Кислотно-основное состояние: физиология, синдромы нарушений Лекция профессора кафедры

Кислотно-основное состояние: физиология, синдромы нарушений Лекция профессора кафедры анестезиологии Говоровой Н. В.

Уравнение Хендерсона-Хассельбалха (Henderson-Hasselbalch) • р. Н = р. Ка + log [акцептор протона] [донор протона] • Для кислоты (ХН): р. Н = р. Ка + log [Х-] [ХН] Х- - ионизированная форма кислоты • Для щёлочи (Х): р. Н = р. Ка + log [Х] [ХH+] ХН+ - ионизированная форма щёлочи

Уравнение Хендерсона-Хассельбалха (Henderson-Hasselbalch) НСО 3 • р. Н = 6, 1 + log ( ---------) 0, 03 * р. СО 2 • уравнение отражает зависимость р. Н плазмы от соотношения в ней р. СО 2 и НСО 3

Кислотно - основное состояние • Это сбалансированный процесс образования и выделения кислот. • Интегральный показатель КОС – р. Н – отрицательный десятичный логарифм концентрации Н+ • При увеличении концентрации Н+ р. Н раствора уменьшается, при снижении концентрации Н+ р. Н увеличивается • В природе существуют растворы с р. Н от 1 до 14, р. Н =7 – нейтральная реакция, растворы с р. Н от 1 до 7 – кислые, а с р. Н от 7 до 14 – щелочные. 4

Современная концепция КОС • Основана на взаимодействии клеточной и внеклеточной сред организма р. Н 6, 8 Н+ = 158 нмоль/л р. Н = р ОН р. Н = 7, 4 Н+= 40 нмоль/л ОН- в 20 раз меньше 5

Современная концепция КОС • Продукция Н+, относящихся к тяжелым кислотам – составляет 60 ммоль/сут. Метаболический путь коррекции происходит через почки. • Продукция Н+ в виде угольной кислоты ( «летучей» ) кислоты – 13 000 ммоль/сут, т. е. в 20 раз больше. Избыток Н+ буферируется Hb и выводится через легкие – респираторный путь коррекции КАГ Н 2 О + СО 2 ↔ Н 2 СО 3 ↔ Н+ + НСО 3 6

Физиологические реакции организма в ответ на изменение р. Н • 1. Немедленная химическая реакция буферных систем • 2. Дыхательная компенсация • 3. Почечная компенсация 7

Буферные системы • Биологические жидкости организма, участвующие в поддержании постоянного р. Н. • Любая буферная система состоит из слабой кислоты и ее соли, являющейся основанием. • Карбонатная буферная система: Н 2 СО 3 Na H CO 3 8

Пример работы буферной системы: H Cl + Na HCO 3 = H 2 CO 3 + Na Cl Вещество «агрессор» Щелочная часть буфера Na OH + H 2 CO 3 = Na HCO 3 + H 2 O Вещество «агрессор» Кислотная часть буфера 9

Основные буферные системы • • Карбонатный буфер H 2 CO 3/Na. HCO 3 Гемоглобиновый буфер Hb H/ KHb Белковый буфер H Pr/ Pr. Фосфатный буфер Na. H 2 PO 4/Na. HPO 4 10

Роль легких в регуляции КОС • Ра. СО 2 зависит от альвеолярной вентиляции • Компенсаторные реакции альвеолярной вентиляции опосредованы хеморецепторами ствола мозга, которые реагируют на изменения р. Н цереброспинальной жидкости • При повышении Ра. СО 2 на каждый 1 мм рт ст МОД увеличивается на 1 -4 л/мин. • Через легкие за сутки выделяется 15 000 ммоль СО 2. 11

Роль почек в регуляции КОС • Почки непосредственно экскретируют Н+ из кислой среды и HCO 3 - из щелочной • Почечные механизмы компенсации включают реабсорбцию HCO 3 - из первичной мочи в канальцах (при снижении уровня гидрокарбоната) • За сутки через почки выделяется 100 -200 ммоль Н+ • Аммониогенез и экскреция ионов аммония 12

