1 CUPRINS 1.MEDIUL INTERN. SÂNGELE 1.1.Homeostazia celulară şi a mediului intern... 5 1.1.1.Homeostazia celulară... 5 1.1.1.1. Membrana celulară... 6 1.1.1.1.1.Canalele membranare...7 1.1.1.1.2.Proteinele transportoare...8 1.1.1.1.3.Receptorii membranari...9 1.1.1.1.4.Enzimele efectoare...10 1.1.1.1.5.Permeabilitatea membranei...10 1.1.1.1.6.Potenţialele de membrană...10 1.1.1.1.7.Transportul prin membrana celulară...12 1.1.1.1.7.1.Difuziunea simplă...12 1.1.1.1.7.2.Difuziunea facilitată...12 1.1.1.1.7.3.Difuziunea prin proteine canal...12 1.1.1.1.7.4.Transportul activ...13 1.1.2.Comunicarea intercelulară...13 1.2.Volumul şi compoziţia lichidelor organismului...14 1.2.1.Compartimentele lichidiene...14 1.2.2.Forţele care guvernează distribuţia apei...15 1.2.3.Schimburile dintre fluidul extra şi intracelular...16 1.2.4.Schimburile dintre plasmă şi fluidul interstiţial...16 1.2.5.Aportul şi eliminarea apei...17 1.3.Sângele...18 1.3.1.Funcţiile sângelui...18 1.3.2.Proprietăţile sângelui...18 1.3.3.Rolul sângelui în menţinerea echilibrului acido-bazic...18 1.3.4.Volemia...20 1.3.4.1.Hematocritul...21 1.3.4.2.Variaţiile volemiei...21 1.3.4.3.Reglarea volemiei...22 1.3.5.Compoziţia plasmei sanguine...23 1.3.5.1.Substanţele anorganice...23 1.3.5.2.Substanţele organice...25 1.3.5.2.1.Proteinele plasmatice...25 1.3.5.2.2.Substanţele azotate neproteice...27 1.3.5.2.3.Substanţele organice neazotate...27 1.3.5.2.3.1.Glucidele...27 1.3.5.2.3.2.Lipidele...28 1.3.6.Elementele figurate ale sângelui...29 1.3.6.1.Eritrocitele...30 1.3.6.1.1.Eritropoieza şi reglarea ei...30 1.3.6.1.2.Factorii adjuvanţi ai eritropoiezei...32 1.3.6.1.3.Caracteristicile morfofuncţionale ale eritrocitelor...33 1.3.6.1.4.Hemoliza şi aglutinarea. Grupele sanguine...35 1.3.6.1.5.Stabilitatea sângelui în suspensie...36 1.3.6.1.6.Hemoglobina...36 1.3.6.1.6.1.Structură. Biosinteză. Metabolism...36 1.3.6.1.6.2.Compuşii hemoglobinei...37 1.3.6.1.6.3.Curba de disociere a oxihemoglobinei...38 1.3.6.1.7.Transportul gazelor în sânge. Funcţia respiratorie a sângelui...39 1.3.6.1.7.1.Transportul O 2...39 1.3.6.1.7.2.Transportul CO 2...40 1.3.6.1.7.3.Schimbul de gaze la ţesuturi...40
2 1.3.6.2.Leucocitele...42 1.3.6.2.1.Clasificarea leucocitelor. Leucopoieza...42 1.3.6.2.2.Granulocitele polimorfonucleare...44 1.3.6.2.3.Monocitele...45 1.3.6.2.4.Limfocitele...45 1.3.6.2.5.Rolul leucocitelor în procesele de apărare...47 1.3.6.2.5.1.Mijloacele de apărare nespecifice...47 1.3.6.2.5.1.1.Fagocitoza...47 1.3.6.2.5.1.2.Inflamaţia...47 1.3.6.2.5.2.Mijloacele de apărare specifice...48 1.3.6.2.5.2.1.Imunitatea...48 1.3.6.2.5.2.2.Antigenele...49 1.3.6.2.5.2.3.Anticorpii...49 1.3.6.2.5.2.4.Răspunsurile imunologice mediate pe cale umorală...50 1.3.6.2.5.2.5.Răspunsurile imunologice mediate pe cale celulară...51 1.3.6.3.Trombocitele...52 1.3.6.3.1. Caracteristicile morfofuncţionale ale trombocitelor...52 1.3.6.3.1. Rolul trombocitelor în hemostază...54 1.3.7.Hemostaza. Coagularea. Fibrinoliza...56 1.3.7.1. Hemostaza...56 1.3.7.2. Coagularea...57 1.3.7.2.1. Factorii coagulanţi...57 1.3.7.2.2. Mecanismul coagulării...57 1.3.7.2.3. Factorii anticoagulanţi...58 1.3.7.3. Fibrinoliza...59 2.RESPIRATIA 2.1. Aspecte morfofuncţionale ale plămânilor...63 2.1.1. Căile aeriene...63 2.1.2. Alveolele pulmonare...64 2.1.3. Dezvoltarea plămânilor. Modificările postnatale...66 2.2. Respiraţia pulmonară...67 2.2.1. Ventilaţia pulmonară...68 2.2.1.1. Mişcările ventilatorii...68 2.2.1.2. Dinamica ventilatorie...69 2.2.1.2.1. Rezistenţele pulmonare...69 2.2.1.2.2. Variaţiile presiunilor în sistemul toraco-pulmonar...71 2.2.1.2.3. Lucrul mecanic ventilator...72 2.2.1.3. Volumele pulmonare statice...73 2.2.1.4. Debitele ventilatorii...74 2.3. Circulaţia pulmonară...77 2.3.1. Presiunile intravasculare pulmonare...78 2.3.2. Rezistenţa vasculară pulmonară...79 2.3.3. Fluxul sanguin pulmonar...79 2.3.4. Reglarea circulaţiei pulmonare...81 2.4. Difuziunea alveolo-capilară...81 2.5. Reglarea respiraţiei şi adaptarea ei în diferite condiţii...83 2.5.1. Centrii respiratori...84 2.5.1.1. Centrii bulbo-pontini...84 2.5.1.2. Centrii nervoşi superiori...86 2.5.2. Reflexele implicate în reglarea respiraţiei...86 2.5.2.1. Reflexele Hering-Breuer...86 2.5.2.2. Reflexul paradoxal Head...87 2.5.2.3. Reflexele proprioceptive...87 2.5.2.4. Reflexele chemoreceptoare...87 2.5.2.5. Reflexele respiratorii care acţionează tranzitor...88 2.5.3. Modificările respiratorii în efortul fizic...90 2.5.4. Respiraţia în hipobarism...91 2.5.5. Respiraţia în hiperbarism...93 2.5.6. Respiraţia periodică...95 2.5.7. Asfixia...95 2.5.8. Resuscitarea respiratorie...96
MEDIUL INTERN ŞI SÂNGELE 3
4
5 1.1.Homeostazia celulară şi a mediului intern Mediul intern constituie spaţiul înconjurător al celulelor din organism format din apă în care sunt dizolvate diferite substanţe organice şi anorganice. El ocupă cam 12-15% din volumul lichidian al organismului. Prin intermediul său se realizează schimburile de substanţe dintre sânge şi celule. Homeostazia constă în menţinerea constantă a proprietăţilor mediului intern pentru a permite activitatea normală a celulelor. Cronomul defineşte structura temporală a sistemelor biologice care este variabilă. Membrana celulară are o structură complexă lipido-proteică cu o permeabilitate selectivă şi cu importante funcţii în transportul substanţelor, recepţia unor semnale sau activitatea enzimatică. Canalele membanare sunt structuri proteice care ajută la transferul substanţelor prin membrană. Activitatea lor este dependentă de încărcarea electrică a membranei, de prezenţa unui ligand sau de distensia mecanică. O serie de substanţe pot bloca funcţionarea unui canal. Pompa de Na + -K + este o proteină membranară transportoare pentru schimbul împotriva gradientelor de concentraţie a 3 Na + contra 2 K + cu consum energetic oferit de ATP. Ea poate fi inhibată de glicozizii digitalici favorizând acumularea de Ca 2+ în celula miocardică a cărei forţă de contracţie creşte. Receptorii membranari sunt proteine care reacţionează cu molecule de semnalizare transmiţând informaţii celulelor. Cei mai cunoscuţi receptori sunt cei adrenergici (α şi β) activaţi de catecolamine (noradrenalină, adrenalină) şi cei colinergici (muscarinici şi nicotinici) activaţi de acetilcolină. Semnalele transmise celulelor iniţiază eliberarea în interiorul acestora a unui al 2-lea mesager care va influenţa activitatea enzimelor, a canalelor ionice, citoscheletul sau expresia genelor. Ca al 2-lea mesager acţionează camp, cgmp, Ca 2+, inozitol-trifosfatul, diacyl glicerolul. Enzimele