větších gradientech sodíku a draslíku se ustaví rovnováha a tím větší je i potenciál (hyperpolarizace). Ke zvýšení potenciálu vede též zvětšení permeability pro draslík. Naopak – zvýšení permeability pro sodík způsobí snížení membránového potenciálu (velké zvýšení permeability vede až k depolarizaci membrány). Na+ Na+ a

56 Elektrický a koncentrační gradient
H+ K+ K+ K+ K+ K+ K+ elektrický gradient K+ H+ K+ K+ koncentrační gradient H+ metabolismus K+ K+ ATP Na+ Na+ Na+ Na+ Elektrický a koncentrační gradient ADP Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+ Na+

57 a) Buňka v hypertonickém prostředí
H2O Osmotický přesun vody z buňky Zmenšení objemu buňky Aktivní zvýšení osmotického tlaku v buňce a následný přesun vody H2O Buněčný objem se poněkud zvýší

58 b) Buňka v hypotonickém prostředí
H2O Osmotický přesun vody do buňky Zvětšení objemu buňky H2O Aktivní snížení osmotického tlaku v buňce a následný přesun vody Buněčný objem se poněkud sníží

59 Vzestup osmolarity Nasátí vody Příjem solutů H+ Na+ Cl- H+ HCO3- Na+ Cl- H2CO3 2Cl- Na+ H2O CO2 K+

60 Pokles osmolarity Ztráta vody K+ výdej solutů Cl- K+ Cl- Cl- K+ K+ Cl-

61 Antidiuretický hormon Volumoreceptory, osmoreceptory aj.
Řídící systém (regulátor) (vyhodnocuje regulační odchylky a stanovuje hodnoty řídících signálů) Řídící signály (signály, kterými se působí na regulační orgán) Regulační orgán (uskutečňuje vlastní řízení) Akční veličiny (působí na řízený systém) Řízený systém (ovládaný systém, který je řízen) Pocit žízně CNS Pití vody Sympatikus a parasympatikus Zažívací systém hypothalamus Srdeční frekvence, vasodilatace /vasokonstrikce Antidiuretický hormon osmolarita Objem a Volumoreceptory, osmoreceptory aj. Atriální natriuretický faktor Atria srdeční Oběh Vylučování vody a iontů Nadledvina, juxtaglomerul. aparát Renin -angiotensin -aldosteron Ledvina Zpětná vazba Zpětná vazba

62 ADH Sympatikus a parasympatikus Atriální natriuretický faktor Renin
atria Nízkotlaké baroreceptory oblouk aorty juxtaglomerul. aparát Vysokotlaké glomus caroticum Osmoreceptory anterolaterální hypothalamus ADH Efektivní cirkulující objem Sympatikus a parasympatikus Atriální natriuretický faktor Renin Angiotensinogen Angiotensin I Angiotensin II Angiotenzin III Kůra nadledvin Konvertující enzym (endotelové buňky, zejména plic) Aldosteron ve vas afferens Dodávka NaCl do macula densa aktivita sympatiku Tenze v atriální stěně Frekvence síní Pocit žízně Angiotenzin II zvyšuje citlivost osmoreceptorů jaterní osmoreceptory?

63 - - - - - + + + + + + + ? nucleus paraventricularis vagus
vzestup tlaku + Nausea, vomitus pokles tlaku Osmolarita plazmy osmoreceptor Nízkotlaké baroreceptory Vysokotlaké baroreceptory + + + Angiotensin II Hypoxie Hypoglykémie + nucleus supraopticus + Dopamin - Enkephalin - - - Glukokortikoidy ? Alkohol Jaterní osmoreceptory neurohypofýza ADH kapilára

64 a ADH [pg/ml] 270 275 280 285 290 295 300 Osmolarita plazmy [mOsm/l]
265 5 10 Hypovolémie Normální efektivní cirkulující objem Hypervolémie Pocit žízně při hypovolémii Pocit žízně při normálním objemu a

65 při normální osmolaritě
ADH [pg/ml] -10% -20% -30% Snížení efektivního cirkulujícího objemu při normální osmolaritě 5 10 15 b

66 antidiuréza diuréza 5% 45% 9,5% 40% 10% 0,5% vysoká hladina ADH
nízká hladina ADH 10% H2O 9,5% 0,5% antidiuréza vysoká hladina ADH ADH

67 Podnět: Efektivní cirkulující objem Senzor: Macula densa Vas afferens Sympatikus Tubuloglomerulární zpětná vazba (dodávka NaCl na vstupu do distálního tubulu) Nervová zakončení Tenze ve stěně cévy Mediátor: Renin konvertující enzym Angiotensinogen Angiotensin I Angiotensin II Angiotensin III Účinek: Endokrinní systém Ledviny CNS Oběh Zvýšení citlivosti osmorecepce Vasokonstrikce vas efferens (a vas afferens) ADH Aldosteron Pocit žízně, chuť na slané Vasokonstrikce Antidiuréza Glomerulární filtrace Resorpce sodíku v proximálním tubulu Resorpce sodíku (a vody) Exkrece draslíku Regulační zásah: všeobecná vasokonstrikce vylučování solí a vody příjem tekutin a solí

68 (titrovatelná acidita)
hlavní buňky -interkalární buňky H+ -ATPáza H2O H+ OH- CO2 HCO3- karboanhydráza Cl- b-interkalární buňky Na+ K+ Cl- HCO3- Cl- K+ Aldosteron + + + Cl- CO2 HCO3- karboanhydráza Na+-K+ ATPáza OH- H2O + Na+ K+ H+ Na+ H+ -ATPáza A- (nerezorbovatelný aniont) H+ HCO3- CO2 HPO42- H2PO4- (titrovatelná acidita) lumen NH3 NH4+ Cl- Cl-

69 - + + + Podnět: Efektivní cirkulující objem Reabsorpce Na+
(proximální tubulus) Aldosteron + Sekrece K+ (sběrné kanálky) se nemění - Rychlost toku moči v tubulu Reabsorpce Na+ (sběrné kanálky)

70 - + Efektivní cirkulující objem Reabsorpce Na+ Rychlost toku
moči v tubulu (sběrné kanálky) Aldosteron Sekrece K+ + Podnět: 1. diuretika 2. osmotická diuréza -

71 Podnět: Efektivní cirkulující objem Senzor: Náplň v síni Protažení myocytů ve stěně síně Mediátor: Atriální natriuretický faktor Účinek: Ledviny Endokrinní systém Oběh Vasodilatace vas afferens Renin ADH Resorpce sodíku ve dřeňových sběrných kanálcích Vasodilatace Aldosteron Glomerulární filtrace Dodávka sodíku do tubulů Exkrece sodíku do moči Regulační zásah: všeobecná vasodilatace vylučování solí a vody

