Patologick fyziologie poruch vnitnho prosted Tento projekt je

Patologická fyziologie poruch vnitřního prostředí Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem, státním rozpočtem České republiky a rozpočtem hlavního města Prahy.

Acidobazický metabolismus Acidobazická rovnováha – spojena s metabolismem protonů (H+) = oxidoredukční pochody Význam aktivity H+: - změnou H+ iontů se mění konformace proteinových molekul změna aktivity enzymových reakcí, distribuce a stupeň ionizace elektrolytů atd. Za 24 hodin – produkuje lidské tělo: n 20 000 mmol „prchavých“ kyselin (H 2 CO 3) – vylučuje se jako CO 2 plícemi n 30 -80 mmol „neprchavých“ kyselin (sulfáty, fosfáty, uráty) – vylučují se ledvinami

Oxidace a redukce 1. Oxidace - chemicky = odnímání elektronů redukcí akceptoru elektronů 2. Redukce – chemicky = příjem elektronů je provázena Biologické oxidace: energie pro pochody v buňce je zajišťována chemickým spojením (spřažením) s oxidačními reakcemi - exergonická reakce (pochod je spojen se ztrátou volné energie) endergonické reakce (pochod je spojen se ziskem volné energie)

Vznik x vyloučení kyselin z organismu A. Pufrové systémy: Ø fyzikálně chemické (fosfátový pufr, 2, 3 -bifosfoglycerát, proteinátový pufr, hemoglobinový pufr, hydrogenkarbonátový pufr) Ø a. b. biologické: metabolické pochody (produkují nebo spotřebovávají protony – H+) s ekvivalentním účinkem na OH- nebo HCO 3 - B. Regulační systémy: a. b. respirační (plíce) nerespirační (ledviny, játra)

A. a. metabolické pochody (produkují nebo spotřebovávají protony – H+) - metabolické pochody mění se substrát elektroneutrální (glukóza, AMK) na rovněž elektroneutrální produkt (CO 2, H 2 O, urea) nemají pozměňující vliv na ABR - metabolizace neutrálního substrátu na produkt s negativním nábojem tvoří se H+ (např. anaerobní glykolýza)

Hlavní metabolické reakce: ü Protonproduktivní (anaerobní glykolýza, lipolýza, ketogeneze, kompletní oxidace sirných a dibazických AMK za vzniku močoviny, syntéza močoviny z NH 4+) ü Protonkomsumpční (glukoneogeneze z laktátu, kompletní oxidace LA, neutrálních AMK a dikarboxylových AMK za vzniku močoviny) ü Proton-neutrální (kompletní oxidace glukózy na CO 2 a H 2 O, lipogeneze z glukózy, tvorba glutaminu z LA a NH 4+)

A. b. reakce s ekvivalentním účinkem na OH- nebo HCO 3= transport protonů přes lipoidní membránu = protonová pumpa (aktivní transport) n n udržuje p. H cytosolu vyšší, než odpovídá pasivní distribuci podle elektro-chemického gradientu významné na vnitřní mitochondriální membráně a membráně cytosolů

B. a. Zapojení plic na regulaci acidobazické rovnováhy - za 24 hodin vznikne u dospělého 15 mol CO 2 - celkový povrch alveolů = 80 m 2 - difúzní dráha = 1 mm - doba kontaktu erytrocytu s alveolárními plyny = 0, 3 s - prokrvováno je pouze 50% kapilár - poměr alveolární ventilace v klidu (5 litrů) k plicní perfúzi je méně než 5 litrů = 0, 9 Regulace dýchání: n Specifické stimuly dýchání skupin I (periferní a centrální chemoreceptory): - CO 2 (p. CO 2 nad 9, 3 k. Pa má narkotické účinky), - H+ (pokles pod p. H = 7, 4 navodí mírnou hyperventilaci), - O 2

n Specifické stimuly dýchací skupiny 2: - mechanosenzory plic (aktivovány při vdechu) – tlumí reflektoricky další vdech - mechanosenzory dýchacích svalů (svalová vřeténka, Golgiho šlachová tělíska) – adaptace dechové mechaniky na aktuální odporové podněty - senzory kosterních svalů (mechanosenzory se slabou aferentací = ergosenzory, chemosenzitivní senzory = metabolosenzory) – drážděny při intenzívní svalové práci n - Nespecifické dechové stimuly: bolestivé podněty tepelné podněty na kůži aktivace presoreceptorů v karotickém sinu vyplavení adrenalinu

