Катионы в костной ткани

Конкуренция за катион или анион

Катионы в костной ткани

1) изолированное гетерогенное равновесие – образование в системе одного малорастворимого электролита: В растворе присутствуют в равных концентрациях ионы натрия Na+ и серебра Ag+. При введении хлорид-ионов Cl- образуется хлорид серебра. В реальных системах встречается редко.

2) совмещенное гетерогенное равновесие – образование в системе нескольких мало­растворимых электролитов, в первую очередь образуется менее растворимое соединение (с меньшим значением KS), затем более растворимое (с бóльшим значением KS).

Происходит дробное осаждение.

а) исходная система – раствор ионов:

В растворе присутствуют в равных концентрациях карбонат-ионы CO32- и сульфат-ионы SO42-. При введении ионов кальция в первую очередь в осадок переходит карбонат кальция, т.к. KS (CaCO3) < KS(CaSO4), а затем выпадает сульфат кальция В растворе присутствуют в равных концентрациях ионы стронция Sr2+ и кальция Ca2+. При введении фосфат ионов PO43- в первую очередь в осадок переходит фосфат стронция, т.к. KS(Sr3(PO4)2) < KS(Ca3(PO4)2), а затем выпадает фосфат кальция.

б) исходная система – насыщенный раствор малорастворимого электролита над осадком. Растворение осадка.

↓ CaSO4 + Na2CO3 ↔ ↓ CaCO3 + Na2SO4

насыщ. р-р

эта реакция идет легко и практически до конца в направлении слева направо (при нагревании, действием концентрированного раствора соды), т.к. KS(CaSO4) / KS(CaCO3) ≈ 5000. Т.к. сульфаты щелочноземельных металлов не растворяются в кислотах и щелочах, их перевод в легко растворимые карбонаты имеет практическое значение.

Важно учитывать при расчетах:

  1. Значение Кs.
  2. Концентрации веществ.
  3. Электролитный фон: I(КРОВИ) = 0,167, γ(Ca2+) = 0,42.

6. Условия растворения и образования осадков.

Для образования осадка используют:

1) понижение t° (уменьшается растворимость), в редких случаях для уменьшения растворимости необходимо повысить температуру,

2) создание центров кристаллизации,

3) добавление одноименных ионов. Например, к BaSO4насыщ добавляют K2SO4 и выпадает допол­нительное количество BaSO4. Присутствие одноименного иона понижает растворимость малорастворимого электролита.

При растворении осадка раствор над осадком становится ненасыщенным. Для растворения осадка применяют:

1) разведение раствора – добавление воды;

2) удаление или связывание одного из ионов в более прочное соединение (выделение газа, образование слабого электролита, воды, комплексного иона):

CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + CO2­ + H2O, CaCO32- + 2H+ = CO2 + H2O + 2Сa2+,

Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2O, Mg(OH)2 + 2H+ = Mg2+ + 2H2O,

AgCl + 2(NH3 ∙ H2O) = [Ag(NH3)2]Cl + 2H2O,

AgCl + 2(NH3 ∙ H2O) = [Ag(NH3)2]+ + Cl- + 2H2O;

3) солевой эффект – повышение растворимости малорастворимых электролитов, находящихся в равновесии с осадком, при добавлении к ним других сильных электролитов, не имеющих одноименных ионов. Это связано с увеличением ионной силы.

Коэффициент активности отличается от 1, т.е. активности ионов не равны концентрациям, меньше их. К насыщенному раствору сульфата бария добавляют хлорид калия, нитрат натрия, нитрат магния, осадок растворяется. a = γ ∙ C. ПС = γ(Вa2+) · γ(SO42-) [Вa2+]×[SO42-].

KS >ПС, осадок растворяется.

7. Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани

Формирование костной ткани начинается с плазмы крови, содержащей катионы кальция – C(Ca2+)общ. = 2,5 ∙ 10-3 моль/л, C(Ca2+)иониз. = 1,1 ∙ 10-3 моль/л и гидрофосфат-ионы С(HPO42-) = 2,9 ∙ 10-4 моль/л, а также другие катионы (Na+, K+) и анионы (Cl-, HCO3-, H2PO4-). В плазме образуется пересыщенный раствор гидрофосфата кальция,

т.к. KS(CaHPO4) = 2,7 ∙ 10-7 < Пс = [Ca2+] ∙ [HPO42-] = 3,2 ∙ 10-7. Но процесс кристаллизации ограничивается образованием частиц коллоидного размера, стабилизированных кальциевыми и фосфатными ионами, а также белками.

