 |
Метаболического ацидоза (средние сводные данные)
|
|
|
|
Глава 7
КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ СОСТОЯНИЕ
С.А. Сумин, А.И. Конопля
В результате освоения материала этой главы обучающийся должен:
Знать
· физико-химические факторы кислотно-основного состояния;
· механизмы поддержания кислотно-основного гомеостаза;
· основные лекарственные средства для коррекции КОС;
· взаимосвязь между водно-электролитным обменом и КОС;
Уметь
· интерпретировать результаты методов лабораторной диагностики, применяемых для выявления изменений кислотно-основного состояния;
· обосновывать принципы патогенетической терапии изменений КОС;
Владеть
· алгоритмом диагностики варианта нарушения кислотно-основного состояния;
· навыком расчета необходимой дозировки препарата для коррекции кислотно-основного состояния.
_____________________________________________________________________
Кислотно-основное состояние (КОС) (синоним – кислотно-щелочное состояние (КЩС) рассматривают как совокупность физико-химических, биологических, биохимических и других процессов, поддерживающих относительное постоянство активной реакции внутренней среды организма. Иначе КОС можно характеризовать как сбалансированный процесс образования, буферирования и выделения кислот (В. Д. Малышев, 2000).
КОС отражает соотношение концентраций водородных и гидроксильных ионов в биологических средах. Интегральным показателем КОС является рН (potentia hydrogenii — сила водорода; математическая сущность рН= - lg[H+] ). Данный параметр гомеостаза поддерживается в узких пределах в любом живом организме. Точная регуляция концентрации водородных ионов обусловлена их высокой способностью включаться в химические реакции, что необходимо для поддержания постоянства структуры белков организма. Особой чувствительностью к концентрации водородных ионов обладают все ферменты, которые могут нормально функционировать только в очень узком диапазоне рН. Поэтому даже небольшие сдвиги рН серьезно изменяют функциональное состояние клеток.
|
|
|
7.1. Физико-химические факторы кислотно-основного
Состояния (КОС)
Организм на 50–60% состоит из воды. Вода, даже в нормальных условиях, диссоциирует на Н+ и ОН–. Подсчитано, что в одном литре химически чистой воды содержится 0,0000007 г Н+. В логарифме с отрицательным знаком эта величина, то есть рН будет равна 7 (нейтральная реакция). Сама вода оказывает определенное буферное действие, т. е. обладает способностью сопротивляться изменениям концентрации водородных ионов.
Нарушения КОС, возникающие в связи с накоплением кислот или с недостатком оснований, называют ацидозом; избыток оснований или снижение содержания кислот — алкалозом. Иначе можно сказать, что ацидоз — это сдвиг рН в кислую, а алкалоз — сдвиг рН в щелочную сторону. Если ацидоз или алкалоз вызываются нарушениями вентиляции, сопровождающимися увеличением или уменьшением углекислого газа, их называют дыхательными, во всех других случаях — метаболическими.
В норме реакция крови несколько смещена в щелочную сторону и рН находится в пределах 7,35–7,45 (7,4). Быстрый сдвиг рН на 0,1 от средней величины 7,40 вызывает выраженные нарушения со стороны систем дыхания, кровообращения и др; на 0,3 — потерю сознания, на 0,4 — смерть. О рН внеклеточной жидкости судят по концентрации Н+в плазме.
7.2. Механизмы поддержания КОС
Высокая точность и надежность поддержания КОС были бы невозможны без участия механизмов, реализуемых на клеточном, межклеточном, тканевом (органном) и организменном уровнях регуляции. Выделяют два основных механизма, обеспечивающих уравновешивание кислых ионов:
|
|
|
1. Буферные системы организма (бикарбонатная, белковая, фосфатная и гемоглобиновая).
2. Специфические физиологические механизмы регуляции КОС в органах (легкие, почки, печень, ЖКТ, костная ткань).
Среди физиологических механизмов основное значение имеют дыхательные механизмы (быстро выводят летучие продукты) и почки (обеспечивают более медленное выведение нелетучих веществ).
7.2.1. Буферные системы организма
Буферная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из донатора и акцептора водородных ионов (протонов).
Примечание. Буферными свойствами обладают смеси, состоящие из слабой кислоты (донатор ионов Н+) и соли этой кислоты с сильным основанием (акцептор ионов Н+), или слабого основания с солью сильной кислоты.
Буферные системы в различных биологических жидкостях представлены неодинаково. В крови имеются четыре буферные системы:
• гидрокарбонатный (карбонатный) буфер — 53%,
• гемоглобин-оксигемоглобиновый (гемоглобиновый) буфер — 35%,
• протеиновый (белковый) буфер — 7%,
• фосфатная система буферов (фосфатный буфер) — 5%.
