Нарушение кислотно-основного состояния

Постоянство рН внутренней среды является необходимым условием существования высших организмов. Оно обеспечивается определенным соотношением кислот и оснований (кислотно-основное состояние — КОС) в биологических средах, при нарушении которого (выход рН за пределы 6,8 — 7,8) организм погибает. Нарушения КОС наблюдаются при многих заболеваниях, отягощают их течение и подлежат коррекции. В зависимости от направления сдвига рН (водородного показателя) крови, нарушения кислотно-основного состояния подразделяются на ацидоз и алкалоз. Если рН крови не выходит за пределы нормы (7,35 — 7,45), ацидоз или алкалоз называется компенсированным. Если же регуляторные механизмы недостаточны и отклонения рН становятся выраженными, то такие состояния называются декомпенсированными.

По механизму развития ацидоз или алкалоз бывает газовым (респираторным), развивающимся при нарушении обмена и транспорта СО₂, и негазовым (метаболическим), который возникает при накоплении в организме нелетучих продуктов кислого и основного характера.

Нормальный рН крови в организме человека 7,35 — 7,45. Под­держание рН в узких пределах важно для существования белков организма в их обычной конфигурации. Для этого требуется совер­шенно определенная концентрация ионов водорода. Особой чув­ствительностью обладают ферменты, функционирующие в очень узком промежутке рН. Изменение рН, выходящее за означенные пределы, фактически парализует их деятельность, создавая опас­ность для продолжения жизненно важных биохимических процес­сов. Система, поддерживающая рН на определенном уровне, со­стоит из трех главных частей: буферных систем, легких и почек.

Устранение сдвига рН в организме осуществляется с помощью физико-химических и физиологических механизмов регуляции. Первыми, наряду с разведением кислот и оснований внеклеточной жидкостью, включаются буферные системы крови.

Основными буферами организма являются четыре: гидрокарбонатный Н₂СО₃/NaHCO₃ = 1/19, который действует в основном в крови; фосфатный NaH₂P0₄/Na₂HPO₄ = 1/4 — в почках и других тканях; белковый (NH₂ — R — СООН) и гемоглобиновый НвО₂/Нв. В зависимости от того, где функционирует буфер — в жидкой среде или клетках, в состав его компонентов будет соответственно входить Na или К.

Обычно это смесь двух веществ: слабой кис­лоты и соли слабого основания, которые реагируют на любое, даже самое незначительное изменение концентрации ионов в ра­створе. Если в жидкости организма появляются избыточные ионы водорода, буфер присоединяет их, не давая уменьшиться рН. Если добавляется какое-либо основание, буфер освобождает ионы во­дорода и таким образом не допускает поднятия рН. Преимущество буферов организма состоит в том, что они вступают в химические реакции немедленно, предотвращая таким образом неожиданное изменение рН. Недостаток этих буферов состоит в том, что они количественно ограничены и не в состоянии компенсировать на­рушения, развивающиеся на протяжении длительного времени.

Главные клеточные буферы — это белковый и фосфатный. Буферная система способна нейтрализовать избыток как кислот, так и оснований в организме, переводя их в форму, удобную для выведения. Так как продукты этих реакций тоже являются кислотами и основаниями, хотя и более слабыми, сдвиг рН только смягчается, но не ликвидируется. Полная нормализация кислотно-основного состояния происходит только с помощью физиологических механизмов компенсации, которые выводят кислоты и основания из организма и восстанавливают нормальное соотношение компонентов буферных систем. Это происходит в основном вследствие быстрого включения дыхательного механизма (обеспечивается выделение летучих продуктов) и почек (выводятся нелетучие вещества). Значительно меньшую роль в этом играют желудок, кишки, кожа. Участие легких в восстановлении рН выражается в изменении их вентиляции, интенсивность которой регулируется рСО₂ и рН крови.