Минерализация – образование костной ткани, происходит в клетках костной ткани – остеобластах, омываемых кровью. В остеобластах рН=8,3 – щелочная среда; повышенная концентрация гидрофосфат ионов HPO42-. Основной компонент костной ткани – Ca5(PO4)3(OH) – гидроксидфосфаткальция или гидроксиапатит. KS (Ca5(PO4)3(OH)) = 1,6 ∙ 10-58.

Запись формулы, отражающей состав:

[3Ca3(PO4)2 ∙ Ca(OH)2 → Ca10(PO4)6(OH)2 –→ Ca5(PO4)3(OH)].

Суммарная схема образования костной ткани:

минерализация

остеобласты→

5 Ca2+ + 3HPO42- + 4OH- ←——————→ Ca5(PO4)3(OH) + H2O

←остеокласты

резорбция

резорбция – рассасывание костной ткани, за резорбцию отвечают остеокласты – клетки костной ткани.

Сдвиг рН в кислую сторону способствует разрушению костной ткани: H+ + OH- = H2O

Полагают, что остеокласты выделяют СО2, а фермент карбоангидраза, способствует образованию кислоты (Н2СО3) и растворению кальциевых соединений. Один остеокласт может разрушить столько кости, сколько создают 100 остеобластов за это же время.

Функции остеобластов и остеокластов взаи­мосвязаны и коррелируют с участием гормонов (вещества органической природы, влияют на обмен веществ и физиологические функции), простагландинов (жирные кислоты), функ­циональной нагрузкой, витаминами и др.

Костная ткань взрослого человека в физиологических условиях находится в стационарном состоянии – поток массы по кальцию составляет 700-800 мг в сутки. Полная перестройка костной ткани происходит каждые 10 лет.

Источник: https://cyberpedia.su/9xd459.html

Физиологическая роль основных ионов в организме ребенка

Катионы в костной ткани

В организме взрослого человека содержится 70-100 г натрия, у детей его содержание ниже. Он обнаруживается во всех тканях в виде катионов натрия. натрия в плазме крови 130-150 ммоль/л (биохимический анализ крови ребенку, детская поликлиника «Маркушка»).

Натрий — главный внеклеточный катион: на его долю приходится более 90 % всех катионов плазмы. Около 85 % ионов натрия представлено в свободной форме и приблизительно 15 % его удерживается белками.

Натрий создает и поддерживает осмотическое давление жидкостей организма (преимущественно внеклеточной), задерживает воду в организме, участвует во всасывании в кишечнике и реабсорбции в почках глюкозы и аминокислот.

Натрий участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния организма, является щелочным резервом крови, активатором некоторых ферментов. натрия в клеточной микросреде определяет величину мембранного потенциала и, соответственно, возбудимость клеток.

Совместно с ионами калия натрий стимулирует АТФазную активность фракций клеточных мембран, стабилизирует симпатический отдел нервной системы, принимает участие в регуляции тонуса сосудов.

Основное количество натрия поступает в организм с поваренной солью, небольшое количество его ребенок потребляет в виде бикарбоната натрия, цитрата, сульфата и глутамата натрия, которые как добавки встречаются в продуктах питания. Суточная потребность ребенка в натрии составляет в среднем 1,5-2,0 ммоль/л.

Основное количество натрия (около 95 %) выводится почками с мочой в виде натриевых солей фосфорной, серной, угольной и других кислот. Натрий выводится также с потом и через кишечник. Дефицит или избыток натрия вызывают серьезные изменения в организме ребенка.

Калий. Внутриклеточный катион

В отличие от натрия является внутриклеточным катионом. У взрослых содержание калия составляет приблизительно 53 ммоль/л и 95 % его обменивается.

Уровень калия в организме ребенка ниже. Основное количество калия (90 %) находится внутри клеток в виде непрочных соединений с белками, углеводами и фосфором.

Часть калия содержится в клетках в ионизованном виде и обеспечивает мембранный потенциал.

Суточная потребность ребенка в калии — 1,5-2,0 ммоль/л. Основным пищевым источником калия являются продукты растительного происхождения. Из организма калий выводится преимущественно почками (80—90 %), в меньшей степени пищеварительным трактом и потовыми железами. Основным регулятором выведения его с мочой является альдостерон.

Калий участвует в ряде жизненно важных физиологических процессов: вместе с натрием создает и поддерживает осмотическое давление жидкостей организма (преимущественно внутриклеточной), участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния организма.

Калий — активатор ряда ферментов, вместе с катионом натрия формирует электрохимический потенциал в мембранах клеток.

