1.5.8.2.2. Физиологические механизмы регуляции кщс

Дыхательная регуляция КЩС представляет собой важнейшее звено в его поддержа­нии, которое контролирует рСО₂ в артериальной крови. Легкие обеспечивают умень­шение или устранение сдвигов КЩС за счет усиления или ослабления объема альве­олярной вентиляции.

Количество углекислого газа, выделяющегося через легкие, контролируется дыха­тельным центром. Регуляция работы дыхательного центра осуществляется с помощью химических факторов (рСО₂, рО₂, рН), которые действуют на него опосредованно че­рез специальные хеморецепторы, расположенные в продолговатом мозге и сосудистых рефлексогенных зонах (дуга аорты, каротидный синус). Снижение напряжения СО₂ ведет к резкому угнетению инспираторной активности дыхательного центра вплоть до остановки дыхания. Увеличение напряжения СО₂ в артериальной крови приводит к усилению активности дыхательного центра и увеличению вентиляции легких. То же самое происходит при сдвиге рН ниже нормы. Так, при падении рН до 7,0 и ниже, МОД возрастает до 35—40 л. При повышении температуры тела вентиляционная способность легких также увеличивается; подоб­ным образом действуют и соли калия, но при быстром повышении концентрации К⁺ в плазме крови хеморецепторы подавляются и легочная вентиляция снижается. Ды­хательная регуляция КЩС относится к системе быстрого реагирования, и уже через 1-2 мин после изменения альвеолярной вентиляции сдвиги КЩС устраняются или компенсируются. Увеличение вентиляции в 2 раза повышает рН крови примерно на 0,23, а снижение вентиляции на 25% может уменьшить рН на 0,3-0,4.

С легочным механизмом регуляции КЩС непосредственно связана гидрокарбо­натная буферная система крови и гемоглобиновая буферная система эритроцитов (рис. 4). Общие механизмы их функционирования заключаются в следующем. Пре­жде всего необходимо отметить, что процессы связывания с гемоглобином О₂, Н⁺ и СО₂ взаимозависимы и изменение концентрации одного из этих веществ влияет на связывание гемоглобина с другими (кооперативный эффект гемоглобина). Напри­мер, связывание Н⁺ и СО₂ с гемоглобином снижает его способность связывать кисло­род. Напротив, соединение О₂ с гемоглобином снижает его способность связывать Н⁺ и СО₂. В связи с этим в периферических тканях, где концентрация Н⁺ и СО₂ высока, способность связывать О₂ гемоглобином падает по мере роста первых двух показа­телей. В капиллярах легких выделение СО₂ и повышение рН увеличивают сродство гемоглобина к О₂ и вновь образуется его оксигенированная форма. Данное влияние величины рН и рСО₂ на связывание и освобождение кислорода гемоглобином называет­ся эффектом Бора.

Подавляющая доля СО₂ в организме является продуктом клеточного метаболиз­ма. Поэтому, обладая высокой способностью к диффузии (в 20 раз выше, чем кислород), СО₂ легко диффундирует в капилляры и транспор­тируется к легким в виде растворенной формы, в виде аниона бикарбоната и в виде карбаминовых соединений. В растворенной форме находится около 5% общего количества СО₂, который хо­рошо растворяется в плазме.

Рис. 4. Участие гемоглобиновой буферной системы в поддержании кислотно-основного состояния: А - реакция в капиллярах тканей; Б - реакция в капиллярах легких

(по В. Элиот, Д. Эллиот, 1999).

В капиллярах большого круга кровообраще­ния оксигемоглобин отдает кислород в ткани и превращается в восстановленный гемоглобин. Одновременно в эритроциты поступает СО₂, и очень быстро взаимодействуя с Н₂О в при­сутствии внутриклеточного фермента карбоан-пиразы, образует угольную кислоту. В плазме эта реакция без данного фермента протекает очень медленно. Образовавшаяся внутри клет­ки угольная кислота диссоциирует на НСО_э^- и Н~. Образовавшийся ион водорода соединяет­ся с восстановленным гемоглобином, образуя ННb, буферируется и остается внутри клетки. Тем самым деоксигенация артериальной крови в периферических тканях способствует связыванию протонов. Анионы НСО₃^- по мере накопления диффундируют в плазму, а взамен из плазмы в эритроцит осуществля­ется приток ионов хлора (хлоридный сдвиг), который обеспечивает электрическую нейтральность клетки. В данной форме находится основная часть СО₂ в артериальной крови (90%). Транспорт СО₂ в виде карбаминовых соединений осуществляется за счет его взаимодействия с концевыми аминогруппами белков крови (в основном это ге­моглобин). Карбаминовые соединения транспортируют около 5% общего количества СО₂ в артериальной крови.

