1. Терминология
2. Физиологические буферные растворы
3. Нормальный кислотно-щелочной баланс
4. Клиническая оценка нарушений кислотно-щелочного баланса
5. Список литературы и применяемых сокращений

а) Терминология. Хронические легкие нарушения КЩС могут мешать нормальному росту и развитию, тогда как острые серьезные изменения pH м.б. фатальными. Контроль КЩС зависит от почек, легких, а также от в/клеточного и внеклеточного буферных р-ров.

Нормальный диапазон pH составляет 7,35-7,45. Между pH и концентрацией ионов водорода существует обратная зависимость. При pH 7,40 концентрация протонов водорода составляет 40 нмоль/л. Нормальная концентрация Na⁺ в сыворотке крови равна 140 мЭкв/л, в 1 млн раз выше. Поддержание нормального pH необходимо, поскольку протоны водорода обладают высокой реакционной способностью и особенно часто соединяются с белками, изменяя их функцию.

Кислота — это в-во, которое выделяет («отдает») протон водорода. Щелочь является в-вом, которое принимает его. Кислота может диссоциировать на протон водорода и сопряженное основание следующим образом:

НА ↔ Н⁺ + А^-,

где НА — кислота; Н⁺ — протон водорода; А — сопряженное основание.

Для сильных кислот характерна высокая способность к диссоциации, поэтому в этой реакции малое количество кислоты. Слабая кислота плохо диссоциирует, поэтому не все протоны водорода выделяются из кислоты. Сопряженное основание действует как основание, когда реакция движется влево. Эти реакции находятся в равновесии. Когда кислота добавляется в систему, происходит ее диссоциация до тех пор, пока концентрации протонов водорода и сопряженного основания не увеличиваются настолько, чтобы обеспечить новое равновесие.

Добавление протонов водорода вызывает уменьшение концентрации оснований и увеличение концентрации кислоты. Добавление оснований вызывает уменьшение концентрации протонов водорода и увеличение концентрации кислоты.

Буферными р-рами называют в-ва, которые нивелируют изменения pH, возникающие при добавлении кислот или оснований в организм. В связи с тем, что концентрация протонов водорода в организме при физиологическом pH крайне низка, даже их небольшое количество при отсутствии буферных р-ров может вызвать резкое снижение pH. Буферные р-ры предотвращают снижение pH за счет связывания поступивших протонов водорода следующим образом:

А^- + Н⁺ → НА;

где НА — кислота, Н⁺ — протон водорода, А^- — сопряженное основание.

Увеличение концентрации протонов водорода направляет эту реакцию вправо. Точно так же, когда щелочь добавляется в организм, буферные р-ры предотвращают повышение pH за счет высвобождения ионов водорода, а именно:

НА → А^- + Н⁺,

где НА — кислота; Н⁺ — протон водорода; А^- — сопряженное основание.

Лучшие буферные р-ры — это слабые кислоты и щелочи, поскольку буферный р-р работает лучше всего, когда он диссоциирует на 50% (50% кислот и 50% оснований). Значение pH, при котором буферный р-р диссоциирует на 50%, называется его рКа. Лучшие физиологические буферные р-ры имеют рКа 7,40. Концентрация буферного р-ра и его рКа определяют эффективность буферного р-ра (буферную емкость). Когда pH <рКа буферного р-ра, кислоты больше, чем оснований. Когда pH>рКа, оснований больше, чем кислоты.

б) Физиологические буферные растворы. Бикарбонатный и небикарбонатный буферные р-ры защищают организм от серьезных изменений pH. Бикарбонатная буферная система регулярно контролируется клинически и основана на соотношении между диоксидом углерода и бикарбонатом:

CO₂ + H₂O ↔ Н⁺ + HCO₃^-,

где СО₂ — диоксид углерода; НСО₃ — бикарбонат; Н₂O — вода; Н⁺ — протон водорода.

