Диагностика и коррекция кислотно-основного состояния у больных в критическом состоянии

А.В.Бутров, С.В.Галенко, В.А.Мороз

Кафедра анестезиологии и реаниматологии РУДН, отделение анестезиологии и реаниматологии №2, ГКБ №64, Москва

Кислотно-щелочное равновесие (кислотно-основное равновесие, кислотно-щелочной баланс, равновесие кислот и оснований) – относительное постоянство концентрации водородных ионов во внутренних средах организма, обеспечивающее полноценность метаболических процессов, протекающих в клетках и тканях. Кислотно-основное состояние (КОС) – сбалансированный процесс образования, буферирования и выделения кислот для поддержания относительно постоянного соотношения водородных [Н+] и гидроксильных [ОН-] ионов, что определяет оптимальный характер обменных процессов и физиологических функций.
Обмен веществ и энергии в тканях нуждается в непрерывном поступлении кислорода и выведении углекислоты, образующейся в результате метаболических превращений веществ. Кислород в клетки и углекислота из клеток переносятся кровью, которая является важнейшим компонентом внутренней среды организма. Помимо углекислоты кровь содержит и другие кислые продукты, например молочную, b-оксимасляную кислоты, а также основания. Реакция жидкостей организма зависит от соотношения в них кислот и оснований; состоянию кислотно-щелочного равновесия соответствует величина рН крови в диапазоне от 7,37 до 7,44 [1]. рН (power Hydrogen – «сила водорода») представляет собой отрицательный десятичный логарифм от концентрации водородных ионов в растворе и является одной из самых жестких физиологических констант. Удержание значения рН в таких жестких рамках необходимо для осуществления нормального метаболизма и активности некоторых белков, например ферментов, факторов свертывания крови и белков, определяющих мышечные сокращения. Сдвиг рН на 0,1 по сравнению с физиологической нормой уже способен привести к тяжелым нарушениям гомеостаза. Колебания рН крови, выходящие за диапазоны нормальных значений, свидетельствуют о патологических изменениях обмена веществ или дыхания [1, 2].
Для поддержания кислотно-щелочного равновесия в организме существуют эффективные системы, способные обеспечить выведение или нейтрализацию водородных ионов при их избытке или задержку ионов Н+ в организме при их дефиците. К таким системам относятся буферные системы крови, дыхательная система (легкие) и выделительная система (почки).
К буферным системам крови относят: бикарбонатную, фосфатную, белковую, гемоглобиновую. Буферные возможности крови распределены почти поровну между плазмой и эритроцитами. В клетках наибольшее значение имеют буферные свойства белка, на втором месте стоит бикарбонат. В плазме, наоборот, бикарбонат стоит на первом месте, а белки – на втором. В интерстициальной жидкости, которая функционально связана с кровью, содержится бикарбонатный буфер (его концентрация примерно в 2 раза меньше, чем в плазме, но поскольку межклеточной жидкости примерно в 2 раза больше, чем крови, их суммарные буферные возможности оказываются одинаковыми) [3].
Бикарбонатная система: Н₂СО₃ (угольная кислота) – NaHCO₃ (бикарбонат натрия), общим ионом в которой является бикарбонатный ион. Бикарбонатные ионы, освобождающиеся при диссоциации соли, подавляют диссоциацию слабой угольной кислоты. Механизм буферного действия бикарбонатной системы крови состоит в следующем: при поступлении в кровь большого количества так называемых кислых эквивалентов ионы Н+ связываются ионами и образуют слабо диссоциирующую Н₂СО₃ до тех пор, пока концентрация водородных ионов снова не придет к норме. Если реакция крови сдвигается в щелочную сторону и в крови появляется избыток ионов ОН (ионов гидроксила), угольная кислота соединяется с ними и образует воду и ионы бикарбоната: OH^–+H₂CO₃=H₂O+ – до тех пор, пока реакция среды не вернется к физиологической норме. Таким образом, поступление в кровь избыточного количества кислых эквивалентов (или оснований), образующегося в результате определенных изменений в клеточном метаболизме, не приводит к сколько-нибудь заметным сдвигам в концентрации ионов Н+ в крови [2, 3].
Такой же механизм действия и другой буферной системы крови – фосфатной, роль кислоты в которой играет однозамещенный фосфат натрия NaH₂PO4, а роль соли – двузамещенный фосфат натрия Na₂HPO4. Так как фосфатов в крови меньше, чем бикарбонатов, емкость фосфатной буферной системы ниже, чем бикарбонатной [2, 3].