Необходимо отметить, что в артерио-венозной разнице концентраций СО₂ 60% приходится на НСО₃^-, 30% — на карбаминовые соединения, 10% — на растворенную форму СО₂. Подобное наличие в крови всех трех форм существования создает равно­весие между растворенной и связанной формами СО₂.

Выделение СО₂ из организма регулируется вышеописанными физиологическими механизмами и зависит от величины минутной альвеолярной вентиляции.

Таким образом, легкие, обеспечивая срочные механизмы поддержания КЩС, яв­ляются первой линией защиты данного важнейшего параметра гомеостаза. Поэтому необходимо знать, что любые нарушения легочной вентиляции могут вызвать сдвиги КЩС.

Почечная регуляция КЩС осуществляется за счет трех основных процессов: ацидогенеза, аммонийгенеза и реабсорбции гидрокарбоната (рис. 5).

Рис. 5. Роль почек в компенсации нарушений кислотно-основного гомеостаза

(А - анион) (Степовая Е.А., 2001).

Ацидогенез (секреция ионов водорода эпителием почечных канальцев) обеспе­чивается работой эпителия, где посто­янно с участием угольной карбоангидразы из СО₂ и воды образуется угольная кислота, диссоциирующая на Н⁺ и ани­оны НСО₃. Н⁺ активно секретируются в просвет канальцев. Интенсивность их секреции зависит от количества СО₂ в крови, активности карбоангидразы, рН артериальной крови, уровня паратгормона и альдостерона. Паратгормон снижает активность Na⁺/H⁺— обмена. Альдостерон облегчает секрецию Н⁺ в процессе стимуляции реабсорбции натрия, а также за счет прямой актива­ции Н⁺-АТФазы, которая перемещает Н⁺ в просвет канальцев. Для предотвраще­ния значительного снижения рН мочи (при значении ниже 4,5 клетки эпителия погибают) свободные ионы водорода в ней связываются с основным компо­нентом фосфатного буфера (Na₂HPО₄), который превращается в NaH₂PО₄. Ос­вободившиеся при этом катионы натрия реабсорбируются в составе NaHCО₃. Количество кислого фосфата и слабых органических кислот (молочная, кето­новые тела и др.) определяют титрационную кислотность мочи.

Аммониогенез усиливается при значительном закислении мочи и заключается в об­разовании аммиака из глутамина и других аминокислот в эпителии канальцев почек, который связывается с ионом водорода с образованием иона аммония. Ион аммония, в свою очередь, реагирует в основном с хлором (анион сильной кислоты) и в виде соли NH₄C1 выводится с мочой, не снижая ее рН. Важно отметить, что катион аммо­ния способен замещать значительное количество катионов натрия в моче, которые реабсорбируются в кровь взамен на секретируемые ионы водорода. Данный механизм является одним из путей сохранения гидрокарбоната в организме. Каждый миллимоль Н⁺, экскретируемый в форме титруемых кислот и (или) ионов аммония (NH₄⁺), добавляет в плазму крови 1 ммоль НС0₃. Ацидоз увеличивает синтез и секрецию ио­нов аммония в почках, алкалоз — снижает.

Реабсорбция гидрокарбоната в почках является высокоэффективным процессом, достигая в нормальных условиях практически абсолютных значений. При этом филь­трующийся в клубочках гидрокарбонат при прохождении через канальцы отдает ка­тион натрия взамен на секретируемые ионы водорода и превращается в угольную кис­лоту, быстро распадающуюся на СО₂ и воду. Поэтому моча при этом не меняет своей реакции. Реабсорбированный катион натрия соединяется с анионом гидрокарбоната и превращается в NaHCО₃, который поступает в кровь взамен аналогичной молеку­лы, вышедшей из крови в мочу в процессе клубочковой фильтрации.