Углекислый газ действует как кислота, т.к. после соединения с водой выделяет протоны водорода; бикарбонат действует как его сопряженная щелочь, поскольку он принимает протоны водорода; рКа этой реакции составляет 6,1. Уравнение Гендерсона-Хассельбаха выражает взаимосвязь между pH, рКа и концентрациями кислоты и сопряженной с ней щелочью. Эта связь действительна для любого буферного р-ра. Уравнение Гендерсона-Хассельбаха для бикарбоната и углекислого газа выглядит следующим образом:

pH = 6,1 + log[HCO₃^-]/[CO₂],

где [HCO₃^-] — концентрация бикарбоната; [СО₂] — концентрация углекислого газа.

Уравнение Гендерсона-Хассельбаха для бикарбонат-ной буферной системы имеет три переменных: pH, концентрацию бикарбоната и концентрацию углекислого газа. Т.о., если известны какие-либо две из этих переменных, то можно вычислить третью. При использовании уравнения Гендерсона-Хассельбаха важно, чтобы ЕД измерения углекислого газа и бикарбоната совпадали. В клинической практике рСО₂ выражается в мм рт.ст., поэтому его необходимо умножить на константу растворимости 0,03 ммоль/л на 1 мм рт.ст., прежде чем можно будет использовать уравнение. Математическое преобразование уравнения Гендерсона-Хассельбаха дает следующее соотношение:

[Н⁺] = 24 х рСО₂/[HCO₃^-],

где [Н⁺] — концентрация протонов водорода; [HCO₃^-] — концентрация бикарбоната.

При нормальной концентрации протонов водорода, равной 40 нмоль (pH 7,40), рCО₂, которое выражается в мм рт.ст. в данном уравнении, составляет 40, когда концентрация бикарбоната составляет 24 мЭкв/л. Это уравнение подчеркивает, что концентрация протонов водорода, а следовательно, и pH м.б. определены соотношением рСО₂ и концентрацией бикарбоната.

Бикарбонатная буферная система очень эффективна из-за высокой концентрации бикарбоната в организме (24 мЭкв/л) и поскольку она является открытой системой. Остальные буферные р-ры организма являются закрытыми системами. Бикарбонатная буферная система — открытая система, поскольку при увеличении рСО₂ в крови элиминация его легкими также возрастает. При добавлении кислоты в организм происходит следующая реакция:

Н⁺ + HCO₃^- → СО₂ + H₂O,

где СО₂ — диоксид углерода; HCO₃^- — бикарбонат; H₂О — вода; Н⁺ — протон водорода.

В закрытой системе уровень углекислого газа увеличится. Более высокая концентрация углекислого газа приведет к усилению обратной реакции:

СО₂ + H₂O ↔ Н⁺ + HCO₃^-,

где СО₂ — диоксид углерода; HCO₃^- — бикарбонат; Н₂О — вода; Н⁺ — протон водорода.

Это увеличило бы концентрацию протонов водорода, ограничивая буферную способность бикарбоната. Однако поскольку легкие выделяют избыточное количество углекислого газа, обратная реакция не усиливается, что сопровождается увеличением буферной способности бикарбоната. Тот же принцип действует и с добавлением щелочи, потому что легкие уменьшают выведение углекислого газа и предотвращают снижение рСО₂. Отсутствие изменений концентрации углекислого газа резко увеличивает буферную способность бикарбоната.

Небикарбонатные буферные р-ры включают белки, фосфат и кости. Белковые буферные р-ры состоят из внеклеточных белков (в основном альбумина) и в/клеточных белков (включая Hb). Белки являются эффективными буферными р-рами, в основном из-за присутствия в них аминокислоты гистидина, у которой есть боковая цепь, которая может связывать или высвобождать протоны водорода. РКа гистидина незначительно изменяется в зависимости от его положения в молекуле белка, но его среднее значение составляет ~6,5. Это достаточно близко к нормальному pH (7,4), чтобы гистидин стал эффективным буферным р-ром. Hb и альбумин содержат 34 и 16 молекул гистидина соответственно.

Фосфат может связывать до трех молекул водорода, поэтому он может существовать как РО₄^3-, НРО₄^2-, Н₂РО₄^1- или Н₃РО₄. Однако при физиологическом pH большая часть фосфатов существует в виде НРО₄^2- или Н₂РО₄^1-; Н₂РО₄^1- — кислота, а НРО₄^2- — сопряженная с ней щелочь, Н⁺ — протон водорода:

Н₂РО₄^1- ↔ Н⁺ + НРО₄^2-.

