Curs 2_BM_echilibrul_hidro-electrolitic PDF

Biochimie Medicală Conf. univ. dr. Brînduşa Alina PETRE Biochimie medicala: curs introductiv  Aspecte moleculare ale veţii: spaţiu Scara dimensiunilor unor biostructuri din natură Spatiul biologic este volu...

Biochimie Medicală Conf. univ. dr. Brînduşa Alina PETRE Biochimie medicala: curs introductiv  Aspecte moleculare ale veţii: spaţiu Scara dimensiunilor unor biostructuri din natură Spatiul biologic este volumul ocupat de micro- şi macrostructuri ce variază de la limitele de vizibilitate ale microscopului până la unele de 100 de ori mai mult. Legaturile chimice: - covalente: ~ 1 Å - necovalente: electrostatice - ~ 2,5 Å , de hidrogen - ~ 2.5 - 3 Å, van der Waals - < 3-4 Å Un ångström (Å) - este o unitate de măsură pentru lungimi. 1 Å = 100 pm = 10−1 nm = 10−4 μm = 10−7 mm = 10−8 cm = 10−10 m Biochimie medicala  Aspecte moleculare ale veţii: spaţiu Scara dimensiunilor unor biostructuri din natură Hemoglobina – diametru 6,5 nm Aderența virusului la suprafața celulei Virusuri – dimensiune- 10 -100 nm Ribozom – diametru ~ 50 nm ~ 1-2 mm Lamă pentru microscop cu mix de bacterii, ~ 10 μm bacil, coci și spirillum, colorație Gram Biochimie medicala  Structura ierarhică a oaselor Ultrastructural – hydroxyapatita si proteina colagen Microstructural - osteon celulele vii ale oaselor Biochimie medicala  Canalul Haversian Canalul Haversian este esențial pentru transportul nutrienților și oxigenului în interiorul osului, asigurând astfel menținerea și regenerarea țesutului osos. Structura canalului Haversian Localizare: Se găsește în centrul fiecărui osteon și este înconjurat de lamele concentrice de matrice osoasă, care conțin celule osoase numite osteocite. Conținut: Canalul Haversian conține vase de sânge, nervi și uneori vase limfatice. Aceste elemente asigură aportul de sânge și inervația necesară pentru funcționarea și sănătatea osului. Legături: Canalele Haversiene sunt conectate între ele prin canale transversale numite canale Volkmann. Acestea permit comunicarea între diferite osteone și cu periostul, stratul exterior al osului. Funcția canalului Haversian Ø eliminarea produșilor de metabolism; Ø contribuie la rezistența și duritatea osului, facilitând în același timp flexibilitatea necesară pentru a absorbi șocurile și stresurile mecanice. Biochimie medicala  Maduva osoasă Măduva osoasă nu se află în canalul Haversian În oasele lungi: Măduva osoasă se găsește în cavitatea medulară, o cavitate mai mare din centrul osului, care este înconjurată de osul compact. Aceasta este zona principală unde se află măduva osoasă, fie hematopoietică (roșie), care produce celule sanguine, fie adipoasă (galbenă), care este predominant compusă din grăsime. În oasele spongioase (sau trabeculare): Măduva osoasă se găsește între trabeculele osoase. Osul spongios este prezent în special la capetele oaselor lungi și în oasele plate (cum ar fi vertebrele, oasele craniului, sternul și pelvisul). Biochimie medicala  Aspecte moleculare ale vetii: timp Scara desfasurarii in timp a unor reactii biologice Timpul biologic este durata în care au loc anumite transformări si interactiuni limitate într-un spatiu delimitat. M i s c a r e a in celulele cu conuri monomerilor proteici din retina (1ps) în cadrul structurii (1-2 h) cuaternare (1ns) (60-120 s) Timpul biologic = Varsta biologica Biochimie medicala  Aspecte moleculare ale vetii: energie Ciclurile carbonului şi oxigenului în atmosfera Mentinerea homeostaziei sistemelor vii se realizeaza printr-un aport continuu de energie. Sursa energetica principala pentru organismele vii este radiatia solara, folosita în mod direct de organismele autotrofe. Din CO2 , H2O si energie solara se formeaza substante organice (glucide, proteine, lipide) si O 2. Organismele superioare (heretotrofe) utilizeaza