Занятие №13 Нарушения кислотно-основного состояния, водно-электролитного и минерального обменов Основные учебные вопросы:

1. Нарушения кислотно-основного состояния (КОС): принципы классификации, причины, механизмы развития, проявления.

2. Газовый ацидоз и алкалоз. Негазовые формы ацидоза и алкалоза: метаболический, выделительный (почечный и гастроэнтеральный), экзогенный. Смешанные формы.

3. Компенсаторные реакции при острых и хронических нарушениях КОС.

4. Изменения показателей КОС в организме при различных видах ацидоза и алкалоза, принципы их коррекции.

5. Расстройства водного обмена. Виды гипо-, гипергидратации и дегидратации организма: причины, механизмы развития.

6. Отеки: принципы классификации, патогенетические факторы. Значение градиентов гидродинамического, осмотического и онкотического давления в крови и тканях, состояния сосудисто-тканевых мембран. Роль нервно-гуморальных механизмов в развитии отека.

7. Патогенез сердечных, почечных, воспалительных, аллергических, голодных отеков; клинические проявления.

8. Местные и общие нарушения при отеках, принципы их терапии, экспериментальные модели.

9. Нарушения электролитного обмена. Нарушение содержания и соотношения ионов калия, натрия, кальция, магния и микроэлементов в жидких средах организма, между клеточными и внеклеточными секторами.

10. Основные причины и механизмы нарушений электролитного баланса. Расстройства обмена веществ и физиологических функций при электролитном дисбалансе.

11. Взаимосвязь между водным, ионным и кислотно-основным обменами.

12. Принципы диагностики типовых нарушений водно-электролитного обмена

1. Нарушения кислотно-основного состояния (кос): принципы классификации, причины, механизмы развития, проявления.

Механизмы поддержания постоянства кислотно-основного состояния организма.

Постоянство КОС внутренней среды организма, как известно, является одним из основных условий нормальной его жизнедеятельности. От величины рН зависит стабильность мембран, функции ферментов, диссоциация электролитов, нервно-мышечная возбудимость и проводимость, комплексообразование и др. процессы. КОС представляет собой соотношение между концентрациями активных масс водородных и гидроксильных (основных) ионов. Его характеризуют с помощью рН – отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов. Сдвиг рН на ± 0,1 по сравнению с физиологической нормой приводит к расстройству дыхания и кровообращения, на ± 0,3 – потере сознания, а в диапазоне ± 0,4 – гибели организма. В процессе жизнедеятельности организма образуются как кислые, так и щелочные продукты метаболизма, причем первых образуется почти в 20 раз больше, чем вторых. Поэтому механизмы, обеспечивающие поддержание постоянство КОС организма, направлены на нейтрализацию и выведение, прежде всего кислых продуктов метаболизма.

Механизмы регуляции КОС организма весьма эффективны и способны компенсировать значительные сдвиги рН. Поддержание КОС организма обеспечивается буферными системами крови и тканей и функционированием физиологических механизмов компенсации: легких, почек, печени, ЖКТ, костной ткани, кожи.

КОС является интегральным показателем состояния обменных процессов организма, и данный показатель меняется при различных заболеваниях и патологических состояниях, как способ реакции организма на наличие метаболического стресса. Сдвиг КОС может быть использован как один из глобальных показателей нарушения обмена веществ. Важно, что нарушение КОС можно использовать как явный показатель неблагополучия в организме и наличия хронического метаболического стресса. Причиной многих осложнений, в том числе летальных исходов, клиники являются нераспознанные и не устраненные нарушения водно-солевого обмена. Эти нарушения сопровождают и усугубляют многие тяжелые заболевания. Поэтому изучение состояния водно-солевого обмена в настоящее время становится обязательной в клинических исследованиях и нормализация его нарушений необходима в лечебных целях.

НАРУШЕНИЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО СОСТОЯНИЯ

Под кислотно-основным состоянием (КОС) подразумевается соотношение концентраций водородных (Н⁺) и гидроксильных (ОН) ионов в биологических средах. Необходимым условием существования живого организма является поддержание постоянства этого параметра внутренней среды. От величины рН зависят стабильность мембран, функции ферментов, диссоциация электролитов, нервно-мышечная возбудимость и проводимость, комплексообразование и другие процессы.

Белковый, липидный, углеводный обмены являются источниками образования летучих (угольная) и нелетучих кислот (фосфорная, серная, пировиноградная, молочная и др.), часть из которых претерпевает дальнейшее окисление; небольшое количество кислых эквивалентов удаляется из организма в свободном состоянии или в виде солей. Основные соединения (ОН^-, креатинин и др.) образуются в организме в значительно меньших количествах.