B. b. Regulační mechanismy acidobazické rovnováhy v játrech Přesmyk detoxikace NH 4+ cestou tvorby močoviny na tvorbu glutaminu v játrech (a naopak) v závislosti na p. H krve. PROTEIN aminokyseliny uhlíkatý skelet játra, svaly NH 4+ H 2 O + CO 2 H 2 CO 3 H+ + urea játra moč HCO 3 preferováno při alkalémii glutamát + 2 -oxoglutarát glutamin glutamát + 2 -oxoglutarát NH 4+ v moči acidémii

tubulární buňka lumen glutamát glutamin NH 4+ H+ protonová pumpa HPO 42 - H 2 PO 4 -

Ø Laktátová acidóza - největší producenti laktátu: kosterní svalstvo, kůže, střevo, erytrocyty, mozek - utilizace laktátu: játry (70%), ledvinami (10%), myokardem - pokles p. H ve tkáních na 6, 6 – 6, 2 = svalová únava - inhibice glykolýzy acidózou: glukóza glukózo-6 -fosfát fosfofruktokináza fruktózo-1, 6 -bifosfát H+ laktát + negativní zpětná vazba

Ø Ketoacidóza - ketolátky: acetoacetát, 3 -hydroxybutyrát vznik: při nekompletní oxidaci MK reakce je vysoce protonproduktiní metabolická acidóza, ketonurie ztráty Na+ a K+ močí, HCO 3 -

Ø a. b. 1. - Acidózy u onemocnění ledvin. příčiny: změny ve vylučování dusíkatých látek způsobujících poruchy v jejich metabolismu nepřiměřené ztráty bikarbonátů Uremická acidóza vyskytuje se u chronického renálního selhávání ( počet funkčních glomerulů) nevyloučený NH 4+ zůstává v krvi do jater (detoxikace v cyklu tvorby močoviny) nadprodukce protonů nejsou neutralizovány odpovídajícím množstvím HCO 3 metabolická acidóza

2. Renální tubulární acidóza a) Distální forma: distální nefron není schopen „titrovat“ HCO 3 neschopen vylučovat moč o nízkém p. H (pod 6, 0) b) Proximální forma nedostatečná kapacita proximálního tubulu zpětně resorbovat HCO 3 distální nefron to kapacitně nezvládne c) Hyperkalemická renální tubulární acidóza nedostatek reninu hypoaldosteronismus (nebo rezistence ledvin na něj) hyperkalemie

Poruchy acidobazické rovnováhy A. Respirační poruchy = mění se hodnota H 2 CO 3 (vyjádřená jako p. CO 2) B. Metabolické poruchy = mění se hodnota HCO 3 - I. Acidóza = nárůst H+ (tedy kyselin prchavých nebo neprchavých = H 2 CO 3) nebo úbytek bazí (především HCO 3 -) II. Alkalóza = nárůstek bazí nebo úbytek kyselin (resp. nepoměr mezi výdejem a produkcí CO 2)

Poruchy acidobazické rovnováhy 1. Základní dělení 3. Stupeň dosažené úpravy: - metabolická acidóza metabolická alkalóza respirační acidóza respirační alkalóza - poruchy nekompenzované poruchy částečně kompenzované 2. Dělení podle doby trvání - poruchy náhlé (akutní) poruchy ustálené (chronické)

Mechanismus úprav poruch acidobazické rovnováhy 1. Fyzikálně-chemické mechanismy = intra- a extracelulární pufrové systémy – stojí proti změnám koncentrace H+ - vzestup neprchavých kyselin (H 2 SO 4, LA, ketokyselin) – ihned tlumen reakcí HCO 3 - - vyrovnání v celém organismu za 10 -12 minut pufrace H+ hemoglobinem (CO 2 H 2 CO 3 H+ + HCO 3 -)

