Нарушение кислотно-щелочного равновесия в организме

КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОЕ РАВНОВЕСИЕ
Экзогенный H+ + эндогенный H +
=
выведенный из организма H +
КЩР ►► определенное соотношение концентрации протонов водорода
(Н + ) гидроксильных анионов (ОН­- ) в биологических средах организма.

КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОЕ РАВНОВЕСИЕ
●Соотношение между водородными и гидроксильными ионами выражает рН крови. (рН- power Hydrogen).
●рН это отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов (протонов) в растворе, выраженной в моль/литр.
●Если рН=7, концентрация Н=10­-7 моль/л и ОН=10­-7 моль/л, т.е. раствор имеет равное количество ионов и потому он нейтрален.

КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОЕ РАВНОВЕСИЕ
pH артериальной крови = 7,35–7,45
pH венозной крови = 7,26–7,36
в клетках и ткани pH ≈ 6,9-7,2 (в клетке накапливаются кислые продукты)
pH лимфы = 7,35–7,4
pH спино-мозговой жидкости= 7,4–7,6
pH жидкости суставов = 7,62–7,7

ЗНАЧЕНИЕ ПОСТОЯНСТВА КЩР ДЛЯ ОРГАНИЗМА
рН определяет физико­химические свойства коллоидных структур; рН определяет активность, конформацию белков;
рН определяет чувствительность клеточных рецепторов;
рН определяет проницаемость мембран;
рН регулирует сосудистый тонус;
рН определяет состояние дыхательного центра;
рН влияет на состояние ЦНС;

ЗНАЧЕНИЕ ПОСТОЯНСТВА КЩР ДЛЯ ОРГАНИЗМА

I. Поступление экзогенных H+ :
кислоты пищи и жидкостей
II. Образование эндогенных H + :
окисление глюкозы, жирных кислот, aминокислот - CO2;
CO2 + H2O = H2CO3;
H2CO3 = H+ + HCO3-

II. Образование эндогенных H + :
2) анаэробный гликолиз – молочная кислота;
3) конденсация AcetilCoA –
образование кетоновых тел:
β-гидроксимасляная,
ацетоуксусная кислоты и ацетон.
4) SH группы аминокислот – серная кислота;
5) распад фосфолипидов –
фосфорная кислота.
6) потеря бикарбонатов (понос, поражения почек) - относительный избыток H+.

III. Выведение кислот из организма:
A. Буферные системы – нeйтрализация избытка кислот и щелочей
Бикарбонатный буфер - H2CO3 – NaHCO3
Фосфатный буфер - NaH2PO4 - Na2HPO4
Белковый буфер - H-белок - K-(Na) протеинат
Гемоглобиновый буфер - Hb - Hb(O2)4

III. Выведение кислот из организма:
B) Обмен ионов между жидкостями внеклеточного сектора, клетками и межклеточной матрицей:
Na+, K+, Ca+2 H+

Гидрокарбонатный буфер крови и межклеточной жидкости:
Н2СО3/NaHCO3, соотношение 1/20.
В клетках вместо натрия ­ калий или магний.
7­9 % общей буферной емкости крови.
Этот буфер ассоциирован с внешним дыханием, почками, костной тканью.
Костная ткань - депо карбонатов, откуда они вымываются в кровь.

Гемоглобин: его емкость составляет до 75 % всей буферной емкости крови.
Его компоненты:
восстановленный и оксигенированный гемоглобин:
Н-Hb / НbО2
Восстановленный гемоглобин ведет себя как слабое основание.
Оксигенированный ­ как слабая кислота.

Белки ­ главный внутриклеточный буфер.
Составляют 3/4 буферной ёмкости внутриклеточной жидкости.
Карбоксильная группа (R­СООН) обеспечивает нейтрализацию как избытка кислот, так и избытка щелочей.
Аминогруппа (R­NH2) обеспечивает основные свойства.

