КЩС РЕФЕРАТ. Кислотнощелочное состояние (кщс)
 Скачать 142.85 Kb.
|
|
Кислотно-щелочное состояние (КЩС) рассматривают как совокупность физико-химических, биологических, биохимических и других процессов, поддерживающих относительное постоянство активной реакции внутренней среды организма. Иначе КЩС можно характеризовать как сбалансированный процесс образования, буферирования и выделения кислот (В. Д. Малышев, 2000). КЩС отражает соотношение концентраций водородных и гидроксильных ионов в биологических средах. Интегральным показателем КЩС является рН (potentia hydrogenii — сила водорода). Данный параметр гомеостаза поддерживается в узких пределах в любом живом организме. Точная регуляция концентрации водородных ионов обусловлена их высокой способностью включаться в химические реакции, что необходимо для поддержания постоянства структуры белков организма. Особой чувствительностью к концентрации водородных ионов обладают все ферменты, которые могут нормально функционировать только в очень узком диапазоне рН. Поэтому даже небольшие сдвиги рН серьезно изменяют функциональное состояние клеток. При этом страдают все виды обмена веществ, нарушаются проницаемость мембран, чувствительность клеточных рецепторов, нервно-мышечная возбудимость и проводимость, изменяется способность гемоглобина отдавать и связывать кислород. Организм на 50—60% состоит из воды. Вода, даже в нормальных условиях, диссоциирует на Н и ОН. Подсчитано, что в одном литре химически чистой воды содержится 0,0000007 г Н+. В логарифме с отрицательным знаком эта величина будет равна 7 (нейтральная реакция). Сама вода оказывает определенное буферное действие, т. е. обладает способностью сопротивляться изменениям концентрации водородных ионов. По Бронстеду (Bronsted), кислота определяется как донатор протонов Н+, а основание — как их акцептор. При обычном режиме питания в организме накапливается некоторый избыток Н+ ионов, образующихся в процессе обмена органических и неорганических кислот (молочной, пировиноградной, фосфорной, серной). Кроме того, в условиях нормального обмена в сутки образуется до 20 000 ммоль СО2 . Приблизительно 0,001 часть от этого количества, превращаясь в угольную кислоту и диссоциируя, образует ионы Н+. В соответствии с этим, в процессе эволюции в организме выработались достаточно эффективные механизмы для борьбы с ацидозом. В отношении алкалоза организм защищен гораздо меньше. Нарушения КЩС, возникающие в связи с накоплением кислот или с недостатком оснований, называют ацидозом, избыток оснований или снижение содержания кислот — алкалозом. Иначе можно сказать, что ацидоз — это сдвиг рН в кислую, а алкалоз — сдвиг рН в щелочную сторону. Если ацидоз или алкалоз вызываются нарушениями вентиляции, сопровождающимися увеличением или уменьшением углекислого газа, их называют дыхательными, во всех других случаях — метаболическими. В норме реакция крови несколько смещена в щелочную сторону и рН находится в пределах 7,35—7,45 (7,4). Быстрый сдвиг рН на 0,1 от средней величины 7,40 вызывает выраженные нарушения со стороны систем дыхания, кровообращения и др; на 0,3 - потерю сознания, на 0,4 — смерть. О рН внеклеточной жидкости судят по концентрации Н+ в плазме. Внутриклеточные жидкости изучены в этом отношении гораздо меньше. Предполагают, что они менее щелочные (рН ниже на 0,1—0,3), больше зависят от электролитных сдвигов, и что при одних и тех же условиях реакция внутриклеточной и внеклеточной жидкости может меняться в противоположном направлении. Доступных методов определения рН внутриклеточных жидкостей нет, а на данном уровне наших знаний и практических возможностей реакция внеклеточных жидкостей представляет фон для суждения о внутриклеточных процессах. 2. Буферные системы организма Буферные системы – биохимические комплексы, обеспечивающие постоянство pH путем отдачи либо присоединения ионов водорода. Буферные системы не удаляют H+ из организма, а «связывают» его своим щелочным компонентом до окончательного восстановления КЩС. Буферные системы в различных биологических жидкостях представлены неодинаково. Буферные системы в различных биологических жидкостях представлены неодина ково. Основными буферными системами являются:
