КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ СОСТОЯНИЕ Жаворонок ТВ Кислотно-основное состояние или

КИСЛОТНО-ОСНОВНОЕ СОСТОЯНИЕ Жаворонок ТВ

Кислотно-основное состояние или кислотно-щелочное равновесие (КОС) (КЩР) или баланс – это соотношение кислых и щелочных ионов (валентностей) в организме n n КОС характеризуется динамической концентрацией протонов в жидких средах организма регулируется многопланово

р. Н – по первым буквам латинских слов potentia hydrogeni «сила водорода» n К. Сёренсон (1909) предложил применять отрицательные десятичные логарифмы концентраций ионов водорода, выражая их в грамм-ионах на литр Этот показатель и есть р. Н

внеклеточный предел концентрации протонов 40± 5 н. М/л Это оптимально для большинства жизненно важных биохимических процессов. В ходе метаболизма ежедневно возникает: 20 М угольной кислоты и 80 м. М нелетучих кислот Это эквивалентно добавке в жидкую среду организма более 1 л конц Н 2 SO 4

n р. Н плазмы крови 7, 35 – 7, 45 < 7, 35 ацидемия (ацидоз) > 7, 45 алкалемия (алкалоз) n n Во внеклеточной жидкости колебания р. Н от 6, 8 до 7, 8 вызывают глубокие нарушения жизнедеятельности, но еще совместимы с жизнью За этими пределами – смерть

Внутри клеток среда слабокислая n р. Н : - саркоплазма мышц в покое ≈ 6, 9 - эритроцит 7, 19± 0, 02 - работающая лизосома ≈ 2, 0 - межмембранное пространство митохондрий – самое «кислое» место в клетке, где постоянно возобновляется необходимый для запасания энергии протоновый градиент - клетки простаты – самый низкий р. Н цитоплазмы (менее 4, 9) - остеобласты р. Н до 8, 5

В норме концентрация при р. Н=7, 0 – 100 нмоль/л при р. Н=7, 4 – 40 нмоль/л при р. Н=8, 0 – 10 нмоль/л + Н

Параметры КОС 1) р. Н артериальной крови 7, 35 -7, 45 венозной крови 7, 26 -7, 36 2) р. О 2 — парциальное давление О 2 в плазме крови (мм Hg или к. Па): венозная – 4, 6 -6, 0 к. Па артериальная – 12, 0 -12, 6 к. Па 3) р. СО 2 — парциальное давление (напряжение) СО 2 в плазме крови (мм Hg или к. Па): венозная – 6, 1 -7, 7 к. Па, артериальная – 4, 7 -6, 0 к. Па Оба газовых показателя измеряют отдельно (артериальная, венозная и капиллярная кровь), но для точной оценки КОС применяют определение в артериальной крови

парциальное давление углекислого газа отражает дыхательный компонент КОС ра. СО 2 – в артериальной крови при нормальной вентиляции : 38 -42 мм Нg (5, 06 -5, 6 к. Па) широкие границы 35 -45 мм Нg (4, 7 -6, 0 при патологии : к. Па) <30 и >50 мм Нg (<4 и >6, 7 В крови СО 2 присутствует в составе - --

n n Hb-CO 2 – карбогемоглобин, образуется при связывании СО 2 в тканях, в венозной крови его в среднем 15 -20% от всего количества гемоглобина. Hb-NH 2 + CO 2 → Hb-NH-COO- + H+ (связь с N-концами полипептидных цепей). 1) 32 % СО 2 транспортируется в виде Hb-CO 2 (карбаминогемоглобина) 2) 60% СО 2 – с венозной плазмой после превращения СО 2 в Н 2 СО 3 карбоангидразой 3) около 8% СО 2 транспортируется в эритроцитах в виде НСО 3–.