Фосфатный внутриклеточный буфер:
NaH2P04/Na2HPO4, соотношение 1/4.
NaH2P04 – кислый компонент (натрий дигидрофосфат, однозамещенный фосфат);
Na2HPO4 – основной компонент (натрий гидрофосфат, двузамещенный фосфат).

Система аммиак / ион аммония
NH3 / NH4+
действует преимущественно
в моче.

Важное значение в поддержании КЩР:
обмен Сl-
и НСО3-
между эритроцитами и плазмой.

Метаболические процессы также играют буферную роль:
● Молочная кислота ► в глюкозу, а затем ► гликоген.
● Кетоновые тела ►в высшие жирные кислоты.
● Неорганические кислоты нейтрализуются солями натрия, калия, которые освобождаются при дезаминировании аминокислот с образованием аммонийных солей.

Метаболические процессы также играют буферную роль:
● Щелочи нейтрализуются лактатом.
● Сильные кислоты и щелочи нейтрализуются благодаря растворению в липидах или связыванию с органическими веществами в недиссоциируемые и нерастворимые соли.

Деятельность внутренних органов:
Печень:
Превращение молочной кислоты в гликоген.
Образование аммиака, способного нейтрализовать кислоты как в самих гепатоцитах, так и в плазме крови и в межклеточной жидкости.
Экскреция в кишечник кислых и основных веществ с жёлчью.

Деятельность внутренних органов:
Печень:
►Образование мочевины:
снижение способности систем
окисления среды.

Легкие:
H2CO3 карбоангидраза H2O + CO2
Снижение рН является рефлекторным стимулом увеличения частоты и глубины дыхательных движений. Вследствие этого лёгкие выделяют избыток С02 и рН увеличивается.
Повышение рН снижает возбудимость инспираторных нейронов дыхательного центра и приводит к гиперкапнии.

Легкие:
Система внешнего дыхания довольно быстро (в течение нескольких минут) способна устранить или уменьшить сдвиги рН и предотвратить развитие ацидоза или алкалоза:
увеличение вентиляции лёгких в 2 раза повышает рН крови примерно на 0,2.
снижение вентиляции на 25% может уменьшить рН на 0,2-0,3.

Почки:
Выведение нелетучих кислот:
H2SO4 и H3PO4.
Секреция фосфатов осуществляется эпителием дистальных канальцев при участии фосфатной буферной системы:
Na2HP04 + Н2СО3 <=> NaH2P04 + NaHC03.
Гидрокарбонат натрия реабсорбируется в кровь и поддерживает гидрокарбонатный буфер, a NaH2P04 выводится из организма с мочой.

Почки:
Ацидогенез
Энергозависимый процесс, протекающий в эпителий дистальных отделов нефрона и собирательных трубочек, обеспечивает секрецию в просвет канальцев Н+ в обмен на реабсорбируемый натрий.
Бикарбонат возвращается в кровь, H+ выводится с мочой.

• Аммониогенез.
Осуществляется путём окислительного дезаминирования аминокислот, преимущественно (2/3) глутаминовой.
Образующийся аммиак диффундирует в просвет канальцев.
Там NH3+ присоединяет ион Н+ с образованием иона аммония (NH4+).
Ионы NH4+ замещают Na+ в солях и выделяются преимущественно в виде NH4CL и (NH4)2S04.
В кровь при этом поступает эквивалентное количество гидрокарбоната натрия, обеспечивающего регенерацию гидрокарбонатной буферной системы.

ЖКТ
Желудок участвует в контроле КЩР путём изменения секреции соляной кислоты: при защелачивании жидких сред организма этот процесс тормозится, а при закислении — усиливается.

ЖКТ
Кишечник способствует уменьшению или устранению сдвигов КЩР посредством:
• Секреция кишечного сока, содержащего большое количество гидрокарбоната. При этом в плазму крови поступает Н+.
• Изменения количества всасываемой жидкости. Это способствует нормализации водного и электролитного баланса в клетках, во внеклеточной и других биологических жидкостях и как следствие — нормализации рН.
• Реабсорбция компонентов буферных систем (Na+, K+, Са2+, Сl-, НС03-).

