Лекция по бх. 2009г лекция 24 Тема Водносолевой и минеральный обмен Факультеты лечебнопрофилактический, медикопрофилактический, педиатрический

• Название: 2009г лекция 24 Тема Водносолевой и минеральный обмен Факультеты лечебнопрофилактический, медикопрофилактический, педиатрический
• Анкор: Лекция по бх
• Дата: 26.11.2020
• Размер: 305 Kb.
• Имя файла: 8._vso_kos_2009.doc
• Тип: Лекция; #154252
• страница: 3 из 3

Физико-химические механизмы регуляции КОС

Буфер – это система, состоящая из слабой кислоты и ее соли с сильным основанием (сопряженная кислотно-основная пара).

Принцип работы буферной системы состоит в том, что она связывает Н⁺ при их избытке и выделяет Н⁺ при их недостатке: Н⁺ + А^- ↔ АН. Таким образом, буферная система стремиться противостоять любым изменениям рН, при этом один из компонентов буферной системы расходуется и требует восстановления.

Буферные системы характеризуются соотношением компонентов кислотно-основной пары, емкостью, чувствительностью, локализацией и величиной рН, которую они поддерживают.

Существует множество буферов как внутри, так и вне клеток организма. К основным буферным системам организма относят бикарбонатный, фосфатный белковый и его разновидность гемоглобиновый буфер. Около 60% кислых эквивалентов связывают внутриклеточные буферные системы и около 40% -внеклеточные.

Бикарбонатный (гидрокарбонатный) буфер

Состоит из Н₂СО₃ и NaНСО₃ в соотношении 1/20, локализуется в основном в межклеточной жидкости. В сыворотке крови при рСО₂ = 40 мм.рт.ст., концентрации Na⁺ 150 ммоль/л он поддерживает рН=7,4. Работа бикарбонатного буфера обеспечивается ферментом карбоангидразой и белком полосы 3 эритроцитов и почек.

Бикарбонатный буфер является одним из самых важных буферов организма, что связано с его особенностями:

1. 
   Несмотря на низкую емкость – 10%, бикарбонатный буфер очень чувствителен, он связывает до 40% всех «лишних» Н⁺;
   
2. 
   Бикарбонатный буфер интегрирует работу основных буферных систем и физиологических механизмов регуляции КОС.
   

В связи с этим, бикарбонатный буфер является индикатором КОС, определение его компонентов – основа для диагностики нарушения КОС.

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).

Работа гемоглобинового и бикарбонатного буфера




Физиологические механизмы регуляции КОС

Физиологические механизмы регулируют КОС 2 основными способами:

1. 
   выведением из организма кислот и оснований;
   
2. 
   превращением кислот и оснований в нейтральные вещества.
   

Образующиеся в организме кислоты и основания могут быть летучими и нелетучими. Летучая Н₂СО₃, образуется из СО₂, конечного продукта аэробного окисления органических веществ.

Нелетучие кислоты лактат, кетоновые тела и жирные кислоты накапливаются в организме при анаэробных условиях и сахарном диабете. Фосфорная кислота образуется при катаболизме нуклеиновых кислот, липидов, белков, серная кислота - при катаболизме ГАГ и серосодержащих аминокислот цистеина и метионина, мочевая кислота - при катаболизме пуринов. Источником нелетучих кислот также является пища. Например, в пищу часто использую уксусную, лимонную и яблочную кислоты.

Летучие кислоты выделяются из организма главным образом легкими с выдыхаемым воздухом, нелетучие – почками с мочой.

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.

Клеточный механизм регуляции КОС

Кроме рассмотренных физико-химический и физиологических механизмов регуляции КОС существует еще клеточный механизм регуляции КОС. Принцип его работы заключается в том, что избыточные количества H⁺ могут размещаться в клетках в обмен на К⁺.

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, BB и 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 избыток AB, 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 // Биохимия человека: в 2-х томах. Т.2. Пер. с англ.: - М.: Мир, 1993. - с.370-371.

2. Буферные системы крови и кислотно-основное равновесие /Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин// Биологическая химия: Учебник /Под ред.акад. РАМН С.С. Дебова. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Медицина, 1990. - с.452-457.