Физиологические механизмы

Наряду с мощными и быстродействующими химическими системами в организме функционируют органные механизмы компенсации и устранения сдвигов КОС. Для их реализации и достижения необходимого эффекта требуется больше времени.

К наиболее эффективным физиологическим механизмам регуляции КОС относятся процессы, протекающие в лёгких, почках, печени и ЖКТ.

Лёгкие обеспечивают устранение или уменьшение сдвигов КОС путем изменения объёма альвеолярной вентиляции. Для нормализации рН после попадания избытка кислот или оснований в организм лёгким требуется 1-2 мин.

В процессе клеточного метаболизма непрерывно образуются кислоты двух типов: летучие, которые удаляются лёгкими, и нелетучие, которые выводятся через почки.

Угольная кислота (Н2СО3), образующаяся путём гидратации диоксида углерода (СО2) в жидкостях организма, является летучей.

 

Н2О + СО2 ↔ Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3-

 

В норме лёгкие выводят СО2 по мере образования, поэтому угольная кислота в организме не накапливается и не сдвигает рН внеклеточной жидкости. Образующийся из угольной кислоты НСО3- нейтрализуется катионами Na+ и К+.

Система внешнего дыхания обеспечивает постоянство напряжения СО2 в артериальной крови. При увеличении раСО2 (гиперкапния) стимулируется дыхательный центр, развивается гипервентиляция и избыток СО2 удаляется из организма с выдыхаемым воздухом.

При уменьшении раСО2 (гипокапния) происходит торможение дыхательного центра, развивается гиповентиляция и СО2 задерживается в организме.

Почки. Основной ролью почек в поддержании КОС является сохранение количества циркулирующего в крови гидрокарбоната (НСО3-) и выведении ионов Н+ (рис. 1).

Нелетучие кислоты не могут быть удалены через лёгкие, а выводятся через почки. Все метаболические кислоты, присутствующие в жидкостях организма (кроме угольной кислоты) являются нелетучими: молочная, фосфорная кислоты; кетокислоты (ацетоуксусная, β-гидроксимасляная, пировиноградная) и небольшое количество других органических и неорганических кислот (например, серная, соляная и др.).

К главным механизмам уменьшения или устранения сдвигов КОС, реализуемых нефронами почек, относят ацидогенез, аммониогенез, секрецию фосфатов и K+,Na+-обменный механизм.

Все эти механизмы включают секрецию ионов Н+ в мочу и возвращение гидрокарбоната в плазму крови.

Почечный механизм регулирования КОС действует медленнее (в течение 10-20 часов), чем химические буферные системы или дыхательный механизм. Однако компенсация нарушений КОС является более полной из-за способности почек выводить ионы Н+, которые в большом количестве поступают из клеток в жидкости организма. Другие механизмы (химические, дыхательные) не могут выполнить функцию удаления ионов Н+ из внутриклеточной среды.

Ацидогенез. Этот энергозависимый процесс, протекающий в эпителии дистальных отделов нефрона и собирательных трубочек, обеспечивает секрецию в просвет канальцев ионов H+ в обмен на реабсорбируемый Na+ (рис. 1). Количество секретируемого H+ эквивалентно его количеству, попадающему в кровь с нелетучими кислотами и H2CO3. Реабсорбированный из просвета канальцев в плазму крови Na+ участвует в регенерации плазменной гидрокарбонатной буферной системы.

Аммониогенез. Аммониогенез (как и ацидогенез) реализует эпителий канальцев нефрона и собирательных трубочек. Аммониогенез осуществляется путём окислительного дезаминирования аминокислот, преимущественно глютаминовой. Образующийся при этом аммиак (NH3+) диффундирует в просвет канальцев, где присоединяет ион H+ с образованием иона аммония (NH4+). Ионы NH4+ замещают Na+ в солях и выделяются преимущественно в виде хлорида аммония (NH4Cl) и сульфата аммония (NH4)2SO4. В кровь при этом поступает эквивалентное количество гидрокарбоната натрия, обеспечивающего регенерацию гидрокарбонатной буферной системы. Аммониогенез резко активируется при рН 4,5, благодаря чему рН мочи не опускается ниже данного предела, что могло бы повлечь повреждение канальцевого эпителия.

Секреция фосфатов осуществляется эпителием дистальныхканальцев при участии фосфатной буферной системы:

 

Na2HPO4 + Н2СО3 +  ↔ NaН2PO4 + NaHСО3

 

 Образующийся гидрокарбонат натрия (NaHСО3) реабсорбируется в кровь и поддерживает гидрокарбонатный буфер, а кислый дигидрофосфат натрия (NaН2РО4) выводится с мочой.

Таким образом, секреция ионов H+ эпителием канальцев при реализации трёх описанных выше механизмов (ацидогенеза, аммониогенеза, секреции фосфатов) сопряжена с образованием гидрокарбоната и поступлением его в плазму крови. Это обеспечивает постоянное поддержание одной из наиболее важных, ёмких и мобильных буферных систем – гидрокарбонатной буферной системы.