Ацидоз. Газовый ацидоз развивается при избытке в организме углекислоты вследствие нарушения ее выведения легкими. Причиной этого чаще всего является снижение альвеолярной вентиляции при заболеваниях легких или угнетении дыхательного центра наркотиками, барбитуратами. Кроме того, газовый ацидоз возникает при вдыхании газовых смесей с высоким содержанием СО₂ Избыток СО₂ в крови обусловливает повышение концентрации Н₂СО₃, которая образуется в эритроцитах. Соотношение H₂CO₃/NaHCO₃ становится более 1/19. Компенсация в данном случае будет заключаться в восстановлении этого соотношения вследствие уменьшения содержания угольной кислоты и увеличения содержания гидрокарбонатов. Решающая роль в компенсации газового ацидоза принадлежит гемоглобиновому (в меньшей степени белковому) буферу и почкам.

Негазовый ацидоз является самой грозной и наиболее часто встречающейся формой нарушений кислотно-основного равновесия. Развивается он при накоплении в крови нелетучих кислых продуктов обмена вследствие избыточного образования, недостаточного выведения или избыточного введения их в организм (глубокая гипоксия, сахарный диабет, голодание, тяжелые поражения печени и почек и др.). Причиной негазового ацидоза может быть также значительная потеря гидрокарбонатов в составе щелочного кишечного сока. Наиболее быстро и тяжело развивается негазовый ацидоз при кислородном голодании вследствие глубоких нарушений кровообращения (остановка сердца, шок, коллапс и др). Неизбежным осложнением при этом является ослабление выведения из крови СО₂ и присоединение газового ацидоза.

Нейтрализация высокой концентрации Н^- -ионов, имеющая компенсаторное значение при негазовом ацидозе, осуществляется прежде всего путем связывания их NaHCO₃ — основным компонентом гидрокарбонатного буфера. В результате реакции наблюдается уменьшение количества вступающего в реакцию NaHCO₃, образование угольной кислоты и натриевой соли нейтрализованной кислоты.

Главным механизмом ликвидации избытка угольной кислоты в организме является гипервентиляция легких. Будучи нестойкой, угольная кислота под влиянием карбоангидразы эритроцитов распадается на СО₂ и Н₂О. Высокая концентрация СО₂ (как и снижение рН) возбуждает дыхательный центр, вызывая гипервентиляцию легких. Этому механизму, как и гидрокарбонатному буферу, принадлежит решающая роль в компенсации негазового ацидоза.

В связывании избытка ионов водорода, вызвавших ацидоз, кроме гидрокарбонатного буфера, определенную роль играет и белковый. Частично излишки Н^--ионов в обмен на К⁺ перемещаются из плазмы в эритроциты и клетки тканей, что приводит к гиперкалиемии. Ионы водорода уходят также в костную ткань, обмениваясь на Na и Са²⁺. В плазме крови увеличивается концентрация катионов К⁺, Na⁺, Ca²⁺.

Выделительная функция почек при негазовом ацидозе имеет меньшее значение, чем гипервентиляция легких.

Алкалоз. Газовый алкалоз развивается при снижении напряжения СО₂ в крови вследствие гипервентиляции легких. Причинами этого могут быть вдыхание разреженного воздуха при подъеме на высоту, поражения мозга, сопровождающиеся возбуждением дыхательного центра, чрезмерная искусственная вентиляция легких с помощью аппарата.

Негазовый алкалоз (метаболический) встречается реже ацидоза, хотя и не является редким патологическим состоянием. Причинами его могут быть избыточное поступление щелочей в организм (введение содовых растворов), рвота, когда вместе с желудочным соком теряется Сl^- — слабое основание. Так как сумма оснований в организме имеет определенную величину и представлена в основном НСО₃^- и Сl^-, то восстановление ионного равновесия при потере С1^- происходит за счет НСО₃^- (сильное основание). Это вызывает сдвиг реакции в щелочную сторону. Негазовый алкалоз может развиться также при повышении секреции или избыточном введении в организм минералокортикоидов, которые вызывают потерю калия с мочой вследствие угнетения его реабсорбции в почках. Снижение концентрации К⁺ в клетках возмещается поступлением ионов натрия и водорода из плазмы крови. Концентрация Н^- -ионов в плазме уменьшается, рН ее возрастает.

