Типовые нарушения обмена веществ

Нарушения кислотно-основного состояния организма

Патофизиология нарушений кислотно-основного состояния организма





В медицинской литературе нередко употребляется термин кислотно-щелочное равновесие (кислотно-основное равновесие). Однако слово состояние более точно, нежели равновесие, отражает суть проблемы, поскольку даже в физиологических условиях в течение определенного, как правило, короткого времени, кислотно-основные характеристики могут выходить из равновесия.

Кислотно-основное состояние (КОС) внутренней среды организма - одна из важнейших характеристик гомеостаза, развившаяся и усовершенствовавшаяся в процессе длительной эволюции жизни на земном шаре. Достаточно привести всего несколько примеров, показывающих насколько важно для организма постоянство соотношения водородных (Н+) и гидроксильных (ОН-) ионов в его внутренней среде. От реакции внутренней среды (точнее - от концентрации водородных ионов) зависят все окислительно-восстановительные процессы, распад и синтез белка, интенсивность гликолиза, состояние коллоидных систем. Все ферментные реакции протекают при строго постоянном рН среды. Даже генетические механизмы находятся под контролем концентрации водородных ионов. Так, Ф. З. Меерсон считает, что изменения внутриклеточного рН являются передатчиком внешних стимулов роста и пролиферации клеток, а ионы Н+ представляют собой молекулярный сигнал для клеточного генома.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3 (28 votes)

Основные физиологические механизмы поддержания КОС





Как известно, рН (power Hydrogen — «сила водорода») представляет собой отрицательный десятичный логарифм от концентрации водородных ионов в растворе. Так, например. если рН = 7.0, то это означает, что концентрация водородных ионов равна 1/10000000 (10-7) эквивалента в литре. В случае водорода, один грамм равен одному эквиваленту и, таким образом, при рН = 7.0 в литре раствора содержится 0.0000001 г водорода. Соответственно, например, при рН = 8.0 в литре раствора содержится 0.00000001 г водорода и т.д.

рН крови — одна из самых жестких физиологических констант. В норме этот показатель может меняться в пределах от 7.35 до 7.45. Сдвиг рН на 0.1 по сравнению с физиологической нормой уже способен привести к тяжелой патологии. При сдвиге рН крови на 0.2 развивается коматозное состояние, на 0.3 - организм гибнет.

В процессе жизнедеятельности организма образуются как кислые, так и щелочные продукты распада, причем первых образуется почти в 20 раз больше, нежели вторых. Поэтому защитные системы организма, обеспечивающие неизменность его кислотно-основного состояния, «настроены» на нейтрализацию и выведение прежде всего кислых продуктов распада.

Основными механизмами поддержания равновесного КОС являются буферные системы крови, респираторная (легочная) система регуляции, почечная (выделительная) система. Помимо этого, определенную роль в данном процессе играют желудочно-кишечный тракт и печень.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.2 (24 голосов)

Буферные системы крови





Основную роль в регуляции кислотно-основного состояния крови играют четыре буферные системы.

1. Карбонатная буферная система. Она определяется постоянством соотношения угольной кислоты и ее кислой соли, например: Н2С03 / NaHC03. Данное соотношение постоянно поддерживается в пропорции 1/20. В том случае, если в организме образуется (или в него поступает) сильная кислота (рассмотрим такую ситуацию с участием НСl), происходит следующая реакция:
 

NaHCO3 + НСl ⇒ NaCl + H2CO3
 

При этом избыток хлористого натрия легко выделяется почками, а угольная кислота под влиянием фермента карбоангидразы распадается на воду и углекислый газ, избыток которого быстро выводится легкими.

При поступлении во внутреннюю среду организма избытка щелочных продуктов (рассмотрим на примере с NaOH) реакция идет по-другому:
 

H2CO3 + NaOH ⇒ NaHCO3 + Н2O
 

Уменьшение концентрации угольной кислоты компенсируется снижением выведения углекислого газа легкими.

