Общие представления

КОС является одним из важнейших показателей гомеостаза - постоянства внутренней среды организма. В силу своей общей распространённости и скудности серьёзных симптомов незначительных отклонений в КОС, нарушения кислотно-основного равновесия часто пропускаются и выявляются лишь специалистами-реаниматологами в далеко зашедших случаях, когда ситуация приближается к критической.

Базисные знания

Согласно теории Бренстеда, кислотами называются такие вещества, которые способны отдавать ионы водорода (доноры протонов), а основаниями - вещества, которые способны связывать эти ионы (акцепторы протонов).
Основным показателем КОС является рН. Величина рН представляет собой отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов Н+ (Sorense, 1909):

рН= -lg[H+]

Он отражает баланс между количеством СО2 и НСО3-. СО2 растворяется собразованием угольной кислоты (Н2СО3), которая является ключевым кислым компонентом в кислотно-основном балансе организма. Т.к. концентрацию Н2СО3 измерить прямым способом трудно, то, поскольку, СО2 и Н2СО3 находятся в равновесии, кислый компонент выражается как СО2 вместо Н2СО3. В норме кислотно-основное отношение составляет 1:20 (1 часть СО2/Н2СО3 и 20 частей НСО3-). При таком соотношеним рН составляет 7,4.

рН артериальной крови человека (при 370С) в среднем составляет 7,4 (7,35-7,45).

Главным источником ионов водорода в организме является образующийся в ходе метаболизма углекислый газ, гидратация которого приводит к образование угольной кислоты (15000 ммоль/сутки).

СО2 + Н2О = Н2СО3 = Н+ + НСО3-

В меньшей степени количество ионов водорода (30-80 ммоль/сутки) обусловлено поступлением в организм, а также образованием в нём таких кислот, как серной (в результате обмена серосодержащих аминокислот), фосфорной (при метаболизме фосфорсодержащих соединений), органических кислот, образующихся при неполном окислении липидов и углеводов.

Механизмы регуляции КОС

Различают физико-химические и физиологические механизмы регуляции КОС в организме.

Физико-химические механизмы регуляции обусловлены буферными системами организма. Буферы присутствуют во всех жидкостях организма и при изменении рН действуют немедленно (в течении 1 секунды). Они соединяются с избытком кислот или оснований и образуются вещества, которые мало влияют на рН. Основными буферными системами организма являются гидрокарбонатная, гемоглобиновая, фосфатная и белковая.
Буферные системы (БС) крови представлены БС плазмы крови (44% буферной ёмкости крови) и БС эритроцитов (56%). Основные БС плазмы - гидрокарбонатная и белковая, основные БС эритроцитов - гемоглобиновая, гидрокарбонатная, фосфатная.
Буферные свойства крови характеризует такой показатель, как ВВ (buffer base, буферные основания) - сумма оснований (анионов) всех буферных систем крови.

В артериальной крови концентрация буферных оснований составляет примерно 48 ммоль/л (40-60 ммоль/л).

В плазме основную часть буферных оснований составляют ионы НСО3-, а в эритроцитах - протеинаты. В цельной крови более чем 1/3 всех анионов обладают буферным действием. Поскольку суммарная концентрация буферных оснований не зависит от рСО2 (т.к. при увеличении СО2 образуются равные количества Н+ и НСО3-, ионы водорода связываются с протеинатами и в результате концентрация протеинатов снижается настолько, насколько увеличивается концентрация бикарбоната), то по ней можно судить о сдвигах КОС, вызванных увеличением или уменьшением нелетучих кислот в крови.

Отклонение концентрации буферных оснований от нормального уровня (48 ммоль/л) называется избытком/дефицитом оснований (BE, base excess). Таким образом, в норме ВЕ по определению равен нулю.

Физиологические механизмы регуляции КОС в основном представлены дыхательными и почечными.

1). Дыхательная система - в течении 1-2 мин удаляет или задерживает СО2 в прямой зависимости от рН артериальной крови. В состоянии покоя организм выделяет около 15000 ммоль/л СО2. При этом из крови выводится примерно эквивалентное число ионов водорода. При метаболическом ацидозе повышение в крови содержания Н+ приводит к стимуляции дыхательного центра и гипервентиляции (при респираторном ацидозе будет гиповентиляция, что и служит причиной повышения СО2 и Н+ в крови). Напротив, при метаболическом алкалозе увеличение содержания оснований сопровождается гиповентиляцией (при респираторном алкалозе будет гипервентиляция).

