Нарушение кислотно-основного состояния

Постоянство pH внутренней среды является необходимым условием существования высших организмов. Оно обеспечивается определенным соотношением кислот и оснований (кислотно-основное состояние - КОС) в биологических средах, при нарушении которого (выход pH за пределы 6,8 - 7,8) организм погибает.

Рис. 14.10. Виды нарушении кислоти о-основного состояния.

По механизму развития ацидоз или алкалоз бываетгазовым (респираторным), развивающимся при нарушении обмена и транспорта С02, и негазовым (метаболическим), который возникает при накоплении в организме нелетучих продуктов кислого и основного характера.

Устранение сдвига pH в организме осуществляется с помощью физико-химических и физиологических механизмов регуляции. Первыми, наряду с разведением кислот и оснований внеклеточной жидкостью, включаются буферные системы крови. Биологический буфер состоит из кислого (донор H-) и основного (акцептор H+) компонентов, соотношение между которыми при нормальном pH является величиной постоянной. Исходя из этого, соляная кислота, например, является более сильной, чем угольная, а анион Cl- по сравнению с НСОЗ- обладает менее выраженными основными свойствами, так как слабее удерживает возле себя ионы водорода.

Основными буферами организма являются четыре: гидрокарбонатный H2C03/NaHC03 = 1/19, который действует в основном в крови; фосфатный NaH2P04/Na2HPO4 = 1/4 - в почках и других тканях; белковый (NH2 -R- СООН) и гемоглобиновый Нв02/Нв.

Главные клеточные буферы - это белковый и фосфатный. Буферная система способна нейтрализовать избыток как кислот, так и оснований в организме, переводя их в форму, удобную для выведения. Так как продукты этих реакций тоже являются кислотами и основаниями, хотя и более слабыми, сдвиг pH только смягчается, но не ликвидируется. Полная нормализация кислотно-основного состояния происходит только с помощью физиологических механизмов компенсации, которые выводят кислоты и основания из организма и восстанавливают нормальное соотношение компонентов буферных систем.

Почки осуществляют регуляцию содержания кислот и оснований в организме с помощью трех основных процессов:

1. Ацидогенез (секреция Н-ионов эпителием канальцев нефрона и выведение их с мочой путем преобразования основных фосфатов в кислые, а также экскреция слабых органических кислот). Секреция Н-ионов обеспечивается сложной работой эпителия канальцев нефрона, где постоянно с участием угольной карбоангидразы из С02 и воды происходит образование угольной кислоты, которая затем диссоциирует на ионы водорода, активно секретируемые в просвет канальцев, и анионы НСОЗ-. Интенсивность секреции H- ионов зависит от количества С02 в клетках, а следовательно, от рС02 в крови. Для предотвращения значительного снижения pH мочи (ниже 4,5 наступает гибель эпителия почечных канальцев) свободные Н-ионы в ней связываются. Если связывание происходит с помощью Na2HP04 (основного компонента фосфатного буфера), то превращение его в NaH2P04 вызывает некоторое подкисление мочи, но в меньшей степени, чем свободные ионы водорода. Освобожденные при этом катионы натрия реабсорбируются и уходят в кровь в составе NaHC03. Количество кислого фосфата и слабых органических кислот (кетоновые тела, молочная, лимонная и другие кислоты) определяет титрационную кислотность мочи.

2. Аммониогенез. Усиление аммониогенеза наблюдается при значительном снижении pH мочи. Этот процесс заключается в образовании аммиака из глутамина и других аминокислот в эпителии канальцев нефрона и последующем связывании им Н-ионов (рис. 14.11). Образовавшийся ион аммония реагируете анионом сильной кислоты (обычно с хлором). Аммиачная соль NH4C1 выводится с мочой, не снижая значение ее pH.

3. Реабсорбция гидрокарбоната. Фильтрующийся в нефроне гидрокарбонат обычно не появляется во вторичной моче. Проходя через канальцы, он отдает катион натрия взамен на секретируемые ионы водорода и превращается в угольную кислоту, расщепляющуюся до С02 и воды. Моча при этом не меняет своей реакции. Источником образования Н2СОЗ, отдающей свои Н-ионы в обмен на Na, является С02 крови в случае повышения его напряжения и С02, диффундирующий из мочи. Оставшийся в клетках после отщепления ионов водорода НСОЗ- присоединяет реабсорбированный Na+ и в виде NaHC03 восполняет количество гидрокарбоната крови, ушедшего в мочу при фильтрации. Как видно, при реабсорбции гидрокарбоната анион НСОЗ- не транспортируется, а обратно в кровь поступает только Na+. Современные научные представления о регуляции pH жидкостей организма основываются главным образом на результатах исследования крови и плазмы. О концентрации Н-ионов внутри клеток сведений недостаточно из-за отсутствия совершенных методов ее определения. Известно, что активная реакция внутриклеточной жидкости менее щелочная (pH 6,9), чем внеклеточной. При патологических состояниях может изменяться величина pH внутри клетки и вне ее, причем изменения эти нередко бывают различными.

Ацидоз.

Рис. 14.11. Роль почек в поддержании кислотно-основного равновесия при ацидозе.

Газовый ацидоз развивается при избытке в организме углекислоты вследствие нарушения ее выведения легкими. Причиной этого чаще всего является снижение альвеолярной вентиляции при заболеваниях легких или угнетении дыхательного центра

наркотиками, барбитуратами. Кроме того, газовый ацидоз возникает при вдыхании газовых смесей с высоким содержанием С02 Избыток С02 в крови обусловливает повышение концентрации Н2СОЗ, которая образуется в эритроцитах.

