Регулювання складу та об’єму позаклітинної рідини

39

                                                                      

ВСТУП

У цьому розділі розглянуто головні механізми гомеостазу, які, за допомогою передусім нирок та легенів підтримують сталість об’єму, осмотичного тиску та специфічного йонного складу позаклітинної рідини, зокрема концентрацію в ній йонів Н+. Інтерстиційна складова цієї рідини — це рідинне середовище, в якому перебувають клітини. Життя організму безпосередньо залежить від сталості складу цього “внутрішнього моря” (див. Розділ 1).

                                                                                                                                                                  

РЕГУЛЮВАННЯ ОСМОТИЧНОГО ТИСКУ

Регулювання осмотичного тиску відбувається переважно за допомогою механізмів спраги та секреції вазопресину. Загальний осмотичний тиск рідин організму прямо пропорційний до суми загального вмісту Na+ та К+, поділеній на загальний об’єм рідини. Отже, осмотичний тиск рідин організму змінюється внаслідок порушення балансу між вмістом цих важливих електролітів та кількістю рідини, що надходить або втрачається (див. Розділ 1). Якщо підвищується ефективний осмотичний тиск плазми крові, то посилюється секреція вазопресину, яка стимулює механізми виникнення спраги. Вода затримується в організмі, розчиняє гіпертонічну плазму крові, якщо можливо, збільшується приймання рідини (рис. 39-1). Натомість, якщо плазма крові стає гіпотонічною, то секреція вазопресину зменшується і посилюється екскреція надлишкової кількості рідини. Таким способом осмотичний тиск рідин організму підтримується у досить вузькому діапазоні нормальних показників. У нормі осмотичний тиск плазми крові становить 280-295 мосм/кг Н20; за осмотичного тиску плазми 285 мосм/кг секреція вазопресину максимально пригнічена, а за вищих значень поступово посилюється (див. рис. 14-14). Функція цих регуляторних механізмів та патологічні стани, що виникають у разі їхнього порушення, детально розглянуті в Розділах 14 та 38.

                                                                                                                                                                  

РЕГУЛЮВАННЯ ОБ’ЄМУ

активні сполуки ПКР, а зміни концентрації СІ значно вторинні до вмісту Na+, то зрозуміло, що йон Na+ є головним фактором, який визначає об’єм ПКР. Отже, механізми Na+-балансу — це водночас головні механізми регулювання об’єму ПКР. Однак інтенсивність екскреції води залежить також від об’єму — збільшення об’єму ПКР пригнічує секрецію вазопресину, а його зменшення, навпаки, стимулює виділення цього гормону. Фактор об’єму відіграє важливу роль у регулюванні секреції вазопресину, ніж осмотичні чинники. Ангіотензин II стимулює секрецію альдостерону і вазопресину; зумовлює почуття спраги і звуження просвіту судин (вазоконстрикцію), завдяки чому підтримується сталість артеріального тиску. Отже, ангіотензин II відіграє ключову роль у реагуванні організму на гіпово-лемію (рис. 39-2). Крім того, збільшення об’єму ПКР призводить до посилення секреції у серці ANP та BNP, що зумовлює посилення діурезу та виділення Na+ з сечею (див. Розділ 24).

За різноманітної патології втрата рідини організмом (дегідратація) призводить до незначного зменшення об’єму ПКР, оскільки вода виходить як з внутрішньоклітинної, так і з позаклітинної рідини. Проте втрата Na+ із випорожненнями (пронос), сечею (важкий ацидоз, недостатність надниркових залоз) або потом (тепловий удар) призводить до значного зменшення об’єму ПКР і в кінцевому підсумку — до розвитку шоку. Заходи з подолання шоку передусім повинні бути спрямовані на підтримання

Збільшення осмоляльності ПКР *

Спрага

І

Збільшення

споживання

рідини

І_

ч

Збільшення

секреції

вазопресину

і

Затримка

води

т

Розведення ПКР

Об’єм ПКР залежить, передусім, від загального вмісту осмотично активних сполук у ПКР. Склад ПКР розглянуто в Розділі 1. Оскільки Na+ та СІ — найважливіші осмотично

Рис. 39-1. Механізми регулювання осмотичного тиску ПКР. Штриховими лініями позначено процеси інгібування (з дозволу J Fitzsimmons).

Ангіотензиноген Ренін-

Ангіотензин І АПЕ-► І

Рис. 39-2. Регулювання об’єму ПКР ангіотензином II; АПЕ -ангіотензиноперетворювальний ензим.

внутрішньосудиннош об’єму рідини (див. Розділ 33), однак вони також впливають і на баланс Na+. За недостатності надниркових залоз зменшення об’єму ПКР відбувається не лише внаслідок втрат Na+ із сечею, а й через його перехід усередину клітин (див. Розділ 20).

Оскільки NaT відіграє ключову роль у підтриманні сталого об’єму ПКР, то зрозуміло, що екскрецію цього йона регулюють численні механізми. Фільтрація та реабсорбція Na+ нирками та вплив цих процесів на екскрецію Na+ розглянуто в Розділі 38. Якщо об’єм ПКР зменшується, то знижується артеріальний тиск. У цьому разі знижується тиск у капілярах клубочків, унаслідок чого зменшується ШКФ та, відповідно, фільтрація NaT. З іншого боку, посилюється канальцева реабсорбція Na+, зокрема, завдяки збільшенню секреції альдостерону. Секреція альдостерону регульована, зокрема, за допомогою механізму зворотного зв’язку, з огляду на це посилення секреції цього гормону досягається внаслідок зниження середнього внутрішньосудинного тиску (див. Розділи 20 та 24). Інші зміни екскреції Na+ відбуваються надто швидко, щоб бути зумовленими лише змінами секреції альдостерону. Наприклад, перехід з горизонтального положення у вертикальне приводить до посилення секреції альдостерону. Однак екскреція Na+ зменшується упродовж декількох хвилин; ця раптова зміна екскреції Na+ простежується в осіб, яким з певних причин було зроблено адреналектомію (видалення надниркових

залоз). Ймовірною причиною цього є гемодинамічні зміни та зменшення секреції ANP.

                                                                                                                                                                  

РЕГУЛЮВАННЯ СПЕЦИФІЧНОГО ЙОННОГО СКЛАДУ

Рівень певних специфічних йонів у ПКР, як і глюкози та інших нейонізованих сполук, що мають важливе значення для метаболізму, підтримується завдяки специфічним регуляторним механізмам (Розділ 17). Концентрація йонів Са2+ у ПКР регульована завдяки механізму зворотного зв’язку між рівнем Са2+ та секрецією паращитоподібних залоз і кальцитоніносекретувальних клітин (див. Розділ 21). Концентрація Mg2+ також підлягає жорсткому регулюванню, однак механізми що регулюють метаболізм Mg2+, вивчені ще недостатньо.

Механізми, що визначають вміст Na+ та К+, є складовою частиною розглянутих вище систем, які регулюють об’єм ПКР. Концентрація цих йонів залежить також від концентрації Н+, і pH є одним з головних факторів, що впливають на аніонний склад ПКР.

                                                                                                                                                                  

РЕГУЛЮВАННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ Н+

Оскільки механізми кислотно-лужної рівноваги часто вважають “загадковими”, то важливо зазначити, що ця рівновага визначена не “буферними основами” чи “зв’язаними катіонами”, а лише концентрацією Нт у ПКР. Механізми, що регулюють склад ПКР, особливо важливі тому, що клітини організму дуже чутливі до змін концентрації йонів Н~. Концентрація Н+ всередині клітини, яку можна визначити за допомогою мікроелектродів, pH-чутливих флуоресцентних барвників та фосфорного магнітного резонансу, відрізняється від pH позаклітинної рідини і, ймовірно, впливає на численні процеси всередині клітини. Однак вона чутлива до змін концентрації Н+ у ПКР.

