Физиологические механизмы поддержания КОС

Нарушения кислотно-основного

Состояния организма

(Патофизиологические аспекты)

 

Минск 2005

Список сокращений

 

ССС – сердечно-сосудистая система

АД – артериальное давление

КА – катехоламины

МОК – минутный объем крови

ОЦК – объем циркулирующей крови

УД – ударный объем

ЧСС – частота сердечных сокращений

ЭКГ – электрокардиограмма

КОС – кислотно-основное состояние

Н⁺ – ион(ы) водорода

[Н⁺] – концентрация ионов водорода

НСО₃^– – анион(ы) гидрокарбоната

[НСО₃^–] – концентрация гидрокарбоната

К⁺ – катион(ы) калия

[К⁺] – концентрация ионов калия

Na⁺ – катион(ы) натрия

[Na⁺] – концентрация ионов натрия

Са²⁺ – катион(ы) кальция, ионы кальция

[Са²⁺] – концентрациякатионов кальция

Cl^-  – анион(ы) хлора

[Cl^-] – концентрация анионов хлора

Hb – гемоглобин

HbО₂ – гемоглобин оксигенированный

HbСО – карбоксигемоглобин

рСО₂ – парциальное давление двуокиси углерода

р_аСО₂ – парциальное напряжение двуокиси углерода в артериальной крови

р_vСО₂ – парциальное напряжение двуокиси углерода в венозной крови

рО₂ – парциальное давление кислорода

р_АО₂ – парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе

р_аО₂ – парциальное напряжение кислорода в артериальной крови

р_vО₂  – парциальное напряжение кислорода в венозной крови

ИВЛ – искусственная вентиляция легких

ЧД – частота дыхания

ЛС – лекарственные средства

МК – молочная кислота

КТ  – кетокислоты

СД  – сахарный диабет

ТК – титруемая кислотность суточной мочи

ЦНС – центральная нервная система

  Актуальность проблемы. Проблема нарушений кислотно-основного состояния (КОС) организма является одной из актуальных проблем современной медицины, поскольку нарушения КОС представляют собой важнейшее звено патогенеза большинства заболеваний и патологических состояний. Нарушения КОС имеют место при многих патологических процессах и всегда сопровождают острую гибель организма, независимо от ее причин.

 

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. 

 

 

Зависимость между рН и концентрацией Н⁺                    Таблица 1

рН	6,8	6,9	7,0	7,1	7,2	7,3	7,4	7,5	7,6	7,7	7,8
[H+](мM)	160	125	100	80	63	50	40	32	26	20	16

 

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.

Действие буферных систем

Буферы, присутствующие во всех жидких средах организма, при изменении рН действуют немедленно (нескольких секунд или минут). Они соединяются с избытком кислот или оснований и образуют вещества, которые не влияют на рН. Однако эффективность их ограничена величиной их емкости.

Гидрокарбонатная буферная система (составляет 10 % от буферной емкости крови). Н₂СО₃/NaНСО₃ – основной буфер межклеточной жидкости и крови, образуется в почках и облегчает экскрецию H⁺. Эффективно действует при рН около 7,4. Используется как важнейший диагностический показатель нарушений КОС организма.

Фосфатная буферная система (NaН₂PО₄/NaН₂PО₄; составляет около 1% буферной емкости крови) – облегчает экскрецию Н⁺ в канальцах почек. Основная роль состоит в регуляции КОС внутри клеток (особенно почек) в диапазоне рН от 6,1 до 7,7; наиболее эффективена при рН 7,2; поддерживает в крови «регенерацию» гидрокарбонатной системы.

Белковая буферная система – главный внутриклеточный буфер, составляет ¾ буферной емкости внутриклеточной жидкости. Наиболее эффективна в области значения рН от 7,2 до 7,4. В кислой среде она связывает ионы водорода, в щелочной среде – отдает.

Гемоглобиновая буферная система (около 70 % буферной емкости крови) играет основную роль в транспорте СО₂ от тканей к легким, начинает действовать в течении нескольких минут.

Физиологические механизмы поддержания КОС

˜

    Дыхательная система. Ионы водорода оказывают возбуждающее действие на дыхательный центр головного мозга. Ацидемия увеличивает альвеолярную вентиляцию в 4-5 раз по сравнению с нормой, в то время как алкалемия снижает ее до 50-70% от нормы; изменения происходят быстро – за 1-2 минуты; в течение этого времени легкие удаляют или задерживают СО₂ в прямой зависимости от рН артериальной крови. Увеличение вентиляции легких в 2 раза повышает рН крови ~ на 0,2, снижение вентиляции на 25% может уменьшить рН крови на 0,3-0,4. Здоровые легкие не могут полностью ликвидировать нарушения КОС (эффективность респираторной системы составляет 50-70%).

С легочным механизмом регуляции КОС непосредственно связана гидрокарбонатная 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 Hb в капиллярах тканей связывает протоны и предотвращает понижение рН крови.

Почки регулируют кислотно-щелочное состояние, устраняя или уменьшая нарушения путем экскреции протонов (Н⁺) и увеличивая или снижая [НСО₃ˉ] в жидких средах организма. Секреция H⁺ регулируется содержанием CO₂ во внеклеточной жидкости: чем выше концентрация СО₂, тем больше экскреция Н⁺, что приводит к повышению кислотности мочи. Когда выделяются H⁺, в почках образуется HCO₃ˉ, что способствует поддержанию в организме соотношения кислота / основание на уровне 1:20. Если во внеклеточной жидкости увеличивается НСО₃ˉ или уменьшается [Н⁺], почки задерживают H⁺ и выводят HCO₃^--, в этом случае моча становится щелочной. рН мочи также зависит от характера питания и колеблется в норме в диапазоне 4,5-7,8 (чаще около 6,0). Время восстановления нарушенного КОС может быть от часов до нескольких суток.