Белки, особенно гемоглобин, являются самой мощной буферной системой организма. При насыщении кислородом гемоглобин становится более сильной кислотой после того, как его кислотные группы, диссоциируя, отдадут в кровь ионы Н+, гемоглобин, став более слабой кислотой, начинает связывать ионы Н+. Эритроциты в капиллярах отдают кислород и принимают углекислоту, образовавшуюся в тканях. Под действием фермента карбоангидразы эритроцита углекислота СО₂ взаимодействует с водой Н₂О с образованием угольной кислоты Н₂СО₃. Возникающий за счет диссоциации угольной кислоты избыток ионов Н+ связывается гемоглобином, отдавшим кислород, а ионы выходят из эритроцитов в плазму крови. В результате этого в плазме крови повышается концентрация бикарбонатных ионов, т.е. буферная система эритроцитов тесно связана с бикарбонатной буферной системой крови. В обмен на ионы бикарбоната в эритроцит поступают ионы хлора (Cl), для которых мембрана эритроцита проницаема, а ионы Na+ (вторая составляющая NaCI) остаются в плазме крови [2, 4].
При прохождении крови через легкие ее буферные системы разгружаются от кислых эквивалентов за счет выделения углекислоты, и буферные резервы крови восстанавливаются в прежнем объеме, однако эффект легких на восстановление кислотно-основного равновесия сказывается по прошествии большего промежутка времени, чем эффект буферных систем крови. Но, увеличивая количество выделяющейся в окружающую среду углекислоты, легкие быстро ликвидируют угрозу ацидоза.
Почки обладают способностью уменьшать или увеличивать концентрацию бикарбонатов в крови при изменении концентрации водородных ионов. Соотношение между концентрацией ионов Н+ в моче и крови в среднем составляет 800:1, что иллюстрирует способность почек выводить из организма ионы Н+. Обычно рН мочи находится в пределах 5,5–7,5. Скорость секреции ионов Н+, обмениваемых на натрий, зависит от концентрации углекислоты во внеклеточной жидкости [1].
Ацидоз – это снижение рН крови ниже допустимого предела (избыток ионов водорода). Ацидоз возникает при накоплении кислоты или значительных потерях бикарбоната. Основные виды ацидоза – дыхательный и метаболический. Дыхательный ацидоз развивается при избытке углекислоты в крови. В первую очередь этот процесс бывает обусловлен дыхательной недостаточностью, причинами которой являются угнетение дыхательного центра и другие поражения центральной нервной системы; слабость дыхательных мышц (например, у пациентов с рассеянным склерозом или новорожденных); нарушения газообмена при пневмонии, бронхите, бронхиальной астме, обструкции дыхательных путей; неправильный выбор режима искусственной вентиляции легких [1, 4, 5].
Метаболический ацидоз развивается при метаболических нарушениях, полиорганной недостаточности, существенных потерях электролитов и воды, как побочное действие некоторых лекарственных препаратов и, избыточном питании (особенно при парентеральном питании). У пациентов в критическом состоянии при дыхательной недостаточности в случае избытка углеводов и жиров в питании наблюдается перегрузка углекислотой (которая должна выводиться через легкие) [5].
К другим причинам ацидоза относятся диабетический кетоацидоз, голодание, гиперхлоремический ацидоз, лактатный ацидоз, выраженное обезвоживание, диарея (большие потери бикарбоната), болезни почек, болезни печени, прием некоторых лекарственных препаратов и медикаментозные отравления, избыточное питание [4].
При тяжелом ацидозе угнетается сократимость миокарда, значительно повышается риск аритмий, развивается вазоконстрикция, снижаются общее периферическое сосудистое сопротивление и артериальное давление, органный кровоток и ухудшается доставка кислорода к органам. Ацидоз – едва ли не самое частое нарушение КОС у пациентов отделений интенсивной терапии. Тактика лечения ацидоза во многом зависит от его причины. В неотложных случаях чаще всего применяются такие буферные растворы, как бикарбонат натрия или трометамол. Использование щелочных буферов для коррекции метаболического ацидоза имеет многолетнюю традицию. При многих критических состояниях и заболеваниях возникновение метаболического ацидоза обусловлено накоплением молочной кислоты и других недоокисленных продуктов обмена при анаэробном метаболизме, а также дыхательного ацидоза, связанного с увеличенной продукцией СО₂ в сочетании с уменьшением удаления его через легкие [4–7]. Ацидоз вызывает множество разнообразных сдвигов в деятельности органов и систем организма и сопровождается взаимообусловленными нарушениями функции крови, кровообращения, дыхания, печени, почек, дезинтеграцией обменных процессов, что приводит к еще большему нарушению КОС. Если дыхательные нарушения можно компенсировать адекватной искусственной вентиляцией, то проблема коррекции метаболического ацидоза остается до сих пор не решенной окончательно и дискутируется во многих работах [7–9].