energia înmagazinata în legaturile chimice ale glucidelor, proteinelor, lipidelor sintetizate de organismele autotrofe (fotosinteza). Glucoza Celule fotosintetice Celule heterotrofe (autotrofe) Biochimie medicala  Autotraf/heterotrof Autotrofia este proprietatea unui organism de a-și putea sintetiza singur substanțele organice necesare hrănirii, scop în care folosește ca sursă de carbon unii compuși anorganici (de ex. CO2). Când aceștia sunt supuși unor procese chimice (FOTOSINTEZA sau CHEMOSINTEZA), rezultă substanțele organice necesare. Exemple: plantele verzi si bacterii. Heterotrofia este un mod de viață al unor organisme ce se hrănesc numai cu substanțe organice, din care scot carbon și azot sau energie chimică prin procese de reducere. Organismele heterotrofe nu pot sintetiza substanțe organice din surse anorganice (minerale). Ex. celulele animale si microorganismele (virusi, fungi sau alge microscopice). Biochimie medicala  Echilibrul hidro- electrolitic: distributia apei In organismul uman apa este principalul component, fiind repartizata in diferite compartimente, delimitate prin membrane biologice lipidice. La nastere organismul contine 75-80 % apa adult (60-65 % ) insa volumul de apa in organism continua sa scada pe masura ce inaintam in varsta. La nivel de tesut de ex. tesutul nervos contine 90% H2O, in timp ce tesutul adipos are 40 mosmol/kg H2O, prognosticul este rezervat iar pacient ul este în stare critică.  PRESIUNEA COLOID-OSMOTICĂ (ONCOTICĂ) Presiunea oncotică se datorează prezenței într-un compartiment lichidian a macromoleculelor proteice, care spre deosebire de ioni și molecule de apă, nu traversează membranele celulare și capilarele sanguine (decât într-o măsură foarte mică și în condiții particulare). Având masa moleculară mare, albuminele plasmatice rămân în vasele de sânge, contribuind la distribuția fluidelor între spațiul intravascular și cel interstițial. Presiunea oncotică plasmatică este de 22-27 mmHg. Exemple când proteinele traversează membranele celulare sau capilare sanguine: Ø În timpul inflamației, permeabilitatea capilarelor crește, permițând proteinelor, cum ar fi albumina, să părăsească sistemul vascular și să treacă în spațiul interstițial. Aceasta poate duce la edeme, deoarece pierderea proteinelor reduce presiunea oncotică intravasculară, favorizând extravazarea fluidelor. ØAnumite proteine mari pot traversa membranele celulare prin procese precum endocitoza și transcitoza. Aceste mecanisme implică captarea proteinelor de către celule în vezicule, care sunt apoi transportate și eliberate pe cealaltă parte a celulei. Un exemplu ar fi transferul de imunoglobuline (IgA) din laptele matern prin celulele epiteliale din intestinul nou-născuților. ØÎn unele boli, cum ar fi sindromul nefrotic, proteinele pot traversa bariera glomerulară din rinichi în cantități mari, fiind pierdute în urină. Acest lucru se întâmplă din cauza leziunilor la nivelul barierei glomerulare, care permite proteinelor să treacă din sânge în urină.  PRESIUNEA HIDROSTATICĂ Presiunea hidrostatică este presiunea din vasele sanguine, rezultat al presiunii mecanice generate de cord. În arterele mari această presiune este aproximativ 100 mmHg, scăzând până la capătul arteriolar al capilarelor la 35 mmHg, iar la nivelul capătului venos al capilarelor este de 15 mmHg. Ø Endoteliul capilarelor se prezintă ca un tub continuu, cu numeroase canale intercelulare, permeabile pentru apă și electroliți. Ø Presiunea efectivă de filtrare în vase este egală cu diferența între presiunea hidrostatică și presiunea osmotică, aceasta fiind contrabalansată de suma presiunii hidrostatice și osmotice interstițiale Ø La capătul arterial al capilarelor, apa și electroliții părăsesc vasul spre interstițiu, iar la capătul venos al capilarelor apa și electroliții