Выработка аммиака и экскреция аммония почечный каналец нефрона NH 3 ← аминокислота Na+ NH 3 + H+ ↓ H+ + HCO 3 - Пополнение карбонатного буфера H 2 CO 3 КАГ NH 4+ Ион аммония, не реабсорбир уется околоканальцевый капилляр H 2 O + CO 2 13

Роль печени в КЩС • Конечными продуктами метаболизма белков являются кислоты. В печени происходит метаболизм органических кислот, в том числе проходит цикл Кори (синтез глюкозы из лактата). • Болезни печени могут вести к различным нарушениям КЩС: – Респираторному алкалозу - при вовлечении в патологический процесс ЦНС – Метаболическому ацидозу – вследствие накопления молочной кислоты.

Основные компоненты КОС • р. Н - артерия 7, 4 (7, 36 -7, 44) вена 7, 37 (7, 32 -7, 42) • р. СО 2 – респираторный компонент КОС артерия 40 (36 -44) мм рт ст вена 46 (42 -55) мм рт ст • НСО 3 (АВ) – истинный бикарбонат артерия 22 -25 ммоль/л вена 25 -28 ммоль/л • ВВ – буферные основания 40 -60 ммоль/л • ВЕ – избыток/дефицит оснований ± 2, 3 ммоль/л • АР – анионная разница 12 (9 -15) ммоль/л 15

Анионная разница Anion Gap (K+) • Это разница концентрации основных измеряемых катионов плазмы • АР = Основные катионы плазмы – основные анионы плазмы • АР = [Na+] – ([Cl-] + [HCO 3 -]) 16

Анионная разница Anion Gap (K+) • 1. Снижение – Гипопротеинемия – Гипонатриемия – Увеличение неизмеряемых катионов • 2. Увеличение – – Кетоацидоз Лактатацидоз Почечная недостаточностть Отравление салицилатами, метанолом, этиленгликолем • 3. Метаболический ацидоз с нормальным Anion Gap (K+) – Диарея – Начало уремического ацидоза 17

Первичные изменения параметров КОС и компенсаторные реакции • Компенсаторные реакции немедленного типа - осуществляются легкими • Метаболический ацидоз: ↓ HCO 3 → МОД ↑ → ↓ р. СО 2 Первичное нарушение Компенсаторная реакция – дыхательный алкалоз 18

Первичные изменения параметров КОС и компенсаторные реакции • Компенсаторные реакции немедленного типа - осуществляются легкими • Метаболический алкалоз: ↑ HCO 3 → МОД ↓ → р. СО 2 ↑ Первичное нарушение Компенсаторная Реакция – дыхательный ацидоз 19

Первичные изменения параметров КОС и компенсаторные реакции • Компенсаторные реакции замедленного типа - осуществляются почками • Дыхательный алкалоз: ↓ р. СО 2 → ↓ реабсорбции → НСО 3 плазмы ↓ НСО 3 Первичное нарушение Моча щелочная Компенсаторная реакция –метаболический ацидоз 20

Первичные изменения параметров КОС и компенсаторные реакции • Компенсаторные реакции замедленного типа - осуществляются почками • Дыхательный ацидоз: ↑ р. СО 2 → ↑ реабсорбции → НСО 3 плазмы ↑ НСО 3 Первичное нарушение Моча кислая Компенсаторная реакция –метаболический алкалоз 21

Нарушения КОС - классификация • • • Компенсированные нарушения Декомпенсированные нарушения Ацидоз дыхательный и метаболический Алкалоз дыхательный и метаболический Простые и смешанные 22

Респираторный ацидоз. Причины: • Альвеолярная гиповентиляция – Угнетение ЦНС – Лекарственные препараты – Синдром Пиквика – ОНМК, ЧМТ • Нейро-мышечные нарушения (миопатии, нейропатии) • Травмы и заболевания грудной клетки – Окончатые переломы ребер – Кифосколиоз 23

