مهدی معطی، داود بلون علوم آزمایشگاهی 

آب علاوه بر این که حلال مناسبی جهت انتقال ترکیبات مختلف در داخل و خارج سلول است، در تنظیم دما و pH مایعات بدن نیز نقش مهمی را ایفا می کند. آب به میزان ناچیزی هادی جریان الکتریسته است؛ چون به مقدار کم به یون تبدیل می شود.

اسید و باز

۱-  تعریف برونشتد و لوری: اسید دهنده پروتون و باز گیرنده پروتون است.

۲-  تعریف لوئیس: اسید گیرنده الکترون و باز دهنده الکترون است.

۳-  تعریف آرنیوس: در محلول های آبی، اسید تولید H⁺ و باز تولید OH^- می کند.

بافر (تامپون)

محلولی است که از یک اسید ضعیف و باز مزدوج آن (نمک آن اسید) تشکیل می شود که در برابر تغییرات pH مقاومت می کند.

متابولیسم آب در بدن

آب از مهم ترین ترکیبات حیاتی در بدن انسان می باشد. در یک فرد بالغ به طور متوسط ۶۰% وزن بدن را آب تشکیل می دهد که این مقدار با چربی موجود در بدن نسبت عکس دارد؛ به طوری که در افراد چاق، درصد آب بدن کمتر و در افراد لاغر، بیشتر است. با افزایش سن، درصد آب بدن کاهش می یابد. درصد آب موجود در بافت عضلانی از همه بافت ها بیشتر و در بافت چربی از همه بافت ها کمتر می باشد. درصد آب بدن مردان بیش از زنان است.

جذب روده ای، موجب تغییرات سریع در ترکیبات پلاسما می شود ولی آب میان بافتی، مانع از تاثیر مستقیم این تغییرات بر روس سلول ها می گردد.

حجم آب میانب افتی در ادم (خیز)، افزایش یافته، در حالت دهیدراتاسیون کاهش می یابد. این تغییرات باعث ثابت ماندن حجم آب داخل سلولی و پلاما می گردد.

 روش های تعیین حجم آب بدن

۱-   تعیین حجم آب تام

 این عمل با تزریق ترکیباتی مانند آب سنگین (اکسید دوتریوم) با آب رادیواکتیو (اکسید تریتیوم) و سپس نمونه برداری از خون و تعیین میزان رقت اولیه، صورت می گیرد.

این ترکیبات از دیواره عروق عبور کرده، در تمام بدن انتشار می یابند ولی در بدن متابولیزه
نمی شود و دفع کلیوی آن ها نیز به کندی صورت می گیرد.

۲-   تعیین حجم آب پلاسما

این عمل با تزریق ترکیباتی مانند آلبومین رادیواکتیو، گلبول قرمز رادیواکتیور و سپس نمونه برداری از خون و تعیین میزان رقت ماده اولیه، صورت می گیرد.

این ترکیبات قادر به عبور از دیواره عروق نیستند.

در آزمایشگاه خون شناسی؛ تغییرات درصد حجم آب پلاسما را توسط هماتوکریت تعیین
می نمایند (هماتوکریت: درصد حجم گلبول قرمز نسبت به حجم کل خون).

۳-   تعیین حجم آب فضای خارج سلولی

این عمل با تزریق «اینولین» و سپس نمونه برداری از خون و تعیین میزان دقت ماده اولیه، صورت می گیرد.

اینولین از دیواره عروق عبور کرده، ولی نمی تواند از غشاء سلول عبور نماید و در بدن متابولیزه نمی شود و دفع کلیوی آن نیز کند می باشد.

۴-   تعیین حجم آب داخل سلولی

میزان آب داخل سلولی تقریبا برابر با اختلاف آب تمام بدن و آب خارج سلولی است.

