ПАТОФІЗІОЛОГІЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО СТАНУ Лектор Кришталь Микола Васильович

ПАТОФІЗІОЛОГІЯ КИСЛОТНО-ОСНОВНОГО СТАНУ Лектор – Кришталь Микола Васильович, д. м. н. , професор, завідувач кафедри патофізіології НМУ ім. О. О. Богомольця

Під кислотно-основним (кислотно-лужним) станом розуміється здатність організму підтримувати концентрацію іонів водню (протонів, Н+) в біологічних рідинах на дуже низькому рівні та в дуже вузьких межах коливань.

Нормальна концентрація іонів водню (Н+) у позаклітинній рідині становить 40 некв/л, що відповідає р. Н— 7, 4. Така концентрація Н+ у 100 тис. разів менша, ніж концентрація К+, і в 1 млн. — ніж концентрація Na+. Нормальні коливання водневого показника (р. Н) від 7, 35 до 7, 45 відповідають змінам концентрації Н+ тільки на 10 некв/л.

Це пов’язано з тим, що іони водню мають дуже високу біологічну активність. Порушення кислотнооснόвного стану (КОС), тобто зрушення р. Н за межі норми, призводить до зміни активності ферментів, проникності мембран, чутливості рецепторів, активності БАР, секреції гормонів, стану колоїдів, нервово-м’язової збудливості, порушення синтезу АТФ тощо.

Тим часом у процесі метаболізму жирів, білків і вуглеводів щодоби утворюється 1520 тис. мілімоль (ммоль) СО 2. Частково розчиняючись у воді, СО 2 утворює вуглекислоту. Крім того, в реакціях проміжного обміну за нормальних умов утворюється приблизно 50 -100 мекв нелетких кислот. Кількість кислот, що утворюються, залежить від вмісту білка в їжі та різко зменшується за молочнорослинної дієти. Значне збільшення вироблення органічних кислот відбувається під час гіпоксії, голодування та цукрового діабету.

Механізми підтримання сталості КОС: §фізико-хімічні (буфери та іонообмін) §фізіологічні (робота легень та нирок)

Якщо прийняти всю буферну ємність крові за 100 %, то гідрокарбонатний (бікарбонатний) буфер становить 53 %, з яких гідрокарбонат плазми — 35 %, а еритроцитів — 18 %. 35 % становить ємність гемоглобінового буфера, 7 — білкового буфера плазми, 3 — органічних фосфатів еритроцитів, 2 % — неорганічних фосфатів плазми й еритроцитів.

Отже, найважливішим буфером крові є гідрокарбонатний буфер. У міжклітинній рідині, об’єм якої втричі перевищує об’єм крові, буферна ємність майже виключно визначається гідрокарбонатним буфером. Крім того, унікальною властивістю цього буфера є його відкритий характер і швидка регенерація. Все це робить гідрокарбонатний буфер головним і визначальним у підтриманні р. Н позаклітинної рідини.

Ефективність роботи гідрокарбонатного буфера щодо підтримання р. Н на нормальному рівні залежить від збереження співвідношення [гідрокарбонат]/[CO 2 розч. ] у межах, близьких до 20. Резервні ж можливості цього буфера за нормального р. CO 2 будуть найбільшими при концентрації гідрокарбонату в плазмі близько 24 мекв/л. Сталість респіраторного компонента цього буфера залежить від роботи легень і дихального центру, метаболічного — визначається діяльністю нирок.

Оскільки буферна ємність позаклітинної рідини, а отже, і її р. Н визначаються головним чином станом гідрокарбонатного буфера, очевидно, що зміна співвідношення респіраторного і метаболічного компонентів цього буфера призведе до порушення КОС організму у формі ацидозу чи алкалозу.

Ацидоз — патологічний стан, для якого є характерним зниження р. Н або тенденція до зниження р. Н унаслідок зменшення співвідношення між метаболічним і респіраторним компонентами гідрокарбонатного буфера.

Алкалоз — патологічний стан, для якого є характерним підвищення р. Н або тенденція до підвищення р. Н унаслідок збільшення співвідношення між метаболічним і респіраторним компонентами гідрокарбонатного буфера.

Якщо внаслідок порушення виведення легенями CO 2 збільшиться р. CO 2 понад 40 мм рт. ст. , це призведе до розвитку газового ацидозу. Якщо ж унаслідок гіпервентиляції р. CO 2 зменшиться, виникне газовий алкалоз.

