Видеоурок «Качественные реакции в химии»
Многие вещества, которые нас окружают, мы можем определить по их специфическим признакам и свойствам. Например, алюминий несложно отличить от других металлов. Он легче, также легко изменяет свою форму, при трении о бумагу или белую ткань оставляет серую полосу. Медь — металл красного цвета, имеет металлический блеск, хорошо проводит электрический ток, поэтому медь применяют при изготовлении проводов.
Такие жидкости, как уксусная кислота и этиловый спирт, также легко различить. Уксусная кислота очень хорошо растворима в воде. Этиловый спирт имеет характерный запах и хорошо смешивается с водой.
Кристаллы медного купороса имеют синий цвет, легко растворяются в воде, образуя голубой раствор.
У всех в аптечке есть марганцовка, её также несложно распознать. Марганцовка представляет собой тёмно-фиолетовые кристаллы, которые хорошо растворяются в воде и образуют раствор ярко-розового цвета.
Однако многие вещества определить достаточно сложно. Как распознать кислород и углекислый газ, ведь эти газы бесцветны и не имеют запаха? Или как узнать, какое вещество находится в пробирке: раствор кислоты или соли? Какой газ находится в сосуде?
Для этого проводят химические реакции, в результате которых происходят изменения с веществами. Эти специфические признаки мы можем определить с помощью наших органов чувств: зрения, обоняния, слуха. Такие химические реакции называются качественными.
То есть качественные реакции — это химические превращения, сопровождающиеся характерными признаками, с помощью которых проводят распознавание веществ.
Основными признаками химических реакций являются: изменение окраски, выпадение осадка, выделение газа, появление запаха, выделение тепла и света.
Такие явления при проведении качественных реакций называются аналитическими сигналами.
Если опустить тлеющую лучинку в пробирку с кислородом и углекислым газом, то в одной пробирке лучинка гаснет, а в другой — ярко вспыхивает.
Этот опыт позволяет определить, в какой пробирке кислород, а в какой — углекислый газ. В той пробирке, где лучинка гаснет, находится углекислый газ, так как углекислый газ не поддерживает горение. В той пробирке, где лучинка вспыхнула, находится кислород, потому что кислород поддерживает горение.
А как отличить, например, углекислый газ от азота, ведь азот, как и углекислый газ, не поддерживает горение? Для этого существует качественная реакция на углекислый газ.
Если в стакан с углекислым газом добавить небольшое количество известковой воды и встряхнуть жидкость в стакане, то жидкость мутнеет. Таким образом, с помощью известковой воды или раствора гашёной извести можно обнаружить углекислый газ.
Если в пробирку с прозрачной известковой водой опустить стеклянную трубку и продуть через неё выдыхаемый воздух, то раствор мутнеет. Значит, и в выдыхаемом воздухе есть углекислый газ.
То есть вещество, с помощью которого проводят качественную реакцию, называется реактивом на определяемое вещество.
В нашем случае известковая вода является реактивом на углекислый газ и углекислый газ является реактивом на известковую воду.
Чтобы реакцию можно было считать качественной, аналитический сигнал на определённый реактив должен появляться только при взаимодействии с одним или немногими веществами. В противном случае трудно будет сделать вывод о том, какое вещество мы обнаружили с помощью реактива.
Например, крахмал можно обнаружить с помощью раствора йода и наоборот. Если капнуть несколько капель йодной настойки на кусочек картофеля, то наблюдается появление сине-фиолетовой окраски. Данная реакция является качественной на крахмал и подтверждает наличие крахмала в картофеле.
Таким образом, с помощью качественных реакций проводят распознавание веществ. Качественная реакция сопровождается аналитическим сигналом. Кислород и углекислый газ можно распознать с помощью тлеющей лучинки. Реактивом на углекислый газ является известковая вода и наоборот. Реактивом на крахмал является раствор йода.
Получение газообразных веществ. Качественные реакции на газообразные вещества (кислород, водород, углекислый газ, аммиак) – HIMI4KA
ОГЭ 2018 по химии › Подготовка к ОГЭ 2018
В зависимости от условий получения газов используют различные приборы, простейшие из которых собирают из пробирок (рисунок 3).
Наиболее универсальным прибором для получения больших количеств газа является аппарат Киппа (рисунок 4).
Для того чтобы зарядить аппарат, в шарообразное расширение 4 помещают твёрдый реагент, размер частиц которого должен исключать его попадание в нижний резервуар. Затем реактор 4 закрывают пробкой 3 с газоотводной трубой с краном 2. Кран открывают и через горловину шарообразной воронки 1 заливают соответствующий жидкий реагент. Его наливают в таком количестве, чтобы его уровень при открытом газоотводном кране достигал половины шарообразного расширения. Газ пропускают в течение 55 минут, чтобы вытеснить воздух, затем закрывают газоотводный кран.