РКа данной реакции составляет 6,8, что делает фосфат эффективным буферным р-ром. Концентрация фосфата в экстрацеллюлярной жидкости относительно низкая, что ограничивает общую буферную способность фосфата; он менее важен, чем альбумин. Однако фосфат обнаруживается в гораздо большей концентрации в моче, где он является важным буферным р-ром. В интрацеллюлярном пространстве большая часть фосфата ковалентно связана с органическими молекулами (АТФ), но он по-прежнему служит эффективным буферным р-ром.

Кость — важный буферный р-р. Кость является щелочной, поскольку она состоит из таких соединений, как бикарбонат Na⁺ и карбонат кальция, поэтому при растворении кости высвобождается щелочь. Это высвобождение может буферизировать кислотную нагрузку, однако это может привести к уменьшению плотности костей, если это происходит в течение длительного времени. Напротив, формирование кости за счет потребления щелочи помогает буферизировать избыток щелочи.

В клинической практике мы измеряем pH внеклеточной жидкости, но именно в/клеточный pH влияет на функцию кл. Измерения в/клеточного pH в рутинной клинической практике не требуется, поскольку изменения в/клеточного и внеклеточного pH являются сопряженными процессами. Однако изменение в/клеточного pH обычно менее выражено, чем изменение внеклеточного pH, из-за большей буферной способности интрацеллюлярной жидкости.

в) Нормальный кислотно-щелочной баланс. Легкие и почки поддерживают нормальное КЩС. Углекислый газ, образующийся в результате нормального метаболизма, является слабой кислотой. Легкие предотвращают увеличение рСО₂ в крови, выделяя углекислый газ, образующийся в организме. Образование углекислого газа варьирует в зависимости от метаболических потребностей организма, увеличиваясь при ФН. Незамедлительная реакция легких на изменения концентрации углекислого газа возникает за счет того, что рецепторы ЦНС оценивают рСО₂ в крови с последующим увеличением или уменьшением объема минутной вентиляции для поддержания нормального рСО₂ (35-45 мм рт. ст.).

При увеличении вентиляции отмечается снижение рСО₂, а уменьшение вентиляции сопровождается увеличением рСО₂.

Почки выделяют эндогенную кислоту. В организме взрослого человека в течение первых суток обычно вырабатывается 1-2 мЭкв/кг, а у детей — 2-3 мЭкв/кг протонов водорода. Три основных источника протонов водорода — это метаболизм белков в пище, неполный метаболизм углеводов и жиров и потери бикарбоната с калом. Поскольку при метаболизме белка образуются протоны водорода, производство эндогенных кислот зависит от уровня его потребления. При полном окислении углеводов или жиров до углекислого газа и воды протоны водорода не выделяются, а легкие удаляют избыток углекислого газа, однако при неполном метаболизме указанных соединений всегда выделяются протоны водорода. При неполной утилизации глюкозы может образовываться молочная кислота, а при незавершенном метаболизме триглицеридов — кетокислоты, такие как p-гидроксимасляная и ацетоуксусная кислоты.

В организме человека всегда существует некоторый исходный неполный метаболизм, который способствует синтезу эндогенной кислоты. Этот процесс увеличивается при таких патологических состояниях, как лактат-ацидоз и ДКА. Потеря бикарбоната в стуле является третьим основным источником синтеза эндогенной кислоты. Только желудок выделяет протоны водорода, в то время как большая часть ЖКТ выделяет бикарбонат, поэтому конечным эффектом является потеря бикарбоната из организма. Чтобы секретировать бикарбонат, кл. кишечника синтезируют протоны водорода, которые попадают в кровоток. На каждую молекулу бикарбоната, удаленную с калом, в организме выделяется один протон водорода. Этот источник синтеза эндогенной кислоты обычно минимален, но может резко увеличиваться у пациента с диареей.