Відповідно в разі первинного зменшення концентрації гідрокарбонату в плазмі крові нижче від 24 мекв/л виникне негазовий ацидоз, а в разі первинного збільшення вмісту гідрокарбонату — негазовий алкалоз.

Якщо при цьому р. Н завдяки роботі механізмів компенсації буде лишатися в межах норми, ацидоз і алкалоз дістануть назву компенсованих. Якщо внаслідок недостатності механізмів компенсації р. Н вийде за межі норми, ацидоз і алкалоз будуть називатися декомпенсованими.

Всі катіони й аніони поділяються на: 1) фіксовані (вміст їх в позаклітинній рідині організму відповідає їх концентрації у водах первісного океану і може змінюватися тільки внаслідок їх введення в організм або виведення; до них належать Na+, K+, Ca 2+, Mg 2+, Cl-, HPO 42 - тощо); 2) напівфіксовані (утворюються і метаболізуються в процесі обміну вуглеводів, жирів і білків з невисокою швидкістю — NH 4+, лактат, піруват, кетонові тіла, білки); 3) нефіксовані (утворюються і зникають у процесі метаболізму практично миттєво — гідрокарбонат та іон водню).

Якщо вміст у біологічних рідинах іонів водню цілком визначається станом буферних систем, головним чином гідрокарбонатного буфера, то концентрація гідрокарбонату визначається співвідношенням у біологічних рідинах фіксованих і напівфіксованих катіонів та аніонів.

Надлишок катіонів, насамперед натрію, збільшує вміст нефіксованого аніона — гідрокарбонату, а їхня нестача зменшує його концентрацію.

Виходячи з цього, можна вважати, що негазовий ацидоз виникає внаслідок зменшення гідрокарбонату, спричиненого зменшенням співвідношення між фіксованими катіонами та аніонами, а негазовий алкалоз — через збільшення гідрокарбонату, спричиненого збільшенням співвідношення між фіксованими катіонами й аніонами.

Мал. Графічне концентрації зображення НСО 3 - від залежності співвідношення концентрацій інших іонів і катіонів (іонограма Гембла) у біологічних рідинах: А – норма; Б – гіпонатріємічний ацидоз (видільний); В – лактат- або кетоацидоз (метаболічний); Г – гіперхлоремічний ацидоз (екзогенний); Ґ – гіпохлоремічний алкалоз (видільний); Д – гіпохлоремічний алкалоз (екзогенний)

Етіологія і класифікація негазових зрушень КОС. Залежно від причини, що зумовлює порушення співвідношення між катіонами та аніонами позаклітинної рідини, негазовий ацидоз поділяють на: 1) метаболічний, 2) видільний, 3) екзогенний.

Метаболічний ацидоз виникає при надмірному утворенні або порушенні метаболізму органічних кислот, наприклад, лактату під час гіпоксії та при цукровому діабеті, кетонових тіл в перебігу голодування та діабету, піровіноградної та α-кетоглутарової кислот при нестачі вітаміну В 1 тощо.

Негазовий видільний ацидоз може бути нирковим і виникає або через порушення виведення аніонів нелетких кислот у разі значного зменшення клубочкової фільтрації, або ж порушення функцій ниркових канальців. Канальцевий поділяється на кілька типів: І — гіпокаліемічний дистальний канальцевий ацидоз виникає в разі порушення реабсорбції іонів калію в обмін на іони водню, що секретуються вставними клітинами А-типу збірних ниркових трубочок; виявляється неспроможністю знижувати р. Н сечі менше 5, 3 порівняно з нормою, за якою р. Н може знижуватися до 4, 5;

ІІ — проксимальний канальцевий ацидоз спостерігається в разі порушення реабсорбції профільтрованого натрію гідрокарбонату; ІІІ — ацидоз І типу у дітей; ІV — гіперкаліемічний дистальний канальцевий ацидоз, зумовлений порушенням секреції K+ і Н+ в обмін на Na+ в головних клітинах збірних ниркових трубочок при гіпоальдостеронізмі або резистентності до мінералокортикоїдів. Канальцевий ацидоз може виникати також під час порушення синтезу і секреції іонів амонію в проксимальних канальцях, що характерно для хронічної недостатності нирок.

Крім ниркового, до видільного належить також ацидоз, який виникає в разі підвищеного виведення з кишок гідрокарбонату внаслідок діареї. Це спричинено тим, що великі кількості Na. HCO 3 та KHCO 3 утворюються в кишечнику при метаболізмі натрієвих і калієвих солей органічних кислот.