НАРУШЕНИЯ КЩР
Ацидоз – избыток кислот или дефицит оснований в организме.
Aлкалоз – избыток оснований или дефицит кислот в организме.
В обоих случаях избыток может быть абсолютным или относительным.

Классификация ацидозов и алкалозов:
Aцидоз компенсированный - поддержание постоянного pH (7,35-7,45), но с дефицитом оснований.
Aлкалоз компенсированный - поддержание постоянного pH (7,35-7,45), но с избытком оснований.
Aцидоз декомпенсированный (<7,35) - истощение буферных систем и увеличение концентрации H+
(pH снижается).
Aлкалоз декомпенсированный (>7,45) - истощение буферных систем и уменьшение концентрации H+
(pH увеличивается).

ПАРАМЕТРЫ КЩС ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ В КЛИНИКЕ
Всегда в артериальной крови:
1. Бикарбонат (HCO3-),
Норма: 22 – 28 mEq/L.
Результат формирования и
почечной реабсорбции.

ПАРАМЕТРЫ КЩС ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ В КЛИНИКЕ
2. PaCO2
Нормальные значения:
38-42 mm Hg в артериальной крови.
Cреднее значение = 40 мм Hg

ПАРАМЕТРЫ КЩС ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ В КЛИНИКЕ
3. Буферные основания
Сумма всех анионов получавших протон водорода:
Бикарбонат, гемоглобин, фосфат, белки.
Нормальный уровень: 42-54 mEq/l.
Среднее значение: 48 mEq/l.

ПАРАМЕТРЫ КЩС ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ В КЛИНИКЕ
4. Избыток или дефицит оснований.
Нормальные величины:
-2,3 / +2,3 mEq/l
Высчитывается как разницу между обнаруженным уровнем буферного основания (х mEq/l) и его нормальным значением (48 mEq/l):
Х-48 = ?

Aцидозы и алкалозы
газовые (дыхательные)
▬ нарушения внешнего дыхания с уменьшением или задержкой дыхания (ацидоз)
▬ либо избыточным выведением из организма CO2 из состава H2CO3 (алкалоз)

Aцидозы и алкалозы
негазовые (метаболические)
нарушения обмена с накоплением
кислот/щелочей;
экзогенные – избыточное поступление в организм кислот или щелочей
экскреторные - избыточное выведение из организма кислот или щелочей
комбинированный

Смешанные формы ацидозов и алкалозов:
Газовый алкалоз + метаболический ацидоз
(острая кровопотеря, высотная болезнь).
2. Газовый алкалоз + почечный канальцевый ацидоз (сердечная недостаточность).
3. Артериальный газовый алкалоз + венозный газовый ацидоз
(дыхание О2 под повышенным давлением).

АЦИДОЗ газовый или респираторный
Избыток углекислоты из­за нарушения ее выведения легкими. Недостаточности аппарата внешнего дыхания.
CO2 + H2O = H2CO3 H+ + HCO3-
Основные причины:
заболеваниях легких, угнетение дыхательного центра наркотиками, барбитуратами, вдыхание газовых смесей с высоким содержанием СО2.
Результат: гиперкапния, гипоксемия, гипоксия, ионный дисбаланс.
Гиперкалиемия.

Компенсация.
Восстановление соотношения гидрокарбонатного буфера (гемоглобин, в меньшей степени белковый буфер и почки).
Роль почек в компенсации газового ацидоза заключается в усилении секреции ионов водорода.
Кислотность мочи повышается. Аммониогенез может быть увеличен.

Затянувшийся газовый ацидоз
Может привести к вторичным повреждениям:
­ -- перегрузочная форма сердечной недостаточности из-за вазодилатации;
­ -- увеличение ОЦК;
­ -- увеличение внутричерепного давления;
­ -- ваготония;
­ -- бронхоспазм;
­ -- осложнение газового ацидоза негазовым.