se întorc în vas. Ø O parte din lichidul interstițial se întoarce pe cale limfatică. Repartiţia presiunilor în sistemul cardiovascular în vasoconstricţie şi vasodilataţie (imagine preluată din W. Boron- Medical Physiology - 2009)  PRESIUNEA HIDROSTATICĂ Ø Lichidul tisular sau interstițial formează acea parte a compartimentelor de apă care se situează în afara celulelor, dar și a circulației sanguine; ØLichidul interstițial este despărțit de plasma sanguină prin peretele endotelial al capilarelor. Ø Celulele endoteliale sunt fixate între ele printr-o rețea glicoproteică formată de adezine. Cuplarea celulelor endoteliale este însă discontinuă (ca o membrană poroasă), deoarece între ele apar niște orificii cu diametrul între 3,0 – 4,5 nm (30 - 45 Å). Ø În mediu apos, schimburile de substanțe prin porii unor asemenea membrane se pot manifesta atât printr-un schimb hidrodinamic al lichidelor din compartimente, cât și printr-o difuziune simplă. Ø Ambele forme au la bază două mecanisme: I. Moleculele substanțelor liposolubile și ale gazelor moleculare (oxigenul, bioxidul de carbon) traversează în mod direct / liber membrana; II. Moleculele de apă, electroliții și neelectroliții polari ajung în lichidul interstițial, respectiv intră în plasmă, prin traversarea porilor interendoteliali.  Osmolalitatea serică Osmolalitatea serică este controlată prin două mecanisme feedback, ce menţin o distribuţie normală a apei în spaţiile intra şi extracelulare: secreţia de ADH şi senzaţia de sete. Eliberarea de hormon antidiuretic (ADH sau vasopresina) secretat la nivelul neurohipofizei este determinată chiar şi de creşteri ale osmolarităţii serice cu doar un 1%. Mecanismul setei este activat atunci când osmolalitatea depăşeşte 290 mosm/kg H 2 O, ingestia de apă reglând deficitul creat. Setea este mecanismul prin care organismul este protejat de deshidratare, fiind capabil să regleze singur osmolalitatea serică atât timp cât ingestia de lichide este posibilă. Modificări ale osmolalităţii, din cauza pierderii sau ingestiei exagerate de apă, determină o redistribuire a apei între spaţiile intra şi extracelulare, cu apariţia edemului sau deshidratării la nivel celular. Manifestările clinice datorate acestor schimbări ale echilibrului celular depind de viteza cu care se produc aceste variaţii, precum şi de natura electrolitului. O scădere lentă a osmolalităţii cu 60-80 mosmol/kg H2O poate să nu fie letală, în timp ce o creştere cu 40-60 mosmol/kg H2O, produsă ca urmare a depleţiei de apă sau a creşterii unor electroliţi, ce nu străbat membrana celulară (sodiu, glucoză), poate determina comă şi chiar moarte. Tulburările hidroelectrolitice se pot manifesta clinic prin: letargie, confuzie, fatigabilitate, delir, convulsii, dar pot fi şi asimptomatice. Biochimie medicala  Reglarea nivelului ADH Ø La nivelul sinusului carotidian și a crosei aortice, baroreceptorii (presosenzori nervoși) analizează tensiunea arterială. Ø În cazul scăderii acesteia, informația corespunzătoare este transmisă sistemului nervos central și al hipotalamusului, care mărește producția de ADH (vasopresină). Ø Creșterea osmolarității este sesizată de osmoreceptorii din cel de-al treilea ventricul cerebral, aceștia crescând secreția de vasopresină. Angiotensina II stimulează secreția de ADH. Biochimie medicala  ADH - hormonul antidiuretic sau Vasopresina Hormon peptidic neurohipofizal (secretat de nucleii anteriori ai hipotalamusului si eliberat de lobul posterior al glandei hipofize) ce participă la homeostazia (autoreglare) osmolarității (presiune osmotică) lichidelor corporale prin reglarea r e a b s o r b ț i e i d i fe r i t e l o r s p e c i i moleculare la nivel renal. De asemenea, vasopresina crește rezistența periferică vasculară, ceea ce are ca urmare creșterea tensiunii