Уровень калия в клетках и внеклеточной среде играет важнейшую роль в деятельности сердечно-сосудистой, мышечной и нервной систем, в секреторной и моторной функциях пищеварительного тракта, экскреторной функции почек.

Обычно выход калия из клеток зависит от увеличения их биологической активности, распада белка и гликогена, недостатка кислорода. Дефицит и избыток калия вызывают серьезные изменения в организме ребенка.

Кальций. Внутриклеточный и в костной ткани

В различных тканях содержится внутриклеточно и почти исключительно в форме растворимых белковых комплексов. Лишь в костной ткани, включающей до 97 % всех запасов кальция в организме, он находится главным образом в виде нерастворимых внеклеточных включений гидроксиапатита.

кальция в организме у детей составляет около 200 ммоль/л, у взрослых — 475 ммоль/л. кальция в крови поддерживается в норме в диапазоне 2,5-2,8 ммоль/л.

Основной источник кальция — продукты питания: молоко и молочные продукты, яйца, бобовые, сухофрукты и др. Для детей грудного возраста основной источник кальция — молоко.У взрослого человека поддерживается нулевой баланс кальция, у детей — положительный.

Кальций участвует в физиологических процессах только в ионизованном виде.

Кальций — необходимый участник процесса мышечного сокращения, важнейший компонент свертывающей системы крови (превращения протромбина в тромбин, фибриногена в фибрин, способствует агрегации тромбоцитов), как кофактор или активатор участвует в работе многих ферментов.

Кальций входит в состав костей и хрящей в форме апатитов, является стабилизатором клеточных мембран, регулирует возбудимость нервов и мышц. Кальций — внутриклеточный посредник в действии некоторых гормонов на клетку, универсальный триггер многих секреторных процессов.

Ионизация кальция зависит от рН крови. При ацидозе содержание ионизованного кальция повышается, а при алкалозе падает. Алкалоз и снижение уровня кальция ведут к резкому повышению нейромышечной возбудимости.

Магний. Внутриклеточный и в костной ткани

Как и калий, является основным внутриклеточным катионом (его концентрация в клетках значительно выше, чем во внеклеточной среде). Общее количество магния в организме у детей составляет 11 ммоль/л, у взрослых — 14 ммоль/л.

Половина всего магния находится в костях (1/3 этого количества свободно обменивается), 49 % — в клетках мягких тканей, он играет существенную роль во многих ферментативных реакциях, в том числе в активации АТФ-азы.

Уровень магния в крови составляет 0,75-0,9 ммоль/л, при этом более 60 % катиона находится в ионизованном виде.

Суточная потребность в магнии взрослого человека составляет около 300 мг. Овощи с зелеными листьями и фрукты, бобовые и злаки, мясо являются основными пищевыми источниками магния.

Значительное количество эндогенного магния поступает в пищеварительный тракт с пищеварительными секретами. Главным регулятором содержания магния в организме являются почки.

При недостатке его в организме он полностью реабсорбируется почками.

Магний — структурный элемент костной ткани. Он стабилизирует биологические мембраны, уменьшая их текучесть и проницаемость. Образуя хелаты с нуклеиновыми кислотами, он стабилизирует структуры ДНК, ассоциации субъединиц рибосом, связанные транспортными РНК с рибосомой.

Магний входит в состав более 300 разных ферментных комплексов, обеспечивая их активность. Катион магния уменьшает возбудимость нервно-мышечной системы, сократительную способность миокарда и гладких мышц сосудов, оказывает депрессивное действие на психические функции.

При дефиците магния повышается возбудимость ЦНС, что проявляется слабостью и расстройством психики (спутанность сознания, беспокойство и агрессивность), возникновением судорог.

Повышение уровня магния в плазме (более 1,5 ммоль/л) вызывает тошноту и рвоту. Высокие концентрации магния могут вызвать гипотензию.

Хлор. Основной анион внеклеточной жидкости

Главным анионом внеклеточной жидкости является хлор, в организме он находится преимущественно в ионизованном состоянии (хлорид-анион) в форме солей натрия, калия, кальция, магния и т. д. Общее количество хлора в организме составляет 33 ммоль/кг.

Распределение хлоридов в жидкостях организма определяется распределением ионов натрия. В крови хлориды встречаются главным образом в виде натрия хлорида. Концентрация хлора в плазме крови в норме колеблется от 90 до 105 ммоль/л, 90 % аниона хлора находится во внеклеточной жидкости.

Суточная потребность хлора (2-4 г) полностью покрывается пищевой поваренной солью.