Значення pH — це зручний спосіб відображення концентрації Н+ в рідинних середовищах організму, оскільки концентрація Н+ низька порівняно із концентрацією інших катіонів. За нормальних умов концентрація Na+ в плазмі артеріальної крові, що перебуває у стані рівноваги з еритроцитами, становить близько 140 мекв/л, тоді як концентрація Н»- лише 0,00004 мекв/л (табл. 39-1). Отже, pH — це від’ємний десятковий логарифм, тому від 0,00004

Таблиця 39-1. Концентрація йонів Н+ та pH у різних рідких середовищах організму

Концентрація Н+

мекв/л

моль/л

pH

Шлунковий сік

150

0,15

0,8

Максимальна кислотність сечі

0,03

3 х 10-5

4,5

Термінальний ацидоз

0,0001

1 х 10-7

7,0

Плазма

Норма

0,00004

4X10-8

7,4

крові

Термінальний алкалоз

0,00002

2х 10-8

7,7

Сік підшлункової залози

0,00001

1 х 10-8

8,0

РЕГУЛЮВАННЯ СКЛАДУ ТА ОБ’ЄМУ ПОЗАКЛІТИННОЇ РІДИНИ / 671

-дорівнює 7,4. Зрозуміло, що зниження pH на одну одиницю, тобто з 7,0 до 6,0, відповідає збільшенню концентрації Н+ у десять разів. Важливо пам’ятати, що pH крові — це pH справжньої плазми, тобто плазми, що перебуває у стані рівноваги з еритроцитами, оскільки еритроцити містять гемоглобін, який за кількісними показниками є одним з найважливіших буферних систем крові (див. Розділ 35).

                                                                                                                                                                  

Рівновага Н+

Значення pH плазми артеріальної крові в нормі становить 7,40, а венозної — дещо менше. Вважають, що про ацидоз треба говорити, коли pH артеріальної крові — понад 7,40, а про алкалоз — коли це значення перевищує 7,40 хоча коливання pH у межах 0,05 не призводять до жодних небажаних наслідків. Граничні концентрації Н+, сумісні з життям, відрізняються у п’ять разів — від 0,00002 (pH 7,7) до 0,0001 мекв/л (pH 7,0).

У печінці в процесі глюконеогенезу відбувається метаболізм амінокислот, побічними продуктами якого є йони NH4+ та НСО «, тобто їхні амінні та карбоксилові групи (рис. 39-3). Йони NH4+ виводяться у вигляді сечовини, а йони Н+ в середині клітин зв’язуються з утворенням НС03 . Отже, у кровоплин потрапляє лише незначна кількість NH4+ та НС03 . Проте внаслідок метаболізму сірковмісних амінокислот утворюється H2S04, а в процесі метаболізму фосфоровмісних амінокислот, таких як фосфосерин, -Н3Р04. Ці сильні кислоти, надходячи у кровоплин, спричинюють значне кислотне навантаження на буферні системи ПКР. Унаслідок метаболізму амінокислот у нормі за добу утворюється близько 50 мекв Н+. Газ С02, що є кінцевим продуктом тканинного метаболізму, значно пов’язаний з утворенням Н2С03 (див. Розділ 35), а загальне надходження Н+ з цього джерела перевищує 12 500 мекв/добу. Однак більша частина С02 піддається екскреції в легенях,

Печінка

ПКР

Нирка

Сеча

і лише незначну частину Н~ екскретують нирки. Найпоширенішими джерелами додаткового кислотного навантаження є інтенсивне фізичне навантаження (посилене надходження молочної кислоти), діабетичний кетоацидоз (ацетооцтова кислота та p-гідроксибутират) та приймання ациди-фікувальних солей, таких як NH4C1 та СаС12, які фактично збільшують надходження в організм НС1. Неспроможність уражених патологічним процесом нирок секретувати нормальну кількість Н~ також може бути причиною ацидозу. Фрукти є головним харчовим джерелом лугів. Вони містять натрієві та калієві солі слабких органічних кислот, аніогм яких метаболізуються до С02, забезпечуючи надходження в організм NaHCO. та КНС03. Сіль NaHC03 та інші алка-лінізувальні солі часто надходять у великих кількостях, та найчастішою причиною алкалозу є втрата Н+, яка виникає внаслідок тривалого інтенсивного блювання, коли втрачається шлунковий сік, що містить значну кількість НС1. Це, звичайно, еквівалентне введенню в організм відповідної кількості лугу.

                                                                                                                                                                  

Буферні системи

Буферні системи детально розглянуто в Розділі 1 та частково в Розділі 35 у контексті механізмів транспортування СО? в організмі. Вони відіграють ключову роль у підтриманні гомеостазу Нт.

                                                                                                                                                                  

Рівняння Г ендерсона-Г ассел ьбал ьха

Загальне рівняння, що описує будь-яку буферну систему, має такий вигляд:

НА^НҐ+А,

де А відповідає будь-якому аніону, а НА — це недисоційо-вана кислота. Якщо у розчин, що місить цю буферну систему, потрапляє сильніша кислота, ніж НА, то рівновага зміщується ліворуч. Йони Н+ зв’язуються з утворенням додаткової кількості недисоційованої НА, отже, концентрація Н+ збільшується значно менше, ніж без цієї буферної системи. Натомість, якщо до системи додати луг, то йони Н+ та ОН“ реагують з утворенням Н20; однак у цьому разі відбувається посилена дисоціація НА, що компенсує втрату йонів Н+. Згідно з законом дії мас, у рівноважному стані добуток концентрацій продуктів хімічної реакції, поділений на добуток концентрацій речовин, що реагують, є сталим:

[Н][А] „

“ЇнаГ

Якщо цей математичний вираз записати для pH (від’ємного десяткового логарифму концентрації Н+), то одержимо рівняння, виведене Гендерсоном та Гассельбальхом, яке описує зміни pH унаслідок додавання до будь-якої буферної системи Н+ чи ОН (рівняння Гендерсона-Гас-сел ьбал ьха):

Рис. 39-3. Роль печінки та нирок у виведенні надлишку кислот. Ділянки, на яких відбувається регулювання, позначені зірочками (модифіковано та відтворено з Knepper МА et аі. Ammonium, urea, and systemic pH regulation. Am J Physiol 1987; 235:F199).

pH = pK + log

[HA]

З цього рівняння чітко видно, що буферна ємність системи найбільша, коли кількість вільних аніонів дорівнює

кількості недисоційованої НА, тобто коли {А ]/[НА] = 1, тоді log [А ]/[НА] = 0 і pH = рК. Тому природно очікувати, що найпотужнішими буферними системами організму є ті, що мають рК, яке наближається до pH, за якого вони діють. Значення pH крові у нормі становить 7,4; pH внутрішньоклітинного середовища — 7,2; pH сечі — від 4,5 до 8,0.

Важливо зазначити, що стала рівноваги К стосується лише ідеальних розчинів, тобто тих, у яких можна нехтувати силами електричної взаємодії між йонами. Стосовно рідких середовищ організму доцільніше користуватись так званою сталою йонізації К’.