Ионы водорода, образующиеся в результате синтеза эндогенных кислот, нейтрализуются бикарбонатом, потенциально вызывая снижение его концентрации. Почки регенерируют этот бикарбонат, выделяя протоны водорода. Легкие не могут регенерировать бикарбонат, даже если при элиминации углекислого газа снижается концентрация протонов водорода, как показано в следующей реакции:

H⁺ + HCO₃^- → СО₂ + Н₂О,

где СО₂ — диоксид углерода; HCO₃^- — бикарбонат; Н₂О — вода; Н⁺ — протон водорода.

Уменьшение рСО₂ в крови заставляет реакцию сдвигаться вправо, что снижает концентрацию протонов водорода и бикарбоната. При метаболическом ацидозе гипервентиляция может снизить напряжение углекислого газа, уменьшить концентрацию протонов водорода и, т.о., повысить pH, хотя при этом все еще будет сохраняться метаболический ацидоз, явившийся причиной нарушений КЩС. Точно так же почки не могут устранить аномально высокое pCO₂, как показано в следующей реакции:

Н⁺ + HCO₃^- → СО₂ + Н₂О,

где СО₂ — диоксид углерода; HCO₃^- — бикарбонат; Н₂О — вода; Н⁺ — протон водорода.

Увеличение концентрации бикарбоната также заставляет реакцию сдвигаться вправо, что увеличивает концентрацию углекислого газа при одновременном уменьшении концентрации протонов водорода. При респираторном ацидозе увеличение синтеза бикарбоната почками может снизить концентрацию протонов водорода и повысить pH, но не может устранить респираторный ацидоз. И легкие, и почки могут влиять на концентрацию протонов водорода, а следовательно, и на pH. Однако только легкие могут регулировать pCO₂, и только почки могут контролировать концентрацию бикарбоната.

1. Почечные механизмы. Почки регулируют концентрацию бикарбоната в сыворотке крови, изменяя выведение кислоты с мочой. Этот процесс включает два этапа. Во-первых, почечные канальцы реабсорбируют бикарбонат, который фильтруется клубочками. Во-вторых, имеется канальцевая секреция протонов водорода. После экскреции протонов водорода с мочой остается лишь бикарбонат, который нейтрализует выработку эндогенной кислоты. Процессы, необходимые для элиминации кислот почками, происходят во всех канальцах нефрона (рис. 1).

Проксимальный каналец является местом, где регенерируется большая часть отфильтрованного бикарбоната, хотя др. участки вдоль нефрона, особенно толстый сегмент восходящей части петли Генле, также реабсорбируют часть отфильтрованного бикарбоната. Собирательные трубочки являются основным местом секреции протонов водорода, подкисляющих мочу. В проксимальном канальце синтезируется аммиак, который служит буферным р-ром для мочи в собирательной трубочке.

Реабсорбция отфильтрованного бикарбоната является первым необходимым шагом в регуляции КЩС почками. У ЗЛ СКФ составляет 180 л/сут. Эта жидкость поступает в капсулу Боумена с концентрацией бикарбоната, которая по существу идентична концентрации в плазме, обычно 24 мЭкв/л. Умножив 180 л на 24 мЭкв/л, можно установить, что в капсулу Боумена ежедневно поступает >4000 мЭкв бикарбоната. Если на протяжении всего нефрона его реабсорбция прекратится, он элиминируется с мочой, что м.б. причиной тяжелого метаболического ацидоза.

В проксимальном канальце восстанавливается 85% отфильтрованного бикарбоната (рис. 2). Оставшиеся 15% реабсорбируются за пределами проксимального канальца, в основном в восходящем колене петли Генле. Молекулы бикарбоната не проникают из просвета канальцев в кл. проксимального канальца. Скорее, ионы водорода выделяются в жидкость, находящуюся в просвете канальцев, что приводит к трансформации отфильтрованного бикарбоната в углекислый газ и воду. Секреция протонов водорода кл. проксимального канальца необходима для образования в/клеточного бикарбоната, который транспортируется через базолатеральную мембрану кл. проксимального канальца и попадает в капилляры. Бикарбонат, продуцируемый в кл., заменяет бикарбонат, отфильтрованный в клубочках.