72 Minutový objem srdeční Městnání - zvýšení středního kapilárního tlaku
Selhání srdce Minutový objem srdeční Městnání - zvýšení středního kapilárního tlaku Efektivní cirkulující objem Přesun vody z intravazálního prostoru do intersticia Aktivace systému renin-angiotensin-aldosteron Retence vody v ledvinách Žilní náplň Plnění v diastole ANF

73 Pk - hydrostatický tlak v kapiláře glomerulu
Čistý filtrační tlak =Pk-Pb-Po Pb Po Pa Pe Pk GF=Kf (Pk - Pb - Po) GF Aktivita sympatiku Angiotenzin II Prostaglandin E2 Atriální natriuretický faktor Vasokonstrikce vas afferens vas efferens Kontrakce mesengiálních buněk Kf Pokles průtoku krve glomerulem blokování Pk - hydrostatický tlak v kapiláře glomerulu Pb - hydrostatický tlak v Bowmanově pouzdře Po - onkotický tlak v kapiláře Kf - ultrafiltrační koeficient GF - glomerulární filtrace Rezistence ve vas efferens (% normy) 100% % 300% % Glomerulární filtrace Průtok krve glomerulem norma Pe - hydrostatický tlak ve Pa - hydrostatický tlak ve vas afferens Rezistence ve vas afferens (% normy)

74 Růst onkotického tlaku
Pb Pk Růst onkotického tlaku podél kapiláry Čistý filtrační tlak =Pk-Pb-Po Pa Po GF Snižování filtrace GF GF GF Pb Pk Čistý filtrační tlak =Pk-Pb-Po Zvýšení perfúze Pozvolnější růst onkotického tlaku Po Pk - hydrostatický tlak v kapiláře glomerulu Pb - hydrostatický tlak v Bowmanově pouzdře Po - onkotický tlak v kapiláře GF GF Kf - ultrafiltrační koeficient GF GF GF - glomerulární filtrace Zvýšení celkové glomerulární filtrace GF=Kf (Pk - Pb - Po)

75 Rychlá odezva (minuty):
Zvýšení dodávky NaCl do Henleho kličky Vasokonstrikce vas afferens Vzestup glomerulární filtrace adaptace na zvýšený transport NaCl (hodiny, dny) 1 Zvýšení transportu NaCl do macula densa 4 norma glomerulární filtrace 3 2 5 Pokles glomerulární filtrace akutní stav (minuty) tranport Na+ a Cl- do buněk macula densa Snížení dodávky NaCl do Henleho kličky Vasodilatace vas afferens Pokles glomerulární filtrace 1 Snížení transportu NaCl do macula densa 4 3 2 5 Vzestup glomerulární filtrace Rychlá odezva (minuty): Tonus glomerulárních arteriol Tubuloglomerulární zpětná vazba Juxtaglomerulární aparát sekrece reninu Sekrece reninu Adaptace tubuloglomerulární zpětné vazby tranport Na+ a Cl- do buněk macula densa Pomalá odezva (hodiny-dny):

76 - + Perfúzní tlak Průtok Snížení transmurálního tlaku v cévě
Průtok krve autoregulační vasodilatace norma Glomerulární filtrace Zvýšení transmurálního tlaku v cévě Průtok se nezmění autoregulační vasokonstrikce - + Perfúzní tlak Tubulo-glomerulární autoregulace Průtok GF se nezmění Arteriální tlak [torr] Perfúzní tlak Průtok se nezmění Aktivita sympatiku Vasokonstrikci vas afferens je zabráněno blokování Vasokonstrikce vas efferens Vasokonstrikce vas afferens Prostaglandin E2 GF se nezmění angiotensin II Perfúzní tlak Průtok poklesne Vasokonstrikce vas efferens Vasokonstrikce vas afferens Aktivita sympatiku GF poklesne angiotensin II

77 A B C Koncentrace v tubulární tekutině jako
Stimulace: Angiotensin II Sympatikus A B C Cl- Na+ osmolarita HCO3- glukóza laktát aminokyseliny 0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% Koncentrace v tubulární tekutině jako % podíl plazmatické koncentrace délka tubulu 0% 20% 40% 60% 80% K+ H+ H2CO3 H2O karboanhydráza CO2 ATP ADP AH A-

78 Euvolemie Dehydratace Hyperhydratace Hypoosmolární
retence vody Euvolemie ztráty vody Hypoosmolární Isoosmolární - fyziologický stav Hyperosmolární objem Dehydratace retence vody retence solutů Hypoosmolární Isoosmolární Hyperosmolární Hyperhydratace osmolarita Hypoosmolární Isoosmolární Hyperosmolární ztráty solutů ztráty vody

79 Hyperosmolární hyperhydratace Isoosmolární hyperhydratace
Hypoosmolární hyperhydratace příjem vody > příjem solí příjem vody < příjem solí = příjem solí příjem vody retence solí ztráta solí Euvolemická hyperosmolarita Euvolemická hypoosmolarita ztráta vody > ztráta solí ztráta vody < ztráta solí ztráta vody = ztráta solí Hypoosmolární dehydratace Hyperosmolární dehydratace Isoosmolární dehydratace

80 Hypoosmolární Hyperosmolární Isoosmolární hyperhydratace
Hypotonická retence Izotonické ztráty norma Euvolemická hypoosmolarita Euvolemická hyperosmolarita Izotonická retence Hyperosmolární dehydratace Isoosmolární dehydratace Hypoosmolární dehydratace Hypertonické ztráty retence solí Hypotonické ztráty Hypertonická retence ztráta solí

81 Isoosmolární dehydratace
Příčina: ztráta isotonické tekutiny (stejná ztráta vody a solutů) ECT ICT Výchozí stav Soluty Ztráta isotonické tekutiny z ECT nevede k přesunům vody mezi ICT a ECT H2O

82 Isoosmolární dehydratace
ECT ICT Výchozí stav Příčina: ztráta isotonické tekutiny (stejná ztráta vody a solutů) Ztráta isotonické tekutiny z ECT nevede k přesunům vody mezi ICT a ECT Isoosmolární hyperhydratace Příčina: retence isotonické tekutiny (stejná retence vody a solutů) Retence isotonické tekutiny z ECT nevede k přesunům vody mezi ICT a ECT H2O Soluty

83 Isoosmolární hyperhydratace
Příčina: retence isotonické tekutiny (stejná retence vody a solutů) ECT ICT Výchozí stav Retence isotonické tekutiny z ECT nevede k přesunům vody mezi ICT a ECT Soluty H2O

84 Hyperosmolární dehydratace
H2O Příčina: větší ztráta vody než solutů ECT ICT Výchozí stav Začátek poruchy Osmotické ekvilibrium-snížení objemu ICT Kompenzační zvýšení osmolarity v ICT... …vede k přesunu vody do ICT... …a ke korekci sníženého objemu ICT Soluty

