ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ кислотно-основного состояния

Многие считают кислотно-основное состояние предметом, трудным для изучения. К этому можно добавить, что и преподавать его довольно сложно, так как никогда не бывает времени для достаточно полного усвоения теоретических аспектов и клинических примеров.

Замечательные достижения в разработке вопросов кислотно-основного состояния (КОС) сделали измерения pH и рС0₂, одним из самых частых и важных анализов в клинической медицине.

Физиологическое значение проблемы КОС вытекает из того факта, что в процессе обмена веществ в клетках образуется огромное количество ионов водорода, концентрацию которых, тем не менее, нужно поддерживать в довольно узких пределах, совместимых с нормальной жизнедеятельностью клеток. Природа решает эту задачу, во-первых, за счет уравнивания скорости выделения ионов Н⁺ из организма с темпами их образования; во-вторых, за счет буферизования, поддерживающего концентрацию Н⁺ в области физиологических значений.

Основное количество ионов водорода генерируется в реакциях диссимиляции белков, жиров и углеводов, образующих С0₂. С0₂ реагирует с водой:

С0₂ + Н₂0 -> Н₂СО_я-эН⁺ + нео,

Ионы Н⁺ в этой реакции являются метаболическими ионами, которые необходимо вывести из организма, удалив С0₂. Адекватное управление концентрацией этих ионов в условиях значительных колебаний темпа их образования является важнейшей задачей механизмов КОС. Нетрудно заметить, что конечный продукт метаболических реакций — та же углекислота, которая выдыхается через легкие. Однако по пути от клеток к альвеолам в соответствии с приведенным ниже уравнением С0₂ порождает ионы водорода, которые могут оказывать вредное действие и концентрацию которых необходимо поддерживать в допустимых пределах.

Метаболическая углекислота реагирует с водой, переходя в форму Н⁺ и НСОд то же самое наблюдается в интерстициальной жидкости, плазме и эритроцитах. Однако транспорт углекислого газа через биологические мембраны происходит в основном в форме С0₂, а не в виде гидрата или ионов. Следовательно, в тканях, где образуется углекислота, реакция осуществляется дважды, равно как и в легочных капиллярах.

Если ионы водорода возникают из каких-нибудь других источников, например в связи с избыточным образованием молочной кислоты при гипоксии или 3-оксимасляной кислоты при диабетическом кетозе, то обе реакции сдвигаются влево. Концентрация продуктов в столбце В уменьшается и образуются формы R—ОН и С0₂. Дальнейшее напоминает процесс, вызываемый добавлением кислоты в пиво: избыток С0₂ освобождается в виде обильной пены Некоторая часть С0₂ не реагирует с водой, но, будучи физически растворенной в ней, этот газ создает определенное парциальное давление (рС0₂.).

Видно, что если концентрация гидрокарбоната или белка ниже нормы, то снижается и буферная емкость плазмы.

Еще одной буферной системой плазмы является фосфатный буфер, образованный одно- и двухосновными фосфорнокислыми солями NaH₂P0₄/ Na₂HP0₄ = 1/4.

Одноосновные фосфорные соли являются слабыми кислотами, а двухосновные соли имеют ясно выраженную щелочную реакцию. Принцип действия фосфатного буфера аналогичен карбонатному. Непосредственная роль фосфатного буфера в крови незначительна; этот буфер имеет гораздо большее значение в почечной регуляции кислотно-основного гомеостаза. Ему принадлежит также значительная роль в регуляции активной реакции некоторых тканей. В крови же его действие главным образом сводится к поддержанию постоянства и воспроизводства бикарбонатного буфера.

т.е. избыток Н₂С0₃ устраняется, а концентрация NaHC0₃ увеличивается.

Наибольшая буферная емкосіь крови (до 75%) падает на гемоглобин. В гемоглобине человека содержится 8,1% гистидина— аминокислоты, включающей как кислые (СООН), так и основные (NH₂) группы. Буферные свойства гемоглобина обусловлены возможностью взаимодействия кисло г с калиевой солью гемоглобина с образованием эквивалентного количества соответствующей калиевой соли и свободного гемоглобина.

