Vérgázanalízis

Alapfogalmak pH = az artériás vér pH értéke PO2 = az artériás vér O2 nyomása Hgmm-ben (104-[0,27 X éves életkor]) PCO2 = az artériás vér CO2 nyomása (38-42 Hgmm) Hipoxia = csökkent O2 nyomás az alveolusokban, Iilletve szövetekben Hipoxémia = csökkent O2 nyomás (< 50 Hgmm) az artériás vérben

Az artériás vér élettani értékei pO2 = 80-100 Hgmm pCO2 = 35-45 Hgmm O2 szaturáció > 95 % O2 tartalom > 16 térfogat %

Hb O2 telítettség = x 100 Hb O2 kapacitás Hb O2 tartalom Hb O2 telítettség = x 100 Hb O2 kapacitás A Hb O2 telítettség (SO2) két legfontosabb szabályozója: az O2 parciális nyomása és a pH: O2 tenzió pH O2 telítettség Tüdő 100 Hgmm magasabb kb. 96% Szövetek 45 Hgmm alacsonyabb kb. 65%

O2 a plazmában és a vérben 100 ml plazma ~ 0,3 ml O2-t köt meg 100 ml vér ~ 21 ml O2-t köt meg 1 g Hb ~ 1,34 ml O2-t képes megkötni (a vér Hb koncentrációja kb. 14-16 g/dl)

HEM

How Do Myoglobin (Hemoglobin) Bind to Oxygen Lecture 25. Allosteric Regulation; Myoglobin and Hemoglobin 22 How Do Myoglobin (Hemoglobin) Bind to Oxygen Heme: prosthetic group Fe2+ Ferrous bind O2 Fe3+ Ferric not bind O2 O2 : the 6th ligand Deoxy: no displacement of Fe, fixed by His F8; dome shaped heme Oxy: displacement of Fe by O2; planar heme His E7 excludes CO binding Move down upon O2 binding His E7

How Do Myoglobin (Hemoglobin) Bind to Oxygen Lecture 25. Allosteric Regulation; Myoglobin and Hemoglobin 23 How Do Myoglobin (Hemoglobin) Bind to Oxygen Move down upon O2 binding His E7

How Do Myoglobin (Hemoglobin) Bind to Oxygen Lecture 25. Allosteric Regulation; Myoglobin and Hemoglobin 24 How Do Myoglobin (Hemoglobin) Bind to Oxygen Move down upon O2 binding His E7

How Do Myoglobin (Hemoglobin) Bind to Oxygen Lecture 25. Allosteric Regulation; Myoglobin and Hemoglobin 25 How Do Myoglobin (Hemoglobin) Bind to Oxygen Move down upon O2 binding His E7

How Do Myoglobin (Hemoglobin) Bind to Oxygen Lecture 25. Allosteric Regulation; Myoglobin and Hemoglobin 26 How Do Myoglobin (Hemoglobin) Bind to Oxygen

Structural Features of Hemoglobin Lecture 25. Allosteric Regulation; Myoglobin and Hemoglobin 30 Structural Features of Hemoglobin Myoglobin is a monomer. No allosteric effect. Hemoglobin is a tetrameric protein (a2b2), it is a classic example of allosteric proteins.

Another Cooperative Transition Model Whenever both alpha/beta dimers contain one or more oxygen the T-R transition occurs T to R Transition requires two oxygens bound, one to each alpha/beta dimer

A Bohr-effektus A vér pH savi irányban történő eltolódása csökkenti a hemoglobin O2 affinitását: HBO2 + H+ HBH+ + O2 (Tüdő) (Szövetek) A béta lánc His148 protonált formája és az Asp94 között a dezoxi Hb-ban sóhid alakul ki

Carbon dioxide effects

A 2,3-difoszfoglicerát (DPG) szerepe a Hb O2 kötésében Hb-DPG + 4 O2 Hb (O2)4 + DPG 2,3-DPG hatására csökken a Hb O2-affinitása

A szöveti hipoxia formái Hipoxémiás Stagnációs Anémiás Iszkémiás Hisztotoxikus

Szöveti hipoxia formái 1. Hipoxémiás hipoxia Az artériás vér O2-nyomása és -telítettsége alacsony. Ok: a levegő O2-tartalma alacsony (nagy tengerszínt feletti magasság, idegen gázok jelenléte), az alveoláris ventilláció és gázcsere zavarai. 2. Stagnációs hipoxia A kapilláriskeringés nagyfokú lassúbbodása (pl. sokk) miatt kevés O2 jut a szövetekhez. Ilyenkor az artériás vérben az O2-nyomás, -telítettség,-tartalom normális, de az igen alacsony vénás O2-nyomás jelzi a zavart. 3. Anémiás hipoxia Az artériás vér O2-telítettsége normális, de az O2- kapacitás és tartalom kisebb a vér alacsony Hb tartalma miatt. Hasonló eset következik be, ha a Hb egy része nem képes részt venni az O2 szállításban (pl. CO-mérgezés).