2. Фосфатная буферная система действует за счет поддержания постоянства соотношения одно- и двуметаллической соли фосфорной кислоты. В случае натриевых солей (дигидрофосфата и гидрофосфата натрия) это соотношение выглядит следующим образом:
 

NaH2PO4 / Na2HPO4
 

При взаимодействии этой системы с кислыми продуктами образуется дигидрофосфат натрия и хлористый натрий:
 

Na2HPO4 + НСl ⇒ NaH2PO4 + NaCl,
 

а при реакции со щелочными продуктами образуется однозамещенный гидрофосфат натрия и вода:
 

NaH2PO4 + NaOH ⇒ Na2HPO4 + Н2O
 

Избытки продуктов обеих реакций удаляются почками.

Учитывая, что концентрация фосфатов в крови приблизительно в 10 раз меньше, чем концентрация компонентов карбонатного буфера, необходимо подчеркнуть, что роль фосфатного буфера в поддержании КОС менее значима, чем карбонатного. В большей степени фосфатный буфер обеспечивает уровень рН мочи и тканей.

3. Белковая буферная система способна проявлять свои свойства за счет амфотерности белков, которые в одном случае реагируют со щелочами как кислоты (в результате реакции образуются щелочные альбуминаты). а в другом - с кислотами как щелочи (с образованием кислых альбуминатов). В целом, во весьма схематичном виде, эту закономерность можно проиллюстрировать следующим образом:*****For1

4. Гемоглобиновая буферная система по мнению Ван Слайка на 75% обеспечивает буферную емкость крови. Это связано с тем, что оксигемоглобин (HbO2) является гораздо более сильной кислотой, чем восстановленный гемоглобин (Hb). В тканевых капиллярах в кровь поступает большое количество кислых продуктов распада,*****Shem9 кровь обогащается значительным количеством углекислого газа, что сдвигает ее реакцию в кислую сторону. Но одновременно в этих же участках микроциркуляторного русла происходит восстановление гемоглобина, который, становясь при этом более слабой кислотой, отдает значительную часть связанных с ним щелочных продуктов. Последние, реагируя с угольной кислотой, образуют бикарбонаты.

Переход углекислого газа в легочные альвеолы не приводит к защелачиванию крови, так как гемоглобин, присоединяя кислород, вновь становится сильной кислотой. способной связывать щелочные продукты.

Однако столь успешно гемоглобиновый буфер может работать только в том случае, если легочная ткань не поражена каким-либо патологическим процессом.

В процессе метаболизма в организме образуется значительно больше кислых продуктов распада, чем щелочных. Кроме того подлежат нейтрализации и кислоты, поступающие в организм вместе с пищей. Все это приводит к расходованию бикарбонатов плазмы, за счет которых в значительной степени обеспечивается текущее поддержание уровня рН внутренней среды на заданном физиологическом уровне. В связи с этим необходимо рассмотреть, каким образом происходит восстановление в организме запасов бикарбонатов, то есть, как осуществляется поддержание щелочного резерва организма.

В этом процессе важное место занимает реакция между угольной кислотой и хлористым натрием, запасы которого в плазме крови тщательно контролируются посредством нижеследующей реакции:
 

H2CO3 + NaCl ⇔ NaHCO3 + HCl
 

Образовавшиеся в результате этой реакции бикарбонаты пополняют щелочной резерв, а соляная кислота поступает в эритроциты, где, соединяясь с белками, образует кислые альбуминаты. При уменьшении в крови парциального давления углекислого газа процесс идет а обратном направлении.

Кроме того, в формировании щелочного резерва принимают участие щелочные протеинаты и соли гемоглобина.

Помимо быстродействующих буферных механизмов крови и эффективной роли легких в регуляции КОС. в поддержании постоянства рН внутренней среды организма принимают участие и более медленные процессы, протекающие в почках.