Негазовий екзогенний ацидоз виникає після введення в організм кислот (наприклад, хлоридної або оцтової) або солей сильних кислот з катіонами, що метаболізуються, наприклад NH 4 Cl, який після проходження крізь печінку втрачає іон амонію під час біосинтезу сечовини, внаслідок чого в кров потрапляє іон хлору і утворюється HCl. Надходження в організм етиленгліколю призводить до утворення щавлевої кислоти, перетворення метанолу на мурашину кислоту, етанолу — на оцтову.

Негазовий алкалоз поділяють на: 1) видільний, який виникає внаслідок підвищення в нирках реабсорбції іонів натрію без супутніх іонів хлору під час гіперальдостеронізму та в разі тривалого введення мінерало- або глюкокортикоїдів, або в разі порушення реабсорбції іонів хлору після введення хлорних діуретиків, або під час блювання, коли організм втрачає Cl-; 2) екзогенний, який виникає після введення в організм лугів або солей з органічними аніонами, що метаболізуються, наприклад натрію сукцинату або натрію лактату, під час метаболізму яких на завершальному етапі утворюється Na. HCO 3.

Негазові ацидоз і алкалоз можуть тимчасово компенсуватися за рахунок зміни роботи легень

Основні параметри КОС у разі його порушення, при компенсаторних реакціях і відновленні Основні Тимчасова Остаточна порушення компенсація корекція Вид порушення р. Н [Н+] Негазовий ↓ ↑ ↓ [HCO 3 -] ↓ р. CO 2 ↑ [HCO 3 -] ↑ ↓ ↑ [HCO 3 -] ↑ р. CO 2 ↓ [HCO 3 -] ↓ ↑ ↑ р. CO 2 ↑ [HCO 3 -] ↓ р. CO 2 Газовий алкалоз ↑ ↓ ↓ р. CO 2 ↓ [HCO 3 -] ↑ р. CO 2 ацидоз Негазовий алкалоз Газовий ацидоз

Швидке часткове зменшення порушення нормального співвідношення фіксованих катіонів і аніонів, а отже, і концентрації гідрокарбонатів крові, досягається за рахунок ще одного фізико-хімічного механізму компенсації — іонообміну. В разі позаклітинного ацидозу з клітин виходять іони калію, а з кісток — іони кальцію, магнію та натрію. При цьому в клітини входять іони хлору. Кожна зміна р. Н на 0, 1 супроводжується протилежною зміною концентрації калію в плазмі приблизно на 0, 6 мекв/л.

Значення нирок в остаточній корекції негазових порушень КОС визначається тим, що вони забезпечують виведення нелетких кислот, регенерують метаболічний компонент гідрокарбонатного буфера, який був витрачений на нейтралізацію сильних нелетких кислот, реабсорбують увесь гідрокарбонат, який профільтрувався у первинну сечу.

Часто під виведенням кислот помилково розуміють екскрецію іонів водню. Однак кислоти, які вводяться в організм або утворюються в процесі метаболізму, потрапляють в нирки вже в забуференому стані у вигляді натрієвих солей, які не можна виводити з організму, оскільки це призвело б до втрати води з розвитком гіповолемії.

Оскільки головною патогенетичною ланкою нереспіраторних зрушень КОС організму є порушення співвідношення в позаклітинній рідині між фіксованими і напівфіксованими катіонами й аніонами, зрозуміло, що роль нирок у компенсаторних реакціях організму при негазових ацидозі та алкалозі полягає у відновленні нормального співвідношення між фіксованими катіонами й аніонами плазми крові. В цьому процесі роль нирок є визначальною, оскільки тільки вони здатні забезпечити ізоіонію крові.

У випадку ацидозу завдання нирок полягає у поверненні в кров дещо більшої кількості натрію, ніж аніонів нелетких кислот, при алкалозі нирки виконують протилежну дію.

Головним засобом, що дозволяє виводити з організму надлишок аніонів нелетких кислот без втрати іонів натрію, є нирковий амоніогенез, який дозволяє виводити аніони кислот у вигляді амонійних солей. Крім того, амоніогенез і карбоангідразна реакція забезпечують повернення в кров натрію гідрокарбонату, забезпечуючи регенерацію гідрокарбонатного буфера.

Відновлення завдяки роботі нирок нормального співвідношення фіксованих катіонів і аніонів плазми крові автоматично відновлює нормальну концентрацію гідрокарбонату, а отже, і нормалізує КОС організму.