Тенденция к увеличению концентрации Н⁺ (и соответственно снижению рН) традиционно называется ацидозом; тенденция к снижению концентрации Н⁺ (повышению рН) получила название «алкалоз». Значения рН крови ниже 6,8 и выше 8,0 считаются несовместимыми с жизнью и в клинике практически не встречаются.

Механизмы регуляции КОС весьма эффективны и способны компенсировать значительные сдвиги рН.

КОС в организме характеризуется такими основными показателями, как: 1. Актуальный рН - отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов - является интегральным показателем кислотно-основного состояния. В норме рН артериальной крови составляет 7,35-7,45, венозной - 7,26-7,36.

2. Парциальное давление (напряжение) углекислого газа в крови (рСО₂) отражает концентрацию углекислоты (под термином «углекислота» подразумеваются различные соединения двуокиси углерода в крови). Напряжение углекислого газа в артериальной крови (р_аСО₂) в норме составляет 4,7-6,0 кПа, в венозной - 6,1-7,7 кПа.

3. Парциальное давление (напряжение) кислорода в крови (рО₂) отражает концентрацию растворенного в крови кислорода. Напряжение О₂ в артериальной крови (раО₂) составляет в норме 12,0- 12,6 кПа, в венозной - 4,6-6,0 кПа.

4. Стандартный бикарбонат плазмы крови (SB) - концентрация бикарбоната в плазме крови, уравновешенной при 37 °С со стандартной газовой смесью при рСО₂=5,33 кПа и рО₂ >13 кПа, - в норме составляет 21,3-21,8 ммоль/л.

5. Буферные основания крови (ВВ) - сумма анионов буферных систем, в основном ионов бикарбоната и анионов белков, - в норме составляет 40-60 ммоль/л.

6. Нормальные буферные основания крови (NBB) - показатель, определяемый при рН=7,38 и рСО₂=5,33 кПа.

7. Избыток (или дефицит) оснований (ВЕ) - показатель избытка (или недостатка) буферных мощностей (ВВ-NBB) - в норме колеблется от +2,3 до -2,3 ммоль/л.

Стабилизация КОС организма обеспечивается буферными системами (бикарбонатная, фосфатная, белковая и гемоглобиновая), а также функционированием специфических физиологических механизмов компенсации КОС в некоторых органах (легкие, почки, печень, желудочно-кишечный тракт, костная ткань).

1. Бикарбонатная буферная система (10% от буферной емкости крови) представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из молекул угольной кислоты Н₂СО₃, играющей роль донора протона, и бикарбонат-ионов НСО₃^- (во внеклеточной жидкости в виде натриевой соли NaНСО₃, во внутриклеточной - КНСО₃). Концентрация недиссоциированных молекул Н₂СО₃ в крови незначительна и находится в прямой зависимости от концентрации растворенного СО₂, поэтому известное уравнение Гендерсона-Хассельбаха для бикарбонатной системы представимо в следующем виде: рН=рКа + lg(НСО₃^- ] / [СО₂]). Отношение концентраций Н₂СО₃ и НСО₃^- в крови в норме составляет 1:20. Эта буферная система эффективно функционирует при значениях рН около 7,4.

Уравнение Гендерсона-Хассельбаха выражает рН буферного раствора через константу диссоциации К_а и соотношение концентраций акцептора и донора протонов: рН = рК_а + ^([акцептор протонов] / [донор протонов]).

2. Фосфатная буферная система (только 1% от буферной емкости крови, при этом ее роль в тканях, особенно в почках, весьма существенна). В ее состав входят однозамещенный фосфат Н₂РО₄^- (донор протона) и двузамещенный фосфат НРО₄^2- (акцептор протона), соотношение которых в норме - 1:4. Фосфатный буфер способен оказывать влияние на концентрацию протонов в растворе в диапазоне рН от 6,1 до 7,7, наиболее эффективен при рН = 7,2.

3. Белковая буферная система наиболее эффективна в области значений рН от 7,2 до 7,4. Белки, являясь амфотерными электролитами за счет наличия в составе их молекул свободных кислотных и основных групп, в кислой среде связывают ионы водорода, в щелочной - отдают.

4. Гемоглобиновая буферная система является наиболее мощной (около 70% буферной емкости крови). Она состоит из ННb и ННbО₂ (слабые органические кислоты, доноры протонов) и КНb и КНbО₂ (сопряженные основания, акцепторы протонов). Система, состоящая из взаимопревращающихся гемоглобина и оксигемоглобина, функционирует как единое целое.