Жидкий реагент из шарообразного расширения вытесняется газом в нижний резервуар и шарообразную воронку. Для работы с газом открывают кран, а по окончании работы его перекрывают.
Качественная реакция на кислород — яркое загорание тлеющей лучинки.
Качественная реакция на водород — хлопок при поднесении горящей лучинки к сосуду, содержащему смесь водорода и воздуха.
Качественная реакция на углекислый газ — помутнение известковой воды с последующим растворением осадка, а также затухание тлеющей лучины в атмосфере углекислого газа.
Качественная реакция на аммиак — почернение в его парах фильтровальной бумаги, смоченной в растворе соли ртути (I), или образование белого дыма при сближении двух стеклянных палочек, одна из которых смочена раствором аммиака, а другая — раствором соляной кислоты.
Тренировочные задания к разделам
1. Только смеси веществ перечислены в наборе
1) хлорид натрия, железо, песок
2) квас, молоко, уксус
3) воздух, пирит, магний
4) фтор, кальций, железняк
2.
Верны ли следующие суждения о чистых веществах и смесях?
А. Воздух является смесью веществ.
Б. Бронза является чистым веществом.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
3. Верны ли следующие суждения о способах очистки веществ?
А. Бромид калия от воды можно отделить выпариванием.
Б. Очистить речной песок от железных опилок можно с помощью магнита.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
4. Верны ли следующие суждения о способах очистки веществ?
А. Очистить воду от нефти можно фильтрованием.
Б. Очистить речной песок от алюминиевых опилок можно фильтрованием.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
5. Верны ли суждения о правилах работы в химической лаборатории?
А. Работы с концентрированной серной кислотой проводят в вытяжном шкафу в защитных перчатках.
Б. Для разделения несмешивающихся жидкостей используют мерный цилиндр.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
6. Верны ли суждения о правилах работы в химической лаборатории?
А. Горючие жидкости запрещено нагревать с помощью газовой горелки.
Б. При попадании на кожу растворов щелочей их немедленно нейтрализуют соляной кислотой.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
7. Верны ли суждения о правилах работы в химической лаборатории?
А. При наливании реактивов нельзя наклоняться над сосудом во избежание попадания брызг на лицо или одежду.
Б. При нагревании пробирки нельзя держать её отверстием к себе или в сторону других лиц.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
8. Верны ли суждения о правилах работы в химической лаборатории?
А.
Градуированные пипетки используют для отмеривания различных объёмов жидкостей.
Б. Делительные воронки применяют для разделения растворов.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
9. Верны ли суждения о правилах работы в химической лаборатории?
А. Градуированные пипетки заполняют с помощью груши.
Б. При кратковременном нагревании жидкости в пробирке используют держатели.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
10. Верны ли суждения о правилах работы в химической лаборатории?
А. При длительном нагревании жидкостей используют штативы.
Б. Фильтратом называют раствор, освобождённый от твердых частиц.
1) верно только А
2) верно только Б
3) верны оба суждения
4) оба суждения неверны
11. Лакмус окрасится в красный цвет в растворе
1) Na2SO4
2) HCl
3) K2SO4
4) NaOH
12.
Лакмус окрасится в красный цвет в растворе
1) LiNO3
2) AgNO3
3) HNO3
4) Ba(NO3)2
13. Лакмус окрасится в синий цвет в растворе
1) HBr
2) BaCl2
3) K2SO4
4) KOH
14. Лакмус окрасится в синий цвет в растворе
1) Ba(OH)2
2) KBr
3) HNO3
4) AgNO3
15. Индикатор метиловый оранжевый окрасится в жёлтый цвет в растворе
1) HCl
2) H2SO4
3) KOH
4) K2SO4
16. Индикатор метиловый оранжевый окрасится в жёлтый цвет в растворе
1) LiOH
2) HCl
3) H2SO4
4) K2SO4
17. Индикатор метиловый оранжевый окрасится в розовый цвет в растворе
1) H2SO4
2) NaOH
3) KCl
4) K2SO4
18.
Индикатор метиловый оранжевый окрасится в розовый цвет в растворе
1) K2SO3
2) KOH
3) KBr
4) HNO3
19. Для качественного определения хлорид-иона в растворе применяют реактив
1) NaNO3
2) Ca(NO3)2
3) Al(NO3)3
4) AgNO3
20. Для качественного определения сульфат-иона в растворе применяют реакцию с катионом
1) Al3+
2) Mg2+
3) Ba2+
4) Na+
21. Для качественного определения карбонат-иона в растворе применяют реакцию с катионом
1) Na+
2) Li+
3) Rb+
4) Ca2+
22. При взаимодействии хлорида натрия и нитрата серебра
1) выпадает осадок жёлтого цвета
2) выпадает осадок коричневого цвета
3) выпадает осадок белого цвета
4) внешних изменений не происходит
23.