Избыток H- -ионов, образующихся при диссоциации угольной кислоты, в значительной степени удерживается в эритроцитах восстановленным гемоглобином, выполняющим роль основания. Освободившийся анион HC03- частично связывается с К+ гемоглобина, а в основном, отчасти в обмен на Cl-, поступает в плазму, где соединяется с ионами натрия (из NaCl, белков и фосфатов). В результате этого повышается содержание гидрокарбоната. Некоторое количество ионов водорода при газовом ацидозе связывается белками,- которые ведут себя в данном случае как основания. Таким образом, большая часть избытка С02 в крови преобразуется в гидрокарбонат вследствие действия угольной ангидразы эритроцитов и гемоглобиновош буфера (в меньшей степени белкового).

Роль почек в компенсации газового ацидоза заключается в усилении секреции Н-ионов. Кислотность мочи повышается. Аммониогенез может быть несколько увеличен.

Если газовый ацидоз долго не ликвидируется, выраженная гиперкапния может привести к вторичным явлениям повреждения. Так, возникающий в периферических тканях спазм артериол вызывает повышение артериального давления и тем самым затрудняет работу сердца. Спазм почечных сосудов снижает образование мочи. Сосуды головного мозга под влиянием С02, напротив, расширяются, вследствие чего увеличивается внутричерепное давление. Значительная концентрация С02 в крови повышает возбудимость блуждающего нерва, а это в свою очередь может привести к остановке сердца, а также спазму бронхиол и усилению секреции слизи в них, что дополнительно затрудняет дыхание. Иногда газовый ацидоз осложняется негазовым, так как нарушение дыхания обычно приводит к недостаточному поступлению кислорода в организм и накоплению в тканях недоокисленных продуктов обмена.

Негазовый ацидоз является самой грозной и наиболее часто встречающейся формой нарушений кислотно-основного равновесия. Развивается он при накоплении в крови нелетучих кислых продуктов обмена вследствие избыточного образования, недостаточного выведения или избыточного введения их в организм (глубокая гипоксия, сахарный диабет, голодание, тяжелые поражения печени и почек и др.). Причиной негазовош ацидоза может быть также значительная потеря гидрокарбонатов в составе щелочного кишечного сока. Наиболее быстро и тяжело развивается негазовый ацидоз при кислородном голодании вследствие глубоких нарушений кровообращения (остановка сердца, шок, коллапс и др). Неизбежным осложнением при этом является ослабление выведения из крови С02 и присоединение газового ацидоза.

Нейтрализация высокой концентрации Н⁺-ионов, имеющая компенсаторное значение при негазовом ацидозе, осуществляется прежде всего путем связывания их NaHC03 - основным компонентом гидрокарбонатного буфера. В результате реакции наблюдается уменьшение количества вступающего в реакцию NaHCCB, образование угольной кислоты и натриевой соли нейтрализованной кислоты. При этом изменяется соотношение между числителем и знаменателем в формуле гидрокарбонатного буфера в сторону преобладания числителя. Восстановление их нормального соотношения в результате увеличения концентрации NaHCCB и уменьшения Н2СОЗ происходит по мере дальнейшего включения компенсаторных реакций. Недостаток гидрокарбоната в плазме, являющийся главным показателем негазовош ацидоза, компенсируется в значительной степени за счет обмена ионов между эритроцитами и плазмой: избыток угольной кислоты реагирует с NaCl и образует NaHCCB, H- и Cl-; анионы хлора уходят в эритроциты. Восстановление гидрокарбоната происходит отчасти за счет взаимодействия угольной кислоты с основаниями других буферных систем (белковой, фосфатной), а также "реабсорбции" его в почках.

Главным механизмом ликвидации избытка угольной кислоты в организме является гипервентиляция легких. Будучи нестойкой, угольная кислота под влиянием карбоангидразы эритроцитов распадается на С02 и Н20. Высокая концентрация С02 (как и снижение pH) возбуждает дыхательный центр, вызывая гипервентиляцию легких. Этому механизму, как и гидрокарбонатному буферу, принадлежит решающая роль в компенсации негазовош ацидоза.

В связывании избытка ионов водорода, вызвавших ацидоз, кроме гидрокарбонатного буфера, определенную роль играет и белковый. Частично излишки Н-ионов в обмен на К +перемещаются из плазмы в эритроциты и клетки тканей, что приводит к гиперкалиемии. Ионы водорода уходят также в костную ткань, обмениваясь на Na и Са2+. В плазме крови увеличивается концентрация катионов К+, Na+, Са2+.

Выделительная функция почек при негазовом ацидозе имеет меньшее значение, чем гипервентиляция легких. Поскольку рС02 в крови при этом понижено, снижается и активность зависимых от этою процессов в эпителии канальцев нефрона - секреции H- ионов и сопряженной с ней реабсорбции гидрокарбоната. Значительно повышается титрационная кислотность вследствие выделения фильтрацией нелетучих органических кислот, вызвавших, ацидоз (кетоновые тела, молочная кислота и др.); возрастает выделение аммиачных солей.

Поддержание кислотно-основною равновесия при негазовом ацидозе достигается ценой изменения показателей других систем. Так, уменьшение в крови напряжения С02может вызвать нарушение дыхания, а также снижение тонуса сосудов, приводящее к уменьшению почечною кровотока, а следовательно, и мочеобразования. Выделение в плазму ионов К+, Na+ и Са2+ из клеток и костной ткани в обмен на Н-может явиться причиной аритмии сердца, угнетения нервно-мышечной возбудимости, декальцинации костей и т. д.