                                                                                                                                                                  

Буферні системи крові

Білки крові, зокрема, білки плазми, є ефективними буферними системами оскільки здатність до дисоціації мають як карбоксилові, так і амінні вільні групи:

RCOOH <=> RCOO ~ + Н+

[RCOO ]

pH — рКрСООН + log

[RCOOH]

RNHJ <=>rnh2+h+

pH = pKRNH3 + log

[RNH2]

[RNH3]

Інша важлива буферна система забезпечена дисоціацією імідазольних груп залишків гістидину у молекулі гемоглобіну:

ммоль

РН

Рис. 39-4. Титраційні криві НЬ та НЬ02. Стрілка від а до с відображає кількість ммоль Н\ яке повинно бути додане без зсуву pH. Стрілка від а до b позначає.зміну pH у випадку деоксигенації.

н2со3 со22о.

Якщо рК замінити на рК’ (див. вище), a [COJ — на [Н2С03], то рК’ становитиме 6,1.

Наведена нижче форма цього рівняння має деяке клінічно-діагностичне значення:

NH

СН

Н

С

NH N

I I + Н+

СН-С

У діапазоні значень pH 7,0-7,7 вільні карбоксилові та амінні групи гемоглобіну роблять лише незначний внесок у його буферну ємність. Та оскільки молекула гемоглобіну містить 38 залишків гістидину і гемоглобін міститься в крові у значній кількості, то цей білок має буферну ємність, у шість разів потужнішу, ніж у білків плазми крові. Крім того, дія гемоглобіну дещо унікальна тому, що імідазольні групи деоксигемоглобіну дисоціюють значно менше, ніж оксигемоглобіну. Отже, НЬ є слабкою кислотою і тому ліпшим буфером, ніж НЬ02. Титраційні криві для НЬ і НЬ02 показані на рис. 39-4.

Третім важливим буферним механізмом є карбонат-бікарбонатна система:

Н2С03 <=> Н+ +НСО3.

Рівняння Гендерсона-Гассельбаха для цієї системи буде виглядати так:

рН = рК + Іод

[НСО3]

[H2co3f

Значення рК для цієї системи за умови ідеального розчину є малим (близько 3), і кількість Н^С03 теж мала, тому її важко достатньо точно визначити. Однак в організмі Н2С03 перебуває в стані рівноваги з С02:

рН = 6,10 +log

[НСО3]

0,0301 РСо2

бо кількість розчиненого С02 пропорційна до парціального тиску С02 у міліметрах ртутного стовпчика, а коефіцієнт розчинності С02 становить 0,0301 ммоль/л. Значення [НС03 ] неможливо виміряти прямо, однак pH і РС02 можна достатньо точно визначити за допомогою скляних електродів. Значення [НС03 ] одержують розрахунковим способом.

Значення рК7 цієї системи все ж таки набагато менше, ніж pH крові, однак ця система є однією з найефективніших буферних систем організму, бо кількість розчиненого С02 визначена процесами дихання. Крім того, концентрація НС03~ в плазмі крові регульована нирками. Якщо до крові додати деяку кількість Н+, то концентрація НС03~ зменшується, оскільки утворюється більше Н2С03. Якби надлишкова кількість Н2С03 не розпадалась на Н20 і С02, який згодом виходить через легені, то концентрація Н2С03 невпинно зростала б. Якщо до плазми крові додати таку кількість йонів Н+, яка зв’язала б половину йонів НС03~ у плазмі крові, то її pH миттєво зменшився б з 7,4 до 6,0. Та, окрім видалення надлишкової кількості Н2С03, збільшення вмісту Н+ стимулює дихання, що призводить до зменшення РШ2 і видалення додаткової кількості Н2С03. Отже, pH зменшується лише до 7,2-7,3 (рис. 39-5).

Без специфічного ензиму карбоангідрази хімічна реакція С02 + Н20 Н2С03 відбувається повільно в обох

напрямах. Плазма крові не містить карбоангідрази, проте вона у великій кількості є в еритроцитах. Значний її вміст характерний також для кислотосекретувальних клітин

РЕГУЛЮВАННЯ СКЛАДУ ТА ОБ’ЄМУ ПОЗАКЛІТИННОЇ РІДИНИ / 673

о- [НСОзІ

Відношення —- 20 0,9 10 16

IH2UU3J

pH 7,4 6,0 7,1 7,3

Рис. 39-5. Механізм дії бікарбонатної буферної системи крові. Стовпчики показують емпірично покроковий порядок, щоб відобразити вплив первинної реакції, зменшення вмісту Н2С03 щодо попередніх значень і подальше його зменшення внаслідок посилення вентиляції легень; [Н2С03] — це фактично концентрація розчиненого С02. Значення в мекв/л є довільними.

шлунка (див. Розділ 26) та клітин ниркових канальців (див. Розділ 38). Карбоангідраза — це білок із молекулярною масою ЗО 000, що містить один атом цинку в кожній молекулі. Його інгібують ціаніди, азиди та сульфіди. Сульфаніламіди також інгібують цей ензим, і тому їхні похідні застосовують у клінічній практиці як сечогінні засоби, завдяки їхній здатності чинити інгібіторний вплив на карбоангід-разу нирок (див. Розділ 38).

Система Н2Р04 4=2 Н+ + НР042 має значення рК, що дорівнює 6,80. Концентрація фосфатів у плазмі крові занадто мала для того, щоб ця система відігравала кількісно значну роль, однак вона має важливе значення для підтримання внутрішньоклітинного гомеостазу та pH сечі (див. Розділ 38).

                                                                                                                                                                  

Буферні системи in vivo

Буферні системи живого організму, звичайно, не зводяться лише до крові. Головні буферні системи крові, інтер-стиційної та внутрішньоклітинної рідини наведені в табл.

39-2. У спинномозковій рідині та сечі провідну роль відіграють бікарбонатна та фосфатна буферні системи. У разі метаболічного ацидозу лише 15-20% кислотного навантаження зв’язує бікарбонатна система; решта Н+ здебільшого зв’язується всередині клітин. У випадку метаболічного

Таблиця 39-2. Головні буферні системи організму

Кров

н2со3<=* н* + нсо3

НБілок Н* + БілокННЬ & н* + нь-

Інтерстиційна рідина

н2со3 н* + нсо3

Внутрішньоклітинна рідина

НБілок Н* + Білокн2ро4?* Н* + нро42

алкалозу близько 30-35% надлишку ОН зв’язується всередині клітин, тоді як у разі респіраторного ацидозу та алкалозу практично все буферне навантаження беруть на себе саме внутрішньоклітинні механізми.

Головними регуляторами pH внутрішньоклітинного середовища у тварин є транспортери НС03. Найліпше вивчені сьогодні СІ -НС03«-обмінник смуги 3 (див. Розділ 35), три різновиди Na+-HC03 -котранспортерів і один К+-НС03_-котранепортер.

                                                                                                                                                                  

Висновок

Якщо до крові додати сильну кислоту, то головні буферні реакції зсуваються ліворуч. Концентрація в крові трьох “буферних аніонів” — Шг (гемоглобіну), Білок та НС03-значно зменшується. Аніони кислоти, що надійшла до організму, піддаються фільтрації у ниркових канальцях. їх супроводжують (“покривають”) катіони, зокрема Na+, оскільки в цьому разі підтримується електрохімічна нейтральність. За допомогою процесів, які описано у Розділі 38, у канальцях відбувається процес заміщення Na+ на Н+ з одночасною реабсорбцією еквімолярної кількості Na+ та НС03, завдяки чому зберігаються катіони, виводиться надлишкова кількість кислот, а запас буферних аніонів поновлюється. Якщо до плазми крові додати деяку кількість С02, то відбуваються аналогічні хімічні реакції, за винятком того, що внаслідок утворення Н2С03 концентрація НС03 у плазмі крові збільшується, а не зменшується.