При взаимодействии нитрата бария с сульфатом калия
1) выпадает кристаллический осадок белого цвета
2) выделяется бесцветный газ
3) выпадает осадок коричнево-красного цвета
4) внешних изменений не происходит
24. При пропускании углекислого газа через известковую воду
1) внешних изменений не происходит
2) выпадает осадок белого цвета, нерастворимый в кислотах
3) выпадает осадок зеленоватого цвета, нерастворимый в кислотах
4) выпадает осадок белого цвета, растворяющийся при дальнейшем пропускании углекислого газа
25. В пробирку с раствором соли добавили концентрированный раствор гидроксида натрия и нагрели. Наблюдалось выделение пузырьков газа, в парах которого влажная лакмусовая бумажка окрасилась в синий цвет. Эта соль
1) NH4Cl
2) KCl
3) BaCl2
4) LiBr
26. Осадок выделится при сливании растворов
1) NaCl и AgNO3
2) NaCl и Al(NO3)3
3) NaCl и KNO3
4) NaCl и Ca(NO3)2
27.
Осадок выделится при сливании водных растворов
1) Ba(NO3)2 и HCl
2) Ba(NO3)2 и HBr
3) Ba(NO3)2 и H2SO4
4) Ba(NO3)2 и HNO2
28. Газ выделяется при сливании водных растворов
1) HCl и AgNO3
2) HCl и NaHCO3
3) HCl и Na2SO4
4) HCl и NaNO3
29. Смесь осадков образуется при взаимодействии водных растворов веществ
1) BaCl2 и Na2SO4
2) Ba(OH)2 и AlCl3
3) NaOH и MgCl2
4) Al2(SO4)3 и Ba(OH)2
30. Осадок и газ образуется одновременно при сливании растворов
1) Li2CO3 и H3PO4
2) Li2CO3 и HCl
3) Na2CO3 и H3PO4
4) Na2CO3 и HCl
Ответы
Проведение расчетов на основе формул и уравнений реакций →
← Определение характера среды раствора кислот и щелочей с помощью индикаторов.
Качественные реакции на ионы в растворе (хлорид-, сульфат-, карбонат-ионы, ион аммония)
Физиология, кривая реакции на углекислый газ — StatPearls
NCBI Bookshelf. Служба Национальной медицинской библиотеки, Национальных институтов здоровья.
StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2022 янв.
StatPearls [Интернет].
Показать подробности
Критерий поиска
Эндрю Беннер; Ноубл Ф. Леваллен; Сандип Шарма.
Информация об авторе и организациях
Последнее обновление: 19 июля 2022 г.
Введение
Легкие играют важную роль в стабилизации биохимической среды, необходимой для сохранения жизненно важных метаболических процессов. Они непосредственно участвуют в регуляции и поддержании кислотно-щелочного состояния посредством транспорта кислорода и экскреции углекислого газа. Легкие контролируются медуллярными центрами в головном мозге, которые активируют или подавляют сокращение дыхательных мышц.
Они управляются хеморецепторами, как периферическими, так и центральными, которые ощущают изменения в водородных ионах (H+) и вызывают изменения в альвеолярной вентиляции для нормализации рН и достижения гомеостаза. Хотя этот процесс хорошо контролируется, он уязвим для преходящих или длительных внешних воздействий, включая токсины и лекарства, а также обструктивных и рестриктивных процессов в легких. Эти повреждения могут снижать или усиливать эффективность способности организма вызывать изменения в альвеолярной вентиляции. Кривая реакции на углекислый газ представляет собой физиологическую реакцию артериального содержания углекислого газа (PaCO2) на минутную вентиляцию легких. Здесь мы обсудим кривую отклика углекислого газа и влияние внешних сил на эту кривую.
Клеточный
На клеточном уровне углекислый газ (CO2) вырабатывается в периферических тканях как побочный продукт аэробного гликолиза с образованием аденозинтрифосфата (АТФ), который служит источником энергии для клеток.