- ( концентрация бикарбонат-аниона 4) НСО 3 в плазме) прямо отражает почечный компонент регуляции КОС. Это главный показатель. Наиболее важен стандартный бикарбонат плазмы (СБ, SB - standart bicarbonate) — содержание НСО 3 - в плазме крови, полностью насыщенной кислородом и уравновешенной со стандартной газовой смесью при 37°С. В норме 21, 3 -21, 8 ммоль/л (21 -25 ммоль/л) n Отклонения SB при газовых сдвигах свидетельствуют о метаболической компенсации. Ниже нижней границы нормы — при метаболическом ацидозе, компенсации дыхательного алкалоза. Выше верхней черты диапазона — при метаболическом алкалозе, при компенсации дыхательного ацидоза

Метод расчета буферных оснований, избытка/дефицита оснований n n n Буферные основания — БО (buffer base – ВВ) сумма всех анионов крови (SB + анионный запас белкового буфера). БО рассчитывают для полного насыщения крови О 2 при 38°С, р. СО 2=40 мм. Hg. Зависит от уровня гемоглобина крови При 140 г Hb/л БО=41, 7± 0, 043 мэкв/л или 40 -60 ммоль/л NBB – нормальные БО при р. Н=7, 38, р. СО 2=5, 33 к. Па ВВ – NBB – избыток / дефицит буферных мощностей, норма от+2, 3 до -2, 3 ммоль/л (в пределах ± 2, 3 мэкв/л; по М. Горн ± 2 мэкв/л) 1) Дефицит оснований — ДО (base deficit – BD) – разница между фактической и должной величиной БО при метаболическом ацидозе. Это количество оснований, которое нужно добавить к крови, чтоб довести её р. Н до нормы при р. СО 2 = 40 мм Hg, 38°С и полном насыщении крови кислородом 2) Избыток оснований — ИО (base excess – ВЕ) – разница между фактической и должной величинами БО при метаболическом алкалозе. Отражает количество неиспользованных буферов крови (в основном бикарбонатного и гемоглобинового). Типичен для метаболических нарушений КОС.

То же в коротком варианте: n n АВ (actual bicarbonate) актуальный (истинный) бикарбонат – концентрация бикарбоната в плазме крови при истинном р. СО 2 – 18, 8 -24, 0 ммоль/л. При газовом ацидозе АВ больше SB, при газовом алкалозе АВ меньше SB. Здесь ВЕ несёт более общий смысл BE (base excess) сдвиг буферных оснований – это разность между средним нормальным содержанием буферных оснований и найденным значением концентрации буферных оснований +2, 5 ммоль/л. Увеличение BE – развитие метаболического алкалоза или метаболическая компенсация газового ацидоза. Уменьшение ВЕ – наличие метаболического ацидоза или метаболическая компенсация газового алкалоза.

В дополнение к этим основным индексам и правилам их оценки n n величина ионного зазора (анионного дефицита, пробела) – высоко ценный клинический параметр. Анионный дефицит важен при дифференциации разных подвидов метаболического ацидоза. р. Н мочи иногда имеет значение для характеристики патологии КОС. Показатель широко варьирует в норме (4, 6 – 8, 0), имеет тенденцию к понижению при ацидозах, к повышению при любых алкалозах.

Минимальный объем лабораторных исследований в КЛД для оценки КОС по требованиям МЗСР РФ n уровень гемоглобина в крови, р. Н крови артериальной и венозной, р. СО 2, р. О 2 на газоанализаторе, ВЕ/BD (± 4) (избыток или дефицит буферных оснований крови) Другие показатели КОС не имеют универсального значения, их определяют либо нет — в зависимости от выбора метода оценки состояния КОС

Основные факторы регуляции КОС при сдвигах р. Н крови 1) буферные системы организма (Hb, бикарбонатная и др. ) обеспечивают быструю неполную компенсацию – немедленно, в течение 1 -3 секунд 2) физиологические механизмы: деятельность лёгких (регуляция дыхания), почек (экскреция кислот и бикарбоната), печени, кожи компенсирует сдвиги р. Н более медленно, но зато полностью

