Экскреция как процесс саморегуляции организма, Биология

⇐ ПредыдущаяСтр 12 из 17Следующая ⇒

В процессе обмена веществ в органах и тканях образуются различные отходы, которые должны выводиться из организма.

Эти продукты образуются при распаде органических веществ: белков, нуклеиновых кислот, жиров и др.

Если они накапливаются свыше определенной концентрации, то возникает угроза нарушения нормального течения основных физиологических процессов.

Экскреция и дефекация. Выведение из организма ненужных ему веществ, продуктов обмена, которые могли бы привести к нарушению постоянства состава внутренней среды организма, называется экскрецией.

Экскреция – важный процесс, характерный для живых организмов. В той или иной мере экскреция способствует сохранению постоянства внутренней среды организма в условиях изменяющейся внешней среды.

Помимо «отходов», из организма выводятся также и другие вещества, например не образующиеся в самом организме. В этом случае речь идет не об экскреции, а о дефекации – удалении из организма балластных веществ (главным образом непереваренных остатков пищи), которые никогда не участвовали в обмене веществ.

Экскреция у растений. У растений экскреция осуществляется намного проще, чем у животных. Это объясняется различиями в физиологических процессах и образе жизни растений и животных. Зеленые растения в результате фотосинтеза образуют в нужном количестве все необходимые им органические вещества.

Например, в растении синтезируется столько белка, сколько его необходимо в данный момент. Растения никогда не синтезируют белок в избытке и поэтому очень мало выделяют продуктов обмена веществ, содержащих азот. В ходе обменных процессов у растений образуются основные конечные продукты: газообразный кислород, углекислый газ и вода.

Эти же продукты могут вновь использоваться как исходные вещества для реакций других процессов – фотосинтеза, дыхания. Единственный продукт, выделяемый растениями на свету в избытке,– это газообразный кислород.

Кислорода при фотосинтезе образуется гораздо больше, чем требуется растению для дыхания, поэтому избыток кислорода переходит из клеток в окружающую среду путем диффузии. Многие органические отходы обмена веществ откладываются у растений в омертвевших тканях (например, в древесине), а также в листьях и коре, которые периодически сбрасываются.

Подлежащие удалению вещества выносятся не только с опадающими листьями, но и с лепестками цветков, плодами и семенами, хотя экскреция не является главной функцией этих органов. У водных растений основная масса продуктов обмена веществ переходит путем диффузии непосредственно в окружающую водную среду.

Экскреция у животных. Возможным местом экскреции может быть любая проницаемая поверхность, которая напрямую связана с внешней средой.

К таким поверхностям относятся наружная плазматическая мембрана одноклеточных организмов, покровы низших беспозвоночных, мальпигиевы сосуды у паукообразных и насекомых; почки, жабры и кожа рыб; почки, легкие и кожа земноводных, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих.

Размножение организмов

Размножение – основное свойство живых организмов. Способность производить новое поколение особей того же вида является основным свойством живых организмов.

В процессе размножения происходит передача генетического материала от родительского поколения следующему, дочернему поколению, что обеспечивает воспроизведение признаков не только организмов данного вида, но и конкретных родительских особей.

Следовательно, размножение – необходимое условие непрерывности существования вида и преемственности последовательных поколений внутри вида. При определенных условиях размножение может существенно увеличить общую численность вида.

Таким образом, размножение – это присущее всем организмам свойство воспроизводить себе подобных, что обеспечивает непрерывность и преемственность жизни. Различают две формы размножения – бесполое и половое.

Бесполое размножение. О формах бесполого размножения вы узнали при изучении разделов «Растения» и «Животные». Напомним, что в бесполом размножении участвует обычно одна особь.

При бесполом размножении, как правило, образуются генетически идентичные потомки, а единственным источником генетической изменчивости служат случайные изменения (мутации). Высшие животные не способны к бесполому размножению.

Эта форма размножения широко распространена у растений, грибов, бактерий и некоторых примитивных животных.

Способы бесполого размножения. Существует несколько способов бесполого размножения: деление клеток, спорообразование, почкование, размножение фрагментами тела (фрагментация), вегетативное размножение.

Половое размножение. Половое размножение связано с образованием и слиянием половых клеток – гамет. При оплодотворении гаметы сливаются, образуя зиготу, из которой развивается зрелый организм.

Гаметы содержат одинарный (гаплоидный) набор хромосом (n), полученный ими в результате мейоза.

В зиготе благодаря оплодотворению восстанавливается диплоидный набор хромосом (2n) с новой комбинацией наследственных признаков.

Гаметы обычно бывают двух типов – мужские и женские, но некоторые примитивные организмы (например, многие одноклеточные водоросли) производят гаметы одного типа. Гаметы двух типов могут производить соответственно мужские и женские родительские особи. Но может быть и так, что у одной и той же особи имеются и женские, и мужские половые органы.

