Тема: Водно-солевой и минеральный обмен

Кафедра биохимии

КУРС ЛЕКЦИЙ

ПО ОБЩЕЙ БИОХИМИИ

для студентов 2 курса

лечебно-профилактического факультета

Модуль 8. Биохимия водно-солевого обмена и кислотно-основного состояния

Автор: к.б.н., доцент кафедры биохимии Гаврилов И.В.

Екатеринбург,

2013г

ЛЕКЦИЯ № 24

Тема: Водно-солевой и минеральный обмен

Водно-солевой обмен – обмен воды и основных электролитов организма (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, HCO₃^-, H₃PO₄).

Электролиты – вещества, диссоциирующие в растворе на анионы и катионы. Их измеряют в моль/л.

Неэлектролиты – вещества, недиссоциирующие в растворе (глюкоза, креатинин, мочевина). Их измеряют в г/л.

Минеральный обмен – обмен любых минеральных компонентов, в том числе и тех, которые не влияют на основные параметры жидкой среды в организме.

Вода – основной компонент всех жидкостей организма.

Биологическая роль воды

1. Вода является универсальным растворителем для большинства органических (кроме липидов) и неорганических соединений.
2. Вода и растворенные в ней вещества создают внутреннюю среду организма.
3. Вода обеспечивает транспорт веществ и тепловой энергии по организму.
4. Значительная часть химических реакций организма протекает в водной фазе.
5. Вода участвует в реакциях гидролиза, гидратации, дегидратации.
6. Определяет пространственное строение и свойства гидрофобных и гидрофильных молекул.
7. В комплексе с ГАГ вода выполняет структурную функцию.

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ ОРГАНИЗМА

Все жидкости организма характеризуются общими свойствами: объемом, осмотическим давлением и величиной рН.

Объем. У всех наземных животных жидкости составляет около 70% от массы тела.

Распределение воды в организме зависит от возраста, пола, мышечной массы, телосложения и количества жира. Содержание воды в различных тканях распределяется следующим образом: легкие, сердце и почки (80%), скелетная мускулатура и мозг (75%), кожа и печень (70%), кости (20%), жировая ткань (10%). В целом, у худых людей меньше жира и больше воды. У мужчин на воду приходится 60%, у женщин - 50% от массы тела. У пожилых людей больше жира и меньше мышц. В среднем в организме мужчин и женщин старше 60 лет содержится соответственно 50% и 45% воды.

При полном лишении воды смерть наступает через 6-8 дней, когда количество воды в организме снижается на 12%.

Вся жидкость организма разделена на внутриклеточный (67%) и внеклеточный (33%) бассейны.

Внеклеточный бассейн (экстрацеллюлярное пространство) состоит из:

1. Внутрисосудистой жидкости;

2. Интерстициальной жидкости (межклеточная);

3. Трансцеллюлярной жидкости (жидкость плевральной, перикардиальной, перитонеальной полостей и синовиального пространства, цереброспинальная и внутриглазная жидкость, секрет потовых, слюнных и слезных желез, секрет поджелудочной железы, печени, желчного пузыря, ЖКТ и дыхательных путей).

Между бассейнами жидкости интенсивно обмениваются. Перемещение воды из одного сектора в другой происходит при изменении осмотического давления.

Осмотическое давление –это давление, которое создают все растворенные в воде вещества. Осмотическое давление внеклеточной жидкости определяется главным образом концентрацией NaCl.

Внеклеточная и внутриклеточная жидкости значительно отличаются по составу и концентрации отдельных компонентов, но общая суммарная концентрация осмотически активных веществ примерно одинакова.

рН – отрицательный десятичный логарифм концентрации протонов. Величина рН зависит от интенсивности образования в организме кислот и оснований, их нейтрализации буферными системами и удалением из организма с мочой, выдыхаемым воздухом, потом и калом.

В зависимости от особенности обмена, величина рН может заметно отличаться как внутри клеток разных тканей, так и в разных отсеках одной клетки (в цитозоле кислотность нейтральная, в лизосомах и в межмембранном пространстве митохондрий - сильно кислая). В межклеточной жидкости разных органов и тканей и плазме крови величина рН, как и осмотическое давление, относительно постоянная величина.

РЕГУЛЯЦИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО БАЛАНСА ОРГАНИЗМА

В организме водно-солевой баланс внутриклеточной среды поддерживается постоянством внеклеточной жидкости. В свою очередь, водно-солевой баланс внеклеточной жидкости поддерживается через плазму крови с помощью органов и регулируется гормонами.