Az artériás vér O2-telítettsége normális, de az O2- 3. Anémiás hipoxia Az artériás vér O2-telítettsége normális, de az O2- kapacitás és tartalom kisebb a vér alacsony Hb tartalma miatt. Hasonló eset következik be, ha a Hb egy része nem képes részt venni az O2 szállításban (pl. CO-mérgezés). 4. Iszkémiás hipoxia A keringés részleges, vagy teljes megszűnésekor jön létre. 5. Hisztotoxikus hipoxia Az artériás vér O2-nyomása,-telítettsége,-tartalma normális, a légzőenzimek bénulása miatt azonban a szövetek nem képesek az O2-t felhasználni. Emiatt a vénás vér O2-nyomása magas (pl. ciánmérgezés). 6. Asphyxia, CO-mérgezés, methemoglobinémia, cianózis.

A széndioxid szállítása a vérben 1. Fizikálisan oldott formában (kb. 10%) 2. Bikarbonát formában (kb. 65%), 2/3-ad rész a vérplazmában,1/3-ad rész a vvs-ekben 3. Karbamino formában (kb. 25%) Hb-hoz kötve: R-NH-COO- + H+

A légzési státusz fő jellemzői: pO2, pCO2 A vér O2 szállító kapacitás jellemzői: hematokrit (Ht), oxigénszaturáció (SO2) A sav-bázis státusz fő jellemzői: pCO2, pH, HCO3- (számított) A szöveti O2 perfúzió státusz jellemzője: plazma tejsav koncentráció

A sav-bázis egyensúly szabályozása és annak zavarai

A sav-bázis egyensúly zavarai Vér pH Megjegyzés < 7,0 (acidózis) Halálhoz vezethet <7,3 (acidózis) Kóros tünetek 7,38 (7,35-7,42) Normál tartomány > 7,45 (alkalózis) > 7,7 (alkalózis)

A szervezetben előforduló savak Volatilis sav: H2CO3 (szénsav) Fix savak: kénsav, foszforsav Szerves savak: tejsav, ketosavak

Védelem a sav-bázis anyagcsere zavarai ellen Elsődleges védelem (pufferek): HCO3- (ec. folyadék) Fehérjék (Hb, albumin, globulinok) Foszfát ( ic. folyadék, vese, csontok) Másodlagos védelem: Tüdő Vese

A Henderson-Hasselbalch egyenlet [ HCO3] pH = 6,1 + log 0,03 x pCO2

A testfolyadékokban működő puffer rendszerek Figure 27.7

A szénsav-bikarbonát puffer rendszer működése Figure 27.9a, b

Aminósav pufferek működése Figure 27.8

A sav-bázis egyensúly zavarai Repiratorikus acidózis Respiratorikus alkalózis Metabolikus acidózis Metabolikus alkalózis

A sav-bázis anyagcsere zavarai és jellemző változások HCO3- PCO2 pH Metab. acidózis csökken Metab. alkakózis emelkedik Resp. Acidózis Resp. alkalózis

A szénsav-bikarbonát puffer rendszer működése acidózis esetén Figure 27.11a

A szénsav-bikarbonát puffer rendszer működése alkalózis esetén Figure 27.11b

Metabolikus acidózis kompenzálása Figure 27.13

Respiratorikus acidózis kompenzálása Figure 27.12a

pH szabályozás a vesében Figure 27.10a, b

pH szabályozás a vesében Figure 27.10c

Types of Acids in the Body Volatile acids: Can leave solution and enter the atmosphere. H2C03 (carbonic acid). Pco2 is most important factor in pH of body tissues.

Buffer Systems Provide or remove H+ and stabilize the pH. Include weak acids that can donate H+ and weak bases that can absorb H+. Does NOT prevent a pH change.

