• - enzym katalizujący odwracalną reakcję tworzenia kwasu węglowego z dwutlenku węgla i wody. Inhibitory K. są stosowane w medycynie do leczenia niektórych chorób układu krążenia i innych...

  Naturalna nauka. słownik encyklopedyczny

• - I Anhydraza węglanowa jest enzymem katalizującym odwracalną reakcję uwodnienia dwutlenku węgla: CO2 + H2O ⇔ H2CO3 ⇔ H+ + HCO3...

  Encyklopedia medyczna

• - zawierający cynk enzym z grupy liaz węgiel-tlen, katalizujący odwracalną reakcję rozkładu kwasu węglowego do dwutlenku węgla i wody...

  Duży słownik medyczny

• - anhydraza węglanowa, hydrolaza węglanowa, enzym z klasy liaz, katalizujący odwracalne powstawanie kwasu węglowego z dwutlenku węgla i wody: CO2 + H2O ↔ H2CO3. K. jest metaloproteiną zawierającą Zn...

Celem pracy jest określenie czynników wpływających na aktywność anhydrazy węglanowej zawierającej cynk w układzie rozrodczym samców szczurów w warunkach ekspozycji na promieniowanie mikrofalowe o niskim natężeniu. Anhydraza węglanowa odgrywa ważną rolę w metabolizmie plazmy nasienia i dojrzewaniu plemników. Aktywność anhydrazy węglanowej w wodno-solnych ekstraktach najądrzy i jąder szczurów z grupy kontrolnej waha się według naszych danych od 84,0 ± 74,5 U/ml, co w przeliczeniu na masę tkanki wynosi 336,0 ± 298,0 U/mg. Badano związek pomiędzy stężeniem jonów cynku i poliamin a aktywnością anhydrazy węglanowej. Aktywność anhydrazy węglanowej w układzie rozrodczym samców szczurów złożony obwód Regulacja oczywiście nie ogranicza się do czynników, które opisaliśmy. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że rola różnych regulatorów aktywności tego enzymu jest zróżnicowana w zależności od stopnia aktywności anhydrazy węglanowej. Biorąc pod uwagę dane dotyczące funkcji tej poliaminy, prawdopodobne jest, że wysokie stężenia sperminy ograniczają transkrypcję genu anhydrazy węglanowej. Spermidyna prawdopodobnie służy jako czynnik ograniczający na posttribosomalnych etapach regulacji aktywności anhydrazy węglanowej, a putrescyna i stężenie jonów cynku są wzajemnie powiązanymi czynnikami aktywującymi.

układ rozrodczy samców szczurów

stężenie jonów cynku

poliaminy

anhydraza węglanowa

1. Bojko O.V. Metodologiczne aspekty zastosowania sperminy i spermidyny kwasu solnego do identyfikacji mikroflory uropatogennej / O.V. Bojko, A.A. Terentiew, A.A. Nikołajew // Problemy reprodukcji. – 2010. – nr 3. – s. 77-79.

2. Ilyina O.S. Zmiany zawartości cynku we krwi człowieka podczas cukrzyca typ I i ​​cechy hipoglikemicznego działania kompleksu zawierającego cynk insulina-siarczan chondroityny: streszczenie. dis. ...cad. biol. Nauka. – Ufa, 2012. – 24 s.

3. Lutsky D.L. Spektrum białek ejakulatów o różnej płodności / D.L. Łucki, A.A. Nikołajew, L.V. Lozhkina // Urologia. – 1998. – nr 2. – s. 48-52.

4. Nikołajew A.A. Aktywność enzymów spermoplazmatycznych w ejakulatach o różnej płodności / A.A. Nikołajew, D.L. Łucki, V.A. Bochanowski, L.V. Lozhkina // Urologia. – 1997. – nr 5. – s. 35.

5. Ploskonos M.V. Oznaczanie poliamin w różnych obiektach biologicznych / M.V. Ploskonos, A.A. Nikołajew, A.A. Nikołajew // Stan Astrachań. Miód. akad. – Astrachań, 2007. – 118 s.

6. Polunin A.I. Zastosowanie cynku w leczeniu niepłodności męskiej / A.I. Polunin, V.M. Mirosznikow, A.A. Nikołajew, V.V. Dumczenko, D.L. Łucky // Mikroelementy w medycynie. – 2001. – T. 2. – Nr 4. – s. 44-46.

7. Haggis G.C., Gortos K. Aktywność anhydrazy węglanowej w tkankach układu rozrodczego samców szczurów i jej związek z produkcją nasienia // J. Fert. Reprodukcja – 2014. - V. 103. - S. 125-130.

Wiadomo, że aktywność anhydrazy węglanowej zawierającej cynk jest wysoka w układzie rozrodczym samców ptaków, ssaków i ludzi. Aktywność tego enzymu wpływa na dojrzewanie plemników, ich liczbę i objętość. Brak jest jednak informacji o zmianach aktywności anhydrazy węglanowej pod wpływem innych stałych składników układu rozrodczego, takich jak jony cynku i poliaminy (putrescyna, spermina i spermidyna), które aktywnie wpływają na spermatogenezę. Podano jedynie ogólny opis skutków zmian aktywności anhydrazy węglanowej na stan morfofunkcjonalny narządów układu rozrodczego samców szczurów, liczbę plemników i ich ruchliwość.

Cel naszej pracy było badaniem aktywności anhydrazy węglanowej zawierającej cynk i jej związku z poziomem poliamin i jonów cynku w tkance układu rozrodczego dojrzałych płciowo samców szczurów.