Баланс воды в организме

Поступление	Выведение
1,1-1,4л жидкая пища через ЖКТ	1,2-1,5л с мочой через почки
0,8-1л твердая пища через ЖКТ	0,5-0,6л испаряется через кожу
0,3л метаболическая вода	0,4л с выдыхаемым воздухом через легкие
	0,1-0,3л с калом через ЖКТ
Итого: 2,2-2,7л	Итого: 2,2-2,7л

Для ЖКТ, кожи и легких выведение воды является побочным процессом, который происходит в результате выполнения ими своих основных функций. Например, ЖКТ теряет воду, при выделении из организма непереваренных веществ, продуктов метаболизма и ксенобиотиков. Легкие теряют воду при дыхании, а кожа при терморегуляции.

Изменения в работе почек, кожи, легких и ЖКТ может привести к нарушению водно-солевого гомеостаза. Например, в жарком климате, для поддержания температуры тела, кожа усиливает потовыделение, а при отравлениях, со стороны ЖКТ возникает рвота или диарея. В результате усиленной дегидратации и потери солей в организме возникает нарушение водно-солевого баланса.

Ренин

Ренин — протеолитический фермент, продуцируемый юкстагломерулярными клетками, расположенными вдоль афферентных (приносящих) артериол почечного тельца. Секрецию ренина стимулирует падение давления в приносящих артериолах клубочка, вызванное уменьшением АД и снижением концентрации Na⁺. Секрецию ренина также способствует снижение импульсации от барорецепторов предсердий и артерий в результате уменьшения АД. Секрецию ренина ингибирует Ангиотензин II, высокое АД.

В крови ренин действует на ангиотензиноген.

Ангиотензиноген — α₂-глобулин, из 400 АК. Образование ангиотензиногена происходит в печени и стимулируется глюкокортикоидами и эстрогенами. Ренин гидролизует пептидную связь в молекуле ангиотензиногена, отщепляя от него N-концевой декапептид - ангиотензин I, не имеющий биологической активности.

Под действием антиотензин-превращающего фермента (АПФ) (карбоксидипептидилпептидазы) эдотелиальных клеток, лёгких и плазмы крови, с С-конца ангиотензина I удаляются 2 АК и образуется ангиотензин II (октапептид).

Ангиотензин II

Ангиотензин II функционирует через инозитолтрифосфатную систему клеток клубочковой зоны коры надпочечников и ГМК. Ангиотензин II стимулирует синтез и секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны коры надпочечников. Высокие концентрации ангиотензина II вызывают сильное сужение сосудов периферических артерий и повышают АД. Кроме этого, ангиотензин II стимулирует центр жажды в гипоталамусе и ингибирует секрецию ренина в почках.

Ангиотензин II под действием аминопептидаз гидролизуется в ангиотензин III (гептапептид, с активностью ангиотензина II, но имеющий в 4 раза более низкую концентрацию), который затем гидролизуется ангиотензиназами (протеазы) до АК.

Альдостерон

Альдостерон — активный минералокортикостероид, синтезирующийся клетками клубочковой зоны коры надпочечников.

Синтез и секрецию альдостерона стимулируют ангиотензин II, низкая концентрация Na⁺ и высокая концентрацией К⁺ в плазме крови, АКТГ, простагландины. Секрецию альдостерона тормозит низкая концентрация К⁺.

Рецепторы альдостерона локализованы как в ядре, так и в цитозоле клетки. Альдостерон индуцирует синтез: а) белков-транспортёров Na⁺_, переносящих Na⁺ из просвета канальца в эпителиальную клетку почечного канальца; б) Na⁺,К⁺-АТФ-азы в) белков-транспортёров К⁺, переносящих К⁺ из клеток почечного канальца в первичную мочу; г) митохондриальных ферментов ЦТК, в частности цитратсинтазы, стимулирующих образование молекул АТФ, необходимых для активного транспорта ионов.

В результате альдостерон стимулирует реабсорбцию Na⁺ в почках, что вызывает задержку NaCl в организме и повышает осмотическое давление.

Альдостерон стимулирует секрецию К⁺, NH₄⁺ в почках, потовых железах, слизистой оболочке кишечника и слюнных железах.

Регуляция обмена

Основными регуляторами обмена кальция, магния и фосфора являются паратгормон, кальцитриол и кальцитонин.

Паратгормон

Паратгормон (ПТГ) — полипептид, из 84 АК (около 9,5 кД), синтезируется в паращитовидных железах.

Секрецию паратгормона стимулирует низкая концентрация Са²⁺, Mg²⁺ и высокая концентрация фосфатов, ингибирует витамин Д₃.