                                                                                                                                                                  

Респіраторний ацидоз та алкалоз

Підвищення РСо2 артеріальної крові внаслідок гіповен-тиляції називають респіраторним ацидозом. Газ С02 перебуває у стані рівноваги з Н2С03, який, відповідно, є у стані рівноваги з НС03, отже, рівень НС03 збільшується, і настає новий рівноважний стан уже за меншого pH. Графічним відображенням цього є крива залежності концентрації НС03 від pH (рис. 39-6). Натомість, зниження Рсо2 призводить до респіраторного алкалозу.

Початкові зміни, відображені на рис. 39-6, відбуваються незалежно від будь-яких компенсаторних механізмів, тобто виникають у разі декомпенсованого респіраторного ацидозу чи алкалозу. У будь-якому випадку, ці зміни створюють нирки, які намагаються компенсувати ацидоз чи алкалоз, змінюючи pH у бік норми.

                                                                                                                                                                  

Ниркова компенсація

Реабсорбція НС03 у ниркових канальцях залежить не лише від фільтраційного навантаження НС03, яке арифметично виражене добутком ШКФ та рівня НС03 у плазмі крові, а й від швидкості секреції нирковими канальцями Н+, оскільки йони НС03 реабсорбуються в обмін на Н+. Швидкість секреції Н+, а, отже, і реабсорбції НС03, залежить від РС02 артеріальної крові. Ймовірна причина цього та, що чим більший вміст у клітинах С02, з якого утворюється Н2С03, тим більше Н+ може секретуватись (див. Розділ 35). У випадку респіраторного ацидозу канальцева секреція Н+ в нирках посилюється, внаслідок чого надлишок Н+ виходить з організму. У цьому разі навіть якщо рівень НС03» в плазмі крові підвищений, то реабсорбція НС03 посилюється, внаслідок чого концентрація НС03 в плазмі крові збільшується. Отже, ниркова компенсація респіра-

Артеріальна кров [Н+], нмоль/л

Рис. 39-6. Номограма кислотно-лужного стану, яка показує зміни РСо2 (криві на графіку), концентрації НС03» у плазмі крові та pH артеріальної крові у разі респіраторного та метаболічного ацидозу. Зверніть увагу на зсуви концентрації НС03~ та зміни pH у разі компенсації гострого респіраторного ацидозу та алкалозу, що призводить, відповідно, до хронічних ацидозу та алкалозу (відтворено за дозволом з Cogan MG, Rector FC Jr: Acid-base disorders. Pages 457-517. In: The Kidney, 4th ed. Brenner BM, Rector FC Jr [editors]. Saunders, 1991).

торного ацидозу зводиться до переходу ацидозу з гострої у хронічну форму, що графічно показано рис. 39-6. Посилюється екскреція СІ», отже, зі збільшенням вмісту НС03-концентрація СІ» в плазмі крові зменшується. Натомість, у разі респіраторного алкалозу зниження Рсо2 призводить до сповільнення секреції Н+ нирками, реабсорбції НС03 та посилення екскреції НС03 , що призводить до ще більшого зменшення концентрації НС03 в плазмі крові, внаслідок чого pH зменшується до нормальних показників (див. рис. 39-6).

                                                                                                                                                                  

Метаболічний ацидоз

Коли у кров потрапляють кислоти, сильніші від ННЬ та інших буферних кислот, то виникає метаболічний ацидоз; а якщо концентрація вільних йонів Н+ зменшується внаслідок надлишкового надходження лугів або втрати кислот, — то метаболічний алкалоз. Якщо ж, наприклад, уводять H2S04, то Н+ зв’язуються з буферами, а вміст у плазмі крові НІГ, Білок» і НС03«, відповідно, зменшується. Унаслідок утворена Н2С03 розпадається на Н20 та С02; вуглекислий газ досить швидко виходить через легені. Це трапляється у разі декомпенсованого метаболічного ацидозу (рис. 39-7). Збільшення концентрації йонів Н+ фактично стимулює процеси дихання, внаслідок чого Рсс>2, не зростає чи навіть не змінюється, а навпаки, знижується. Отже, респіраторна компенсація ацидозу призводить до ще інтенсивнішого збільшення pH. Екскрецію надлишку йонів Н+ забезпечують ниркові компенсаторні механізми, які повертають буферні системи організму до їхнього нормального стану.

                                                                                                                                                                  

Ниркова компенсація

Аніони, які заміщають НС03» в плазмі крові в разі метаболічного ацидозу, піддаються фільтрації, причому кожного з них супроводжує катіон (переважно Na+), що забезпечує незмінно нейтральний загальний електричний заряд плазми крові. Клітини ниркових канальців секретують Н+ у канальцеву рідину в обмін на йони Na+, у цьому разі на кожен йон Н+, що його виділили нирки, припадає один йон Na+ та один йон НС03 (див. Розділ 38). Якби в сечі не було буферних сполук, які зв’язують Н+, то її pH швидко б досягав гранично можливого значення 4,5, і виділення йонів Н+ із сечею було б нехтувано малим. Однак FT, що піддається секреції, реагує із НС03» з утворенням С02 та Н20 (реабсорбція бікарбонату); із НР042» з утворенням Н2Р04«; із NH3 з утворенням NH4+. Отже, відбувається секреція значної кількості Н+ із надходженням у рідинні середовища організму відповідного об’єму НС03«, який поповнює резерви буферних систем, та реабсорбція багатьох фізіологічно важливих катіонів. Лише у випадку надходження ззовні дуже великої кількості кислоти катіони втрачаються разом з аніонами, що спричинює посилене сечовиділення та виснаження катіонних запасів організму. У разі хронічного ацидозу посилюється синтез глютамінової кислоти в печінці, у процесі якого використовується певна частина йонів NH4«, які зазвичай зв’язуються під час синтезу сечовини (див. рис. 39-3), а глютамат, відповідно, є додатковим джерелом NH4+ у нирках (див. Розділ 38). Секреція NH3 посилюється упродовж декількох днів (адаптація секреції NH3, див. Розділ 38), що поліпшує ниркову компенсацію ацидозу. Крім того, внаслідок метаболізму глютаміну в нирках утворюється сс-кетоглутарат, що, відповідно, декарбо-ксилює з утворенням НС03«, який, надходячи у кровоплин, зв’язує надлишкові йони Н»(див. рис. 39-3).

~7,2 7\3 ТА 7,5 7,6

pH

Рис. 39-7. Зміни pH справжньої плазми, концентрації НС03~ та Рсо2 У разі метаболічного ацидозу та алкалозу (діаграма Давенпорта) (Davenport HW: The ABC of Acid-Base Chemistry, 6tg ed. Univ of Chicago Press, 1974).

РЕГУЛЮВАННЯ СКЛАДУ ТА ОБ’ЄМУ ПОЗАКЛІТИННОЇ РІДИНИ / 675

Унаслідок додавання сильної кислоти, наприклад H2S04, у крові відбувається така хімічна реакція:

2NaHC03 + H2S04 -> Na2S04 + 2Н2С03.

На кожен моль Н+, що надходить, втрачається 1 моль NaHCOr У ниркових канальцях ця хімічна реакція відбувається у зворотному напрямі:

Na2S04 + 2Н2С03 -» 2NaHC03 + 2Н+ + S04~,

Н+ та S042- у цьому разі екскретуються. Звичайно, H2S04 не екскретується в незміненому вигляді; йони Н+ з’являються в сечі у вигляді її кислотності та NH4+.