Затем CO2 транспортируется в легкие через кровь, связанную с красными кровяными тельцами в виде бикарбоната (HCO3-) и в виде растворенного газа. Как только венозная кровь достигает легких, HCO3- затем преобразуется обратно в CO2 с помощью карбоангидразы (CO2 + h3O <--> h3CO3 <--> H+ + HCO3-) в альвеолярных капиллярах, которые выделяются легкими. Когда уровень CO2 высок, уравнение сдвигается вправо, вызывая увеличение ионов водорода (H+), что приводит к снижению pH крови. Когда pH крови падает, это заставляет как периферические, так и центральные хеморецепторы усиливать дыхательный драйв за счет бронходилатации и гипоксической вазоконстрикции, чтобы увеличить клиренс CO2 и улучшить соответствие вентиляции и перфузии (V/Q). Периферические хеморецепторы, расположенные в каротидных и аортальных телах, способны действовать немедленно в течение нескольких секунд после повышения уровня СО2, а центральные хеморецепторы способны действовать в течение нескольких минут. Когда происходит клиренс СО2, уравнение снова сдвигается вправо, следовательно, уменьшается H+ и снова восстанавливается гомеостаз.
Функция
Кривая отклика CO2 представляет собой графическое изображение почти линейной зависимости между PaCO2 и альвеолярной вентиляцией. Хотя кривая почти линейна, при экстремальных уровнях PaCO2 (ниже 45 мм рт. ст. и выше 80 мм рт. ст.) линейная зависимость выходит на плато. В диапазоне 45–80 мм рт. ст. для PaCO2 минутная вентиляция обычно увеличивается на 2–5 л/мин на каждый 1 мм рт. ст. увеличения CO2; хотя это может сильно различаться между людьми. Эти вентиляционные реакции могут быть изменены преходящими или длительными внешними воздействиями, включая токсины и лекарства, а также физиологическими состояниями, включая возраст. Одна из основных причин сдвига кривой отклика CO2 связана с изменениями насыщения кислородом. В условиях гипоксемии или снижения уровня кислорода кривая смещается влево, что означает, что альвеолярная вентиляция или минутная вентиляция у этих пациентов одинаковы при более низких уровнях PaCO2. Кривая также сдвигается влево при метаболической ацидемии и центральной этиологии.
Сдвиги кривой вправо или такая же минутная вентиляция в ответ на более высокие уровни PaCO2 вызываются опиоидами. Бензодиазепины и пропофол имеют тенденцию уменьшать наклон кривой отклика на СО2, а ингаляционные анестетики уменьшают наклон и вызывают сдвиг кривой вправо. Другие изменения кривой могут происходить с возрастом, так как возраст имеет тенденцию к снижению дыхательной реакции на CO2, а повышенный уровень физической подготовки также имеет тенденцию к снижению гиперкапнического дыхательного драйва.
Механизм действия
Для отслеживания изменений [H+] и влияния на респираторный ответ в организме имеются две группы хеморецепторов: 1) центральные, H+-рецепторы в вентролатеральном отделе продолговатого мозга, и 2) периферические, PaO2- и H+-рецепторы, расположенные в каротидные и аортальные тела.[1] Центральные хеморецепторы реагируют на изменения [H+] и косвенно на Co2. Хотя Н+ не может диффундировать через гематоэнцефалический барьер, увеличение содержания СО2 позволяет диффундировать через него, который затем превращается обратно в Н+ посредством карбоангидразы.
Это вызывает снижение рН спинномозговой жидкости (ЦСЖ), что стимулирует центральные хеморецепторы. Периферические хеморецепторы наиболее чувствительны к изменениям PaO2 с некоторым влиянием [H+].
В случае гипоксии преобладает ответ каротидного тела, выступающего в качестве первичного датчика кислорода.[2] Тела аорты также могут обнаруживать изменения в кислороде, однако они играют более важную роль в обнаружении изменений артериального давления.[2]
В сценариях, в которых рецепторы не совпадают, например, при гипоксической гипокапнии, доминирует гипоксический ответ периферических хеморецепторов, стимулирующий дыхательный импульс для улучшения оксигенации, несмотря на дальнейшее снижение уровня CO2.[1] Во время гиперкапнии и острого повышения [H+] периферические и центральные хеморецепторы одновременно реагируют, значительно стимулируя альвеолярную вентиляцию, вызывая респираторный алкалоз, сдвигая кислотно-щелочной статус в сторону нейтрального. Эти респираторные изменения происходят быстро, в то время как почечной системе требуется от нескольких часов до нескольких дней, чтобы адекватно отреагировать на кислотно-основные метаболические нарушения посредством реабсорбции бикарбонатов и экскреции титруемых кислот.
Почки и легкие функционируют в тандеме, и их способность исправлять нарушения наиболее сильна, когда компенсируется другая система. Например, при метаболической ацидемии почки не могут должным образом восстановить кислотно-щелочной статус и, таким образом, полагаются на легкие для компенсаторного респираторного алкалоза за счет стимуляции периферических и центральных хеморецепторов в ответ на увеличение содержания ионов водорода.