Виды, у которых существуют отдельно мужские и женские особи, называют раздельнополыми, таковы большинство животных. Среди покрытосеменных растений тоже встречаются раздельнополые виды.

Например, у однодомных видов растений мужские и женские цветки образуются на одном и том же растении (огурец, кукуруза), а у двудомных – одни растения несут только женские цветки, а другие – только мужские (остролист, облепиха).

Особые случаи полового размножения – партеногенез и гермафродитизм. Партеногенез (от греч. parthenos – девственница, genesis – происхождение).

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

1.5.5. Механизмы регуляции функций организма

Внимание! Материалы сайта предназначены исключительно для медицинских и фармацевтических работников и носят справочно-информационный характер.

ОК

Page 2

Листать назад Оглавление Листать вперед

В последнее время вновь возродился интерес к проблеме физиологических механизмов обработки информации в сознании. Из раздела 1.4.2 вы помните, что сознание (точнее, его алгоритмы) реализуется, опираясь на физиологию – материю. Как это происходит?

На ХХVI Международном психологическом конгрессе, состоявшемся в 1996 году в Монреале (Канада), проблеме сознания был посвящен специальный симпозиум “Нейрофизиология сознания”.

Одной из ключевых тем обсуждения явилась проблема связи информационной деятельности сознания с высокочастотной активностью мозга на частоте гамма-колебаний (35-120 Герц). Р. Ллинас (Llinas R.

) в своем докладе “Сознание и когерентная активность мозга” предложил модель работы сознания, основанную на синхронизации нейронной активности.

Он предположил, что когерентная электрическая активность части нейронной иерархической структуры мозга создает необходимое и достаточное условие для возникновения образа в сознании. Это происходит даже в том случае, если при этом процессе чувствительные окончания нейронов (рецепторы) не работают, например во время сновидений.

Когерентная электрическая активность части нейронной иерархической структуры мозга создает необходимое и достаточное условие для возникновения образа в сознании.

В основе этого явления лежит свойство анализаторов возбуждаться при возмущающих колебаниях, частота которых находится на уровне 40 Герц. Таким образом, высказанная в 50-х годах М.Н.

Ливановым идея о пространственной синхронизации ритмической активности мозга, как одном из механизмов обработки информации в сознании, получила новое развитие.

Представления о кооперативных функциях ансамблей нейронов основаны на синфазной нейронной активности в полосе гамма-колебаний.

Идею, заложенную в модели “временного связывания” нейронов в ансамбле через механизм их синхронизации при восприятии зрительного образа, разделяют многие исследователи (Crick F., 1990; Singer W., Crick F., 1995).

В. Зингер с коллегами из Института мозга им. Макса Планка во Франкфурте полагают, что колебания частотой 40 Герц могут синхронизировать импульсацию нейронов, реагирующих на различные аспекты воспринимаемого образа.

Сегмент 28. Саморегуляция многоклеточного организма

Как мы только что
видели, уже на клеточном уровне возникает
необходимость поддержания специфических
физико-химических условий, отличающихся
от условий окружающей среды.

У
многоклеточных организмов появляется
внутренняя среда, в которой находятся
клетки различных органов и тканей,
происходит усложнение и совершенствование
механизмов гомеостаза
.

В ходе эволюции
формируются специализированные органы
кровообращения, дыхания, пищеварения,
выделения и др., участвующие в поддержании
гомеостаза.

У морских беспозвоночных
имеются механизмы стабилизации объема,
ионного состава и рН жидкостей внутренней
среды. Для животных, перешедших к жизни
в пресных водах и на суше, а также у
позвоночных, мигрировавших из пресных
вод в море, сформированы механизмы
осморегуляции, обеспечивающие постоянство
концентрации солей внутри организма.

Наиболее совершенен
гомеостаз у млекопитающих, что способствует
расширению возможностей их приспособления
к окружающей среде.

В частности,
обеспечивается постоянство объема
крови и других внеклеточных жидкостей,
концентрации в них ионов, осмотически
активных веществ, постоянство рН крови,
состава в ней белков, липидов и углеводов.

У млекопитающих, а также у птиц, в узких
пределах регулируется температура тела
– их называют теплокровными животными.

Основную роль в
поддержании гомеостаза организма играют
нервная и гормональная системы
регуляции
(см. рис. 17 г).

Наиболее важную
интегрирующую функцию выполняет
центральная нервная система, особенно
кора головного мозга.

Большое значение
имеет ивегетативная нервная система,
в частности ее симпатический отдел –
система ганглиев (скоплений нервных
клеток), расположенных по бокам
позвоночника, в брыжейке и других частях
тела (например, солнечное сплетение).

