116. Буферная система крови, нарушения кислот- основного состояния (ацидоз и алкалоз), причины их проявления.

В клинической практике,, для оценки кислотно-основного состояния используют следующие показатели артериальной крови:

2. рН крови - величина отрицательного десятичного логарифма молярной концентрации ионов Н⁺. рН артериальной крови (плазмы) при 37 С колеблется в пределах 7,35-7,45. Нормальные значения рН еще не означают отсутствия нарушений кислотно-основного состояния и могут встречаться при так называемых компенсированных вариантах ацидоза и алкалоза.

3. рС0₂ - парциальное давление СО2 в крови. Нормальные значения рС0₂ - 35-45 мм. рт. ст. у мужчин и 32-43 мм рт. ст. у женщин.

4. Буферные основания (ВВ) - сумма всех анионов крови, обладающих буферными свойствами, в основном бикарбонатов и белковых ионов. Нормальная величина ВВ составляет в среднем 48,6 ммоль/л (от 43,7 до 53,5 ммоль/л).

5. Стандартный бикарбонат (SB) - содержание иона бикарбоната НСОз' в плазме. Нормальные величины 22,5-26,9 ммоль/л у мужчин и 21,8-26,2 ммоль/л у женщин. Этот показатель не отражает буферный эффект белков.

6. Избыток оснований (BE) - разница между фактической величиной буферных оснований и их нормальным значением. У здорового человека значения BE колеблются в среднем от -2,5 до +2,5 ммоль/л. В капиллярной крови значения этого показателя составляют от -2,7 до +2,5 у мужчин и от -3,4 до +1,4 у женщин.

Целесообразно использовать 3 показателя кислотно-основного состояния: рН, СО2 и BE.

В норме концентрация бикарбоната (НСОз") в плазме крови в 20 раз выше, чем углекислоты (Н2СО3). [Именно] при таком соотношении НСОз" и Н2СО3 сохраняется нормальная рН, равная 7,4. Если изменяется концентрация бикарбоната или углекислоты, меняется их соотношение и происходит сдвиг рН в кислую (ацидоз) или щелочную (алкалоз) сторону. В этих условиях нормализация рН происходит за счет действия ряда компенсаторных регуляторных механизмов, восстанавливающих прежнее соотношение кислот и оснований в плазме крови, а также в различных органах и тканях. Наиболее важными из таких регуляторных механизмов являются:

1. Буферные системы крови и тканей:

а) карбонатный буфер;

б) фосфатный буфер;

в) белковый буфер.

2. Изменение вентиляции легких.

3. Механизмы почечной регуляции кислотно-основного состояния.

1. Буферные системы крови и тканей состоят из кислоты и сопряженного основания. При взаимодействии с кислотами последние нейтрализуются щелочным компонентом буфера, при контакте с основаниями их избыток связывается с кислотным компонентом.

Бикарбонатный буфер является основным и состоит из слабой угольной кислоты (Н₂СОз) и ее натриевой соли - натрия бикарбоната (ИаНСОз) в качестве сопряженного основания. При взаимодействии с кислотой щелочной компонент бикарбонатного буфера (ИаНСОз) нейтрализует ее с образованием Н₂С0₃, которая диссоциирует на С0₂ и Н₂0. Избыток С0₂ удаляется с выдыхаемым воздухом. При взаимодействии с основаниями кислотный компонент буфера (Н₂СОз) связывается избытком оснований с образованием бикарбоната (НСОз"), который затем выделяется почками.

Фосфатный буфер состоит из одноосновного фосфата натрия (NaHhPCU), играющего роль кислоты, и двухосновного фосфата натрия (NaiHPCU), выступающего в роли сопряженного основания. Принцип действия этого буфера тот же, что и бикарбонатного, однако его буферная емкость невелика в связи с низким содержанием фосфата в крови.

Белковый буфер. Буферные свойства белков плазмы (альбумина и др.) и гемоглобина эритроцитов связаны с тем, что входящие в их состав аминокислоты содержат как кислые (СООН), так и основные (NH2) группы и могут диссоциировать с образованием как водородных, так и гидроксильных ионов в зависимости от реакции среды. Большая часть буферной емкости белковой системы приходится на долю гемоглобина. В физиологическом диапазоне рН оксигемоглобин является более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин. Поэтому, освобождая в тканях кислород, восстановленный гемоглобин приобретает большую способность к связыванию ионов Н^т (см. рис. 1.71). При поглощении кислорода в легких гемоглобин приобретает свойства кислоты.