Скорость распада гормона уменьшается при низкой концентрации Са²⁺ и увеличивается, если концентрация Са²⁺ высока.

Паратгормон действует на кости и почки. Он стимулирует секрецию остеобластами инсулиноподобного фактора роста 1 и цитокинов, которые повышают метаболическую активность остеокластов. В остеокластах ускоряется образование щелочной фосфатазы и коллагеназы, которые вызывают распад костного матрикса, в результате чего происходит мобилизация Са²⁺ и фосфатов из кости во внеклеточную жидкость.

В почках паратгормон стимулирует реабсорбцию Са²⁺, Mg²⁺ в дистальных извитых канальцах и уменьшает реабсорбцию фосфатов.

Паратгормон индуцирует синтез кальцитриола (1,25(OH)₂D₃).

В результате паратгормон в плазме крови повышает концентрацию Са²⁺ и Mg²⁺, и снижает концентрацию фосфатов.

Гиперпаратиреоз

При первичном гиперпаратиреозе (1:1000) нарушается механизм подавления секреции паратгормона в ответ на гиперкальциемию. Причинами могут быть опухоль (80%), диффузная гиперплазия или рак (менее 2%) паращитовидной железы.

Гиперпаратиреоз вызывает:

1. разрушение костей, при мобилизации из них кальция и фосфатов. Увеличивается риск переломов позвоночника, бедренных костей и костей предплечья;

2. гиперкальциемию, при усилении реабсорбции кальция в почках. Гиперкальциемия приводить к снижению нервно-мышечной возбудимости и мышечной гипотонии. У больных появляются общая и мышечная слабость, быстрая утомляемость и боли в отдельных группах мышц;

3. образования в почках камней при увеличение концентрации фосфата и Са²⁺ в почечных канальцах;

4. гиперфосфатурию и гипофосфатемию, при снижении реабсорбции фосфатов в почках;

Вторичный гиперпаратиреоз возникает при хронической почечной недостаточности и дефиците витамина D₃.

При почечной недостаточности угнетается образование кальцитриола, что нарушает всасывание кальция в кишечнике и приводит к гипокальциемии. Гиперпаратиреоз возникает в ответ на гипокальциемию, но паратгормон не способен нормализовать уровень кальция в плазме крови. Иногда возникает гиперфостатемия. В следствие повышения мобилизации кальция из костной ткани развивается остеопороз.

Гипопаратиреоз

Гипопаратиреоз обусловлен недостаточностью паращитовидных желёз и сопровождается гипокальциемией. Гипокальциемия вызывает повышение нервно-мышечной проводимости, приступы тонических судорог, судороги дыхательных мышц и диафрагмы, ларингоспазм.

Кальцитриол

Кальцитриол синтезируется из холестерола.

1. В коже под влиянием УФ-излучения из 7-дегидрохолестерола образуется большая часть холекальциферола (витамина Д₃). Небольшое количество витамина Д₃ поступает с пищей. Холекальциферол связывается со специфическим витамин Д-связывающим белком (транскальциферином), поступает в кровь и переносится в печень.

2. В печени 25-гидроксилаза гидроксилирует холекальциферол в кальцидиол (25-гидроксихолекальциферол, 25(OH)Д₃). D-связывающий белок транспортирует кальцидиол в почки.

3. В почках митохондриальная 1α-гидроксилаза гидроксилирует кальцидиол в кальцитриол (1,25(OH)₂Д₃), активную форму витамина Д₃. Индуцирует 1α-гидроксилазу паратгормон.

Синтез кальцитриола стимулирует паратгормон, низкая концентрация фосфатов и Са²⁺ (через паратгормон) в крови.

Синтез кальцитриола ингибирует гиперкальциемия, она активирует 24α-гидроксилазу, которая превращает кальцидиол в неактивный метаболит 24,25(OH)₂Д₃, при этом соответственно активный кальцитриол не образуется.

Кальцитриол воздействует на тонкий кишечник, почки и кости.

Кальцитриол:

1. в клетках кишечника индуцирует синтез Са²⁺-переносящих белков, которые обеспечивают всасывание Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов;

2. в дистальных канальцах почек стимулирует реабсорбцию Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов;

3. при низком уровне Са²⁺ увеличивает количество и активность остеокластов, что стимулирует остеолиз;

4. при низком уровне паратгормона, стимулирует остеогенез.

В результате кальцитриол повышает в плазме крови концентрацию Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов.

