Физиологические системы регуляции кос

Легкие - это первая линия защиты в поддержании кислотно-ос­новного гомеостаза, поскольку они обеспечивают механизм почти немедленной регуляции выделения кислоты. В то же время любые на­рушения дыхания, сопровождающиеся увеличением или уменьшением минутной альвеолярной вентиляции, могут стать причиной развития нарушений КОС.

Вдыхаемый воздух со­держит незначительное количество СО₂. Почти вся углекислота крови яв­ляется продуктом клеточного метаболизма. По мере образования в про­цессе клеточного метаболизма СО₂ легко диффундирует в капилляры и транспортируется к легким в трех основных формах:

• растворенный СО₂;

• анион бикарбоната;

• карбаминовое соединение.

СО₂ очень хорошо растворяется в плазме. Около 5 % общей двуокиси углерода в артериальной крови находится в форме растворенного газа, а 90 % - в форме бикарбоната. Последний является продуктом реакции СО₂ с во­дой с образованием Н₂СО₃ и ее диссоциацией на водород и ион бикарбо­ната:

карбоангидраза

СО₂ + Н₂О  Н₂СО₃  Н⁺ + НСО₃^-.

Реакция между СО₂ и Н₂О протека­ет медленно в плазме и очень быстро в эритроцитах, где присутствует внутриклеточный фермент карбоангидраза. Она облегчает реакцию меж­ду СО₂ и Н₂О с образованием Н₂СО₃.

По мере накопления НСО₃^- внутри эритроцита анион диффундиру­ет через клеточную мембрану в плазму. Мембрана эритроцита плохо проницаема для Н⁺, как и вообще для катионов, поэтому ионы водорода остаются внутри клетки. Электрическая нейтральность клетки в процес­се диффузии НСО₃^- в плазму обеспечивается потоком ионов хлора из плазмы в эритроцит.

Часть Н⁺, остающихся в эритроцитах, соединяется с гемоглобином. В периферических тканях, где концентрация СО₂ высока и значительное количество Н⁺ накапливается эритроцитами, связывание Н⁺ облегчает­ся деоксигенацией гемоглобина. Восстановленный гемоглобин лучше связывается с Н⁺, чем оксигенированный. Таким образом, деоксигенация артериальной крови в периферических тканях способствует связыва­нию Н⁺ посредством образования восстановленного гемоглобина. Это уве­личение связывания СО₂ с гемоглобином известно как эффект Холдейна.

Третьей формой транспорта СО₂ являются карбаминовые соеди­нения, образованные в реакции СО₂ с концевыми аминогруппами бел­ков крови. Основным белком крови, связывающим СО₂ является гемог­лобин. Этот процесс описывается реакцией:

Hb-NH₂ + СО₂  Hb-NH  СООН  Hb-NHCOO^- + H⁺.

Реакция СО₂ с аминогруппами протекает быс­тро. Как и в случае более легкого связывания СО₂ с восстановленным гемоглобином, образование карбаминовых соединений легче протека­ет с деоксигенированной формой гемоглобина. Карбаминовые соеди­нения составляют около 5 % общего количества СО₂, транспортируемо­го артериальной кровью.

Регуляция выделения СО₂ достигается изменением скорости объе­ма легочной вентиляции. Повышение вентиляции приводит к снижению артери­ального рСО₂ и наоборот. Афферентные сигналы, изменяющие альвеолярную вентиляцию, связаны с хеморецепторами, которые регу­лируют функции дыхательного центра. Эти рецепторы находятся в про­долговатом мозге, аортальном и каротидном тельцах и реагируют на из­менения рСО₂ и концентрации Н⁺.

При увеличении кислотности крови, повышение содержания ионов H⁺ приводит к возрастанию легочной вентиляции (гипервентиляции). Н⁺ связываются с NaHCO₃ с образованием H₂CO₃. H₂CO₃ разлагается на CO₂ и H₂O. При этом молекулы CO₂ выводятся в большом количестве и pH возвращается к нормальному уровню.

При увеличении содержания оснований наступает гиповентиляция, в результате напряжение CO₂ и концентрация ионов H⁺ возрастают, и сдвиг реакции крови в щелочную сторону частично или полностью компенсируется.

Почки - их функция состоит в удалении нелетучих кислот, главным образом серной кислоты. Почки должны удалять в сутки 40-60 ммоль ионов H⁺, накапливающихся за счет образования нелетучих кислот.

Их выделение происходит в проксимальных канальцах и собира­тельных трубках почек, где секретируются Н⁺, а в качестве буферных систем участвуют фосфаты, сульфаты (т.е. титруемые кислоты) и амми­ак. Однако до того как может произойти экскреция всех кислот, почки должны реабсорбировать НСО₃^-, профильтровавшийся клубочка­ми.

Способность канальцев почек к реабсорбции НСО₃^- высока. Самым важным ме­стом реабсорбции НСО₃^- являются проксимальные канальцы, где по­средством специального механизма происходит всасывание 90 % бикарбоната.