85 Porucha vstřebávání chloridů
ve vzestupném raménku Henleho kličky Zvýšené ztráty chloridů Hypochlorémie Zvýšená hladina aldosteronu Zvýšení elektronegativity v lumen tubulu (díky vysoké hladině Cl-) Zvýšená nabídka Na+ a Cl- do distálního tubulu (a osmoticky vázané vody) Stimulace sekrece reninu (a regulační smyčky renin-angiotensin-aldosteron) Zvýšený průtok v tubulu Zvýšení sekrece K+ Hypokalémie Zvýšené ztráty K+ Zajištění resorpce zvýšeného množství vody přitékající do tubulů Zvýšení resorpce Na+ Výměna K+ za v buňkách H+ (K+ do buňky a H+ z buňky Stimulace distální H+ ATPázy (zvýšení renální exkrece H+ ) Metabolická alkalóza

86 Hyposmolární dehydratace
H2O Příčina: větší ztráta solutů než vody ECT ICT Výchozí stav Začátek poruchy Osmotické ekvilibrium-zvýšení objemu ICT Kompenzační snížení osmolarity v ICT... …vede k přesunu vody z ICT... …a ke korekci zvýšeného objemu ICT Soluty

87 Městnavé srdeční selhání Cirhóza jater Nefrotický syndrom
Ascites Minutový objem Albumin Albumin Kapilární tlak Přesun tekutiny z intravazálního prostoru Efektivní cirkulující objem Sympatikus Renin - angiotensin - aldosteron Reabsorpce Na+ v ledvinách Edém (hyperhydratace)

88 Primární onemocnění ledvin Primární reninu Primární aldosteronu
Angiotensin 2 Aldosteron Glomerulární filtrace Primární reabsorpce Na+ Reabsorpce Na+ Retence Na+ a vody v ledvinách Edém, hypertenze (hyperhydratace)

89 Na+ Stimulace sympatiku Angiotensin II Renin Insulin Aldosteron
Proximální tubulus Reabsorpce Na+ Stimulace sympatiku Angiotensin II Insulin Glomerulární filtrace Hladina bílkovin Renální vaskulitidy Glomerulonefritidy Stimulace symatiku PGE2 ANF Akutní tubulární nekróza ADH Henleho klička Sběrné kanálky Renin Aldosteron Na+ permeabilita pro vodu

90 Hyperosmolární hyperhydratace
H2O Příčina: větší retence solutů než vody ECT ICT Soluty Výchozí stav Začátek poruchy Osmotické ekvilibrium-snížení objemu ICT Kompenzační zvýšení osmolarity v ICT... …vede k přesunu vody do ICT... …a ke korekci sníženého objemu ICT

91 Hyposmolární hyperhydratace
ECT ICT Příčina: větší retence vody než solutů Výchozí stav Soluty H2O Začátek poruchy H2O Osmotické ekvilibrium-zvýšení objemu ICT Kompenzační snížení osmolarity v ICT... …vede k přesunu vody z ICT... H2O …a ke korekci zvýšeného objemu ICT

92 Příčiny hyperosmolarity Příčiny hyposmolarity
Poruchy osmolarity Příčiny hyperosmolarity Příčiny hyposmolarity H2O soluty soluty H2O retence solutů deficit vody deficit solutů retence vody (relativní nebo absolutní) (relativní nebo absolutní)

93 Homeostáza vnitřního prostředí a jejím poruchy
Fyziologie a patofyziologie acidobazické rovnováhy Z hlediska výukového můžeme poruchy homeostázy členit na poruchy osmotické a objemové homeostázy, poruchy iontové homeostázy a poruchy acidobazické rovnováhy. Toto členění je jen didaktické. V klinice se často setkáváme se smíšenými poruchami, kde acidobazická porucha je provázena poruchou iontovou, a často i narušením objemové a osmotické homeostázy. Ke správné diagnostice a léčení těchto poruch je nutné pochopit a porozumět patogenezu jejich vzniku a způsob uplatnění fyziologických regulačních mechanismů. K tomu slouží i následující multimediální program.

94 Vnější prostředí organismu
CO2 H+ GIT Plíce „výměníky“ Ledviny krvinky intravaskulární plazma Lymfa (součást ICT) tekutina Cirkulace Extracelulární tekutina Kapiláry „míchání“ intersticiální tekutina transcelulární tekutina V udržování stálosti vnitřního prostředí (homeostáze) se tak uplatní regulace dýchání, ledvin, oběhu i zažívacího traktu, včetně příslušných endokrinních regulačních smyček. Poruchy těchto fyziologických subsystémů se pak projeví poruchami vnitřního prostředí. intracelulární tekutina - ICT ACIDOBAZICKÁ BILANCE Metabolismus

95 H+ H2O + H+ OH- H2O - OH- H2O H3O+ H2O + H3O+ H2O OH- - OH- H2O

96 H+ H2O OH- H+ + OH- H2O - K‘ = = K‘ [H2O] = [H+][OH-]
v1=k1[H2O] OH- H2O H+ + v2=k2[H+][OH-] pH = 7.4 [H+] = 10-7,4 mol/l ´= 40 nmol/l v1=v2 pH= -log [H+] k1[H2O] =k2[H+][OH-] k2 [H+][OH-] [H2O] k1 K‘ = = K‘ [H2O] = [H+][OH-] [H+] = 1, mol/l ´= 155 nmol/l [H2O] = konstanta [OH-] = 1, mol/l ´= 155 nmol/l Kw = [H+][OH-] = 2, mol2/l2 při 37°C

97 H+ Cl- H2O H+ + OH- H2O Kw = [H+][OH-] = 2,4 10-14 mol2/l2 při 37°C

98 Cl- H+ H2O H+ + OH- H2O Kw = [H+][OH-] = 2,4 10-14 mol2/l2 při 37°C

99 H2O Pufry OH- H+ HBuf Buf- [H+][Buf-] / [HBuf] = K H+ + Buf HBuf

100 H+ Pufry H2O HBuf Buf- H+ [H+][Buf-] / [HBuf] = K H+ + Buf- HBuf OH-

101 Pufry +HBuf -Buf- H2O HBuf Buf- H+ [H+][Buf-] / [HBuf] = K

102 Pufrační křivka H20 H+ + OH- H2O H+ H+ pH Cl- Addition of OH- mmol/l
Addition of H+ mmol/l

103 Pufrační křivka H20 H+ + OH- H2O Na+ pH OH- OH- Addition of OH- mmol/l
Addition of H+ mmol/l 103

104 Pufrační křivka Buf- HBuf H+ + Buf HBuf H+ + Buf HBuf OH- H2O pH
Addition of OH- mmol/l Addition of H+ mmol/l 104

105 CO2 H2O H2CO3 HCO3- H+ A- TA+NH4+
mmol/24 hod 60 mmol/24 hod Exkrece H+ Prakticky úplná reabsorbce bikarbonátů Metabolická tvorba silných kyselin Metabolická tvorba CO2 obr Za normálních okolností je metabolická tvorba oxidu uhličitého v rovnováze s jeho odsunem respirací a metabolická tvorba silných kyselin (vodíkových iontů a příslušných aniontů silných kyselin - na obr. označené jako A-) s jejich exkrecí ledvinami (vylučovaných ve formě titrovatelné acidity - TA a amonného iontu). Toky oxidu uhličitého a vodíkových iontů jsou propojeny přes bikarbonátový systém, pH tedy závisí jak na bilanci CO2 (respirační složka acidobazické rovnováhy), tak na bilanci H+ (metabolická složka acidobazické rovnováhy).