Na⁺-К⁺-АТФаза выводит Na⁺ через базолатеральную клеточную мембрану (1), поддерживая низкую в/клеточную концентрацию Na⁺. Низкая в/клеточная концентрация Na⁺ обеспечивает энергию для антипортера Na⁺-H⁺ (2), который перемещает Na⁺ из просвета канальцев на в/клеточные Н⁺. Н⁺, секретирующиеся в просвет канальцев, взаимодействуют с отфильтрованным HCO₃^- с образованием Н₂СО₃, которая в дальнейшем диссоциирует на СО₂ и H₂O под воздействием карбоангидразы просвета канальцев (3). СО₂ диффундирует в кл. и соединяется с OH^--группами с образованием HCO₃^-. Эта реакция катализируется в/клеточной карбоангидразой (4).

При диссоциации воды образуются ОН^--группы и Н⁺. Антипортер Na⁺-H⁺ секретирует Н⁺. HCO₃^- проникают через базолатеральную мембрану кл. канальцев и попадают в кровь через котранспортер 3HCO₃^-/1Na⁺ (5). Энергия для ко-транспортера 3HCO₃^-/1Na⁺ образуется на отрицательно заряженной внутренней поверхности кл., что делает его электрически выгодным для транспортировки чистого отрицательного заряда (т.е. 3HCO₃^- и только 1Na⁺) из кл.

Увеличение реабсорбции бикарбоната кл. проксимального канальца возникает в результате повышения секреции протонов водорода, что может отмечаться в различных клинических ситуациях. В частности, дефицит ОЦК увеличивает резорбцию бикарбоната. Это частично опосредовано активацией РААС, поскольку ангиотензин II увеличивает резорбцию бикарбонатов. Повышенная резорбция бикарбонатов в проксимальных канальцах является одной из причин метаболического алкалоза, который может возникать у некоторых пациентов с гиповолемией. Др. факторы, увеличивающие резорбцию бикарбоната, включают гипокалиемию и гиперкапнию. Это частично объясняет то, что гипокалиемия вызывает метаболический алкалоз, а респираторный ацидоз приводит к компенсаторному увеличению концентрации бикарбоната в плазме крови.

Факторы, уменьшающие реабсорбцию бикарбоната в проксимальных канальцах, могут привести к снижению его концентрации в плазме крови. Снижение рСО₂ (респираторный алкалоз) уменьшает резорбцию бикарбоната проксимальными канальцами, что приводит к частичному снижению концентрации бикарбоната в плазме крови, компенсируя респираторный алкалоз. ПТГ уменьшает резорбцию бикарбоната в проксимальных канальцах нефрона, поэтому при гиперпаратиреозе может отмечаться метаболический ацидоз легкой степени. Различные ЛС и патологические состояния м.б. причиной метаболического ацидоза из-за нарушений реабсорбции бикарбоната в проксимальных канальцах. Примерами являются такие ЛС, как ацетазоламид, который напрямую ингибирует карбоангидразу, и многие заболевания, вызывающие проксимальный ПКА.

После реабсорбции отфильтрованного бикарбоната инициируется второй механизм регуляции КЩС на уровне почек — выведение эндогенных кислот, образовавшихся в результате эндогенных метаболических реакций. Их экскреция происходит в основном в собирательных трубочках, незначительное участие в этом принимают кл. дистального канальца.

Наряду с секрецией протонов водорода трубчатыми кл., выстилающими собирательную трубочку, для эффективного выведения эндогенных кислот необходимо наличие буферных р-ров в просвете собирательной трубочки. Водородные насосы собирательной трубочки не в состоянии снизить pH мочи <4,5. Концентрация протонов водорода при pH 4,5 составляет <0,04 мЭкв/л, поэтому для выделения 1 мЭкв протонов водорода потребуется >25 л воды с pH = 4,5. У ребенка с МТ 10 кг, в организме которого синтезируется 20 мЭкв протонов водорода/сут, при отсутствии буферных р-ров в просвете канальцев суточный диурез должен составлять >500 мл. Как и в крови, буферные р-ры мочи препятствуют снижению pH, которое возникает при добавлении в нее протонов водорода. В просвете канальцев нефрона имеются два основных буферных р-ра: фосфатный и аммиачный.

