Karolinska institutet Läkarutbildningen, Den Friska Människan 2 (DFM2) Institutionen för Medicinsk Biokemi och Biofysik Seminarier syrabas 130218, 150929, 160928 För att underlätta förståelsen av syrabas ges dessa två seminarier. Dessa är ej obligatoriska, men närvaro rekommenderas. Vid seminarierna genomgås uppgifter i detta kompendium. Vi förutsätter en aktiv medverkan från alla under seminarierna. Förbered gärna svar till frågorna. Ta gärna med anteckningar och läromedel som stöd, och förbered gärna frågor Du vill ta upp till diskussion tillsammans med kursare och lärare. Förutom seminarieuppgifterna rekommenderas genomgång av övningsuppgifter i kompendiet Syror och baser, Vattenlösningars egenskaper, Osmos och Tonicitet, Elektrolyter. I anslutning till kapitel 1 hittas 64 plus 32 uppgifter. Uppgifter 1-33 är repetition av gymnasiekemi, dessa kan vara till nytta för rekapitulering av de basala syrabas-begreppen. Uppgifter 34-64 behandlar medicinsk syrabas. Uppgifter 65 till 96 tillför ej nya frågeställningar, kan gås igenom för extra övning. 1
Arbetsuppgifter till syrabas seminarium 1 Mål: Att studera en av de buffertar som buffrar ph i våra kroppsvätskor (vätekarbonat- bufferten). Respiratorisk samt metabol acidos, lungans samt njurens betydelse för reglering av ph. Att förstå hur syrabas-status påverkas vid cirkulatorisk chock. 1. Vätekarbonatbuffert finns i alla våra kroppsvätskor (ICV, ISV, plasma). Ibland kallas denna bikarbonat-bufferten, då bikarbonat är ett äldre namn för den buffrande basen vätekarbonat (HCO 3 -). Till 1 liter vätekarbonatbuffert (ph 7,40, [HCO 3 -] = 24 mm, pco 2 = 5,3 kpa) sättes 3,5 mmol HCl. Löslighetskonstanten för CO 2 i vattenlösningen var 0,23 under rådande betingelser. a) Vilken blir ph-förändringen i ett slutet system, där pco 2 initialt var 5,3 kpa? b) Vilken blir ph-förändringen i ett öppet system, som kontinuerligt bubblas med gas med pco 2 = 5,3 kpa? 2. Alveolär hypoventilation ger respiratorisk acidos. Vanligaste orsak är ökat luftvägsmotstånd, i samband med obstruktiv lungsjukdom. Exempel är KOL (kronisk obstruktiv lungsjukdom) med inflammerade förträngda bronker, eller ett långvarigt astma-anfall. a) Ställ upp reaktionsformeln (den kemiska jämvikten) för vätekarbonatbufferten och fundera över vad som gör denna buffert så viktig. b) Hur påverkas blodets buffertar vid respiratorisk acidos? Hur blir syrabas-status initialt (ph, pco2, BE)? Efter att kompensationsmekanismer kommit igång? c) Jämför fälten i Siggaard-Andersens kurvnomogram (kompendiet Syror och baser, Vattenlösningars egenskaper, Osmos och Tonicitet, Elektrolyter kap. 1, Fig. 1-52). 3. Du har lyckats få ett attraktivt sommarvikariat som underläkare vid en långvårdsklinik. Agda, 89 år, lider av kärlkramp (angina pectoris) betingat av åderförkalkning med förträngda koronar-kärl. En dag plågas Agda av diffus tryckkänsla/smärta över bröstet, och hon börjar rossla, hosta, samt får blåfärgade läppar. Du misstänker hjärtinfarkt, ledande till försämrad pumpfunktion och därmed otillräcklig cirkulation, som kanske kan utvecklas till cirkulatorisk chock. Rosslandet och hostan tyder på lungödem. I anslutning till detta funderar Du på följande: a) Hur uppkommer lungödemet, har infarkten sålunda drabbat höger eller vänster kammare? b) Hur påverkar lungödemet syresättningen respektive utvädringen av koldioxid? Vilken gasdiffusion påverkas i högst grad? c) Den försämrade cirkulationen, tillsammans med lungödemet, leder alltså till brist på syrgas i vävnaderna. Vad händer, hur blir syrabas-status (ph, pco2, BE)? Jämför 2
fälten i Siggaard-Andersens kurvnomogram (kompendiet Syror och baser, Vattenlösningars egenskaper, Osmos och Tonicitet, Elektrolyter kap. 1, Fig. 1-52). 4. I en uppsamlad dygnsurin om 1,4 liter från en patient uppmättes följande koncentrationer av lösta ämnen: NH + 4 47 mmol/l Na + 90 mmol/l K + 35 mmol/l Ca 2+ 4 mmol/l Mg 2+ 3 mmol/l HPO 4 2-12 mmol/l H 2 PO - 4 30 mmol/l Cl - 132 mmol/l urea 300 mmol/l kreatinin 15 mmol/l Beräkna hur många mmol protoner som utsöndrats under dygnet, under förutsättning att ph i primärurinen (före protontillförsel) är 7,4. Jämför denna siffra med normal dygnsproduktion av icke-flyktig syra, vilka syror ingår i begreppet icke-flyktig syra? Vad är urinens osmolaritet? Vad är ph? Om behov att utsöndra mera syra i urin uppstår, vilka komponenters koncentrationer kommer då att ändras, och hur? 5. Medan Du tänker på ovanstående tar syster Eva blodtrycket på Agda och uppmäter detta till 65/40. Detta låga tryck medför att Agda slutar kissa (njurfiltrationen har upphört). a) Redogör översiktligt för njurens roll i kroppens syrabasbalans, vilka mekanismer för kompensation av syrabasrubbningar har slagits ut. b) Förklara vilken sorts syrabasrubbning som detta ger, hur påverkas Agdas redan patologiska syrabas-status? Facit 1. a) 0,66 ph-enheter b) 0,07 ph-enheter 4. 96 mmol per dygn. Produktionen av icke-flyktiga syror är ca 100 mmol/dygn (svavelsyra, fosforsyra, mjölksyra, ketonkroppar). ph = 6,4, osmolaritet är 668 mosmol per liter. Vid behov att utsöndra mera syra ökar NH4 +, samt fosfatbufferten förskjutes (H2PO4 - ökar, HPO4 2- minskar). 3