Основным показателем негазового алкалоза является увеличение содержания гидрокарбонатов в крови. Компенсация, направленная на восстановление соотношения между компонентами гидрокарбонатного буфера, как и при негазовом ацидозе, осуществляется в определенной степени вследствие изменения функции дыхательной системы. Участие почек в компенсации негазового алкалоза выражается в выведении избытка гидрокарбонатов. В моче повышен уровень NaHCO₃, реакция ее щелочная, титрационная кислотность снижена.

Принципы коррекции нарушений КОС заключаются в ликвидации сдвига рН внутренней среды организма путем нормализации состава буферных систем и устранения сопутствующих нарушений водно-электролитного обмена, ликвидации осложнений, а также лечении патологических процессов, вызывающих нарушения КОС или поддерживающих их.

Нарушения водно-электролитного обмена принято делить на обезвоживание (дегидратацию) и задержку воды в организме (гипергидратацию). В зависимости от изменения осмотической концентрации (соотношения воды и электролитов) де- и гипергидратацию в свою очередь подразделяют на три вида: изоосмолярную, гипоосмолярную и гиперосмолярную. Нормальная осмотическая концентрация крови и межклеточной жидкости составляет около 0,3 осмоль/л.

Обезвоживание (гипогидрия, гипогидратация, эксикоз) развивается в тех случаях, когда выделение воды превышает ее поступление в организм (отрицательный водный баланс). Это может быть при нарушении поступления воды в организм (водное голодание, нарушение глотания, атрезия пищевода, коматозное состояние и др.) или при повышенной ее потере (понос, рвота, кровопотеря, потеря жидкости с экссудатом — ожог и др.), а также при сочетании этих состояний. При обезвоживании теряется в первую очередь внеклеточная жидкость и ионы натрия, а при более тяжелой его степени — калий и внутриклеточная жидкость.

Обезвоживание влечет за собой тяжелые последствия, связанные с уменьшением объема циркулирующей крови (гиповолемия) и повышением ее вязкости, что может вызвать тяжелое нарушение кровообращения и микроциркуляции, коллапс.

Нарушение кровообращения приводит к развитию гипоксии тканей, от которой в первую очередь страдает центральная нервная система. Это может проявляться помрачением сознания, галлюцинациями, развитием коматозного состояния. При этом также нарушаются функции нервных центров, ритм дыхания, повышается температура тела.

Положительный водный баланс (гипергидратация, гипергидрия) наблюдается при избыточном введении воды в организм, а также при нарушении выделительной функции почек и кожи, обмена воды между кровью и тканями, регуляции водно-электролитного обмена.

Отек (oedema) — скопление избыточного количества жидкости в тканях. Скопление внеклеточной жидкости в полостях тела называют водянкой (hydrops). Водянка брюшной полости получила название асцита (ascites), плевральной полости — hydrothorax, желудочков мозга — hydrocephalus, околосердечной сумки — hydropericardium. Скопившаяся невоспалительная жидкость называется транссудатом.

Отек — типический патологический процесс, встречающийся при многих заболеваниях.

Обмен жидкости между кровью и тканями происходит в микроциркуляторном русле через стенку капиллярных сосудов и венул. В артериальном капиллярном сосуде жидкая часть крови поступает в межтканевое пространство, а в венозном и в посткапиллярной венуле — возвращается в кровь.

Это движение жидкости в том и другом направлении осуществляется в соответствии с уравнением Старлинга, приведенном в разделе XI ("Нарушения микроциркуляции").

Важная роль в развитии отека принадлежит повышению проницаемости сосудов, сопровождающемуся выходом белков из крови в интерстициальную среду, повышением онкотического давления в межклеточном пространстве.

Наиболее распространенные нарушения водно-солевого обме­на следующие.

1. Метаболический ацидоз. Это состояние, характеризующееся
понижением рН нелегочной этиологии в результате понижения
бикарбоната в крови и, обычно, избытка кислот в организме (лактат). Кроме того, могут быть потери кислот почками. Наиболее ча­стая причина кетоацидоза — декомпенсация сахарного диабета. Го­лод, задержка молочной кислоты в организме в результате шока,
злокачественных заболеваний, печеночной недостаточности, по­
следствия действия ядов и ряда лекарственных препаратов, понос
клинически могут характеризоваться развитием метаболического
ацидоза.