У випадку метаболічного ацидозу дихальна компенсація зумовлює пригнічення ниркових механізмів регулювання кислотно-лужної рівноваги, оскільки значне зниження РС02, що простежується тоді, гальмує секрецію кислот. Проте, з іншого боку, дихальна компенсація зменшує фільтрацію НС03‘, і, отже, загальний інгібіторний ефект не є значно вираженим.

                                                                                                                                                                  

Метаболічний алкалоз

У випадку метаболічного алкалозу рівень НС03‘ та С02 в плазмі крові підвищується (див. рис. 39-7). Дихальна компенсація відбувається шляхом послаблення вентиляції легень у відповідь на зменшення концентрації Н+ в плазмі крові і, відповідно, підвищення РСо2. Унаслідок цього pH набуває нормальних значень, тоді як концентрація НС03 в плазмі крові значно збільшується. Цей компенсаторний механізм регулюють хеморецептори аорти та каротидної зони, які активують центр дихання, якщо відбувається помітне зниження Ро2 артеріальної крові. У випадку метаболічного алкалозу посилюється секреція Н+ нирками та реабсорбція НС03 . Якщо концентрація НС03 у плазмі крові перевищує 26-28 мекв/л, то НС03 з’являється в сечі. Підвищення РС02 пригнічує ниркову компенсацію, полегшуючи секрецію кислот, однак кінцевий ефект цього порівняно незначний.

                                                                                                                                                                  

Клінічна оцінка кислотно-лужної рівноваги

У комплексі показників кислотно-лужної рівноваги важливе клінічне значення мають pH артеріальної крові та вміст НС03 у її плазмі. Надійне значення pH можна отримати за допомогою pH-метра та скляних рН-елект-родів. Вміст НС03~ у плазмі крові неможливо визначити прямо, однак натомість можна визначити РС09 за допомогою С02 електродів, а концентрацію НС03‘ отримати розрахунковим способом, як це описано вище. У плазмі венозної крові порівняно з артеріальною РС02 на 7-8 мм рт. ст. вищий, a pH на 0,03-0,04 одиниці більше. Це зумовлене тим, що венозна кров містить С02, який вона переносить до легень. Отже, розрахункова концентрація НС03~ у венозній крові більша майже на 2 ммоль/л. З огляду на це здебільшого можна, замість артеріальної, брати на дослідження венозну кров.

У диференційній діагностиці метаболічного ацидозу цінним є такий показник, як аніонний проміжок (від англ. anion gap). Хоча цей термін — один з прикладів лінгвістичної неточності у науковій термінології, його широко засто

совують. Чисельно цей показник дорівнює різниці між концентрацією катіонів (окрім Na+) та концентрацією аніонів (окрім С1“ та НС03) у плазмі крові. Його значення визначають здебільшого білки в аніонній формі, НР042 , S042~ та органічні кислоти. У нормі він становить близько 12 мекв/л. Аніонний проміжок збільшується зі зменшенням концентрації К+, Са2+ та Mg2+, збільшенням концентрації або електричного заряду білків плазми крові, або коли в крові накопичуються органічні аніони, наприклад лактат. Він зменшується зі збільшенням вмісту катіонів або зменшенням вмісту альбуміну в плазмі крові. Аніонний проміжок збільшується у випадку метаболічного ацидозу внаслідок надлишкового вмісту кетонових тіл, лактату та в разі інших форм ацидозу, що зумовлені надлишком органічних аніонів. Він не змінюється в разі гіперхлоремічного ацидозу, що виникає внаслідок приймання NH4C1 або інгібіторів карбоангідрази.

                                                                                                                                                                  

Крива Сіґґаарда-Андерсена

Коли в клініці виникає потреба визначити кислотно-основні характеристики артеріальної крові, то це можна швидко і легко зробити за допомогою кривої або номограми Сіґґаарда-Андерсена. Ця номограма має вигляд логарифмічної кривої; по осі абсцис відкладено pH, по осі ординат — РШ2. Отже, ділянка кривої ліворуч від вертикальної лінії, проведеної через значення pH 7,40, стосується ацидозу, а праворуч — алкалозу. Ділянка кривої нижче горизонтальної лінії, проведеної через значення Рсс>2 40 мм рт. ст., відповідає гіпервентиляції, вище — гіповентиляції.

Якщо розчин, у якому є NaHC03 і нема буферних систем, урівноважувати з газовими сумішами, що мають різний вміст С02, то значення pH та С02 змінювалися б так, що утворили криву, яка показана у лівій частині графіка на рис. 39-8 або вздовж лінії, що паралельна до неї. За наявності буферних речовин ухил кривої був би більшим; чим більша буферна ємність розчину, тим крутішою буде крива. Для нормальної крові, 1 дл якої містить 15г гемоглобіну, лінія титрування С02 проходить через відмітку 15 г/дл на гемоглобіновій шкалі (з внутрішнього боку верхньої викривленої шкали) і точку, де перетинаються значення РС02 40 мм рт. ст. та pH 7,40, як це показано на рис.

39-8. Коли вміст гемоглобіну у крові низький, то простежується значна втрата буферної ємності, і ухил лінії титрування С02 зменшується. Та оскільки, крім гемоглобіну, кров містить інші буферні системи, то лінія, проведена через нульову відмітку гемоглобінової шкали через перетин нормальних значень pH та РШ2, є крутішою, ніж крива для розчину, що не містить жодних буферних сполук.

На практиці в анаеробних умовах забирають артеріальну або артеріалізовану капілярну кров та вимірюють її pH. Визначають також pH того ж зразка крові після зрівноважування з двома газовими сумішами, які мають різний відомий вміст С02. Значення pH за різних показників РСОз наносять на графік і з’єднують, унаслідок чого утворюється лінія титрування С02 цього зразка крові. Значення pH цього зразка крові до зрівноважування з газами також наносять на графік, і РС02, що відповідає йому, зчитують з вертикальної шкали. Стандартний вміст бікарбонату в зразку крові відповідає точці, де лінія титрування С02 перетинає бікарбонатну шкалу, яка проходить через значення

Рис. 39-8. Номограма Сіґґаарда-Андерсена (з дозволу О Siggaard-Andersen and Radiometer, Copenhagen, Denmark).

PCo2 паралельно до горизонтальної осі. Стандартний вміст бікарбонату — це не є фактична концентрація бікарбонату в зразку, а, радше, така його концентрація, яка була б у разі усунення будь-якого впливу дихання на кислотно-лужну рівновагу. Цей показник відображає лужні резерви крові, хоч його і визначають за pH, а не за повним вмістом С02 у зразку крові після зрівноваження. Подібно до лужного резерву, він є показником вираження наявного метаболічного ацидозу чи алкалозу.

Додаткові позначки на верхній викривленій шкалі номограми (див. рис. 39-8) слугують для визначення вмісту буферних основ; точка, де лінія калібрування С02 артеріальної крові перетинає цю шкалу, відображає вміст буферних основ у крові (мекв/л). Термін “буферні основи” еквівалентний кількості буферних аніонів (здебільшого — Білок”, НС03~ та НЬ~; див. Розділ 35), які можуть зв’язувати йони Н+ у крові. Нормальне значення цього показника у людини з вмістом гемоглобіну 15 г/дл становить 48 мекв/л.

Точка, у якій крива калібрування С02 перетинає нижню викривлену шкалу номограми, відповідає надлишку основ.

