Физиологические системы регуляции КОС

Легкие - это первая линия защиты в поддержании кислотно-ос­новного гомеостаза, поскольку они обеспечивают механизм почти немедленной регуляции выделения кислоты. В то же время любые на­рушения дыхания, сопровождающиеся увеличением или уменьшением минутной альвеолярной вентиляции, могут стать причиной развития нарушений КОС.

Вдыхаемый воздух со­держит незначительное количество СО₂. Почти вся углекислота крови яв­ляется продуктом клеточного метаболизма. По мере образования в про­цессе клеточного метаболизма СО₂ легко диффундирует в капилляры и транспортируется к легким в трех основных формах:

§ растворенный СО₂;

§ анион бикарбоната;

§ карбаминовое соединение.

СО₂ очень хорошо растворяется в плазме. Около 5 % общей двуокиси углерода в артериальной крови находится в форме растворенного газа, а 90 % - в форме бикарбоната. Последний является продуктом реакции СО₂ с во­дой с образованием Н₂СО₃ и ее диссоциацией на водород и ион бикарбо­ната:

карбоангидраза

СО₂ + Н₂О ¾¾¾¾¾¾® Н₂СО₃ ¾¾® Н⁺ + НСО₃^-.

Реакция между СО₂ и Н₂О протека­ет медленно в плазме и очень быстро в эритроцитах, где присутствует внутриклеточный фермент карбоангидраза. Она облегчает реакцию меж­ду СО₂ и Н₂О с образованием Н₂СО₃.

По мере накопления НСО₃^- внутри эритроцита анион диффундиру­ет через клеточную мембрану в плазму. Мембрана эритроцита плохо проницаема для Н⁺, как и вообще для катионов, поэтому ионы водорода остаются внутри клетки. Электрическая нейтральность клетки в процес­се диффузии НСО₃^- в плазму обеспечивается потоком ионов хлора из плазмы в эритроцит.

Часть Н⁺, остающихся в эритроцитах, соединяется с гемоглобином. В периферических тканях, где концентрация СО₂ высока и значительное количество Н⁺ накапливается эритроцитами, связывание Н⁺ облегчает­ся деоксигенацией гемоглобина. Восстановленный гемоглобин лучше связывается с Н⁺, чем оксигенированный. Таким образом, деоксигенация артериальной крови в периферических тканях способствует связыва­нию Н⁺ посредством образования восстановленного гемоглобина. Это уве­личение связывания СО₂ с гемоглобином известно как эффект Холдейна.

Третьей формой транспорта СО₂ являются карбаминовые соеди­нения, образованные в реакции СО₂ с концевыми аминогруппами бел­ков крови. Основным белком крови, связывающим СО₂ является гемог­лобин. Этот процесс описывается реакцией:

Hb-NH₂ + СО₂ « Hb-NH ´ СООН « Hb-NHCOO^- + H⁺.

Реакция СО₂ с аминогруппами протекает быс­тро. Как и в случае более легкого связывания СО₂ с восстановленным гемоглобином, образование карбаминовых соединений легче протека­ет с деоксигенированной формой гемоглобина. Карбаминовые соеди­нения составляют около 5 % общего количества СО₂, транспортируемо­го артериальной кровью.

Регуляция выделения СО₂ достигается изменением скорости объе­ма легочной вентиляции. Повышение вентиляции приводит к снижению артери­ального рСО₂ и наоборот. Афферентные сигналы, изменяющие альвеолярную вентиляцию, связаны с хеморецепторами, которые регу­лируют функции дыхательного центра. Эти рецепторы находятся в про­долговатом мозге, аортальном и каротидном тельцах и реагируют на из­менения рСО₂ и концентрации Н⁺.

При увеличении кислотности крови, повышение содержания ионов H⁺ приводит к возрастанию легочной вентиляции (гипервентиляции). Н⁺ связываются с NaHCO₃ с образованием H₂CO₃. H₂CO₃ разлагается на CO₂ и H₂O. При этом молекулы CO₂ выводятся в большом количестве и pH возвращается к нормальному уровню.

При увеличении содержания оснований наступает гиповентиляция, в результате напряжение CO₂ и концентрация ионов H⁺ возрастают, и сдвиг реакции крови в щелочную сторону частично или полностью компенсируется.