Materiały i metody. Część eksperymentalna badania obejmowała 418 samców szczurów rasy białej rasy Wistar. Szczury miały 6-7 miesięcy (osobniki dojrzałe). Masa ciała szczurów trzymanych w standardowych warunkach wiwarium wynosiła 180-240 g. Aby uniknąć wpływu sezonowych różnic w reakcji na wpływy eksperymentalne, wszystkie badania przeprowadzono w okresie jesienno-zimowym. Pobieranie jąder i najądrzy od szczurów przeprowadzono w znieczuleniu eterowym ( badania eksperymentalne zostały przeprowadzone w ścisłej zgodności z Deklaracją Helsińską w sprawie Humanitarnego Traktowania Zwierząt).

Obiektem badań były wodno-solne ekstrakty z najądrzy i jąder dojrzałych płciowo samców szczurów białych. Ekstrakty przygotowano w buforze Tris-kwas solny o pH = 7,6 w stosunku wagowo-objętościowym 1/5, po czterokrotnym zamrożeniu, rozmrożeniu i wirowaniu przy 8000 g przez 50 minut, próbki zamrożono i przechowywano w temperaturze -24°C do badania.

Oznaczanie cynku. Do 2 ml badanego ekstraktu dodano 0,1 ml 10% NaOH i 0,2 ml 1% roztworu ditizonu w czterochlorku węgla. W negatywna kontrola Dodano 2 ml wody destylowanej, w kontroli pozytywnej - 2 ml 20 µmol roztworu siarczanu cynku (stężenie molowe mianowanego roztworu siarczanu cynku). Próbki fotometryzowano przy 535 nm. Stężenie kationów cynku w próbce obliczono ze wzoru: CZn=20 µmol × Próbka OD535/Standard OD535, gdzie Próbka OD535 to gęstość optyczna próbki mierzona przy 535 nm; Standard OD535 - gęstość optyczna wzorcowego 20 mikromolowego roztworu siarczanu cynku, mierzona przy 535 nm.

Oznaczanie anhydrazy węglanowej. Metoda polega na reakcji odwadniania wodorowęglanów z usunięciem dwutlenku węgla powstałego w wyniku odwadniania z intensywnym barbotowaniem środowiska reakcji powietrzem pozbawionym tlenku węgla i jednoczesną rejestracją szybkości zmian pH. Reakcję inicjuje się poprzez szybkie wprowadzenie roztworu substratu - wodorowęglanu sodu (10 mM) do mieszaniny reakcyjnej zawierającej badaną próbkę. W tym przypadku pH wzrasta o 0,01-0,05 jednostki. Próbki (10,0-50,0 mg) najądrzy i jąder dojrzałych płciowo samców szczurów białych homogenizowano i wirowano przy 4500 g przez 30 minut. w temperaturze 4°C, a supernatant rozcieńcza się wodą podwójnie destylowaną w temperaturze 4°C do objętości umożliwiającej pomiar czasu reakcji. Aktywność anhydrazy węglanowej określa się poprzez zmianę początkowej wartości pH z 8,2 na 8,7 w reakcji odwodnienia CO2. Szybkość akumulacji jonów hydroksylowych mierzy się elektrometrycznie przy użyciu czułego programowalnego pehametru (InoLab pH 7310) połączonego z komputerem PC. Zmiana pH z 8,2 na 8,7 w funkcji czasu w przekroju liniowym uwzględnia aktywność enzymu. Obliczono średni czas (T) dla 4 pomiarów. Jako kontrolę przyjęto czas zmiany pH podczas samoistnej hydratacji CO2 w ośrodku bez próbki. Aktywność anhydrazy węglanowej wyrażono w jednostkach enzymu (U) na mg mokrej tkanki według równania: ED = 2 (T0 - T)/ (T0 × mg tkanki w mieszaninie reakcyjnej), gdzie T0 = średni czas z 4 pomiarów czysty roztwór 4 ml schłodzonego, nasyconego dwutlenku węgla, wody destylowanej.

Oznaczanie poliamin. Próbki (100–200  mg) najądrzy i jąder dojrzałych samców szczurów albinosów homogenizowano, zawieszano w 1 ml 0,2 normalnego kwasu nadchlorowego w celu ekstrakcji wolnych poliamin i odwirowano. Do 100 µl supernatantu dodano 110 µl 1,5 M węglanu sodu i 200 µl chlorku dansylu (7,5 mg/ml roztwór w acetonie; Sigma, Monachium, Niemcy). Dodatkowo dodano 10 µl 0,5 mM diaminoheksanu jako standard wewnętrzny. Po 1 h inkubacji w temperaturze 60°C w ciemności dodano 50 µL roztworu proliny (100 mg/ml) w celu związania wolnego chlorku dansylu. Następnie pochodne dansylowe poliamin (zwane dalej DNSC-poliaminami) ekstrahowano toluenem, sublimowano w wyparce próżniowej i rozpuszczano w metanolu. Chromatografię prowadzono na kolumnie LC 18 z odwróconą fazą (Supelco), w wysokosprawnym systemie chromatografii cieczowej (Dionex) składającym się z mieszalnika gradientowego (model P 580), automatycznego wstrzykiwacza (ASI 100) i detektora fluorescencji (RF 2000). . Poliaminy eluowano w gradiencie liniowym od 70% do 100% (v/v) metanolu w wodzie przy natężeniu przepływu 1 ml/min i wykrywano przy długości fali wzbudzenia 365 nm i długości fali emisji 510 nm. Dane analizowano za pomocą oprogramowanie Dionex Chromeleon, a oznaczenie ilościowe przeprowadzono na krzywych kalibracyjnych otrzymanych z mieszaniny czystych substancji (rys. A).

