Лекции / Kurs_lektsiy_po_patofiziologii_Ch_2_2018

жизнедеятельности, сформировались различные взаимосвязанные системы и механизмы регуляции содержания Н+ как в норме, так и при различных видах патологии.

Внормальных условиях соотношение образующихся в организме кислых продуктов в 20 раз больше, чем оснований.

Вэтой связи в организме преобладают системы, устраняющие избыток кислых продуктов. Так, чтобы сделать реакцию сыворотки щелочной, к ней необходимо прибавить в несколько десятков раз (в 40-70 раз) больше гидроксида натрия, чем к дистиллированной воде.

Ачтобы сделать реакцию сыворотки кислой, к ней необходимо прибавить в несколько сотен раз (в 300-400 раз) больше соляной кислоты, чем к дистиллированной воде.

Системы, обеспечивающие нормальный pH биологических сред, включают химические буферные системы и физиологические механизмы, ответственные за регуляцию КОС.

10.3.1. Химические буферные системы

При сдвигах содержания ионов Н+ в крови и других биосредах организма (как при увеличении, так и при снижении их количества) сначала срабатывают быстродействующие и мощные химические буферные системы плазмы и эритроцитов (гемоглобиновая, бикарбонатная, фосфатная, белковая). Их емкость (а значит, и эффектив-

ность) достаточно высока (табл. 7).

Таблица 7

Относительная емкость буферов крови (в %)

Общеизвестно, что принцип действия химических буферных систем заключается в трансформации сильных кислот и оснований в слабые.

279

Гемоглобиновая буферная система является основным буфером эритроцитов крови и составляет около 75 % всей буферной емкости крови. Гемоглобин, как и другие белки, – амфолит, т.е. гемоглобиновая буферная система, состоит из кислого компонента (оксигенированного Hb, т.е. HbО2) и основного компонента (неоксигенированного, т.е. восстановленного Hb). Показано, что восстановленный гемоглобин является примерно в 70 раз более слабой кислотой, чем оксигемоглобин. Кроме того, Hb поддерживает постоянство pH благодаря связыванию СО2 и переносу его из ткани в легкие и далее – во внешнюю среду.

Бикарбонатная (гидрокарбонатная) буферная система являет-

ся основным буфером плазмы крови и внеклеточной жидкости и составляет примерно 15 % общей буферной емкости крови. Она представлена во внеклеточной среде угольной кислотой (Н2СО3) и гидрокарбонатом натрия (NaHCO3). Концентрация водородных ионов в данном буфере равна [H+] = K × H2CO3 / NaHCO3 = 1/20, где К – константа диссоциации угольной кислоты.

Эта буферная система обеспечивает, с одной стороны, образование NaHCO3, с другой – образование угольной кислоты (H+ + HCO3 – » H2CO3) и распад последней (H2CO3 –» H2O + CO2) под влиянием фермента карбоангидразы до H2O и CO2.

Углекислый газ удаляется легкими при выдохе, при этом сдвига pH не происходит. Данная буферная система препятствует сдвигам pH при внесении в биологическую среду сильных кислот и оснований в результате превращения их либо в слабые кислоты, либо в слабые основания.

Гидрокарбонатная буферная система – важный индикатор КОС. Это система открытого типа, ассоциированная с функцией системы внешнего дыхания, а также почек и кожи.

Фосфатная буферная система представлена одно- и двухзамещенным фосфорнокислым натрием (NaH2PO4 и Na2HPO4). Первое соединение ведет себя как слабая кислота, второе – как слабое основание. Образовавшиеся в организме и поступившие в кровь кислоты взаимодействуют с Na2HPO4, а основания – с NaH2PO4. В итоге pH крови сохраняется неизменным. Фосфаты выполняют буферную роль главным образом во внутриклеточной среде (особенно клеток канальцев почек) и поддерживают исходное состояние бикарбонатного буфера.

280

Белковая буферная система выполняет важную роль внутри-

клеточной буферной системы. Обладая амфолитными свойствами, в кислой среде они ведут себя как основания, а в щелочной среде – как кислоты.

Белковая буферная система состоит из слабодиссоциирующего белка с кислыми свойствами (белок-СООН) и белка в комплексе с сильными основаниями (белок-СООNa). Эта буферная система также способствует предупреждению сдвига pH крови.