Во внутриклеточной жидкости имеются протеиновая, гидрокарбонатная и фосфатная буферные системы, во внеклеточной – фосфатная и гидрокарбонатная, в моче – аммонийная и фосфатная.
Гидрокарбонатная буферная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из молекул слабой угольной кислоты, играющей роль донатора протонов, и бикарбонат-ионов НСО3–, выполняющих роль акцепторов протонов.
Примечание. Гидрокарбонаты во внеклеточной жидкости находятся в виде натриевой соли (NаНСО3), внутри клеток — в виде калиевой соли (КНСО3), имеющих общий анион НСО3–. Анион бикарбоната является главным щелочным резервом организма.
Химическая формула гидрокарбонатного буфера: NаНСО3/Н2СО3, а механизм действия следующий: при ацидозе анионы угольной кислоты (НСО3–) связывают катионы Н+, при алкалозе — угольная кислота диссоциирует, образуя ионы Н+, необходимые для буферирования избытка основания. Концентрация недиссоциированных молекул угольной кислоты в крови незначительна и находится в прямой зависимости от концентрации СО2. Эта буферная система эффективно функционирует при значении рН около 7,4. Гидрокарбонатный буфер является основным внеклеточным буфером в организме. Это объясняется высокой концентрацией бикарбоната в плазме (24 ммоль/л) и типом системы. Гидрокарбонатный буфер является буферной системой открытого типа, тесно связанной с функционированием дыхательной системы и почек. Это позволяет быстро удалять через легкие углекислый газ, образующийся при диссоциации угольной кислоты, и регенерировать ион гидрокарбоната в почках. При этом СО2 находится в динамическом равновесии с ионами водорода.
|
|
|
Фосфатная буферная система состоит из однозамещенного (донатор Н+) и двузамещенного (акцептор Н+) фосфатов в соотношении 1:4. Данный буфер наиболее эффективен при рН=7,2, но способен оказывать влияние в диапазоне от 6,1 до 7,7. Значение этой системы в крови незначительно. Более заметную роль фосфатный буфер играет в регуляции рН внутриклеточной жидкости, где концентрация фосфатов намного выше, чем вне клеток. Большое значение данный буфер имеет в почках, т.к. в почечных канальцах происходит концентрирование буфера и значительное увеличение его мощности.
Белковая буферная система характеризуется тем же принципом функционирования,что и гидрокарбонатная. Буферные свойства белков обусловлены таким их свойством, как амфотерность, которое проявляется одновременным наличием у них свойств кислот и оснований за счет наличия в молекулах свободных кислотных и основных групп. Поэтому в кислой среде белки связывают ионы водорода, а в щелочной – отдают. Данная буферная система имеет большую емкость с эффективным динамическим диапазоном. Особенно важна роль белковой системы как внутриклеточного буфера.
Гемоглобиновая буферная система занимает значительную долю (до 75%) в буферной емкости крови. Ее функционирование во многом сходно с белковым буфером, что связано с белковой структурой и амфотерными свойствами гемоглобина. Данная система состоит из оксигенированного (HbO2 – донор Н+) и неоксигенированного (HHb — Н+) гемоглобина. В окисленной форме гемоглобин проявляет свои кислотные свойства и способен диссоциировать с отдачей в среду Н+в 70-80 раз сильнее, чем восстановленный. Взамен отданных ионов водорода он, соответственно, больше связывает ионы калия из КНСО3, находящегося внутри эритроцитов. Основная роль гемоглобиновой буферной системы связана с ее участием в транспорте СО2и кислорода между тканями и легкими (см. ниже Дыхательная регуляция кОс).
|
|
|
7.2.2. Физиологические механизмы регуляции КОС
Дыхательная регуляция кОс представляет собой важнейшее звено в его поддержании, которое контролирует рСО2в артериальной крови. Легкие обеспечивают уменьшение или устранение сдвигов КЩС за счет усиления или ослабления объема альвеолярной вентиляции.
Количество углекислого газа, выделяющегося через легкие, контролируется дыхательным центром. Регуляция работы дыхательного центра осуществляется с помощью химических факторов (рСО2, рО2, рН), которые действуют на него опосредованно, через специальные хеморецепторы, расположенные в продолговатом мозге и сосудистых рефлексогенных зонах (дуга аорты, каротидный синус). Снижение напряжения СО2ведет к резкому угнетению инспираторной активности дыхательного центра вплоть до остановки дыхания. Увеличение напряжения СО2в артериальной крови приводит к усилению активности дыхательного центра и увеличению вентиляции легких. Дыхательная регуляция КЩС относится к системе быстрого реагирования, и уже через 1-2 мин после изменения альвеолярной вентиляции сдвиги КОС устраняются или компенсируются. Увеличение вентиляции в 2 раза повышает рН крови примерно на 0,23, а снижение вентиляции на 25% может уменьшить рН на 0,3-0,4.