 فشار اسمزی

هر گاه دو محلول با غلظت های متفاوت را توسط غشای نیمه تراوا از یکدیگر جدا سازیم، به طوری که مولکول های جسم محلول، قادر به عبور از غشاء نباشند، مولکول های آب از یک طرف غشاء به طرفی که غلظت جسم محلول بیشتر است، کشیده می شوند و فشاری ایجاد
می کنند که آن را فشار اسمزی می نامند. این فشار، برابر فشاری است که اگر جسم حل شده به صورت گاز می بود می توانست، در حجم اشغال شده توسط محلول، همان فشار را ایجاد کند.

 عوامل تنظیم کننده حجم آب داخل سلولی، بین سلولی و پلاسما

عامل اصلی تنظیم حجم آب در این «سه» فضا، فشار اسمزی می باشد. فشار اسمزی مایعات بدن به ترتیب ناشی از عوامل زیر است:

۱-  الکترولیت ها (کاتیون ها و آنیون ها)

۲-  ترکیبات آلی با وزن مولکولی زیاد (پروتئین ها)

۳-  ترکیبات آلی با وزن مولکولی کم (گلوکز، اوره، و…)

• الکترولیت ها چون به مقدار زیاد در مایعات بدن وجود دارند، مهم تر از «۲» گروه دیگر می باشند.
• فشار اسمزی کل پلاسما به فشار اسمزی تک تک ترکیبات بستگی دارد.
• Na+ و Cl- به ترتیب از مهم ترین کاتیون ها و آنیون های خارج سلولی (آب میان بافتی و پلاسما) می باشند.
• K⁺ و پروتئین ها (Pr^-) و فسفات ها (H₂PO4^-/HPO₄^2-) از مهم ترین کاتیون ها و آنیون های داخل سلولی می باشند.

به طور کلی در پلاسما، مجموع غلظت آنیون ها برابر مجموع غلظت کاتیون ها می باشد و این مقدار در حدود ۱۵۵ میلی اکی والان در لیتر ۱۵۵ است. ترکیب شیمییایی مایع داخل سلو.لی با مایع خارج سلولی متفاوت است.

پروتئین های خون بیشتر از غلظت پچروتئین های مایع بین سلولی می باشد. این اختلاف فشار در حدود ۲۴ میلیمتر جیوه (mmHg) است، چنان چه غلظت پروتئین های خون کاهش یابد، ادم ایجاد می شود.

فشار انکوتیک( فشار اسمزی موثر یا فشار کلوییدی) به فشار ایجاد شده در اثر پروتئین های پلاسما گفته می شود.

 فشار هیدرواستاتیک

به فشار ایجاد شده در اثر ضریان قلب گفته می شود.

• تبادلات ترکیبات مختلف بین پلاسما و فضای بین سلولی به فشار انکوتیک، فشار هیدرواستاتیک و پدیده انتشار در این فضاها بستگی د ارد.
• ثابت نگه داشتن فشار اسمزی برای سلامتی بدن ضروری است، چون در اثر تغییرات آن عارضه ادم به وجود می آید.

 دفع آب از بدن

روزانه حدود ۵/۲ لیتر آب از راه های گوناگون از بدن رفع می گردد:

۱-  کلیه ها (ادرار)

۲-  روده ها (مدفوع)

۳-  ششها (بازدم)

۴-  پوست (الف- تعریف، ب- تبخیر غیرمحسوس)

• اسهال، استفراغ و خونریزی منجر به از دست رفتن آب بدن می شود.

 احتیاج روزانه بدن به آب

مقدار آب مصرفی روزانه، برابر با مقدار آب دفعی توسط بدن می باشد. بدن در هر شبانه روز به ۵/۱ تا ۵/۲ لیتر آب نیاز دارد که از طریق تغذیه و واکنش های متابولیک در بدن تامین می شود.