При дефиците кальцитриола нарушается образование аморфного фосфата кальция и кристаллов гидроксиапатитов в костной ткани, что приводит к развитию рахита и остеомаляции.

Рахит — заболевание детского возраста, связанное недостаточной минерализацией костной ткани.

Причины рахита: недостаток витамина Д₃, кальция и фосфора в пищевом рационе, нарушение всасывания витамина Д₃ в тонком кишечнике, снижением синтеза холекальциферола из-за дефицита солнечного света, дефект 1а-гидроксилазы, дефект рецепторов кальцитриола в клетках-мишенях. Снижение концентрации в плазме крови Са²⁺ стимулирует секрецию паратгормона, который через остеолиз вызывает разрушение костной ткани.

При рахите поражаются кости черепа; грудная клетка вместе с грудиной выступает вперёд; деформируются трубчатые кости и суставы рук и ног; увеличивается и выпячивается живот; задерживается моторное развитие. Основные способы предупреждения рахита — правильное питание и достаточная инсоляция.

Кальцитонин

Кальцитонин — полипептид, состоит из 32 АК с одной дисульфидной связью, секретируется парафолликулярными К-клетками щитовидной железы или С-клетками паращитовидных желёз.

Секрецию кальцитонина стимулирует высокая концентрация Са²⁺ и глюкагона, подавляет низкая концентрация Са²⁺.

Кальцитонин:

1. подавляет остеолиз (снижая активность остеокластов) и ингибирует высвобождение Са²⁺ из кости;

2. в канальцах почек тормозит реабсорбцию Са²⁺, Mg²⁺ и фосфатов;

3. тормозит пищеварение в ЖКТ,

ЛЕКЦИЯ № 25

Тема: КОС

Кислотно-основное состояние (КОС) - относительное постоянство реакции внутренней среды организма, количественно характеризующееся концентрацией Н⁺.

Концентрацию Н⁺ выражают с помощью величины рН. Концентрация Н⁺, и соответственно величина рН, зависят от соотношения в организме кислот и оснований.

Кислоты Бренстеда -молекулы или ионы, способные отдавать Н⁺.

Основания Бренстеда -соединения, способные принимать Н⁺.

Кислоты и основания имеют в организме экзогенное (поступают с пищей) и эндогенное (образуются в ходе метаболизма) происхождение.

В организме в норме синтезируется больше кислот, чем оснований. Самой распространенной кислотой организма является угольная кислота, в сутки ее образуется около 20 моль, что эквивалентно 1 литру концентрированной серной кислоты. Также в организме образуются другие неорганические (соляная, серная, фосфорная) и органические (амино-, кето-, окси-, нуклеиновые, жирные) кислоты в количестве 80 ммоль/сут.

Кроме кислот в организме синтезируются различные основания, самым сильным из них является аммиак. Основными свойствами также обладают аминокислоты аргинин и лизин, биогенные амины, например, катехоламины, гистамин, серотонин и т.д.

МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ КОС

Принципиально существуют 3 основных механизма регуляции КОС:

1. Физико-химический механизм, это буферные системы крови и тканей;
2. Физиологический механизм, это органы: легкие, почки, костная ткань, печень, кожа, ЖКТ.
3. Метаболический (на клеточном уровне).

В работе этих механизмов есть принципиальные различия:

№	Показатели	Буферные системы	Органы
	Скорость регуляции КОС	быстро: секунды	медленно: минуты - часы
	Степень регуляции КОС	частично	полностью
	Расходование при регуляции КОС	расходуются	не расходуются

Фосфатный буфер

Состоит из кислого NaН₂РО₄ и основного Na₂НРО₄ фосфатов, локализуется в основном в клеточной жидкости (фосфатов в клетке 14%, в межклеточной жидкости 1%). Соотношение кислого и основного фосфатов в плазме крови составляет ¼, в моче - 25/1.

Фосфатный буфер обеспечивает регуляцию КОС внутри клетки, регенерацию бикарбонатного буфера в межклеточной жидкости и выведение Н⁺ с мочой.

Белковый буфер

Наличие у белков амино и карбоксильных групп придает им амфотерные свойства – они проявляют свойства кислот и оснований, образуя буферную систему.

Белковый буфер состоит из протеин-Н и протеин-Na, локализуется он преимущественно в клетках. Наиболее важный белковый буфер крови – гемоглобиновый.