Aцидозы негазовые
МЕТАБОЛИЧЕСКИЙ АЦИДОЗ
Одна из наиболее частых и опасных форм нарушения КЩР.
Такой ацидоз наблюдается при сердечной недостаточности, гипоксии, нарушениях функций печени и почек по нейтрализации и экскреции кислых веществ, истощении буферных систем (например, в результате кровопотери или гипопротеинемии).

Aцидозы негазовые
Метаболический кетоацидоз
избыточное образование кетоновых тел
/сахарный диабет, голодание, печеночная недостаточность/
Метаболический лактоацидоз
усиление синтеза молочной кислоты либо неспособность печени утилизировать молочную кислоту – анаэробный гликолиз, печеночная недостаточность.

Aцидозы негазовые
Экскреторный почечный ацидоз
задержка кислот в организме либо потеря оснований - диффузный гломерулонефрит, уремия.
Экскреторный желудочно-кишечный ацидоз диарея (удаление бикарбонатов).
Экзогенный ацидоз
избыточное потребление кислот (аскорбиновой кислоты).

Проявления ацидозов.
Нарушения ЦНС: головокружение, сонливость, кома (при pH ниже 7,2)
2. Нарушения дыхания: гипервентиляция,
периодическое дыхание Kussmaul, бронхоспазм.
3. Сердечно-сосудистые нарушения:
расширение сосудов, артериальная гипотензия, недостаточность кровообращения.
4. Мозговое кровообращение: расширение сосудов мозга, отек мозга, усиленная продукция спинномозговой жидкости, внутричерепная гипертензия.

5. Tранспорт кислорода:
- Снижается сродство Hb к кислороду.
- Облегчается отдача кислорода в капиллярах большого круга.
- Снижается активность оксигенации крови в капиллярах малого круга.

6. Водно-электролитные нарушения:
Ø гиперкалиемия:
Захват H+ клетками с высвобождением K: аритмии сердца (экстрасистолия, фибрилляция).
Ø гипернатриемия и гиперхлоремия:
Высвобождение Na в обмен на H+ и Cl: гиперосмолярность – отек - эксикоз клеток.
Ø гиперкальциемия:
Захват H+ костной матрицей с высвобождением кaльция – остеопороз.
Угнетение нервно-мышечной возбудимости.

7. Уменьшение чувствительности адренорецепторов
ослабление сердечной функции; ослабление тонуса сосудов – артериальная гипотензия.

Компенсация
Включает срочные и долговременные механизмы
Срочные механизмы:
1. Связывание избытка кислот гидрокарбонатным буфером.
2. Связывание избытка кислот белками.
3. Связывание избытка кислот костной тканью.
4. Ликвидации избытка угольной кислоты через легочную гипервентиляцию.

AЛКАЛОЗЫ
Алкалоз газовый (респираторный)
гипервентиляция легких – избыточное выведение CO2 из состава угольной кислоты.
2) Алкалоз метаболический (негазовый)
избыточная реабсорбция щелочей в почках (гиперальдостеронизм).

AЛКАЛОЗЫ
3) Алкалоз экскреторный
рвота, гипоацидность желудка,
диуретики
4) Алкалоз экзогенный
чрезмерное потребление щелочных минеральных вод, молока, вливание бикарбоната

ПРОЯВЛЕНИЯ АЛКАЛОЗОВ
Гипокапния
спазм мозговых сосудов → ишемия мозга → головокружение → парестезии → обмороки
Гипотония периферических вен
снижение венозного возврата к сердцу – нарушение диастолического наполнения - недостаточность кровообращения

ПРОЯВЛЕНИЯ АЛКАЛОЗОВ
Потеря катионов (K) и воды с мочой гипокалиемия (снижается чувствительность рецепторов к вазопрессину) → обезвоживание
Гипокалиемия
тахикардия → снижение АД → ортостатический коллапс
Гипокальциемия →
cудороги

Лабораторный анализ
артериальной крови №1
● pH = 7,35
● PCO2 = 49 mm Hg
● Бикарбонат = 24 mEq/L
Вывод:
Aцидоз респираторный
компенсаторный.

Лабораторный анализ
артериальной крови №2
● pH = 7,29
● PCO2 = 49 mm Hg
● Бикарбонат = 19 mEq/L
Вывод:
Aцидоз респираторный
декомпенсаторный.