К+,Na+-обменный механизм, реализуемый в дистальных отделах нефрона и начальных участках собирательных трубочек, обеспечивает обмен ионов Na+ первичной мочи на K+, выводящийся в неё эпителиальными клетками. Реабсорбированный Na+ в жидких средах организма участвует в регенерации гидрокарбонатной буферной системы. K+,Na+-обмен контролируется альдостероном. Кроме того, альдостерон регулирует (увеличивает) объём секреции и экскреции ионов H+.

Таким образом, почечные механизмы устранения или уменьшения сдвигов КОС  осуществляются путём экскреции ионов H+ и восстановления резерва гидрокарбонатной буферной системы в жидких средах организма.

Печень играет существенную роль в компенсации сдвигов КОС: синтез белков крови, входящих в белковую буферную систему; образование аммиака, способного нейтрализовать кислоты как в гепатоцитах, так и в плазме крови и межклеточной жидкости; синтез глюкозы из «кислых» неуглеводных продуктов - лактата, пирувата, аминокислот и др.

Желудок участвует в коррекции сдвигов КОС, главным образом, путём изменения секреции соляной кислоты: торможение секреции HCl при защелачивании и усиление секреции HCl при закислении жидких сред организма.

Поджелудочная железа активно участвует в регуляции рН крови. Она секретирует большое количество ионов гидрокарбоната (НСО3-). Образование ионов гидрокарбоната тормозится при избытке кислот в межклеточной жидкости и усиливается при их недостатке.

Кишечник способствует уменьшению сдвигов КОС посредством нескольких механизмов.

• Секреция кишечного сока, содержащего большое количество гидрокарбоната, при этом в плазму крови поступает Н+.

• Изменение количества всасываемой жидкости, что способствует нормализации водного и электролитного баланса в клетках и биологических жидкостях.

• Реабсорбция компонентов буферных систем: ионов Na+, K+, Ca2+, Cl-, НСО3-.

 

Рис. 1. Роль почек в компенсации нарушений КОС (А^- - анион)

 

Компенсация. Дыхательная и выделительная (почки) системы работают совместно, поддерживая рН крови в нормальных пределах. Если одна система перестаёт справляться и рН изменяется, то другая обычно подстраивается автоматически, препятствуя нарушению (например, если почки не могут вывести все метаболические кислоты, то интенсивность дыхания увеличивается и удаляется больше СО2). Этот процесс называется компенсацией.

показатели кислотно-основного состояния

Показатели КОС подразделяются на основные (табл. 3) и дополнительные (табл. 4).

Основные показатели.

1. Актуальный рН – отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов Н+ в растворе –  является интегральным показателем кислотно-основного состояния.

2. раСО2 (парциальное давление СО2 в артериальной крови)отражает концентрацию углекислоты (под термином «углекислота» подразумеваются различные соединения СО2 в крови). Отражает только дыхательные нарушения КОС.

3. АВ (актуальный, истинный гидрокарбонат, НСО3-, «Actual Bicarbonate») – концентрация НСО3- в плазме крови. На величину показателя АВ влияют дыхательные и метаболические нарушения КОС.

4. SB (стандартный бикарбонат, «Standart Bicarbonate») – это концентрация гидрокарбоната  в плазме крови, приведенная к стандартным условиям (t = 37°С, рСO₂ = 40 мм рт.ст.). Показатель метаболических нарушений КОС.

5. ВВ (буферные основания, «Buffer Bases») – совокупность всех оснований крови, показатель мощности буферных систем (это все анионы крови, обладающие буферными свойствами). В плазме основную часть буферных оснований составляют ионы НСО3-, а в эритроцитах – протеинаты (анионные группы белков). Концентрация ВВ в артериальной крови 44-53 (т.е. ~ 48) ммоль/л. Очень важно, чтоэта величина не изменяется при сдвигах напряжения СО2.

6. BE («Base Excess», избыток (или дефицит)буферных оснований) – это показатель отклонения концентрации буферных оснований от нормального уровня (т.е. от ВВ=48 ммоль/л; ВЕ=ВВ_{пациента} – ВВ). ВЕ отражает только метаболические нарушения КОС. Положительная величина ВЕ означает, что имеется избыток буферных оснований (метаболический алкалоз), отрицательная величина ВЕ указывает на недостаток буферных оснований (метаболический ацидоз) – в этом случае можно использовать термин «дефицит»  буферных оснований.

 

Табл. 3. Нормальные значения основных показателей КОС артериальной крови

 

Показатели	Значения
рН, ед.	7,35-7,45
раСО2, мм рт.ст.	35-45
SB, ммоль/л	22-27
НСО3- (АВ), ммоль/л	22-26
ВВ, ммоль/л	44-53
ВЕ, ммоль/л	± 2,3

Табл. 4. Нормальные значения дополнительных показателей КОС

 

Показатели	Значения
Молочная кислота (МК) крови, ммоль/л	0,5-2,2
Кетоновые тела (КТ) крови, ммоль/л	0,4-1,03
Титруемая кислотность (ТК) суточной мочи, ммоль/л	20-40
Аммиак суточной мочи, ммоль/л	20-50

 

ТИПОВЫЕ ФОРМЫ НарушениЙ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО СОСТОЯНИЯ. Классификация ацидозов и алкалозов

Типовыми формами нарушения КОС являются ацидоз и алкалоз.

