Типовые нарушения кислотно-основного состояния

ЛЕКЦИЯ

ТИПОВЫЕ НАРУШЕНИЯ КИСЛОТНО-

ОСНОВНОГО СОСТОЯНИЯ

Кислотно-основное состояния (КОС) - малоколеблющееся в обычных условиях соотношение кисло- и щелочнореагирующих веществ в организме. Это соотношение лабильно во внутриклеточной среде и стабильно во внеклеточной жидкости (плазме крови, лимфе, тканевой жидкости).

КОС влияет на проницаемость биологических мембран, на подвижность и чувствительность мембранных рецепторов, обеспечивает интенсивность и направленность метаболических процессов, обуславливает свойства белка и коллоидов, способность гемоглобина присоединять и отдавать кислород и т.д.

Изменения КОС ведут к нарушениях физиологических процессов, а при сдвигах за известные пределы - и к гибели организма. В связи с этим величина рН, характеризующая состояние КОС, является одной из самых жестких конс-

тант: рН артериальной крови у здорового человека колеблется в пределах 7,26-

7,36. Сдвиг рН крови на 0,1 вызывает нарушение дыхательной, сердечно-сосудистой и других систем организма; снижение рН на 0,3 может привести к развитию ацидотической комы, а сдвиг рН крови на 0,4 и более несовместим с жизнью. Наряду с рН крови, показателями КОС являются:

р СО2 - парциальное давление углекислоты в крови ( в норме составляет 36-

46 мм рт.ст.);

SB - стандартный бикарбонат плазмы крови: концентрация

бикарбоната в плазме крови, приведенной к стандартным условиям

(в норме равен 21-25 ммоль/л);

ВВ - буферные основания цельной крови (в норме 44-48 ммоль/л);

ВЕ - показатель, указывающий на избыток или дефицит оснований (в

норме равен 2,0 ммоль/л).

Определение вышеуказанных показателей КОС проводится с использованием приборов типа рН-метра, "Аструп", "Азив", "Акор".

Нарушения КОС проявляются в виде ацидозов, которые, в зависимости от механизма возникновения, могут быть газовые и негазовые. По степени выра-женности они подразделяются на компенсированные (без сдвига рН крови) и де-компенсированные, при которых изменяются не только абсолютные концентра-ции углекислоты и бикарбоната, но и их соотношение, результатом чего является сдвиг рН крови.

Ацидоз - это нарушение КЩБ, характеризующееся относительным или абсолютным преобладанием в крови и тканях летучих и нелетучих кислот.

Негазовый ацидоз - возникает при накоплении в организме нелетучих кислых продуктов (молочной и пировиноградной кислот, жирных и аминокислот, кетоновых тел и т.д.) - это наиболее частая форма нарушения КЩБ.

Различают следующие патогенетические формы негазового ацидоза:

1. Метаболический ацидоз.

2. Выделительный ацидоз.

3. Экзогенный ацидоз.

Причинами развития метаболического ацидоза могут быть:

а) нарушение окисления и ресинтеза кетоновых тел, а также увеличение их продукции - кетоацидоз (сахарный диабет, голодание, нарушение функции печени, лихорадка, гипоксия и др.);

б) снижение процессов синтеза и ресинтеза молочной кислоты, увеличение ее продукции - лактат-ацидоз (гипоксия, инфекции, нарушение функции печени, воспаление);

в) накопление прочих органических и неорганических кислот (воспаление, ожоги, травмы, печеночная недостаточность).

В основе развития выделительного ацидоза лежат следующие метаболические сдвиги:

а) задержка кислот при почечной недостаточности;

б) потеря щелочей через почки и желудочно-кишечный тракт.

Экзогенный ацидоз возникает при длительном употреблении некоторых лекарственных препаратов (аспирин, соляная кислота).