Основная роль известных в настоящее время щелочных буферных растворов – это обеспечение защиты против дополнительных закисляющих факторов, вызывающих дальнейшее снижение содержания бикарбоната в плазме и увеличение pСО₂ в артериальной крови.
Впервые бикарбонат натрия был предложен Howland и соавт. в 1916 г. для лечения диареи у детей и с тех пор используется для коррекции ацидоза различной этиологии. В 1959 г. Nahas [10, 11] как альтернативу представил органический трис-буфер (THAM). В 1984 г. Filley и соавт. [12] был введен карбикарб, а в 1985 г. Wiklund и соавт. [13] предложили Трибонат (смесь трометамола, бикарбоната натрия, ацетата и фосфата). В литературе бикарбонат натрия рекомендуется как основное ощелачивающее средство [8, 14, 15]. Ощелачивающий эффект при применении соды развивается быстро, через 10–15 мин после внутривенного введения, а действие препарата в основном внеклеточное [16]. Однако бикарбонат натрия обладает рядом побочных эффектов, ограничивающих его применение [9, 13]. Выдох углекислого газа – основной способ для организма, чтобы устранить сдвиг рН в кислую сторону. В этом отношении, бикарбонат функционирует больше как донатор протонов, чем буфер крови. Напротив, гистидиновая часть гемоглобина – наиболее важный физиологический буфер крови – может являться временным депо протонов. Использование 44,6 ммоль 7,5% бикарбоната натрия ведет к созданию приблизительно 1000 мл углекислого газа, который должен быть устранен легкими. Это требует удвоение альвеолярной вентиляции в течение нескольких минут, чтобы предотвратить гиперкапнию. Если дыхание, перфузия или выделение CO₂ нарушены, щелочной эффект бикарбоната натрия в плазме также уменьшается. Увеличение CO₂ в крови сопровождается частичным увеличением pCO₂ в клетках, и в результате задержки CO₂ в клетках происходит сдвиг pH в кислую сторону. В случае увеличения лактата и задержки CO₂ даже применение бикарбоната натрия не оказывает никакого эффекта, поскольку протоны, взятые от бикарбоната, ведут к образованию воды и углекислоты, и в результате накопление CO₂ в клетках усиливается. При этом образовавшийся СО₂ при буферировании бикарбонатом не может удалиться за счет дыхания и, как следствие, достаточная коррекция ацидоза не достигается. Поэтому бикарбонат натрия противопоказан при дыхательной недостаточности, если нет респираторной поддержки [7, 9, 13, 16].
В связи с очевидными ограничениями использования бикарбоната появилась необходимость в поиске оптимального средства для коррекции ацидоза, которым по праву может считаться Трометамол. Трометамол – органический аминопротонный акцептор, обладающий низкой токсичностью, который при парентеральном введении становится компонентом буферной системы организма и используется как ощелачивающий агент в лечении метаболического ацидоза. Трометамол связывает не только фиксированные катионы и метаболические кислоты, но также и водородные ионы угольной кислоты, таким образом, увеличивая количество бикарбонатных анионов (HCO₃). Поскольку при этом снижается парциальное давление углекислого газа в капиллярах и интерстициальном пространстве, происходит быстрая диффузия углекислоты из клеток. Это, возможно, является основным механизмом повышения рН внутри клеток, поскольку Трометамол очень плохо проникает в клетку и только в форме, не связанной с ионами водорода. Проникновение Трометамола в клетку бывает лишь в щелочной среде, если равновесие сдвинуто в сторону не связанной с протонами формы Трометамола. Поэтому основное действие Трометамола происходит во внеклеточной среде. В организме человека при нормально функционирующих почках основные клеточные буферы – это печень и в несколько меньшей степени – эритроциты.
Трометамол быстро восстанавливает pH и стабилизирует КОС при ацидемии, вызванной задержкой углекислоты или накоплением метаболических кислот. Субстанция, являясь слабым основанием, после внутривенного введения, притягивает и соединяется с водородными ионами и их связанными кислотными анионами, а образовавшиеся соли – выделяются с мочой. Трометамол также может объединяться с лактатом, пируватом и другими метаболическими кислотами, с угольной кислотой. Реакция трометамола с кислотой представлена следующим образом:
(CH₂OH)₃-C-NH₂+H₃₀+→ (CH₂OH)₃-C-NH₃⁺+H₂0
При pH 7,4 приблизительно 70% присутствующего в плазме трометамола находится в ионизированной (протонированной) форме. Если pH снижается (рН<7,4), ионизированная фракция препарата увеличивается. В отличие от ионизированной фракции трометамола, которая во время применения реагирует только с кислотой во внеклеточной жидкости, фракция, которая остается объединенной в физиологическом pH, предположительно, является способной к проникновению через мембрану клетки, соединяясь с внутриклеточной кислотой [17–19]. Существенная часть трометамола (30% при pH 7,4) не ионизирована, поэтому способна достигать равновесия в водной среде организма. Эта часть может проникать в клетки и нейтрализовать кислые ионы во внутриклеточной жидкости.