efectoare sunt proteine membranare situate la interiorul celulelor care au rolul de a influenţa sinteza proteică. Astfel de enzime sunt adenilat ciclaza, guanilatciclaza, fosfolipaza C, protein kinazele A şi C. Comunicarea celulară se realizează prin mai multe mecanisme: -comunicarea neurală prin neurotransmiţători -comunicarea endocrină prin hormoni -comunicarea paracrină prin substanţe care acţionează asupra celulelor învecinate -comunicarea autocrină prin substanţele eliberate care acţionează asupra aceleiaşi celule. Potenţialele electrice celulare se datoresc repartizării ionilor de o parte şi de alta a membranei şi mişcărilor acestora prin canale. Potenţialul de repaus cu o valoare în jur de 90 mv se datoreşte în special K + pentru care membrana este mai permeabilă, iar cel de acţiune se datoreşte Na + care după excitarea celulei pătrunde masiv în interiorul acesteia producând depolarizarea. Refacerea electrică (repolarizarea) are loc prin activitatea pompei de Na + -K +. Transportul prin membrană poate fi pasiv în sensul gradientelor electrochimice (difuziunea simplă şi facilitată sau prin proteine canal) sau activ împotriva acestor gradiente şi care este posibil numai prin mecanisme consumatoare de energie. 1.1.1.Homeostazia celulară. Celula este unitatea funcţională a organismului, fiecare ţesut fiind format dintr-un mare număr de celule cu aceleaşi tipuri de funcţii precis delimitate. Studiile cu ajutorul microscopului electronic ca şi metodele de histochimie sau radioiziotopice au dezvăluit imensa complexitate structurală şi funcţională a celulelor. Celulele sunt elemente semiautonome ale unui ţesut, ele pot trăi în afara organismului numai dacă li se asigură un mediu înconjurător corespunzător, asemănător cu mediul lor natural. Mediul înconjurător al celulelor din organim, denumit de către Claude Bernard mediu intern, este format în cea mai mare parte din apă în care sunt dizolvate o mulţime de substanţe a căror concentraţie este remarcabil de constantă. Compoziţia mediului intern este menţinută prin variate procese fiziologice prin funcţia denumită de Walter Cannon homeostazie. Conceptul de homeostazie a mediului intern a căpătat azi un sens nou dată fiind
6 recunoaşterea unor limite mai largi ale normalităţii în cadrul existenţei cronomilor care definesc structura temporală a variabilelor sau sistemelor biologice. Aceştia sunt codificaţi genetic şi sunt sincronizaţi de ciclurile socio-ecologice putând fi modificaţi de numeroase procese endo sau exogene. Semnificaţia biologică ca şi proprietăţile algoritmice previzibile ale cronomilor sunt studiate de cronobiologie, ştiinţa care cuantifică şi investighează mecanismele biologice ale structurilor temporale, inclusiv manifestările ritmice ale vieţii. Intre celule şi mediul intern, reprezentat de lichidul extracelular, există un permanent schimb de substanţe ce are loc prin intermediul membranelor celulare. 1.1.1.1.Membrana celulară are o grosime de 7-10 nm şi o structură complexă lipidoproteică având o funcţie aparent contradictorie, aceea de a separa şi de a uni în acelaşi timp celulele între ele. Componentele principale ale membranei sunt lipidele şi proteinele a căror proporţie şi dispoziţie sunt variabile. Conform modelului mozaicului fluid, descris în anii 70 de către Singer şi Nicholson, proteinele membranare se inseră şi plutesc în stratul dublu lipidic de care sunt legate prin legături covalente. Suprafaţa externă a membranei este învelită de mucopolizaharide ce formează glicocalixul cu proprietăţi electrice negative. Stratul lipidic este reprezentat de fosfolipide, glicolipide şi colesterol, moleculele putânduşi schimba locul doar cu moleculele învecinate lateral, nu şi în sus şi în jos. Moleculele lipidice sunt amfipatice având o regiune polară hidrofilică spre partea ce se învecinează cu interiorul şi exteriorul celulei şi o regiune hidrofobică orientată spre interiorul membranei. Stratul lipidic este foarte stabil şi dacă este întrerupt are tendinţa rapidă de a se reface. Stratul lipidic dublu se poate închide el însuşi formând o veziculă sferică denumită lipozom. In interiorul celulelor există o reţea tridimensională de proteine ce formează citoscheletul şi care se ataşează de proteinele membranare contribuind la stabilitatea mecanică a celulei. Citoscheletul este alcătuit din 3 reţele independente: microtubulii, filamentele de actină şi cele intermediare. El participă la menţinerea formei celulelor, la transportul intracelular, la mişcarea celulară şi la dispunerea organitelor celulare. Membrana celulară nu este o structură rigidă ea având o fluiditate deosebită ce poate varia în funcţie de stările fiziologice, regimul alimentar, administrarea unor medicamente, factori fizici şi chiar în funcţie de diferitele zone ale membranei. Modificările fluidităţii pot influenţa activitatea celulară prin afectarea funcţiei unor componente membranare (enzime, canale, receptori). Din punct de vedere funcţional membrana celulară este o structură foarte dinamică datorită mai ales componentelor sale proteice. Unele proteine, în majoritatea cazurilor glicoproteine, sunt denumite proteine transmembranare sau integrale deoarece au porţiuni active la ambele extremităţi externă şi internă. Aceste proteine formează transportori care conduc diferite substanţe prin membrană sau canale ionice prin care pot trece anumiţi ioni. Alte proteine au numai câte o singură parte activă situată fie spre exterior, fie spre interior constituind receptorii pentru diferiţi mesageri (anticorpi, hormoni, neurotransmiţători, agenţi farmacologici), respectiv enzimele care activează sau inactivează intermediarii metabolici (FIG 1.1). Datorită receptorilor săi membrana celulară constituie un sistem de recepţie-transducţie a unor semnale sau mesaje ce ajung la nivel celular. In acest proces un rol important îl au proteinele G situate în zona internă a membranei şi denumite aşa din cauză că se leagă de guanin nucleotizi. Celulele pot influenţa caracteristicile homeostatice ale organismului prin intermediul unor mecanisme legate de permeabilitatea membranei, conţinutul intracelular sau transportul ionic care prezintă importante variaţii chiar în condiţii fiziologice. Membrana celulară are o permeabilitate selectivă şi pentru a o traversa substanţele trebuie să folosească diferite sisteme de transport formate de proteinele membranare. 1.1.1.1.1.Canalele membranare sunt structuri proteice care au un centru apos ce permite trecerea substanţelor fără a reacţiona cu acestea. Specificitatea transportului se realizează prin mărimea şi încărcătura substanţei, iar fluxul poate fi reglat prin închiderea sau deschiderea