Wysokosprawna chromatografia poliamin DNSC:

A - chromatogram standardowej mieszaniny poliamin DNSC; B - chromatogram DNSC-poliamin z jednej z próbek tkanek najądrza i jąder samców szczurów. 1 - putrescyna; 2 - zwłoki; 3 - heksanodiamina (wzorzec wewnętrzny); 4 - spermidyna; 5 - plemniki. Oś x to czas w minutach, oś y to fluorescencja. Nienumerowane piki - niezidentyfikowane zanieczyszczenia

Wyniki badań i dyskusja. Jak wiadomo, anhydraza węglanowa odgrywa ważną rolę w metabolizmie plazmy nasienia i dojrzewaniu plemników. Aktywność anhydrazy węglanowej w wodno-solnych ekstraktach najądrzy i jąder szczurów z grupy kontrolnej waha się według naszych danych od 84,0 ± 74,5 U/ml, co w przeliczeniu na masę tkanki wynosi 336,0 ± 298,0 U/mg. Tak wysoką aktywność enzymu można wytłumaczyć jego ważną rolą fizjologiczną. Dla porównania poziom aktywności tego enzymu w innych tkankach tych samych zwierząt jest znacznie niższy (tab. 1), z wyjątkiem krwi pełnej, w której znana jest wysoka aktywność anhydrazy węglanowej erytrocytów. Zwraca jednak uwagę bardzo duży rozrzut wartości aktywności anhydrazy węglanowej w najądrzach i jądrach, którego współczynnik zmienności przekracza 150% (tab. 1).

Tabela 1

Aktywność anhydrazy węglanowej w tkankach dojrzałych płciowo mężczyzn

Wskazuje to na wpływ nieuwzględnionych czynników na aktywność enzymu. Istnieją dwie okoliczności wyjaśniające tę funkcję. Po pierwsze wiadomo, że biologicznie aktywne aminy, do których zaliczają się poliaminy spermidyna i spermina, są zdolne do aktywacji anhydrazy węglanowej. To właśnie męski układ rozrodczy jest najbogatszym źródłem sperminy i spermidyny. W związku z powyższym przeprowadziliśmy równoległe oznaczanie stężenia poliamin w ekstraktach wodno-solnych z najądrzy i jąder samców szczurów. Poliaminy, spermidynę, sperminę i putrescynę analizowano metodą HPLC, jak opisano w Metodach. Wykazano, że w tkance najądrzy i jąder samców szczurów wykryto sperminę, spermidynę i putrescynę (ryc. B).

U zdrowych, dojrzałych płciowo samców szczurów poziom sperminy wynosił 5,962±4,0,91 µg/g tkanki, spermidyny 3,037±3,32 µg/g tkanki, putrescyny 2,678±1,82 µg/g tkanki, a stosunek sperminy/spermidyny 1,88-2,91. Ponadto, jak wynika z naszych danych, zarówno poziom spermidyny, jak i poziom sperminy (w mniejszym stopniu) podlegają znacznym wahaniom. Analiza korelacji wykazała istotną dodatnią zależność (r=+0,3) pomiędzy poziomami odpowiednio sperminy i spermidyny oraz odpowiednio spermidyny i putrescyny (r=+0,42). Wydaje się, że okoliczność ta jest jednym z czynników wpływających na duże rozproszenie wyników oznaczania aktywności anhydrazy węglanowej.

Innym regulatorem aktywności anhydrazy węglanowej może być poziom cynku w tkance rozrodczej dojrzałych płciowo samców szczurów. Według naszych danych poziom jonów cynku jest bardzo zróżnicowany i wynosi od 3,2 do 36,7 µg/g tkanki całkowitego preparatu jąder i najądrzy u dojrzałych płciowo samców szczurów.

Analiza korelacji poziomu cynku z poziomem aktywności sperminy, spermidyny i anhydrazy węglanowej wykazała różne poziomy dodatniej korelacji pomiędzy stężeniem jonów cynku i tych metabolitów. Stwierdzono nieistotny poziom związku ze sperminą (+0,14). Biorąc pod uwagę liczbę wykorzystanych obserwacji, korelacja ta nie jest istotna (p≥0,1). Stwierdzono istotną dodatnią korelację pomiędzy poziomem jonów cynku a stężeniem putrescyny (+0,42) i stężeniem spermidyny (+0,39). Stwierdzono również oczekiwaną wysoką dodatnią korelację (+0,63) pomiędzy stężeniem jonów cynku a aktywnością anhydrazy węglanowej.

NA Następny etap Próbowaliśmy połączyć stężenie cynku i poziom poliamin jako czynniki regulujące aktywność anhydrazy węglanowej. Analizując szeregi zmian wspólnego oznaczania stężenia jonów cynku, poliamin i aktywności anhydrazy węglanowej, ujawniono pewne prawidłowości. Wykazano, że spośród 69 przeprowadzonych badań poziomu aktywności anhydrazy węglanowej można wyróżnić trzy grupy:

Grupa 1 – wysoka aktywność od 435 do 372 jednostek (liczba obserwacji 37),

Grupa 2 – niska aktywność od 291 do 216 jednostek (liczba obserwacji 17),

Grupa 3 – bardzo niska aktywność od 177 do 143 jednostek (liczba obserwacji 15).

Zestawiając zawartość poliamin i stężenie jonów cynku z tymi grupami, ujawniono interesująca funkcja, która nie pojawiła się w analizie szeregów zmienności. Maksymalne stężenia sperminy (średnio 9,881±0,647 μg/g tkanki) związane są z trzecią grupą obserwacji o bardzo niskiej aktywności anhydrazy węglanowej, zaś minimalne (średnio 2,615±1,130 μg/g tkanki) z drugą grupą obserwacji o niskiej aktywności aktywność enzymatyczna.