Це значення, яке є додатним у разі алкалозу та від’ємним у випадку ацидозу, відповідає кількості кислоти або основи, яка може відновити нормальний кислотно-лужний стан 1 л крові при РСо2, що дорівнює 40 мм рт. ст. Важливо зазначити, що дефіцит основ неможливо повністю відновити, просто обчисливши різницю між нормальним рівнем стандартного бікарбонату (24 мекв/л) і його фактичним рівнем та ввівши довенно відповідну кількість NaHC03 У цьому разі деяка кількість НС03 перетворюється на С02 та Н20, а С02 виходить через легені. Кількість NaHC03, яку насправді треба ввести, у 1,2 раза перевищує дефіцит стандартного бікарбонату, однак точніші дані можна одержати, використовуючи нижню викривлену шкалу, яку розроблено емпіричним способом як результат аналізу великої кількості зразків артеріальної крові.

Деякі приклади розладів кислотно-лужної рівноваги наведені в табл. 39-3.

У разі коригування розладів кислотно-лужної рівноваги треба пам’ятати не лише про кров, а й про інші рідинні середовища організму. Концентрації буферних речовин в

РЕГУЛЮВАННЯ СКЛАДУ ТА ОБ’ЄМУ ПОЗАКЛІТИННОЇ РІДИНИ / 677

Таблиця 39-3. Концентрація НС03~, pH та РСо2 плазми крові для різних типових розладів кислотно-лужної рівноваги1

Стан

Показники

Причини

pH

нсо,-,

мекв/л

Рсо2, мм рт. ст.

НОРМА

7,40

24,1

40

Приймання NH4CI

Метаболічний

ацидоз

7,28

18,1

40

Діабетичний ацидоз

6,96

5,0

23

Приймання NaHC03

Метаболічний

алкалоз

7,50

30,1

40

Тривале блювання

7,56

49,8

58

Дихальний ацидоз

Дихальний

ацидоз

7,34

25,0

48

Вдихання 7% С02

7,34

33,5

64

Емфізема легень

Дихальний

алкалоз

7,53

22,0

27

Гіпервентиляція

7,48

18,7

26

Перебування упродовж трьох тижнів на висоті 4000 м над рівнем моря

1 У разі діабетичного кетоацидозу і тривалого блювання виникає дихальна компенсація первинного метаболічного ацидозу та алкалозу, і Рсо2 відхиляється від нормального значення (40 мм рт. ст.). У випадку емфіземи легень і перебування на великій висоті виникає ниркова компенсація первинного дихального ацидозу та алкалозу, і тому відхилення концентрації НС03~ у плазмі крові є більшим, ніж без ниркової компенсації.

інших середовищах помітно відрізняються від значень, характерних для крові. Емпіричним способом з’ясовано, що введення кількості кислоти (в разі алкалозу) чи лугу (у випадку ацидозу), яка дорівнює добутку 50% маси тіла (кг) на надлишок основ (на 1 л), цілком достатньо для повного коригування кислотно-лужного стану організму. Якщо ж є глибокі розлади кислотно-лужної рівноваги, то небезпечно домагатись швидкого й одноразового їх коригування. Тоді доцільніше ввести половину належної кількості кислоти чи лугу та знову через деякий час визначити стан кислотно-лужної рівноваги і буферних систем. Після цього треба розрахувати кількість кислоти чи лугу, необхідну для остаточного коригування. Важливо також зазначити, що в разі ацидозу, спричиненого надлишком лактату, NaHCQ3 має властивість зменшувати хвилинний об’єм та

знижувати артеріальний тиск, отже, його треба застосовувати обережно.

                                                                                                                                                                  

Співвідношення між метаболізмом калію та кислотно-лужною рівновагою

Концентрації К+ та Н+ у спинномозковій рідині збігаються, частково тому, що К+ впливає на екскрецію Н+ нирками (див. Розділ 38). Внаслідок цього за метаболічного алкалозу практично завжди наявна гіпокаліємія. Дефіцит К+ призводить до внутрішньоклітинного ацидозу, сприяючи виділенню йонів Н+ із сечею. Згодом Н+ виходить з організму та посилюється реабсорбція НС03, що призводить до виникнення алкалозу позаклітинної рідини. Натомість, надлишок К+ призводить до посилення його секреції клітинами ниркових канальців.

                                                                                                                                                                  

ЛІТЕРАТУРА ДО ЧАСТИНИ VIII: УТВОРЕННЯ І ВИДІЛЕННЯ СЕЧІ

Adrogue HJ, Madius NE: Management of life-threatening acid-base disorders. N Engl J Med 1998;338:26.

Anderson K-E: Pharmacology of lower urinary tract smooth muscles and penile erectile tissue. Pharmacol Rev 1993;45: 253,

Baum M: The cellular basis of the Fanconi syndrome. Hosp Pract 1993;Nov 15:91.

Bayliss C, Blantz RC: Glomerular hemodynamics. News Physiol Sci 1986; 1:86.

Brenner BM, Rector FC Jr (editors): The Kidney, 6th ed. 2 vols. Saunders, 1999.

Brezis M, Rosen S: Hypoxia of the renal medulla — Its implications for disease. N Engl J Med 1995;332:647.

Brown D, Stow JL: Protein trafficking and polarity in kidney epithelium: From cell biology to physiology. Physiol Rev 1996,76:245.

Davenport HW: The ABC of Acid-Base Chemistry, 6th ed. Univ of Chicago Press, 1974.

DiBona GF, Kopp UC: Neural control of renal function. Physiol Rev 1997;77:75.

Fyfe GF, Quinn A, Canessa CM: Structure and function of the Mec-ENaC family of ion channels. Semin Nephrol 1998: 18:138.

Garcia NH, Ramsey CR, Knox FG: Understanding the role of paracellular transport in the proximal tubule. News Physiol Sci 1998; 13:38.

Gebow PA: Disorders associated with an altered anion gap. Kidney Int 1985;27:472.

Gennari FJ: Hypokalemia. N Engl J Med 1998:339:451.

Haas M: The Na-K-Cl cotransporters. Am J Physiol 1994;256: C869.

Halperin ML: Fluid, Electrolyte, and Acid-Base Physiology, 3rd ed. Saunders, 1998.

Hayslett JP: Functional adaptation to reduction in renal mass. Physiol Rev !979;59:137.

Heymann J, Engel A: Aquaporins: phylogeny, structure, and physiology of water channels. News Physiol Sci 1999; 14: 187.

Hutch JA: Anatomy and Physiology of the Bladder, Trigone and Urethra. Appleton-Century-Crofts, 1972.

Ito S: Role of nitric oxide in glomerular arterioles and macula densa. News Physiol Sci 1994;9:115.

Klahr S, Miller SB: Acute oliguria. N Engl J Med 1998;338: 671.

Knepper MA, Packer R, Good DW: Ammonium transport in the kidney. Physiol Rev 1989;69:179.

Loeb JN: The hyperosmolar state. N Engl J Med 1974,290: 1184.

Madsen KM, Tisher CC: Structural-functional relationships along the distal nephron. Am J Physiol 1986;250:F1.

Mene P, Simonson MS, Dunn MJ: Physiology of the mesangial cell. Physiol Rev 1989; 19:1347.

Morel F: Sites of hormone action in the mammalian nephron. Am J Physiol 1981 ;240:F 159.

Pastan S, Bailey J: Dialysis therapy. N Engl J Med 1998;338: 1428.

Robinson AG, Verbalis JG: Diabetes insipidus. Curr Ther Endocrinol Metab 1997;6:1.

Roos A, Boron WF: Intracellular pH. Physiol Rev 1981 ;61:296.

Scheinman SJ et al: Genetic disorders of renai electrolyte transport. N Engl J Med 1999;340:1177.

Schild L: The ENaC channel as the primary determinant of two human diseases: Liddle syndrome and pseudohypo-aldosteronism. Nephrologie 1996; 17:395.