7 FIG. 1.1. Structura schematică a membranei celulare. În stratul dublu lipidic se inseră molecule proteice care formează canale, transportori, receptori sau enzime căii de trecere. Unele canale sunt deschise permanent în timp ce altele prezintă nişte porţi care se deschid sau se închid în funcţie de potenţialul de membrană fiind deci voltaj dependente sau prin fixarea unui ligand extern (hormon, neurotransmiţător) sau intern (Ca 2+, camp). Există şi canale care se deschid în urma distensiei membranei denumite canale mecanosensibile operaţionale mai ales la nivelul celulelor miocardice sau ale vaselor. Au fost descrise şi caracterizate din punct de vedere chimic o serie de canale ionice cum ar fi cele pentru Na +, Ca 2+, K +, H +, Cl - etc. Un exemplu de canal ionic dependent de voltaj este canalul de Na + a cărui structură este acum cunoscută. El este format din proteine glicozilate compuse din mai multe peptide. Fiecare peptid este format la rândul său din 4 subunităţi similare care înconjoară porul apos ce străbate stratul fosfolipidic (FIG 1.2). Modelul de funcţionare al acestui canal implică prezenţa porţilor a căror deschidere şi închidere este influenţată de nivelul potenţialului electric al membranei şi realizează activarea sau inactivarea canalului (FIG 1.3.). Studiul funcţionării canalelor s-a realizat începând cu anii 80 folosind metoda de patch clamp voltage prin care o porţiune a membranei celulare ce conţine canalul este izolată cu ajutorul unei micropipete la care se aplică o uşoară sucţiune. Deschiderea şi închiderea canalului este realizată prin modificarea potenţialului electric al membranei (FIG 1.4.). Există substanţe care pot bloca funcţionarea unui canal. Astfel, tetrodotoxina blochează canalele de Na +, nifedipina, verapamilul şi diltiazemul blochează canalele de Ca 2+. Blocantele canalelor de Ca 2- sunt frecvent folosite în practica medicală în FIG 1.2. Canalul de Na + e constituit dintr-un lanţ polipeptidic care are 4 componente omoloage (I-IV) compuse la rândul lor din câte 6 elemente care traversează membrana. Activitatea canalului poate fi influenţată de fosforilarea proteinelor.
8 FIG. 1.3. Modelul unui canal ionic cu porţile de activare (A sau m) şi de inactivare (I sau h). Canalul se poate afla în mai multe stări în funcţie de starea porţilor: repaus cu porţile A închise şi I deschise, activitate cu ambele porţi deschise (porţile A se deschid rapid iar porţile I se închid lent), refacere în care porţile A se închid rapid iar porţile I se deschid lent tratamentul unor afecţiuni cardiovasculare. In contrast cu canalele, porii membranari prezenţi mai ales la nivelul joncţiunilor strânse dintre celule sunt mai mari şi se suprapun permiţând comunicarea directă dintre acestea. Proteinele ce alcătuiesc aceşti pori se numesc conexine. 1.1.1.1.2.Proteinele transportoare leagă ionii sau alte molecule şi îşi modifică configuraţia pentru a le transporta prin membrană. Mişcarea are loc pasiv în sensul gradientului electrochimic (cum este cazul difuziunii facilitate a glucozei) sau activ (ca o pompă) împotriva gradientului şi cu consum energetic realizat prin hidroliza ATP. Moleculele transportorului au în acest caz rolul unei enzime care catalizează hidroliza ATP, aşa cum este cazul ATPazei activată de Na + şi K + cunoscută şi ca pompa de sodiu-potasiu sau mai simplu pompa de sodiu. Pompa de sodiu este formată din 2 subunităţi α ce conţin locuri de fixare pentru ATP, metale alcaline sau glicozizii digitalici şi 2 subunităţi β, ambele alcătuite din glicoproteine. Subunităţile α constituie elementele catalitice responsabile de hidroliza ATP şi transportul Na + şi K + (FIG 1.5.). Inhibarea pompei de către glicozizii digitalici este folosită în terapeutică pentru efectele inotrop pozitive asupra miocardului produse prin creşterea influxului de Ca 2+ şi scăderea efluxului său, ca şi prin schimbul Na + -Ca 2+, ceea ce asigură mărirea concentraţiei sale intracelulare. Pompa de sodiu se găseşte în toate celulele şi are efect electrogenic sau reogenic pentru că schimbând 3Na + contra 2K + menţine diferenţa de potenţial între exteriorul şi interiorul celulei. Transportul activ la nivel celular este unul dintre principalele consumatoare de energie din organism. Canalele ionice dependente de un ligand funcţionează prin legarea reversibilă a unei substanţe (ligand) care le deschide sau le închide. Aceste canale au de fapt un rol de receptor şi se descriu canale dependente de ATP, Ca 2+, nucleotizi ciclici sau proteinele G. In cazul mişcărilor pasive sau facilitate realizate numai în sensul gradientului electro-chimic transportorul suferă şi el modificări conformaţionale reversibile prin legarea de substanţa de FIG. 1.4. Metoda patch clamp voltage. Micropipeta izolează o porţiune a membranei ce conţine un canal ionic a cărui activitate este urmărită prin înregistrarea curenţilor ionici în urma închiderii sau deschiderii canalului
9 FIG. 1.5. Pompa de Na + şi K + este formată din 2 perechi de subunităţi α şi ß. Prin schimbul activ susţinut prin hidroliza ATP se scot din celulă 3 Na + şi se introduc 2 K + realizându-se o acţiune electrogenică ce readuce potenţialul la valoarea de repaus. transportat. Viteza de transport cu ajutorul proteinelor transportoare este mai mică decât cea realizată prin canalele ionice. Apa se poate mişca liber prin membrana celulelor dar există şi canale speciale pentru transportul apei denumite aquaporine mai ales în anumite celule (eritrocite, endoteliul vascular, celulele alveolare pulmonare, tubii colectori renali). Mişcarea apei este guvernată de forţele osmotice. 