Газовый ацидоз - обусловлен избыточным накоплением в крови и тканях углекислоты вследствие действия следующих патогенетических факторов:

а) вдыхания воздуха или газовых смесей с высоким содержанием углекислоты;

б) рестриктивной и обструктивной форм дыхательной недостаточности, при которой нарушается газообмен между альвеолами и кровью или внешней средой (подавление активности дыхательного центра, паралич дыхательной мускулатуры, нарушение проходимости воздухоносных путей, поражение легочной паренхимы);

в) нарушения кровообращения, когда замедляется выведение углекислоты из тканей или легких.

Вышеуказанные причины приводят к явлениям гиперкапнии и гипоксии, что усиливает ацидоз за счет присоединения метаболического компонента.

Функциональные и метаболические сдвиги,

возникающие при ацидозах

Умеренный компенсированный ацидоз протекает без выраженных клинических симптомов. При углублении ацидоза появляется усиленное дыхание, переходящее в резкую одышку, что, вероятно, является следствием раздражения дыхательного центра избытком водородных ионов.

Ацидоз приводит к активации симпатоадреналовой системы, поэтому в процессе его развития отмечаются усиление сердечной деятельности: учащение пульса, повышение минутного объема крови, подъем артериального давления, а также гипергликемия. Однако по мере углубления ацидоза снижается активность адренорецепторов и, несмотря на повышенное содержание катехоламинов в крови, сердечная деятельность угнетается, появляются экстрасистолы и другие нарушения ритма вплоть до желудочковой фибрилляции, что приводит к падению системного артериального давления. Избыток водородных ионов в крови вызывает расширение сосудов микроциркуляторного русла, повышение проницаемости сосудистых и клеточных мембран, что, в свою очередь, приводит к развитию отека. Увеличение площади сосудистого русла и уменьшение объема циркулирующей крови усуггубляют падение артериального давления, на фоне которого вторично нарушаются функции почек, печени, нервной системы.

Так, при некомпенсированном ацидозе возникают резкие расстройства функции нервной системы: вначале появляются головокружение, сонливость, при рН 7,0 возникает сопор, при развитии ацидотической комы - полная потеря сознания.

Явления ацидоза обуславливают диабетогенное направление обмена веществ. Так, избыток органических кислот используется в процессе глюконеогенеза, а дефицит бикарбоната приводит к снижению синтеза инсулина,

ограничению, таким образом, усвоения глюкозы тканями и гипергликемии. Усиленное образование аммиака, в результате интенсивного распада белка, может приводить к аммиачному токсикозу, ограничению синтеза аминокислот и торможению их использования в пластических целях.

При газовом ацидозе гиперкапния приводит к спазму сосудов, повышению артериального давления, затрудняющего работу сердца и почек. Кроме того, гипаркапния усиливает продукцию и выделение вязкой бронхиальной слизи, суживающей просвет бронхов и, таким образом, усиливающей дыхательную недостаточность. Высокие концентрации углекислоты могут быть причиной коматозного и наркотического состояния.

Алкалоз - это нарушение КОС, характеризующееся относительным или абсолютным преобладанием в крови и тканях щелочнореагирующих веществ.

Негазовый алкалоз - характеризуется избыточным накоплением в организме щелочных соединений. Встречается редко, возникает под влиянием следующих патогенетических факторов:

а) при введении избытка щелочей - бикарбоната, цитрата и т.д.

б) при нарушении фнкции почек, сопровождающемся задержкой щелочей;

в) при потере кислот - пилороспазм, пилоростеноз, кишечная непроходимость, отравления, желудочные свищи;

г) при гиперпродукции глюкокортикоидов, когда из клеток выходят ионы калия, взамен которого входят ионы водорода - концентрация последнего вне клеток падает. На фоне избытка оснований дефицит водородных ионов приводит к снижению активности дыхательного центра и ослаблению дыхания.

Газовый алкалоз - связан с усилением выведения углекислого газа через легкие при гипервентиляции, что возникает при высотной болезки, перегревании, искусственном дыхании, анемиях, энцефалите, а также при снижении парциального давления углекислоты во вдыхаемом воздухе.

Функциональные и метаболические сдвиги,

возникающие при алкалозе.