Schmidt-Nielson K: Countercurrent systems in animals. Sci Am (May) 1981 ;244:118.

Seldin DW, Giebisch G (editors): The Kidney: Physiology and Pathophysiohgy, 2nd ed. 3 vols. Raven Press, 1991.

Spring KR: Epithelial fluid transport — a century of investigation. News Physiol Sci 1999; 14:92.

Stella A, Zanchetti A: Functional role of renal afferents. Physiol Rev 1991 ;71:659.

Suthanthiran M, Strom TB: Renal transplantation. N Engl J Med 1994;331:365.

Wolf G, Neilson EG: Angiotensin II as a renal cytokine. News Physiol Sci 1994;9:40.

Wright FS: Intrarenal regulation of glomerular nitration rate. J Hypertens 1984;2(Suppl I): 105.

Zeidel ML: Hormonal regulation of inner medullary collecting duct sodium transport. Am J Physiol 1993;265:F159.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

Додаток

                                                                                                                                                                  

ГОЛОВНІ ДЖЕРЕЛА

Для вивчення фізіології доцільно користуватися фундаментальними вичерпними підручниками. До найліпших, виданих за останні десять років, належать:

Beme RM, Levy MN (editors): Physiology, 3rd ed. Mosby, 1993.

Guyton AC, Hall JE: Textbook of Medical Physiology, 9th ed. Saunders, 1996.

Johnson LR (editor): Essential Medical Physiology, Raven-Press, 1992.

West JB (editor): Best and Taylors Physiological Basis of Medical Practice, 12th ed. Williams & Wilkins, 1990.

McPhee, Lingappa, Ganong, and Lange нещодавно опублікували третє видання підручника з патофізіології для студентів, які вивчають клінічну медицину:

McPhee SJ et al: Pathophysiology of Disease: An Introduction to Clinical Medicine, 3rd ed. McGraw-Hill, 2000.

Зазначимо ще такі підручники патофізіології:

Frohlich ED (editor): Pathophysiology, 3rd ed. Lippincott, 1984.

Sodeman WA Jr, Sodeman WA: Pathologic Physiology, 6th ed. Saunders, 1979.

Класичним підручником з анатомії є:

Bannister LH et al (editors): Grays Anatomy: The Anatomical Basis of Medicine and Surgery, 38th ed. Churchill Livingstone, 1995.

Сучасні візуальні методи досліджень, що стали ключовою частиною сучасної фізіології та медицини, викладені в:

Haaga JR, Alfidi RJ (editors): Computed Tomography of the Whole Body, 2nd ed. Mosby, 1988.

Von Schultress GR: Clinical Positron Emission Tomography: Lippincott Williams & Wilkins, 1999.

Чудові огляди сучасних досліджень у різних ділянках фізіології дібрані у розділах новин, оглядів та перспектив у журналах Nature і Science. Проблемні статті та різні огляди з’ являються в New England Journal of Medicine. Це,

зокрема, оглядові статті про сучасні дослідження у фізіології та біохімії, які дають найновішу інформацію для лікарів-практиків. Найдоречнішими є серії оглядових публікацій у Physi logical Reviews, Pharmacilogical Reviews, Annual Reviws of Physiology та в журналах інших серій.

Нещодавно виданий підручник Handbook of Physiology, Oxford University Press, New York складається з окремих томів, які покривають усі розділи фізіології. Розділи є науково цінними, проте надзвичайно деталізовані.

                                                                                                                                                                  

ПОКАЗНИКИ НОРМИ ТА СТАТИСТИЧНЕ ОПРАЦЮВАННЯ ДАНИХ

Межі показників людей у нормі для деяких загально-вимірюваних складників плазми наведені у таблицях, розміщених на внутрішньому боці обкладинки книги. У цілому світі триває спроба перейти до єдиної стандартизованої номенклатури на базі системи СІ. Система побудована на семи незалежних фізичних величинах (див. табл. 1). Похідні одиниці наведені у табл. 2, а префікси, що уживаються — у табл. 3. Трапляються труднощі під час уживання таких одиниць — наприклад, проблема вираження одиниці ензимів — їх мало обговорюють в медичній літературі. У нашій книзі значення величин у тексті наведені в традиційних одиницях, однак у більшості випадків супроводжуються значеннями у системі СІ.

Точність методів, які використовують для лабораторних досліджень, різна. Важливо для оцінки будь-якого окремого вимірювання знати можливі похибки вимірювань. Для хімічного визначення рідин організму вони складаються з похибки, що виникає під час проб, та похибки хімічного методу. Однак, навіть застосовуючи найточніші методи, результати, отримані для різних нормальних осіб, відрізнятимуться внаслідок так званої біологічної варіації. Варіаційність результатів виникає тому, що у будь-якій системі — живому організмі чи тканині — є багато особливостей, які впливають на конкретне вимірювання. Такі показники, як вік, стать, час вимірювань, час після споживання їжі тощо треба брати до уваги.

Показники меж у нормі для будь-якого фізіологічного або клінічного вимірювання можна визначити за допомогою стандартного статистичного аналізу, якщо вимірювання виконано на належній вибірці у нормальній популяції (найліпше понад 20 осіб). Важливо знати не тільки середнє значення для такої вибірки, а й межі розкиду значень осіб від середнього значення.

680 / ДОДАТОК

Таблиця 1. Головні одиниці СІ

Величина

Назва

Скорочення

Довжина

метр

м

Маса

кілограм

кг

Час

секунда

с

Електричний струм

ампер

А

Термодинамічна температура

кельвін

К

Інтенсивність світла

кандела

КД

Кількість речовини

моль

моль

Середнє значення (середнє арифметичне, М) показників обчислюють за формулою

Xх

М = ^—, п

де X — окремі заначення; п — кількість окремих показників у серії.

Середнє відхилення — це середнє значення відхилень кожного з показників від середнього арифметичного значення. З математичного погляду найліпше визначити відхилення за допомогою середнього геометричного значення відхилень від М, що називають стандартним відхиленням вибірки (s):

З математичних міркувань використовують п-1, а не п. Значення s може відрізнятися від стандартного відхилення середнього значення для всієї популяції, яке позначають

а. Однак якщо вибірка є справді репрезентативною, то s і а будуть сумірними.

Іншим уживаним показником розкиду значень є стандартна похибка середнього значення (СПСЗ):

спсз=-^.

Jn

СПСЗ відображає надійність середнього значення вибірки як представника справжнього середнього значення для загальної популяції, від якої вибірка була зроблена.

Крива частотного розподілу може бути побудована з окремих значень популяції з нанесенням частоти, з якою будь-яке окреме значення трапляється у серії стосовно інших значень. Якщо група осіб, яку тестують, гомогенна, то крива розподілу є симетричною (рис. 1) з найбільшою частотою для середнього значення і ширина кривої залежить від о (крива нормального розподілу). В межах ідеальної кривої нормального розподілу відсоток спостережень, що належать до різних меж, наведений у табл. 4. Середнє значення і s у репрезентативній вибірці наближаються до середнього значення і о цілої популяції. Тому можна передбачити на підставі середнього значення і s вибірки ймовірність того, що будь-яке окреме значення у загальній популяції є нормальним. Наприклад, якщо розкид між таким значенням і середнім дорівнює 1,96s, то ймовірність того, що воно є нормальним становить 1 з 20 (5 зі

Таблиця 2. Похідні одиниці СІ

Величина

Назва одиниці

Скорочення

Площа

квадратний метр

м2

Кліренс

Концентрація

літр/секунда

л/с

Маси

кілограм/літр

кг/л

Речовини

моль/літр

моль/л

Густина

кілограм/літр

кг/л

Електричний потенціал

вольт

в

Енергія

джоуль

Дж

Сила

ньютон

н

Частота

герц

гц

Тиск

паскаль

Па

Температура

градус Цельсія

°С

Об’єм

кубічний метр

м3

літр

л

100). Звичайно, ймовірність того, що значення є анормальним, становить 19 з 20.