Во внутриклеточной жидкости имеются протеиновая, гидрокарбонатная и фос фатная буферные системы, во внеклеточной — фосфатная и гидрокарбонатная, в моче - аммонийная и фосфатная. Гидрокарбонатная буферная система представляет собой сопряженную кислотно-основную пару, состоящую из молекул слабой угольной кислоты, играющей роль донатора протонов, и бикарбонат-ионов НСО3 , выполняющих роль акцепторов протонов. Примечание. Гидрокарбонаты во внеклеточной жидкости находятся в виде натриевой соли (NaHCО3), внутри клеток — в виде калиевой соли (КНСО,3) имеющих общий анион НСО3. Анион бикарбоната явля ется главным щелочным резервом организма. Химическая формула гидрокарбонатного буфера: NaHC03/H2CО3, а механизм действия следующий: при ацидозе анионы угольной кислоты (НСО3- ) связывают катионы Н+, при алкалозе — угольная кислота диссоциирует, образуя ионы Н+, необходимые для буферирования избытка основания. Концентрация недиссоциированных молекул угольной кислоты в крови незначительна и находится в прямой зависимости от концентрации СО2. Эта буферная система эффективно функционирует при значении рН около 7,4. Гидрокарбонатный буфер является основным внеклеточным буфером в организме. Это объясняется высокой концентрацией бикарбоната в плазме (24 ммоль/л) и типом системы. Гидрокарбонатный буфер является буферной системой открытого типа, тесно связанной с функционированием дыхательной системы и почек. Это позволяет быстро удалять через легкие углекислый газ, образующийся при диссоциации угольной кислоты, и регенерировать ион гидрокарбоната в почках. При этом С02 находится в динамическом равновесии с ионами водорода. Гемоглобиновая буферная система занимает значительную долю (до 75%) в буферной емкости крови. Ее функционирование во многом сходно с белковым буфером, что связано с белковой структурой и амфотерными свойствами гемоглобина. Данная система состоит из оксигенированного (НbO2— донор Н+) и неоксигенированного (ННb — Н+) гемоглобина. В окисленной форме гемоглобин проявляет свои кислотные свойства и способен диссоциировать с отдачей в среду Н+ в 70-80 раз сильнее, чем восстановленный. Взамен отданных ионов водорода он, соответственно, больше связывает ионы калия из КНС03, находящегося внутри эритроцитов. Основная роль гемоглобиновой буферной системы связана с ее участием в транспорте СO2и кислорода между тканями и легкими. Белковая буферная система характеризуется тем же принципом функционирования, что и гидрокарбонатная. Буферные свойства белков обусловлены таким их свойством как амфотерность, которое проявляется одновременным наличием у них свойств кислот и оснований за счет наличия в молекулах свободных кислотных и основных групп. Поэтому в кислой среде белки связывают ионы водорода, а в щелочной - отдают. Данная буферная система имеет большую емкость с эффективным динамическим диапазоном. Особенно важна роль белковой системы как внутриклеточного буфера. Фосфатная буферная система состоит из однозамещенного (донатор Н+) и двузамещенного (акцептор Н+) фосфатов в соотношении1:4. Данный буфер наиболее эффективен при рН=7,2, но способен оказывать влияние в диапазоне от 6,1 до 7,7. Значение этой системы в крови незначительно. Более заметную роль фосфатный бу фер играет в регуляции рН внутриклеточной жидкости, где концентрация фосфатов намного выше, чем вне клеток. Важное значение данный буфер имеет в почках, т.