В условиях негазового алкалоза усиливаются адренергические эффекты за счет повышения активности бета-адренорецепторов в сердце, сосудах, сосудах, кишечнике и бронхах. Одновременно подавляются и парасимпатические эффекты.

При газовом алкалозе гипокапния вызывает снижение возбудимости дыхательного центра, вплоть до появления периодического дыхания.

Одновременно возникающая гипоксия приводит к угнетению сосудодвительного

центра, снижению артериального давления, уменьшению ударного и минутного выброса сердца и, таким образом, снижению тканевого кровотока, развитию тканевой и циркуляторной гипоксии и соответственно присоединению метаболи-ческого ацидоза. Последний в данном случае можно считать компенсаторной реакцией на возникновение респираторного алкалоза. В связи с интенсивным выведением ионов натрия и калия падает осмотическое давление крови, возрастает диурез и развивается обезвоживание организма. Гипокалиемия может стать причиноймышечной адинамии, нарушения сердечного ритма, а гипокальциемия - причиной судорожного синдрома.

Нарушение КОС в ту или иную сторону включает мощные гомеостатические механизмы компенсации, которые представлены, с одной стороны, биохимическими буферными системами, а с другой - эволюционно выработанными физиологическими процессами в легких, почках, печени, желудочно-кишечном тракте и других органах.

Роль буферных систем в регуляции КОС

в норме и патологии

Самым важным и лабиотным буфером крови является бикарбонатный, состоящий из слабой кислоты (углекислоты) и бикарбоната.

В норме соотношение их равно 1:20.

Данная буферная система препятствует изменениям рН крови при избыточном образовании сильных кислот или оснований вследствие их превращения в соответствующие слабые кислоты или основания. Несмотря на небольшую буферную емкость (всего 7-9 % от общей буферной емкости крови), бикарбонатный буфер приобретает особое значение благодаря своей высокой чувствительности к "агрессии" кислот и целочей, а также тесной взаимосвязи с другими буферными системами и физиологическими процессами, участвующими в поддержании КОС. В связи с этим состояние бикарбонатного буфера является своеобразным индикатором КОС.

Гемоглобиновый буфер - является самым объемным буфером крови

(до 75 % всей буферной емкости крови). Буферные свойства гемоглобину придает его способность находиться в двух формах - восстановленной и оксигенированной. При этом оксигемоглобин является более сильной кислотой (примерно в 70 раз), чем восстановленный гемоглобин.

Вместе с гемоглобиновым буфером сопряженно работает система анионов и катионов плазмы и эритроцитов. Если повышается содержание аниона углекислоты в плазме, хлор из соединения хлористого натрия (согласно закону Доннана) уходит в эритроциты, в плазме создается относительный избыток натрия, так как мембрана эритроцита для натрия практически непроницаема.

Освободившийся натрий соединяется с избыточным количесвом НСО 3- с обра-

зованием бикарбоната, что предотвращает развитие ацидоза.

Так, НСО3- NaCl Na ++ Cl -

Сl -

Na+ + HCO3- NaHCO3

Аналогичным образом, но в обратном направлении, функционирует данный механизм при защелачивании крови вследствие снижения в ней уровня углекислоты.

Буферные системы крови имеют исключительно важное значение в поддержании КОС. Однако действие этих систем невозможно без поддержки буферных систем клеток: избыточные концентрации ионов водорода из крови могут в значительном количестве поступать в клетки ( в обмен на ионы калия,

на ионы кальция в костной ткани) и связываться с их буферными системами. Наиболее важными буферными системами клеток являются белковый и фосфатный буферы.

Белковый буфер представлен белками, пептидами, которые за счет своей амфотерности, в зависимости от реакции среды, могут диссоциировать либо как кислоты, либо как основания, образуя соответственно кислые или щелочные альбумины.