Респираторный ацидоз. Причины: • Обструкция дыхательный путей – Верхние дыхательные пути (инородное тело, ларингоспазм) – Нижние дыхательные пути (астматический статус, ХОБЛ) • Паренхиматозные заболевания легких – – – Отек легких (кардиогенный, некардиогенный) Эмболия легочной артерии Пневмония Аспирация Неисправность аппаратов ИВЛ • Повышенное образование СО 2 – – – Лихорадка, злокачественная гипертермия Сепсис Тиреотоксической криз Ожоги Политравма 24

Острый дыхательный ацидоз • Причина – декомпенсация функции внешнего дыхания. • Снижение альвеолярной вентиляции → быстрое накопление СО 2. Нарушения прогрессируют быстрее, если ацидоз сочетается с гипоксией. • Почечная компенсация отсутствует. р. Н ↓ (<7, 35), ра. СО 2 ↑ (>45 ), НСО 3 - N, ВЕ - N Лечение - ИВЛ 25

Хронический дыхательный ацидоз • Развивается длительное время, достаточное для включения почечного механизма компенсации (12 -24 ч). • Моча характеризуется кислой реакцией – выделение Н+, NH 4 Cl р. Н ↓, ра. СО 2 ↑, НСО 3 ↑ , ВЕ + 2 и ↑ Несмотря на почечную компенсацию, дыхательные нарушения могут прогрессировать 26

Причины респираторного алкалоза • Центральная стимуляция дыхания (боль, ОНМК, ЧМТ, инфекции, опухоль) • Действие лекарственных препаратов (салицилаты, прогестерон, аналептики) • Периферическая стимуляция дыхания (гипоксемия, застойная сердечная недостаточность, бронхиальная астма, эмболия легочной артерии, тяжелая анемия) • Сепсис 27

Острый дыхательный алкалоз • Характеризуется избыточной первичной потерей СО 2 вследствие избыточной альвеолярной вентиляции- гипервентиляция при ИВЛ • Стимуляция дыхательного центра и каротидных телец гипоксемией или метаболическими нарушениями → гипервентиляция • При ЧМТ накопление в СМЖ лактата → гипервентиляция р. Н ↑(>7, 45), ра. СО 2 ↓ (<35) , НСО 3 - N, ВЕ - N Лечение основного заболевания 28

Хронический дыхательный алкалоз • Включаются почечные механизмы компенсации. Увеличивается экскреция с мочой НСО 3 и уменьшается выделение нелетучих кислот (моча щелочная) р. Н ↑, ра. СО 2 ↓ , НСО 3 ↓ , ВЕ отриц Дыхательный алкалоз (острый и хронический) представляет собой компенсаторную реакцию, обусловленную метаболическим ацидозом или какими-либо другими причинами (гипоксемия, шок и др) 29

Физиологические эффекты дыхательного алкалоза • • • Гипокалиемия (токсичность СГ) Гипокальциемия Аритмии сердца Бронхоконстрикция Гипотензия Снижение мозгового кровотока

Метаболический ацидоз, причины • Метаболический ацидоз с увеличенной анионной разницей: • 1. Нарушение экскреции эндогенных нелетучих кислот – почечная недостаточность • 2. Повышенное образование эндогенных нелетучих кислот: – Кетоацидоз (сахарный диабет, голодание) – Лактат-ацидоз – Смешанные состояния (некетонная гиперосмолярная кома, алкогольная интоксиакция) 31

• 3. Отравления (салицилаты, метанол, этиленгликоль, параальдегид, толуол, сера). • 4. Рабдомиолиз • Метаболический ацидоз с нормальной анионной разницей: • Повышенные потери НСО 3 через ЖКТ – диарея, панкреатические, желчные, тонкокишечные свищи. • Повышенные потери НСО 3 через почки – почечный канальцевый ацидоз, прием ингибиторов КАГ, гипоальдостеронизм • Инфузия большого количества растворов, не содержащих бикарбонат 32

Метаболический ацидоз • Характеризуется дефицитом оснований во внеклеточной жидкости. • Накопление фиксированных кислот или потеря оснований ведут к снижению буферных оснований и р. Н ↓ (<7, 35) , ра. СО 2 ↓ , НСО 3 ↓ (<21), ВЕ ↓ 33