Хлориды участвуют в создании и поддержании осмотического давления жидкостей организма, в синтезе соляной кислоты в желудке. Хлориды также участвуют в генерации электрохимического градиента на плазматических мембранах клеток, являются активаторами ряда ферментов.

Изменение концентрации хлора в крови приводит соответственно к изменению концентрации натрия. Однако иногда изменение концентрации хлора не сопровождается эквивалентными изменениями концентрации натрия. Избыток хлора ведет к ацидозу.

Фосфор. Исключительно большое биологическое значение для растущего организма

Около 70 % фосфора сосредоточено в костной ткани, он входит в состав межклеточной жидкости и активных биохимических соединений каждой клетки организма.

Фосфаты являются основными анионами внутриклеточной жидкости, где концентрация их выше, чем во внеклеточной среде, в 40 раз.

неорганического фосфора в крови составляет 0,94-1,60 ммоль/л, у детей первого года жизни — 1,26-2,26 ммоль/л.

Потребность в фосфатах взрослого человека — около 1200 мг/сут. Фосфор в достаточном количестве присутствует в пищевом рационе, так как содержится практически во всех пищевых продуктах и всасывается (около 50 %) в виде неорганических фосфатов.

Фосфаты — необходимый компонент клеточных мембран, играют ключевую роль в метаболических процессах, входя в состав многих коферментов, нуклеиновых кислот и фосфопротеидов.

Фосфат — структурный компонент костей и зубов в виде апатитов, участвует в регуляции концентрации водородных ионов (фосфатная буферная система), важнейший компонент фосфорорганических соединений организма: нуклеотидов, нуклеиновых кислот и фосфопротеидов, фосфолипидов и др. Органические соединения фосфора (АТФ, АДФ) составляют основу энергетического обмена.

Избыток фосфора в организме встречается редко и наблюдается при нарушении функции почек или гипофункции паращитовидных желез. Это приводит к гипокальциемии и нарушению метаболизма костной ткани. Проявлениями недостатка фосфора являются ломкость костей, нарушение диссоциации оксигемоглобина, слабость, миопатия, кардиомиопатия.

Сульфаты, бикарбонаты

Сульфаты в большем количестве содержатся во внутриклеточном пространстве, входят в состав многих биологически активных веществ. Сульфаты необходимы для обезвреживания токсических соединений в печени.

Ион бикарбоната в наибольшем количестве содержится в экстрацеллюлярной жидкости. Ион бикарбоната находится в динамическом равновесии с угольной кислотой и является компонентом основной буферной системы организма.

Источник: http://mark-med.ru/stati/fiziologicheskaya-rol-osnovnyh-ionov-v-organizme-rebenka/

Катионы в костной ткани

Катионы в костной ткани
Только у нас: Введите до 31.03.2020 промокод бонус2020 в поле купон при оформлении заказа и получите скидку 25% на всё!

Натрий. Основной внеклеточный катион

В организме взрослого человека содержится 70-100 г натрия, у детей его содержание ниже. Он обнаруживается во всех тканях в виде катионов натрия. натрия в плазме крови 130-150 ммоль/л (биохимический анализ крови ребенку, детская поликлиника «Маркушка»).

Натрий — главный внеклеточный катион: на его долю приходится более 90 % всех катионов плазмы. Около 85 % ионов натрия представлено в свободной форме и приблизительно 15 % его удерживается белками.

Натрий создает и поддерживает осмотическое давление жидкостей организма (преимущественно внеклеточной), задерживает воду в организме, участвует во всасывании в кишечнике и реабсорбции в почках глюкозы и аминокислот.

Натрий участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния организма, является щелочным резервом крови, активатором некоторых ферментов. натрия в клеточной микросреде определяет величину мембранного потенциала и, соответственно, возбудимость клеток.

Совместно с ионами калия натрий стимулирует АТФазную активность фракций клеточных мембран, стабилизирует симпатический отдел нервной системы, принимает участие в регуляции тонуса сосудов.

Основное количество натрия поступает в организм с поваренной солью, небольшое количество его ребенок потребляет в виде бикарбоната натрия, цитрата, сульфата и глутамата натрия, которые как добавки встречаются в продуктах питания. Суточная потребность ребенка в натрии составляет в среднем 1,5-2,0 ммоль/л.

Основное количество натрия (около 95 %) выводится почками с мочой в виде натриевых солей фосфорной, серной, угольной и других кислот. Натрий выводится также с потом и через кишечник. Дефицит или избыток натрия вызывают серьезные изменения в организме ребенка.

Лечение Костей
Добавить комментарий