Статистичний аналіз використовують також для визначення різниці між двома середніми значеннями. У фізіологічних та клінічних дослідженнях вимірювання часто виконують на групі тварин чи хворих, які отримують лікування. Такі вимірювання порівнюють з такими ж вимірюваннями, зробленими на контрольній групі, що ідеально була піддана тотожному впливу, і має однакові стани, окрім того, що лікування не проводилось. Якщо середнє значення для групи, що отримувала лікування відрізняється від відповідного середнього значення для контрольної групи, то постає питання, чи отримана різниця є наслідком лікування чи розкиду значень. Ймовірність того, що різниця репрезентує розкид значень, можна визначити у багатьох випадках за допомогою показника Стюдента t. Показник t є відношенням різниці між середніми значеннями

Таблиця 3. Стандартні префікси1

Префікс

Абревіатура

Значення

екса-

Е

1018

пета-

П

1015

тера-

Т

1012

гіга-

г

109

мега-

м

106

кіло-

к

103

гекто-

г

102

дека-

да

101

деци-

деци

10-1

санти-

санти

10-2

мілі-

мл

10-3

мікро-

мк

10-*

нано-

н

10-9

піко-

пк

10-12

фемто-

Ф

10-15

атто-

а

10-18

1Такі префікси використовують для одиниць СІ та інших. Наприклад, мікрометр (мкм) — це 10-6 метра (також називають мікрон); піколітр (пл) — 10-12 літра; кілограм (кг) — 103 грама.

ДОДАТОК / 681

Рис. 1. Крива нормального розподілу (крива частотного розподілу значень для гомогенної популяції).

двох серій (Маі Мь) і похибки цих середніх. Формула, яку використовують для розрахунків, має вигляд

Маь

/ (па + пь)[(па — 1)sg + (пь — 1)sg

V nanb(na +пь -2)

де па і пь — кількість окремих показників у серіях а і Ь, відповідно. Якщо na = пь, то формула для визначення t стає простішою:

4_ Маь

V(CnC3a)2 +(СПСЗЬ)2

Чим більше значення t, тим менша ймовірність, що різниця репрезентує розкид значень. Ця ймовірність зменшується, якщо кількість осіб п у кожній групі зростає, оскільки чим більша кількість вимірювань, тим менша похибка вимірювань. Математичний вираз ймовірності Р для будь-якого значення t за різних значень п можна відшукати у таблицях, наведених у більшості книжок зі статистики. Величина Р — це дробове число, яке відображає

Таблиця 4. Відсоток значень популяції, які відповідають різним межам для кривої нормального розподілу

Середнє значення ± s

68,27%

Середнє значення ± 1,96 s

95,00%

Середнє значення ± 2 s

95,45%

Середнє значення ± 3 s

99,73%

ймовірність того, що різниця між двома середніми значеннями є наслідком розкиду значень. Наприклад, якщо Р дорівнює 0,10, то ймовірність того, що різниця є наслідком розкиду значень, становить 10% (1 шанс на 10). Показник Р < 0,001 свідчить, що ймовірність того, що різниця виникла внаслідок розкиду значень, є меншою, ніж 1 до 1000. Якщо Р<0,05, то більшість дослідників називають різницю “статистично достовірною”; тобто уважають, що різниця є наслідком дії певного чинника, а не випадковістю. Використання t-тесту має сенс лише для порівняння двох груп. У випадку експериментів, що налічують більше двох груп, з’явиться систематична похибка, яка спричинить завищене значення ймовірності. У таких випадках застосовують дисперсійний аналіз. Ця та інші методики описані у книгах зі статистики.

Згадані елементарні методи та багато інших, придатних для статистичного аналізу в дослідних лабораторіях та клініках, забезпечують визначення об’єктивних середніх значень. Статистична значимість не є свавільною для середнього фізіологічного значення і протилежне є інколи правильним; проте заміна суб’єктивних вражень результатами статистичного аналізу є важливою метою у медицині.

До корисних книг зі статистики належать:

Dawson-Saunders В, TrappRG: Basic and Clinical Biostatistics, 2nd ed. Appleton & Lange, 1994.

Rosner B: Fundamentals of Biostatistics. Duxbury, 1982.

The SI for the Health Professions: World Health Organization, 1977.

ZarJH: Bio statistical Analysis. Prentice-Hall, 1974.

682 / ДОДАТОК

Стандартні респіраторні позначення

(див. Handbook of Physiology, Section 3: The Respiratory System. American Physiological Society, 1986)

Головні змінні

А

Альвеолярний газ

V

Об’єм газу

д

Дихальний газ

V

Об’єм газу/одиницю часу. (Крапка зверху — позначка,

м

Газ мертвого простору

що означає швидкість)

В

Барометричний

р

Тиск газу

а

Артеріальна кров

р

Середній тиск газу

к

Капілярна кров

ЧДР

Частота дихання (кількість дихальних рухів/одиницю часу)

в

Венозна кров

D

Дифузійна ємність

Молекулярні різновиди

F

Фракційна концентрація у фазі сухого газу

Позначають хімічними формулами, надрукованими у

R

Q

Співвідношення респіраторного газообміну= Vco2/Vo2 Об’єм крові

Локалізація (букви для нижніх індексів)

індексі

Приклади

1

Інспіраторний газ

РіОг

— Тиск кисню у інспіраторному газі

Е

Експіраторний газ

— Об’єм газу у мервому просторі

Еквіваленти метричних, американських та англійських вимірювань

(значення заокруглені до двох цифр після десяткової коми)

Довжина

1 кілометр = 0,62 милі 1 миля = 5280 футів = 1,62 кілометри 1 метр = 39,37 дюймів 1 дюйм = 1/12 фута =2,54 сантиметра Об’єм

1 літр = 1,06 американської кварти

1 американська кварта = 32 унції = 1/4 американського галону = 0,95 літра 1 мілілітр = 0,03 унції 1 унція = 29, 57 мілілітрів

1 американський галон = 0,83 англійського галону Маса

1 кілограм = 2,2 фунта (британського) = 2,68 фунта (аптекарського)

1 фунт (британський) = 16 унцій = 453,60 грама 1 гран = 65 міліграма

Енергія

1 кілограм-метр = 7,25 футів-фунтів 1 фут-фунт = 0,14 кілограм-метрів

Температура

Для перетворення градусів Цельсія у градуси Фаренгейта помножте на 9/5 і додайте 32 Для перетворення градусів Фаренгейта у градуси Цельсія віднімінь 32 і помножте на 5/9

Грецький алфавіт

Символ

Назва

Символ

Назва

А

а

Альфа

N

V

Ню

В

Р

Бета

Б

%

Ксі

Г

У

Гамма

О

0

Омікрон

д

6

Дельта

П

71

Пі

Е

8

Епсилон

Р

Р

Ро

Z

С

Зета

І

Сигма

н

л

Ета

Т

І

Тау

0

0,6

Тета

У

X)

Іпсілон

І

1

Йота

ф

<м>

Фі

к

к

Каппа

X

X

Хі

А

X

Ламбда

ч*

V

Псі

М

д

Мю

п

CD

Омега

Вільям Ф. Ґанонґ. Фізіологія людини