Суммарная концентрация буферных оснований крови составляет около 48 ммоль/л (от 43,7 до 53,5 ммоль/л) и не зависит от сдвигов напряжения СО2 в крови.Действительно, при увеличении напряжения СО2 в крови (рис. 1.74) образуются равные количества Н" и НСОз". Ионы Н"¹" связываются белками, что ведет к уменьшению концентрации "свободных" протеинов, обладающих буферными свойствами. Одновременно во столько же раз увеличивается содержание бикарбоната, а суммарная концентрация буферных оснований остается прежней. Наоборот, при уменьшении напряжения СОг в крови увеличивается содержание протеинатов и уменьшается концентрация бикарбоната. Если же в крови изменяется содержание нелетучих кислот (молочной кислоты при гипоксии, ацетоуксусной и (3-оксимасляной - при сахарном диабете и т. п.), суммарная концентрация буферных оснований будет отличаться от нормальной. Показатель BE позволяет судить, таким образом, о сдвигах "резервов" буферных оснований при изменении содержания нелетучих кислот в крови и диагностировать даже скрытые (компенсированные) сдвиги кислотно-основного состояния.

1. Изменение легочной вентиляции является вторым регуляторным механизмом, обеспечивающим постоянство рН плазмы крови. При прохождении крови через легкие в эритроцитах и плазме крови осуществляются реакции образования СОг и Н₂0 из протонов и бикарбоната. Это означает, что при удалении из крови СО2 в ней исчезает примерно эквивалентное число ионов Н⁺. Следовательно, дыхание играет чрезвычайно важную роль в поддержании кислотно-основного состояния. Так, если в результате нарушений метаболизма тканей кислотность крови увеличивается и развивается состояние умеренного метаболического (нереспираторного) ацидоза (см. ниже), рефлекторно (дыхательный центр) возрастает интенсивность легочной вентиляции (гипервентиляция). В результате удаляется большее количество СО2 и, соответственно, водородных ионов (Н⁺), и рН возвращается к исходному уровню. Наоборот, увеличение содержания оснований (метаболический нереспираторный алкалоз) сопровождается уменьшением интенсивности вентиляции (гиповентиляцией), напряжение СОг и концентрация ионов Н⁺ возрастают, а сдвиг рН в щелочную сторону компенсируется.

2. Роль почек. Третьим регулятором кислотно-основного состояния являются почки, которые удаляют из организма ионы Н⁺ и реабсорбируют натрия бикарбонат (NaHC03). Эти важные процессы осуществляются преимущественно в почечных канальцах. При этом используются три основных механизма:

Обмен ионов водорода на ионы натрия (рис. 1.76). В основе этого процесса лежит активируемая карбоангидразой реакция: СОг + НгО= Н2СО3 ; образующаяся

углекислота (Н₂СОз) диссоциирует на ионы Н⁺ и НСОз". Ионы Н⁺ выделяются в просвет канальцев, а на их место из канальцевой жидкости поступает эквивалентное количество ионов натрия (Na⁺). В результате организм освобождается от водородных ионов и в то же время восполняет запасы бикарбоната натрия (ЫаНСОз), который реабсорбируется в интерстипиальную ткань почки и попадает в кровь.

1. Ацидогенез (рис. 1.77). Аналогичным образом происходит обмен ионов Н" на ионы Na⁺ с участием двухосновного фосфата. Выделяющиеся в просвет канальца водородные ионы связываются анионом НРО4²" с образованием одноосновного натрия фосфата (ТМаНгРО^. Одновременно эквивалентное количество ионов Na поступает в эпителиальную клетку канальца и связывается с ионом НСОз" с образованием (ЫаНСОз). Последний реабсорбируется и поступает в общий кровоток.