Ацидоз – типовая форма нарушения КОС, характеризующаяся относительным или абсолютным избытком в организме кислот.

Алкалоз – типовая форма нарушения КОС, характеризующаяся относительным или абсолютным избытком в организме оснований.

Расстройства КОС дифференцируют по нескольким критериям (табл. 5).

Табл. 5. Классификация нарушений КОС

 

Критерии	Виды нарушений КОС
Направленность изменений КОС (концентрация ионов Н+ и рН)	Ацидозы, алкалозы
Причины, вызвавшие нарушения КОС	Эндогенные, экзогенные
Степень компенсированности нарушений КОС	Компенсированные, некомпенсированные
Причины и механизмы развития нарушений КОС	Газовые (респираторные) Негазовые:     • метаболические      • выделительные (почечные, желудочные,       кишечные)     • экзогенные Смешанные
По клиническому течению	Острые, хронические

Нарушения КОС могут быть экзогенного и эндогенного происхождения, т.е. возникать либо вследствие избыточного или недостаточного поступления в организм кислых и щелочных продуктов, либо вследствие чрезмерного образования кислых метаболитов в организме и нарушенного их выделения. Эндогенные нарушения чаще встречаются в клинической практике, т.к. при многих расстройствах жизнедеятельности организма нарушаются функции буферных систем и физиологические механизмы поддержания КОС на оптимальном уровне. Экзогенные нарушения КОС возникают в результате поступления в организм веществ кислого или щелочного характера: салицилаты; токсические вещества (например, метанол, этиленгликоль, сильные кислоты); продукты питания (например, употребление большого количества щелочных минеральных вод, молока может привести к алкалозу; ацидоз может возникнуть при использовании синтетических диет, содержащих аминокислоты с кислыми свойствами).

Компенсированными сдвигами КОС считают такие, при которых рН артериальной крови не отклоняется за пределы диапазона нормы: 7,35-7,45. При компенсированных формах нарушений КОС изменяется абсолютная концентрация компонентов гидрокарбонатной буферной системы. Однако, соотношение [Н2СО3] / [NaНСО3] сохраняется 20/1.

Некомпенсированными нарушениями КОС называют такие, при которых рН крови выходит за пределы диапазона нормы. Некомпенсированные ацидозы и алкалозы характеризуются значительными отклонениями как абсолютной концентрации Н2СО3 и NaНСО3, так и их соотношения. При рН 7,34 и ниже – некомпенсированный ацидоз. При рН 7,46 и выше – некомпенсированный алкалоз.

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.

 

Этиология, патогенез, виды ацидозов

I. Газовый ацидоз (респираторный) характеризуется снижением рН крови и гиперкапнией (↑ раСО2). Причины.  

• Снижение выведения СО2 при нарушениях внешнего дыхания (например, обструкция дыхательных путей; аспирация инородного тела; угнетение дыхательного центра – отравление опиатами; травмы грудной клетки и др.);

• Высокая концентрация СО2 в окружающей среде (замкнутые помещения, шахты, подводные лодки, колодцы и т.д.);

• Несоблюдение методики ИВЛ.

II. Негазовый ацидоз (накопление нелетучих кислот). При негазовых ацидозах концентрация гидрокарбонатов уменьшается. Выделяют три группы негазовых ацидозов: метаболические, выделительные и экзогенные.

1. Метаболический ацидоз – одна из наиболее частых форм нарушения КОС. Причины метаболического ацидоза.

• Нарушения метаболизма, приводящие к накоплениюизбытка нелетучих кислот: кетоацидоз вследствие увеличения продукции или нарушения окисления и ресинтеза кетоновых тел (сахарный диабет, голодание, нарушения функций печени, лихорадка, гипоксия и др.); лактат-ацидоз вследствие увеличения продукции, снижения окисления и ресинтеза молочной кислоты (гипоксия, нарушение функций печени, инфекции и др.);

• Недостаточность буферных систем и физиологических механизмов по нейтрализации и выведению избытка нелетучих кислот из организма (например, печёночная и/или почечная недостаточность).

2. Выделительные ацидозы. Различаю три вида выделительных ацидозов.

• Почечный выделительный ацидоз (накопление в организме кислот, потеря оснований) возникает вследствие почечной недостаточности, интоксикации сульфаниламидами, гипоксии ткани почек.

• Кишечный выделительный ацидоз (потеря НСО3-) развивается вследствие диареи, фистулы или открытой раны тонкого кишечника.

• Гиперсаливационный выделительный ацидоз (потеря НСО3-) связан со стоматитами, токсикозом беременных, гельминтозами, отравлением никотином или препаратами ртути.

3. Экзогенный ацидоз развивается вследствие поступления в организм соединений с кислыми свойствами.

• Длительное употребление продуктов питания и питья, содержащих большое количество кислот (например, лимонной, яблочной, соляной, салициловой).

• Применение  лекарственных средств, содержащих кислоты или их соли (например, ацетилсалициловой кислоты).

• Отравление кислотами (например, уксусной, соляной и др.).