Najwięcej obserwacji wiąże się z pierwszą grupą, w której występuje wysoki poziom aktywności anhydrazy węglanowej; w tej grupie stężenia sperminy są zbliżone do wartości średnich (średnio 4,675 ± 0,725 µg/g tkanki).

Stężenie jonów cynku wykazuje złożony związek z aktywnością anhydrazy węglanowej. W pierwszej grupie aktywności anhydrazy węglanowej (tab. 2) stężenie jonów cynku jest również wyższe od wartości w pozostałych grupach (średnio 14,11±7,25 µg/g tkanki). Ponadto stężenie jonów cynku zmniejsza się zgodnie ze spadkiem aktywności anhydrazy węglanowej, ale spadek ten nie jest proporcjonalny. Jeśli w drugiej grupie aktywność anhydrazy węglanowej spadnie w porównaniu do pierwszej o 49,6%, a w trzeciej o 60,35%, to w drugiej grupie stężenie jonów cynku spadnie o 23%, a w trzeciej o 39%.

Tabela 2

Zależność stężenia poliamin i jonów cynku od aktywności anhydrazy węglanowej

Wskazuje to na dodatkowe czynniki wpływające na aktywność tego enzymu. Nieco inaczej wygląda dynamika stężenia putrescyny (tab. 2). Szybciej spada poziom tej poliaminy, a w trzeciej grupie porównawczej poziom putrescyny jest niższy średnio o prawie 74%. Dynamika poziomów spermidyny różni się tym, że „wyskakujące” wartości stężeń tej poliaminy są związane przede wszystkim z drugą grupą poziomów aktywności anhydrazy węglanowej. Przy dużej aktywności tego enzymu (grupa 1) stężenie spermidyny jest nieco wyższe od średniej dla wszystkich obserwacji, a w grupie trzeciej jest prawie 4-krotnie mniejsze niż stężenie w grupie drugiej.

Zatem aktywność anhydrazy węglanowej w układzie rozrodczym samców szczurów ma złożony schemat regulacji, który oczywiście nie ogranicza się do opisanych przez nas czynników. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że rola różnych regulatorów aktywności tego enzymu jest zróżnicowana w zależności od stopnia aktywności anhydrazy węglanowej. Biorąc pod uwagę dane dotyczące funkcji tej poliaminy, prawdopodobne jest, że wysokie stężenia sperminy ograniczają transkrypcję genu anhydrazy węglanowej. Spermidyna prawdopodobnie służy jako czynnik ograniczający na posttribosomalnych etapach regulacji aktywności anhydrazy węglanowej, a putrescyna i stężenie jonów cynku są wzajemnie powiązanymi czynnikami aktywującymi.

W tych warunkach ocena wpływu czynników zewnętrznych (w tym zmieniających funkcje rozrodcze) na aktywność anhydrazy węglanowej, jako jednej z ważne linki metabolizm układu rozrodczego samców ssaków staje się nie tylko ważny, ale także dość złożonym procesem, który wymaga duża ilość kontroli i wielostronnej oceny.

Link bibliograficzny

Zwracamy uwagę na czasopisma wydawane przez wydawnictwo „Akademia Nauk Przyrodniczych”

Z krwi żylnej można wyekstrahować 55–58% obj. dwutlenku węgla. Większość CO2 ekstrahowanego z krwi pochodzi z soli kwasu węglowego obecnych w osoczu i erytrocytach, a tylko około 2,5% obj. dwutlenku węgla ulega rozpuszczeniu, a około 4-5% obj. łączy się z hemoglobiną w postaci karbohemoglobiny.

Kwas węglowy powstaje z dwutlenku węgla w czerwonych krwinkach, które zawierają enzym anhydrazę węglanową, będący silnym katalizatorem przyspieszającym reakcję hydratacji CO2.

Wiązanie dwutlenku węgla we krwi w naczyniach włosowatych kręgu ogólnoustrojowego. Tworzący się w tkankach dwutlenek węgla dyfunduje do krwi naczyń włosowatych, gdyż napięcie CO2 w tkankach znacznie przewyższa jego napięcie we krwi tętniczej. CO2 rozpuszczony w osoczu dyfunduje do czerwonych krwinek, gdzie jest pod wpływem anhydraza węglanowa natychmiast zamienia się w kwas węglowy,

Według obliczeń aktywność anhydrazy węglanowej w erytrocytach jest taka, że ​​reakcja hydratacji dwutlenku węgla ulega przyspieszeniu 1500-2000 razy. Ponieważ cały dwutlenek węgla znajdujący się w erytrocytach jest przekształcany w kwas węglowy, napięcie CO2 wewnątrz erytrocytów jest bliskie zeru, w związku z czym do erytrocytów przedostaje się coraz więcej nowych ilości CO2. W wyniku tworzenia się kwasu węglowego z CO3 w erytrocycie wzrasta stężenie jonów HCO3”, które zaczynają dyfundować do osocza. Jest to możliwe, ponieważ błona powierzchniowa erytrocytu jest przepuszczalna dla anionów. W przypadku kationów erytrocyt membrana jest praktycznie nieprzepuszczalna Zamiast jonów HCO3” jon erytrocytowy przedostaje się do chloru Przejście jonów chloru z osocza do erytrocytów uwalnia w osoczu jony sodu, które wiążą jony HCO3 dostające się do erytrocytów, tworząc NaHCO3 Analiza chemiczna osocze krwi żylnej wykazuje znaczny wzrost zawartości wodorowęglanów.