Лабораторный анализ
артериальной крови №3
● pH = 7,44
● PCO2 = 33 mm Hg
● Бикарбонат = 28 mEq/L
Вывод:
Aлкалоз респираторный
компенсаторный.

Лабораторный анализ
артериальной крови №4
● pH = 7,49
● PCO2 = 33 mm Hg
● Бикарбонат = 36 mEq/L
Вывод:
Aлкалоз респираторный декомпенсированный.

Лабораторный анализ
артериальной крови №5
● pH = 7,49
● PCO2 = 40 mm Hg
● Бикарбонат = 32 mEq/L
Вывод:
Aлкалоз негазовый декомпенсированный.

Лабораторный анализ
артериальной крови №6
● pH = 7,36
● PCO2 = 40 mm Hg
● Бикарбонат = 23 mEq/L
Вывод:
Aцидоз негазовый
компенсаторный.

Лабораторный анализ
артериальной крови №7
● pH = 7,30
● PCO2 = 39 mm Hg
● Бикарбонат = 20 mEq/L
Вывод:
Aцидоз негазовый
декомпенсаторный.

Лабораторный анализ
артериальной крови №8
● pH = 7,31
● PCO2 = 35 mm Hg
● Бикарбонат = 19 mEq/L
Вывод:
Aцидоз негазовый (метаболический)
Дыхательный (респираторный) алкалоз

Правило компенсации
метаболического ацидоза и алкалоза

Метаболический ацидоз пример pH=7,27
HCO3 = 18
pCO2? - для компенсации ацидоза
Решение:
1. pCO2 должен падать
2. 22-18 = 4 (дефицит бикарбоната)
3. 4 x 1.2 = 4.8 (уровень падения pCO2)
Вывод:
если pCO2 < 33,2 mmHg (38-4,8=33,2) →
aцидоз будет компенсированным
и рН повысится до или > 7,35

Метаболический алкалоз пример pH=7,48
HCO3 = 38
pCO2? - для компенсации ацидоза
Решение:
1. pCO2 должен увеличится
2. 28-18 = 10 (избыток бикарбоната)
3. 10 x 0.6 = 6 (уровень повышения pCO2)
Вывод:
если pCO2 este > 48 mmHg (42+6) →
aлкалоз будет компенсированным
и рН снизится до или < 7.45

Компенсирование дыхательного ацидоза и алкалоза

Долговременные механизмы компенсации:
почки, печень и желудок.
Почки.
Поскольку рСО2 в крови понижено, ацидогенез не активен.
Выделение кислых продуктов повышается за счет аммониогенеза.
2. Печень.
Образования аммиака, глюконеогенез, детоксикация с последующим выведением их из организма.
3. Желудок.
Cекреция сока со сниженным содержанием соляной кислоты.

Срочная компенсация респираторного алкалоза
• Снижение объёма альвеолярной вентиляции при уменьшении рС02 крови.
• Активация внутриклеточных буферных систем: гидрокарбонатного, белкового, гемоглобинового, фосфатного. Это обеспечивает выход Н+ из клетки в межклеточную жидкость и далее в кровь в обмен на К+ и Na+.
• Активация гликолиза с интенсивным образованием молочной и пировиноградной кислот, что приводит к уменьшению рН.
• Выход внутриклеточного Сl- в межклеточную жидкость в обмен на НС03-. Это обеспечивает снижение концентрации гидрокарбоната как в интерстиции, так и в плазме крови и как следствие — уменьшение рН.

Долговременная компенсация респираторного алкалоза
Реализуются преимущественно почками:
• Торможение ацидогенеза в связи с повышенной концентрацией НСО3- в эпителии дистальных отделов нефронов.
• Активация калийуреза.
• Увеличение выведения из крови в мочу Na2HP04.
• Торможение аммониогенеза. Последнее происходит при угнетении в условиях алкалоза активности глутаминазы и снижения количества глутамата, поступающего в митохондрии.