С легочным механизмом регуляции КОС непосредственно связана гидрокарбонатная буферная система крови и гемоглобиновая буферная система эритроцитов (рис. 7.1.).
Таким образом, легкие, обеспечивая срочные механизмы поддержания кщс, являются первой линией защиты данного важнейшего параметра гомеостаза. Поэтому необходимо знать, что любые нарушения легочной вентиляции могут вызвать сдвиги КЩС.
Почечная регуляция кОс осуществляется за счет трех основных процессов: ацидогенеза, аммонийгенеза и реабсорбции гидрокарбоната.
Ацидогенез (секреция ионов водорода эпителием почечных канальцев) обеспечивается работой эпителия, где постоянно с участием угольной карбоангидразы из СО2и воды образуется угольная кислота, диссоциирующая на Н+и анионы НСО3-. Н+активно секретируются в просвет канальцев. Интенсивность их секреции зависит от количества СО2в крови, активности карбоангидразы, рН артериальной крови, уровня паратгормона и альдостерона.
|
|
|
Аммониогенез усиливается при значительном закислении мочи и заключается в образовании аммиака из глутамина и других аминокислот в эпителии канальцев почек. Аммиак связывается с ионом водорода с образованием иона аммония. Ион аммония, в свою очередь, реагирует в основном с хлором (анион сильной кислоты) и в виде соли NH4Cl выводится с мочой, не снижая ее рН. Ацидоз увеличивает синтез и секрецию ионов аммония в почках, алкалоз — снижает.
Реабсорбция гидрокарбоната в почках является высокоэффективным процессом, достигая в нормальных условиях практически абсолютных значений. При этом фильтрующийся в клубочках гидрокарбонат при прохождении через канальцы отдает катион натрия взамен на секретируемые ионы водорода и превращается в угольную кислоту, быстро распадающуюся на СО2и воду. При этом моча не меняет своей реакции. Реабсорбированный катион натрия соединяется с анионом гидрокарбоната и превращается в NaНСО3, который поступает в кровь взамен аналогичной молекулы, вышедшей из крови в мочу в процессе клубочковой фильтрации.
Необходимо отметить, что реакция почек на изменение КОС организма значительно более медленная, чем соответствующая реакция легких.
Печень как центральный орган химического гомеостаза организма играет существенную роль в поддержании КОС на организменном уровне. Прежде всего, гепатоциты являются поставщиками протеинового буфера крови. В печени происходят все этапы распада белков до образования аммиака, который поступает в орнитиновый цикл для синтеза мочевины. Этот процесс обеспечивает возможность использования аммиака гепатоцитами в качестве буферного основания для нейтрализации кислот, а также поддерживает его нормальный уровень в крови, предотвращающий защелачивание внеклеточной жидкости. Использование печенью в глюконеогенезе органических кислот (лактата, пирувата, аминокислот) способствует снижению их концентрации в крови и тканевой жидкости. При этом 80% лактата окисляется до СО2, из 20% образуется глюкоза. Важно отметить, что данные биохимические реакции не только снижают уровень лактата, но и приводят к регенерации главного буферного основания – гидрокарбоната, истраченного на нейтрализацию лактата во внеклеточной жидкости.
Желудочно-кишечный тракт занимает важное место в поддержании постоянства КОС организма благодаря большой интенсивности процессов поступления и всасывания жидкостей, продуктов питания и электролитов, а также выделения продуктов жизнедеятельности.
Важным механизмом влияния ЖКТ на КОС является продукция соляной кислоты и гидрокарбоната.
Пример. Жидкость в желудке имеет высокое содержание водородных ионов, и потери ее при рвоте вызывают развитие метаболического алкалоза. Кишечный и панкреатический секреты содержат большее, по сравнению с плазмой, количество бикарбонатов, поэтому при диарее развивается метаболический ацидоз.
Костная ткань тоже участвует в поддержании КОС за счет обмена содержащихся в ней ионов натрия, калия, кальция, магния на ионы водорода, например, при компенсации ацидоза. При остром увеличении содержания кислот (при шоке, коме, острой сердечной, дыхательной или почечной недостаточности) кости могут обеспечивать до 30-40% буферной емкости биологических жидкостей организма.