Почки обладают способностью выводить с мочой ряд катионов и анионов в значительно большей концентрации, чем они содержатся в плазме крови. Особенно велика роль почек в выведении кислых продуктов распада. В основе этих физиологических процессов лежат две специфические особенности, присущие клубочковому и канальцевому аппарату нефрона. Во-первых, выводя из плазмы крови катионы и анионы в пропорциях, отражающих их содержание в плазме крови, почки способны активно реабсорбировать бикарбонаты в канальцах. Во-вторых, в дистальных отделах канальцев возможно выделение дополнительного количества кислых продуктов, а также связывание водородных ионов и образование веществ (например, хлористого аммония), которые способны изменять рН мочи. Однако в отличие от стабильной слабощелочной реакции плазмы крови, рН мочи может в норме меняться в достаточно широких пределах (от 4.8 до 7.4). Рассмотрим несколько конкретных примеров, иллюстрирующих роль почек в регуляции КОС организма. К таким механизмам относится деятельность почек по сохранению щелочных резервов организма — реабсорбция бикарбонатов,*****Shem10 а также участие почек в выведении из организма избытка кислых продуктов распада — превращение в почках менее кислых соединений в более кислые;*****shem11 образование в почках свободных органических кислот;*****Схема12 почечный аммониогенез.*****shem13 Приведенные схемы не требуют особых комментариев, однако, следует иметь в виду, что процессы секреции ионов водорода канальцевым эпителием, реабсорбция натрия и процессы дезаминирования — активные процессы, идущие с потреблением энергии.

В значительно меньшей степени в регуляции КОС принимают участие желудочно-кишечный тракт и печень.

Обкладочные клетки слизистой желудка, синтезируя соляную кислоту (рН чистого желудочного сока колеблется в пределах от 1.5 до 1.8), связывают значительные количества анионов хлора. Освобождающийся катион Na (после диссоциации: NaCl (стрела перехода) Na+ + Cl-), участвуя в образовании бикарбонатов, увеличивает щелочные резервы организма. В связи с этим хроническая потеря организмом желудочного сока, например, при неукротимой рвоте, способна сместить КОС в щелочную сторону. С другой стороны, ненормально повышенное выведение из организма кишечных пищеварительных соков (имеющих щелочную реакцию рН = 7.2-8.4) может истощить щелочные резервы и сместить КОС в кислую сторону.

Обладая способностью синтезировать и разрушать кетоновые тела (ацетоуксусную, β-оксимасляную кислоты, ацетон), печень косвенно участвует в регуляции КОС. Кроме того, образуя желчь, которая имеет слабо щелочную реакцию, печень способствует понижению рН.

Таковы основные физиологические механизмы, обеспечивающие постоянство кислотно-основного состояния организма при его нормальном функционировании. Патология различных органов и систем может вносить в этот нормальный физиологический процесс свои коррективы.

Однако для того, чтобы правильно оценить природу и значимость для организма нарушений КОС, необходимо знать его основные параметры, а также их значения, не выходящие за пределы физиологической нормы.

К таким показателям относятся следующие:

1. Актуальный (истинный) рН — это значение рН артериальной крови, определенное без доступа воздуха при 38°С.

2. Актуальное (истинное) парциальное напряжение углекислого газа (pCO2) — это значение рСO2 артериальной крови, определенное без доступа воздуха при 38°С.

3. Стандартный бикарбонат (SB — «Standart Bicarbonate») — это содержание бикарбонатов в плазме крови (ммоль/л) при полном насыщении ее кислородом и при рСO2, равном 40 мм ртутного столба, определяемое при 38°С.

4. Актуальный (истинный) бикарбонат (АВ — «Actual Bicarbonate») — концентрация бикарбоната в плазме крови (в ммоль/л) при истинном рСO2, определяемом при температуре 38°С.