arteriale. Cys-Tyr-Phe-Gln-Asn-Cys*-Pro-Arg-Gly**-NH2, *resturile de cisteină formând o legătură disulfurică și **capătul C-terminal al secvenței transformat într-o amidă primară. Biochimie medicala  Funcții ale vasopresinei Ø Reglează retenția de apă a corpului: este secretată când corpul este deshidratat, stimulând rinichii să conserve apa, concentrând astfel urina. Astfel, ADH mărește permeabilitatea apei la nivelul tubilor contorti distali și colectori prin sinteza și inserția unor canale tip aquaporine. De asemenea, facilitează reabsorbția ureei la nivelul tubilor colectori. ØVasoconstricție: ADH mărește rezistența periferică (prin "strâmtarea" vaselor capilare) arterială, crescând astfel tensiunea arterială. La indivizi sănătoși, acest efect este neînsemnat, dar devine un "mecanism" compensator important în cazul șocului hipovolemic (hipovolum de sânge). ØVasopresina este implicată în formarea memoriei, inclusiv a reflexelor întârziate, precum și memoria de scurtă durată și lungă durată; analogul acesteia, desmopresina, este considerat un nootrop (îmbunătățește memoria). ØADH este de asemenea implicat în determinarea agresivității. Patologie: q Secreție crescută de vasopresină: sindromul secreției inadecvate de ADH (SIADH), însoțit de hiponatremia și încărcare lichidiană a corpului. q Secreție scăzută: diabet insipid (hipernatremie, poliurie, polidipsie). Biochimie medicala  Glanda hipofiza (sau glanda pituitara) Glanda hipofiza (cunoscuta si sub numele de glanda pituitara) este o glanda mica, de marimea unui bob de mazare, situata la baza creierului, imediat sub hipotalamus. Glanda hipofiză poate fi asemănată cu un centru de comandă pentru toate celelalte glande. Cei opt hormoni pe care îi secretă sunt implicați în extrem de multe procese care au loc în corp. Lobul anterior – adenohipofiza eliberează diferiți hormoni: Hormonul de creștere (hGH) – reglează creșterea și dezvoltarea fizică în aproape toate țesuturile. Țintele sale principale sunt oasele și mușchii. Hormonul de stimulare tiroidiană (TSH) – acest hormon activează tiroida pentru a elibera hormoni tiroidieni (T3 și T4). Hormonul adrenocorticotrop (ACTH) – acest hormon stimulează glandele suprarenale să producă cortizol, adrenalină și noradrenalină. Hormonul de stimulare foliculară (FSH) – este implicat în secreția de estrogen și în dezvoltarea ovocitelor la femei. De asemenea, este important pentru producția de spermatozoizi la bărbați. Dozarea FSH este o investigație importantă pentru stabilirea diagnosticului de menopauză precoce. Hormonul luteinizant (LH) – este implicat în producerea de estrogen la femei și de testosteron la bărbați. Împreună cu FSH, este responsabil cu procesul de ovulație. Ambii hormoni sunt esențiali pentru conceperea unui copil. Prolactina – ajută femeile care alăptează să producă lapte. Biochimie medicala  Glanda hipofiza (sau glanda pituitara) Adenohipofiza este responsabilă cu eliberarea în fluxul sangvin a unor neurotransmițători cu rol de hormoni: Endorfinele – au proprietăți de calmare a durerii și se crede că sunt conectate la „centrii plăcerii” din creier. Enkefalinele – sunt strâns legate de endorfine și au efecte similare de calmare a durerii. Hormonul stimulator al melanocitelor (MSH) – ajută la stimularea pigmentării crescute a pielii ca urmare a expunerii la radiațiile ultraviolete. Lobul posterior (neurohipofiza) al glandei hipofize secretă, de asemenea, hormoni. Acești hormoni sunt, de obicei, produși în hipotalamus și stocați în neurohipofiză până când sunt eliberați. Vasopresina sau hormonul antidiuretic (ADH) – acesta ajută corpul să conserve apa și să prevină deshidratarea. Oxitocina – acest hormon stimulează eliberarea laptelui matern. De asemenea, stimulează contracțiile uterului în timpul travaliului. Biochimie medicala  Osmolalitatea serica: Test medical Pregătire