Читайте также:  Вода в природе, Биология

Чувствительные нервные волокна охватывают
сетью все внутренние органы, кровеносные
сосуды, обеспечивая рефлекторную
взаимосвязь между ними.

Гормональная регуляцияобеспечиваетсясистемой эндокринных
желез
(от греческих endon – внутрь и krino
– выделяю) – желез внутренней секреции.

Центральная эндокринная железа – гипофиз
– находится в голове и имеет прямую связь
с головным мозгом (через посредство
гипоталамуса), а ее гормоны через кровь
воздействуют на все местные эндокринные
железы- такие как щитовидная, паращитовидная,
надпочечники, а также скопления
эндокринных клеток в поджелудочной и
слюнной железах, семенниках, яичниках,
тимусе, плаценте и даже в сердце, желудке,
кишечнике, почках. Выделяемые эндокринными
железами гормоны с током крови (гуморально)
распространяются ко всем органам-мишеням
и участвуют в регуляции их роста (см.
сегмент 25) и функционирования. Таким
образом, фактически благодаря связи
нервной и эндокринной систем осуществляется
единая нейрогормональная саморегуляция
организма.

В рамках данного
пособия придется ограничиться лишь
некоторыми примерами, демонстрирующими
нейрогормональную регуляцию, без
какой-либо претензии на комплексное
освещение вопроса.

Примером сложной
гомеостатической системы является
система обеспечения оптимального
артериального давления
.

Изменение
давления крови воспринимается
барорецепторами сосудов – чувствительными
нервными окончаниями, реагирующими на
растяжение стенок сосудов при изменении
внутреннего давления.

Сигнал передается
в сосудистые нервные центры, которые
обратным сигналом изменяют тонус сосудов
и сердечную деятельность. Одновременно
включается система нейрогормональной
регуляции и кровяное давление возвращается
к норме.

Интересна и показательна
регуляция пищевого поведенияу
позвоночных животных и человека (рис.
21). В гипоталамусе – отделе головного
мозга, ответственном за регуляцию
вегетативных функций и связующем нервную
и эндокринную системы (см. выше) – находятся
центры голода и насыщения.

В крови
голодного животного (или человека)
возникает недостаток глюкозы – простейшего
сахара (углевода), который всасывается
всеми клетками и расходуется для
получения энергии (см. сегмент 13). Низкая
концентрация глюкозы в крови приводит
к раздражению центра голода. По нервным
связям отдаются команды в мозг, на мышцы,
и организуется поиск пищи.

Когда пища
найдена, включаются механизмы питания,
пищеварения и всасывания продуктов в
кровь. При этом белки перевариваются
(расщепляются) до аминокислот, липиды
до жирных кислот, а сложные углеводы до
простых сахаров, в том числе глюкозы.

Концентрация глюкозы в крови растет,
что приводит к раздражению центра
насыщения, далее к подавлению аппетита
и прекращению питания. Когда глюкоза
расходуется, ее концентрация в крови
вновь понижается, отчего раздражается
центр голода. Цикл повторяется.

Поскольку
гипоталамус связан и с нервными центрами,
и со всей эндокринной системой, цикл
пищевого поведения синхронизирован
также с нервно-рефлекторной и гуморальной
регуляцией желез пищеварительного
тракта: выделяется слюна, желудочный
сок, ферменты поджелудочной железы и
кишечника, мобилизуется перистальтика.

Рис.
21

На основе процессов
саморегуляции происходит морфологическая
и функциональная гипертрофия органов
в ответ на усиление нагрузки, на инфекцию,
стрессовое воздействие
. В результате
постоянных тренировок увеличиваются
мышцы спортсмена, легкие ныряльщика.

Увеличение нагрузки по прокачиванию
крови ведет к гипертрофии сердца у
тучного человека. Увеличивается и печень
у больного человека. Характерная
функциональная реакция развивается в
ответ на гипоксию (недостаток кислорода):
учащение пульса и увеличение числа
эритроцитов, приводящие вместе к более
быстрому обороту газов через организм.

Или – реакция испуга, страха: выброс в
кровь стрессового гормона адреналина
ведет к повышению потребления кислорода,
повышению концентрации глюкозы в крови,
учащению пульса и мобилизации мышечной
системы – все для мобилизации организма
на оборону или избежание опасности.

Другие системы при этом угнетаются –
пропадают пищевые реакции, половые
рефлексы и др. После исчезновения
опасности все системы возвращаются в
норму.

Механизм обратной
отрицательной связи вовлечен в поддержание
постоянства числа клеток в обновляющихся
тканях
, таких как кровь, кишечный или
кожный эпителий (рис. 22). В этих тканях
имеется резерв недифференцированных
клеток (например, красный костный мозг
для крови), которые многократно делятся,
дифференцируются, работают, стареют и
отмирают.