Белковый буфер (включая гемоглобиновый) n Наибольшая емкость – 70% буферной емкости крови, особенно большая у разновидности белкового буфера – гемоглобинового буфера (изобилие их компонентов) [Н] = К {H-protein / Na-Protein} [H] = K {Hb. O 2 / Hb} n В основном внутриклеточные буферы, используется амфотерность белков и обратимость окисления Hb. Проникающий в эритроциты СО 2 связывается с Нb, что восстанавливает доступность бикарбоната: ННb+ + НСО 3– ↔ Нb + Н 2 СО 3 ↔ Н 2 О + СО 2. n Белковый буфер присутствует и в плазме Константа Ка белкового буфера – 7, 4

В тканях при повышении концентрации Н+ (закисление среды) возрастает освобождение кислорода из оксигемоглобина, в лёгких при увеличении концентрации кислорода высвобождаются протоны из гемоглобина. n Этот феномен называют эффект Бора Датский физиолог Христиан Бор, отец знаменитого Нильса Бора. Реакция связывания кислорода гемоглобином означает, что в лёгких поступающий кислород будет вытеснять водород из связи с Hb, а при добавлении протонов водорода – диссоциация окси. Hb

Карбонатбикарбонатный буфер n n n Основной и наиболее лабильный внеклеточный буфер. Нейтрализует около 40% всех высвобождаемых Н+ 10% буферной емкости крови Состав: угольная кислота и бикарбонат (гидрокарбонат) натрия Константа – соотношение концентрации кислоты и ее кислой соли: [H] = K {H 2 CO 3 / Na. HCO 3}

n Функционирование карбонат-бикарбонатного и белкового буферов

Вклад резервной щелочности (ВВ)

Какая буферная система крови самая "управляемая" с точки зрения клинициста, но самая "маломощная" с точки зрения биохимика? n n Бикарбонатная буферная система, так как при её активной работе образуется избыток СО 2 и Н 2 О, очень легко покидающих организм. Способы коррекции. При быстром закислении крови средств неотложной помощи имеется лекарственный препарат 10% Na. HCO 3. Его вводят в/в для коррекции КОС с учетом значения ВЕ ‹ -5. После проведения соответствующих расчётов определяют количество 10% Na. HCO 3 (в мл), которые необходимо ввести больному.

Фосфатный буфер n n 1% буферной емкости плазмы крови более существенна роль в тканях (особенно почки) – важный внутриклеточный буфер, однозамещённый и двузамещённый фосфаты Na. Константа определяется соотношением: [H] = К {Na. H 2 PO 4 / Na 2 HPO 4} Во внеклеточной жидкости соотношение компонентов 1: 4, в моче может достигать 25: 1 (при р. Н=5, 4). Буфер облегчает экскрецию Н+ в канальцах почек без значительной потери бикарбонат-аниона

Система NH 4+ / NH 3 n n Продукт дезаминирования аминокислот и аминов — аммиак, рассматривают как важный компонент системы NH 4+ / NH 3 аммиак, выделяемый в ответ на ацидоз клетками почек, связывает ион Н+

Летучие кислые эквиваленты и роль легких в КОС n n n В сутки образуется 10000 – 22000 ммоль СО 2. Хеморецепторы для СО 2 в организме есть везде. При экстремальных физических нагрузках количество Н 2 СО 3 может возрастать в 20 раз. Протоны, полученные в эритроците от диссоциации Н 2 СО 3, карбгемоглобина, нейтрализуют фосфатный и гемоглобиновый буферы. Колебания р. Н цереброспинальной жидкости отстают от колебаний р. Н плазмы крови по амплитуде и фазе: начало легочной компенсации при острых метаболи-ческих ацидозах и алкалозах запаздывает на 1 -3 часа. Срыв функций легких в поддержании КОС ведет к респираторным нарушениям постоянства р. Н, при этом первичные изменения – отклонения