Клиническое значение
В условиях клинической анестезии кривая реакции на углекислый газ подвержена резким изменениям, начиная от изменений порога (сдвиги влево/вправо) или чувствительности (наклон усиления/депрессии) в зависимости от агентов, используемых на протяжении всей процедуры, параметры вентиляции и текущее состояние здоровья пациента, среди прочего (см. рисунок). В случае гипоксемии с PaO2 менее 60 мм рт. ст. кривая реакции CO2 сдвигается влево, усиливая дыхательную активность [3]. Летучие анестетики, такие как дез/изо/севофлуран, вызывают дозозависимое снижение наклона кривой реакции на углекислый газ, ограничивая гиперкапнический драйв.
[4]
Обычно используемые обезболивающие препараты, такие как опиоиды, особенно фентанил, еще больше ослабляют кривую отклика CO2, вызывая сдвиг вправо (снижение порога).[5] Есть подозрения, что пропофол и бензодиазепины подавляют кривую отклика на углекислый газ за счет уменьшения наклона (чувствительности). К сожалению, большинство веществ/газов, используемых для достижения глубины седативного эффекта, необходимой для надлежащей амнезии и анальгезии, одновременно ослабляют кривую реакции на углекислый газ и, таким образом, дыхательную активность. При таких влияниях искусственная вентиляция легких служит необходимым вмешательством для искусственного поддержания желаемой физиологической среды. Позволяя лекарствам выходить за пределы их терапевтического диапазона, реверсивируя нервно-мышечную блокаду и уменьшая механическую вентиляцию легких, чтобы обеспечить пермиссивную гиперкапнию, анестезиолог может напрямую изменить кривую реакции пациента на углекислый газ, чтобы увеличить дыхательную активность в конце процедуры с целью экстубация больного при возвращении на спонтанную вентиляцию легких.
При таких процедурах, как бронхоскопия, эндоскопия верхних отделов желудочно-кишечного тракта и колоноскопия, в которых используется седация в сознании, пульсоксиметрия вместе с капнографией является необходимостью. Адекватное насыщение кислородом легко поддерживать, обеспечивая большее количество FiO2, но если пациент не поддерживает надлежащую альвеолярную вентиляцию, уровни CO2 могут подняться до опасного уровня, что приведет к брадикардии и возможной остановке сердца. Мониторинг капнографии во время этих процедур позволяет анестезиологу наблюдать за состоянием вентиляции пациента и при необходимости вмешиваться. Уравнение альвеолярного газа может легко объяснить эту концепцию.[6]
Контрольные вопросы
Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.
Комментарий к этой статье.
Рисунок
Кривая отклика углекислого газа, клиническое применение. Предоставлено Эндрю Беннером
Ссылки
- 1.
Лахири С., Форстер Р.Э. Чувствительность CO2/H(+): периферическая и центральная хеморецепция. Int J Biochem Cell Biol. 2003 г., 35 октября (10): 1413-35. [В паблике: 12818238]
- 2.
Фицджеральд Р.С., Ширахата М., Балбир А., Гроссман К.Э. Чувствительность кислорода в каротидном теле и ее связь с сердечной недостаточностью. Антиоксидный окислительно-восстановительный сигнал. 2007 г., июнь; 9 (6): 745-9. [PubMed: 17511590]
- 3.
Даффин Дж. Измерение дыхательной реакции на гипоксию. Дж. Физиол. 2007 01 октября; 584 (часть 1): 285-93. [Бесплатная статья PMC: PMC2277066] [PubMed: 17717019]
- 4.
Hirshman CA, McCullough RE, Cohen PJ, Weil JV. Угнетение гипоксической дыхательной реакции галотаном, энфлураном и изофлураном у собак. Бр Джей Анаст. 1977 октября; 49 (10): 957-63. [PubMed: 921874]
- 5.
Леманн К.А., Нойбауэр М.Л., Дауб Д., Калфф Г. [Кривые CO2-ответа как мера угнетения дыхания, вызванного опиатами.
Исследования с фентанилом]. Анестезиолог. 1983 г., июнь; 32 (6): 242–58. [PubMed: 6412584]- 6.
Шарма С., Хашми М.Ф., Бернс Б. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 22 августа 2022 г. Уравнение альвеолярного газа. [PubMed: 29489223]
Исследования с фентанилом]. Анестезиолог. 1983 г., июнь; 32 (6): 242–58. [PubMed: 6412584]Copyright © 2022, StatPearls Publishing LLC.
Эта книга распространяется на условиях Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) ( http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ), что позволяет другим распространять произведение при условии, что статья не изменена и не используется в коммерческих целях. Вам не требуется получать разрешение на распространение этой статьи при условии, что вы указываете автора и журнал.