Гемоглобиновый буфер

Гемоглобиновый буфер находиться в эритроцитах и имеет ряд особенностей:

1. у него самая высокая емкость (до 75%);
2. его работа напрямую связана с газообменом;
3. он состоит не из одной, а из 2 пар: HHb↔H⁺ + Hb^- и HHbО₂↔H⁺ + HbО₂^-;

HbО₂ является относительно сильной кислотой, он даже сильнее угольной кислоты. Кислотность HbО₂ по сравнению с Hb в 70 раз выше, поэтому, оксигемоглобин присутствует в основном в виде калийной соли (КHbО₂), а дезоксигемоглобин в виде недиссоциированной кислоты (HHb).

Роль легких в регуляции КОС

Легкие выделяют из организма главным образом СО₂, летучий эквивалент Н₂СО₃, что обеспечивает регенерацию бикарбонатного буфера.

Регуляция газообмена в легких и соответственно выделение Н₂СО₃ из организма осуществляется через поток импульсов от хеморецепторов и механорецепторов. В области каротидного синуса и аортальной дуги расположены хеморецепторы, чувствительные к гипоксемии и в меньшей степени к рСО₂ и рН. Медуллярные хеморецепторы расположенные на вентральной поверхности продолговатого мозга очень чувствительны к изменению рН и рСО₂.

В норме за сутки легкие выделяют 480л СО₂, что эквивалентно 20 молям Н₂СО₃. При физических нагрузках скорость образования СО₂ может возрасти в 20 раз, что приводит к гиперкапнии и снижению рН. Гиперкапния и снижение рН стимулируют дыхательный центр, увеличивая газообмен в легких в 4-5 раз. Наоборот, при гипокапнии и повышении рН дыхательный центр ингибируется, снижая газообмен в легких на 50-75%.

Легочные механизмы поддержания КОС являются высокоэффективными, они способны нивелировать нарушение КОС на 50-70%. Реакция легких на сдвиг рН возникает в течение 1-3 минут, а компенсация рН наступает через 1-3 часа.

Роль почек в регуляции КОС

Регуляция почками КОС базируется на процессах фильтрации, секреции, реабсорбции, а также на реакциях глюконеогенеза.

Почки регулируют КОС:

1. выведением из организма H⁺ в реакциях ацидогенеза, аммониогенеза и с участием фосфатного буфера. Н⁺,К⁺-АТФазы, H⁺-АТФаза (в дистальных канальцах) и Na⁺-H⁺-антипорт (в проксимальных канальцах) активно секретируют в просвет почечных канальцев H⁺, которые соединяются в моче с основными фосфатами и аммиаком и выводятся из организма в виде кислых фосфатов (вклад 1/3) и ионов аммония (вклад 2/3). Процесс активируется ацидозом, ингибируется алкалозом;

2. задержкой в организме Na⁺. Na⁺,К⁺-АТФаза реабсорбирует Na⁺ из мочи, что вместе с карбоангидразой и ацидогенезом обеспечивает регенерацию бикарбонатного буфера. Процесс активируется ацидозом, ингибируется алкалозом;

3. выведением из организма катионов. В почечных канальцах в мочу активно секретируется K⁺, органические катионы: ацетилхолин, холин, креатинин, адреналин, норадреналин, серотонин, лекарственные препараты и т.д. В дистальном отделе имеется белок полосы 3, который при алкалозе взамен Cl^-секретирует в мочу НСО₃^-, при этом рН мочи может повыситься до 8,2. Для регуляции КОС эти процессы малоэффективны, т.к. в организме образуется, как правило, больше кислот, чем оснований.

4. реакциями глюконеогенеза, в которых кислый лактат и аминокислоты превращаются в нейтральную глюкозу. Снижение рН стимулирует глюконеогенез в почках, а повышение – ингибирует.

Ацидогенез в почках реагирует на повышение рСО₂ в течение нескольких минут, а на снижение концентрации Na⁺ (через РААС) в течение нескольких часов-суток. На восстановление КОС почкам требуется 10-20 часов.

Роль костей в регуляции КОС

Кости участвуют в поддержании КОС в крайнем случае – при сильном и длительном ацидозе. В костях активируется остеолиз, что приводит к выделению в кровь Са₃(РО₄)₂. Фосфаты взаимодействуют во внеклеточной жидкости с Н₂СО₃ с образованием НРО₄^2- и НСО₃^-, которые нейтрализуют сильные кислоты. При этом, НРО₄^2- в почках превращается в Н₂РО₄^- и выводиться с мочой, НСО₃^- превращается в СО₂ и выделяется легкими. Са²⁺ выделяется с мочой, позволяя задерживать в организме щелочной Na⁺. В результате, потеря 1 фосфата кальция позволяет удалить из организма 4 эквивалента кислоты.