Фосфатный буфер, образованный одно- и двуосновными фосфорнокислыми солями ( в соотношении 1:4), является важнейшим компонентом

тканевых буферных систем и обеспечивает регуляцию КЩБ, преимущественно во внутриклеточной среде. Образующиеся при этом соли фосфорной кислоты выделяются почками и потому, в определенной мере, фосфотный буфер обуславливает уровень кислотности мочи, а благодаря образованию углекислоты и бикарбоната поддерживает исходное соотношение компонентов бикарбонатного буфера в плазме.

Таким образом, в результате работы биохимической системы буферов зачастую образуется кисло- и щелочнореагирующие вещества в форме, удобной для выведения из организма, что и осуществляется физиологической системой буферов.

Мощным регулятором КЩБ являются легкие, ужесуточно выводящие около 850 мг углекислоты, образующейся в результате клеточного метаболизма, а также буферных реакций. Увеличение напряжения углекислоты на 10 мм рт.ст. увеличивает вентиляцию легких в 4 раза. При алкалозе в условиях дефицита волдородных ионов и углекислоты дыхательный центр тормозится, наступает гиповентиляция, и углекислота компенсаторно задерживается.

Роль почек не менее важна, чем деятельность дыхательной системы, и осуществляется благодаря ацидогенезу, аммониогенезу, калий-натриевому ионно-обменному механизму и дополнительной секреции фосфатов:

а) ацидогенез заключается в том, что эпителий дистальных канальцев вырабатывает и выделяет в первичную мочу волдородные ионы, которые заменяют ионы натрия в натриевых солях первичной мочи. Натрий же реабсорбируется вместе с анионами углекислоты, что обеспечивает образование и возврат в кровь бикарбоната, который вновь поступает в реакцию нейтрализации избытка кислот крови. С мочой же выделяются не натриевые соли, а непосредственно сами кислоты, что приводит к некоторому закислению мочи;

б) процессы аммониогенеза усиливаются в эпителии почечных канальцев при снижении рН мочи ниже 4,5.

Образующийся при этом аммиак поступает в просвет почечных канальцев и как щелочнореагирующий продукт вступает там в реакцию с избытком водородных

ионов. В моче ионы аммония замещают ионы натрия в солях соответствующих кислот и образуют аммонийные соли, которые и выводятся с мочой. Ионы натрия реабсорбируются, обеспечивая образование бикарбоната в крови при угрозе ее закисления;

в) дополнительная экскреция фосфатов осуществляется в дистальных отделах канальцев.

Печень - с желчью выводит избыток щелочнореагирующих веществ. В то же время она подвергает дезаминированию избыток аминокислот, окислению жирные кислоты, вовлекает в метаболизм излишек кислот, образующихся в процессе обмена углеводов, переводит аммиак в мочевину или аммонийные соли, которые удаляются с мочой.

Секреторная функция желудка и кишечника в определенной степени влияет на активную реакцию крови. Желудок секретирует соляную кислоту в очень высокой концентрации; взамен хлоридов в плазму транспортируется бикарбонат. Кишечник секретирует щелочной сок, богатый бикардонатами, но кратковременный сдвиг сразу уравновешивается обратным всасыванием бикарбоната в кишечнике.

В работе физиологической системы буферов отмечаются определенная функциональная иннертность и относительно медленное их действие, поэтому в острых ситуациях, сопровождающимися нарушением КОС, возникает необходимость внутривенного введения препаратов буферных систем. В хронических же слцучаях (диабет) однократное их введение не дает длительного эффекта, поэтому лечение должно быть нарпавлено на поддержание нормального функционирования физиологических механизмов компенсации кислотно-основоного состояния.

М е х а н и з м ы к о м п е н с а ц и й н а р у ш е н и й К О С.

Компенсация негазового ацидоза осушествляется за счет следующих механизмов:

1) Разбавления кислот внеклеточной жидкостью;

2) включения в реакцию нейтрализации бикарбоната натрия. Образующаяся при этом углекислота диссоциирует на воду и углекислый газ. Компенсаторное раздражение дыхательного центра (избытком водородных ионов и образующейся углекислотой) приводит к гипервентиляции легких и интенсивному удалению углекислого газа, концентрация которого в крови падает.