Считают, что зрелые клетки
выделяют вещества, ингибирующие молодые
делящиеся клетки.

Выстраивается цепь
взаимозависимых реакций: при избытке
зрелых клеток продукция ингибитора
высока и размножение клеток подавляется;
уменьшение числа зрелых клеток в
результате их естественной гибели
сопровождается снижением концентрации
ингибитора в среде; блок клеточных
делений снимается; размножение молодых
клеток усиливается; число зрелых клеток
восстанавливается. Далее вновь возрастает
продукция ингибитора и цикл повторяется.
Общее число зрелых клеток в ткани
колеблется около некоторого среднего
уровня, резко не снижается и не повышается.
По механизму передачи сигнала здесь мы
имеем гуморальную систему, ингибитор
работает как внутритканевой «гормон».

Рис.
22

К числу регуляторных
систем, обеспечивающих внутреннее
постоянство организма, кроме нервной
и эндокринной, следует отнести иммунную
систему
, которая отслеживает и
поддерживает генетическую чистоту
внутренней среды и тканей организма,
устраняя проникшие вирусы, микробы или
собственные мутантные клетки. Состав
и принципы функционирования иммунной
защиты были рассмотрены в сегменте 18.
Теперь можно добавить, что сложный цикл
выработки неспецифических и специфических
защитных факторов (различных белков, в
том числе антител), их взаимодействие
с разнообразными чужеродными агентами
(антигенами) и восстановление нормальной
внутренней среды организма представляют
звенья саморегулирующегося механизма.
Это очень сложный, многокомпонентный
механизм, в котором не сразу видны
отдельные узлы саморегуляции, так как
над ними или параллельно с ними работают
другие управляющие механизмы.

Как и в случае с
внутриклеточной регуляцией, мы должны
заметить, что гомеостаз организма не бывает абсолютным.

Любые параметры:
температура тела, артериальное давление,
пищевое поведение, частота сердечных
сокращений, число клеток в ткани и многие
другие – находятсяв колебательном
режиме
.

Это вытекает из самой природы
механизма регуляции – прямая и обратная
связи замкнуты в цикл, на оборот которого
требуется определенное время. За это
время регулируемая система успевает
измениться в ту или иную сторону, что и
выражается в колебании ее параметров.

Но средний уровень параметра должен
соответствовать норме, а коридор его
колебаний не должен выходить за
физиологические пределы. Если это все
же происходит, говорят опатологических
(болезненных) отклонениях в состоянии
организма
.

Нормальные колебания
функциональных характеристик организма
происходят постоянно и называются
биоритмами.

Скорость синтеза
белков в клетке колеблется в околочасовом
(1,5 – 2 часа) ритме, большинство организменных
ритмов имеют околосуточную периодичность,
есть месячные, годичные и даже многолетние
ритмы.

Внутренний механизм, управляющий
ритмами, принято называть биологическими
часами, что подчеркивает связь биоритмов
с астрономическим временем. Но заметим,
что подавляющее большинство биоритмов
являются наведенными, они сформированы
под действием абиотических (небиологических)
ритмов внешней среды.

Это очевидно
связанные с вращением Земли околосуточные
ритмы, связанные с лунным циклом месячные
ритмы и т. д. Поэтому биоритмы могут
перестраиваться, и это происходит,
например, когда мы перелетаем с востока
на запад и наоборот.

Но для этого требуется
время, так как в один и тот же цикл
(особенно суточный) бывают включены и
жестко связаны друг с другом многие
частные ритмы. И вообще колебательное
состояние системы является наиболее
устойчивым. Именно поэтомуколебательное
состояние внутренней среды организма
выступает как важный фактор поддержания
гомеостаза
.

Гдз биология 8 класс пасечник, суматохин, калинова просвещение 2019-2020 задание: § 13 состав внутренней среды организма и её функции

На данной странице представлено детальное решение задания § 13. Состав внутренней среды организма и её функции по биологии для учеников 8 классa автор(ы) Пасечник, Суматохин, Калинова

§ 13. Состав внутренней среды организма и её функции

Стр. 60. Вспомните

№ 1. Какое значение для организма имеет окружающая среда?

Окружающая среда влияет на внешний вид: форму, размеры и даже расцветку организмов. У них формируются определенные приспособления для передвижения, ловли добычи, укрытия, а также особенности внутреннего строения (дыхание, пищеварение, сердечнососудистая система и т.д.), которые необходимы им для выживания в условиях определенной среды обитания.

№ 2. Какие структуры организма человека имеют непосредственный контакт с окружающей средой?

С окружающей средой непосредственный контакт имеют только кожные покровы человека.

№ 3. Что такое гомеостаз?