Nagromadzenie anionów wewnątrz erytrocytu prowadzi do wzrostu ciśnienia osmotycznego wewnątrz erytrocytu, co powoduje przedostawanie się wody z osocza przez błonę powierzchniową erytrocytu. W rezultacie zwiększa się objętość czerwonych krwinek w naczyniach włosowatych układowych. Badanie z wykorzystaniem hematokrytu wykazało, że czerwone krwinki zajmują 40% objętości krwi tętniczej i 40,4% objętości krwi żylnej. Wynika z tego, że objętość czerwonych krwinek krwi żylnej jest większa niż objętości czerwonych krwinek krwi tętniczej, co tłumaczy się przenikaniem do nich wody.

Jednocześnie z wejściem CO2 do erytrocytu i utworzeniem w nim kwasu węglowego, z oksyhemoglobiny uwalniany jest tlen i przekształcany w zredukowaną hemoglobinę. Ten ostatni jest kwasem znacznie mniej dysocjującym niż oksyhemoglobina i kwas węglowy. Dlatego, gdy oksyhemoglobina przekształca się w hemoglobinę, H2CO3 wypiera jony potasu z hemoglobiny i łącząc się z nimi tworzy sól potasową wodorowęglanu.

Uwolniony jon H˙ kwasu węglowego wiąże się z hemoglobiną. Ponieważ zredukowana hemoglobina jest lekko zdysocjowanym kwasem, nie dochodzi do zakwaszenia krwi, a różnica pH pomiędzy krwią żylną i tętniczą jest niezwykle mała. Reakcję zachodzącą w czerwonych krwinkach naczyń włosowatych tkanek można przedstawić w następujący sposób:

KHbO2 + H2CO3= HHb + O2 + KHSO3

Z powyższego wynika, że ​​oksyhemoglobina zamieniając się w hemoglobinę i oddając związane z nią zasady dwutlenkowi węgla, sprzyja tworzeniu się wodorowęglanów i transportowi dwutlenku węgla w tej postaci. Dodatkowo gcmoglobina tworzy z CO2 związek chemiczny – karbohemoglobinę. W następującym doświadczeniu oznaczono obecność hemoglobiny i dwutlenku węgla we krwi. Jeśli do krwi pełnej doda się cyjanek potasu, który całkowicie inaktywuje anhydrazę węglanową, okazuje się, że czerwone krwinki takiej krwi wiążą więcej CO2 niż osocze. Na tej podstawie stwierdzono, że wiązanie CO2 przez erytrocyty po inaktywacji anhydrazy węglanowej można wytłumaczyć obecnością związku hemoglobiny z CO2 w erytrocytach. Później odkryto, że CO2 przyłącza się do grupy aminowej hemoglobiny, tworząc tak zwane wiązanie karbaminowe.

Reakcja tworzenia karbohemoglobiny może przebiegać w jednym lub drugim kierunku, w zależności od napięcia dwutlenku węgla we krwi. Choć niewielka część całkowitej ilości dwutlenku węgla, jaką można wydobyć z krwi, łączy się z hemoglobiną (8-10%), to rola tego związku w transporcie dwutlenku węgla we krwi jest dość duża. Około 25-30% dwutlenku węgla wchłoniętego przez krew w naczyniach włosowatych łączy się z hemoglobiną, tworząc karbohemoglobinę.

Uwalnianie CO2 przez krew w naczyniach włosowatych płuc. Ze względu na niższe ciśnienie parcjalne CO2 w powietrzu pęcherzykowym w porównaniu z jego napięciem we krwi żylnej, dwutlenek węgla przedostaje się przez dyfuzję z krwi naczyń włosowatych płuc do powietrza pęcherzykowego. Spada napięcie CO2 we krwi.

Jednocześnie, ze względu na wyższe ciśnienie parcjalne tlenu w powietrzu pęcherzykowym w porównaniu z jego napięciem w krwi żylnej, tlen przedostaje się z powietrza pęcherzykowego do krwi naczyń włosowatych płuc. Wzrasta napięcie O2 we krwi, a hemoglobina przekształca się w oksyhemoglobinę. Ponieważ ten ostatni jest kwasem, którego dysocjacja jest znacznie większa niż w przypadku hemoglobiny kwasu węglowego, wypiera kwas węglowy z kwasu potasowego. Reakcja przebiega następująco:

ННb + O2 + KНSO3= KНbO2+H2CO3

Kwas węglowy uwolniony z wiązań z zasadami jest rozkładany przez anhydrazę węglanową na dwutlenek węgla i wodę. Znaczenie anhydrazy węglanowej w uwalnianiu dwutlenku węgla w płucach można zobaczyć na podstawie poniższych danych. Aby doszło do reakcji odwodnienia rozpuszczonego w wodzie H2CO3, wraz z utworzeniem takiej ilości dwutlenku węgla, która opuszcza krew znajdującą się w naczyniach włosowatych płuc, potrzeba 300 sekund. Krew przepływa przez naczynia włosowate płuc w ciągu 1-2 sekund, ale w tym czasie następuje odwodnienie kwasu węglowego wewnątrz czerwonych krwinek i dyfuzja powstałego CO2 najpierw do osocza krwi, a następnie do powietrza pęcherzykowego.

Ponieważ stężenie jonów HCO3 w erytrocytach zmniejsza się w naczyniach włosowatych płuc, jony te z osocza zaczynają dyfundować do erytrocytów, a jony chlorkowe dyfundują z erytrocytów do osocza. Ze względu na to, że napięcie dwutlenku węgla we krwi naczyń włosowatych płuc maleje, wiązanie karbaminowe zostaje rozerwane, a karbohemoglobina uwalnia dwutlenek węgla.