Идентификатор книжной полки: NBK538146PMID: 30844173
- PubReader
- Print View
- Cite this Page
In this Page
gov/portal/XSLT/namespace» xmlns:xsi=»http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance»>Bulk Download
Связанная информация
Аналогичные статьи в PubMed
- Управление вентиляторами.[StatPearls. 2022]
- Обзор определения CO2/H(+): периферическая и центральная хеморецепция. [Int J Biochem Cell Biol. 2003]
- Метаболические эффекты инсуффляции углекислого газа (CO2) во время лапароскопической хирургии: изменения pH, артериального парциального давления углекислого газа (PaCo2) и углекислого газа в конце выдоха (EtCO2). [Cent Afr J Med. 2015]
- [Поведение парциального давления кислорода и углекислого газа в артериальной и смешанной венозной крови и значение рН во время и после интубационного апноэ. Исследования возникновения эффекта Кристиансена-Дугласа-Халдейна]. [Анестезиолог. 1993]
- Паттерн дыхания и задержка углекислого газа при хронической обструктивной болезни легких. [Am J Med. 1981]
[Анестезиолог. 1993]Просмотреть отзывы… Просмотреть все…
Последние действия
ClearTurn OffTurn On
Ваша активность в Интернете пуста.
Запись активности отключена.
Включить запись
Подробнее…
Физиология, кривая реакции на углекислый газ — StatPearls
Книжная полка NCBI. Служба Национальной медицинской библиотеки, Национальных институтов здоровья.
StatPearls [Интернет]. Остров сокровищ (Флорида): StatPearls Publishing; 2022 янв.
StatPearls [Интернет].
Показать подробности
Критерий поиска
Эндрю Беннер; Ноубл Ф. Леваллен; Сандип Шарма.
Информация об авторе и организациях
Последнее обновление: 19 июля 2022 г.
Введение
Легкие играют важную роль в стабилизации биохимической среды, необходимой для сохранения жизненно важных метаболических процессов. Они непосредственно участвуют в регуляции и поддержании кислотно-щелочного состояния посредством транспорта кислорода и экскреции углекислого газа. Легкие контролируются медуллярными центрами в головном мозге, которые активируют или подавляют сокращение дыхательных мышц. Они управляются хеморецепторами, как периферическими, так и центральными, которые ощущают изменения в водородных ионах (H+) и вызывают изменения в альвеолярной вентиляции для нормализации рН и достижения гомеостаза. Хотя этот процесс хорошо контролируется, он уязвим для преходящих или длительных внешних воздействий, включая токсины и лекарства, а также обструктивных и рестриктивных процессов в легких. Эти повреждения могут снижать или усиливать эффективность способности организма вызывать изменения в альвеолярной вентиляции. Кривая реакции на углекислый газ представляет собой физиологическую реакцию артериального содержания углекислого газа (PaCO2) на минутную вентиляцию легких.
Здесь мы обсудим кривую отклика углекислого газа и влияние внешних сил на эту кривую.
Клеточный
На клеточном уровне углекислый газ (CO2) вырабатывается в периферических тканях как побочный продукт аэробного гликолиза с образованием аденозинтрифосфата (АТФ), который служит источником энергии для клеток. Затем CO2 транспортируется в легкие через кровь, связанную с красными кровяными тельцами в виде бикарбоната (HCO3-) и в виде растворенного газа. Как только венозная кровь достигает легких, HCO3- затем преобразуется обратно в CO2 с помощью карбоангидразы (CO2 + h3O <--> h3CO3 <--> H+ + HCO3-) в альвеолярных капиллярах, которые выделяются легкими. Когда уровень CO2 высок, уравнение сдвигается вправо, вызывая увеличение ионов водорода (H+), что приводит к снижению pH крови. Когда pH крови падает, это заставляет как периферические, так и центральные хеморецепторы усиливать дыхательный драйв за счет бронходилатации и гипоксической вазоконстрикции, чтобы увеличить клиренс CO2 и улучшить соответствие вентиляции и перфузии (V/Q).
Периферические хеморецепторы, расположенные в каротидных и аортальных телах, способны действовать немедленно в течение нескольких секунд после повышения уровня СО2, а центральные хеморецепторы способны действовать в течение нескольких минут. Когда происходит клиренс СО2, уравнение снова сдвигается вправо, следовательно, уменьшается H+ и снова восстанавливается гомеостаз.