Позже (через несколько минут или часов) срабатывают физиологические (органные и системные) механизмы компенсации и устранения сдвигов КОС (осуществляемые легкими – с выдыхаемым воздухом, почками – с мочой, кожей – с потом, печенью и другими органами пищеварительного тракта – с калом).

10.3.2.Физиологические (органно-системные) механизмы компенсации и устранения нарушений КОС

Для их реализации требуется более длительное время (от нескольких минут до нескольких часов), чем для реализации химических буферных систем.

К основным физиологическим механизмам регуляции сдвигов КОС относятся:

1.Легкие с выделяемым воздухом. Устранение сдвигов КОС достигается путем увеличения или уменьшения объема альвеолярной вентиляции; при гипервентиляции в организме снижается CO2 и увеличивается О2.

2.Почки с выделяемой мочой. Почки способствуют устранению сдвигов КОС посредством изменения ацидогенеза, аммониогенеза, секреции фосфатов, K+-Na+-обменного механизма, а также образования гидрокарбоната (ускорение его выведения с мочой или реабсорбции в кровь).

3.Кожа с выделяемым потом (пот способен изменять КОС внутренней среды организма).

4.Печень участвует в регуляции КОС путем изменения:

синтеза белков крови (а значит, отвечает за состояние белковой буферной системы),

образования аммиака и аммония (а значит, ответственна за нейтрализацию кислот как в гепатоцитах, так и в плазме крови и межклеточной жидкости),

281

синтеза глюкозы из «кислых» неуглеводных веществ (аминокислот, глицерина, лактата, пирувата)

выведения из организма нелетучих (глюкуроновой и серной ) кислот при осуществлении процессов детоксикации различных метаболитов и ксенобиотиков,

экскреции в кишечник кислых и основных соединений с желчью.

5.Желудок, устраняет сдвиги КОС путем увеличения или снижения образования соляной кислоты. При закислении внутренней среды усиливается секреция HCl, при защелачивании внутренней среды секреция HCl замедляется.

6.Кишечник участвует в регуляции КОС путем: увеличения или снижения либо синтеза бикарбонатов, либо абсорбции H+ в кровь,

либо всасывания в кровь H2О и разных ионов: Na+, K+, Ca2+, Cl-, HCO3-.

10.4. Классификация нарушений кислотно-основного состояния

Расстройства КОС проявляются в виде ацидоза и алкалоза.

Ацидоз характеризуется появлением в биологической среде относительного или абсолютного избытка кислот или недостатка оснований.

Алкалоз характеризуется появлением в биологической среде избытка оснований или недостатка кислот.

Различают следующие основные виды ацидоза и алкалоза: 1) газовый (дыхательный); 2) негазовый (метаболический, выделительный, экзогенный, комбинированный); 3) смешанный (газовый в сочетании с какой-то разновидностью негазового).

По степени компенсации ацидозы и алкалозы делят на компенси-

рованные и декомпенсированные.

При компенсированных их видах рН существенно не изменяется, т.е. не отклоняется за пределы нормы (7,35-7,45). На фоне значительных изменений абсолютного количества угольной кислоты и натрия гидрокарбоната их соотношение остается равным 20 : 1. При компенсированном ацидозе рН отклоняется в пределах 7,35-7,38, при компенсированном алкалозе – в пределах 7,40-7,45.

При декомпенсированных видах рН существенно отклоняется от нормальной величины, т.е. выходит за пределы нормы. Наряду с изменением абсолютного количества угольной кислоты и натрия гид-

282

рокарбоната изменяется также их соотношение. Для некомпенсированного ацидоза характерны величины рН, равные 7,34 и ниже, для некомпенсированного алкалоза рН составляет 7,46 и выше.

10.5. Характеристика основных видов нарушений кислотноосновного состояния

Основные клинические симптомы и лабораторные показатели при ведущих, наиболее часто встречающихся расстройствах кислот- но-основного состояния (КОС) представлены в табл. 8.

Таблица 8 Клинические симптомы и лабораторные показатели при нару-

шении кислотно-основного состояния (цит. по: Горн М.и др., 2000)

283

Для газового (дыхательного, респираторного) ацидоза характерно снижение в крови и других биосредах уровня pH (менее 7,4) и увеличение гидрокарбонатов, pCO2 и Н+. Причиной газового ацидоза является обтурационная или рестриктивная гиповентиляция легких. Она чаще возникает в результате закупорки дыхательных путей, бронхос-

284

пазма (из-за увеличения продукции и действия ацетилхолина и др.) или увеличения концентрации СО2 во вдыхаемом воздухе.