1.1.1.1.3.Receptorii membranari sunt tot de natură proteică şi reacţionează cu diferiţi liganzi cu rol de molecule de semnalizare modificându-şi conformaţia şi transmiţând astfel informaţii celulelor. Se cunosc şi receptori situaţi în interiorul celulelor care reacţionează cu anumite substanţe cum sunt cei pentru hormonii steroizi sau tiroidieni. Unele molecule cu rol semnalizator pot trece cu uşurinţă prin membrană acţionând apoi asupra unor enzime specifice aşa cum este NO care prin guanilat ciclază induce formarea de cgmp. Liganzii sau moleculele de semnalizare care se leagă specific de un anumit receptor favorizându-i activitatea se numesc agonişti. Ei pot fi produşi în organism sau în afara lui, aceştia din urmă mimând mai mult sau mai puţin efectele primilor. Există şi liganzi care blochează activitatea receptorilor numiţi antagonişti care în marea lor majoritate sunt produşi în afara organismului. Atât agoniştii cât şi antagoniştii se dovedesc foarte utili în practica terapeutică. Se descriu numeroşi receptori ce pot fi caracterizaţi prin proprietăţile şi efectele stimulării lor. Cei mai cunoscuţi receptori sunt cei adrenergici clasificaţi în 2 mari tipuri (α şi β) asupra lor acţionând ca mediatori adrenalina şi noradrenalina şi receptorii colinergici (muscarinici şi nicotinici) având ca mediator acetilcolina. Efectele activării lor sunt multiple asupra inimii şi vaselor, ca şi asupra proceselor metabolice. Numărul receptorilor la nivelul unei celule nu este constant el putând scădea în anumite condiţii, cum ar fi excesul de molecule ale mesagerului (down regulation) sau putând creşte (up regulation) când mesagerul este în cantităţi mici. Aceste fenomene pot explica de ex. toleranţa faţă de unele substanţe cum ar fi morfina sau scăderea sensibilităţii la insulină în diabetul zaharat. Substanţele care joacă rolul de ligand au fost denumite cu termenul general de primul mesager şi ele induc după legarea cu receptorul eliberarea unui mediator intracelular denumit al 2-lea mesager care va modifica activitatea celulară prin influenţarea activităţii enzimatice, a canalelor ionice, a citoscheletului sau a expresiei genelor. Dintre substanţele care au acest rol amintim : camp, cgmp, Ca 2+, inozitol trifosfatul (IP3), diacylglicerolul (DAG) etc. 1.1.1.1.4.Enzimele efectoare localizate în interiorul celulei pe suprafaţa internă a membranei au un rol important în declanşarea răspunsului celular caracterizat în general prin modificarea sintezei proteice. Principalele enzime sunt adenilat ciclaza, guanilat ciclaza, fosfolipaza C, protein kinazele A şi C. 1.1.1.1.5.Permeabilitatea membranei celulare. Prin structura ei membrana celulară constituie o barieră în calea trecerii libere a diferitelor substanţe spre sau dinspre celulă. Stratul lipidic este uşor permeabil pentru apă, permeabilitatea pentru alte substanţe depinzând de mărimea, solubilitatea şi încărcarea lor electrică. Moleculele de N 2 sau O 2 care
10 FIG. 1.6. Repartizarea ionică inegală a ionilor în interiorul şi exteriorul celulei şi mişcările acestora în funcţie de gradientele electro-chimice sau activitatea pompelor ionice. sunt nonpolare, hidrofobe se dizolvă în stratul lipidic şi străbat cu uşurinţă membrana. Moleculele mici polare neîncărcate, hidrofilice (CO 2, uree) pot de asemenea difuza rapid prin stratul lipidic, în timp ce moleculele mari polare neîncărcate (glucoza) trec mult mai lent. Particulele încărcate electric au o difuziune foarte lentă, membrana fiind practic impermeabilă pentru anionii organici sau proteine. Membrana celulară se comportă deci ca o membrană semipermeabilă care lasă să treacă substanţele dintr-o parte în alta în mod selectiv şi numai în anumite condiţii. Această selectivitate stă la baza repartizării inegale a unor ioni în interiorul şi exteriorul celulei şi implicit a sarcinilor electrice. 1.1.1.1.6.Potenţialele de membrană. Datorită repartizării inegale a unor ioni de o parte şi de alta a membranei celulare (în exterior predomină Na + iar în interior K + ) (FIG 1.6.) ia naştere o diferenţă de potenţial de 70-90 mv ce constituie potenţialul de membrană sau de repaus. Acest potenţial se menţine constant atâta vreme cât celula nu este excitată. El a putut fi măsurat cu ajutorul microelectrozilor formaţi din pipete de sticlă umplute cu o soluţie de KCl cu un vârf cu diametrul de 1 µm ceea ce le permite străpungerea membranei fără a distruge celulele. Pornind de la potenţialul de repaus atunci când celula este excitată apare o variaţie de potenţial ce constituie potenţialul de acţiune. Dependenţa potenţialului de repaus de repartiţia ionică inegală de cele 2 părţi ale membranei celulare şi a celui de acţiune de mişcările ionice prin canalele membranare a putut fi demonstrată utilizând ioni radioactivi şi tehnica de menţinere a potenţialului de membrană la un nivel fix pentru o perioadă de timp, aşa numita metodă de clamp voltage. Fiind formată dintr-un strat dublu lipidic membrana celulară posedă o anumită capacitanţă şi rezistenţă. Prezenţa canalelor ionice care o străbat face posibilă modificarea rezistenţei şi conductanţei membranare. Conductanţa este dependentă de diferenţa de potenţial dintre exteriorul şi interiorul celulei care controlează funcţionarea canalelor dependente de voltaj. Orice modificare a sarcinilor electrice de la suprafaţa membranei (excitare electrică, medicamente, modificări de ph) va influenţa permeabilitatea membranei şi implicit curenţii ionici rezultaţi în urma mişcării ionilor purtători de încărcătură electrică. In repaus membrana este mai permeabilă pentru K + care tinde să părăsească celula conform gradientului său electrochimic participând astfel la menţinerea potenţialului de repaus. Dacă membrana este depolarizată prin aducerea de sarcini negative la suprafaţa celulei, diferenţa de potenţial transmembranar se reduce şi atunci când acesta atinge un anumit nivel, aşa numitul prag critic de depolarizare, se declanşează potenţialul de acţiune. El este iniţiat de pătrunderea masivă a Na + în celulă prin canalele de Na + a căror deschidere creşte permeabilitatea membranei pentru acest ion (FIG 1.7.). Pătrunderea Na + în celulă duce la inversarea polarizării de repaus astfel încât membrana devine negativă la exterior şi pozitivă la interior. Potenţialul variază brusc de la 90 mv la +30 mv cu o pantă de aprox. 1000 V.s -1. Urmează o reducere a curentului de Na + prin scăderea conductanţei pentru acest ion concomitent cu o creştere lentă a conductanţei pentru K + şi apariţia unui curent rectificator. Ca urmare K + va ieşi din celulă în timp ce pătrunderea Na + se