Krzywe dysocjacji związków kwasu węglowego we krwi. Jak już powiedzieliśmy, ponad 85% dwutlenku węgla, który można wydobyć z krwi poprzez jej zakwaszenie, uwalnia się w wyniku rozkładu wodorowęglanów (potasu w czerwonych krwinkach i sodu w osoczu).

Wiązanie dwutlenku węgla i jego uwalnianie do krwi zależy od jego napięcia cząstkowego. Możliwe jest skonstruowanie krzywych dysocjacji związków dwutlenku węgla we krwi, podobnych do krzywych dysocjacji oksyhemoglobiny. W tym celu na osi rzędnych wykreśla się procenty objętościowe dwutlenku węgla związanego we krwi, a na osi odciętych naprężenia cząstkowe dwutlenku węgla. Dolna krzywa na rys. 58 pokazuje wiązanie dwutlenku węgla przez krew tętniczą, której hemoglobina jest prawie całkowicie nasycona tlenem. Górna krzywa przedstawia wiązanie kwaśnego gazu przez krew żylną.

Różnica w wysokości tych krzywych wynika z faktu, że krew tętnicza bogata w oksyhemoglobinę ma mniejszą zdolność wiązania dwutlenku węgla w porównaniu z krwią żylną. Będąc silniejszym kwasem niż kwas węglowy, oksyhemoglobina usuwa zasady z wodorowęglanów, przyczyniając się w ten sposób do uwalniania kwasu węglowego. W tkankach oksyhemoglobina zamieniając się w hemoglobinę oddaje związane z nią zasady, zwiększając wiązanie kwaśnych gazów we krwi.

Punkt A na dolnej krzywej na ryc. 58 odpowiada napięciu kwasowemu 40 mm Hg. Art., czyli napięcie, które faktycznie istnieje we krwi tętniczej. Przy tym napięciu wiąże się 52% obj. CO2. Punkt V na górnej krzywej odpowiada napięciu gazu kwaśnego o wartości 46 mmHg. Art., tj. rzeczywiście obecny w krwi żylnej. Jak widać z krzywej, przy tym napięciu krew żylna wiąże 58% obj. dwutlenku węgla. Linia AV łącząca górną i dolną krzywą odpowiada zmianom zdolności wiązania dwutlenku węgla, które zachodzą, gdy krew tętnicza przekształca się w żylną lub odwrotnie, krew żylna w tętniczą.

Krew żylna, ze względu na to, że zawarta w niej hemoglobina przekształca się w oksyhemoglobinę, uwalnia w naczyniach włosowatych płuc około 6% obj. CO2. Jeżeli hemoglobina w płucach nie uległa przekształceniu w oksyhemoglobinę, wówczas, jak widać z krzywej, krew żylna ma ciśnienie parcjalne dwutlenku węgla w pęcherzykach płucnych równe 40 mm Hg. Art. wiązałby 54% obj. CO2, zatem oddałby nie 6, a jedynie 4% obj. Podobnie, jeśli krew tętnicza w naczyniach włosowatych kręgu układowego nie oddała tlenu, to znaczy, jeśli jej hemoglobina pozostała nasycona tlenem, to ta krew tętnicza, przy ciśnieniu parcjalnym dwutlenku węgla obecnego w naczyniach włosowatych organizmu tkanki, nie byłyby w stanie związać 58% obj. CO2, ale tylko 55% obj.

234. Transport dwutlenku węgla we krwi, znaczenie anhydrazy węglanowej, związek transportu o2 i co2.

Dwutlenek węgla transportowany jest następującymi drogami:

Rozpuszczalny w osoczu krwi - około 25 ml/l.

Związany z hemoglobiną (karbhemoglobiną) – 45 ml/l.

W postaci soli kwasu węglowego – wodorowęglanów potasu i sodu w osoczu krwi – 510 ml/l.

Zatem w spoczynku krew transportuje 580 ml dwutlenku węgla na litr. Zatem główną formą transportu CO2 są wodorowęglany osocza, powstałe w wyniku aktywnego występowania reakcji anhydrazy węglanowej.

Czerwone krwinki zawierają enzym anhydrazę węglanową (CA), który katalizuje oddziaływanie dwutlenku węgla z wodą, tworząc kwas węglowy, i rozkłada się, tworząc jon wodorowęglanowy i proton. Wodorowęglan znajdujący się w czerwonych krwinkach oddziałuje z jonami potasu uwalnianymi z soli potasowej hemoglobiny podczas jej redukcji. W ten sposób w czerwonych krwinkach powstaje wodorowęglan potasu. Jednak jony wodorowęglanowe powstają w znacznych stężeniach i dlatego przedostają się do osocza krwi zgodnie z gradientem stężeń (w zamian za jony chloru). W ten sposób w osoczu powstaje wodorowęglan sodu. Proton powstający podczas dysocjacji kwasu węglowego reaguje z hemoglobiną, tworząc słaby kwas HHb.

W naczyniach włosowatych płuc procesy te przebiegają w przeciwnym kierunku. Jony wodorowe i jony wodorowęglanowe tworzą kwas węglowy, który szybko rozkłada się na dwutlenek węgla i wodę. Dwutlenek węgla jest usuwany na zewnątrz.

Zatem rola czerwonych krwinek w transporcie dwutlenku węgla jest następująca:

tworzenie soli kwasu węglowego;

powstawanie karbhemoglobiny.