 کنترل تعادل آب و الکترولیت ها در بدن

کلیه ها به طور عمده نقش مهمی در ایجاد تعادل آب و الکترولیت های بدن دارند؛ به طوری که ۹۹% آبی که وارد آن ها می شود، دوباره باز جذب می گردد. در لوله های خمیده نزدیک حدود ۸۵% آب باز جذب می گردد. بازجذب آب همراه یون های Na⁺ و Cl^- توسط سیستم فعال پمپ سدیم صورت می گیرد. در لوله های خمیده دور که محل عمده کنترل مکانیسم دفع مواد از راه کلیه می باشد، حدود ۱۴% آب بازجذب می شود. بازجذب در لوله های خمیده توسط سیستم رنین- آنژیوتانسین صورت می گیرد. هورمون های آلدوسترون و ADH (وازوپرسین= آنتی دیورتیک) نقش موثری در این سیستم دارند. آلدوسترون در لوله های دور، باز جذب یون Na⁺ را به عهده دارد. ترشح این هورمون توسط سیستم رنین- آنژیوتانسین کنترل می شود.

هورمون ADH، بازجذب آب را در لوله های دور کلیوی به عهده دارد. این هورمون قابلیت نفوذپذیری لوله های خمیده دور را نسبت به آب افزایش می دهد و در نتیجه، بازجذب آب براساس فشار اسمزی صورت می گیرد.

کاهش فشار خون موجب ترشح آنزیم رنین می شود که این آنزیم باعث تبدیل آنژیوتانسینوژن به آنژیوتانسین I می گردد. آنژیوتانسین I توسط آنزیم پپتیداز به آنژیوتانسیت II  فعال تبدیل می شود. آنژیوتانسین II موجب ترشح هورمون آلدوسترون و انقباض عروق خونی می گردد. ترشح آلدوسترون هم چنین توسط هیپرکالمی (افزایش پتاسیم خون) و هیپوناترمی (کاهش سدیم خون) نیز کنترل می شود.

 اختلالات ناشی از متابولیسم آب و الکترولیت ها

اختلال در دفع آب و الکترولیت ها به صورت اختلال هورمونی و یا غیرهورمونی می باشد. اختلالات غیرهورمونی در خونریزی های شدید، اسهال، استفراغ و… و اختلالات هورمونی در پرکاری و یا کم کاری غدد فوق کلیوی و یا اختلال در هیپوفیز و هیپوتالاموس دیده می شود.

۱-  بیماری آدیسون

ناشی از کم کاری قسمت قشری غدد فوق کلیوی می باشد که موجب کاهش ترشح آلدستورن می گردد.

• آلدسترون باعث بازجذب Na⁺ و دفع K⁺ می شود.

کم کاری قشر آدرنال غلظت آلدوسترون  بازجذب Na⁺ و آب و  باز جذب K⁺ در کلیه ها  دفع Na⁺ و آب و  دفع K⁺ از طریق ادرار.

 ۲-  کوشینگ

سندرم کوشینگ ناشی از پرکاری قسمت قشری غدد فوق کلیوی است، ولی بیماری کوشینگ ناشی از افزایش ترشح ACTH می باشد.

ACTH با آدرنوکورتیکوتروپیک هورمون که توسط هیپوفیز قدامی ترشح می شود، محرک قشمت قشری غدد فوق کلیه است.

پرکاری قشر آدرنال  غلظت آلدوسترون  بازجذب Na⁺ و آب و  باز جذب K⁺ در کلیه ها  دفع Na⁺ و آب و  دفع K⁺ از طریق ادرار.

۳-  دیابت بی مزه

ناشی از کاهش ترشح ADH از هیپوفیز خلفی می باشد که در ضایعات هیپوتالاموس یا هیپوفیز دیده می شود.

 تنظیم غلظت یون پتاسیم

پتاسیم در تنظیم فشار اسمزی و انقباضات عضلانی نقش دارد. کنترل غلظت K⁺ در کلیه ها با دفع و بازجذب K⁺ در لوله های دور کلیوی و در سطح بافت ها با ورود و خروج K⁺ از سلول به مایع میان بافتی، صورت می گیرد.