2). Почки. Их функция состоит в удалении нелетучих кислот. В сутки почки должны удалять 40-60 ммоль ионов водорода. Если содержание таких кислот возрастает, то при нормальной функционировании почек выделение Н+ с мочой может значительно увеличиваться. Напротив, при повышении рН выведение почками Н+ уменьшается.
Почки реабсорбируют весь профильтрованный бикарбонат НСО3- и образуют дополнительный бикарбонат в эпителии собирательных трубочек. 85% профильтрованного НСО3- реабсорбируется в проксимальных канальцах, 10% - в восходящей петле, оставшихся 5% - титрируются ионами водорода, которые выделяются в просвет собирательных трубочек. А в результате этого в эпителии собирательных трубочек образуется НСО3-. Скорость секреции ионов водорода зависит от ряда факторов, включая рН в просвете, системное рСО2, уровня минералокортикоидов, разности потенциалов по обе стороны мембраны эпителия собирательных трубочек и др.
В норме разность потенциалов равна от -30 до -60 мВ. Она увеличивается при реабсорбции натрия, и в ответ на это в просвет выходят ионы водорода.
При падении рН в собирательных трубочках увеличивается NH4+. NH4+ образуются в митохондриях эпителия проксимальных трубочек в реакции дезаминирования глутамина. Образование NH4+ является мишенью физиологической регуляции, контролируя секрецию кислот независимо от секреции ионов водорода. Скорость образования NH4+ возрастает при метаболическом ацидозе, гипокалиемии, недостатке глюкокортикоидов, потере функциональной массы почек и подавляется при гиперкалиемии.

В общем повышение уровня Н+ компенсируется тремя факторами: буферизация, гипервентиляция и повышение реабсорбции и образования НСО3- в почках. Снижение уровня Н+ и повышение анионов - буферизация, гиповентиляция и снижение реабсорбции НСО3-.

Нарушения КОС

Нарушения КОС могут быть компенсированные (рН удерживается в физиологических пределах), субкомпенсированные (незначительное изменение рН) и декомпенсированные (значительное изменение рН).

Понижение рН крови называют ацидозом, а повышение - алкалозом. Каждый из этих двух типов подразделяется ещё на несколько разновидностей в зависимости от причины сдвига рН. Если причина кроется в лёгких, то такое состояние называется респираторным ацидозом или алкалозом. Если вне лёгких - то нереспираторным (иногда просто метаболическим). Отличить респираторные нарушения от нереспираторных позволяют рСО2 и ВЕ. Для респираторных нарушений характерно изменение рСО2 без изменения ВЕ.

Основные нарушения при ацидозе

Понижение рН приводит к угнетению центральной нервной системы. Человек теряет ориентацию и при прогрессировании впадает в коматозное состояние. При метаболическом ацидозе наблюдается гипервентиляция. При респираторном ацидозе дыхание обычно угнетено. И именно его угнетение выступает как причина ацидоза.

Основные нарушения при алкалозе

Наблюдается перевозбуждение нервной системы. Возникает мышечная тетания. Вначале могут наблюдаться тонические сокращения предплечья, далее лица и в конечном счёте генерализованно во всех мышцах тела. Может наступить гибель от тетанического сокращения дыхательной мускулатуры. Как проявления перевозбуждения ЦНС возникают крайняя нервозность, судороги. Судороги можно провоцировать путём кратковременной гипервентиляцией, что используется в качестве диагностического теста в клинике.