reduce tot mai mult. Aceasta contribuie la readucerea potenţialului de membrană la nivelul iniţial realizând repolarizarea. In afară de Na + şi K + în producerea potenţialului de acţiune mai participă şi alţi ioni mai ales Ca 2+ care posedă canale proprii cu o cinetică mai lentă. Canalele de Ca 2+ au o mare importanţă la celulele miocardice, în special la cele aparţinând sistemului nodal. Legarea Ca 2+ de porţiunea externă a canalelor de Na + este urmată de creşterea nivelului 11 FIG. 1.7. Aspectul potenţialului de acţiune (PA) al celulei nervoase concomitent cu variaţia conductanţei membranare (g) pentru Na + şi K + în funcţie de care au loc mişcările ionice prin activarea canalelor voltajului necesar pentru activarea acestora. Un deficit de Ca 2+ în mediul extracelular va creşte permeabilitatea canalelor de Na + ce se însoţeşte de hiperexcitabilitate neuromusculară cu apariţia crizelor de tetanie. Prin canale proprii cantităţi mici de Cl - părăsesc celulele, la fel ca şi în cazul K +, dar permeabilitatea pentru Cl - nu se modifică semnificativ în condiţii fiziologice. Alcoolul şi barbituricele pot influenţa canalele de K + activate de GABA la nivelul celulelor nervoase explicând efectele negative ale acestor substanţe asupra SNC, mai ales când ele sunt consumate împreună, cu atât mai mult cu cât alcoolul inhibă şi metabolizarea barbituricelor. Pentru readucerea celulei la situaţia electrică iniţială este necesară scoaterea Na + pătruns în celulă şi reintroducerea K + care o părăsise, procese realizate împotriva gradientelor electrochimice prin intervenţia pompei de Na + -K + cu consum energetic. 1.1.1.1.7.Transportul substanţelor prin membrana celulară. Prin funcţia sa de transport membrana celulară permite pătrunderea substanţelor necesare activităţii celulare şi ieşirea produşilor de metabolism sau a substanţelor care reprezintă mesageri pentru alte celule. Studiile privind transportul prin membrană s-au realizat utilizând metode radioizotopice, diferite tipuri de lipozomi sau modele membranare. Determinarea precisă a concentraţiei substanţelor intracelulare este îngreunată însă de faptul că acestea, inclusiv apa, pot exista în stare legată sau inactivă. Se descriu 2 mari tipuri de transport : -pasiv în sensul gradientelor electrochimice care nu necesită consum energetic -difuziunea simplă -difuziunea facilitată -difuziunea prin proteine canal -activ care necesită consum energetic -transport activ primar -transport activ secundar Din punct de vedere al mărimii particulelor transportate se poate vorbi de un micro şi de un macrotransfer. Fluxul reprezintă mişcarea unei substanţe spre interiorul sau exteriorul celulei şi el depinde
12 de gradientul electrochimic sau energia metabolică utilizată pentru transport. 1.1.1.1.7.1.Difuziunea simplă se realizează pentru unele substanţe uşor solubile în stratul lipidic care pot străbate direct membrana (O 2, CO 2, alcool). Difuziunea apei şi a substanţelor hidrosolubile se realizează prin porii existenţi în interiorul proteinelor transmembranare care constituie canalele pentru apă denumite aquaporine a căror structură a fost identificată recent. Existenţa unor gradiente de presiune hidrostatică sau osmotică la nivel membranar face ca apa să se mişte într-o cantitate mai mare decât prin difuziune simplă, fenomen cunoscut ca bulk flow. 1.1.1.1.7.2. Difuziunea facilitată. Unele substanţe (glucoza, aminoacizii), deşi nu sunt solubile în lipide, pot trece prin membrană conform gradientului de concentraţie dar numai cu ajutorul unui transportor de natură proteică. Moleculele acestor substanţe se leagă de proteina transportoare de o parte a membranei şi după traversare se desfac de aceasta. Rata difuziunii este cu atât mai mare cu cât gradientul este mai mare, dar numai până la ocuparea întregii capacităţi a transportorului, fenomen cunoscut sub denumirea de saturaţie. 1.1.1.1.7.3. Difuziunea prin proteine canal. Canalele membranare sunt selective în sensul că permit trecerea numai anumitor substanţe, deschiderea şi închiderea lor depinzând de încărcarea electrică a membranei sau de prezenţa unui ligand. In cazul în care proteina canal transportă o singură substanţă vorbim de uniport aşa cum este cazul canalelor de Na + sau K +. Dacă se transportă 2 substanţe vorbim de un transport cuplat care se poate realiza în aceeaşi direcţie (cotransport sau simport) sau în direcţii opuse (contratransport sau antiport). Schimburile Cl - -HCO 3 - sau Na + -H + joacă un rol important în menţinerea ph. 1.1.1.1.1.7.4.Transportul activ are loc împotriva gradientelor electrochimice necesitând consum energetic realizat prin hidroliza ATP şi prezenţa unui transportor reprezentat de o proteină membranară. El se caracterizează prin specificitate, saturaţie (în funcţie de numărul de molecule de transportor), inhibiţie competitivă sau necompetitivă realizată de substanţele care se pot lega şi ele de transportor. Un exemplu de transport activ este transportul Na + şi K + pentru restabilirea echilibrului forţelor electrice şi a potenţialului de repaus după activarea celulară. Energia necesară transportului este obţinută prin hidroliza ATP sub acţiunea ATPazei Na + -K + dependentă. Acest transport activ este denumit primar şi se mai întâlneşte şi în cazul transportului Ca 2+ şi H +. ATPaza afectează indirect şi transportul Ca 2+, un antiport existent la nivelul celulelor miocardice schimbă Ca 2+ din interior cu Na + din exterior într-un raport 1:2. In unele cazuri transportul activ al Na + este cuplat cu transportul altor substanţe (glucoza, aminoacizi) constituind aşa numitul transport activ secundar pentru că foloseşte energia stocată de gradientul de concentraţie al Na +. In cazul Ca 2+ acesta poate fi transportat împotriva gradientului său tot printr-un transport activ secundar (3 Na + sunt introduşi în celulă pentru fiecare Ca 2+ scos). Schimbul Na + -Ca 2+ este important pentru determinarea forţei de contracţie a miocardului care este dependentă de cantitatea de Ca 2+ intracelular. Pompa de Na + -K + are rol şi în menţinerea volumului celular, în absenţa activităţii acesteia Na + şi Cl - vor pătrunde în celule antrenând şi pătrunderea apei prin osmoză ceea ce duce la umflarea lor. Translocaţia de grup constituie un tip de transport activ în care molecula transportorului se leagă de cea a moleculei de transportat cu care formează un nou compus după transport. Conform efectului Donnan distribuţia ionilor difuzibili de o parte şi de alta a membanei este influenţată şi de prezenţa ionilor nedifuzibili (proteine, fosfaţi organici) care nu pot traversa membrana. Macrotransferul se referă la transportul unor molecule sau particule mari. El se poate realiza spre interiorul celulei sub forma endocitozei (fagocitoza pentru particule solide şi pinocitoza pentru picăturile lichide), spre exteriorul celulei sub forma exocitozei (eliberarea unor produşi celulari cum ar fi hormonii şi neurotransmiţătorii) sau traversând celula sub forma