1. Са₃(РО₄)₂ + 2Н₂СО₃ → 3 Са²⁺ + 2НРО₄^2- + 2НСО₃^-

2. 2НРО₄^2- + 2НСО₃^- + 4НА → 2Н₂РО₄^- (в мочу) + 2Н₂О + 2СО₂ + 4А^-

3. А^- + Са²⁺ → СаА (в мочу)

Поддержание КОС скелетом приводит к его деминерализации и развитию остеопороза.

Роль печени в регуляции КОС

Печень регулирует КОС:

1. превращением аминокислот, кетокислот и лактата в нейтральную глюкозу;

2. превращением сильного основания аммиака в слабо основную мочевину;

3. синтезируя белки крови, которые образуют белковый буфер;

4. синтезирует глутамин, который используется почками для аммониогенеза.

Печеночная недостаточность приводит к развитию метаболического ацидоза.

В тоже время печень синтезирует кетоновые тела, которые в условиях гипоксии, голодания или сахарного диабета способствуют ацидозу.

Влияние ЖКТ на КОС

ЖКТ влияет на состояние КОС, так как использует HCl и НСО₃^- в процессе пищеварения. Сначала в просвет желудка секретируется HCl, при этом в крови накапливаются НСО₃^- и развивается алкалоз. Затем НСО₃^- из крови с панкреатическим соком поступают в просвет кишечника и равновесие КОС в крови восстанавливается. Так как пища, которая поступает в организм, и кал, который выделяется из организма в основном нейтральны суммарный эффект на КОС оказывается нулевым.

При наличии ацидоза в просвет выделяется больше HCl, что способствует развитию язвы. Рвота способна компенсировать ацидоз, а диарея – усугубить. Длительная рвота вызывает развитие алкалоза, у детей она может иметь тяжелые последствия, вплоть до летально исхода.

ПОКАЗАТЕЛИ КОС

Для диагностики состояния КОС определяют следующие показатели:

1. рН - (power hydrogene - сила водорода) – отрицательный десятичный логарифм (-lg) концентрации Н⁺. Норма в капиллярной крови 7,37 - 7,45, венозной крови 7,32-7,42.

2. рСО₂ – парциальное давление углекислого газа, находящегося в равновесии с Н₂СО₃ цельной крови. Норма в капиллярной крови у мужчин 32 - 45 мм.рт.cт., у женщин 35-48 мм.рт.ст. В венозной крови 42-55 мм.рт.ст.

3. рО₂ – парциальное давление кислорода в цельной крови. Норма в капиллярной крови 83 - 108 мм.рт.cт., в венозной – 37-42 мм.рт.cт.

4. АВ – актуальный бикарбонат, фактическая концентрация НСО₃^-. Норма 18,5 - 26,0 ммоль/л.

5. SB – стандартный бикарбонат, содержание НСО₃^- при стандартных условиях (Р_СО2 = 40мм.рт.ст., рН=7,4, t˚ = 38˚С, 100% насыщение гемоглобина кислородом). У здорового пациента SB и AB близки. Норма в капиллярной крови 18 - 23 ммоль/л, в венозной – 22-29 ммоль/л.

6. ВВ – буферные основания или все анионы крови (щелочной запас крови). Норма 43,7 – 53,6 ммоль/л. Включает бикарбонатный буфер - 24 ммоль/л, белковый буфер - 17 ммоль/л, гемоглобиновый буфер - 6,7ммоль/л, фосфатный буфер - 2 ммоль/л.

7. ВЕ – избыток оснований или их недостаток. Разница между фактической и должной буферной емкостью. Норма 0+2,3 ммоль/л.

8. АР – анионная разность. АР=[Na⁺]+[K⁺]-[Cl^-]-[НСО₃^-]=12 ммоль/л. Анионная разность определяется по разности концентраций катионов и анионов.

НАРУШЕНИЯ КОС

Компенсация КОС - приспособительная реакция со стороны органа, не виновного в нарушение КОС.

Коррекция КОС – приспособительная реакция со стороны органа, вызвавшего нарушение КОС.

Выделяют два основных вида нарушений КОС – ацидоз и алкалоз.

Ацидоз – абсолютный или относительный избыток кислот или дефицит оснований.

Алкалоз – абсолютный или относительный избыток оснований или дефицит кислот.