Arbetsuppgifter till syrabas seminarium 2 Mål: Att förstå hur protein fungerar som buffert. Att förstå hur fosfatbufferten fungerar, och vad den utgöres av. Att studera hemoglobinets funktion som phbuffrande protein, hur detta samspelar med hemoglobinets övriga funktioner. 1. Visa den funktionella indelningen av blodets buffertar. Vad menas med termen prot -? Vilka funktionella grupper på proteinmolekyler kan fungera som buffrande baser, och vilken är den viktigaste vid fysiologisk ph-reglering? Vad är proteinhalten i blodplasma, jämför med prot - för plasma. Vilket vätskerum har högst halt protein? 2. Monovätefosfatjonen är en andel av prot -, jämför den funktionella indelningen av kroppsvätskornas buffertar. Vad är halten av fosfatjoner i de olika vätskerummen? Vilka joner utgör korresponderande bas respektive syra, samt beräkna koncentrationerna för dessa vid ph = 7,0 för ICV. En annan viktig andel av den totala mängden fosfatbuffert i kroppen utgöres av fosfatgrupper, på proteiner samt på mindre molekyler som nukleotider och fosfokreatin. I vilket vätskerum finns merparten av sådan uppbunden fosfatbuffert? 3. 1 liter fosforsyra av okänd koncentration titrerades med 0,1 M NaOH. Färgindikatorn hade ett omslagsintervall vid ph 9,0-9,5. När indikatorn slog om, hade man tillsatt 35 ml NaOH. Vad var fosforsyrans koncentration? 4. Hemoglobin är det protein som det finns mest av per volymsenhet blod. Definiera kroppsvätskorna, vilka av dessa finns i blod? I vilken av kroppsvätskorna finns Hb? a) Redogör för hemoglobinets olika jämvikter i syrabashänseende och vad beträffar gastransport. b) Hur påverkas hemoglobinets syrebindande förmåga då protoner och/eller koldioxid bindes, och vilken fysiologisk betydelse har detta? c) Normalt Hb är för kvinnor 135 g/liter helblod, samt för män 145 g/liter helblod. Hb-monomer väger 16.000 Da. Vad blir koncentrationen av (molariteten) O2- bindande platser (Hb-monomer) för helblod? d) Syremättnadsgraden är för arteriellt blod 97%, samt vid vila för venöst blod 67 %. På en minut pumpas 5 liter blod runt i kroppen. Hur mycket syrgas konsumerar normalpersonen per minut vid vila? e) Vid ansträngning uppstår ett ytterligare behov av 14 mmol syrgas per minut. Vad blir då po 2 i venblodet, om hjärtminutvolym och andning ej ändras? (Se syrgasmättnadskurva för Hb i kapitel 9.9.3). 4
5. Till akutmottagningen inkommer en utmärglad mycket intorkad patient, som plågas av mörkt färgade illaluktande kräkningar. Patienten är trött och medtagen, men fullt orienterad i tid och rum. Röntgen (buköversikt) visar ett lågt sittande hinder på colon ascendens, talande för långt framskriden coloncancer. Labdata: B-Hb 50 g/liter B- po 2 12,63 kpa B- pco 2 3,65 kpa B-pH 7,35 BE -10 SaO 2 98% Tjänstgörande läkare bedömer att patienten har en metabolisk acidos som bör åtgärdas, och ordinerar tillförsel av natriumbikarbonat. Vid infusionen blir patienten alltmer förvirrad, omtöcknad och desorienterad, och förlorar slutligen medvetandet. Blodtrycket sjunker, patientens hudfärg blir gråvit och narkosjouren larmas. - Patienten har en grav anemi som varat länge. Förklara hur systemet för syretransport modifierats för att anpassa sig till det låga Hb. Ange involverade kemiska mediatorer. - Rita mättnadskurvan för normalt Hb, samt visa hur denna förskjutits för patientens Hb. Vad innebär denna förskjutning? - Den plötsliga förvirringen, medvetslösheten, och den gråvita hudfärgen tyder på akut syrebrist i CNS och subcutis. Förklara hur bikarbonatinfusionen kan ha orsakat detta, utifrån syremättnadskurvan. Facit 2. 12 mosmol/kg H2O i ICV. 2 mm i ECV (jfr tabell 10-2). För ICV är [H2PO4 - ] 4,64 mosmol/kg H2O mm, samt [HPO4 2- ] 7,36 mosmol/kg H2O 3. 1,75 mm 4. Jfr avsnitt 1.9.3 i kompendiet Syror och baser, Vattenlösningars egenskaper, Osmos och Tonicitet, Elektrolyter. c) Cirka 9 mm (9,06 mm för män, 8,4 mm för kvinnor) d) Cirka13, 5 mmol (2,7 mmol O2 per liter blod). e) Avläses slutligen i syremättnadskurvan, 3,1 kpa. 5