2. Orgánový regulační mechanismus - plicní regulace (změna dechové frekvence, dechové intenzity) – maxima dosahuje do 12 -24 hodin - regulace renální (zvýšená nebo snížená zpětná resorpce HCO 3 - nebo H+ - jako H 2 PO 4 - nebo NH 4+) – začíná za 1 -2 hodiny a maxima dosahuje za 2 -5 dní - regulace jaterní (změna poměru detoxikace NH 4+ cestou tvorby močoviny a cestou tvorba glutaminu)

Korekce = úprava vychýlené acidobazické rovnováhy, která se děje regulačním systémem v komponentě, ve které porucha vznikla (při metabolické poruše ledvinami, při respirační poruše plícemi) Kompenzace = úprava změněné ABR v komponentě opačné (u metabolické poruchy – plicní a u respirační poruchy renální kompenzace)

Metabolická acidóza = patologické nahromadění neprchavých kyselin nebo ztráta HCO 3 - z ECT H+ hematoencefalická bariéra H+ do okolí dýchacího centra kompenzační hyperventilace pa. CO 2 Příčiny: Ø tvorba H+ (diabetická ketoacidóza, LA) Ø Ø schopnost ledvin vylučovat H+ (selhání ledvin, tubulární acidóza) ztráty HCO 3 - ze střeva nebo renálními tubuly (průjem, renální tubulární acidóza)

Korekce a kompenzace ü Pufrová úprava v ECT HCO 3 H+ do bb. (zde pufrován hemoglobinem, proteiny, fosfáty) K+ z bb. v ICT K+ hyperkalémie ü Plicní kompenzace H+ v krvi chemoreceptorů hyperventilace stimulace periferních arteriálních pa. CO 2

ü Renální kompenzace přesun H+ do ICT stimulace sekrece H+ renálních tubulů do moče - renální korekce se rozvíjí 2 -3 dny - limitující p. H moče je = 4, 5 - chronická metabolická acidóza vede k uvolnění Ca 2+ z kostí

Metabolická alkalóza = patologické ztráty H+ (např. HCl ze žaludku zvracením) nebo neúměrné zvýšení bikarbonátů - v krvi alkalémie ( p. H) a hyperbazémie ( HCO 3 -) hypovolémie (při zvracení) hypokalémie (svalová slabost) neurologické příznaky – z ionizovaného Ca 2+ (karpopedální spazmy, parestézie)

Příčiny: Ø zvracení ( HCl v žaludku chybí stimul pro sekreci pankreatickou a žluče hromadění HCO 3 - v krvi a ECT, hypovolémie, hyperaldosteronismus retence Na+, ztráty K+ a H+, hypochloridémie) Ø nadměrné podávání alkalizujících látek (citrátu, Na. HCO 3, antacid) Ø deplece K+ (Cushingův syndrom, podávání ACTH, hyperaldosteronismus, nízký příjem K+) Ø retence HCO 3 - renálními tubuly Ø dlouhodobé podávání některých diuretik Ø podávání laxativ

Korekce a kompenzace ü Pufrovací mechanismus nadbytek bazí reaguje s H. HCO 3 ü Respirační kompenzace p. H útlum dechového centra hypoventilace H. HCO 3 fyzikálně rozpuštěného CO 2 ü Renální korekce výměny Na+ za H+, tvorba NH 4+, reabsorpce HCO 3 -

Respirační acidóza = převažuje produkce CO 2 nad jeho vydýcháváním p. ACO 2 je způsobem hypoventilací - dechová nedostatečnost vede spíše k hypoxii než poruchám vylučování CO 2 - neurologické obtíže: bolest hlavy, zvracení, neklid, úzkost, třes, ospalost až narkotický efekt (nebývají u chronické respirační acidózy – dochází k adaptaci na p. CO 2 v krvi)