13 transcitozei. 1.1.2.Comunicarea intercelulară se realizează în general cu ajutorul mesagerilor chimici prin 3 mecanisme principale: -comunicarea neurală în care acţionează neurotronsmiţătorii eliberaţi la nivelul sinapselor -comunicarea endocrină în care acţionează hormonii secretaţi de glandele endocrine ajunşi la celule pe cale sanguină -comunicarea paracrină în care produşii celulari difuzează în lichidul extracelular influenţând celulele învecinate situate la o distanţă nu prea mare. In unele situaţii celulele secretă mesageri chimici care se fixează de receptorii aceleiaşi celule realizând o comunicare autocrină. In diferitele părţi ale organismului un mesager chimic poate acţiona ca un neurotransmiţător, ca un mediator paracrin, sau ca un hormon eliberat în sânge de la nivel neuronal sau al celulelor glandulare. Mesagerii chimici pot fi peptide, proteine, aminoacizi, amine sau steroizi. 1.2.Volumul şi compoziţia lichidelor organismului. Corpul unui adult conţine cam 60% apă din care 40% în compartimentul intracelular şi 20% în cel extracelular Presiunea osmotică defineşte excesul de presiune care trebuie aplicată unei soluţii separată de solventul său printr-o membrană semipermeabilă pentru a împiedica trecerea solventului în soluţie. Ea guvernează distribuţia apei în celule şi spaţiul interstiţial. Are o valoare de 7.6 atm la temperatura corpului (5500 mmhg) ce corespunde cam la 300 mosm. Osmolul se defineşte drept cantitatea de substanţă în grame care dizolvată în 1 L apă dezvoltă o presiune de 1 atm. O soluţie izotonică sau fiziologică dezvoltă aceeaşi presiune osmotică cu a lichidelor din organism şi poate fi obţinută prin dizolvarea a 9 g CLNa în 1 L apă. Presiunea coloidosmotică sau oncotică este presiunea realizată de proteinele plasmatice, în special albumine, care formează soluţii coloidale. Are o valoare în jur de 25 mmhg. Edemul constă în acumularea de lichid în spaţiul interstiţial şi se poate datora: -creşterii presiunii hidrostatice în capilare -scăderii presiunii coloidosmotice a plasmei -creşterii permeabilităţii capilare -obstrucţiei sau distrugerii limfaticelor. Necesarul de apă al unui adult este de 30-40 ml/kg în 24 ore. Setea este senzaţia subiectivă care impune consumul de apă. In producerea ei sunt implicaţi centri setei situaţi în hipotalamus care primesc informaţii de la diferiţi receptori privind starea de hidratare a organismului. Echilibrul hidroelectrolitic este menţinut prin intervenţia a numeroşi hormoni (antidiuretic, natriuretic, sistemul renină-angiotensină-aldosteron). Apa este principala componentă a materiei vii, atât cantitativ cât şi prin proprietăţile sale. Ca solvent apa are un rol fundamental în reacţiile biochimice, un mare număr de substanţe fiind solubile în apă direct, prin emulsificare sau prin combinarea cu substanţe hidrofilice. Având o căldură specifică şi latentă mari apa poate acumula o însemnată cantitate de căldură care se poate pierde apoi prin evaporare contribuind la menţinerea temperaturii corporale. Corpul unui bărbat adult conţine cam 60% apă, la femei conţinutul fiind de doar 50% din cauza existenţei unei cantităţi mai mari de grăsime săracă în apă. La nou născut conţinutul de apă poate atinge 80-85%. Există deci variaţii importante legate de vârstă şi sex (Tabel I).
14 Conţinutul în apă al diferitelor organe este variabil, cel mai ridicat procentaj avându-l ţesuturile active (muşchi, plămâni, creier) iar cel mai sărac ţesuturile osos şi grăsos. Dacă considerăm masa slabă adică greutatea corporală fără grăsime, conţinutul în apă atinge 73%. 1.2.1.Compartimentele lichidiene. Cantitatea de 60% apă este distribuită în organism în 2 compartimente principale: -intracelular (40%) -extracelular(20%) Compartimentul extracelular formează mediul intern şi este format din plasmă (5%), limfă, lichid interstiţial (12-15%), lichid transcelular (1-3%) (FIG 1.8.). Lichidul interstiţial aflat în afara celulelor este un ultrafiltrat plasmatic sărac în proteine organizat sub forma unui gel în interiorul acestuia existând fibre de colagen, filamente de proteoglicani şi vezicule ce conţin lichid liber. În cursul edemului proporţia acestor vezicule pline cu lichid creşte semnificativ. Între gel şi vezicule are loc un permanent schimb de substanţe (apă, electroliţi, nutrimente, O 2, CO 2 ) prin mecanisme de difuziune. Presiunea subatmosferică a lichidului interstiţial contribuie la menţinerea coeziunii unor ţesuturi. Organizarea complexă a lichidului interstiţial este importantă deoarece nu permite deplasarea lichidelor spre părţile declive ale corpului. Lichidul transcelular, aflat în cantităţi mai mari sau mai mici, este conţinut în tubii renali, intestin, lichidul cefalo-rahidian, lichidul intraocular, cavităţile pleurală şi peritoneală. Acumularea de cantităţi semnificative de lichid în unele din aceste teritorii este posibilă în situaţii patologice (peritonite, pleurezii). Aprecierea volumului total al apei, ca şi al celui din diferitele compartimente se poate face prin metode de diluţie folosind substanţe ca apa grea, oxidul de tritiu pentru apa totală, inulina, manitol pentru volumul extracelular, coloranţi, izotopi radioactivi pentru volumul plasmatic. 1.2.2.Forţele care guvernează distribuţia apei. Apa se poate mişca liber între diferitele compartimente lichidiene care sunt separate prin membrane semipermeabile. Forţele implicate în mişcarea apei sunt reprezentate de presiunea hidrostatică (ce acţionează mai ales la nivelul vaselor) şi cea osmotică. Presiunea osmotică este definită ca excesul de presiune ce trebuie aplicat unei soluţii separată de solventul său printr-o membrană semipermeabilă pentru a împiedica trecerea acesteia în soluţie (FIG 1.9.). Deoarece presiunea osmotică depinde de numărul de particule existente în soluţie substanţele ionizabile care au un număr de particule mai mare decât numărul de mole-cule dezvoltă la concentraţii egale o presiune osmotică mai mare decât cele neionizabile. Presiunea osmotică a unei soluţii ce conţine 1 mol de substanţă neionizabilă în 1 L apă este de 22.4 atm la 0 o C şi 25.5 atm la temperatura corpului (38 o C). Se numeşte osmol (Osm) cantitatea de substanţă în grame care la 0 o C produce o presiune de 22.4 atm. Având în vedere că în organism concentraţiile substanţelor se exprimă în mmol folosim pentru presiunea osmotică mosm. De menţionat că se folosesc 2 termeni pentru a exprima cam acelaşi lucru: osmolaritatea care se referă la numărul de particule osmotic active la L de soluţie şi osmolalitatea care se referă la numărul de particule la L de solvent. Lichidele din organism nu formează soluţii ideale deoarece numărul de particule libere care exercită efecte osmotice este mai mic din cauza existenţei interacţiunii dintre ioni şi a formelor legate care nu formează soluţii. TABEL I. Apa totală în % din greutatea corporală în funcţie de vârstă şi sex