106 CO2 H2O H2CO3 HCO3- H+ A- TA+NH4+
mmol/24 hod 60 mmol/24 hod Exkrece H+ Prakticky úplná reabsorbce bikarbonátů Metabolická tvorba silných kyselin Metabolická tvorba CO2 Porucha bilance: Respirační acidóza/alkalóza obr Za normálních okolností je metabolická tvorba oxidu uhličitého v rovnováze s jeho odsunem respirací a metabolická tvorba silných kyselin (vodíkových iontů a příslušných aniontů silných kyselin - na obr. označené jako A-) s jejich exkrecí ledvinami (vylučovaných ve formě titrovatelné acidity - TA a amonného iontu). Toky oxidu uhličitého a vodíkových iontů jsou propojeny přes bikarbonátový systém, pH tedy závisí jak na bilanci CO2 (respirační složka acidobazické rovnováhy), tak na bilanci H+ (metabolická složka acidobazické rovnováhy). Porucha bilance: Metabolická acidóza/alkalóza

107 Regulační smyčky CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ Pufrační systémy (msec) Respirační regulace (12 hodin) Ledvinná regulace (3-5 dny) H+ bilance HBuf Buf - Výměna H+/K+ H+/Na+ mezi buňkou a ECT

108 Regulační smyčky CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ Pufrační systémy (msec) Respirační regulace (12 hodin) Ledvinná regulace (3-5 dny) H+ bilance HBuf Buf - Výměna H+/K+ H+/Na+ mezi buňkou a ECT

109 Bikarbonátový pufr – uzavřený systém
- CO2 HCO3 H2CO3 H+ H2O - CO2 HCO3 A obr A - Pufrování v uzavřeném systému, dokonale odděleném od okolí, vyplněném CO2 (např. v sifonové lahvi). Mezi všemi složkami bikarbonátového systému existuje rovnováha. Po přidání silné kyseliny se ustavuje nový rovnovážný stav. B - Pufrování v otevřeném systému, kde množství CO2, které je do něho přiváděno zvenčí se rovná množství CO2, které se z něho za tutéž dobu uvolní do okolí. Příkladem je vnitřní prostředí, kam CO2 přichází jako produkt buněčného metabolismu a odkud je odstraňován respiračním systémem. Respirace, která v arteriální krvi udržuje hladinu CO2 na stálé úrovni, závislé na alveolární ventilaci zefektivňuje pufrování silných kyselin a bazí bikarbonátovým nárazníkem. H2CO3 H+ H2O

110 Bikarbonátový pufr – otevřený systém
- CO2 HCO3 H2CO3 H+ H2O - CO2 HCO3 A obr A - Pufrování v uzavřeném systému, dokonale odděleném od okolí, vyplněném CO2 (např. v sifonové lahvi). Mezi všemi složkami bikarbonátového systému existuje rovnováha. Po přidání silné kyseliny se ustavuje nový rovnovážný stav. B - Pufrování v otevřeném systému, kde množství CO2, které je do něho přiváděno zvenčí se rovná množství CO2, které se z něho za tutéž dobu uvolní do okolí. Příkladem je vnitřní prostředí, kam CO2 přichází jako produkt buněčného metabolismu a odkud je odstraňován respiračním systémem. Respirace, která v arteriální krvi udržuje hladinu CO2 na stálé úrovni, závislé na alveolární ventilaci zefektivňuje pufrování silných kyselin a bazí bikarbonátovým nárazníkem. H2CO3 H+ H2O

111 Nebikarbonátové pufry
Pufrační systémy krve CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- H+ + Buf- HBuf H+ + Hb- HHb H+ + Alb- HAlb H+ + HPO42- H2PO4- Nebikarbonátové pufry Buf = Hb + Alb + PO4-

112 Buffering reactions H2CO3 HCO3- H+ CO2 HBuf Buf- H2O

113 Metabolická tvorba silných kyselin
- CO2 HCO3 24 mmol/l TA+NH4+ H2CO3 40 nmol/l (pH=7,40) H2O H+ A obr A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají. mmol/24 hod Metabolická tvorba CO2 60 mmol/24 hod Metabolická tvorba silných kyselin

114 Metabolická tvorba silných kyselin
- CO2 HCO3 24 mmol/l TA+NH4+ H2CO3 40 nmol/l (pH=7,40) H2O H+ A obr A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají. mmol/24 hod Metabolická tvorba CO2 60 mmol/24 hod Metabolická tvorba silných kyselin

115 Metabolická tvorba silných kyselin
dHCO3 = + 60 nmol/l - - CO2 HCO3 24 mmol/l TA+NH4+ H2CO3 60 nmol/l (pH=7,2) H2O H+ +1 mmol/l A obr A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají. mmol/24 hod Metabolická tvorba CO2 60 mmol/24 hod Metabolická tvorba silných kyselin

116 A 20 000 mmol/24 hod - CO2 HCO3 TA+NH4+ H2CO3 H2O H+ HBuf Buf - -
dHCO3 = +1 mmol/l - - CO2 HCO3 24 mmol/l TA+NH4+ H2CO3 60 nmol/l (pH=7,2) 43 nmol/l (pH=7,37) H2O H+ +1 mmol/l A obr A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají. HBuf mmol/24 hod dBuf - = -1 mmol/l Metabolická tvorba CO2 Buf -

117 CO2 H2O H2CO3 HCO3 H+ Buf - HBuf
+1 mmol/l = nmol/l 24 mmol/l 43 nmol/l (pH=7,37) Buf - HBuf +1 mmol/l dBuf - = -1 mmol/l dHCO3 = +1 mmol/l A: Titrace CO2 „in vitro“ Při vzestupu CO2 hodnota celkové koncentrace nárazníkových bazí (Buffer Base) - BB se nemění: BB = [HCO3- ]+ [Buf - ] = const nmol/l H+ bylo „odpufrováno“ nebikarbonátovými nárazníky A obr A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají.