Газовый ацидоз возникает при различных видах патологии (обширная пневмония, непроходимость дыхательных путей, бронхиальная астма, обструктивная форма эмфиземы легких, послеоперационное состояние у ослабленных больных и т.д.).

Задержка СО2 в организме обычно приводит к увеличению содержания угольной кислоты, при диссоциации высвобождающей протон, а значит сопровождается повышением кислотности биологической среды.

С одной стороны, увеличение CO2 в организме приводит к расширению артериол головного мозга, т.е. к развитию артериальной гиперемии и повышению внутричерепного давления, с другой стороны – к активации центра блуждающего нерва, развитию системной артериальной гипотензии, прогрессирующей брадикардии, гипоксемии, гипоксии, а также к снижению сродства Hb к кислороду и т.д.

Как срочные, так и долговременные механизмы компенсации газового ацидоза направлены на нейтрализацию и удаление из организма избытка ионов H+, образующихся при диссоциации угольной кислоты.

Ведущий орган, компенсирующий газовый ацидоз, – почки, обладающие способностью, с одной стороны, усиливать канальцевую реабсорбцию гидрокарбоната, с другой, выводить с мочой Н+. Это характеризуется увеличением значений ВВ (буферных оснований), SB (стандартного бикарбоната) и появлением избытка оснований (ВЕ со знаком плюс).

Однако такая компенсаторная реакция, направленная на ослабление дыхательного ацидоза, бывает биологически целесообразной лишь до определенного момента. В связи с присоединением метаболического алкалоза респираторный ацидоз нарастает и часто становится декомпенсированным.

Лечение дыхательного ацидоза направлено на восстановление нарушенной легочной вентиляции, проведение оксигенотерапии, использование натрия гидрокарбоната и, особенно, ТРИС-раствора.

10.5.2. Негазовый ацидоз

Различают следующие виды негазового ацидоза: 1) метаболический; 2) выделительный; 3) экзогенный; 4) комбинированный (сочетание разных видов ацидоза).

285

Для негазового (метаболического, обменного) ацидоза характерно снижение в крови и других биосредах уровня рН, гидрокарбонатов, рCO2 и увеличение содержания H+.

Метаболический ацидоз

Метаболический (обменный) ацидоз возникает в результате интенсивного образования и накопления недоокисленных промежуточных продуктов обмена, особенно при переходе тканей на анаэробный глико-

лиз. Это обычно происходит при развитии различных видов гипоксии, тяжелых формах нарушения кровообращения (массивная кровопотеря, прогрессирующая сердечно-сосудистая, печеночная или почечная недостаточность, умирание организма и др.), при развитии, сахарного диабета, распространенных гнойных заболеваниях (перитонит, флегмона, фурункулез, множественные абсцессы и др.), истощении буферных систем.

Причины метаболического ацидоза: 1) накопление избытка нелету-

чих кислот (соляной, серной, β-оксимасляной, ацетоуксусной) и других кислых метаболитов, 2) недостаточность буферных систем и различных физиологических систем, неспособность нейтрализовать и / или выводить избыток нелетучих кислот. В частности, среди причинных факторов метаболического ацидоза важное место отводится: 1) потере оснований с желчью, поджелудочным и кишечным соками; 2) интенсивной диарее либо формированию желчных, поджелудочных или кишечных свищей; 3) голоданию (полное, неполное и даже частичное); 4) активизации катаболических процессов в организме; 5) гормональному дисбалансу (сахарный диабет, гипертиреоз, гиперкортицизм); 6) недостаточности печени и другим врожденным и приобретенным нарушениям обмена веществ; 7) интенсивной и длительной физической нагрузке.

Метаболический ацидоз может развиться также и в результате следующих патогенетических факторов:

повышенное экзогенное поступление в организм различных кислых соединений (уксусной и других кислот, салицилатов и т.д.);

сниженное выведение нелетучих кислот с мочой (в связи с нарушением выделительной функции почек);

избыточные потери буферных анионов, прежде всего гидрокар-

бонатов, с мочой (в связи с нарушением их реабсорбции в канальцах почек) и т.д.