5. Избыток (недостаток) буферных оснований (BE — «Base Excess») — это разность между средним нормальным содержанием буферных оснований (в цельной крови при рН = 7.38 и рСO2, равном 40 мм ртутного столба) и найденным значением концентрации буферных оснований (ВВ).

Определение указанных выше параметров проводится на аппарате Micro Astrup и заключается в том, что исследуемая кровь в объеме 1 мл для каждой пробы насасывается в три капилляра в условиях отсутствия контакта с атмосферным воздухом. Затем две пробы насыщаются углекислотой до различных определенных величин рСO2 и в каждой из трех проб электрометрическим способом определяется величина рН. Далее с помощью специальной номограммы по Siggard-Andersson рассчитываются рассмотренные выше показатели.

Нормальные значения основных показателей КОС артериальной крови приведены в таблице*****tab3 и нормальные значения некоторых дополнительных показателей крови и мочи, отражающие КОС.*****tab4

Следует иметь в виду, что соотношение между SB и AB дает дополнительные сведения исследователю или клиницисту при постановке диагноза газового (респираторного) алкалоза или ацидоза (подробно эти изменения КОС описаны ниже). Так например, если SB больше AB, имеет место газовый (респираторный) алкалоз, если же АВ больше SB, - газовый (респираторный) ацидоз.

Ваша оценка: Нет Средняя: 4.1 (38 votes)

Ацидоз и алкалоз

Многие патологические процессы, протекающие в организме, способны влиять на кислотно-основное состояние его внутренней среды, сдвигая показатели как в сторону закисления (ацидозы), так и защелачивания (алкалозы).

Все виды нарушений КОС организма можно свести в следующую классификацию.*****shem14

Дополняя схему, нужно сказать, что существуют еще и смешанные виды ацидоза и алкалоза: например, газовый и метаболический; газовый и выделительный и т.д., а также комбинированные, например, метаболический и выделительный негазовый ацидоз.

Если при развитии сдвигов КОС, несмотря на серьезные изменения в деятельности соответствующих буферных и регуляторных систем, рН крови не выходит за пределы физиологической нормы, наблюдающиеся изменения кислотно-основного состояния характеризуются как компенсированные, а при сдвиге рН за границы крайних значений нормы - как некомпенсированные.

Рассмотрим основные случаи нарушений КОС организма.

1. Газовый (респираторный) ацидоз развивается при значительном увеличении концентрации угольной кислоты в том случае, когда в основе этого процесса лежит нарушение выведения из организма углекислого газа. Чаще всего это бывает связано с заболеваниями легких, нарушением циркуляции крови в сердечно-сосудистой системе (вследствие чего нарушается и газообмен в легких), угнетением дыхательного центра или высоким рСO2 во вдыхаемом воздухе. Последнее может возникать при нарушении нормальной работы аппарата искусственного дыхания во время хирургических операций или при неправильно подобранной интубационной системе, за счет чего значительно увеличивается объем «вредного пространства» наркозного аппарата.

Как правило, газовый ацидоз достаточно длительное время является компенсированным, что связано со следующими причинами. Во-первых, накапливающаяся в организме угольная кислота и сами водородные ионы являются мощными раздражителями дыхательного центра. Наступающее вследствие этого повышение возбудимости последнего приводит к учащению и углублению дыхания, а следовательно, и к гипервентиляции легких, то есть к увеличенному выведению из организма СO2 и нормализации КОС (это рассуждение, конечно, не относится к асфиксии, то есть к быстро развивающемуся удушью, когда одышка исправить положение не может).

Во-вторых, углекислый газ, поступивший в эритроциты, под влиянием карбоангидразы образует угольную кислоту, которая немедленно диссоциирует на катион Н+ и анион НСO3-. Ионы водорода связываются белками плазмы, а анион НСO3- переходит в плазму крови и там образует бикарбонаты. Иначе говоря, осуществляется каскад реакций:*****for2

Именно поэтому накопление бикарбонатов приводит к увеличению АВ, т.е. АВ становится больше SB. Соотношение этих показателей при газовом (респираторном) ацидозе и алкалозе.