118 Difúze podle koncentračního gradientu
CO2 H2O H2CO3 HCO3 - H+ Buf - HBuf Difúze podle koncentračního gradientu Intersticium Krev B: Titrace CO2 „in vivo“ Koncentrace CO2 v krvi a v IST jsou v ekvilibriu V IST je malá koncentrace nebikarbonátových pufrů Při vzestupu CO2 hodnota BB = [HCO3- ]+ [Buf - ] v krvi klesá B obr A - Titrace krve oxidem uhličitým "in vitro": Při změnách koncentrace CO2 v krvi se součet celkových koncentrací bikarbonátů a nebikarbonátových nárazníkových bazí (na obr. souhrnně označených jako Buf - ) nemění. To ovšem platí pouze v krvi "in vitro", nikoli v krvi v organismu (viz následující obrázek). B - Titrace krve oxidem uhličitým "in vivo": Při vzestupu CO2 se rovnováha v IST ustaví s menší koncentrací bikarbonátů, než v krvi. Mezi plazmou a intersticiem proto dochází ke koncentračnímu gradientu bikarbonátů, které při hyperkapnii unikají z plazmy do intersticiální tekutiny. BB a BE v krvi proto poněkud klesají.

119 Regulační smyčky CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ Pufrační systémy (msec) Respirační regulace (12 hodin) Ledvinná regulace (3-5 dny) H+ bilance HBuf Buf - Výměna H+/K+ H+/Na+ mezi buňkou a ECT

120 K+ K+ K+ K+mmol/l 8 7 H+ 6 B H+ B: Acidóza - výměna K+ za H+
Pásmo normální kalémie K+ 5 C K+ H+ C: Dlouhodobá acidóza - deplece K+ A 4 D K+ H+ D: Rychlá alkalizace - výměna H+ za K+ - nebezpečná hypokalémie 3 2 1 A: Norma pH 6,9 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8

121 Regulační smyčky CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ Pufrační systémy (msec) Respirační regulace (12 hodin) Ledvinná regulace (3-5 dny) H+ bilance HBuf Buf - Výměna H+/K+ H+/Na+ mezi buňkou a ECT

122 Pásmo maximální respirační kompenzace
Kompenzační diagramy PCO2 torr 90 pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 80 pH=7,5 Pásma akutních poruch 70 pH=7,6 60 50 Norma 40 30 20 10 Pásmo maximální respirační kompenzace -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 Base Excess mmol/l Pásmo maximální respirační kompenzace

123 Pomalá difúze podle koncentračního gradientu
Respirační kompenzace Dechové centrum CO2 H+ H2CO3 H2O - HCO3 Pomalá difúze podle koncentračního gradientu CO2 dobře prochází hematoencefalickou bariérou Mozkomíšní mok Bikarbonát špatně prochází hematoencefalickou bariérou Koncentrace CO2 v krvi a v moku jsou v ekvilibriu Krev - obr Při náhle vzniklé metabolické acidóze pokles bikarbonátů v moku zaostává za jejich poklesem v plazmě. Příčinou je malá permeabilita hematoencefalické bariéry pro bikarbonátové ionty. Spolu s postupným poklesem hladiny bikarbonátů v moku pomalu klesá i mozkomíšní pH a tím se postupně stimulují centrální chemoreceptory dechového centra. Ventilace pozvolna stoupá. Adaptační odpověď respirace na náhle vzniklou metabolickou acidózu proto dosahuje svého maxima až za 12 hodin. HCO3 CO2 H2CO3 H+ H2O HBuf Buf -

124 Mozkomíšní mok Krev Respirační kompenzace CO2 H+ H2CO3 H2O - HCO3 -
pokles pH - stimulace dechového centra Dechové centrum CO2 H+ H2CO3 H2O - HCO3 Pomalá difúze podle koncentračního gradientu CO2 dobře prochází hematoencefalickou bariérou Mozkomíšní mok Bikarbonát špatně prochází hematoencefalickou bariérou Koncentrace CO2 v krvi a v moku jsou v ekvilibriu Krev retence H+ - obr Při náhle vzniklé metabolické acidóze pokles bikarbonátů v moku zaostává za jejich poklesem v plazmě. Příčinou je malá permeabilita hematoencefalické bariéry pro bikarbonátové ionty. Spolu s postupným poklesem hladiny bikarbonátů v moku pomalu klesá i mozkomíšní pH a tím se postupně stimulují centrální chemoreceptory dechového centra. Ventilace pozvolna stoupá. Adaptační odpověď respirace na náhle vzniklou metabolickou acidózu proto dosahuje svého maxima až za 12 hodin. HCO3 CO2 H2CO3 H+ H2O HBuf Buf -

125 Mozkomíšní mok Krev Respirační kompenzace CO2 H2CO3 H2O - HCO3 H+ HBuf
Pomalá difúze podle koncentračního gradientu Mozkomíšní mok Respirační kompenzace Koncentrace CO2 v krvi a v moku jsou v ekvilibriu Krev Bikarbonát špatně prochází hematoencefalickou bariérou Dechové centrum retence H+ CO2 dobře prochází hematoencefalickou bariérou pokles pH - stimulace dechového centra obr Při náhle vzniklé metabolické acidóze pokles bikarbonátů v moku zaostává za jejich poklesem v plazmě. Příčinou je malá permeabilita hematoencefalické bariéry pro bikarbonátové ionty. Spolu s postupným poklesem hladiny bikarbonátů v moku pomalu klesá i mozkomíšní pH a tím se postupně stimulují centrální chemoreceptory dechového centra. Ventilace pozvolna stoupá. Adaptační odpověď respirace na náhle vzniklou metabolickou acidózu proto dosahuje svého maxima až za 12 hodin.

126 Regulační smyčky CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ Pufrační systémy (msec) Respirační regulace (12 hodin) Ledvinná regulace (3-5 dny) H+ bilance HBuf Buf - Výměna H+/K+ H+/Na+ mezi buňkou a ECT

127 PCO2 torr Base Excess mmol/l 90 pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43
80 pH=7,5 Max. renální kompenzace 70 Akutní respirační acidóza pH=7,6 60 Max. respir. kompenzace 50 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza 40 30 Max. resp. kompenzace respirační alkalóza Akutní Max. renální kompenzace 20 10 -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 Base Excess mmol/l

128 Dibazické aminokyseliny (lysin, arginin, histidin) Sirné aminokyseliny
(cystein, methionin) SO42- CO2+H2O H+ proton-produkční reakce: CO2 H+ Močovina Organické fosfáty HPO42- H2PO4- CO2+H2O H+ upřednostněno při alkalémii 1 160 mmol/den H+ Dikarboxylové aminokyseliny (glutamát, asparagát) H+ CO2+H2O Glutamin Glutamát (2-oxoglutarát) NH4+ 35 mmol/den upřednostněno při acidémii H+ CO2+H2O Neutrální aminokyseliny aminoskupina uhlíkový skelet 1 100 mmol/den proton-konsumpční reakce: upřednostněno při alkalémii 25 mmol/den (titrovatelná acidita) Anionty organických kyselin (např. citrát) CO2+H2O H+