Заключение. Таким образом, механизмы поддержания КОС в организме представляют собой достаточно мощную, многокомпонентную, саморегулирующуюся систему, и только выраженная экзо— или эндогенная патология, может вызвать ее суб- или декомпенсацию, что найдет отражение в соответствующей клинике и в изменении лабораторных показателей КОС.
7.3. Показатели кислотно-основного состояния крови
Современные микроанализаторы определяют все величины КОС и парциальное напряжение газов крови автоматически. Основные показатели КЩС представлены в табл. 7.1.
Для оценки вида нарушения КОС в повседневной работе врача общего профиля наибольшее значение имеют следующие показатели: рН, рСО2, рО2, ВЕ.
Таблица 7.1. Показатели номограммы Сиггаарда-Андерсена
| Принятое обозначение показателя | Основная характеристика | Пределы нормальных величин | Средняя величина |
| РН | Показатель активной реакции плазмы (внеклеточной жидкости). Суммарно отражает функциональное состояние дыхательных и метаболических компонентов и изменяется в зависимости от емкости всех буферов. | 7,35-7,45 | 7,4 |
| раСО2 мм рт. ст. | Показатель парциального напряжения углекислого газа в артериальной крови. Отражает функциональное состояние системы дыхания, изменяется при ее патологии. В венозной крови на 5-6 мм рт. ст. выше. Повышение рСО2 свидетельствует об избытке содержания Н2СО3 в крови (дыхательный ацидоз), снижение рСО2 — о недостатке ее в крови (дыхательный алкалоз). | 35-45 | |
| ра 02 мм рт. ст. | Показатель парциального напряжения кислорода в артериальной крови. Отражает функциональное состояние системы дыхания, изменяется при патологии этой системы | 80-100 | |
| АВ ммоль/л | Истинный бикарбонат — показатель концентрации бикарбонатных ионов, является одним из наиболее подвижных и наглядных показателей | 20-25 | |
| SB ммоль/л | Стандартный бикарбонат — показатель концентрации бикарбонатных ионов в стандартных условиях определения (при рСО2 = 40 мм рт. ст., tº = 37ºС и полном насыщении крови кислородом и водяными парами) | 25-28 | 26,5 |
| ВВ ммоль/л | Сумма оснований всех буферных систем крови (т.е. сумма щелочных компонентов бикарбонатной, фосфатной, белковой и гемоглобиновой систем) | 40-60 | |
| BE ммоль/л | Избыток (или дефицит) оснований — метаболический показатель избытка или недостатка буферных мощностей по сравнению с нормальными для данного больного — NBB. Это сумма всех основных компонентов буферных систем взятой у больного крови, приведенной к стандартным условиям (рН 7,4, рСО2 40 мм рт. ст., температура тела 37ºС) Зависимость выражается формулой: BE = ВВ - NBB Другими словами, BE показывает, какое количество сильного основания (в ммолях) следует добавить (или условно удалить), чтобы pH стал 7,4 (при рСО2 40 мм рт. ст. и температуре 37ºС) Положительное значение BE указывает на избыток оснований (или на дефицит кислот), отрицательное — на дефицит оснований (или избыток кислот) | ±1,2-2,0 |
7.4. Варианты нарушения КОС организма
Существуют 4 основных варианта расстройства КЩС: метаболические ацидоз и алкалоз, респираторные ацидоз и алкалоз и различные их сочетания. Графически зависимость варианта расстройства от рН представлена на рис. 7.1, а типы расстройства КЩС, в зависимости от первичных изменений, представлены в табл. 7.2.
Рис. 7.1. Зависимость варианта расстройства КОС от рН.
рН 7,35–7,45 — норма, состояние компенсации,
рН 7,35–7,29 — субкомпенсированный ацидоз,
рН 7,29–6,80 — декомпенсированный ацидоз,
рН < 6,80 — состояние не совместимо с жизнью,
рН 7,45–7,56 — субкомпенсированный алкалоз,
рН 7,56–7,80 — декомпенсированный алкалоз,
рН >7,80 — состояние не совместимо с жизнью.
Таблица 7.2. Типы расстройств КОС в зависимости от первичных изменений (средние сводные данные)
| Тип расстройства | Первичные изменения | Вторичные изменения |
| Метаболический ацидоз Метаболический алкалоз Респираторный ацидоз Респираторный алкалоз | Снижение концентрации НСО3- Повышение концентрации НСО3- Повышение рСО2 Снижение рСО2 | Снижение рСО2 Повышение рСО2 Повышение концентрации НСО3- Понижение концентрации НСО3- |
Респираторные расстройства КЩС начинаются с изменений рСО2. Компенсация осуществляется при помощи буферных или почечных механизмов, которые приводят к изменениям концентрации НСО3–, способствующим восстановлению рН до исходных (хотя не всегда нормальных) величин.