Гомеостаз – это физиологическое состояние живого организма, при котором он может сохранять постоянство своей внутренней среды путем поддержания динамического равновесия и скоординированных реакций.

Читайте также:  Рибонуклеиновые кислоты, Биология

Стр. 61. Вопросы после параграфа

№ 1. Почему кровь, лимфу и тканевую жидкость называют внутренней средой организма?

Внутренняя среда – это все жидкости в организме (лимфа, кровь, тканевая жидкость), окружающие живые клетки и обеспечивающие для и жизнедеятельности необходимые условия. Главной частью внутренней среды любого живого организма является межклеточное вещество, которого в соединительных тканях больше всего.

Лимфа, кровь и тканевая жидкость обеспечивают клетки организма всеми необходимыми веществами, поддерживают постоянство его физиологических процессов и удаляют продукты обмена. При этом каждая структура выполняет свой ряд функций:

  1. Кровь переносит кислород и углекислый газ, доставляет питательные вещества и выводит продукты обмена из тканей;

  2. Лимфа выполняет защитную функцию и действует по типу дренажа (возвращает тканевую жидкость в кровяное русло);

  3. Тканевая жидкость отвечает за связь клеток и крови (в клетки из тканевой жидкости поступают кислород и питательные вещества, которые кровь поставляет в ткани).

№ 2. Каковы основные функции крови?

К основным функциям крови относятся:

  1. Питательная – перенос к органам и тканям питательных веществ, которые поступают в организм с продуктами питания и усваиваются в кишечнике;

  2. Дыхательная – доставка кислорода от лёгких ко всем клеткам организма, а также выведение углекислого газа через лёгкие за пределы тела во внешнюю среду;

  3. Терморегуляционная – реагирует на понижение температуры окружающей среды и, нагреваясь, переносит тепло из печени и скелетных мышц к органам, которые нуждаются в обогреве (это может быть головной мозг, кожа и т.д.);

  4. Защитная – лимфоциты и антитела, которые содержатся в крови, оперативно реагируют на попадание в организм опасных веществ и микробов, уничтожая их и нейтрализуя их пагубное действие. Благодаря еще одному компоненту крови – тромбоцитам в местах повреждения сосудов образуются тромбы – сгустки крови, которые защищают организм от кровопотерь и препятствуют попаданию инфекций внутрь;

  5. Регуляторная – гормоны и прочие вещества поставляются по всему организму, тем самым обеспечивается постоянство его внутренней среды (химического и физического состояния) – гомеостаз;

  6. Выделительная – выведение продуктов обмена из тканей в почки и печень для дальнейшего выделения их во внешнюю среду;

  7. Транспортная – способность переносить вещества от одних органов к другим.

№ 3. Что представляет собой тканевая жидкость и какова её роль в организме?

В организме человека кровь движется только по кровеносным сосудам. Однако небольшая часть плазмы фильтруется под давлением через тонкие стенки капилляров.

В межклеточное пространство попадает и вода с растворенными в ней органическими и минеральными веществами. В результате образуется тканевая жидкость, которая является частью внутренней среды живого организма и имеет схожий с плазмой состав.

Тканевая жидкость служит передаточным звеном между кровью и клетками, которые она окружает. В клетки из тканевой жидкости поступают кислород и питательные вещества, которые кровью доставляются в ткани организма.

№ 4. Что такое лимфа и каковы её основные функции?

Из тканевой жидкости часть веществ переходит в слепозамкнутые лимфатические капилляры, образуя лимфу. Она является одним из важных составляющих компонентов внутренней среды живого организма и представляет собой прозрачную жидкость.

Лимфатические капилляры собраны в крупные лимфатические сосуды, в местах слияния которых образуются лимфатические узлы. Все это вместе образует целостную лимфатическую систему организма.

Лимфа выполняет защитную и транспортную функцию, а также выступает в роли дренажа, возвращая тканевую жидкость в кровяное русло и удаляя ее избыток в органах.

Стр. 61. Задание

Раскройте взаимосвязь между основными структурами, образующими внутреннюю среду организма человека.

Внутренняя среда организма человека представляет собой сочетание трех основных жидкостей, которые окружают клетки и тем самым обеспечивают для их жизнедеятельности необходимые условия.

К этим трем жидкостям относятся: кровь, лимфа и тканевая жидкость.

Они обеспечивают клетки организма необходимым веществами, поддерживая тем самым постоянство его химического состояния и физиологических функций.

Каждая из структур внутренней среды организма выполняет ряд специфических функций, которые взаимосвязаны между собой. Например, кровь отвечает за транспортную функцию – переносит кислород, питательные вещества к клеткам тканей, а забирает углекислый газ и продукты обмена. Тканевая жидкость связывает клетки и кровь. С ее помощью кровь доставляет в ткани питательные вещества и кислород.