Этот каскад обеспечивает нейтрализацию кислых продуктов распада и восстановление запасов бикарбонатов. Кроме того, усиливается реабсорбция бикарбонатов и натрия в почках. Na+ поступает и из костной ткани.

Компенсация газового ацидоза бывает полной и успешной, если причина его возникновения легко устранима (например, исправление работы наркозного аппарата). Однако газовый ацидоз значительно чаще бывает связан с серьезными органическими повреждениями легких (пневмосклероз, эмфизема, хронические воспалительные процессы и др.), которые в свою очередь способны привести к декомпенсации сердечной деятельности и к недостаточности системы кровообращения в целом. Все это в конечном итоге вызывает гипоксию (кислородное голодание) тканей, которая инициирует резкое увеличение в крови концентрации кислых продуктов метаболизма, а недостаточность кровообращения затрудняет транспорт углекислого газа. Так на фоне газового (респираторного) развивается метаболический ацидоз, то есть он становится смешанным. По мере истощения буферных систем происходит переход компенсированного ацидоза в некомпенсированный.

Ниже приводятся примеры изменения основных показателей КОС при газовом (респираторном) ацидозе.*****tab5 *****tab6

2. Газовый алкалоз. Основной причиной возникновения этого вида патологии КОС является избыточное удаление углекислого газа из организма, то есть газовый алкалоз возникает на фоне достаточно длительной гипервентиляции легких, что наблюдается при горной болезни (в связи с компенсаторной одышкой при недостатке кислорода) и при неправильной работе наркозного (дыхательного) аппарата. Газовый алкалоз длительное время может компенсироваться как за счет регуляторных (понижение возбудимости дыхательного центра из-за низкого парциального давления CO2 в крови), так и буферных систем. В последнем случае натрий вытесняется из бикарбонатов хлором, диффундирующим из эритроцитов в плазму крови. Анион HCO3- используется для образования дополнительных количеств угольной кислоты. В компенсаторных реакциях участвуют и другие буферные системы крови (гемоглобиновая, белковая). В почках резко сокращается реабсорбция бикарбонатов. Однако длительная компенсация газового алкалоза может привести к своеобразной «перерегуляции», и тогда за счет накопления кислых продуктов газовый алкалоз может смениться метаболическим ацидозом.

Ниже приводятся примеры изменения основных показателей КОС при газовом алкалозе.*****tab7 *****tab8

3. Негазовый ацидоз. В клинике наиболее часто приходится встречаться с метаболическим ацидозом, возникающим при сахарном диабете в результате накопления в крови прежде всего кетоновых тел.

В компенсации этого вида ацидоза принимают участие практически все буферные и регуляторные системы. Прежде всего, кислые субстраты нейтрализуются бикарбонатами плазмы, трата которых некоторое время возмещается путем их повышенной реабсорбции в почках, а также благодаря их образованию за счет соединенения натрия с анионами угольной кислоты (Н2СO3 + NaCl ⇒ NaHCO3 + НСl). Дополнительно образующиеся ионы водорода (диссоциация соляной кислоты: НСl ⇒ Н+ + Сl-) поступают в эритроциты и там связываются белками, образуя кислые альбуминаты. Значительную роль в компенсации метаболического ацидоза играют почки, которые выводят избытки кислых продуктов за счет превращения менее кислых соединений в более кислые, образуя свободные органические кислоты, а также за счет процессов аммониогенеза. Достаточно длительное время метаболический ацидоз может оставаться компенсированным, но на определенном этапе компенсаторные механизмы исчерпывают все имеющиеся у них резервы. pH крови сдвигается за пределы физиологической нормы, что приводит к коматозному состоянию. Развитие комы в свою очередь усугубляет ацидоз, так как общее торможение центральной нервной системы угнетающе сказывается на деятельности и дыхательного центра. Урежение дыхания или. более того, появление патологических типов дыхания резко снижает выведение углекислого газа из организма. Накопление же угольной кислоты приводит к еще большему закислению внутренней среды. Иначе говоря, на финише патологического процесса к метаболическому ацидозу присоединяется ацидоз газовый.