129 Neutrální aminokyseliny
Při jaterním selhání je tato regulační vazba porušena a proto je tendence k alkalémii (a ke zvýšení hladiny NH4+ v krvi) H+ Močovina NH4+ CO2 Aminoskupina CO2+H2O H+ Neutrální aminokyseliny Uhlíkový skelet - acidémie - inhibice enzymatické aktivity alkalémie - aktivace enzymatické aktivity upřednostněno při alkalémii NH4+ Glutamin Glutamát (2-oxoglutarát) NH4+ H+ +NH3 H+ NH3 + H+ NH3 Proximální tubulus Distální nefron upřednostněno při acidémii

130 Buňka proximálního tubulu
-68mV + - -70mV -2mV 4500 mmol HCO3-/24hod glutamináza NH4+ - Glutamin + Glutamin Na+ Na+-K+ ATPáza NH4+ K+ K+ HCO3- Na+ Angiotensin II - Na+ Gi - - CAMP + H+ H+ AC + ATP Parathormon Gs H2O H2O obr Acidifikační mechanismy v proximálním tubulu. Zhruba dvaadevadesát procent vodíkových iontů secernovaných do proximálního tubulu je spotřebováváno na reabsorpci bikarbonátů. Reabsorpce bikarbonátů se urychlí při zvýšení jejich nabídky z glomerulárního filtrátu. Na+/H+ výměnu zvýší i angiotenzin II - přes inhibiční G-protein (Gi) utlumí aktivitu adenylát cyklázy, sníží tím množství cAMP, který má tlumivý vliv na Na+/H+ transportér. Opačný význam má parathormon (PTH). Hypokalémie a pokles pH zvýší aktivitu glutaminázy - a tím si sekreci amonných iontů. OH- Na+ Na+ H2CO3 karboanhydráza HCO3- HCO3- karboanhydráza CO2 3825 mmol HCO3-/24hod CO2 675 mmol HCO3- /24hod Buňka proximálního tubulu

131 Rychlost reabsorbce a exkrece HCO3-
filtrováno při pCO2 = 60 torr Readsorbce HCO3- při pCO2 = 40 torr Rychlost reabsorbce a exkrece HCO3- při pCO2 = 40 torr obr Substrátový efekt při reabsorpci bikarbonátů: při vzestupu pCO2 stoupne nabídka bikarbonátů v glomerulárním filtrátu. Zároveň se však zvýší i rychlost jejich reabsorpce. Exkrece HCO3- při pCO2 = 60 torr 4 8 16 20 24 28 32 36 40 mmol/l Hladina HCO3- v plazmě (a v glomerulárním filtrátu)

132 (titrovatelná acidita)
-interkalární buňky H+ -ATPáza H2O H+ OH- CO2 HCO3- karboanhydráza Cl- b-interkalární buňky HCO3- Cl- + Aldosteron - Cl- CO2 HCO3- karboanhydráza OH- H2O H+ + H+ H+ -ATPáza H+ HCO3- CO2 HPO42- H2PO4- (titrovatelná acidita) lumen NH3 NH4+

133 (titrovatelná acidita)
hlavní buňky -interkalární buňky H+ -ATPáza H2O H+ OH- CO2 HCO3- karboanhydráza Cl- b-interkalární buňky Na+ K+ Cl- HCO3- Cl- K+ Aldosteron + + + Cl- CO2 HCO3- karboanhydráza Na+-K+ ATPáza OH- H2O + Na+ K+ H+ Na+ H+ -ATPáza A- (nerezorbovatelný aniont) H+ HCO3- CO2 HPO42- H2PO4- (titrovatelná acidita) lumen NH3 NH4+ Cl- Cl-

134 5 1 3 4 6 2 Glutamin glutamináza CO2 CO2 NH4+ Na+ NH4+ HCO3- Na+ NH4+
Cl- 3 Cl- H+ Na+ 4 NH4+ CO2 6 obr Význam amonných iontů v acidifikaci moči. (1) Amonné ionty vytvářené glutaminázou z glutaminu jsou secernovány do proximálního tubulu. Amonné ionty bez pomoci přenašeče nemohou procházet skrze buněčnou membránu a proto jsou v tubulech vlastně "chyceny". Na konci Henleho kličky (kde je alkaličtější pH než na konci proximálního tubulu a tudíž i větší koncentrace NH3) amoniak, odštěpený z amonného iontu prochází z tubulu do intersticia ledvin (2). Krom toho, do intersticia ledvin je pomocí přenašeče reabsorbován i amonný iont ve vzestupné části Henleho kličky (3). Amoniak se částečně vrací do sestupného raménka Henleho kličky (4), kde je díky kyselé moči pevněji vázán s vodíkovým iontem - v Henleho kličce tedy dochází k recirkulaci amoniaku. Amonné ionty jsou z dřeně ledvin vymývány krví (5). Zároveň se amoniak přitahován kyselým prostředím sběrných kanálků, kde slouží jako akceptor vodíkových iontů (6) a zvyšuje tak kapacitu vodíkové pumpy. Čím kyselejší je pH ve sběrných kanálcích, tím více amoniaku se přesouvá do sběrných kanálků (a tím méně amonných iontů je vymýváno ze dřeně krví). CO2 NH3 Cl- H+ H++ HCO3- HCO3- HCO3- H+ 2 NH4+ NH3 NH4+

135 Vyšetřování poruch ABR
pH, pCO2, [HCO3-] CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

136 Vyšetřování poruch ABR
pH, pCO2, [HCO3-] CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

137 Vyšetřování poruch ABR
Alkalická rezerva pH, pCO2, [HCO3-] CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

138 Vyšetřování poruch ABR
P. Astrup 1956 pH, pCO2, [HCO3-] CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

139 Ekvilibrační metoda podle Astrupa
Paul Astrup log PCO 2 Vysoká hladina pCO2 v plynné směsi O2/CO2 Titrační křivka (přímka) pCO2 v měřeném vzorku krve Nízká hladina pCO2 V plynné směsi O2/CO2 pH Naměřené pH v měřeném Vzorku krve před ekvilibrací pH po ekvilibraci s vysokým pCO2 pH po ekvilibraci s nízkým pCO2

140 Závisí na koncentraci hemoglobinu
Buffer Base (BB) BB = [HCO3- ]+ [Buf - ] CO2 - HCO3 Závisí na koncentraci hemoglobinu H2CO3 H2O H+ Norma Buffer Base (NBB): NBB= *cHB [g/100ml] HBuf Buf - Nadbytek bazí Base Excess: BE=BB-NBB