Příčiny: Ø snížení aktivity dýchacího centra (léky, traumata CNS, nádory mozku, neurodegenerativní onemocnění, infekce CNS, nitrolební krvácení, primární centrální hypoventilace) Ø poškození respiračního ústrojí (chronická obstrukční plicní choroba, plicní fibróza, status astmaticus, laryngospasmus, nádory hrtanu, těžká plicní infekce, pleurální výpotek, pneumothorax, syndrom dechové tísně, choroby nebo deformity hrudní stěny, neurologické choroby vedoucí k hypofunkci dýchacích svalů) Ø jiné příčiny: abdominální distenze, extrémní obezita, spánkové apnoe

Některé klinické syndromy: n Centrální dechový útlum (opioidy, barbituráty, narkotika, ztráta citlivosti dýchacího centra na nárůst p. CO 2) – pozor – náhlé odstranění hypoxie O 2 terapií může až vyvolat apnoe n Porucha horního motorického neuronu (transverzální míšní léze nad úrovní C 3 -C 4 – oboustranné postižení nn. phrenici a ochrnutí většiny pomocných dýchacích svalů) n Porucha motorických buněk předních rohů míšních (poliomyelitida) n Porucha dolního motorického neuronu (traumaticky, polyradikuloneuritidou) n Poruchy nervosvalového spojení (myasthenia gravis, botulismus)

n Poruchy dýchacích svalů (zvýšený nitrobřišní tlak, únava dýchacích svalů – při nadměrné dechové činnosti nebo vlivem endotoxinů – např. E. coli) n Pokles elasticity plic a hrudní stěny (plicní fibróza, ARDS, kyfoskolióza, zjizvení povrchu hrudníku, útlak ze zasypání nebo v davu) n Poškození hrudní stěny (úraz, bolestivé kontraktury, pneumothorax) n Obstrukce v respiračním systému (vdechnuté cizí těleso, otok, ztluštění, stažení dýchacích cest, tlak na dýchací cesty zvenčí – nádory, nízká vzdušnost plic) n Omezení dýchací plochy, poškození plicního parenchymu (emfyzém, bronchiektázie, fibrotizující procesy) n Ztráta účinnosti ventilace (podíl celkové ventilace na ventilaci mrtvého prostoru narůstá na úkor ventilace alveolů: emfyzém, plicní embolie)

Korekce a kompenzace ü hypoventilace (acidémie) - v akutní fázi - arteriálního p. CO 2 H+ H+ pufrován hemoglobinem - u chronické formy – pufrován intracelulárními pufry zejména v kostním systému ü Renální kompenzace (začíná za 1 -2 hodiny, maxima dosahuje za 2 -3 dny) sekrece H+, resorpce HCO 3 -

ü Respirační korekce p. CO 2 stimulace dýchacího centra (hyperventilace, tachypnoe) minutové ventilace, dechové práce až rozvoj respirační alkalózy funkční zdatnost dýchacího ústrojí respirační acidóza

Respirační alkalóza = převládá vydýchávání CO 2 (hyperventilací nebo jeho nadprodukcí) - vydechování CO 2 arteriální CO 2 posun poměru HCO 3 -/H. HCO 3 ve prospěch HCO 3 - H+, p. H - Příznaky: parestézie, křeče, karpopedální spasmy ( ionizovaného Ca 2+ pro alkalémii)

Příčiny: Ø Nepulmonální stimulace dýchacího centra úzkost, hysterie, horečnaté stavy, septické stavy, metabolická encefalopatie, infekce CNS, cévní mozková příhoda, hypoxie – při těžké anémii nebo akutní výškové hypoxii, poslední trimestr těhotenství, hypotyreóza Ø Plicní mechanismus pneumonie, astma, plicní embolie, městnavá srdeční vada, intersticiální plicní onemocnění

Korekce a kompenzace ü Renální kompenzace (začíná za 1 -2 hodiny, maxima dosahuje za 2 -3 dny) zadržování H+, zpětná resorpce HCO 3 - p. H moči nad 6, 5 ü Rozvíjí se mírná hypokalémie H+ do bb. směnou za K+ - vystupňovaná glykolýza se tvorbou LA - u dlouhotrvající formy : pokles utilizace glukózy ketolátky