Патофизиологические эффекты метаболического ацидоза • Респираторная система: - Гипервентиляция (Куссмауль) – основной механизм компенсации - Сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо - Снижение уровня 2, 3 -ДФГ в эритроцитах (компенсаторный сдвиг кривой диссоциации гемоглобина влево)

Сердечно-сосудистая система • Депрессия контрактильности • Гиперактивность симпатической системы (тахикардия, вазоконстрикция, снижение аритмогенного порога) • Резистентность к катехоламинам • Вазоконстрикция лёгочных сосудов • Эффекты гиперкалиемии на сердце

Гипервентиляция • Основной механизм компенсации метаболического ацидоза за счёт ↑Н+ в ликворе, омывающем центральные хеморецепторы • Ожидаемое СО 2 при максимальной компенсации можно рассчитать по формуле: • Ожидаемое p. CO 2 = (1. 5 х (измеренное [HCO 3] ) + 8 mm. Hg

ВАЖНО!!! • При необходимости интубации/вентиляции больного с метаболическим ацидозом, ВСЕГДА устанавливайте параметры ИВЛ в режиме гипервентиляции. Ориентируйтесь на ожидаемое р. СО 2, рассчитанное по формуле! • Если пытаться «нормализовать» РСО 2 – в данной ситуации получится имитация респираторного ацидоза! • СО 2 быстро проникает внутриклеточно, в том числе и в кардиомиоциты, вызывая внутриклеточный ацидоз. • Многие врачи недооценивают причины ятрогенного ухудшения таких больных после начала ИВЛ!

Анестезиологическое значение метаболического ацидоза • Мониторинг ГАК и р. Н • Возможно усиление при гиповолемии гипотензивного ответа на препараты и вентиляцию легких с положительным давлением • Сохранение предоперационного уровня компенсаторной гиервентиляции

Корригирующая терапия при метаболическом ацидозе • Проводится при р. Н<7, 2 и НСО 3<15 ммоль/л Д НСО 3 = 0, 5 х МТ х (15 - НСО 3 пл) Начальная доза 1 мл/кг 8, 4% Na. HCO 3. Лечение должно быть направлено на устранение этиологического фактора. 39

Нежелательные эффекты Na. НСО 3 Гипернатриемия Гиперосмолярность Перегрузка жидкостью Алкалоз Гипокалиемия Снижение отдачи О 2 в тканях из-за смещения кривой диссоциации гемоглобина «влево» • Увеличение продукции лактата из-за снижения влияния ацидоза на подавления гликолиза • Гиперкапния • Ацидоз спинномозговой жидкости • • •

Лактат-ацидоз, причины Наиболее вероятные Значимые Сепсис Кардиогенный шок СПОН Кислородное голодание Введение адреналина, натрия нитропруссида Инфаркт кишечника Генер судороги Требующие особого внимания Дефицит тиамина D-лактат-ацидоз Алкалоз Преувеличенные Заболевания печени Анемия

Лактат-ацидоз, виды • Лактат-ацидоз типа А – гипоксический 1. Гипоперфузия и/или гипооксигенация (сепсис, СПОН, ОСН, ОИМ, кровотечение, отравление СО, цианидами и др) 2. Интенсивная работа мышц (судороги, охлаждение) • Лактат-ацидоз типа Б – без видимой гипоксии, метаболический 1. Системные клинические состояния – тип Б 1 (алкалоз, ДКА, дефицит тиамина, забол печени) 2. Фармакологические вещества – тип Б 2 (адреналин, натрия нитропруссид) 3. Ферментативные вещества, нарушения активности – тип Б 3

Механизммы лактат-ацидоза Глюкоза Лактат ↔ Пируват Тиамин Внутрь клетки Ацетил - Ко. А Н+ + НСО 3 - ↔ Н 2 СО 3 ↔ Н 2 О + СО 2 Натрия гидрокарбонат Легкие

D-лактат-ацидоз • 2 стереоизомера: • L- молочная кислота - имеется в мышцах человека и животных • D- молочная кислота –образуется в результате действия ферментов микроорганизмов, расщепляющих глюкозу в кишечнике (Bacteroides fragilis, E. coli) • Встречается у больных с обширной резекцией тонкой кишки, кишечными анастомозами, пациентов с ожирением. • Диагностика затруднительна - стандартные лабораторные методики определяют только Lизомер.