141 Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve
CO2 - HCO3 H2CO3 Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve H2O H+ HBuf Buf -

142 Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve
CO2 - HCO3 H2CO3 Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve H2O H+ HBuf Snížení koncentrace [HCO3-] + [Buf-] o 1 mmol/l Buf - BE=-1mmol/l

143 Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve
CO2 - HCO3 Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve H2CO3 H2O H+ HBuf Buf -

144 Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve
CO2 - HCO3 Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve H2CO3 H2O H+ HBuf Zvýšená koncentrace [HCO3-] + [Buf-] o 1 mmol/l Buf - BE= 1mmol/l

145 Siggaard-Andersen BB=[HCO3-] +[Buf-] = konst Jak změřit ВВ a ВЕ? CO2
H2O H+ HBuf Siggaard-Andersen Buf- BB=[HCO3-] +[Buf-] = konst

146 log pCO2 Plazma a krev s různými koncentracemi hemoglobinu křivka BE BE=0 40 torr BE=-5 BE=5 BE=-10 7.4 pH

147 BE=0 mEq/l BE=-15 mEq/l

148 BE=-6 mmol/l pH=7.29 pCO2=44 mm Hg [HCO3]=20 mmol/l CHb=16 g/100 ml

149 Poruchy ABR: CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů Buf - Bilanční poruchy ABR: - metabolická acidóza/alkalóza - respirační acidóza/alkalóza

150 CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Diluční acidémie Contrakční alkalémie Hypoproteinemická alkalémie Buf -

151 Diluce CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Diluční acidémie Buf -

152 Diluce Posun rovnováhy CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Diluční acidémie Buf -

153 Hemokoncentrace CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů:: Kontrakční alkalémie Buf -

154 Hemokoncentrace CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Kontrakční alkalémie Buf -

155 Hemokoncentrace CO2 - HCO3 Posun rovnováhy TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Kontrakční alkalémie Buf -

156 Akutní hypoproteinémie
CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Hypoproteinová alkalémie Buf -

157 Akutní hypoproteionémie
CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 Posun rovnováhy CO2 bilance H2O H+ H+ bilance HBuf Poruchy pufračních systémů: Hypoproteinová alkalémie Buf -

158 Acidobazické poruchy:
CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 CO2 balance H2O H+ H+ balance HBuf Poruchy pufračních systémů Buf - Bilanční acidobazické poruchy: - metabolická acidóza/alkalóza - respirační acidóza/alkalóze

159 Akutní metabolická acidóza CO2 HCO3 H2CO3 H+ H2O HBuf Buf -
3. Respirace udržuje hladinu CO2 neměnnou, zvyšuje se tím účinnost bikarb. pufru 2. Spotřeba bikarbonátů v pufrační reakci - CO2 HCO3 H2CO3 1. Primární porucha: retence H+ H+ H2O 4. Patofyziologický důsledek: Hladina H+ se díky bufrům mění málo HBuf PCO2 BE Buf - 2. Spotřeba nebikarbonátových bazí v pufrační reakci

160 Respirační kompenzace 3. Posun rovnováhy doleva
Metabolické acidózy 2. Respirační odpověď: Pokles hladiny CO2 - CO2 HCO3 H2CO3 1. Primární porucha: Retence H+ H+ H2O 4. Patofyziologický důsledek: snížení hladiny H+ HBuf 3. Posun rovnováhy doleva PCO2 BE Buf -

161 PCO2 torr Base Excess mmol/l -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50
5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza respirační alkalóza Akutní Akutní respirační acidóza Ustálená metabolická alkalóza Ustálená metabolická acidóza Ustálená respirační alkalóza Ustálená respirační acidóza

162 Reabsorbce bikarbonátů
(5) nadměrný přívod HCO3- (4) průjem (2) porucha exkrece H+ (3) ztráty HCO3- Exkrece H+ CO2 HCO3- H2CO3 TA+NH4 + Retence H+ Deplece H+ H2O H+ HBuf A- (7) deplece K+ hyperaldosteronismus katabolismus K+ H+ (6) zvracení Buf - (1) zvýšená metabolická tvorba silných kyselin

163 A- NH3 H+ HCO3- Cl- Cl- NH4+ Cl- K+ Na+ Na+ Na+ Na+ HCO3- HCO3- HCO3-
Gastrointestinální ztráty bikarbonátů NH3 A- H+ HCO3- Cl- H+ Hromadění aniontů silných kyselin (laktátová acidóza ketoacidóza uremická acidóza) Cl- NH4+ Cl- Urea Předávkování NH4Cl K+ Normální deficit aniontů Na+ Deficit aniontů Na+ Na+ Zvýšený deficit aniontů Na+ v moči: [K+]+[Na+]-[Cl-] < 0 HCO3- HCO3- HCO3- Cl- Cl- Relativní hromadění chloridů Cl- Cl- NH3 HCO3- HCO3- H+ Snížená acidifikace (tubulární acidózy, nízkoreninový hypoaldosteronismus, snížená glomer. filtrace) HCO3- Cl- NH4+ K+ Cl- Na+ v moči: [K+]+[Na+]-[Cl-] >= 0

164 norma c b a c b a norma Kompletní reabsorbce norma
proximální tubulární renální acidóza Rychlost reabsorbce bikarbonátů c b a 10 15 20 25 Plazmatická hladina HCO3- c b a norma pH=5,5 pH=6,5 pH=7,8 pH=5,5

165 Tlusté střevo – vstřebávání NaCl (a osmoticky navázané vody)

166 Alkalický průjem – hyperchloremická metabolická acióza

167 Těžký alkalický průjem – hyperchloremická metabolická acióza

168 Kyselý průjem při DRA (down-regulated adenoma)
¨ – tendence k hypochloremické alkalóze

169 Akutní metabolická alkalóza CO2 HCO3 H2CO3 H2O H+ HBuf Buf -
3. Respirace udržuje hladinu CO2 neměnnou, zvyšuje se tím účinnost bikarb. pufru CO2 - HCO3 H2CO3 2. Disociace kyseliny uhličité v pufrační reakci 4. Patofyziologický důsledek: Hladina H+ se díky pufračním reakcím snižuje málo H2O H+ 2. Disociace nebikarbonátových kyselin v pufrační reakci 1. Primární porucha deplece H+ HBuf PCO2 BE Buf -

170 Respirační kompenzace metabolické alkalózy
2. Regulační odpověď ventilace: Zvýšení hladiny CO2 3. Posun rovnováhy v pufračních systémech doprava CO2 - HCO3 H2CO3 4. Patofyziologický důsledek: zvýšení snížené hladiny H+ H2O H+ 1. Primární porucha: deplece H+ PCO2 BE HBuf Buf -