Почки - их функция состоит в удалении нелетучих кислот, главным образом серной кислоты. Почки должны удалять в сутки 40-60 ммоль ионов H⁺, накапливающихся за счет образования нелетучих кислот.

Их выделение происходит в проксимальных канальцах и собира­тельных трубках почек, где секретируются Н⁺, а в качестве буферных систем участвуют фосфаты, сульфаты (т.е. титруемые кислоты) и амми­ак. Однако до того как может произойти экскреция всех кислот, почки должны реабсорбировать НСО₃^-, профильтровавшийся клубочка­ми.

Способность канальцев почек к реабсорбции НСО₃^- высока. Самым важным ме­стом реабсорбции НСО₃^- являются проксимальные канальцы, где по­средством специального механизма происходит всасывание 90 % бикарбоната.

Угольная кислота образуется в клетке из воды и СО₂ под действием карбоангидразы, Н⁺ активно переносятся через люминальную мембрану Na⁺/Н⁺-обменником (рис. 18.1.).

Затем НСО₃^- транспортируется через базолатеральную мембрану. Секретируемый Н ⁺быстро соединяется с фильтруемым НСО₃^-, образуя угольную кисло­ту (Н₂СО₃). Угольная кислота превращается в воду и углекислый газ с по­мощью карбоангидразы (КА) на люминальной стороне щеточной каем­ки проксимального канальца. СО₂ диффундирует обратно в клетку проксимального канальца, где соединяется с Н₂О и образует угольную кислоту, завершая тем самым этот цикл.

Некарбоновые кислоты секретируются вставочными клетками со­бирательных трубок коры и наружного мозгового слоя почек (рис. 18.2.). Секреция Н⁺ в просвет канальцев происходит с помощью Н⁺-АТФазы, тогда как в реабсорбции НСО₃^- через базолатеральную мембрану участвует обменник Сl^-/НСО₃^-.

При защелачивании Н⁺ задерживается в клетках почек канальцев, а HCO^-₃ не реабсорбируясь выделяется.

Основная часть Н⁺ в моче должна быть выведена в форме бу­феров, обычно таких, как фосфаты и аммоний. Концентрация аммония регулируется преимущественно почками и колеблется в зависимости от, КОС. Объем суточной секреции кислот в наибольшей сте­пени зависит от количества выделяемого аммония. NН₄⁺ образуется и секретируется клетками проксимального канальца, а затем реабсорбируется в восходящем отделе петли Генле и концентрируется в мозговом слое почки. Небольшое количество NH₄⁺ диссоциирует на NH₃ и Н⁺, последний реабсорбируется. NH₃ может диффундировать в собирательную трубку, где служит буфером для ионов Н⁺, секретируемых вставочными клетками.

В клетках почечных канальцев процесс образования аммиака (NH₃) происходит также за счет дезаминирования аминокислот (глутаминовой), данный процесс показан на рис. 18.3.

Аммиак поступает в канальцевую мочу, где соединяясь с Н⁺ образует ионы аммония (NH₄⁺), который присоединяя ионы Cl^-,образует хлорид аммония и выводятся с мочой. Na⁺, освобожденной от Cl^- в моче, всасывается в клетки почечных канальцев, соединяются с освобожденными от Н⁺ ионами HCO^-₃ и реабсорбируются в виде бикарбоната Na.

Желудочно-кишечный тракт. Клетки слизистой оболочки желудка секретируют НСl в очень высокой концентрации. При этом из крови ио­ны хлора поступают в полость желудка в соединении с Н⁺, образующимися в эпителии желудка при участии угольной ангидразы. Взамен хлоридов в плазму транс­портируется бикарбонат. Существенного защелачивания крови при этом не происходит, т.к. ионы хлора желудочного сока достаточно быстро вновь всасывают­ся в кровь в кишечнике. Железы слизистой оболочки кишечника секретируют щелочной сок, богатый бикар­бонатами. При этом плазма пополняется Н⁺ в составе НС1. Кратковременный сдвиг реакции сразу же урав­новешивается обратным всасыванием бикарбоната в ки­шечнике.

Печень участвует в поддержании кислотно-основного равновесия за счет удаления в основном кислых продуктов. В печени осуществляется синтез мочевины (СО(NH2)2) из шлаков, таких в частности, как аммиак (NH3) и хлорид аммония (NH4Cl), который поступает по портальной системе. Мочевина выводится почками. При острой и хронической почечной недостаточности синтез мочевины усиливается.

