32.1. Буферные системы

Буферные системы — это биологические жидкости организма. Их защитная роль в поддержании нормального рН крови чрезвычайно велика.

Любая буферная система представляет собой смесь слабой кислоты и ее соли, образованной сильным основанием. Попадание в плазму сильной кислоты вызывает реакцию буферных систем, в результате которой сильная кислота превращается в слабую. То же происходит и при действии на биологические жидкости сильного основания, которое после взаимодействия с буферными системами превращается в слабое основание. В результате указанных процессов изменения рН либо не наступают, либо минимальны.

Гидрокарбонаты обеспечивают 53 % буферной способности крови, 47 % ее относится к негидрокарбо-натным системам: гемоглобиновой (35 %), протеиновой (7 %) и фосфатной (5 %). Кровь составляет только ¹/5 общей буферной емкости организма.

Гидрокарбонатная система. Происхождение гидрокарбонатной системы тесно связано с метаболизмом органического углерода, поскольку конечным продуктом его является CO₂ или НСОз. Гидрокарбонатный буфер — главная и единственная буферная система интерстициальной жидкости. Образующаяся в клетках CO₂ вступает в реакцию с водой, в результате чего получается угольная кислота, которая диссоциирует на ионы H⁺ и HCO^. В определенных условиях (сдвиг реакции вправо или влево) преобладает тот или иной тип реакции:

H₂O + CO₂ «± H₂CO₃ ^H⁺ + НСОз.

Выделение CO₂ происходит через легкие, ионы H⁺ и НСОз выделяют-

ся через почки. Избыточное образование CO₂ ведет к усиленной элиминации его через легкие, и равновесие восстанавливается.

Гемоглобиновая система. Буферное действие молекулы гемоглобина происходит за счет имидазольной группы гистидина. Диссоциация этой имидазольной группы зависит от насыщения кислородом: оксиге-нированный гемоглобин (HbO₂), являясь более сильной кислотой, чем деоксигенированный, отдает больше H⁺. Благодаря этому облегчаются связывание CO₂ в тканевых капиллярах и освобождение его в легочных и транспорт CO₂ происходит при меньших сдвигах рН, чем при постоянном SO₂ (эффект Кристиан-сена—Дугласа—Холдена) .

Протеиновая система. Белки плазмы — амфолиты — в крови обладают свойствами кислот. Они составляют наибольшую часть пула анионов плазмы. Изменение содержания альбуминов, протеинов и аномальных белков плазмы оказывает существенное влияние на величину так называемой анионной разницы.

Фосфатная система. Эта система — первичный и вторичный фосфат (H₂PO", HPO^-) имеет значение для внутриклеточного пространства и при забуферивании мочи. Анионы РО4, как и органические кислоты, относятся к группе неизмеряемых анионов, играющих важную роль в изменениях метаболического компонента КОС.

КОС и рН крови зависят от четырех факторов: продукции фиксированных (нелетучих) кислот, буфери-рования фиксированных кислот, элиминации фиксированных кислот, элиминации летучей (углеродной) кислоты.

Роль легких в регуляции КОС. Организм — своего рода открытая система, в которой метаболические процессы определяют интенсивность обмена энергии с внешней средой. Процессы образования CO₂

в тканях, взаимодействия ее с гидрокарбонатным буфером и выделения легкими находятся в состоянии биологического равновесия.

В нормальных условиях источником энергии является аэробный гликолиз:

C₆H₁₂O₆ -> 6CO₂ + H₂O.

Поскольку CO₂ легко диффундирует через полупроницаемые мембраны, уровень PCO₂ во всех жидкостных средах организма приблизительно одинаков.

За сутки в клетках образуется от 13 000 до 20 000 ммоль CO₂. Нормально функционирующие легкие могут элиминировать любое количество образующейся CO₂ в тканях. Равновесие достигается в том случае, если количество образованной CO₂ равно количеству элиминированной.

Роль почек в регуляции КОС. Почки непосредственно экскретируют H⁺ из кислой среды и НСОз из щелочной. При снижении уровня гидрокарбоната в плазме проксималь-ные канальцы реабсорбируют его до концентрации 25 ммоль/л, в результате чего гидрокарбонатный буфер восстанавливается (механизм щаже-ния оснований путем ионогенеза). На каждый восстановленный HCO^ с мочой экскретируется один H⁺. Значительное количество H⁺ выделяется почками в связанной форме: в норме за сутки через почки выделяется 100-200 ммоль H⁺ [Рут Г., 1978]. Биологическое равновесие достигается в том случае, если количество образованных в тканях кислот равно количеству выделенных.

Ликвидация протонов с помощью фосфатной системы происходит путем образования дегидрофосфата из монофосфата:

HPO; + H⁺^ H₂PO₄.