После применения трометамола уменьшается концентрация водородных ионов за счет уменьшения концентрации донаторов протонов и увеличения протонных акцепторов в буферных системах. В бикарбонатном буфере концентрация растворенной углекислоты уменьшается (по крайней мере, пока регулирующие механизмы компенсированы), а концентрация бикарбоната увеличивается. Снижение рСО₂ уменьшает стимуляцию дыхательного центра и может привести к гиповентиляции.
Трометамол действует как слабый осмотический диуретик, увеличивая количество щелочной мочи умеренным диуретическим действием, моча при этом приобретает щелочную реакцию, в ней много карбоната калия и гидрокарбоната.
Значение рК для трометамола при 37о составляет 7,8 (этот показатель обозначает рН, при котором раствор слабой кислоты или основания на 50% ионизирован и отражает максимальную буферную емкость). Поскольку рК для Трометамола довольно близок к физиологическому значению рН, его буферная емкость больше, чем у бикарбоната.
Трометамол быстро восстанавливает физиологические значения рН крови и КОС, нарушенное либо вследствие нарушения работы органов и систем, либо вследствие задержки в организме углекислого газа.
Показаниями для применения Трометамола являются:
• декомпенсированные формы метаболического и дыхательного ацидоза;
• ацидоз вследствие массивного переливания крови;
• лечение клеточного ацидоза, вызванного диабетической комой;
• шоковые состояния;
• экстракорпоральное кровообращение в сердечно-сосудистой хирургии;
• отек головного мозга;
• функциональная послеоперационная почечная недостаточность;
• интоксикация барбитуратами, салицилатами и метиловым спиртом.
Дозировка Трометамола рассчитывается согласно формуле:
необходимый объем 3,66% раствора трометамола (мл) = дефицит оснований [ВЕ] (ммоль/л) ´ масса тела (кг).
• 25–50% расчетной дозы следует вводить внутривенно в течение 5–10 мин, через 1 ч повторяют проверку КОС крови, чтобы при необходимости скорригировать первоначально рассчитанное количество трометамола;
• темп инфузии: 5–10 мл/кг массы тела/ч (или 500 мл/час), у детей – 10–20 мл/кг массы тела/сут.;
• суточная доза составляет 1000–2000 мл/сут.
Трометамол обычно хорошо переносится. При поступлении трометамола в клетки калий выходит из клеток, что может привести к увеличению внеклеточного калия и, в определенный момент, возникновению калийуреза в связи с гиперкалиемией. Трометамол увеличивает продукцию и действие инсулина, что ведет к положительному эффекту при диабетическом ацидозе, но это влечет за собой риск развития гипогликемии, который будет минимизирован при назначении Трометамола вместе с 5% раствором глюкозы. Оба из упомянутых побочных эффектов возникают, главным образом, в результате передозировки или слишком быстрого темпа инфузии.
Хотя Трометамол и содержит электролиты, он не может автоматически использоваться для коррекции электролитных нарушений. Поэтому одновременно с контролем газов крови и pH рекомендуется определять концентрацию электролитов, чтобы идентифицировать возможные сдвиги и при необходимости выполнить требуемые исправления [20]. В литературе имеются сообщения о местных реакциях – веноспазме и флебите, которые были вызваны трометамолом. Они были результатом гиперосмолярности и щелочного pH трометамола. Этот побочный эффект не происходит после приведения (буферирования) трометамола к pH 8,6 [21]. Трометамол может вызывать дыхательную депрессию, в связи с уменьшением парциального давления углекислоты и повышением значения рН. Следует обязательно проводить мониторинг дыхания и своевременно обеспечивать проходимость дыхательных путей [22–24]. Возникновение побочных эффектов в значительной степени устраняется при контроле уровня сахара крови, электролитов и точном выполнении инструкции дозировки [19–21].
Газовый состав крови и КОС играют ключевую роль в оценке состояния больного, находящегося в критическом состоянии.