Лимфа выполняет защитную функцию, а также функцию дренажа – возвращает тканевую жидкость в кровяное русло. Круг «кровь – тканевая жидкость – лимфа – кровь» выглядит таким образом: плазма, частично просачиваясь сквозь тонкие стенки капилляров, проходит в промежутки клеток и становится тканевой жидкостью. Ее избыток собирается в лимфатических сосудах (лимфа) и по ним попадает в кровь.

Стр. 61. Подумайте

Почему кровь считают символом жизни?

Потому что кровь в живом организме выполняет множество функция: дыхательную, питательную, терморегуляционную, выделительную, регуляторную, защитную и транспортную.

С ее помощью в клетки тканей и органов поступает кислород и необходимые для жизнедеятельности всего организма питательные вещества, а также осуществляется вывод продуктов обмена во внешнюю среду.

Благодаря этому организм существует и очищается, функционирует и полноценно живет.

Рис. 1. Гдз биология 8 класс пасечник, суматохин, калинова просвещение 2019-2020 задание: § 13 состав внутренней среды организма и её функции

Научный журнал Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований ISSN 1996-3955 ИФ РИНЦ = 0,564

1

Моррисон В.В. 1

Чеснокова Н.П. 1

Бизенкова М.Н. 1
1 ГБОУ ВПО «Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского» Минздрава России

1. Агапов Ю.Я. Кислотно-щелочной баланс. – М., 1968. – 184 с.
2. Войнов В.А. Атлас по патофизиологии. – М., 2004. – 218 с.
3. Гусев Г.П.

Роль почки в регуляции кислотно-щелочного баланса // Физиология почки: Руководство по физиологии. – Л., 1972. – С. 142–168.
4. Жалко-Титаренко В.Ф. Водно-электролитный обмен и кислотно-основное состояние в норме и патологии. – Киев, 1989.
5. Костюченко С.С. Кислотно-щелочной баланс в интенсивной терапии. – Минск, 2009. – 268 с.
6.

Лосев Н.И., Войнов В.А. Физико-химический гомеостаз организма // Гомеостаз / Под ред. П.Д. Горизонтова. – М., 1981. – С. 186–240.
7. Малышев В.Д. Кислотно-основное состояние и водно-электролитный баланс в интенсивной терапии: Учебное пособие. – М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2005. – 228 с.
8. Рут Г.

Кислотно-щелочное состояние и электролитный баланс. – М., 1978. 118 с.
9. Тавс Г. Газы крови и кислотно-щелочное равновесие // Физиология человека. Т.3 / Под ред. Р. Шмидта и Г. Тавса. – М., 1986. – С. 241–268.
10. Хейтц У., Горн М. Водно-электролитный и кислотно-основный баланс: краткое руководство. – М.: БИНОМ.

Лаборатория знаний, 2009. – 359 с.
11. Хруска К. Патофизиология кислотно-основного обмена // Почки и гомеостаз в норме и патологии. – М., 1987. – С. 170–216.

Кислотно-основное состояние (КОС) организма является одним из важнейших и наиболее строго стабилизируемых параметров гомеостаза.

От соотношения водородных и гидроксильных ионов во внутренней среде организма зависят активность ферментов, гормонов, интенсивность и направленность окислительно-восстановительных реакций, процессы обмена белков, углеводов и жиров, функции различных органов и систем, постоянство водного и электролитного обмена, проницаемость и возбудимость биологических мембран и т.д. Активность реакции среды влияет на способность гемоглобина связывать кислород и отдавать его тканям.

Активную реакцию среды принято оценивать по содержанию в жидкостях ионов водорода.

Величина рН является одним из самых «жестких» параметров крови и колеблется у человека в норме в очень узких пределах – рН артериальной крови составляет 7,35–7,45; венозной – 7,32–7,42. Более значительные изменения рН крови связаны с патологическими нарушениями обмена. В других биологических жидкостях и в клетках рН может отличаться от рН крови.

Сдвиги рН крови за указанные границы приводят к существенным сдвигам окислительно-восстановительных процессов, изменению активности ферментов, прницаемости биологических мембран, обусловливают нарушения со стороны функции сердечно-сосудистой, дыхательной и других систем; сдвиг на 0,3 может вызвать коматозные состояния, а на 0,4 – зачастую несовместим с жизнью.

Кислотно-основное состояние поддерживается мощными гомеостатическими механизмами. В их основе лежат особенности физико-химических свойств буферных систем крови и физиологические процессы, в которых принимают участие системы внешнего дыхания, почки, печень, желудочно-кишечный тракт и др.

Химические буферные системы образуют первую линию защиты против изменений рН жидкости организма, действуют для быстрого их предотвращения.

Читайте также:  Скелет и мускулатура млекопитающих, биология

Буферной системой называют смеси, которые обладают способностью препятствовать изменению рН среды при внесении в нее кислот или оснований.