Chemical Buffers Act within fraction of a second. Protein. HCO3-. Phosphate.

Buffer Systems Provide or remove H+ and stabilize the pH. Include weak acids that can donate H+ and weak bases that can absorb H+. Does NOT prevent a pH change.

Proteins COOH or NH2. Largest pool of buffers in the body. pk. close to plasma. Albumin, globulins such as Hb.

HCO3- pk. = 6.1. Present in large quantities. Open system. Respiratory and renal systems act on this buffer system. Most important ECF buffer.

HCO3- Limitations Cannot protect ECF from respiratory problems. Cannot protect ECF from elevated or decreased CO2. Limited by availability of HCO3-.

Phosphates pk. = 6.8. Low [ ] in ECF, better buffer in ICF, kidneys, and bone.

Respiratory System 2nd line of defense. Acts within min. maximal in 12-24 hrs. H2CO3 produced converted to CO2, and excreted by the lungs. Alveolar ventilation also increases as pH decreases (rate and depth). Coarse , CANNOT eliminate fixed acid.

Urinary Buffers Nephron cannot produce a urine pH < 4.5. IN order to excrete more H+, the acid must be buffered. H+ secreted into the urine tubule and combines with HPO4-2 or NH3. HPO4-2 + H+ H2PO4-2 NH3 + H+ NH4+

A Diagnostic Chart for Acid-Base Disorders Figure 27.15

Renal Acid-Base Regulation Kidneys help regulate blood pH by excreting H+ and reabsorbing HC03-. Most of the H+ secretion occurs across the walls of the PCT in exchange for Na+. Antiport mechanism. Moves Na+ and H+ in opposite directions. Normal urine normally is slightly acidic because the kidneys reabsorb almost all HC03- and excrete H+. Returns blood pH back to normal range.

Reabsorption of HCO3- Apical membranes of tubule cells are impermeable to HCO3-. Reabsorption is indirect. When urine is acidic, HCO3- combines with H+ to form H2C03-, which is catalyzed by ca located in the apical cell membrane of PCT. As [C02] increases in the filtrate, C02 diffuses into tubule cell and forms H2C03. H2C03 dissociates to HCO3- and H+. HCO3- generated within tubule cell diffuses into peritubular capillary.

Acidification of Urine Insert fig. 17.28

Urinary Buffers Nephron cannot produce a urine pH < 4.5. In order to excrete more H+, the acid must be buffered. H+ secreted into the urine tubule and combines with HPO4-2 or NH3. HPO4-2 + H+ H2PO4- NH3 + H+ NH4+

Metabolic Acidosis Gain of fixed acid or loss of HCO3-. Plasma HCO3- decreases. PCO2 decreases. pH decreases.

Metabolic Alkalosis Loss of fixed acid or gain of HCO3-. Plasma HCO3- increases. PCO2 increases. pH increases.

Respiratory Acidosis PCO2 increases. Plasma HCO3- increases. pH decreases.

Respiratory Alkalosis PCO2 decreases. Plasma HCO3- decreases. pH increases.

Anion Gap The difference between [Na+] and the sum of [HC03-] and [Cl-]. [Na+] – ([HC03-] + [Cl-]) = 140 - (24 + 105) = 11 Normal = 12 + 2 Clinicians use the anion gap to identify the cause of metabolic acidosis.

Anion Gap In metabolic acidosis, the strong acid releases protons that are buffered primarily by [HC03]. This causes plasma [HC03-] to decrease, shrinking the [HC03-] on the ionogram. Anions that remain from the strong acid, are added to the plasma. If lactic acid is added, the [lactate] rises. Increasing the total [unmeasured anions]. If HCL is added, the [Cl-] rises. Decreasing the [HC03-].

Anion Gap in Metabolic Acidosis Salicylates raise the gap to 20. Renal failure raises gap to 25. Diabetic ketoacidosis raises the gap to 35-40. Lactic acidosis raises the gap to > 35 (>50). Largest gaps are caused by ketoacidosis and lactic acidosis.

Mechanism of T to R transition Molecules switched from T to R – Strong interactions between subunits have been broken. Distorted dome shape – 8 degree shift in F8 histidine Oxygen binding pulls the iron atom into the heme and flattens the dome – transition requires molecular rearrangements because Val FG5 and His F8 are too close to the heme Pulling the O2 a small distance – induces a large change in the surrounding structure – alpha/beta interfaces