NaHCO3

CO2

3) при ацидозе снижается сродство гемоглодина к кислороду, поэтому оксигемоглобин легко диссоциирует и количество этого кислореагирующего субстрата в крови снижается

НвО2

4) избыточное количество водородных ионов поступает в костную ткань и клетки других тканей взамен ионов кальция и калия, выделяющихся в межклеточную жидкость и кровь;

5) участия основных групп белков (NH2) в нейтрализации кислот с образованием кислых альбуминатов;

6) нейтрализация кислот щелочной частью фосфатного буфера. Образующаяся при этом кислая соль выделяется с мочой, подкисляя ее, а ионы натрия реабсорбируются и используются в ресинтезе бикарбоната;

7) в условиях ацидоза в почках усиливаются процессы аммониогенеза - образующийся аммиак вступает в реакцию с избытком водородных ионов и дальнейшим образованием аммонийных солей, удаляющихся с мочой. Одновременно в почках усиливается реабсорбция натрия и бикарбоната до тех пор, пока соотношение частей бикарбонатного буфера не восстановится (1:20);

8) печень активно дезаминирует аминокислоты, вовлекает в процессы метаболизма молочную и пировиноградную кислоты, уменьшая тем самым уровень кислореагирующих субстратов в организме.

Таким образом, при метаболическом ацидозе усиливается легочная вентиляция и уменьшается концентрация углекислоты в крови, снижается количесво стандартного бикарбоната, а также других буферных оснований, что приводит к значительному их дефициту; в моче повышается кислотность и количество аммонийных солей, рН мочи становится резко кислой (ниже 4,0).

Компенсация газового ацидоза, возникающего, как правило, по причине поражения дыхательной системы, не может осуществляться удалением углекислого газа через легкие, поэтому КОС ( и соотношение бикарбонатного буфера) восстанавливается за счет механизмов, обеспечивающих увеличение бикарбоната в крови. Последнее достигается усилением реабсорбции бикарбоната в почках, образованием его в процессе работы фосфатного, гемоглобинового и эритроцитарного буферов. В плазме углекислота вступает в реакцию с элоритым натрием, образуя бикарбонат и соляную кислоту, последняя направляется в эритроциты, где соединяется с белком. При данном ацидозе также подключается аммонийный буфер, а следовательно, увеличивается выведение аммонийных солей с мочой.

Компенсация негазавого алкалоза осуществляется за счет следующих реакций:

1) замедления выведения углекислоты в результате торможения дыхательного центра (в условиях дефицита водородных ионов и избытка щелочей) и гиповентиляции;

2) плохой диссоциации оксигемоглобина, количество которого в крови возрастает;

3) усиления выведения бикарбоната почками NHCO3 ;

4) нейстрализации щелочей кислой солью фосфатного буфера, которая выделяется с мочой, снижая ее кислотность;

5) работы белкового буфера, который, являясь донатором воджородных ионов, связывает избыток натрия

Компенсация газового алкалоза направлена на снижение бикарбоната в плазме крови, и решающую роль при этом играют почки, которые интенсивно выводят бикардонат и снижают секрецию водродных ионов. Из эритроцитов выводят ионы хлора, вытесняют ионы натрия из бикарбоната с образованием углекислоты. Таким образом, восстанавливается соотношение бикарбонатного буфера и кислотно-щелочной баланс.

Характеристика показателейц КОС организма при ацидозах и алкалозах

П л а з м а к р о в и М о ч а

Нарушения КОС	ВВ	SB	BE	рСО2	кислотност	аммонийн. соли	Легочная вентиляция
Негазовый ацидоз			О	К	К	К	К
Газовый ацидоз	К	К	N k	О	К	К	О
Негазовый алкалоз			О	К	К	К	К
Газовый алкалоз	К	К	N К	О	К	К	О

Примечение:

знак - увеличение показателя,

- уменьшение показателя,

О- ключевые изменения,

К- компенсаторные изменения,

N - норма.