к. в почечных канальцах происходит концентрирование буфера и значительное увеличе ние его мощности. Физиологические механизмы регуляции КЩС Дыхательная регуляция КЩС представляет собой важнейшее звено в его поддержании, которое контролирует рСO2 в артериальной крови. Легкие обеспечивают уменьшение или устранение сдвигов КЩС за счет усиления или ослабления объема альвеолярной вентиляции. Количество углекислого газа, выделяющегося через легкие, контролируется дыхательным центром. Регуляция работы дыхательного центра осуществляется с помощью химических факторов (рСO2, рO2, рН), которые действуют на него опосредованно через специальные хеморецепторы, расположенные в продолговатом мозге и сосудистых рефлексогенных зонах (дуга аорты, каротидный синус). Снижение напряжения СO2 ведет к резкому угнетению инспираторной активности дыхательного центра вплоть до остановки дыхания. Увеличение напряжения СO2 в артериальной крови приводит к усилению активности дыхательного центра и увеличению вентиляции легких. То же самое происходит при сдвиге рН ниже нормы. Так, при падении рН до 7,0 и ниже, МОД возрастает до 35—40 л. Отсюда можно понять, почему становится столь силь ной легочная вентиляция при ацидозе, на фоне сахарного диабета. При повышении температуры тела вентиляционная способность легких также увеличивается; подоб ным образом действуют и соли калия, но при быстром повышении концентрации К+ в плазме крови хеморецепторы подавляются и легочная вентиляция снижается. Дыхательная регуляция КЩС относится к системе быстрого реагирования и уже через 1-2 мин после изменения альвеолярной вентиляции сдвиги КЩС устраняются или компенсируются. Увеличение вентиляции в 2 раза повышает рН крови примерно на 0,23, а снижение вентиляции на 25% может уменьшить рН на 0,3-0,4. С легочным механизмом регуляции КЩС непосредственно связана гидрокарбонатная буферная система крови и гемоглобиновая буферная система эритроцитов. Общие механизмы их функционирования заключаются в следующем: Прежде всего необходимо отметить, что процессы связывания с гемоглобином O2 , Н+ и СO2 взаимозависимы и изменение концентрации одного из этих веществ влияет на связывание гемоглобина с другими (кооперативный эффект гемоглобина). Например, связывание Н+ и СO2 с гемоглобином снижает его способность связывать кислород. Напротив, соединение О2, с гемоглобином снижает его способность связывать Н+ и СO2. В связи с этим в периферических тканях, где концентрация Н+ и СO3 высока, способность связывать O2 гемоглобином падает по мере роста первых двух показателей. В капиллярах легких выделение СO2 и повышение рН увеличивают сродство гемоглобина к O2 и вновь образуется его оксигенированная форма. Данное влияние величины рН и рСO2 связывание и освобождение кислорода гемоглобином называется эффектом Бора. Подавляющая доля СO2 в организме является продуктом клеточного метаболизма. Поэтому, обладая высокой способностью диффузии (в 20 раз выше, чем кислород), СО2 легко диффундирует в капилляры и транспортируется к легким в виде растворенной формы, ввиде аниона бикарбоната и в виде карбаминовых соединений. В растворенной форме находится около 5% общего количества СO2, который хорошо растворяется в плазме. В капиллярах большого круга кровообращения оксигемоглобин отдает кислород в ткани и превращается в восстановленный гемоглобин. Одновременно в эритроциты поступает СO2, и очень быстро взаимодействуя с Н2O в присутствии внутриклеточного фермента карбоангидразы, образует угольную кислоту. В плазме эта реакция без данного фермента протекает очень медленно. Образовавшаяся внутри клетки угольная кислота диссоциирует на НСО3- и Н+. Образовавшийся ион водорода соединяется с восстановленным гемоглобином, образуя ННb, буферируется и остается внутри клетки. Тем самым деоксигенация артериальной крови в периферических тканях способствует связыванию протонов. Анионы НСО— по мере накопления диффундируют в плазму, а взамен из плазмы в эритроцит осуществляется приток ионов хлора (хлоридный сдвиг), который обеспечивает электрическую нейтральность клетки. В данной форме находится основная часть СО2 в артериальной крови (90%). Транспорт СО2 в виде карбаминовых соединений осуществляется за счет его