Буферные системы не удаляют H+ из организма, а «связывают» его своим щелочным компонентом до окончательного восстановления КОС.

Буферными свойствами обладают смеси, которые состоят из слабой кислоты и ее соли, содержащей сильное основание, или из слабого основания и соли сильной кислоты.

Наиболее емкими буферными системами крови являются бикарбонатный, фосфатный, белковый и гемоглобиновый. Первые три системы особенно важную роль играют в плазме крови, а гемоглобиновый буфер, самый мощный, действует в эритроцитах.

В нормальных условиях (при рН крови около 7,4) в плазме бикарбоната в 20 раз больше, чем углекислоты.

Емкость бикарбонатной системы составляет 53 % всей буферной емкости крови. При этом на бикарбонат плазмы приходится 35 % и на бикарбонат эритроцитов 18 % буферной емкости.

До тех пор, пока количество угольной кислоты и бикарбоната натрия изменяется пропорционально и соотношение между ними сохраняется 1:20, рН крови остается в пределах нормы.

Фосфатный буфер представлен солями одно- и двузамещенных фосфатов. Фосфатная буферная система обеспечивает 5 % буферной емкости крови, является основной буферной системой клеток.

Однозамещенная соль обладает кислыми свойствами, так как при диссоциации дает ион , который далее способен выделять ион водорода: NаН2РО4 ⇒ Nа+ + ; ⇒Н+ + . Двузамещенный фосфат обладает свойствами основания, так как диссоциирует с образованием иона , который может связывать ион водорода: + Н+ ⇒ .

При нормальном рН в плазме соотношение фосфатных солей NаН2РО4: Nа2НРО4 = 1:4. Этот буфер имеет значение в почечной регуляции КОС, а также в регуляции реакции некоторых тканей. В крови же его действие главным образом сводится к поддержанию постоянства и воспроизводства бикарбонатного буфера.

Белковая буферная система является довольно мощным буфером, который способен проявлять свои свойства за счёт амфотерности белков. Белковая буферная система обеспечивает 7 % буферной емкости крови. Белки плазмы крови содержат достаточное количество кислых и основных радикалов, поэтому эта буферная система действует в зависимости от среды, в которой происходит диссоциация белков.

Гемоглобиновый буфер является самой емкой буферной системой. На ее долю приходится до 75 % всей буферной емкости крови. Свойства буферной системы гемоглобину придает главным образом его способность постоянно находиться в виде двух форм – восстановленного (редуцированного) гемоглобина ННb и окисленного (оксигемоглобина) НbО2.

Гемоглобиновый буфер, в отличие от бикарбонатного, в состоянии нейтрализовать как нелетучие, так и летучие кислоты. Окисленный гемоглобин ведёт себя как кислота, увеличивая концентрацию ионов водорода, а восстановленный (дезоксигенированный) – как основание, нейтрализуя H+.

Гемоглобин является классическим примером белкового буфера и эффективность его достаточно высока. Гемоглобин в шесть раз более эффективен как буфер, чем плазменные протеины.

  • Переход окисленной формы гемоглобина в восстановленную форму предупреждает сдвиг рН в кислую сторону во время контакта крови с тканями, а образование оксигемоглобина в легочных капиллярах предотвращает сдвиг рН в щелочную сторону за счет выхода из эритроцитов СО2 и иона хлора и образования в них бикарбоната.
  • Система аммиак/ион аммония (NH3/NH4+) – действует преимущественно в моче.
  • Помимо буферных систем в поддержании постоянства рН активное участие принимают физиологические системы, среди которых основными являются легкие, почки, печень, желудочно-кишечный тракт.

Система дыхания играет значительную роль в поддержании кислотно-щелочного баланса организма, однако для нивелирования сдвига рН крови им требуется 1–3 минуты.

Роль легких сводится к поддержанию нормальной концентрации углекислоты, и основным показателем функционального состояния легких является парциальное напряжение углекислого газа в крови.

Легочные механизмы обеспечивают временную компенсацию, так как при этом происходит смещение кривой диссоциации оксигемоглобина влево и уменьшается кислородная емкость артериальной крови.

При устойчивом состоянии газообмена легкие выводят углекислого газа около 850 г в сутки. Если напряжение углекислого газа в крови повышается сверх нормы на 10 мм рт. ст., вентиляция увеличивается в 4 раза.

Роль почек в регуляции активной реакции крови не менее важна, чем деятельность дыхательной системы. Почечный механизм компенсации более медленный, чем респираторный. Полноценная почечная компенсация развивается только через несколько дней после изменения pH.