 هیپرکالمی

بالا بودن غلظت یون K+ را در خون هیپرکالمی گویند که در نارسایی کلیوی و برخی از بیماری های قلبی دیده می شود.

 درمان هیپرکالمی

تزریق بی کربنات سدیم (NaHCO₃)

تزریق HCO₃  غلظت H⁺ در خون  ایجاد آلکالوز برای جبران  خروج H⁺ از سلول و ورود به خون جهت حفظ تعادل یونی در سلول  خروج K⁺ از خون و ورودی به سلول  غلظت K⁺ در خون.

 تنظیم pH خون و مکانیسم های دفاعی بدن در مقابل تغییرات pH 

pH خون و مایعات بدن در اثر عوامل مختلف تغییر می کند. بدن به کمک عوامل تنظیم کننده دقیقی (الف- سیستم بافری خون، ب- ریه ها، ج- کلیه ها) در برابر این گونه تغییرات، مقاومت می کند.

الف- سیستم بافری خون

به طور طبیعی pH خون بین ۳/۷ تا ۵/۷ متغییر می باشد.

آلکالوز: افزایش pH به بیش از ۵/۷ را گویند.

اسیدوز: کاهش pH به کمتر از ۳/۷ را گویند.

اگر pH خون به کمتر از ۸/۶ و یا بیشتر از ۸/۷ برسد، خطر مرگ به دنبال دارد. سیستم های بافری که در خون وجود دارند، مانع تغییرات pH می شوند.

به طور عمده ۴ سیستم بافری در خون وجود دارد:

۱-  بافر بیکربنات

مهم ترین بافر خون می باشد. در حالت طبیعی در خون نیست  برقرار است.

در صورت ورود ترکیبات اسیدی و یا بازی این بافر به صورت زیر عمل می کند:

 دفع ریوی :ورود ترکیبات اسیدی

 دفع کلیوی :ورود ترکیبات قلیائی

۲-  سیستم هموگلوبین- اکسی هموگلوبین

دومین سیستم تامپونی خون می باشد که در گلبول های قرمز وجود دارد.

:نزدیک حباب های ریوی

:نزدیک بافت ها

۳-  پروتئین ها

پروتئین های پلاسما، بافر دیگر خون هستند و چون pH ایزوالکتریک آن ها کمتر از pH پلاسما است، در خون دارای بار منفی می باشند. این سیستم به دلیل غلظت کم، بافر مهمی در خون محسوب نمی شود، ولی به دلیل غلظت بالای آن در داخل سلول، مهم ترین سیستم بافری سلول می باشد.

۴-  فسفات های دی بازیک (HPO₄^2-) و مونوبازیک (H₂PO⁴)

نقش مهمی در دفع ترکیبات اسیدی توسط ادرار دارند. بنابراین عمل آن ها در کلیه ها مهم تر از فعالیت آن ها در پلاسما می باشد.

(دفع از طریق ادرار) فرم مونوبازیک  فرم دی بازیک: ورود ترکیبات اسیدی

(دفع از طریق ادرار) فرم دی بازیک  فرم مونابازیک: ورود ترکیبات قلیایی

چون pK، ریشه فسفات برابر ۷ (نزدیک به pH فیزیولوژیک) است، این سیستم قویترین بافر در pH خون محسوب می گردد؛ ولی به علت غلظت کم آن در پلاسما عملا نقش مهمی را به عهده ندارد. بافر فسفات (H₂PO₄^-/HPO₄^2-) قویترین بافر داخل سلولی می باشد.