Необходимо отметить, что реакция почек на изменение КЩС организма значи­тельно более медленная, чем соответствующая реакция легких. Так, стимуляция канальцевой секреции Н⁺ начинается только через несколько минут после изменения рСО₂ в крови. Стимулирующее действие альдостерона на секрецию Н⁺ в дистальных канальцах проявляется через несколько часов. Реализация других механизмов выве­дения Н⁺ почками может потребовать 2-3 дня.

Печень как центральный орган химического гомеостаза организма играет сущест­венную роль в поддержании КЩС на организменном уровне. Прежде всего, гепатоциты являются поставщиками протеинового буфера крови. В печени происходят все этапы распада белков до образования аммиака, который поступает в орнитиновый цикл для синтеза мочевины. Этот процесс обеспечивает возможность использования аммиака гепатоцитами в качестве буферного основания для нейтрализации кислот, а также поддерживает его нормальный уровень в крови, предотвращающий защелачивание внеклеточной жидкости. Использование печенью в глюконеогенезе органи­ческих кислот (лактата, пирувата, аминокислот) способствует снижению их концент­рации в крови и тканевой жидкости. При этом 80% лактата превращается в СО2, 20% — в глюкозу. Важно отметить, что данные биохимические реакции не только снижают уровень лактата, но и приводят к регенерации главного буферного основания — гидро­карбоната, истраченного на нейтрализацию лактата во внеклеточной жидкости. Так­же печень участвует в поддержании КЩС за счет синтеза кетоновых тел и инакти­вации альдостерона. Кроме вышеуказанных метаболических механизмов регуляции КЩС, определенное значение имеет выделение с желчью ряда кислых и основных продуктов.

Желудочно-кишечный тракт занимает важное место в поддержании постоянства КЩС организма благодаря большой интенсивности процессов поступления и всасы­вания жидкостей, продуктов питания и электролитов, а также выделения продуктов жизнедеятельности. Потребление растительной пищи способствует ощелачиванию внутренней среды организма, а белковой пищи животного происхождения — ее за­кислению. Влияние желудка на КЩС связано с выделением соляной кислоты в его просвет.

Важным механизмом влияния ЖКТ на КЩС является продукция гидрокарбона­та, основное количество которого секретирует поджелудочная железа, что является ее уникальной и исключительно важной физиологической функцией.

Кроме сока поджелудочной железы существенным источником гидрокарбоната в кишечнике является желчь. Наряду с данными секреторными механизмами оп­ределенное значение для участия ЖКТ в регуляции КЩС имеет его всасывающая функция, через которую в организме поддерживается водный баланс, осмолярный и электрохимический градиенты, активная реакция среды как за счет использования реабсорбируемых буферных компонентов (ионы натрия, калия, кальция, хлора, ани­он гидрокарбоната), так и через поддержание нормального трансмембранного ион­ного обмена.

На основании вышеизложенных механизмов очевидно, что ЖКТ играет сущес­твенную роль в поддержании КЩС организма. Поэтому нарушение функциони­рования любого его отдела приводит к развитию выраженных нарушений КЩС и водно-электролитного обмена, что часто имеет место при различных формах пато­логии.

Пример. Жидкость в желудке имеет высокое содержание водородных ионов и потери ее при рвоте вы­зывают развитие метаболического алкалоза.

Кишечный и панкреатический секреты содержат большее по сравнению с плазмой количество бикар­бонатов, поэтому при диарее развивается метаболический ацидоз.

Костная ткань тоже участвует в поддержании КЩС за счет обмена содержащихся в ней ионов натрия, калия, кальция, магния на ионы водорода, например, при компен­сации ацидоза. При остром увеличении содержания кислот (при шоке, коме, острой сердечной, дыхательной или почечной недостаточности) кости могут обеспечивать до 30-40% буферной емкости биологических жидкостей организма. В случае хроничес­кой нагрузки кислыми соединениями (хроническая сердечная, почечная, дыхатель­ная или печеночная недостаточности) данный показатель может возрастать до 50%, однако при этом может развиваться декальцификация скелета за счет выхода карбо­ната кальция в плазму крови.

Таким образом, механизмы поддержания КЩС в организме представ­ляют собой достаточно мощную, многокомпонентную, саморегулирующуюся систе­му, и только выраженная экзо- или эндогенная патология, может вызвать ее суб- или декомпенсацию, что найдет отражение в соответствующей клинике и изменении лабораторных показателей КЩС.