15 1.2.3. Schimburile dintre fluidul extra şi intracelular. Aceste schimburi au loc prin membranele celulare semipermeabile. Cu toată compoziţia ionică diferită a fluidelor intra şi extracelular presiunea lor osmotică nu diferă prea mult. Se numeşte soluţie fiziologică sau izotonică o soluţie care are aceeaşi presiune osmotică cu a lichidelor din organism, în jur de 300 mosm/l. corespunzând unui punct crioscopic de 0 o.56 C. La temperatura corpului se realizează o presiune osmotică aprox de 5500 mmhg sau 7.6 atm. Deoarece în organism principalul ion cu acţiune osmotică este Na + putem realiza soluţii izotonice folosind 9 g ClNa/L. O soluţie cu o presiune osmotică mai mare se numeşte hipertonă, iar o soluţie cu o presiune mai mică-hipotonă. Suspendate în soluţii hipertone celulele vor pierde apă, în timp ce în soluţii hipotone vor câştiga apă, starea de hidratare a acestora depinzând deci de variaţiile presiunii osmotice. Presiunea osmotică ce guvernează repartizarea apei în organism nu reprezintă o forţă prin care moleculele de apă tind să scape din interiorul corpului, ele fiind de fapt atrase unele de altele anihilând forţa de scăpare. Astfel, deşi de o parte şi de alta acţionează forţe uriaşe de câteva atmosfere, diferenţa dintre ele este mică aceasta fiind cauza difuziunii nete a moleculelor de apă într-o anumită direcţie. 1.2.4.Schimburile dintre plasmă şi fluidul interstiţial au loc prin intermediul pereţilor vaselor capilare alcătuiţi dintr-o membrană care spre deosebire de cea celulară este mai permeabilă pentru majoritatea ionilor şi a moleculelor mici, dar relativ impermeabilă pentru proteine. Datorită acestui fapt în comparaţie cu presiunea hidrostatică, cea osmotică are o importanţă relativ redusă în aceste schimburi, exceptând presiunea osmotică realizată de proteinele plasmatice numită presiune coloidosmotică sau oncotică. Starling în 1896 interpretează schimburile de lichide dintre plasmă şi fluidul interstiţial ca o interrelaţie între presiunile hidrostatică şi oncotică la capetele arterial şi venos ale capilarelor (FIG 1.10). Există însă o mare variabilitate a acestor presiuni în capilarele din unele regiuni sau chiar la acelaşi vas în diferite condiţii. Proteinele care scapă prin peretele capilar ar putea duce la modificarea presiunii coloidosmotice tisulare dacă nu ar fi reintroduse în circuitul sanguin prin intermediul limfaticelor. FIG. 1.9. Presiunea osmotică este dată de numărul particulelor aflate aflate într-o soluţie separată de solvent printr-o membrană semipermeabilă care nu permite particulelor să treacă în compartimentul solventului
16 FIG. 1.10. Schimbul de lichide la nivelul capilarelor conform ipotezei lui Starling. Apa trece în spaţiul interstiţial la capătul arterial al capilarului şi se reîntoarce la capătul venos ca urmare a interrelaţiei dintre presiunile hidrostatică şi coloidosmotică Lichidul care nu este reabsorbit la capătul venos al capilarului este reintrodus în circulaţie prin intermediul vaselor limfatice Tulburările locale ale acestor mecanisme de schimb pot duce la acumularea de lichid în spaţiul interstiţial respectiv cu apariţia edemului. Astfel de tulburări sunt cauzate de: -creşterea presiunii hidrostatice -scăderea presiunii coloidosmotice -creşterea permeabilităţii capilare -obstrucţia sau distrugerea limfaticelor Edemele pot avea drept cauză şi tulburări generale în eliminarea apei şi electro-liţilor sau în tulburările hemodinamice ce însoţesc afecţiunile renale sau cardiace. O menţiune specială trebuie făcută p e n t r u e d e m u l p u l m o n a r c a u z a t d e creşterea presiunii hidrostatice din capilarele pulmonare cu trecerea de lichid în spaţiul alveolar ceea ce afectează serios oxigenarea sângelui punând în pericol viaţa. Creşterea presiunii trebuie să fie însă importantă pentru a o depăşi pe cea coloidosmotică (25 mmhg), presiunea hidrostatică normală în capilarele pulmonare fiind de doar 7 mmhg faţă de cei 30 mmhg din celelalte capilare. 1.2.5.Aportul şi eliminarea apei. In mod normal organismul elimină mari cantităţi de apă în funcţie de activitatea depusă, alimentaţie sau factori climatici, echilibrul fiind menţinut doar în cazul unui aport corespunzător. Necesarul de apă al unui adult este de aprox 30-40 ml/kg în 24 de ore, în timp ce la copii el este de 3-4 ori mai mare. Pierderea unei cantităţi de apă ce depăşeşte 15% din greutatea corporală poate produce moartea, pericolul deshidratării fiind mai mare la copii şi bătrâni care nu-şi pot lua singuri apa necesară (TABEL II). Senzaţia subiectivă care activează dorinţa de a ingera apă este setea. Mecanismul producerii acesteia este complex la apariţia sa contribuind uscarea mucoaselor cavităţii bucale şi a faringelui, creşterea concentraţiei electroliţilor din lichidul extracelular, deshidratarea celulară. Senzaţia de sete apare astfel în urma unui aport redus de apă, a administrării de soluţii hipertonice, ingerarea de alcool, în hemoragii. La om aportul de lichide nu este legat numai de senzaţia de sete, ci şi de o serie dee factori emoţionali, de mediu, sociali sau culturali. In general omul care are la dispoziţie apă din belşug bea mai mult decât ar avea nevoie pentru menţinerea echilibrului său hidric. Ingerarea de apă sau distensia gastrică reduce imediat senzaţia de sete deşi echilibrul nu s-a restabilit. Faptul este explicat prin necesitatea opririi ingerării unei cantităţi prea mari de apă odată. Reglarea aportului şi a eliminării de apă se realizează prin mecanisme neuro-umorale în care intervin osmoreceptorii periferici sau centrali alături de receptorii de distensie cardiovasculari. Informaţiile sunt prelucrate de către centri nervoşi ai setei situaţi în hipotalamusul antero-lateral. Numeroşi hormoni (antidiuretic, atrial natriuretic, sistemul renină-angiotensinăaldosteron) care au mecanisme proprii de control intervin de asemenea în reglarea echilibrului hidroelectrolitic. Substanţele colinergice, dopamina sau PGE induc senzaţia de sete. 1.3.Sângele