Причины метаболического алкалоза • Хлорид-чувствительный метаболический алкалоз – Потери через ЖКТ - рвота, отсасывание желудочного содержимого – Потери через почки - применение диуретиков, сниженное потребление хлоридов • Хлорид-резистентный метаболический алкалоз – Тяжелая гипокалиемия – Избыток минералокортикоидов (первичный и вторичный гиперальдостеронизм, синдром Кушинга) 45

Причины метаболического алкалоза • Массивные гемотрансфузии • Ацетат - содержащие растворы • Применение щелочей при почечной недостаточности • Гиперкальциемия (mts в кости) • Введение глюкозы после периода голодания 46

Метаболический алкалоз • Характеризуется несоответствием увеличенного уровня НСО 3 предполагаемому р. СО 2 сыворотки крови и всего внеклеточного пространства. • Компенсаторная реакция при метаболическом алкалозе – дыхательный ацидоз – имеет ограниченные рамки. Соотношение НСО 3/р. СО 2 нарушается и р. Н крови становится выше нормальных значений р. Н↑ (>7, 45), ра. СО 2 ↑, НСО 3 ↑(>27 мэкв/л) ВЕ ↑ 47

Физиологические эффекты метаболического алкалоза • Гипокалиемия (усиливает токсические эффекты СГ, вызывает желудочковые аритмии) • Снижается концентрация ионизир Ca в сыворотке • Компенсаторная гиповентиляция (может усиливаться у пациентов с ХОБЛ или на фоне введения опиоидов) • Артериальная гипоксемия (как следствие гиповентиляции) + сдвиг КДО (кислород менее доступен тканям • Снижен сердечный выброс • Повышен тонус бронхов (возможно формирование ателектазов)

Метаболический алкалоз • Лечение должно быть направлено на устранение основной этиологической причины • Восстановление уровня хлоридов, калия и натрия в плазме. • Д Cl(ммоль) = 0, 27 х МТ х (100 - Cl пл) • V Na. Cl (л) = Д Cl/ 154 49

Компенсаторные реакции при нарушениях КОС Нарушения Компенсаторн Ожидаемые изменения ые реакции Острый респираторный ацидоз ↑ НСО 3 1 мэкв/л на каждые 10 мм рт ст увеличения Ра. СО 2 Хронический респираторный ацидоз ↑ НСО 3 4 мэкв/л на каждые 10 мм рт ст увеличения Ра. СО 2 Острый респираторный алкалоз ↓ НСО 3 2 мэкв/л на каждые 10 мм рт ст снижения Ра. СО 2 Хронический респираторный алкалоз ↓ НСО 3 4 мэкв/л на каждые 10 мм рт ст снижения 50 Ра. СО 2

Компенсаторные реакции при нарушениях КОС Нарушения Компенсаторн Ожидаемые изменения ые реакции Метаболически й ацидоз ↓ Ра. СО 2 Метаболически й алкалоз ↑ Ра. СО 2 1, 2 х снижение НСО 3 - 0, 7 х увеличения НСО 3 - 51

Алгоритм диагностики нарушений КОС • 1. р. Н артериальной крови – ацидоз или алкалоз • 2. Ра СО 2 – соответствует ли изменение Ра. СО 2 изменению р. Н. Предварительный диагноз 52

Диагностика первичных нарушений КОС р. Н Снижен Повышен Р СО 2 Снижен Повышен Снижен Метаболический ацидоз Дыхательный алкалоз Повышен Метаболический алкалоз 53

Алгоритм диагностики нарушений КОС • 3. Сравнить изменения НСО 3 с изменениями Ра. СО 2 – выявляется ли компенсаторная реакция. • Поскольку р. Н артериальной крови зависит от соотношения Ра. СО 2/НСО 3, то всегда включаются дыхательные и почечные механизмы компенсации. • Поэтому изменения Ра. СО 2 и НСО 3 однонаправленные. • Разнонаправленные изменения этих показателей указывают на смешанное нарушение кислотноосновного состояния. 54