Метаболические расстройства вызываются изменением содержания в плазме НСО3–. Они вызывают дыхательный ответ, который приводит к компенсаторному (первичному или вторичному) изменению рСО2в результате чего восстанавливается исходный или нормальный уровень рН.
7.4.1. Метаболический ацидоз
Метаболическим ацидозом называется патологическое состояние, характеризующееся высоким уровнем кислотности циркулирующей крови. Интегральными показателями данного состояния являются снижение рН крови ниже 7,35 и концентрация стандартных бикарбонатов (SB) менее 21 ммоль/л. Это самая тяжелая и наиболее часто встречающаяся форма нарушения КЩС. Метаболический ацидоз вызывается снижением содержания бикарбоната в плазме крови (табл. 7.3), которое может быть вызвано следующими основными причинами, сгруппированными по механизмам действия.
Этиология метаболического ацидоза:
1. Накопление кислых продуктов при нарушении обмена веществ:
а) кетоацидоз (сахарный диабет, длительное голодание, гипоксии, патология печени, алкогольная интоксикация, длительная лихорадка);
б) лактацидоз (сердечная недостаточность, шоковые состояния, тяжелые инфекции, патология печени, гипоксии);
в) накопление кислот при активации катаболизма (массивные травмы, ожоги, обширные воспалительные процессы).
2. Накопление кислых продуктов в организме при нарушении их выведения (острая и хроническая почечная недостаточность, шоковые состояния).
3. Значительные потери бикарбоната с кишечным соком (при диарее).
4. Повышенное поступление в организм кислых продуктов с пищей, отравление кислотами и некоторыми лекарственными препаратами (салицилатами, этанолом, метанолом, этиленгликолем, паральдегидом).
Патогенез. Решающая роль в механизмах компенсации метаболического ацидоза принадлежит гипервентиляции легких и гидрокарбонатному буферу. Избыток ионов водорода нейтрализуется при взаимодействии с основным компонентом гидрокарбонатного буфера (NaНСО3) с образованием угольной кислоты, которая быстро диссоциирует на СО2и Н2О. В результате развивающейся гипервентиляции легких избыток СО2быстро выводится из организма. В данном случае говорят, что метаболический ацидоз компенсируется дыхательным алкалозом. Определенную роль в связывании ионов водорода играет и белковый буфер. В механизмах компенсации могут участвовать также почки и печень, если только патология данных органов не является причиной ацидоза. Часть протонов уходит в костную ткань в обмен на ионы натрия и кальция.
Клиника. Клинически умеренный ацидоз (ВЕ до –10 ммоль/л) может протекать бессимптомно. При снижении рН до 7,2 (состояние субкомпенсации, далее декомпенсация, см. рис. 7.1, табл. 7.3) заметно усиливается дыхание. При дальнейшем снижении рН подавляется активность дыхательного центра, угнетается миокард, снижается чувствительность рецепторов к катехоламинам. Производительность сердца уменьшается, МОС падает, развивается гипоксическая энцефалопатия, вплоть до развития коматозного состояния.
Основные показатели выраженности различных степеней метаболического ацидоза представлены в табл. 7.3.
Таблица 7.3. Основные показатели выраженности различных cтепеней
метаболического ацидоза (средние сводные данные)
| Основные показатели КЩС | Компенсированное состояние | Субкомпенсированный ацидоз | Декомпенсированный ацидоз |
| рН | 7,4 | 7,35-7,29 | менее 7,29 |
| BE, ммоль/л | 0-9 | менее -9 | |
| раСО2, мм рт. ст. | 40-28 | менее 28 | |
| АВ, ммоль/л | 22-16 | менее 16 | |
| SB, ммоль/л | 24-19 | менее 19 | |
| ВВ, ммоль/л | 50-40 | менее 40 |
Объяснения к табл. 7.3. При субкомпенсированном состоянии имеется умеренный дефицит оснований (ВЕ до –9), на фоне компенсаторной гипервентиляции (раСО2= 28 мм рт. ст.) и умеренного снижения уровня щелочных радикалов (АВ, SВ, ВВ). В данном варианте не показано использование буферных растворов.
При декомпенсированном состоянии мощный компенсаторный дыхательный алкалоз (раСО2менее 28 мм рт. ст.) уже не в силах компенсировать большой дефицит оснований (ВЕ менее –9) на фоне значительного снижения уровня щелочных радикалов (АВ, SВ, ВВ). Для коррекции данного состояния необходимо использование буферных растворов.
|
|
|