Функция
Кривая отклика CO2 представляет собой графическое изображение почти линейной зависимости между PaCO2 и альвеолярной вентиляцией. Хотя кривая почти линейна, при экстремальных уровнях PaCO2 (ниже 45 мм рт. ст. и выше 80 мм рт. ст.) линейная зависимость выходит на плато. В диапазоне 45–80 мм рт. ст. для PaCO2 минутная вентиляция обычно увеличивается на 2–5 л/мин на каждый 1 мм рт. ст. увеличения CO2; хотя это может сильно различаться между людьми. Эти вентиляционные реакции могут быть изменены преходящими или длительными внешними воздействиями, включая токсины и лекарства, а также физиологическими состояниями, включая возраст.
Одна из основных причин сдвига кривой отклика CO2 связана с изменениями насыщения кислородом. В условиях гипоксемии или снижения уровня кислорода кривая смещается влево, что означает, что альвеолярная вентиляция или минутная вентиляция у этих пациентов одинаковы при более низких уровнях PaCO2. Кривая также сдвигается влево при метаболической ацидемии и центральной этиологии. Сдвиги кривой вправо или такая же минутная вентиляция в ответ на более высокие уровни PaCO2 вызываются опиоидами. Бензодиазепины и пропофол имеют тенденцию уменьшать наклон кривой отклика на СО2, а ингаляционные анестетики уменьшают наклон и вызывают сдвиг кривой вправо. Другие изменения кривой могут происходить с возрастом, так как возраст имеет тенденцию к снижению дыхательной реакции на CO2, а повышенный уровень физической подготовки также имеет тенденцию к снижению гиперкапнического дыхательного драйва.
Механизм действия
Для отслеживания изменений [H+] и влияния на респираторный ответ в организме имеются две группы хеморецепторов: 1) центральные, H+-рецепторы в вентролатеральном отделе продолговатого мозга, и 2) периферические, PaO2- и H+-рецепторы, расположенные в каротидные и аортальные тела.
[1] Центральные хеморецепторы реагируют на изменения [H+] и косвенно на Co2. Хотя Н+ не может диффундировать через гематоэнцефалический барьер, увеличение содержания СО2 позволяет диффундировать через него, который затем превращается обратно в Н+ посредством карбоангидразы. Это вызывает снижение рН спинномозговой жидкости (ЦСЖ), что стимулирует центральные хеморецепторы. Периферические хеморецепторы наиболее чувствительны к изменениям PaO2 с некоторым влиянием [H+].
В случае гипоксии преобладает ответ каротидного тела, выступающего в качестве первичного датчика кислорода.[2] Тела аорты также могут обнаруживать изменения в кислороде, однако они играют более важную роль в обнаружении изменений артериального давления.[2]
В сценариях, в которых рецепторы не совпадают, например, при гипоксической гипокапнии, доминирует гипоксический ответ периферических хеморецепторов, стимулирующий дыхательный импульс для улучшения оксигенации, несмотря на дальнейшее снижение уровня CO2.[1] Во время гиперкапнии и острого повышения [H+] периферические и центральные хеморецепторы одновременно реагируют, значительно стимулируя альвеолярную вентиляцию, вызывая респираторный алкалоз, сдвигая кислотно-щелочной статус в сторону нейтрального.
Эти респираторные изменения происходят быстро, в то время как почечной системе требуется от нескольких часов до нескольких дней, чтобы адекватно отреагировать на кислотно-основные метаболические нарушения посредством реабсорбции бикарбонатов и экскреции титруемых кислот.
Почки и легкие функционируют в тандеме, и их способность исправлять нарушения наиболее сильна, когда компенсируется другая система. Например, при метаболической ацидемии почки не могут должным образом восстановить кислотно-щелочной статус и, таким образом, полагаются на легкие для компенсаторного респираторного алкалоза за счет стимуляции периферических и центральных хеморецепторов в ответ на увеличение содержания ионов водорода.
Клиническое значение
В условиях клинической анестезии кривая реакции на углекислый газ подвержена резким изменениям, начиная от изменений порога (сдвиги влево/вправо) или чувствительности (наклон усиления/депрессии) в зависимости от агентов, используемых на протяжении всей процедуры, параметры вентиляции и текущее состояние здоровья пациента, среди прочего (см.
рисунок). В случае гипоксемии с PaO2 менее 60 мм рт. ст. кривая реакции CO2 сдвигается влево, усиливая дыхательную активность [3]. Летучие анестетики, такие как дез/изо/севофлуран, вызывают дозозависимое снижение наклона кривой реакции на углекислый газ, ограничивая гиперкапнический драйв.[4]
Обычно используемые обезболивающие препараты, такие как опиоиды, особенно фентанил, еще больше ослабляют кривую отклика CO2, вызывая сдвиг вправо (снижение порога).[5] Есть подозрения, что пропофол и бензодиазепины подавляют кривую отклика на углекислый газ за счет уменьшения наклона (чувствительности). К сожалению, большинство веществ/газов, используемых для достижения глубины седативного эффекта, необходимой для надлежащей амнезии и анальгезии, одновременно ослабляют кривую реакции на углекислый газ и, таким образом, дыхательную активность. При таких влияниях искусственная вентиляция легких служит необходимым вмешательством для искусственного поддержания желаемой физиологической среды. Позволяя лекарствам выходить за пределы их терапевтического диапазона, реверсивируя нервно-мышечную блокаду и уменьшая механическую вентиляцию легких, чтобы обеспечить пермиссивную гиперкапнию, анестезиолог может напрямую изменить кривую реакции пациента на углекислый газ, чтобы увеличить дыхательную активность в конце процедуры с целью экстубация больного при возвращении на спонтанную вентиляцию легких.