Анализ газов крови и рН оказывает наиболее прямое и важное воздействие на лечение больного по сравнению с любым другим лабораторным исследованием. Правильная интерпретация анализа газов крови и рН позволяет своевременно начать проведение корригирующей терапии, которая в первую очередь направлена на устранение причины возникновения кислотно-основных нарушений. В неотложных случаях чаще всего применяются такие буферные растворы, как бикарбонат натрия или Трометамол.
Трометамол способен поддерживать нормальные значения рН крови в течение времени, достаточного для восстановления функции систем гомеостаза, в связи с этим может применяться при многих критических состояниях, сопровождающихся ацидозом.

Литература:
1. Комаров Ф.И., Коровкин Б.Ф., Меньшиков В.В. Биохимические исследования в клинике. М., 1981; 249.
2. Руководство по клинической лабораторной диагностике. Под редакцией В.В.Меньшикова. М., 1982; 272.
3. Рут Г. Кислотно-щелочное состояние и электролитный баланс. Пер. с англ., М., 1978.
4. Буланова О.Н., Золотокрылина Е.С., Закс И.О. и др. Кислородный бюджет, кислотно-щелочное равновесие в терминальных состояниях. Основы реаниматологии. Под ред. В.А.Неговского. М.: Медицина. 1975; 89–111.
5. Зильбер А.П. Медицина критических состояний: общие проблемы. Петрозаводск: ПГУ, 1995.
6. Неговский В.А., Трубина И.Е. Применение ТAM для борьбы с ацидозом в терминальных состояниях, вызванных кровопотерей. Ортопедия, травматол. и протезир. 1966; 5: 25–30.
7. Adrogue HG, Medias NE. Management of life-threatening acid-base disorders. N Engl J Med 1998; 338 (1): 26–34.
8. Рябов Г.А. Синдромы критических состояний. М.: Медицина, 1994.
9. Закс И.О., Лобус Т.В., Мороз В.В. Ощелачивающая терапия при сердечно-легочной реанимации: современные возможности. Реаниматол. Интенсив. тер. Анестезиология. 1999; 4: 3–10.
10. Nahas GG. Use of an organic carbon dioxide buffer in vivo. Science 1959; 129: 782-3.
11. Nahas GG. The pharmacology of THAM (hydroxymethyl aminomethane). Pharmacol Rev 1962; 14: 447–72.
12. Filley GF, Kindig NB. Carbicarb, an alkalinizig iongenerating agent of possible usefulness. Trans Am Clin Climatol Assoc 1984; 96: 141–53.
13. Wiklund L, Oquis L, Skoog G et al. Clinical buffering of metabolic acidosis: problems and solution. Resuscitation 1985; 12 (4): 279–93.
14. Federint CS, Sanders AB, Kern KB et al. The effect of bicarbonate on resuscitation from cardiac arrest. Ann Emer Med 1991; 20 (11): 1173–7.
15. Adrogue AJ, Madias NE. Management of life-threatening acid-base disorders. N Engl J Med 1998; 338: 26–34.
16. Schlichtig R, Grogono AW, Severinghaus SW. Human PaCO₂ and standard base excess compensation for acid-base imbalance. Crit Care Med 1998; 26 (7): 1173–9.
17. AHFS. Drug Information – Tromethamine. Bethesda: American Hospital Formulary Service, American Society of Health-System Pharmacists, Inc. 2002; 2503–5.
18. Blaschek W, Ebel S, Hackenthal E et al. Handbuch der Drogen und Arzneistoffe – Trometamol. HagerROM 2001 [Elektronische Ressource]. Berlin: Springer Verlag; 2001.
19. Holmdahl MH, Wiklund L, Wetterberg T et al. The place of THAM in the management of acidemia in clinical practice. Acta Anaesthesiol Scand 2000; 44: 524–7.
20. Conant JS, Hughes RВ. The usefulness of THAM in metabolic acidosis. Ann N Y Acad Sci 1951; 92: 751–65.
21. Miller RR, Greenblatt DJ. Handbook of Drug Therapy. New York: Elsevier North Holland; 1979; p. 802.
22. Brown ES, Bennett ТВ, Bunnell LL et al. Effects of THAM during CO₂ breathing in man: ventilation and CO₂ exchange. Physiologist 1959; 2 (3): 18 (abstract).
23. Clark L, C, Jr. Discussion of paper by Nahas, G. G el al.: Transfusion acidosis and its correction with THAM. Trans Am Soc Artii Intern Organs 1960; 6: 253.
24. O'Connor TF, Luchsinger PC, Nahas GG, Berman LВ. The respiratory effects of THAM in man. Physiologist 1959; 2 (3): 92 (abstract).