Dyfuzja gazów w tkankach podlega ogólnym prawom (objętość dyfuzji jest wprost proporcjonalna do powierzchni dyfuzji, gradientu ciśnienia gazu we krwi i tkankach). Powierzchnia dyfuzji wzrasta, a grubość warstwy rozproszonej maleje wraz ze wzrostem liczby funkcjonujących naczyń włosowatych, co następuje wraz ze wzrostem poziomu aktywności funkcjonalnej tkanek. W tych samych warunkach wzrasta gradient napięcia gazu ze względu na spadek Po2 w aktywnie pracujących narządach i wzrost Pco2 (skład gazowy krwi tętniczej, a także powietrza pęcherzykowego pozostaje niezmieniony!). Wszystkie te zmiany w aktywnie pracujących tkankach przyczyniają się do wzrostu objętości dyfuzji O2 i CO2 w nich. Zużycie O2 (CO2) według spirogramu określa się poprzez zmianę (przesunięcie) krzywej w górę w jednostce czasu (1 minuta).

235. Unerwienie mięśni oddechowych.

Ośrodek oddechowy, znajdujący się w rdzeniu przedłużonym, wysyła impulsy do neurony ruchowe rdzenia kręgowego unerwiające mięśnie oddechowe. Przepona jest unerwiona przez aksony neuronów ruchowych znajdujących się na jej poziomie III-IV szyjka macicysegmenty rdzeń kręgowy. Znajdują się neurony ruchowe, których procesy tworzą nerwy międzyżebrowe unerwiające mięśnie międzyżebrowe w rogach przednich (III-XII) odcinków piersiowych rdzeń kręgowy.

236. Ośrodek oddechowy. Nowoczesne koncepcje dotyczące struktury i lokalizacji. Automatyzacja ośrodka oddechowego.

Informacja o stanie równowagi tlenowo-węglowej w organizmie dociera do ośrodka oddechowego, który reprezentuje organizację nerwową ośrodkowego układu oddechowego. system nerwowy, który określa funkcję oddechową.

W anatomiczny sens ośrodek oddechowy to zbiór neuronów w lokalnej strefie ośrodkowego układu nerwowego, bez którego oddychanie staje się niemożliwe.

Takie centrum znajduje się w formacji siatkowej rdzeń przedłużony w pobliżu spódIVkomora serca.

Składa się z dwóch działów:

1) centrum inhalacja(oddział wdechowy);

2) centrum wydychanie(dział wydechowy).

Neurony ośrodka opuszkowego są automatyczne i pozostają ze sobą we wzajemnych relacjach.

Metodą przecięcia wykazano niedoskonałą koordynację aktu oddechowego przez ośrodki rdzenia przedłużonego. Tak więc, po oddzieleniu rdzenia przedłużonego od leżących na nim odcinków, naprzemienność wdechów i wydechów zostaje zachowana, ale czas trwania i głębokość oddychania stają się nieregularne.

W fizjologiczny sens ośrodek oddechowy to zespół neuronów zlokalizowanych na różnych poziomach ośrodkowego układu nerwowego (od rdzenia kręgowego po korę mózgową), które zapewniają skoordynowane rytmiczne oddychanie, czyli doskonalą funkcję oddychania.

Ogólnie rzecz biorąc, regulację aktywności ośrodka oddechowego można przedstawić na trzech poziomach:

1) na poziomie rdzeń kręgowy są położone ośrodki przeponowe i międzyżebrowe nerwowość kondycjonowanie skurcz mięśni oddechowych. Jednak ten poziom regulacji oddychania nie może zapewnić rytmicznej zmiany faz cyklu oddechowego, ponieważ duża liczba impulsów doprowadzających z aparatu oddechowego jest wysyłana bezpośrednio do rdzenia przedłużonego, to znaczy omijając rdzeń kręgowy.

2) na poziomie rdzeń przedłużony i most istnieje główny ośrodek oddechowy, który przetwarza różnorodne impulsy doprowadzające pochodzące z aparatu oddechowego, a także z głównych stref odruchowych naczyń. Ten poziom regulacji zapewnia rytmiczną zmianę faz oddechowych i aktywność neuronów ruchowych kręgosłupa, których aksony unerwiają mięśnie oddechowe;

3) na poziomie górne partie mózgu w tym w korze mózgowej, zachodzą odpowiednie reakcje adaptacyjne układu oddechowego na zmieniające się warunki środowiskowe.

Impulsy rytmiczne z ośrodka oddechowego rdzenia przedłużonego wędrują zstępującymi drogami motorycznymi do neuronów ruchowych mięśni oddechowych rdzenia kręgowego.

Neurony ruchowe nerwów przeponowych zlokalizowane w rogach przednich istoty szarej III- IVodcinki szyjne.

Neurony ruchowe nerwów międzyżebrowych zlokalizowane w rogach przednich piersiowy rdzeń kręgowy.

Stąd pobudzenie trafia do mięśni oddechowych (do przepony i mięśni międzyżebrowych).

Neurony ruchowe rdzeń kręgowy

Opuszkowy ośrodek oddechowy

Neurony ruchowe rdzeń kręgowy odbierają sygnały z proprioceptorów mięśni klatki piersiowej o stopniu ich rozciągnięcia podczas wdechu.

Sygnały te mogą zmieniać liczbę neuronów ruchowych zaangażowanych w czynność, a tym samym określać charakterystykę oddychania, regulując oddychanie na poziomie rdzenia kręgowego

Opuszkowy ośrodek oddechowy odbiera impulsy doprowadzające z mechanoreceptorów płuc, dróg oddechowych i mięśni oddechowych, z chemo- i presyjnych receptorów stref odruchowych naczyń.

Do normalnych zajęć Bulbo-Pontine Ośrodek oddechowy wymaga ciągłej informacji o stanie środowiska wewnętrznego organizmu i samych narządów oddechowych.