2. Респираторный алкалоз. Состояние, характеризующееся по­
вышением рН из-за увеличения вентиляции и гопокапнии. Насту­
пает в результате усиленной вентиляции, при истерических при­
падках, при приступах депрессии, при астме, повышенной темпе­
ратуре тела, избыточной физической нагрузке, циррозе печени,
заболеваниях сердца.

3. Метаболический алкалоз. Состояние увеличения рН нелегоч­
ной этиологии из-за потери (Н⁺) или введения избыточной дозы
бикарбоната. В практике частой причиной является повторная рво­
та или длительное зондирование желудка. Причинами могут быть
также длительный прием диуретиков, синдром Кушинга, первич­
ный альдостеронизм, тяжелая гипокалиемия, избыточное питье
молока.

Обезвоживание — резкое уменьшение содержания воды в орга­низме, обусловленное ее недостаточным поступлением или чрез­мерным выделением, сопровождается тахипноэ. В начальной ста­дии обезвоживания тахипноэ вызывает респираторный алкалоз (легкие). В тяжелых случаях появляется подавление дыхания и по­вышается продукция лактатов, из-за шока нарушается функция

почек, и все это, вместе взятое, ведет к ацидозу (респираторному и метаболическому). Необходимо помнить, что при обезвожива­нии возможность почек компенсировать изменения рН ограниче­на, так как прежде всего организм старается сохранить объем воды и только после этого ее рН (при обезвоживании почки будут за­держивать натрий и выделять водород, чтобы вместе с натрием была возможность обратной всасываемости воды даже при нали­чии алкалоза).

Понос, легкая диарея обычно не приводят к серьезным нару­шениям. Тяжелые поносы ведут к ацидозу, так как кроме воды теряется большое количество бикарбоната. Концентрация бикар­боната в кале при поносах составляет 40 — 60 мэкв/л. При продол­жительной диарее в течение нескольких дней возникает легочная компенсация (гипервентиляция с пониженным уровнем СО₂).

При повторной рвоте развивается метаболический алкалоз, так как с рвотными массами теряется большое количество водород­ных ионов.

Несахарный диабет является примером избыточного выделе­ния жидкости, связанного с первичным нарушением выработки антидиуретического гормона. Для восстановления нормального содержания жидкости в организме больные из-за постоянного чув­ства жажды выпивают большое количество воды. Два наиболее важ­ных признака этой болезни — полиурия и полидипсия.

Первичный альдостеронизм — синдром Конна, связан с избы­точным выделением альдостерона опухолью либо возникает в ре­зультате гиперплазии клеток надпочечников. Избыточное количе­ство альдостерона стимулирует задержку натрия в организме. На­трий практически полностью исчезает из мочи. В обычных услови­ях организм выделяет с мочой 3 — 5 г натрия. В результате задержки натрия наступает потеря организмом калия и водорода, развива­ется метаболический алкалоз.

Гипокалиемия, кроме синдрома Конна, может встречаться при хронических болезнях мышц (атрофиях), хронических пиелонеф­ритах. Потеря калия наблюдается также при желудочно-кишечных заболеваниях, остром канальцевом некрозе и при длительном при­еме диуретиков.

Гиперкалиемия наблюдается при почечной недостаточности в стадии олигурии и при надпочечниковой недостаточности, а так­же при обширных травмах мягких тканей, сопровождающихся вы­ходом калия из разрушенных клеток, при ожогах. Увеличение уровня калия в плазме ведет к серьезным нарушениям в деятельности сер­дца, что прежде всего отражается на кардиограмме.

Отеки являются одним из признаков нарушения водного ба­ланса. Они вызываются несколькими причинами. Прежде всего это изменение коллоидно-осмотического давления вследствие сниже­ния количества белков в крови. Гипопротеинемия может возникнуть при белковом голодании, нарушении процессов его синтеза или при повышенной потере белка через почки в результате их поражения. Снижение онкотического давления является причиной выхода жидкости из сосудистого русла в межклеточное простран­ство. Этот же механизм отвечает за появление местного отека при тромботических заболеваниях вен. Причиной является и повышен­ная проницаемость стенки сосудов при аллергических и воспали­тельных заболеваниях.