ب- تنظیم pH توسط ریه ها

ریه ها توسط دفع pH, CO₂ خون را تنظیم می کنند. CO₂ حاصل از کاتابولیسم سلولی از بافت محیطی به رگ ها منتقل شده، وارد گلبول قرمز می گردد. در گلبول قرمز CO2 با H₂O ترکیب شده، تولید اسید کربونیک (H₂CO₃) می کند.گ این واکنش توسط آنزیم انیدرازکربونیک کاتالیز می شود. اسید کربونیک حاصل خود به خود به یون های H⁺ و HCO₃^-تفکیک می گردد. بیکربنات حاصل از تفکیک اسید کربونیک، وارد پلاسما گشته، برای ایجاد تعادل یونی، یون کلر (Cl^-) از چلاسما وارد گلبول قرمز می شود. جابجایی یون کلر را «شیفت کلراید» نیز می نامند.

در مویرگ های مجاور بافت های محیطی به علت کمبود فشار اکسیژن قابلیت تفکیک HbO₂زیاد می شود. از طرف دیگر بالا بودن غلظت، ۲، ۳-دی-فسفوگلیسیریک اسید (DPG) در نزدیک بافت ها منجر به رها شدن O₂ به بافت ها می گردد. هموگلوبین در این حالت با H⁺ترکیب می شود. بیکربنات پلاسما توسط خون وریدی به ریه ها منتقل می شود و در نزدیک حباب های ریوی وارد RBC می گردد. با ورود بیکربنات به داخل RBC یون Cl^- از RBC خارج می گردد و شیفت کلراید نیز برعکس مورد بالا دیده می شود.

در گلبول های قرمز نزدیک حباب های ریوی، فشار اکسیژن هوا بالا و نیز مقدار ۳،۲-دی فسفوگلسیریک اسید پایین است؛ لذا میل ترکیبی O₂ با Hb افزایش می یابد. هموگلوبین در این حالت با O₂ ترکیب می شود و H⁺ را آزاد می کند و مراحل عکس مورد بالا (گلبول های قرمز نزدیک بافت های محیطی)، صورت می گیرد.

H⁺ آزاد شده با HCO₃^- ترکیب شده و اسید کربونیک تولید می شود.

اسید کربونیک تولید شده، توسط «آنزیم انیدراز کربونیک» تفکیک می گردد و CO₂ توسط بازدم دفع می شود. مقداری H₂O نیز به علت کاهش فشار اسمزی (به دلیل شیفت کلراید به خارج از سلول) از گلبول های قرمز موجود در ریه ها خارج و وارد پلاسما می گردد.

• کوفاکتورآنزیم انیدراز کربونیک عنصر روی (Zn) است. این آنزیم توسط سیانید و استازولامید مهار می گردد.
• CO₂ در خون به «سه» فرم انتقال می یابد:

۱-          ۷۰% به صورت HCO₃^-

2-          ۷% به صورت CO₂ محلول

۳-          ۲۳% به صورت کاربامینو هموگلوبین (ترکیب CO₂ با هموگلوبین)

• افزایش عوامل زیر، باعث تجزیه اکسی هموگلوبین (HbO₂) و آزاد شدن اکسیژن و کشیده شدن منحنی تجزیه اکسی هموگلوبین به سمت راست
  می گردند:

۱-  یون H⁺ (اثر بوهر)

۲-  CO₂

3-  ۳،۳ دی فسفوگلیسیریک اسید (۲, ۳-DPG)

4-  دما

ج- تنظیم pH توسط کلیه ها

کلیه ها با دفع یون H⁺ و بازجذب pH, HCO₃^- خون را تنظیم می کنند. هم چنین کلیه ها مسئول دفع K⁺ اضافی بدن و بازجذب یون های Na⁺ می باشند.

 دفع یون H⁺

CO₂ از طریق جریان خون، وارد کلیه ها گشته، در توبول های کلیوی، آنزیم انیدرازکربونیک، واکنش تشکیل اسید کربونیک را کاتالیز می کند. یون H⁺ ایجاد شده توسط کربونیک به صورت NH₄⁺ یا NaH₂PO₄ از زریق ادرار دفع می گردد.