Действие этого механизма непродолжительное. При его истощении реабсорбция Na⁺ и НСОз осущест-

вляется за счет аммониогенеза. При увеличении количества ионов H⁺ во ВнеКЖ в клетках почечных канальцев образуется аммиак путем дез-аминирования некоторых аминокислот. Аммиак легко диффундирует в канальцевую мочу, где соединяется с ионами H⁺:

NH₃ +H⁺- NHJ.

Образованные ионы аммония не могут вновь проникнуть через клеточную мембрану. Они присоединяют СГ и в виде NH₄Cl выводятся с мочой. Ионы Na⁺, освобожденные от СГ, в клетках почечных канальцев соединяются с освобожденными от H⁺ ионами НСОз и в виде гидрокарбоната поступают в венозную кровь.

Реакции буферных систем крови при увеличении в ней концентрации протонов происходят обычно до включения почечного механизма компенсации. Почки лишь постепенно увеличивают выделение кислот, иногда в течение нескольких дней, что и является причиной медленной компенсации ацидоза.

Основные компоненты КОС:

• рН — отрицательный десятичный логарифм концентрации H⁺, величина активной реакции крови. В норме рН артериальной крови 7,4 (7,36—7,44), венозной крови 7,37 (7,32—7,42). Внутриклеточное значение рН 6,8—7,0;

• PCO₂ — респираторный компонент КОС. В норме PCO₂ артериальной крови равно 40 (36—44) мм рт.ст., венозной крови — 46 (42—55) мм рт.ст.;

• НСОз — содержание аниона гидрокарбоната (бикарбоната) в плазме крови. В норме составляет 22—25 ммоль/л в артериальной крови и 25—28 ммоль/л в венозной крови. Увеличение содержания НСОз указывает на метаболический алкалоз, а снижение — на метаболический ацидоз;

• BE — избыток или дефицит оснований, отражающий состояние метаболического компонента КОС. Тесно коррелирует с уровнем HCO^. В норме нет ни избытка, ни дефицита оснований, и BE равен нулю с колебаниями от . -2,3 до +2,3 ммоль/л. Увеличение оснований в алкализированной крови соответствует понятию избытка оснований и обозначается символом BE со знаком «+». Например, величина BE +5 ммоль/л указывает на то, что в 1 л крови пациента имеется избыток оснований, равный 5 ммоль или дефицит ионов H⁺, равный также 5 ммоль. Уменьшение оснований в ацидотической крови соответствует понятию дефицита оснований и обозначается символом BE со знаком «—».

• BB — буферные основания, сумма всех буферных анионов: гидрокарбоната, фосфата, белков и гемоглобина в миллимолях на 1 л крови при 37 ⁰C и PCO₂ 40 мм рт.ст. В норме BB составляет 50 (40—60) ммоль/л, отражает только метаболические влияния.

Величина рН крови зависит от двух показателей: PCO₂ крови (респираторный компонент) и содержания оснований в ней (BE, HCOs), что составляет метаболический (нереспираторный) компонент. Последний остается постоянным при острых сдвигах PCO₂, хотя хронические изменения PCO₂ связаны с компенсаторными изменениями этих показателей.

32.2. Первичные изменения

параметров КОС

и компенсаторные реакции

Вначале изменения КОС происходят либо в респираторном, либо в метаболическом его компоненте. В ответ на этот сдвиг возникает компенсаторная реакция, направ-

ленная на преодоление указанного нарушения. При этом рН крови остается в пределах нормальных колебаний или имеет незначительное отклонение от нормы. Естественно, что эта компенсаторная реакция возможна до какого-то предела; все зависит от компенсаторных возможностей организма, главным образом от функции легких и почек, силы первичного воздействия и времени, в течение которого происходит этот процесс.

Компенсаторные реакции немедленного типа. Эти реакции обеспечиваются газообменной функцией. Любое изменение метаболического компонента КОС — дефицит или избыток оснований приводит к немедленной реакции со стороны органов дыхания.

Снижение содержания НСОз в плазме крови (метаболический ацидоз), возникающее первично, компенсируется увеличением легочной вентиляции и снижением PCO₂ плазмы. Таким образом, снижение НСОз сопровождается компенсаторным снижением PCO₂ плазмы, а соотношение РСО₂/НС05 остается неизменным. Чем меньше НСОз, тем меньше уровень PCO₂. При тяжелом метаболическом ацидозе стимуляция вентиляции легких доходит до крайнего предела (PCO₂ ниже 20 мм рт.ст. и даже ниже 10 мм рт.ст.) и дальнейшая компенсация становится невозможной. Изменения уровня PCO₂ и содержания HCOi в плазме крови сопровождаются такими же сдвигами во всем внеклеточном водном пространстве.

Увеличение содержания НСОз в плазме крови (метаболический алкалоз), возникающее первично, сопровождается снижением легочной вентиляции и увеличением PCO₂ плазмы. Чем больше HCO₃" в крови, тем больше PCO₂. Следует указать на относительность этой реакции. Как правило, выраженного дыхательного ацидоза не наступает, так как стимуляция дыхания осущест-

вляется не только ионами H⁺, но зависит от уровня O₂ и PCO₂ крови. Тем не менее при выраженном метаболическом алкалозе существует опасность гиповентиляции.