взаимодействия с концевыми аминогруппами белков крови (в основном это гемоглобин). Карбаминовые соединения транспортируют около 5% общего количества СО2 в артериальной крови. Необходимо отметить, что в артерио-венозной разнице концентраций СО2 60% приходится на НСО3, 30% — на карбаминовые соединения, 10% — на растворенную форму СО3. Подобное наличие в крови всех трех форм существования создает равно весие между растворенной и связанной формами СО2. Выделение СО2 из организма регулируется вышеописанными физиологическими механизмами и зависит от величины минутной альвеолярной вентиляции. Таким образом, легкие, обеспечивая срочные механизмы поддержания КЩС, являются первой линией защиты данного важнейшего параметра гомеостаза. Поэтому необходимо знать, что любые нарушения легочной вентиляции могут вызвать сдвиги КЩС. Почечная регуляция КЩС осуществляется за счет трех основных процессов: ацидогенеза, аммонийгенеза и реабсорбции гидрокарбоната. Ацидогенез (секреция ионов водорода эпителием почечных канальцев) обеспечивается работой эпителия, где постоянно с участием угольной карбоангид-разы из СО2 и воды образуется угольная кислота, диссоциирующая на Н+ и анионы НСО3. Н+ активно секретируются в просвет канальцев. Интенсивность секреции зависит от количества СО2 в крови, активности карбоангидразы, рН артериальной крови, уровня паратгормона и альдостерона. Аммониогенез усиливается при значительном закислении мочи и заключается в образовании аммиака из глутамина и других аминокислот в эпителии канальцев почек, который связывается с ионом водорода с образованием иона аммония. Ион аммония, в свою очередь, реагирует в основном с хлором (анион сильной кислоты) и в виде соли NH4C1 выводится с мочой, не снижая ее рН. Важно отметить, что катион аммония способен замещать значительное количество катионов натрия в моче, которые реабсорбируются в кровь взамен на секретируемые ионы водорода. Данный механизм является одним из путей сохранения гидрокарбоната в организме. Каждый миллимоль Н+, экскретируемый в форме титруемых кислот и (или) ионов аммония (NH4+), добавляет в плазму крови 1 ммоль НСО3. Ацидоз увеличивает синтез и секрецию ионов аммония в почках, алкалоз — снижает. Реабсорбция гидрокарбоната в почках является высокоэффективным процессом, достигая в нормальных условиях практически абсолютных значений. При этом фильтрующийся в клубочках гидрокарбонат при прохождении через канальцы отдает катион натрия взамен на секретируемые ионы водорода и превращается в угольную кислоту, быстро распадающуюся на СО2 и воду. Поэтому моча при этом не меняет своей реакции. Реабсорбированный катион натрия соединяется с анионом гидрокарбоната и превращается в NaHCО3, который поступает в кровь взамен аналогичной молекулы, вышедшей из крови в мочу в процессе клубочковой фильтрации. Необходимо отметить, что реакция почек на изменение КЩС организма значи тельно более медленная, чем соответствующая реакция легких. Так, стимуляция ка-нальцевой секреции Н+ начинается только через несколько минут после изменения рСО2 в крови. Стимулирующее действие альдостерона на секрецию Н+в дистальных канальцах проявляется через несколько часов. Реализация других механизмов выве дения Н+ почками может потребовать 2-3 дня. Печень как центральный орган химического гомеостаза организма играет существенную роль в поддержании КЩС на организменном уровне. Прежде всего, гепатоциты являются поставщиками протеинового буфера крови. В печени происходят все этапы распада белков до образования аммиака, который поступает в орнитиновый цикл для синтеза мочевины. Этот процесс обеспечивает возможность использования аммиака гепатоцитами в качестве буферного основания для нейтрализации кислот, а также поддерживает его нормальный уровень в крови, предотвращающий защелачивание внеклеточной жидкости. Использование печенью в глюконеогенезе органических кислот (лактата, пирувата, аминокислот) способствует снижению их