2. Аммониогенез осуществляется в дистальных почечных канальцах, где из глютамина и других аминокислот образуется аммиак (рис. 1.78). Последний нейтрализует НС1 мочи и связывает водородные ионы с образованием NH4CI. Реабсорбирующийся натрий в соединении с ионом НСОз" также образует бикарбонат натрия (ЪГаНСОз).

Таким образом, в канальцевой жидкости большая часть ионов Н⁺, поступающих из эпителия канальцев, связывается с ионами НСО3", НРО4²" и NH3⁺ и выводится с мочой. Одновременно происходит поступление эквивалентного количества ионов натрия в клетки канальцев с образованием бикарбоната натрия (ЫаНСОз), который реабсорбируется в канальцах и восполняет щелочной компонент бикарбонатного буфера. При многих патологических состояниях в крови может накапливаться такое большое количество кислот или оснований, что описанные выше регуляторные механизмы (буферные системы крови, дыхательная и выделительная системы) уже не могут поддерживать рН на постоянном уровне, и развиваются ацидоз или алкалоз. По механизмам возникновения различают 4 вида нарушений кислотно-основного состояния, каждый из которых может быть компенсированным и декомпенсированным:

1. нереспираторный (метаболический) ацидоз;

2. респираторный ацидоз;

3. нереспираторный (метаболический) алкалоз;

4. респираторный алкалоз.

НЕРЕСПИРАТОРНЫЙ (МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ) АЦИДОЗ

Нереспираторный (метаболический) ацидоз - это самая частая и наиболее тяжелая форма нарушения кислотно-основного состояния. В основе нереспираторного (метаболического) ацидоза лежит накопление в крови так называемых нелетучих кислот (молочной кислоты, |3-оксимасляной, ацетоуксусной и др.) или потеря организмом буферных оснований. Непосредственными причинами нереспираторного (метаболического) ацидоза являются:

Избыточное образование органических кислот при патологических состояниях, сопровождающихся тяжелыми нарушениями обмена веществ, в частности, кетонемией и гипоксией (декомпенсированный сахарный диабет, длительное голодание, тиреотоксикоз, лихорадка, выраженная гипоксия, например при недостаточности кровообращения, и др.).

Заболевания почек, сопровождающиеся преимущественным поражением почечных канальцев, что ведет к нарушению экскреции водородных ионов и реабсорбции

бикарбоната натрия (почечный канальцевый ацидоз, почечная недостаточность и

др.).

1. Потеря организмом большого количества оснований в виде бикарбонатов с пищеварительными соками (диарея, рвота, стеноз привратника, хирургические вмешательства).

2. Прием некоторых лекарств (аммония и кальция хлориды, салицилаты, ингибиторы карбоангидразы и др.).

При компенсированном нереспиратороном (метаболическом) ацидозе в процесс компенсации включается бикарбонатный буфер крови, который связывает накапливающиеся в организме кислоты. Уменьшение содержания бикарбоната натрия приводит к относительному увеличению концентрации угольной кислоты (Н2СО3), которая диссоциирует на Н2О и СО2. Последний возбуждает дыхательный центр и возникает гипервентиляция легких, в результате которой из организма удаляется избыток СО2 и ионов Н⁺. Ионы Н⁺ связываются также протеинами, преимущественно гемоглобином, в связи с чем из эритроцитов в обмен на входящие туда катионы водорода (Н⁺) выходят Na⁺, Са2⁺ и К⁺. Наконец, коррекция ацидоза происходит путем увеличенной экскреции почками Н⁺ и усиленной реабсорбции бикарбоната натрия (NaHCCb), если отсутствуют описанные выше повреждения почечных канальцев.

Таким образом, для компенсированного метаболического ацидоза характерны:

1. Нормальный уровень рН крови.

2. Уменьшение стандартных бикарбонатов (SB).

3. Дефицит буферных оснований (отрицательная величина BE).

4. Компенсаторное снижение напряжения СОг в крови (рССЬ меньше 35 мм рт. ст. за счет гипервентиляции).

Истощение и недостаточность описанных компенсаторных механизмов приводит к развитию декомпенсированного нереспираторного (метаболического) ацидоза. При этом:

1. Происходит снижение рН крови ниже 7,35.

2. Продолжается уменьшение стандартного бикарбоната (SB).