Нереспираторные нарушения КОС

Нереспираторный ацидоз

Развивается при накоплении кислот или недостатке оснований.
Причины, приводящие к нереспираторному ацидозу, можно разделить на несколько групп, исходя от их топографии:
1). Экзогенные:
-повышенное поступление кислот в организм
-гемотрансфузия жикостями с рН ниже 7,0.
2). Метаболические - повышенное образование кислот:
-кетоацидоз (диабетический, алкагольный)
-лактатацидоз
-гипоксия (при рО2 арт. крови ниже 60 мм рт. ст) - усиление анаэробного метаболизма с повышением образования молочной кислоты
-приём метанола, этиленгликоля, салицилатов, толуола и других веществ.
3). Почечные. Выделяют 4 типа почечного ацидоза:
1 тип - дистальный почечный ацидоз - нарушение секреции ионов водорода в просвет эпителием собирательных трубочек (как следствие - снижение секреции НСО3- в кровь). Причины нарушения ацидогенеза: приём амфотерицина В, недостаточность АТФ-азы в собирательных трубочках (Sjogren's syndrome), обструкция мочеполового тракта, почечная недостаточность, интерстициальный нефрит при СКВ, приём калий-сберегающих диуретиков (спиронолактон, триамтерен, амилорид).
2 тип - проксимальный почечный ацидоз - нарушение реабсорбции НСО3-. Причины: приём ингибиторов карбангидразы (ацетазоламид), синдром Фанкони.
3 тип - сочетание 1 и 2 типов.
4 тип - нарушение аммониогенеза (как следствие - нарушение секреции ионов водорода в просвет и снижение секреции НСО3- в кровь). Причины: гиперкалиемия, нед. минералокортикоидов.
4). Гастроинтестинальные (потеря НСО3-):
-диарея
-дренирование желчи и панкреатического сока
-уретральная сигмоидостомия или илеостомия - имплантация мочеточников в подвздошную или толстую кишку при опухолях мочевого пузыря или потере его функции вследствии неврологических отклонений
-приём холестирамина, колестипола (связывают желчные кислоты в просвете кишечника и предотвращают их реабсорбцию).

Компенсаторный ответ при нересп. ацидозе: гипервентиляция (снижение рСО2 на 1,2 мм рт. ст. при снижение НСО3- на каждый 1 ммоль/л).

Нереспираторный алкалоз

1). Экзогенные:
-назначение больших доз бикарбоната или его предшественников.
2). Метаболические:
-питание углеводами после голодания.
3). Почечные. Механизм развития алкалоза - гипокалиемия, стимуляция реабсорбции натрия и секреция в просвет ионов водорода, повышение образования НСО3-.:
-тиазидные и петлевые диуретики (приводят к гипокалиемии)
-избыток минералокортикоидов - набл. при первичном гиперальдостеронизме, эндогенном и ятрогенном синдроме Кушинга, врождённой гиперплазии коры с недостатком 11?- и 17?-гидроксилазы. ГКС в норме не обладают минерало-кортикоидной активностью из-за селективного метаболизма в собирательных трубочках ферментом 11?-гидроксистероиддегидрогеназы (11?-ГСДГ). Если возможность этого метаболизма недостаточна (синдром Кушинга, стероидная терапия) ГКС начинают обладать минералокортикоидной активностью. Карбеноксолон и глицирризиновая кислота (противоязвенные) обладают минералокортикоидной активностью вследствии ингибирования 11?-ГСДГ в почках.
-производные карбенициллина и пенициллина
-гиперкальциемия/гипопаратиреоз.
4). Гастроинтестинальные (из-за потери хлора):
-потеря желудочного сока (промывание желудка зондом, рвота)
-волосатый полип
-врождённая хлордиарея.

Компенсаторный ответ при нересп. алкалозе: гиповентиляция (повышение рСО2 на 0,7 мм рт. ст. при повышении НСО3- на каждый 1 ммоль/л). Дыхательная компенсация ограничивается гипоксией, которая развивается при снижении альвеолярной вентиляции.

Респираторные нарушения КОС

В норме рСО2 крови поддерживается на постоянном уровне (40 мм рт. ст.) благодаря регуляции легочной вентиляции под контролем дыхательного центра. Изменения рСО2 приводят к соответствующим изменениям в легочной вентиляции, что немедленно восстанавливает рСО2 к физиологической норме. Хеморецепторы нейронов дыхательного центра сенситивны к изменениям рСО2, рО2 и рН крови. Кроме того, в дыхательный центр поступают импульсы от хеморецепторов каротидной зоны, от рецепторов растяжения лёгких (рефлекс Геринга-Брейера) и от коры. Респираторные нарушения КОС возникают при первичном изменении рСО2 крови. Они могут сочетаться с другими формами нарушения КОС. В респираторных нарушениях КОС разумно выделять острые и хронические формы.