Буферные системы оказывают компенсаторное воздействие на изменения КОС непосредственно в момент их возникновения, влияние легких сказывается в течение нескольких минут, время восстановления почками физиологического соотношения концентраций компонентов буферных систем и нарушенного КОС измеряется часами.

Выделение СО₂ регулируется изменением скорости и объема легочной вентиляции. Увеличение альвеолярной вентиляции приводит к снижению рСО₂ в артериальной крови, уменьшение - к увеличению рСО₂. В организме человека присутствуют два типа хеморецепторов, принимающих участие в регуляции этого процесса: рецепторы рН в каротидных тельцах и рецепторы, чувствительные к СО₂ в продолговатом мозгу, аортальном и каротидных тельцах.

С легочным механизмом регуляции КОС непосредственно связана бикарбонатная буферная система крови, находящаяся в равновесии с газообразным СО₂. Накопление в организме угольной кислоты вызывает компенсаторную гипервентиляцию (одышку), приводящую к удалению избытка СО₂ с выдыхаемым воздухом. Компенсаторная гиповентиляция при алкалозе приводит к сохранению СО₂ и восстановлению запасов Н₂СО₃ в крови.

Участие гемоглобиновой буферной системы в регуляции КОС связано с кислородтранспортной функцией гемоглобина. Освобождение протона при оксигенировании гемоглобина компенсирует подщелачивание крови в капиллярах легких, обусловленное снижением концентрации СО₂. Дезоксигенированный гемоглобин в капиллярах тканей связывает протон и предотвращает понижение рН крови (рис. 12-52).

Почки участвуют в поддержании КОС, осуществляя регулируемый процесс реабсорбции натрия и секреции протонов. Поддержанию в крови концентрации бикарбоната натрия и выведению избыточного количества протонов способствуют превращения в канальцах почек двузамещенных фосфатов в однозамещенные, бикарбонатов в угольную кислоту, экскреция слабых органических кислот, образование в почках аммиака и использование его для нейтрализации и выведения кислых эквивалентов с мочой (рис. 12-53). Ацидоз увеличивает синтез и экскрецию NН⁴⁺ в почках, алкалоз оказывает обратное действие. К факторам регуляции секреции протонов почками относятся напряжение СО₂ в артериальной крови (СО₂ легко проникает в клетки канальцев и вызывает в них снижение рН, приводящее к повышению секреции Н⁺), активность карбоангидразы, рН артериальной крови (частично определяющий рН клеток канальцев), паратиреоидный гормон (снижающий активность ?⁺/Н⁺-обменника), альдостерон. Минералокортикоиды, стимулируя реабсорбцию натрия, облегчают секрецию протонов, кроме того, альдостерон непосредственно активирует Н⁺-АТФазу, осуществляющую перемещение Н⁺ в просвет канальцев.

Роль печени в поддержании КОС связана с синтезом в ее клетках белков, относящихся к буферной системе, окислением органических кислот до СО₂ и воды, преобразованием лактата в глюкозу и в дальнейшем в гликоген, а также выведением вместе с желчью из организма кислых и щелочных продуктов обмена.

Влияние желудочно-кишечного тракта на КОС организма связано с выделением соляной кислоты в полость желудка и бикарбоната натрия в проток поджелудочной железы.

Ионы натрия, калия, кальция, магния, содержащиеся в костной ткани, могут обмениваться на ионы водорода, компенсируя ацидоз. В тяжелых случаях этот процесс может приводить к декальцификации скелета.

Экзогенные и эндогенные причины нарушений КОС.

Эндогенные нарушения чаще всего встречаются в клинической практике, т.к. при многих расстройствах жизнедеятельности организма нарушаются как функции буферных систем, так и физиологических механизмов поддержания КОС на оптимальном уровне.

Экзогенные причины нарушений КОС возникают в результате поступления в организм веществ кислого или щелочного характера: применяемые с нарушением дозировки и схемы лечения ЛС (например, растворы для искусственного питания); салицилаты; токсические вещества, употребляемые случайно или осознанно (например, метанол, этиленгликоль, паральдегид, сильные кислоты); продукты питания. Потребление большого количества щелочных минеральных вод, молока может привести к алкалозу. Ацидоз может развиться при использовании синтетических диет (содержащих аминокислоты с кислыми свойствами).