Ацидоз или алкалоз не всегда сопровождаются заметным изменением концентрации Н⁺, так как постоянство рН поддерживают буферные системы. Такие ацидозы и алкалозы называются компенсированными (у них рН в норме). АН ↔ А^- + Н⁺, Н⁺ + B^- ↔ BH

Если при ацидозах или алкалозах буферная емкость израсходована, величина рН изменяется и наблюдается: ацидемия – снижение величины рН ниже нормы, или алкалемия - повышение величины рН выше нормы. Такие ацидозы и алкалозы называются декомпенсированными.

Классификация нарушений КОС (по Лосеву Н.И., Войнову В.А)

В зависимости от изменений концентраций в крови СО₂ и НСО₃^- все нарушения КОС делят на газовые и негазовые. По происхождению кислот и оснований негазовые нарушения КОС делят на метаболические, выделительные и экзогенные.

Ацидоз

I. Газовый (дыхательный). Характеризуется накоплением в крови СО₂ (рСО₂=↑, AB, SB, BB=N,↑).

1). затруднение выделения СО₂, при нарушениях внешнего дыхания (гиповентиляция легких при бронхиальной астме, пневмонии, нарушениях кровообращения с застоем в малом круге, отёке лёгких, эмфиземе, ателектазе легких, угнетении дыхательного центра под влиянием ряда токсинов и препаратов типа морфина и т.п.) (рСО₂=↑, рО₂=↓, AB, SB, BB=N,↑).

2). высокая концентрация СО₂ в окружающей среде (замкнутые помещения) (рСО₂=↑, рО₂, AB, SB, BB=N,↑).

3). неисправности наркозно-дыхательной аппаратуры.

При газовом ацидозе происходит накопление в крови СО₂, Н₂СО₃ и снижение рН. Ацидоз стимулирует реабсорбцию в почках Na⁺ и через некоторое время в крови происходит повышение AB, SB, BB и как компенсация, развивается выделительный алкалоз.

При ацидозе в плазме крови накапливается H₂PO₄^-, который не способен реабсорбироваться в почках. В результате он усиленно выделяется, вызывая фосфатурию.

Для компенсации ацидоза почки с мочой усиленно выделяются хлориды, что приводит к гипохроремии.

Избыток H⁺ поступает в клетки, взамен из клеток выходит К⁺ вызывая геперкалиемию.

Избыток К⁺ усиленно выводится с мочой, что в течение 5-6 дней приводит к гипокалиемии.

II. Негазовый. Характеризуется накоплением нелетучих кислот (рСО₂=↓,N, AB, SB, BB=↓).

1). Метаболический. Развивается при нарушениях тканевого метаболизма, которые сопровождаются избыточным образованием и накоплением нелетучих кислот или потерей оснований (рСО₂=↓,N, АР = ↑, AB, SB, BB=↓).

а). Кетоацидоз. При сахарном диабете, голодании, гипоксии, лихорадке и т.д.

б). Лактоацидоз. При гипоксии, нарушении функции печени, инфекциях и т.д.

в). Ацидоз. Возникает в результате накопления органических и неорганических кислот при обширных воспалительных процессах, ожогах, травмах и т.д.

При метаболическом ацидозе происходит накопление нелетучих кислот и снижение рН. Буферные системы, нейтрализуя кислоты, расходуются, в результате в крови снижается концентрация AB, SB, BBи повышается АР.

Н⁺ нелетучих кислот при взаимодействии с НСО₃^- дают Н₂СО₃, которая распадается на Н₂О и СО₂, сами же нелетучие кислоты образуют с Na⁺ бикарбонатов соли. Низкая рН и высокое рСО₂ стимулирует дыхание, в результате рСО₂ в крови нормализуется или снижается с развитием газового алкалоза.

Избыток Н⁺ плазме крови перемещает внутрь клетки, а взамен из клетки выходит К⁺, в плазме крови возникает транзиторная гиперкалиемия, а клетках - гипокалигистия. К⁺ интенсивно выводится с мочой. В течение 5-6 дней содержание К⁺ в плазме нормализуется и затем становится ниже нормы (гипокалиемия).

В почках усиливаются процессы ацидо-, аммониогенеза и восполнения дефицита бикарбоната плазмы. В обмен на НСО₃^- в мочу активно экскретируется Сl^-, развивается гипохлоремия.

Клинические проявления метаболического ацидоза:

- расстройства микроциркуляции. Происходит уменьшение притока крови и развитие стаза под действием катехоламинов, изменяются реологические свойства крови, что способствует углублению ацидоза.

- повреждение и повышение проницаемости сосудистой стенки под влиянием гипоксии и ацидоза. При ацидозе повышается уровень кининов в плазме и внеклеточной жидкости. Кинины вызывают вазодилатацию и резко повышают проницаемость. Развивается гипотония. Описанные изменения в сосудах микроциркуляторного русла способствуют процессу тромбообразования и кровоточивости.