3. Нарастает дефицит буферных оснований (BE).

4. Напряжение СО2 в крови (рСОг) снижено или возвращается к норме за счет неэффективности вентиляции легких.

Клинически при декомпенсированном метаболическом ацидозе наблюдаются расстройства сердечной деятельности, глубокое шумное дыхание Куссмауля, нарастают гипоксия и гипоксемия. При снижении рН ниже 7,2 обычно наступает коматозное состояние.

РЕСПИРАТОРНЫЙ АЦИДОЗ

Респираторный ацидоз развивается при тяжелых нарушениях легочной вентиляции. В основе этих изменений КОС лежит увеличение концентрации в крови углекислоты Н2СО3 и повышение парциального давления СОг (рСОг). Причинами респираторного ацидоза являются:

1. Тяжелая дыхательная недостаточность (обструктивные заболевания легких, пневмонии, рак легкого, эмфизема легких, гиповентиляция вследствие поражениякостного скелета, нейромышечные заболевания, тромбоэмболия легочной артерии, гиповентиляция вследствие поражения ЦНС и др. заболевания).

1. Недостаточность кровообращения с преимущественным застоем в малом круге кровообращения (отек легких, хроническая левожелудочковая недостаточность и ДР-)-

2. Высокая концентрация СО2 во вдыхаемом воздухе.

При компенсированном респираторном ацидозе рН крови не изменяется за счет действия компенсаторных механизмов. Важнейшими из них являются бикарбонатный и белковый (гемоглобин) буфер, а также почечный механизм выделения ионов ЬГ и задержки бикарбоната натрия (Т\^таНСОз).

Механизм усиления легочной вентиляции и удаления ионов Н⁺ и СО2 при респираторном ацидозе практического значения не имеет, поскольку по определению у этих больных имеется первичная легочная гиповентиляция, обусловленная тяжелой легочной патологией. Это сопровождается значительным увеличением напряжения ССЬ в крови (гиперкапния). В связи с эффективным действием буферных систем и особенно в результате включения почечного компенсаторного механизма задержки бикарбоната натрия у пациентов увеличено содержание стандартного бикарбоната (SB) и избытка оснований (BE).

Таким образом, для компенсированного респираторного ацидоза характерны:

1. Нормальные значение рН крови.

2. Увеличение напряжения СО2 в крови (рСОг).

3. Увеличение стандартного бикарбоната (SB).

4. Увеличение избытка оснований (BE).

Истощение и недостаточность механизмов компенсации приводит к развитию декомпенсированного респираторного ацидоза, при котором отмечается снижение рН плазмы ниже 7,35. В части случаев уровень стандартного бикарбоната (SB) и избытка оснований (BE) также снижаются до нормальных значений (истощение запасов оснований).

НЕРЕСПИРАТОРНЫЙ (МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ) АЛКАЛОЗ

Нереспираторный метаболический алкалоз является следствием избыточного образования в организме оснований.

Причинами метаболического алкалоза являются:

1. Потеря больших количеств ионов Н⁺ с желудочным соком (неукротимая рвота, например при стенозе привратника, желудочном свище, гиперсекреции). Интенсивный синтез соляной кислоты (НС1) ведет к усиленному использованию ионов С1-, образующихся при диссоциации в крови NaCl. Ионы Na+ взаимодействуют с ионами НСОз", образуя бикарбонат натрия (NaHC03), концентрация которого в крови возрастает. Одновременно ионы Н⁺ и С1- выводятся из организма с желудочным соком.

2. Гипокалиемия, развивающаяся при первичном альдостеронизме, потере калия через желудочно-кишечный тракт при длительном приеме диуретиков (фуросемид, гипотиазид, этакриновая кислота) и т. п. Компенсаторная реабсорбция ионов К+ в

почечных канальцах, наблюдающаяся при гипокалиемии, осуществляется в обмен на ионы Na+, которые выделяются в канальцевую жидкость и мочу.

7. Длительное употребление пищи, имеющей щелочную реакцию.

8. Неконтролируемое введение растворов натрия бикарбоната.