Malejąco wpływy nerwowe na ośrodek oddechowy górne partie mózgu, w tym neurony korowe. Zatem pobudzenia emocjonalne obejmujące struktury, kompleks limbiczno-siatkowy i przede wszystkim obszar podwzgórza, rozprzestrzeniają się w kierunku zstępującym i powodują zmianę czynności ośrodka oddechowego.

Podwzgórze wpływa także na zmiany środowiska zewnętrznego, zmiany metabolizmu, a także jako najwyższy ośrodek regulacji autonomicznej.

Mowa związana z wyższe funkcje kory mózgowej człowieka, możliwe jest na podstawie ruchów oddechowych powodujących przejście powietrza przez aparat głosowy.

Dlatego podczas mowy wpływy docierają do ośrodka oddechowego, dostosowując jego aktywność do niezbędnych reakcji mowy.

Jednocześnie ośrodek oddechowy kontroluje wielkość wentylacji płuc niezbędną do utrzymania homeostazy oddechowej. Dlatego oddychanie w warunkach mowy staje się aperiodyczne.

NA rola kory w regulacji oddychania wskazuje na możliwość dobrowolnej kontroli oddychania, gdy człowiek może świadomie zmieniać oddychanie: uczynić go głębszym lub płytkim, częstym lub rzadkim, wstrzymywać oddech na określony czas.

Zatem na przykładzie cech ośrodka oddechowego przestrzega się ogólnych zasad organizacji dowolnych ośrodków nerwowych, w szczególności:

1) zasada izomorfizm(zasadniczo ten sam typ organizacji strukturalnej) ;

2) zasada hierarchia(wielopoziomowa lokalizacja centrali);

3) zasada podporządkowanie(podporządkowanie ośrodków nerwowych, gdy wyższe ośrodki modulują pracę niższych i im wyższy poziom ośrodka, tym bardziej złożoną regulację zapewnia).

Anhydraza węglanowa(synonim: dehydrataza węglanowa, hydroliaza węglanowa) to enzym katalizujący odwracalną reakcję hydratacji dwutlenku węgla: CO 2 + H 2 O Û H 2 CO 3 Û H + + HCO 3. Zawarty w czerwonych krwinkach, komórkach błony śluzowej żołądka, korze nadnerczy, nerkach oraz w małych ilościach w ośrodkowym układzie nerwowym, trzustce i innych narządach. Rola anhydrazy węglanowej w organizmie jest związana z utrzymaniem Równowaga kwasowej zasady, transport CO 2, tworzenie kwasu solnego przez błonę śluzową żołądka. Aktywność anhydrazy węglanowej we krwi jest zwykle dość stała, ale w niektórych stanach patologicznych zmienia się dramatycznie. Zwiększenie aktywności anhydrazy węglanowej we krwi obserwuje się w niedokrwistości różnego pochodzenia, zaburzeniach krążenia II-III stopnia, niektórych chorobach płuc (rozstrzenie oskrzeli, stwardnienie płuc), a także w czasie ciąży. Zmniejszenie aktywności tego enzymu we krwi występuje w przypadku kwasicy pochodzenia nerkowego, nadczynności tarczycy. W przypadku hemolizy wewnątrznaczyniowej w moczu pojawia się aktywność anhydrazy węglanowej, podczas gdy zwykle jest ona nieobecna. Wskazane jest monitorowanie aktywności anhydrazy węglanowej we krwi podczas zabiegów chirurgicznych na sercu i płucach, ponieważ może służyć jako wskaźnik zdolności adaptacyjnych organizmu, a także podczas terapii inhibitorami anhydrazy węglanowej – hipotiazydem, diakarbem.

Do określenia aktywności anhydrazy węglanowej stosuje się metody radiologiczne, immunoelektroforetyczne, kolorymetryczne i miareczkowe. Oznaczenie przeprowadza się w pełnej krwi pobranej z heparyną lub w hemolizowanych krwinkach czerwonych. Dla celów klinicznych najbardziej akceptowalne kolorymetryczne metody oznaczania aktywności anhydrazy węglanowej (np. modyfikacje metody Brinkmana), polegające na określeniu czasu potrzebnego do przesunięcia pH mieszaniny inkubacyjnej z 9,0 na 6,3 w wyniku hydratacji CO 2 . Wodę nasyconą dwutlenkiem węgla miesza się z roztworem buforu wskaźnikowego i pewną ilością surowicy krwi (0,02 ml) lub zawiesina zhemolizowanych erytrocytów. Jako wskaźnik stosuje się czerwień fenolową. W miarę dysocjowania cząsteczek kwasu węglowego wszystkie nowe cząsteczki CO2 ulegają enzymatycznej hydratacji. Aby uzyskać porównywalne wyniki, reakcję należy zawsze prowadzić w tej samej temperaturze; najwygodniej jest utrzymywać temperaturę topnienia lodu na poziomie 0°. Kontrolny czas reakcji (spontaniczna reakcja hydratacji CO 2) wynosi zwykle 110-125 Z. Zwykle, oznaczana tą metodą, aktywność anhydrazy węglanowej wynosi średnio 2-2,5 jednostek konwencjonalnych, a w przeliczeniu na 1 milion czerwonych krwinek wynosi 0,458 ± 0,006 jednostek konwencjonalnych (za jednostkę aktywności anhydrazy węglanowej uważa się 2-krotny wzrost szybkości katalizowanej reakcji).

Bibliografia: Kliniczna ocena badań laboratoryjnych, wyd. DOBRZE. Cyca, per. z języka angielskiego, s. 196, M., 1986.