Угольная кислота образуется в клетке из воды и СО₂ под действием карбоангидразы, Н⁺ активно переносятся через люминальную мембрану Na⁺/Н⁺-обменником (рис. 18.1.).

Рис. 18.1. Реабсорбция бикарбоната в клетках проксимального канальца. КА – карбоангидраза [по Шейману Д.А., 1999].

Затем НСО₃^- транспортируется через базолатеральную мембрану. Секретируемый Н ⁺быстро соединяется с фильтруемым НСО₃^-, образуя угольную кисло­ту (Н₂СО₃). Угольная кислота превращается в воду и углекислый газ с по­мощью карбоангидразы (КА) на люминальной стороне щеточной каем­ки проксимального канальца. СО₂ диффундирует обратно в клетку проксимального канальца, где соединяется с Н₂О и образует угольную кислоту, завершая тем самым этот цикл.

Некарбоновые кислоты секретируются вставочными клетками со­бирательных трубок коры и наружного мозгового слоя почек (рис. 18.2.). Секреция Н⁺ в просвет канальцев происходит с помощью Н⁺-АТФазы, тогда как в реабсорбции НСО₃^- через базолатеральную мембрану участвует обменник Сl^-/НСО₃^-.

Рис. 18.2. Секреция Н⁺ вставочными -клетками собирательной трубки. АДФ - аденозиндифосфат; АТФ – аденозинтрифосфат [по Шейману Д.А., 1999].

При защелачивании Н⁺ задерживается в клетках почек канальцев, а HCO^-₃ не реабсорбируясь выделяется.

Основная часть Н⁺ в моче должна быть выведена в форме бу­феров, обычно таких, как фосфаты и аммоний. Концентрация аммония регулируется преимущественно почками и колеблется в зависимости от, КОС. Объем суточной секреции кислот в наибольшей сте­пени зависит от количества выделяемого аммония. NН₄⁺ образуется и секретируется клетками проксимального канальца, а затем реабсорбируется в восходящем отделе петли Генле и концентрируется в мозговом слое почки. Небольшое количество NH₄⁺ диссоциирует на NH₃ и Н⁺, последний реабсорбируется. NH₃ может диффундировать в собирательную трубку, где служит буфером для ионов Н⁺, секретируемых вставочными клетками.

В клетках почечных канальцев процесс образования аммиака (NH₃) происходит также за счет дезаминирования аминокислот (глутаминовой), данный процесс показан на рис. 18.3.

Аммиак поступает в канальцевую мочу, где соединяясь с Н⁺ образует ионы аммония (NH₄⁺), который присоединяя ионы Cl^-, образует хлорид аммония и выводятся с мочой. Na⁺, освобожденной от Cl^- в моче, всасывается в клетки почечных канальцев, соединяются с освобожденными от Н⁺ ионами HCO^-₃ и реабсорбируются в виде бикарбоната Na.

Рис. 18.3. Образование и секреция аммония клетками проксимального канальца. Глютамин переносится (на этом общем рисунке механизм не детализирован) в клетки через люминальную и базолатеральную мембраны и метаболизируется с образованием аммония и бикарбоната. Аммоний ак­тивно секретируется в просвет канальца (через Na, NH₄⁺-антипорт), а бикарбонат переносится по градиенту через базолатеральную мембрану [по Вандеру А., 2000].

Желудочно-кишечный тракт. Клетки слизистой оболочки желудка секретируют НСl в очень высокой концентрации. При этом из крови ио­ны хлора поступают в полость желудка в соединении с Н⁺, образующимися в эпителии желудка при участии угольной ангидразы. Взамен хлоридов в плазму транс­портируется бикарбонат. Существенного защелачивания крови при этом не происходит, т.к. ионы хлора желудочного сока достаточно быстро вновь всасывают­ся в кровь в кишечнике. Железы слизистой оболочки кишечника секретируют щелочной сок, богатый бикар­бонатами. При этом плазма пополняется Н⁺ в составе НС1. Кратковременный сдвиг реакции сразу же урав­новешивается обратным всасыванием бикарбоната в ки­шечнике.

Печень участвует в поддержании кислотно-основного равновесия за счет удаления в основном кислых продуктов. В печени осуществляется синтез мочевины (СО(NH₂)₂) из шлаков, таких в частности, как аммиак (NH₃) и хлорид аммония (NH₄Cl), который поступает по портальной системе. Мочевина выводится почками. При острой и хронической почечной недостаточности синтез мочевины усиливается.

Оценка кислотно-основного состояния

Принцип метода оценки кислотно-основного состояния основан на почти прямой зависимости между рН и напряжением СО₂ в крови. График зависимости концентрации протонов водорода от напряжения СО₂ в крови имеет наклон 45˚, когда система НСО₃ˉ/Н₂СО₃ находится в равновесии. При избытке или недостатке буферных компонентов происходит смещение кривой. Графически зависимость выглядит как обратно пропорциональная (см. рис. 18.4.).