При таких процедурах, как бронхоскопия, эндоскопия верхних отделов желудочно-кишечного тракта и колоноскопия, в которых используется седация в сознании, пульсоксиметрия вместе с капнографией является необходимостью. Адекватное насыщение кислородом легко поддерживать, обеспечивая большее количество FiO2, но если пациент не поддерживает надлежащую альвеолярную вентиляцию, уровни CO2 могут подняться до опасного уровня, что приведет к брадикардии и возможной остановке сердца. Мониторинг капнографии во время этих процедур позволяет анестезиологу наблюдать за состоянием вентиляции пациента и при необходимости вмешиваться. Уравнение альвеолярного газа может легко объяснить эту концепцию.[6]
Контрольные вопросы
Доступ к бесплатным вопросам с несколькими вариантами ответов по этой теме.
Комментарий к этой статье.
Рисунок
Кривая отклика углекислого газа, клиническое применение. Предоставлено Эндрю Беннером
Ссылки
- 1.
Лахири С., Форстер Р.Э. Чувствительность CO2/H(+): периферическая и центральная хеморецепция. Int J Biochem Cell Biol. 2003 г., 35 октября (10): 1413-35. [В паблике: 12818238]
- 2.
Фицджеральд Р.С., Ширахата М., Балбир А., Гроссман К.Э. Чувствительность кислорода в каротидном теле и ее связь с сердечной недостаточностью. Антиоксидный окислительно-восстановительный сигнал. 2007 г., июнь; 9 (6): 745-9. [PubMed: 17511590]
- 3.
Даффин Дж. Измерение дыхательной реакции на гипоксию. Дж. Физиол. 2007 01 октября; 584 (часть 1): 285-93. [Бесплатная статья PMC: PMC2277066] [PubMed: 17717019]
- 4.
Hirshman CA, McCullough RE, Cohen PJ, Weil JV. Угнетение гипоксической дыхательной реакции галотаном, энфлураном и изофлураном у собак. Бр Джей Анаст. 1977 октября; 49 (10): 957-63. [PubMed: 921874]
- 5.
Леманн К.А., Нойбауэр М.Л., Дауб Д., Калфф Г. [Кривые CO2-ответа как мера угнетения дыхания, вызванного опиатами.
Исследования с фентанилом]. Анестезиолог. 1983 г., июнь; 32 (6): 242–58. [PubMed: 6412584]- 6.
Шарма С., Хашми М.Ф., Бернс Б. StatPearls [Интернет]. Издательство StatPearls; Остров сокровищ (Флорида): 22 августа 2022 г. Уравнение альвеолярного газа. [PubMed: 29489223]
Исследования с фентанилом]. Анестезиолог. 1983 г., июнь; 32 (6): 242–58. [PubMed: 6412584]Copyright © 2022, StatPearls Publishing LLC.
Эта книга распространяется на условиях Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0) ( http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ ), что позволяет другим распространять произведение при условии, что статья не изменена и не используется в коммерческих целях. Вам не требуется получать разрешение на распространение этой статьи при условии, что вы указываете автора и журнал.
Идентификатор книжной полки: NBK538146PMID: 30844173
- PubReader
- Print View
- Cite this Page
In this Page
gov/portal/XSLT/namespace» xmlns:xsi=»http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance»>Bulk Download
Связанная информация
Аналогичные статьи в PubMed
- Управление вентиляторами.[StatPearls. 2022]
- Обзор определения CO2/H(+): периферическая и центральная хеморецепция. [Int J Biochem Cell Biol. 2003]
- Метаболические эффекты инсуффляции углекислого газа (CO2) во время лапароскопической хирургии: изменения pH, артериального парциального давления углекислого газа (PaCo2) и углекислого газа в конце выдоха (EtCO2). [Cent Afr J Med. 2015]
- [Поведение парциального давления кислорода и углекислого газа в артериальной и смешанной венозной крови и значение рН во время и после интубационного апноэ. Исследования возникновения эффекта Кристиансена-Дугласа-Халдейна].