Механизмы компенсации метаболического ацидоза направлены на снижение его величины. Это достигается при помощи включения как срочных, так и долговременных компенсаторных механизмов, в

286

частности, путем активизации: 1) внеклеточных буферов, 2) клеточных буферов, 3) альвеолярной вентиляции, 4) аммониогенеза почками и печенью, 5) секреции Н+ и реабсорбции НСО3ˉ почками, 6) синтеза НСl обкладочными клетками желудка и др.

Установлено, что при компенсированном метаболическом ацидозе рН крови не снижается ниже 7,35, в то время как при декомпенсированном ацидозе (при недостаточности буферных систем и физиологических механизмов) pH снижается еще ниже (менее 7,35).

На начальных этапах развития метаболического ацидоза избыток образующихся протонов обычно нейтрализуется имеющимися в ор-

ганизме буферными анионами (гидрокарбонатами, белками), в связи с чем их количество в крови уменьшается. Степень отклонений величины рН в кислую сторону зависит от площади и объема повреждения клеточно-тканевых структур.

Поддержание кислотно-основного гомеостаза, помимо буферных систем, обеспечено мобилизацией и других механизмов компенсации, среди которых большое значение имеют следующие.

Довольно быстро на фоне снижения емкости буферных систем развивается гипервентиляция легких, сопровождающаяся удалением из организма углекислого газа. Это способствует восстановлению равновесия между кислотами и основаниями и нормализации рН внутренней среды.

Несколько позднее активизируются почечные компенсаторные механизмы. Они обеспечивают либо увеличение выведения из организма с мочой нелетучих кислот (что приводит к восстановлению рН крови и одновременно снижению рН мочи), либо сбережение в крови, а значит

ворганизме, гидрокарбонатов (путем усиления их реабсорбции канальцами почек). Следует отметить, что срабатывание этих механизмов компенсации возможно только при сохранных функциях почек.

Основными симптомами метаболического ацидоза является, с одной стороны, снижение величин стандартного бикарбоната SB и буферных оснований ВВ, с другой – увеличение отрицательной величины сдвига буферных оснований ВЕ.

При компенсированном метаболическом ацидозе развивается снижение содержания углекислого газа и угольной кислоты в крови,

витоге чего величина рН остается нормальной.

При декомпенсированном метаболическом ацидозе отмечается существенное снижение величины рН (ниже 7,35).

287

Лечение негазового ацидоза должно быть своевременным, комплексным и включать: 1) устранение влияния этиологического фактора; 2) эффективное лечение основного заболевания; 3) нормализацию гемодинамики (сердечно-сосудистой системы); 4) восстановление функций выделительной системы; 5) улучшение функций легких, особенно легочной вентиляции; 6) активизацию полноценных окислительных процессов (тканевого дыхания, окислительного фосфорилирования) в организме; 7) осуществление мероприятий по нейтрализации кислот в биологических средах организма путем связывания протонов и восстановления емкости буферных систем; этого, в частности, достигают введением 1 М раствора натрия гидрокарбоната или 0,3 М раствора тригидрооксиметиламинометана (ТРИС). Его применение противопоказано при почечной недостаточности.

Выделительный ацидоз

Возникает в результате патологии почек, кишечника и слюнных желез, приводящей к повышенной потере этими органами оснований и накоплению в организме различных кислот.

Срочные и долговременные механизмы компенсации выделительного ацидоза направлены на снижение ацидоза. Это достигается активацией: 1) внеклеточных и клеточных буферов, 2) легочной вентиляции, 3) образования HCl в желудке, 4) синтеза аммония в почках и печени, 5) выделения кислот почками и др.

Экзогенный ацидоз

Возникает при поступлении в организм нелетучих кислот и кислых разных соединений (в том числе пищевых продуктов). Характе-

ризуется накоплением в биосредах организма ионов H+, что нередко приводит к истощению буферных систем.

К экзогенному ацидозу обычно присоединяется метаболический ацидоз и повреждение печени и почек. В итоге ацидоз нарастает. Механизмы компенсации экзогенного ацидоза направлены на нейтрализацию и удаление избытка ионов H+.

10.5.3. Газовый алкалоз

Для газового (дыхательного или респираторного) алкалоза характерно увеличение в крови величины рН (более 7,4) и снижение ионов H+, HCO3ˉ и pCO2 (до 35 мм рт.ст. и ниже).

288