Различают острые и хронические нарушения КОС. Для компенсации острых нарушений бывают задействованы зачастую только буферные системы организма, в регуляции хронических (установившихся) отклонений рН принимают участие легкие, почки, другие органы и ткани. Ацидозы и алкалозы могут быть компенсированными (компенсаторные механизмы способны поддерживать рН крови в пределах нормы за счет химических и функциональных сдвигов) и декомпенсированными (рН крови соответственно 7,24 и ниже и 7,55 и выше). Промежуточные состояния принято называть субкомпенсированными.

В зависимости от механизмов развития нарушений КОС выделяют газовые (дыхательные, респираторные) и негазовые (метаболические, обменные) ацидозы и алкалозы.

Классификация нарушений кислотно-основного состояния организма

Нарушения КОС классифицируются по следующим критериям:

– по направленности изменений [H+] и рН – ацидозы и алкалозы;

– по причинам, вызвавшим нарушения, - экзогенные и эндогенные(см.выше);

– по степени компенсированности – компенсированные, субкомпенсированные и декомпенсированные;

Компенсированные – при которых рН крови* не отклоняется за пределы 7,35 – 7,45; рН 7,35 – 7,39 – компенсированный ацидоз; рН 7,41 – 7,45 – компенсированный алкалоз.

Декомпенсированные: ацидоз – рН 7,24 и ниже и алкалоз – рН 7,56 и выше. Субкомпенсированные: ацидоз рН 7,34 – 7,25 и алкалоз рН 7,46 – 7,55.

-по механизмам развития выделяют:

а) газовые и негазовые ацидозы [метаболические, выделительные (почечные, желудочные, кишечные)], экзогенные;

б) газовые и негазовые алкалозы (метаболические, выделительные, экзогенные);

в) смешанные и комбинированные.

-по течению нарушений КОС выделяют: острые и хронические. Для компенсации острых нарушений бывают задействованы чаще только буферные системы организма; в процессе хронических отклонений рН принимают участие почки, легкие, другие органы и ткани.

-по первичности нарушений КОС: первичные и вторичные.

В основе развития первичных ацидозов (первичного изменения уровня Н⁺ и НСО₃^–) лежат 4 важнейших механизма либо их сочетания: 1) недостаточное удаление или избыточное образование СО₂ (может наблюдаться при гиповентиляции, мышечной работе); 2) гипоксия различной природы. Дефицит кислорода препятствует нейтрализации ионов водорода до образования воды; 3) образование кетокислот (b-оксимасляной, ацетоуксусной) при быстрой мобилизации липидов в условиях (* Изменения даны для артериальной крови)

дефицита внутриклеточной глюкозы (голодание, диабетический кетоз, выраженная печеночная недостаточность). Их концентрация может возрастать в 20-30 раз; 4) недостаточное выведение нелетучих кислот почками. В норме почки выводят за сутки сравнительно небольшое количество Н⁺ (100-200 ммоль/л). Однако стойкое нарушение функции почек постепенно приводит к развитию некомпенсированного ацидоза. Во всех других случаях ацидоз возникает вторично, т.е. в связи с исходными нарушениями электролитного баланса. Вторичные ацидозы развиваются в следующих случаях: 1) при избыточной потере панкреатического и кишечного соков, богатых гидрокарбонатами, при поносах, свищах и т.п.; 2) при надпочечниковой недостаточности (болезнь Аддисона, врожденная гипоплазия коры надпочечников, сопровождающаяся гипоальдостеронизмом и нарушением реабсорбции Na⁺); 3) при применении мочегонных средств, блокирующих обмен Na⁺ и Н⁺, ингибиторов карбоангидразы канальцевого эпителия; 4) при избыточном выведении ионов Clˉ в случае инфузии больших объемов несбалансированных солевых растворов (изотонического раствора хлорида Na⁺, раствора Рингера и др.).

Выделительные алкалозы по существу являются вторичными, т.к. связаны с первичным нарушение электролитного баланса. Например, при почечных формах нарушения возникают за счет задержки в организма ионов Na⁺ (гипернатриемия) и избыточного выделения Н⁺ и К⁺.

Рис. 12-52. Участие гемоглобиновой буферной системы в поддержании кислотно-основного равновесия: А - реакции в капиллярах тканей; Б - реакции в легких (по В. Эллиот, Д. Эллиот, 1999)

Рис. 12-53. Роль почек в компенсации нарушений кислотно-основного гомеостаза (А^- - анион)

Рис. 12-54. Участие париетальных клеток желудка в поддержании кислотно-основного равновесия

Рис. 12-55. Секреция НСО^- клетками поджелудочной железы