Нелетучие метаболические кислоты и роль почек в КОС n n n В сутки нелетучих кислот образуется около 1 м. М/кг массы тела, главным образом, в форме серной кислоты путём деградации серосодержащих аминокислот метионина и цистеина. Именно белковая пища увеличивает кислотную нагрузку на систему КОС Почки: секретируют протоны в мочу - в чистом виде (ацидогенез) или - в составе катиона аммония (аммониогенез), обеспечивают реабсорбцию НСО 3– и буферную емкость соответствующих систем организма Механизмы поддержания КОС организма почками реализуются значительно медленнее (5 -10 -20

при обратимой острой недостаточности функций почек n n В почках нарушение ацидо- и аммониогенеза развивается относительно рано, восстанавливается сравнительно поздно. Недостаточность этих процессов приводит к выделительному почечному ацидозу, когда кислые эквиваленты не экскретируются, а бикарбонат не реабсорбируется должным образом. n Регуляторы функции почек по поддержанию КОС: Главные — р. СО 2, концентрация НСО 3– в плазме Дополнительные — объём внеклеточной жидкости, доступность Cl –, количество K+, ангиотензин II, альдостерон

Факторы регуляции почечного транспорта протонов и бикарбонат-анионов (по Дж. А. Шейману, 1997). Проксимальный каналец Дисталъный каналец и собирательная трубка РСО 2 Градиент р. Н Фильтруемая нагрузка бикарбонатом Электрическая разность потенциалов Карбоангидраза р. СО 2 Ангиотензин II Альдостерон Паратиреокринин Экскреция аммония К+ сыворотки, НРО 42 сыворотки Доступность хлорида

Дополнительные факторы регуляции КОС n n Печень вырабатывает глютамин (почки используют его для аммониогенеза), метаболизирует лактат и кетокислоты, закисляющие внеклеточную жидкость. Недостаточность печени ведет к метаболическому ацидозу Скелет – депо кальция и фосфатов (контроль витамина D, паратгормона, кальцитонина) при длительных отклонениях КОС в кислую сторону (1 М фосфата Са = 4 эквивалента Н+) Органы ЖКТ в норме поддерживают КОС, при патологии могут быть основным звеном нарушения: слизистая желудка – 150 м. М Н+ ежесуточно, панкреас – бикарбонаты, микрофлора – органические кислоты Все другие клетки способны участвовать в регуляции КОС. При внеклеточном избытке бикарбоната захватывают Na+ в обмен на экскретируемые Н+ и К+. Это может вызывать потерю калия или его избыток в плазме, что влечет патологические последствия

Натрий-водородный противопереносчик (белок NHE) n n n регулятор внутриклеточного р. Н, участвует в почечных процессах ацидогенеза, обмене катионов между клетками и внеклеточной жидкостью СЕМЕЙСТВО БЕЛКОВ: NHЕ 1 — на всех клетках, кодируется геном SLC 9 A 1. Дефект этого гена и данного белка ведет к развитию эссенциальной гипертензии. С ним связаны все проявления метаболического Х-синдрома (гипертензия, диабет, ожирение, гиперурикемия, атеросклероз) NНЕ 2 — канальцы почек и слизистой кишечника NHE 3 — апикальные отделы плазматических мембран эпителия кишечника и почек NНЕ 4 — клетки слизистой желудка: участие в секреции HCI NНЕ 5 — регулятор р. Н и объема клеток в ЦНС: участие в механизмах защиты от набухания и отёка мозга

ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ АЛГОРИТМ n n n Найти, отклоняется ли р. Н от среднего нормального =7, 4. Понижение – ацидоз, повышение –алкалоз Установить, выходит ли р. Н за границы нормы. р. Н в пределах нормы — компенсированное нарушение, если в критических пределах — декомпенсированное Оценить р. СО 2: в каком направлении и на какую величину показатель отклоняется от нормы (40 мм Hg). Если р. СО 2 повышается, р. Н должен снижаться (ацидоз). Если р. СО 2 понижается, р. Н должен расти (алкалоз) Оценить [НСО 3–]. Определить отклонение от 24 мэкв/л. Снижение [НСО 3–] должно снижать р. Н (ацидоз); повышение [НСО 3–] — повышать р. Н (алкалоз). Найти, какой из параметров – р. СО 2 или [НСО 3–] – более соответствует по направлению изменений сдвигу р. Н.