Экскреция кислот при обычной смешанной пище у здорового человека превышает выделение оснований, поэтому моча имеет кислую реакцию (рН 5,3–6,5) и концентрация в ней ионов водорода примерно в 800 раз выше, чем в крови.

Почки вырабатывают и выделяют с мочой количество ионов водорода, эквивалентное их количеству, непрерывно поступающему в плазму из клеток организма, совершая при этом замену ионов водорода, секретируемых эпителием канальцев, на ионы натрия первичной мочи.

Этот механизм осуществляется с помощью нескольких химических процессов.

Первым из них является процесс реабсорбции натрия при превращении двузамещенных фосфатов в однозамещенные. При истощении фосфатного буфера (при рН мочи ниже 4,5) реабсорбция натрия и бикарбоната осуществляется за счет аммониогенеза.

  1. Второй процесс, который обеспечивает задержку натрия в организме и выведение излишка ионов водорода, – это превращение в просвете канальцев бикарбонатов в угольную кислоту.
  2. Третьим процессом, который способствует сохранению натрия в организме, является синтез в дистальных почечных канальцах аммиака (аммониогенез) и использование его для нейтрализации и выведения кислых эквивалентов с мочой.
  3. Образовавшийся свободный аммиак легко проникает в просвет канальцев, где, соединяясь с ионом водорода, превращается в плохо диффундирующий аммонийный катион , не способный вновь вернуться в клетку стенки канальца.
  4. В общем итоге концентрация водородных ионов в моче может превышать концентрацию водородных ионов в крови в несколько сотен раз.
  5. Это свидетельствует об огромной способности почек выводить из организма ионы водорода.
  6. Почечные механизмы регуляции КОС не могут скорректировать рН в течение нескольких минут, как респираторный механизм, но они функционируют в течение нескольких дней, пока рН не вернется к нормальному уровню.

Регуляция КОС с участием печени.

Печень окисляет до конечных продуктов недоокисленные вещества крови, оттекающей от кишечника; синтезирует мочевину из азотистых шлаков, в частности из аммиака и из хлорида аммония, поступающих из желудочно-кишечного тракта в кровь портальной вены; печени присуща выделительная функция и поэтому при накоплении в организме избыточного количества кислых или щелочных продуктов метаболизма они могут выделяться с желчью в желудочно-кишечный тракт. При избытке кислот в печени усиливается их нейтрализация и одновременно тормозится образование мочевины. Неиспользованный аммиак нейтрализует кислоты и увеличивает выведение аммонийных солей с мочой. При возрастании количества щелочных валентностей мочекинообразование возрастает, а аммониогенез снижается, что сопровождается уменьшением выведения с мочой аммонийных солей.

Концентрация водородных ионов в крови зависит также от деятельности желудка и кишечника. Клетки слизистой желудка секретируют соляную кислоту в очень высокой концентрации.

При этом из крови ионы хлора выделяются в полость желудка в соединении с ионами водорода, образующимися в эпителии желудка с участием карбоангидразы.

Взамен хлоридов в плазму в процессе желудочной секреции поступает бикарбонат.

Поджелудочная железа активно участвует в регуляции рН крови, так как она генерирует большое количество бикарбоната. Образование бикарбоната тормозится при избытке кислот и усиливается при их недостатке.

Кожа может в условиях избытка нелетучих кислот и оснований выделять последние с потом. Это имеет особое значение при нарушении функции почек.

Костная ткань. Это наиболее медленно реагирующая система. Механизм ее участия в регуляции рН крови состоит в возможности обмениваться с плазмой крови ионами Са2+ и Na+ в обмен на протоны Н+.

Происходит растворение гидроксиапатитных кальциевых солей костного матрикса, освобождение ионов Са2+ и связывание ионов НРО42– с Н+ с образованием дигидрофосфата, который уходит с мочой.

Параллельно при снижении рН (закисление) происходит поступление ионов H+ внутрь остеоцитов, а ионов калия – наружу.

Оценка кислотно-основного состояния организма

При изучении кислотно-щелочного баланса наибольшее значение имеет исследование крови. Показатели в капиллярной крови близки к показателям артериальной. В настоящее время показатели КОС определяют эквилибрационным микрометодом Аструпа.

Данная методика позволяет, помимо истинного рН крови, получить показатель напряжения СО2 в плазме (рСО2), истинный бикарбонат крови (АВ), стандартный бикарбонат (SB), сумму всех оснований крови (ВВ) и показатель дефицита или избытка оснований (ВЕ).

Библиографическая ссылка

Моррисон В.В., Чеснокова Н.П., Бизенкова М.Н. КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ СОСТОЯНИЕ. РЕГУЛЯЦИЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО ГОМЕОСТАЗА (ЛЕКЦИЯ 1) // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 3-2. – С. 270-273;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=6529 (дата обращения: 04.11.2021).

Ссылка на основную публикацию