Выделительные формы негазового ацидоза, как правило, связаны с недостаточностью функции почек, пораженных тем или иным патологическим процессом (чаше всего - при гломерулонефрите). В этом случае почки, с одной стороны, не способны в должной степени выводить кислые продукты метаболизма, а с другой. - недостаточно реабсорбируют бикарбонаты. И то, и другое способствует развитию сначала компенсированного, а затем и некомпенсированного ацидоза.

Возможна и другая форма выделительного негазового ацидоза: выведение из организма больших количеств кишечного пищеварительного сока при хронических диарреях или при фистуле (свище) кишечника. Потеря значительных объемов соков, имеющих щелочной pH. в конечном итоге может сказаться и на сбалансированности КОС, смещая его в кислую сторону.

Наиболее редко встречаются виды негазового ацидоза, вызванные экзогенными причинами. Случайное или намеренное потребление человеком значительного количества неорганических или органических кислот может (помимо прочих повреждений) вызвать резкий сдвиг pH внутренней среды в кислую сторону. Патогенез этого явления заключается в том, что одномоментное введение больших количеств кислот быстро блокирует все буферные системы, а повреждение печени и почек усугубляет этот процесс.

Для иллюстрации изложенного материала рассмотрим несколько примеров изменения основных показателей КОС при негазовом ацидозе.*****tab9 *****tab10 *****tab11

4. Негазовый алкалоз. Данную патологию КОС способны вызвать две основные причины: введение в организм больших количеств щелочных веществ - экзогенный негазовый алкалоз и потеря значительных масс желудочного сока - выделительный негазовый алкалоз.

Первая из описанных ситуаций возникает при избыточном введении бикарбонатов в целях снятия ацидотических явлений. Примером второй ситуации является неукротимая рвота, которая чаще всего является результатом токсикозов первой половины беременности, а также может возникать при травмах головного мозга, вследствие рубцового или опухолевого стеноза пилорического отдела желудка и т.д. Как экзогенный, так и выделительный алкалоз длительное время компенсируется за счет нейтрализации буферными системами крови. Относительное уменьшение в крови концентрации водородных ионов (кислые продукты используются для нейтрализации избытков щелочи) понижает возбудимость дыхательного центра, снижает интенсивность дыхания и тем самым увеличивает в крови концентрацию CO2, а следовательно, и концентрацию угольной кислоты. Кроме того, почки резко уменьшают интенсивность реабсорбции бикарбонатов. Эти механизмы в основном и компенсируют явления негазового алкалоза. Однако в отдельных случаях, когда потери желудочного сока продолжаются длительное время, или в случае введения чрезмерно большого количества бикарбонатов, компенсированный негазовый алкалоз способен переходить в некомпенсированную форму. Так случается и тогда, когда травма головного мозга вызывает не только неукротимую рвоту, но и одышку (неадекватное повышение возбудимости дыхательного центра). Синергизм двух механизмов (потери кислоты с желудочным соком и вымывания углекислого газа за счет одышки) способен привести организм к некомпенсированному, комбинированному (выделительному и газовому) алкалозу.

Изменения показателей КОС при негазовом алкалозе приведены в таблицах.*****tab12 *****tab13

Негазовый метаболический алкалоз - явление крайне редкое. В качестве примера можно привести алкалоз, возникающий при гипофункции паращитовидных желез, ведущей к гиперфосфатемии и резкому увеличению концентрации в крови щелочной части фосфатного буфера.

Таковы основные механизмы нарушения КОС организма.

Ваша оценка: Нет Средняя: 3.9 (61 голос)