концентрации в крови и тканевой жидкости. При этом 80% лактата превращается в СО2, 20% — в глюкозу. Важно отметить, что данные биохимические реакции не только снижают уровень лактата, но и приводят к регенерации главного буферного основания — гидрокарбоната, истраченного на нейтрализацию лактата во внеклеточной жидкости. Также печень участвует в поддержании КЩС за счет синтеза кетоновых тел и инактивации альдостерона. Кроме вышеуказанных метаболических механизмов регуляции КЩС, определенное значение имеет выделение с желчью ряда кислых и основных продуктов. Желудочно-кишечный тракт занимает важное место в поддержании постоянства КЩС организма благодаря большой интенсивности процессов поступления и всасывания жидкостей, продуктов питания и электролитов, а также выделения продуктов жизнедеятельности. Потребление растительной пищи способствует ощелачиванию внутренней среды организма, а белковой пищи животного происхождения — ее закислению. Влияние желудка на КЩС связано с выщелением соляной кислоты в его просвет. Важным механизмом влияния ЖКТ на КЩС является продукция гидрокарбона та, основное количество которого секретирует поджелудочная железа, что является ее уникальной и исключительно важной физиологической функцией. Кроме сока поджелудочной железы существенным источником гидрокарбоната в кишечнике является желчь. Наряду с данными секреторными механизмами определенное значение для участия ЖКТ в регуляции КЩС имеет его всасывающая функция, через которую в организме поддерживается водный баланс, осмолярный и электрохимический градиенты, активная реакция среды как за счет использования реабсорбируемых буферных компонентов (ионы натрия, калия, кальция, хлора, ани он гидрокарбоната), так и через поддержание нормального трансмембранного ион ного обмена. На основании вышеизложенных механизмов очевидно, что ЖКТ играет сущес твенную роль в поддержании КЩС организма. Поэтому нарушение функциони рования любого его отдела приводит к развитию выраженных нарушений КЩС и водно-электролитного обмена, что часто имеет место при различных формах пато логии. Костная ткань тоже участвует в поддержании КЩС за счет обмена содержащихся в ней ионов натрия, калия, кальция, магния на ионы водорода, например, при компенсации ацидоза. При остром увеличении содержания кислот (при шоке, коме, острой сердечной, дыхательной или почечной недостаточности) кости могут обеспечивать до 30-40% буферной емкости биологических жидкостей организма. В случае хронической нагрузки кислыми соединениями (хроническая сердечная, почечная, дыхательная или печеночная недостаточности) данный показатель может возрастать до 50%, однако при этом может развиваться декальцификация скелета за счет выхода карбоната кальция в плазму крови. Заключение. Таким образом, механизмы поддержания КЩС в организме представляют собой достаточно мощную, многокомпонентную, саморегулирующуюся систему, и только выраженная экзо— или эндогенная патология, может вызвать ее суб- или декомпенсацию, что найдет отражение в соответствующей клинике и изменении лабораторных показателей КЩС. Основные показатели КЩС и газового состава крови Показатели КЩС определяются эквилибрационным микрометодом Аструпа (с интерполяционным расчетом рСO2) или методами с прямым окислением СO2 . Осно вой метода Аструпа является физическая взаимосвязь между компонентами, от кото рых зависит равновесие кислот и оснований в организме. Непосредственно в крови определяют рН и рСO2, остальные величины КЩС рассчитывают с помощью номог раммы Сиггаарда-Андерсена (1960). Современные микроанализаторы все величины КЩС и парциальное напряжение газов крови определяют в автоматическом режиме. pH ( 7.35-7.45 ) – показатель кислотности среды, отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода, актуальное значение pH артериальной, венозной либо капиллярной крови, определенной без доступа воздуха при температуре 37 ºС, измеряется в единицах. PaCO2 / |