Компенсаторные реакции при нереспираторном (метаболическом) алкалозе направлены на удаление избытка бикарбонатов и задержку угольной кислоты. Так, компенсаторно развивается легочная гиповентиляция, что сопровождается ростом напряжения СОг в крови (рСОг). С мочой выделяется большое количество бикарбоната и двухосновного фосфата. Ионизированный кальций переходит в костную ткань в обмен на ионы Н⁺. Следует отметить, что реализация последнего компенсаторного механизма может сопровождаться гипокальциемией и, соответственно, повышением нервно-мышечной возбудимости, что нередко проявляется судорогами (например, так называемая желудочная тетания при неукротимой рвоте).

Компенсация при нереспираторном (метаболическом) алкалозе бывает неполной. Для частично компенсированного метаболического алкалоза характерно:

1. Нормальные или несколько повышенные значения рН плазмы крови.

2. Высокое напряжение СО2 в крови (рСОг).

3. Увеличение концентрации стандартного бикарбоната (SB).

4. Увеличение избытка оснований (положительная величина BE).

При декомпенсации значение рН крови существенно повышается, а напряжение С0₂ в крови может приближаться к норме. Последнее объясняется тем, что длительная гиперкапния (увеличение рСОа в крови) сопровождается повышением возбудимости дыхательного центра, в связи с чем возрастает интенсивность дыхания, и избыток напряжения СО2 (вместе с ионами Н⁺) удаляется из организма. Это является по сути одной из причин развития декомпенсации метаболического алкалоза.

РЕСПИРАТОРНЫЙ АЛКАЛОЗ

Респираторный алкалоз развивается вследствие усиленного выведения углекислого газа при нарушениях внешнего дыхания гипервентиляционного характера.

Основными причинами респираторного алкалоза являются:

1. Гипервентиляция при гипоксии (понижение парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, анемии).

2. Органические или психические поражения центральной нервной системы.

3. Гипервентиляционный синдром у детей.

4. Гипервентиляционное управляемое дыхание.

При этом виде нарушения кислотно-основного состояния парциальное давление СО2 в крови резко уменьшается (гипокапния), в связи с чем значительно падает концентрация в крови водородных ионов.

Компенсация при респираторном алкалозе главным образом связана со снижением секреции водородных ионов и угнетением реабсорбции бикарбоната в почечных канальцах. Это приводит к компенсаторному снижению стандартного бикарбоната (SB) и к дефициту оснований (отрицательная величина BE).

Таким образом, для компенсированного респираторного алкалоза характерно:

1. Нормальное значение рН крови.

2. Значительное уменьшение рСОг в крови.

3. Компенсаторное уменьшение стандартного бикарбоната (SB).

4. Компенсаторный дефицит оснований (отрицательная величина BE).

При декомпенсации респираторного алкалоза возрастает рН крови, а ранее сниженные показатели SB и BE могут достигать нормальных значений.

Увеличение рСОг (гиперкапния), наблюдающееся при респираторном ацидозе и нереспираторном (метаболическом) алкалозе, вызвано альвеолярной гиповентиляцией - частым поверхностным (неглубоким!) дыханием. При респираторном ацидозе первичная альвеолярная гиповентиляция развивается, как правило, у больных с тяжелым поражением легких и бронхов (обструктивные заболевания бронхов, массивные пневмонии, ателектазы и т. п.) и сопровождается гипоксемией и другими признаками дыхательной недостаточности. Обычно преобладает увеличение рСОг, тогда как вторичное компенсаторное повышение BE выражено в меньшей степени.

Гиповентиляция при нереспираторном (метаболическом) алкалозе носит вторичный компенсаторный характер. Однако степень снижения вентиляции в этом случае лимитируется потребностью организма в кислороде, поэтому такая компенсация обычно бывает неполной (часто наблюдается умеренное увеличение рН). Поэтому увеличение рСОг в крови выражено мало, и преобладают изменения BE. Кроме того, для нереспираторного (метаболического) ацидоза характерна гипокальциемическая тетания.

Таким образом, сопоставление параметров нарушений кислотно-основного состояния с клинической картиной заболевания в большинстве случаев позволяет достаточно надежно диагностировать характер этих нарушений даже в период их компенсации. Установлению правильного диагноза в этих случаях может помочь также оценка изменений электролитов крови.