В этом случае имеется тесная связь между карбонатным буфером и ге- моглобиновым, аналогичная таковой с белковым.

При этом следует помнить, чго гемоглобин способен также связать углекислый газ с помощью свободных аминогрупп, образуя карбогемоглобин.

Таким образом, хотя емкость карбонатной системы составляет лишь 7—9% от общей буферной емкости крови, но она очень важна в связи с тем, что тесно связана с другими буферными системами и ее состояние зависит также от функций, участвующих в поддержании кислотно-основного гомеостаза выделительных органов. Н₂С0₃ является связующим все системы соединением.

Благодаря буферам крови органические кислоты, образующиеся в процессе обмена, или кислоты, введенные в организм извне, не изменяют реакции крови, а лишь вытесняют С0₂ из ее соединения с основаниями; избыток же С0₂ выводится легкими.

Для детальной характеристики систем, поддерживающих кислотно-основное состояние, пользуются рядом показателей:

pH крови — 7,37—7,44.

рС0₂ — 34—55 мм рт. ст. (среднее 40 мм рт. ст. = 5,3 кПа) — дыхательный компонент кислотно-основного состояния.

Избыток или недостаток оснований BE (base excess) — ±2 моль/л —лучший параметр для оценки метаболического компонента. Если величина BE отрицательна, т.е. если присутствует метаболический ацидоз, то лучше говорить о дефиците оснований (BD, base dificit).

Буферные основания — ВВ (bufer base) — 40—50 мэкв/л или 42 ммоль/л (предполагается, что концентрация протеинов в плазме равна 72 г/л) — сумма всех химических буферов.

Между BE и ВВ плазмы существует простое соотношение:

ВВр = ВЕр + 42, следовательно ΔΒΒρ =ΔΒΕρ

Истинные (актуальные) бикарбонаты плазмы — АВ (actui bicarbonates)— 19—24 мэкв/л— Концентрация гидрокарбонатов в пробе плазмы крови при действительных значениях pH, рС0₂, С0₂.

Стандартные бикарбонаты — SB (standard bicorbonates) — 24— 28 моль/л.

Механизмы, обеспечивающие кислотно-основное состояние в тканях. Весьма существенную роль в регуляции кислотно-основного баланса имеют разнообразные обменные процессы, происходящие в тканях, особенно в печени, почках, мышцах.

Органические кислоты могут подвергаться окислению с образованием либо летучих, легко выделяющихся из организма кислої (главным образом С0₂), либо превращаясь в некислые вещества. Они могут соединяться с продуктами белкового обмена, полностью или частично утрачивая свои кислые свойства (например, соединение бензойной кислоты с глицином); молочная

кислота, в больших количествах образующаяся при усиленной мышечной работе, ресин тезируется в гликоген, кетоновые тела — в высшие жирные кислоты и затем в жиры и т.д. Неорганические кислоты могут быть нейтрализованы солями калия, натрия и освобождающимся при дезаминировании аминокислот аммиаком с образованием аммонийных солей и т.д. Щелочи нейтрализуются главным образом молочной кислотой, которая при сдвиге активной реакции тканей в щелочную сторону усиленно образуется из гликогена.

Большая роль в поддержании кислотно-основного гомеостаза принадлежит буферным системам тканей, которые поддерживают постоянство внутритканевого pH и участвуют в регуляции pH крови.