Рис. 18.4. Номограмма Сиггаарда-Андерсена для определения кислотно-щелочного состоя­ния [по Бунятяну А.А., 1982].

В настоящее время для анализа кислотно-основного равновесия распространен метод Аструпа. Метод основан на определении трех значений рН у пациента: 1 – истинное значение рН крови; 2 и 3 – рН крови этого же больного, помещенной в искусственно создаваемую среду с соответственно 3% и 8% концентрациями СО₂ (28 мм рт.ст. и 58 мм рт.ст.) при полном насыщении гемоглобина кислородом и температуре 38˚С.

В качестве примера ниже приведена техника оценки КОС по методу Аструпа.

Линия зависимости («буферная линия») по этому методу строится на криволинейной номограмме Сиггард-Андерсена (см. рис. 18.4.). Определяют рН крови больного. Допустим, что он равен 7,24. Определяют рН крови, помещенной в среду с низкой концентрацией CO₂ (3% или 28 мм рт.ст.). Найденное рН (7,39) и pCO₂ = 28 мм рт.ст. откладывают на графике в виде точки В. Определяют рН крови, помещенной в камеру с высокой концентрацией CO₂ (8% или 58 мм рт.ст.). Найденое рН (7,18) и pCO₂ = 58 мм рт.ст. позволяет определить другую точку – А. Через точки А и В проводят “буферную” линию. Нормальной концентрацией углекислого газа считается 40 мм рт.ст. (горизонтальная линия). Пересечение “буферной” линии с этой горизонтальной линией дает величину SB – стандартного бикарбоната (у «нашего» больного = 17,5 ммоль/л).

Для определения истинного рСО₂ пациента проводят вертикальную линию от фактического рН пациента (7,24) до «буферной» прямой и получают точку С, которая на оси ординат даст истинное рСО₂ (у данного больного 47 мм рт.ст.). В точке пересечения “буферной” линии крови АВ с кривой “буферных оснований” (верхняя кривая) и кривой “сдвига буферных оснований” (нижняя кривая) определяют соответственно значения ВВ (38 ммоль/л) и ВЕ (-7 ммоль/л). Через точку С проводят прямую под углом 45 к оси абсцисс номограммы до горизонтальной прямой стандартного бикарбоната (SB) и получают точку, равную истинному бикарбонату крови - АВ (у данного больного около 20 мэкв/л).

Таблица 18.1.

Показатели номограммы Сиггаард-Андерсена

Символическое изображение показателя	Основная характеристика	Пределы нормальных показателей	Средняя величина
рH	Величина активной реакции раствора	7,35-7,45	7,4
Pco2	Парциальное давление углекислого газа над жидкостью. При нормальном содержании СО2 в артериальной крови Pco2 = 40 мм рт. ст. Смещение величины Pco2 вправо (свыше 40 мм рт. ст.) говорит о накоплении ее избытка в крови (дыхательный ацидоз); смещение влево (ниже 40 мм рт. ст.) — о недостаточном количестве CO2 в крови (дыхательный алкалоз)	4,66-5,99 кПа	5,32 кПа (40 мм рт. ст.)
		(35-45 мм рт. ст.)
АВ	Истинный бикарбонат крови — содержание НСО3— в истинной (т.е. взятой у конкретного больного в данных обстоятельствах) крови	19-25 ммоль/л	23 ммоль/л
SB	Стандартный бикарбонат — тот же бикарбонат НСО3— взятой у больного крови, но приведенной к стандартным условиям (т.е. искусственно помещенной в среду, в которой Pco2=40 мм рт. ст., содержание окисленного гемоглобина HbO2=100%, температура 37С)	20-27 ”	24 ”
BB	Сумма оснований всех буферных систем крови (т.е. щелочных компонентов бикарбонатной, фосфатной, белковой и гемоглобиновой системы)	40-60 ”	50 ”
BE	Избыток (или дефицит) оснований. Изменения содержания буферных оснований крови по сравнению с нормальными для данного больного NBB. NBB – та же сумма всех основных компонентов буферных систем взятой у больного крови, но искусственно приведенной к стандартным условиям (рН 7,38, Рсо2 = 40 мм рт.ст., температура 37С). Зависимость выражается формулой: ВЕ=BB-NBB. Другими словами, ВЕ показывает, какое количество миллимолей NaHCO3 следует добавить (или условно удалить), чтобы рН стало 7,38 (при 37С). Положительное значение ВЕ указывает на избыток оснований (или на дефицит кислот), а отрицательное — на дефицит оснований (или избыток кислот)	 2,3	0

2. Этиология и патогенез нарушений кислотно-основного состояния. Компенсаторные механизмы. Принципы фармакологической коррекции.

Ацидоз - это такое нарушение КОС, при котором в крови появляется относительный или абсолютный избыток кислот или недостаток оснований.

Алкалоз - это такое нарушение КОС, при котором имеется избыток оснований или недостаток кислот.