Компенсаторные реакции замедленного типа. Эти реакции в основном обеспечиваются функцией почек (аммониогенез, титрование ионов H⁺, реабсорбция). Первичное снижение PCO₂ плазмы крови (дыхательный алкалоз) подавляет реаб-сорбцию гидрокарбоната в канальцах почек, в результате чего снижается содержание НСОз в плазме крови (метаболический ацидоз). Первичное повышение PCO₂ плазмы крови (дыхательный ацидоз) сопровождается увеличением реаб-сорбции ионов гидрокарбоната и содержания последнего в плазме крови (метаболический алкалоз).

Эти компенсаторные реакции в отличие от реакции немедленного типа происходят длительное время (6—12 ч) и достигают максимума через несколько суток. Первичное же нарушение при этом (дыхательный ацидоз), возникающее остро, не компенсируется почками и может вызвать летальный исход без заметного увеличения уровня гидрокарбоната в крови (острый дыхательный ацидоз). В отличие от острого медленно прогрессирующий дыхательный ацидоз (хронический дыхательный ацидоз) компенсируется увеличением уровня гидрокарбоната в крови и прямой угрозы для жизни не представляет.

Как определить, какое нарушение КОС первично? Снижение или повышение одного показателя — рН крови — свидетельствует об ацидозе или алкалозе, но не дает исчерпывающего ответа на вопрос, какой компонент КОС нарушен — респираторный или метаболический. Если же интерпретируются два показателя — рН и PaCO₂ артериальной крови, то определение первичности нарушений КОС становится возможным (табл. 32.1).

Таблица 32.1. Определение первичного нарушения КОС

ρ Η артериальной крови (норма 7,36-7,44)	PaCO2 (норма 36-44 мм рт.ст.)	Первичное нарушение
Снижен	Повышено	Дыхательный ацидоз
»	Норма или снижено	Метаболический ацидоз
Повышен	Повышено или норма	Метаболический алкалоз
»	Снижено	Дыхательный алкалоз
Норма	Понижено	Смешанная форма дыхательного алкалоза и метаболического ацидоза
»	Повышено	Смешанная форма дыхательного ацидоза и метаболического алкалоза

Нормальная величина рН и нормальный уровень PaCO₂ могут указывать на то, что КОС находится в состоянии полной компенсации, но при этом не исключаются смешанные метаболические ацидозы/алкалозы. В данной ситуации весьма полезно определение анионной разницы (табл. 32.2) [Марино П., 1998].

Современные методы определения КОС дают возможность врачу интерпретировать не только показатели рН, PaCO₂, но и BE, НСОз, уровень молочной кислоты и кетоновых тел, что облегчает трактовку сложных нарушений КОС.

Анионная разница. Значение этого показателя основано на законе электронейтральности, который заключается в том, что сумма положительных зарядов (катионов) в любой водной среде должна быть равна сумме отрицательных зарядов (анионов). В клинической практике легко «измеряемыми» ионами являются Na⁺, СГ, НСОз. Остальные

ионы: белки, РО4, SO4, органические кислоты, Ca²⁺, Mg²⁺ и K⁺ — измеряются не всегда («неизмеряемые» ионы). Анионная разница представляет собой разницу между «неизмеренными» количествами анионов и катионов и в норме равна 12 ммоль/л.

Таблица 32.2. Анионная разница (AP) [по Марино П., 1998]

Концентрация «неизмеренных» анионов (НА), ммоль/л		Концентрация «неизмеренных» катионов (HK), ммоль/л
Белки	15	K+	4,5
PO;	2	Ca2+	5
SO^	1	Mg2+	1,5
Органические	кислоты 5
В с е г о...	23	11

AP = НА - HK = 12 ммоль/л. НА + (CF + HCO]) - Na⁺ + HK. НА - HK = Na⁺ - (CF + HCO]).

Наличие анионной разницы выше 30 ммоль/л указывает на возможность лактат-ацидоза. Анионная разница в пределах 15—20 ммоль/л наблюдается при кетоацидозе. Уменьшение анионной разницы в плазме крови на 5—6 ммоль/л возникает при гипоальбуминемии, может наблюдаться при изменении содержания аномальных белков, гипонат-риемии.

При метаболическом ацидозе и нормальной анионной разнице нет тяжелых метаболических нарушений. Это состояние может быть обусловлено почечной недостаточностью средней степени, избыточным введением хлоридов, диареей, почечным канальцевым ацидозом. Высокая анионная разница свидетельствует о возможных глубоких нарушениях КОС — лактат-ацидо-зе, кетоацидозе, почечной недостаточности, отравлении салици-латами, метанолом, этиленглико-лем.