171 PCO2 torr Base Excess mmol/l -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50
5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza respirační alkalóza Akutní Akutní respirační acidóza Ustálená metabolická alkalóza Ustálená metabolická acidóza Ustálená respirační alkalóza Ustálená respirační acidóza

172 Na+ Cl- Na+ H+ Cl- K+ Cl- H+ H+ H+ K+ K+ H+ K+
Primární příčina: Ztráty Cl- a H+ zvracením Zbytek sodíku směňován za draslík a H+ Na+ Cl- K+ H+ Glomerulární filtrát (norma) Readsorbce sodíku s chloridy NH4+ Na+ H+ Cl- K+ Glomerulární filtrát (hypochloremická alkalóza) Reabsorbce sodíku s chloridy je snížena Zvyšuje se nabídka sodíku pro směnu za draslík a H+ Stoupá exkrece draslíku a bez ohledu na metabolickou alkalózu se acidifikace moči zvyšuje Deplece chloridů Cl- H+ Metabolická alkalóza H+ H+ K+ K+ Intracelulární tekutina Deplece draslíku obr Patogeneze vzniku paradoxní acidifikace moči a deplece draslíku po ztrátách chloridů při těžkém zvracení. H+ K+ Paradoxní acidifikace moči Zvýšený odpad draslíku

173 Akutní respirační acidóza CO2 HCO3 H2CO3 H+ H2O HBuf Buf -
1. Primární porucha: Retence CO2 2. Posun rovnováhy doprava - CO2 HCO3 3. Disociace kyseliny uhličité – tvorba iontů H+ H2CO3 H+ H2O 4. Patofyziologický důsledek: Hladina H+ se stoupá díky pufračním reakcím jen málo HBuf PCO2 BE Buf - 3. Ionty H+ jssou navazovány na nebikarbonátové baze

174 Renální kompenzace respirační aciózy CO2 HCO3 H2CO3 H2O H+ HBuf Buf -
2. Regulační odpověď ledvin: Zvýšení exkrece titrovatelné acidity (TA) a amonných iontů provázená ekvimolární tvorbu bikarbonátů 1. Primární porucha: retence CO2 zvýšení hladin CO2 a H2CO3 v arteriální krvi - CO2 HCO3 TA+NH4 + 3. Retence bikarbonátů posouvá rovnováhu doprava což vede k poklesu zvýšené hladiny H+ iontů H2CO3 H2O H+ Zvýšení hladiny H+ 4. Patofyziologický důsledek: Snížení zvýšené hladiny H+ PCO2 BE HBuf Buf -

175 PCO2 torr Base Excess mmol/l -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50
5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza respirační alkalóza Akutní Akutní respirační acidóza Ustálená metabolická alkalóza Ustálená metabolická acidóza Ustálená respirační alkalóza Ustálená respirační acidóza

176 Akutní respirační alkalóza 2. Posun ekvilibria doprava,
1. Primární porucha: Deplece CO2 2. Posun ekvilibria doprava, - CO2 HCO3 3. Ionty H+ se spojují s ionty bikarbonátů H2CO3 3. Spotřebovávané ionty H+ pocházejí z disociovaných nebikarbonátových kyselin H+ H2O H+ 4. Patofyziologický důsledek: Hladina H+klesá (díky pufračním reakcím) jen málo HBuf PCO2 BE Buf -

177 Renální kompenzace respirační alkalózy
1. Primární porucha: deplece CO2 2. Regulační odpověď ledvin: Snížení exkrece TA a amonných iontů, případně exkrece bikarbonátů – tvorba bikarbonátů v ledvinách je nižší než metabolická tvorba silných kyselin (respirace udržuje nízkou hladuinu CO2 a H2CO3 v art. krvi) - CO2 HCO3 3. Metabolická produkce H+ je větší nez jejich exkrece v ledvinách H2CO3 Pokles hladiny H+ H2O H+ 4. Patofyziologický důsledek: vzestup snížené hladiny H+ HBuf PCO2 BE Buf -

178 PCO2 torr Base Excess mmol/l -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50
5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza respirační alkalóza Akutní Akutní respirační acidóza Ustálená metabolická alkalóza Ustálená metabolická acidóza Ustálená respirační alkalóza Ustálená respirační acidóza

179 díky posunu disociační
Concentration of O2 PaO2 PvO2 Arterial krev při pH=7,4 Venózní krev při pH=7,2 Kyslík uvolněný díky posunu disociační křivky doprava (Bohrův efekt) Uvolnění kyslíku v tkáních díky poklesu obr Význam Bohrova efektu pro uvolňování kyslíku z krve do tkání. Na tkáňovém konci kapilár vlivem přesunu oxidu uhličitého z tkání do krve klesá pH. Disociační křivka hemoglobinu se posouvá doprava. To umožňuje při stejné tenzi kyslíku uvolnit z krve do tkání další množství kyslíku.

180 Arteriální krev při pH=7,4 (normální stav)
(alkalémie) Uvolnění kyslíku při alkalémii Arteriální krev při pH=7,4 (normální stav) Concentration of O2 Uvolnění kyslíku za normálních podmínek Venózní krev při pH=7,36 (alkalémie) Venózní krev při pH=7,2 (normální stav) obr Patogenetické mechanismy snížení dodávky kyslíku do tkání při akutní respirační alkalóze. Snížení uvolnění kyslíku při alkalémii PO2 normal PaO2 PvO2 High PaO2 during hyperventilation at respiratory alkalosis

181 Arteriální krev při pH=7,4 (normální stav)
(alkalémie) Uvolnění kyslíku při alkalémii Arteriální krev při pH=7,4 (normální stav) Concentration of O2 Uvolnění kyslíku za normálních podmínek Venózní krev při pH=7,36 (alkalémie) Venózní krev při pH=7,2 (normální stav) obr Patogenetické mechanismy snížení dodávky kyslíku do tkání při akutní respirační alkalóze. Snížení uvolnění kyslíku při alkalémii PO2 normal PaO2 PvO2 High PaO2 during hyperventilation at respiratory alkalosis Tvorba kyseliny mléčné snížení PO2 v buňkách acidifikace krve

182 Průjem -> metabolická acidóza
Příklady smíšených acidobazických poruch -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Akutní metabolická acidóza Akutní metabolická alkalóza respirační alkalóza Akutní Akutní respirační acidóza Ustálená metabolická alkalóza Ustálená metabolická acidóza Ustálená respirační alkalóza Ustálená respirační acidóza Metabolická acidóza + respirační acidóza Průjem -> metabolická acidóza + zvracení -> metabolická alkalóza + katabolismus, -> ketoacidóza Metabolická acidóza + respirační alkalóza