Если сдвиг р. Н говорит об ацидозе n n n Выяснить, есть ли ацидотическое повышение р. СО 2 или ацидотическое снижение [НСО 3–], или оба эти изменения В нарушении КОС «повинен» показатель, который по направлению изменений соответствует динамике р. Н и больше отклоняется от средней нормальной величины. Изменения другого показателя (не соответствующие по направлению логике изменения р. Н) – компенсаторные Если первично изменение [НСО 3–] — нарушение КОС по этиологии метаболическое, если первичен сдвиг р. СО 2 — респираторное. Если изменены, в соответствии сдвигу р. Н, оба показателя — смешанное дыхательнометаболическое расстройство

Примеры: n n р. Н = 7, 2; p. CO 2 = 19 мм. Hg; [НСО 3 -] = 7 мэкв/л Диагноз: метаболический ацидоз с частичной дыхательной компенсацией р. Н = 7, 50; p. CO 2 = 20 мм. Hg; [НСО 3 -] = 14 мэкв/л Диагноз: дыхательный алкалоз с почечной компенсацией

Пределы ожидаемых компенсаторных ответов на первичные нарушения КОС (по Н. Г. Левински, 1994; Дж. А. Шейману, 1997) Характер нарушения Первичные Ожидаемая компенсация отклонения Метаболический ацидоз ↓ [НСО 3 -] ↓ p. CO 2 = 1, 2 x ↓[НСО 3 -] Метаболический алкалоз ↑ [НСО 3 -] ↑ p. CO 2 = 0, 7 x ↑ [НСО 3 -] Дыхательный ацидоз острый ↑ p. CO 2 ↑ [НСО 3 -] = 0, l x ↑ p. CO 2, Дыхательный ацидоз хронический ↑ p. CO 2 ↑ [НСО 3 -] = 0, 35 x ↑ p. CO 2 Дыхательный алкалоз острый ↓ p. CO 2 ↓ [НСО 3 -] = 0, 2 x ↓ p. CO 2 Дыхательный алкалоз хронический ↓ p. CO 2 ↓ [НСО 3 -] = 0, 45 x ↓ p. CO 2

МЕТОД «ДОВЕРИТЕЛЬНЫХ ПОЛОС» n Метод наглядной оценки сдвигов КОС предложен в 1963 г. Шварц и Релмэн. Более предпочтителен – не нужно определять БО, ИО и ДО (буферные основания, их избыток и дефицит) в основе лежит определение положения данного случая на номограмме Х. У. Дэвенпорта

Номограммы для оценки нарушений КОС методом доверительных полос

n n Без номограммы, компенсаторные сдвиги при первичных нарушениях КОС можно оценить с помощью формул из таблицы Принципиально важно: компенсаторные сдвиги, работая «против» первичной тенденции изменения р. Н, не исправляют его ненормального значения

При каких заболеваниях наиболее ярко проявляются типичные клинико-лабораторные признаки основных нарушений КОС n n ацидоз газовый (острая пневмония), ацидоз метаболический с накоплением в крови кислых эквивалентов (некомпенсированный ацидоз при сахарном диабете), алкалоз газовый (при подъеме на большие высоты), алкалоз метаболический (при потере кислых эквивалентов организмом – неукротимая рвота беременных).

АЦИДОЗЫ И АЛКАЛОЗЫ (КЛЮЧЕВЫЕ ПОНЯТИЯ) n n n n n Алкалоз Ацидоз Метаболический ацидоз (алкалоз) Дыхательный ацидоз (алкалоз) Декомпенсированные ацидоз и алкалоз Ацидемия Алкалемия Коррекция КОС Компенсация КОС

• 616 -092 П 444 ЮК Подоксенов ЮЮ Вечерский НВ Рязанцева Клиническая патофизиология кислотно-основного состояния. Учебное пособие. – Сиб. ГМУ, 2008. (изложены патофизиологические аспекты проблемы поддержания КОС в организме)