Алгоритм диагностики нарушений КОС • 4. Если компенсаторная реакция выражена сильнее или слабее, чем расчетная, диагностируют смешанное нарушение КОС. • 5. Если выявлен метаболический ацидоз, рассчитывают величину анионной разницы. • 6. Если выявлен метаболический алкалоз, определяют концентрацию хлоридов в моче. 55

Альтернативный вариант диагностики смешанных нарушений • Респираторные нарушения КОС: изменения СО 2 на каждые 12 мм рт ст приводит к изменению р. Н артериальной крови на 0, 1 в противоположном направлении. • Метаболические нарушения: изменение НСО 3 на каждые 6 ммоль/л приводит к изменению р. Н артериальной крови на 0, 1 в том же направлении. • Если р. Н выходит за прогнозируемы пределы, то диагностируют смешанное нарушение КОС. 56

Пример диагностики р. Н 7, 47 ↑ Ра. О 2 209 мм рт ст Ра. СО 2 11 мм рт ст ↓ НСО 3 7, 7 мэкв/л ↓ ВЕ -14, 6 мэкв/л ↓ • Уменьшение Ра. СО 2 на 29 мм рт ст • Прогнозируемое уменьшение НСО 3 – 2 мэкв/л на каждые 10 мм рт ст – на 6 мэкв/л • Должный НСО 3 = 24 -6= 18 мэквл/л • Имеет место смешанное нарушение - респираторный алкалоз и метаболический ацидоз 57

Изменения параметров вентиляции для коррекции нарушений газов крови Показатель МОД Р пик ПДКВ Ti Fi. O 2 Для увеличения Ра. СО 2 ↓ ↓ НМ НМ НМ Для уменьшения Ра СО 2 ↑ ↑ НМ НМ НМ Для увеличения Ра. О 2 НМ НМ ↑ ↑ ↑ Для уменьшения Ра. О 2 НМ ↓ ↓ НМ ↓ 58

Какие нарушения КЩС встречаются в послеоперационном периоде? • Респираторный ацидоз, причины – остаточное действие анестетиком и МР • Метаболический ацидоз, причины – недооценка кровопотери или потерь в «третье» пространство с последующим недостаточным восполнением ОЦК • Респираторный алкалоз, причина – боль, психомоторное возбуждение

Клинический пример • • 22 -летняя женщина после кесарева сечения, осложненного массивным кровотечением, аспирировала желудочный содержимое во время экстренной анестезии и у нее развился острый респираторный дистресс-синдром. Спустя примерно 24 часа после начала ИВЛ со 100% кислородом p. O 2 было 75 мм рт. ст. Добавление ПДКВ = 10 см вод. ст. привело к неожиданному снижению p. O 2 до 62 мм рт. ст. В связи с низким артериальным давлением была начата внутривенная инфузия допамина. После нормализации давления p. O 2 оказалось сниженным до 55 мм рт. ст. 60

• Одновременно с артериальной пробой крови из катетера Сван-Ганза была взята проба смешанной венозной крови. Рассчитаны ct. O 2 и показатели Qs/Qt и ct. O 2(a-v). Полученная информация позволила объяснить нежелательные изменения p. O 2 и разработать соответствующую терапию. Хотя добавление ПДКВ привело к ожидаемому снижению Qs/Qt, его положительное действие на p. O 2 было сведено на нет выраженным падением сердечного выброса, на что указывало увеличение ct. O 2(a-v). • В этих условиях сильно десатурированная кровь проходила через внутрилегочные шунты в левые отделы сердца и вызывала падение p. O 2. Назначение допамина увеличило сердечный выброс, на что указывала частичная нормализация ct. O 2(a-v). Однако Qs/Qt повысился опять и привел в дальнейшему снижению p. O 2. Переливание крови и замена допамина на добутамин увеличили сердечный выброс и нормализовали ct. O 2(a-v). ПДКВ = 14 см вод. ст. снизило Qs/Qt. Такое улучшение сердечно-легочной деятельности привело к повышению p. O 2 до 210 мм рт. ст 61