17 Sângele are mai multe funcţii: respiratorie, nutritivă, excretorie, menţinerea echilibrului hidroelectrolitic şi acido-bazic, conexiunea organelor pe cale umorală, apărarea organismului având rol şi în termoreglare şi hemostază. ph sângelui este alcalin (7.38) se menţine prin funcţiile respiratorie, renală, hepatică, digestivă sângele intervenind prin sistemele tampon. Principalele sisteme tampon ale sângelui HCO 3 Na/HCO 3, HPO 4 Na 2 /H 2 PO 4 Na, sistemele proteice plasmatice şi eritrocitar (hemoglobina). Cel mai important sistem tampon este sistemul HCO 3 Na/HCO 3 H (bicarbonat standard) ce totalizează 22-27 meq/l Acidozele şi alcalozele sunt devieri de la echilibrul acido-bazic ce pot fi produse prin tulburări respiratorii sau metabolice. 1.3.1.Funcţiile sângelui. Sângele este considerat un ţesut lichid care asigură celulelor organismului materialele necesare activităţii lor normale, concomitent cu eliminarea produşilor de metabolism proveniţi din această activitate. Sângele participă la realizarea mai multor funcţii: -funcţia respiratorie (transportul O 2 şi CO 2 ) -funcţia nutritivă (transportul glucidelor, aminoacizilor, grăsimilor) -funcţia excretorie (transportul produşilor de catabolism) -menţinerea echilibrului hidroelectrolitic şi al ph -conexiunea pe cale umorală a diferitelor ţesuturi şi organe -funcţia de apărare prin anticorpi şi mecanismele imunologice celulare -funcţia hemostatică -participă la termoreglare 1.3.2.Proprietăţile sângelui. Culoarea roşie a sângelui se datoreşte hemoglobinei din hematii. Sângele oxigenat are o culoare roşie vie dată de oxihemglobină, în timp ce sângele venos ce conţine hemoglobină redusă are o culoare roşie violacee. Densitatea în jur de 1055 şi vâscozitatea în jur de 4.5 sunt ceva mai mari la bărbaţi din cauza unui număr mai mare de eritrocite. O vâscozitate normală este un element important pentru circulaţia sângelui, inima funcţionând optimal numai când vâscozitatea este menţinută în limite normale. 1.3.3.Rolul sângelui în menţinerea echilibrului acido-bazic. Noţiunea de ph introdusă în 1909 de Sorensen defineşte potenţialul ionilor de hidrogen ca logaritmul cu semn schimbat al concentraţiei acestora. O soluţie neutră are ph de 7 având în vedere că un litru de apă conţine 10-7 ioni grame de hidrogen şi tot atâţia ioni grame de OH. ph sângelui este uşor alcalin 7.38 (7.35-7.40) ceea ce corespunde la o concentraţie de 41.7 nmol/l H +. Sângele arterial este mai alcalin în timp ce sângele venos este mai acid din cauza metaboliţilor acizi, limitele compatibile cu viaţa fiind 7.8-6.8. Faţă de aceste valori ph altor lichide biologice variază destul de mult: sucul gastric 1.5-3.0, sucul pancreatic 7.8-8.0, saliva 6.4-7.0, urina 5.0-8.0, în timp ce ph din interiorul celulelor este în jur de 7.0. Există variaţii fiziologice ale ph legate de vârstă (mai alcalin la copii, mai acid la bătrâni), TABEL II. Aportul şi pierderile de apă din organism (ml)
18 ritmul nictemeral (mai acid noaptea datorită încetinirii respiraţiei), perioadele digestive, efortul muscular care se însoţeşte de acumulare de metaboliţi acizi. Menţinerea constantă a ph se realizează în organism prin mecanisme complexe la care participă plămânii prin eliminarea CO 2, rinichii prin eliminarea metaboliţilor nevolatili, ficatul prin neutralizarea unor substanţe acide sau bazice, pielea prin eliminarea substanţelor acide prin transpiraţie, tubul digestiv prin eliminarea secreţiilor acide sau alcaline, sistemul circulator care uniformizează concentraţia substanţelor şi le transportă spre diferite organe pentru a fi eliminate sau neutralizate. Sângele participă la menţinerea echilibrului acido-bazic prin intervenţia sistemelor tampon. Un sistem tampon ideal este constituit dintr-un amestec de soluţii acide şi bazice în cantităţi egale care să poată reacţiona în cazul adăugării unui acid sau a unei baze fără ca ph să se modifice. Principalele sisteme tampon din sânge sunt : HCO 3 Na/H 2 CO 3, HPO 4 Na 2 /H 2 PO 4 Na şi sistemele proteice amfotere din plasmă şi hematii (hemoglobina). Acţiunea sistemelor tampon din sânge este completată de cea a sistemelor tampon tisulare. Principalul sistem tampon este reprezentat de HCO 3 Na/H 2 CO 3 nu numai din cauză că este în cantitatea cea mai mare, ci şi din cauza rapidităţii cu care acidul carbonic generează CO 2 care se elimină cu uşurinţă prin plămâni. Concentraţia bicarbonatului din plasma total oxigenată la pco 2 de 40 mmhg şi la temperatura corpului este de 22-26 meq/l şi reprezintă bicarbonatul standard. Modificările acestuia indică modificările componentei metabolice deoarece contribuţia componentei respiratorii a fost eliminată prin menţinerea fixă a pco 2 la 40 mmhg. Valoarea tampon totală a bazelor cuprinde şi alţi componenţi având valoarea de 48 meq/l la un ph de 7.4. Excesul de baze este definit drept cantitatea de acid sau bază care readuce 1 L de sânge la un echilibru acido-bazic normal la pco 2 de 40 mmhg şi constituie tot un indicator al componentei metabolice a sistemelor tampon. Măsurarea stării echilibrului acido-bazic sanguin se poate face prin tehnica descrisă de Astrup (1960) care se bazează pe observaţia că valorile de echilibru ale CO 2 în sânge variază liniar cu ph. (FIG 1.11) Devierile patologice ale echilibrului acido-bazic au fost definite acidoze şi alcaloze ele fiind cauzate de prezenţa unor afecţiuni pulmonare, renale, gastro-intestinale sau metabolice (diabet zaharat). Acidozele şi alcalozele pot avea mecanisme de producere respiratorii care implică eliminarea CO 2 sau metabolice care implică eliminarea substanţelor nevolatile. Compensarea devierilor poate fi totală când modificările compensatorii sunt suficiente pentru a readuce ph la valorile normale sau parţială când aceste modificări nu reuşesc să readucă ph la normal. Epuizarea componentelor compensatorii caracterizează stările decompensate. Acidoza respiratorie are drept cauză hipoventilaţia alveolară din cauza unor afecţiuni care împiedică funcţia ventilatorie (bronşite, emfizem, fibroze pulmonare, paralizii respiratorii) şi se caracterizează prin creşterea pco 2 alveolar şi arterial concomitent cu creşterea acidului carbonic şi a bicarbonatului plasmatic. Alcaloza respiratorie se datoreşte unei hiperventilaţii alveolare voluntare sau datorită unei stimulări crescute a centrilor respiratori (boli ale sistemului nervos, intoxicaţii cu salicilaţi) şi se caracterizează prin scăderea pco 2 alveolar şi arterial însoţită de scăderea bicarbonatului plasmatic. Acidoza metabolică se caracterizează printr-un exces de metaboliţi acizi nevolatili ce pot apare în diabet (acumulare de corpi cetonici), hipoxia severă (acumulare de acid lactic), inaniţie, afecţiuni renale sau pierderea de bicarbonaţi ca în diaree, fistule intestinale, biliare. Alcaloza metabolică poate rezulta fie în urma ingestiei crescute de bicarbonat de Na sau a altor săruri de Na (citrat, lactat), fie în urma pierderii de ioni de H ca în vomismentele repetate şi se caracterizează prin creşterea bicarbonatului plasmatic (TABEL III). Aceste devieri pot fi simple sau mixte când intervin mai multe cauze ceea ce îngreunează interpretarea lor. Astfel o acidoză respiratorie produsă de emfizemul pulmonar se poate asocia cu o acidoză metabolică datorită diabetului sau cu o alcaloză metabolică apărută în urma