- при рН крови менее 7,2 возникает снижение сердечного выброса.

- дыхание Куссмауля (компенсаторная реакция направленная на выделение избытка СО₂).

2. Выделительный. Развивается при нарушении процессов ацидо- и аммониогенеза в почках или при избыточной потере основных валентностей с каловыми массами.

а). Задержка кислот при почечной недостаточности (хронический диффузный гломерулонефрит, нефросклероз, диффузный нефрит, уремия). Моча нейтральная или щелочная.

б). Потеря щелочей: почечная (почечный канальцевый ацидоз, гипоксия, интоксикация сульфаниламидами), гастроэнтеральная (диарея, гиперсаливация).

3. Экзогенный.

Прием кислой пищи, лекарств (хлористого аммония; переливание больших количеств кровозамещающих растворов и жидкостей для парентерального питания, рН которых обычно <7,0) и при отравлениях (салицилаты, этанол, метанол, этиленгликоль, толуол и др.).

4. Комбинированный.

Например, кетоацидоз + лактоацидоз, метаболический + выделительный и т.д.

III. Смешанный (газовый + негазовый).

Возникает при асфиксии, сердечно-сосудистой недостаточности и т.д.

Алкалоз

I. Газовый (дыхательный). Характеризуется снижением в крови СО₂ (рСО₂=↓, AB, SB, BB=↓,N).

1). усиленное выведение СО₂, при активации внешнего дыхания (гипервентеляция легких при компенсаторной одышке, сопровождающей ряд заболеваний, в том числе нейротоксический синдром, инфекционно-вирусные состояния, истерии, эпилепсии). (рСО₂=↓, рО₂=↑, AB, SB, BB=↓,N).

2). Дефицит О₂ во вдыхаемом воздухе вызывает гипервентеляцию легких и усиленное выведение СО₂. Высотная болезнь (рСО₂=↓, рО₂=↓,N, AB, SB, BB=↓,N).

Гипервентиляция приводит к снижению в крови рСО₂ и повышению рН. Алкалоз ингибирует реабсорбцию в почках Na⁺, бикарбонаты уходят в мочу и через некоторое время в крови происходит снижение AB, SB, BB и как компенсация, развивается выделительный ацидоз.

II. Негазовый (накопление оснований или дефицит нелетучих кислот) (рСО₂=↑,N, AB, SB, BB=↑).

1). Метаболический.

Гипераммониемия при патологии печени.

2. Выделительный.

а). Задержка щелочей при усиленной реабсорбции щелочных катионов почками (гиперальдостеронизм).

б). Потеря кислот при рвоте, токсикозе беременных, гиперсекреции желудочного сока.

в). гиперхлоремический.

3. Экзогенный.

Прием щелочной пищи (минеральная вода), лекарств (бикарбонат), оснований.

Накопление оснований или дефицит нелетучих кислот создает избытокAB, SB, BB и вызывает повышение рН. Алкалоз ингибирует дыхательный центр вызывая повышение в организме рСО₂ и снижение рО₂, что способствует развитию газового и метаболического ацидоза.

Выделительный алкалоз часто сопровождается гипокалиемией, так как выделяемые кислоты забирают с собой калий.

Так как для компенсации ацидозов развиваются алкалозы и наоборот, они встречаются в различных сочетаниях. Например:

1. При высотной болезни, кровопотере наблюдается газовый алкалоз + метаболический ацидоз.

2. При сердечной недостаточности и лечении карбоангидразными ингибиторами наблюдается газовый алкалоз + почечный канальциевый ацидоз.

3. При дыхании чистым кислородом – артериальный газовый алкалоз + венозный газовый ацидоз.

Негазовый алкалоз

Состояние КОС	Показатели КОС
рН	рСО2 мм.рт.ст.	АВ ммоль/л	SB ммоль/л	BB ммоль/л	BE ммоль/л
норма	7,37-7,45	35-45	25-27	18-23	43,7-53,6	+2,3
газовый ацидоз	↓	↑	N↑	N↑	N↑
газовый алкалоз	↑	↓	N↓	N↓	N↓
негазовый ацидоз	↓	N↓	↓	↓	↓	↓ (кроме солянокислого ацидоза)
негазовый алкалоз	↑	N↑	↑	↑	↑	↑ (после рвоты)

Литература

1. Бикарбонаты сыворотки или плазмы /Р. Марри, Д. Греннер, П. Мейес, В. Родуэлл // Биохи