Острый респираторный ацидоз (острая гиперкапния)

Причины: обструкция дыхательных путей, астматический статус, угнетение дыхательного центра (морфин, барбитураты, алкоголь, черепная травма, кровоизлияния в мозг, опухоли), нервно-мышечная слабость (миастения, синдром Гийена-Барре, полиомиелит, ЛВ), рестриктивные заболевания лёгких (пневмоторакс, тяжёлая пневмония), неадекватная ИВЛ, тяжёлые циркуляторные нарушения (артерио-венозное шунтирование в лёгких при респираторном дистресс-синдроме, обширных ателектазах, тяжёлых пневмониях).

При повышении рСО2 в крови происходит слабое повышение [НСО3-] (примерно 1 ммоль/л на каждые 10 мм рт. ст.) вследствие внутриклеточной буферизации Н+ и выхода бикарбоната из клеток взамен на Cl-. Появляется гиперфосфатемия. Пациент указывает на тревожность, одышку, при тяжёлой гиперкапнии могут быть судороги. Лечение должно быть направлено на повышение легочной вентиляции (если требуется - ИВЛ) и коррекцию этиологических причин.

Компенсаторный ответ при остром респ. ацидозе: немедленно высвобождение тканевых буферов (НСО3-). Повышение НСО3- на 1 ммоль/л при повышении рСО2 на каждые 10 мм рт. ст. от исходного значения.

Хронический респираторный ацидоз (хроническая гиперкапния)

Причины: ХОБЛ, нарушения со стороны дыхательного центра, нервно-мышечные нарышения (амиотрофичный склероз), рестриктивные заболевания лёгких (деформации грудной клетки).

Длительная гиперкапния приводит к повышению в спинно-мозговой жидкости [НСО3-], что частично восстанавливает рН. Также хроническая гиперкапния приводит к повышению секреции НСО3- в почках, что повышает его концентрацию в крови. Такое состояние достигается к 4-5 дню и становится постоянным. Вследствии этого у пациентов с хроническим респираторным ацидозом с осторожностью надо проводить восстановление рСО2 (т.к. быстрое его снижение приводит к алкалозу СМЖ и судорогам, а также длительному системному алкалозу).

Компенсаторный ответ при хроническом респ. ацидозе: повышение почечной реабсорбции НСО3- (клинически обнаруживается через 8 ч, максимальный эффект развивается в течение 3-5 суток). Повышение НСО3- на 3,5 ммоль/л при повышении рСО2 накаждые 10 мм рт. ст.

Острый респираторный алкалоз (острая гипокапния)

Причины: гипоксия, возбуждение, боль, сепсис, печёночная недостаточность, нарушение ЦНС (инсульты, инфекция), легочные нарушения (инфекции), применение ЛВ (отравление салицилатами), беременность.

Снижение рСО2 приводит к слабому снижению [НСО3-] вследствии его транспорта в клетки в обмен на Cl-. Острая гипокапния также приводит к транспорту в клетки калия и фосфатов (снижая их уровень в крови) и повышению связывания кальция с альбумином. У пациентов с острым респираторным алкалозом могут быть сердечные аритмии, констрикция сосудов головного мозга, парестезии, подёргивание мышц, судороги, обмороки. Лечение должно быть направлено на снижение гипервентиляции (седация если необходимо) и коррекцию этиологической причины.

Компенсаторный эффект при остром респ. алкалозе: немедленное высвобождение тканевых буферов. Снижение НСО3- на 2 ммоль/л при снижении рСО2 на каждые 10 мм рт. ст.

Хронический респираторный алкалоз (хроническая гипокапния)

Причины: высотная гипоксия, хроническая печёночная недостаточность, хронические болезни лёгких, травмы ЦНС, беременность.

Длительная гипокапния приводит к снижению [НСО3-] в СМЖ, корректируя рН к нормальным значениям. В течении несколько минут-часов происходит снижение реабсорбции бикарбоната в почках. Состояние стабилизируется к 2-3 дню со снижением в крови [НСО3-]. При коррекции хронической гипокапнии для повышения уровня [НСО3-] требуется несколько дней (при быстром повышении наступит метаболический ацидоз).

Компенсаторный эффект при хроническом респ. алкалозе: снижение почечной реабсорбции НСО3-. Максимальная почечная компенсация снижения НСО3- на каждые 10 мм рт. ст. Максимальный эффект развивается на 7-9 сут и может приводить к нормализации рН.