آمونیاک حاصل از کاتابولیسم سلولی سمی بوده، به صورت گلوتامین به کلیه ها، حمل
می گردد و آن جا در حضور آب و آنزیم گلوتامیناز تبدیل به اسید گلوتامیک و آمونیاتک
می شود. چون محیط کلیه ها مقداری اسیدی است، لذا آمونیاک به صورت (NH₄⁺) دفع
می گردد.

۲- تشکیل یون دی هیدروژن فسفات

H⁺ در کلیه ها می تواند جانشین یون Na⁺ در ترکیب مونوهیدروژن فسفات دی سدیم گردد.

این عمل، منجر به یون H⁺ به صورت دی هیدروژن فسفات سدیم از طریق ادرار و بازجذب یون Na⁺ توسط کلیه ها می شود (بنابراین ادرار بیشتر حاوی فرم مونوبازیک فسفات است).

 اختلالات ناشی از عدم تعادل اسید و باز در بدن

ریه ها و کلیه ها نقش مهمی در تعادل اسید و باز بدن دارند. در اختلالات تنفسی، دفع CO₂توسط ریه ها مختل می شود و در اختلالات متابولیک غلظت HCO₃^- خون تغییر می کند. نسبت غلظت این دو ترکیب در خون به طور طبیعی  می باشد.

در اسیدوز pH خون کاهش می یابد                

در آلکالوز pH خون افزایش می یابد     

در اختلالات غیرجبرانی pH خون تغییر می کند؛ ولی در موارد جبرانی، pH خون تغییر
نمی کند و اختلالات ایجاد شده، جبران می گردد. در موارد حاد و شدید، اختلالات به صورت غیرجبرانی و در موارد مزمن، اختلالات به صورت جبرانی می باشد.

 اسیدوز تنفسی

به علت کاهش دفع ریوی CO₂، غلظت آن در خون افزایش می یابد.

• در تهویه کم و ناقص، بیماری ذات الریه، مسمومیت با مرفین و احتقان ریه ها دیده
  می شود.

اسیدوز تنفسی جبران نشده

برای جبران بازجذب HCO₃^- توسط کلیه ها افزایش یافته تا نسبت  برقرار شود.

 آلکالوز تنفسی

به علت افزایش دفع ریوی CO₂ غلظت آن در خون کاهش می یابد.

• در تهویه زیاد، در هیجانات عصبی، ورزش های سنگین و مسمومیت با سالیسیلات دیده می شود.

 pH خون      غلظت CO₂ خون  دفع CO₂

 آلکالوز تنفسی جبران نشده

برای جبران، بازجذب HCO₃^- توسط کلیه ها کاهش می یابد تا نسبت برقرار شود (در اسیدوز متابولیک جبران شده غلظت CO₂ و HCO₃^- خون کمتر از حد طبیعی
می باشد).

• در مسمومیت با «مونوکسیدکربن» به علت تشکیل کمپلکس پایدار HbCO، ظرفیت حمل اکسیژن توسط هموگلوبین کاهش می یابد، در نتیجه گلیکولیط سلولی به سمت تشکیل اسید لاکتیک کشیده می شود و اسیدوز متابولیک ایجاد می گردد.

آلکالوز متابولیک: غلظت HCO₃^- خون بالاتر از حد طبیعی می باشد.

• در استفراغ، مصرف داروها و غذاهای قلیایی مانند بیکربنات دیده می شود.

 pH خون      غلظت CO₂ خون  دفع CO₂

برای جبران، دفع ریوی CO₂ کاهش یافته تا نسبت  برقرار شود (در آلکالوز متابولیک جبران شده، غلظت CO₂ و HCO₃^- خون بیشتر از حد طبیعی است.

مسمومیت با سالیسیلات

در اثر مسمومیت با سالیسیلات در مراحل اولیه، دفع ریوی CO₂ افزایش یافته، آلکالوز تنفسی ایجاد می شود؛ برای جبران، بازجذب HCO₃^- کلیوی کاهش می یابد. در اثر کاهش بیش از HCO₃^- اسیدوز متابولیک ایجاد می گردد.