pacient – à jeun (pe nemâncate) sau postprandial; se evită consumul de alcool. Specimen recoltat – sânge venos. Recipient de recoltare – vacutainer fără anticoagulant cu/fără gel separator. Prelucrare necesară după recoltare – se separă serul prin centrifugare. Volum probă – minim 1mL ser. Cauze de respingere a probei – specimen hemolizat. Stabilitate probă – serul păstrat în tuburi închise ermetic este stabil 3 zile la 2-8°C. Metodă – osmometrie cu reducerea punctului de îngheţ (freezing point depression). Această metodă se bazează pe una din proprietăţile coligative ale soluţiilor – acele proprietăţi care sunt proporţionale cu concentraţiile molare ale substanţelor dizolvate – capacitatea lor de a scădea punctul de îngheţ al apei. Apa fără solviţi are punctul de îngheţ la 0°C; dacă se adaugă 1 mOsmol din orice soluţie la 1 kg de apă punctul de îngheţ al apei se va reduce cu 1.86°C. De exemplu, punctul de îngheţ al unei plasme normal este în jur de -0.521°C. Acesta corespunde unei osmolalităţi de 280 mOsmol/kg. Biochimie medicala  Osmolalitatea serica In mod normal, raportul dintre sodiul seric, în mEq/L, şi osmolalitate, în mosmol/kg, variază între 0.43-0.5. Raportul poate fi modificat de orice condiţie care afectează concentraţia serică de sodiu, precum şi de ingestia de substanţe toxice. Osmolalitatea serică reprezinta un factor important în evaluarea toxicologică şi monitorizarea pacienţilor comatoşi si creşte în: § hipernatremie, § deshidratare, § hiperglicemie, § hipercalcemie, § leziuni cerebrale, § tratament cu manitol, § azotemie, § ingestie de etanol, metanol, etilen glicol, § afecţiuni renale. Biochimie medicala  Osmolalitatea serica - afectiuni medicale Creşterea osmolalităţii serice, sodiu seric ↑ si gap osmolar normal: afecţiuni asociate cu hipovolemie şi hipernatremie, cum ar fi: diaree sau febra la copii, diureza osmotică însoţită de hiperglicemie, tulburări hipotalamice, diabet insipid de cauza centrala sau nefrogenic, boli caracterizate prin absenţa setei şi reducerea secreţiei de ADH. Creşterea osmolalităţii serice, sodiu seric ↓ sau normal şi gap osmolar normal: insuficienţa renală (uremia > 140mg/dL), coma hiperglicemică (glicemia > 600mg/dL), ingestia de alcool. Creşterea osmolalităţii serice, sodiu ↓ si gap osmolar crescut intoxicaţii cu etanol, metanol, şoc hemoragic posttraumatic, acidoza lactică1,5. Osmolalitatea serică scade în condiţii de hiperhidratare, hiponatremie si în cazul sindromului de secreţie inadecvată de hormon antidiuretic (SIADH) (apare cel mai adesea ca sindrom paraneoplazic al unui carcinom de pulmonar)1,5. Limite şi interferenţe : Scăderi ale gap-ului osmolar pot fi asociate cu: altitudinea, variaţii diurne cu retenţie nocturnă de apă, unele medicamente. Pe de altă parte, creşteri ale gap-ului osmolar pot fi întâlnite în: hipertrigliceridemie, hiperproteinemie, administrarea de substanţe de contrast.  Compozitia unor fluide administrate parenteral Fluid Compozitie Utilizare Serul fiziologic(NaCl 0.9%) Na+: 154 mmol/L Pierderi de lichide izotone Cl¯: 154 mmol/L Glucoza 5% Glucoza 278 mmol/L Pierderi de lichide hipotone* NaHCO3 1,26 % Na+: 150 mmol/L Acidoze metabolice severe HCO3¯: 150 mmol/L Solutie Ringer Na+: 147 mmol/L Inlocuirea pierderilor de K+: 4 mmol/L lichide in timpul interventiilor Ca2+: 2.25 mmol/L chirurgicale Cl¯: 156 mmol/L *desi solutia este izotona, datorita preluarii si consumarii rapide a glucozei de catre celule, se poate considera ca actioneaza ca solutie hipotona. Solutie izotonica: solutie cu aceeași concentrație moleculară și presiune osmotică; Solutie hipotonica: solutie care are o presiune osmotică inferioară altei soluții; Ser hipotonic = ser a cărui concentrație moleculară este inferioară celei sangvine. Acidoza metabolica – cresterea aciditatii plasmei Biochimie medicala