Ацидоз - это такое нарушение КОС, при котором в крови появляется относительный или абсолютный избыток кислот или недостаток оснований.

Алкалоз - это такое нарушение КОС, при котором имеется избыток оснований или недостаток кислот.

Классификация нарушений кислотно-основного равновесия

I. Ацидоз:

1. Газовый (дыхательный).

2. Негазовый.

§ метаболический

§ выделительный

§ экзогенный

§ комбинированный (напр., кетоацидоз + лактоацидоз; метаболический + выделительный; другие сочетания).

3. Смешанный (например, газовый + негазовый при асфиксии)

II. Алкалоз:

1. Газовый (дыхательный).

2. Негазовый.

§ выделительный

§ экзогенный

По степени компенсации все ацидозы и алкалозы подразделяются на

I. Компенсированные - это состояния, при которых в уравнении рН изменяются абсолютные количества угольной кислоты и натрия гидрокарбоната, но соотношение их остается 1:20. При этом рН существенно не изменяется, что служит показателем компенсации.

II. Декомпенсированные, когда изменяется не только общее количество угольной кислоты и натрия гидрокарбоната, но и их соотношение, о чем свидетельствует сдвиг рН крови за пределы нормы.

АЦИДОЗ

I. Газовый

§ снижение выведения СО₂ при нарушениях внешнего дыхания (массивные пневмонии, ателектазы легких, бронхиальная астма, обструктивная форма эмфиземы легких, нарушения дыхания у ослабленных больных в раннем послеоперационном периоде, при синдроме трахео- бронхиальной непроходимости и т.д.).

§ высокая концентрация СО₂ в окружающей среде.

При нарушении вентиляции легких основная компенсация дыхательного ацидоза осуществляется почками путем усиленного выведения Н⁺ и задержки (повышения реабсорбции) ионов НСО₃^- (в виде бикарбоната натрия). Такая компенсаторная реакция является целесообразной лишь до определенного момента. К выраженному респираторному ацидозу присоединяется второй патологический процесс - метаболический алкалоз.

II. Негазовый

§ кетоз (кетоацидоз) - сахарный диабет, голодание, нарушения функции печени, лихорадка, гипоксия и др.

§ лактатацидоз – тканевая гипоксия, нарушение функций печени, инфекции

§ обширные воспалительные процессы, ожоги, травмы

§ задержка кислот при почечной недостаточности (диффузный нефрит, уремия)

§ потеря щелочей - почечный канальцевый ацидоз, гипоксия, интоксикация сульфаниламидами, диарея, гиперсаливация

§ длительное употребление кислой пищи, прием кислот внутрь

Характерной компенсаторной реакцией при метаболическом ацидозе является дыхательный алкалоз.

АЛКАЛОЗ

I. Газовый- усиленное выведение СО₂ при гипервентиляции (неврозы, высотная болезнь, перед погружением у ныряльщиков, во время длительной операции или у реанимируемого больного).

При гипервентиляции развивается вазоконстрикция церебральных сосудов.

Компенсация дыхательного алкалоза осуществляется почками: задерживаются ионы Н⁺ и выделяется НСО₃^- . Кроме того, увеличивается количество органических кислот, в основном - молочной кислоты. Таким образом, все компенсаторные реакции являются целесообразными лишь относительно, так как приводят к возникновению метаболического ацидоза.

II. Негазовый.

§ потеря кислот - рвота при при декомпенсированном стенозе привратника, кишечная непроходимость, токсикоз беременных, гиперсекреция желудочного сока;

§ длительный прием щелочной пищи, стероиды, введение нитрата Na, альдостеронизм с гипокалийемией (приводит к избыточному выведению ионов Н⁺ почками и перемещению Н⁺ в клеточный сектор).

Компенсация метаболического алкалоза осуществляется за счет появления дыхательного ацидоза. Но такая компенсация приводит к раздражению дыхательного центра и гипервентиляции.

Часто недостаточное развитие компенсаторных реакций при метаболическом алкалозе объясняется еще и тем, что с одновременным защелачиванием плазмы внутри клеток развивается ацидоз. К⁺ усиленно выводится из клеток в плазму, сопряженно в клетки поступает Н⁺.

Развивается сложное нарушение КОС, характеризующееся внутриклеточным гипокалиемическим ацидозом и плазменным алкалазом.

Таблица 18.2.