Обмен Н⁺ тесно связан с обменом других ионов между клеткой и межклеточной средой. Освобождающийся в результате окислительно-восстановительной реакций ион Н⁺ вызывает увеличение кислотности внутренней среды клетки; когда [Н⁺] внутри клеток достигает определенного значения, ион Н⁺ выходит во внеклеточное пространство в обмен на ионы К⁺, проникающие в клетку. Через клеточную мембрану К⁺ проходит в комбинации с глюкозой и фосфором в виде глюкозо-калий-фосфата. Проникновение К⁺ в клеї ки происходит параллельно с переходом Na⁺ во внеклеточное пространство (по механизму «натриевого насоса»). Этот щелочной ион нейтрализует выходящие Н⁺-ионы в первый же момент, предотвращая тем самым повышение кислотности во внутриклеточном пространстве. Таким образом осуществляется, с одной стороны, реполяризация клетки и восстановление мембранного потенциала (переход К⁺ в клетку) и, с другой, — компенсация метаболического внутриклеточного ацидоза (накопление Н⁺), являющегося следствием жизнедеятельности клетки.

Явления противоположного характера наблюдаются при катаболичес- ких процессах. Мобилизация гликогена, катаболизм белков ведут к освобождению ионов К⁺, которые потенциально могут привести к внутриклеточному алкалозу. Однако в нормальных условиях этого не происходит, так как К⁺ выходит из клетки в обмен на ионы Na⁺ и Н⁺ (в пропорции 3 иона К⁺ на I ион Na⁺ и I ион Н⁺).

Механизмы, обеспечивающие транспорт кислот и оснований. Транспорт кислот и оснований осуществляется буферными системами.

Механизмы. обеспечивающие выведение из организма кислот и оснований. Среди этих систем главная роль принадлежит легким и почкам.

ЛЕГКИЕ. Благодаря буферам крови органические кислоіы, образующиеся в процессе обмена, или кислоты, введенные в организм извне, не изменяют реакции крови, а лишь вытесняют С0₂ из ее соединения с основаниями; избыток же С0₂ выводится легкими, Через легкие в течение суток удаляются из организма до 850 г С0₂. Переход С0₂ из крови в альвеолярный воздух объясняется имеющимся здесь градиентом парциального давления С0₂. Облегчается этот процесс двумя механизмами: переходом НЬ в НЬ0₂, вытесняющий как более сильная кислота С0₂ из крови, и действием угольной ангидразы, которой принадлежит большая роль в освобождении свободной С0₂ в легкие. Количество углекислоты, выводимой из легких, зависит прежде всего от амплитуды и ри гма дыхательных движений. Чем глубже и чаще дыхание, тем больше выводится С0₂. В свою очередь параметры дыхания регулируются в зависимости от содержания С0₂ в организме.

ПОЧКИ. Роль почек в поддержании кислотно-основного гомеостаза определяется главным образом их кислотновыделительной функцией. Последняя обеспечивается двумя основными механизмами: ацидогенез и аммо- ниогенез.

Ацидогенез происходит при участии фосфатного буфера, с которым организм покидает значительное количество Н⁺. В результате диссоциации однозамещенного фосфата образующийся Na⁺ обычно реабсорбируется из просвета канальцев и, уравновешиваясь НССД, идет на образование бикарбоната. Вместо Na⁺ выводится ЕҐ, который присоединяется к фосфату в соответствии с уравнением:

Na⁺ + НРО4 + H^f -> Na⁺ + Н₂Р(Д .

При щелочной реакции крови поступающий к клеткам почечных канальцев ион Н⁺ задерживается, а ион НСО_ѵ не реабсорбируясь, выделяется почками.

Аммониогенез. При истощении фосфатного буфера в условиях ацидоза его почечная коррекция осуществляется путем усиленного образования в почках хлорида аммония NH₄C1 (из аммиака NH,).

ПЕЧЕНЬ. Регуляция осуществляется путем окисления недоокисленных продук гов типа органических кислот в цикле Кребса, путем образования нейтрального вещества мочевины из аммиака и, главным образом, из хлорида аммония, а также путем выделения в желудочно-кишечный тракт с желчью избыточного количества кислых и основных продуктов.

ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНЫЙ ТРАКТ. Поддержание КОС тесно связано с поддержанием других видов обмена и прежде всего электролитного баланса, в регуляции которого желудочно-кишечный трак г принимает самое активное участие. Потеря большого количества Н⁺ и С1 , например при работе, или К⁺ способствует возникновению алкалоза.