Концентрация фосфатов в моче пропорциональна их потреблению с пищей. Несмотря на то, что большая часть фосфата, отфильтрованного в клубочках, реабсорбируется в проксимальных канальцах, концентрация фосфата в моче обычно намного выше, чем в плазме крови. Это позволяет фосфату быть эффективным буферным р-ром за счет реализации следующей реакции:

Н⁺ + НРО₄^2- → Н₂РО₄^1-,

где Н⁺ — протон водорода; НРО₄^2- — ион гидрофосфата; Н₂РО₄^1- — ион дигидрофосфата.

РКа этой реакции составляет 6,8, поэтому фосфат является эффективным буферным р-ром, поскольку в просвете собирательной трубочки pH мочи снижается с 7,0 до 5,0. Хотя фосфат — эффективный буферный р-р, его буферная способность ограничена концентрацией; механизма, обеспечивающего увеличение экскреции фосфатов с мочой в ответ на изменения КЩС, не существует.

В то же время количество аммиака, образующегося в организме, при увеличении концентрации протонов водорода м.б. изменено, что позволяет регулировать выведение эндогенных кислот. Буферная способность аммиака основана на реакции аммиака с протонами водорода с образованием аммония:

NH₃ + Н⁺ → NH₄⁺

где NH₃ — аммиак; Н⁺ — протон водорода; NH₄⁺ — аммоний.

Кл. проксимального канальца являются источниками секретируемого аммиака в основном за счет метаболизма глутамина в результате следующих реакций:

Глутамин → NH₄⁺ + глутамат^-, где NH₄⁺ — аммоний.

Глутамат^- → NH₄⁺ + α-кетоглутарат^3-, где NH₄⁺ — аммоний.

В процессе метаболизма глутамина образуются два иона аммония. Кроме того, при распаде α-кетоглутарата образуются две молекулы бикарбоната. Ионы аммония секретируются в просвет проксимального канальца, тогда как молекулы бикарбоната покидают кл. проксимального канальца через базолатеральный котранспортер Na⁺-3HCO₃^- (см. рис. 2). Как покажется на первый взгляд, эти процессы должны быть направлены на элиминацию протонов водорода в виде ионов аммония и реабсорбцию молекул бикарбоната. Однако ионы аммония, секретируемые в проксимальных канальцах, не остаются в просвете канальцев. Кл. толстого сегмента восходящей части петли Генле резорбируют ионы аммония.

В результате этого в интерстиции мозгового слоя почек создается высокая концентрация аммиака, однако жидкость, поступающая в просвет собирательных трубочек, не содержит значительного количества ионов аммония. Более того, ионы водорода, которые секретируются с аммиаком в виде ионов аммония в проксимальном канальце, попадают в кровоток, нивелируя эффекты бикарбоната, образующегося в проксимальном канальце. Т.о., выведение ионов аммония, а следовательно, и протонов водорода зависит от кл. собирательных трубочек.

Кл. собирательной трубочки секретируют протоны водорода и реабсорбируют бикарбонат, который возвращается в кровоток (рис. 3). Этот бикарбонат нейтрализует образующиеся эндогенные кислоты. Фосфат и аммиак служат буферными р-рами для протонов водорода, секретируемых кл. собирательных трубочек. Аммиак является эффективным буферным р-ром из-за его высокой концентрации в интерстиции мозгового слоя почек, поскольку кл. собирательных трубочек проницаемы для аммиака, но непроницаемы для аммония. По мере того как аммиак диффундирует в просвет собирательных трубочек, низкий pH мочи способствует тому, что почти весь аммиак превращается в аммоний.

Указанный процесс поддерживает низкую концентрацию аммиака в просвете собирательных трубочек. Поскольку pH жидкости в просвете трубочек меньше, чем pH интерстиция мозгового слоя, концентрация аммиака в интерстиции мозгового слоя выше, чем в просвете канальцев, что способствует перемещению аммиака в просвет канальцев. Несмотря на то, что концентрация аммония в просвете канальцев выше, чем в интерстиции, кл. собирательных трубочек непроницаемы для аммония, что предотвращает обратную диффузию аммония из просвета канальцев в интерстиций и позволяет аммиаку быть эффективным буферным р-ром.

При диссоциации воды образуются ОН-группы и Н⁺. Н⁺-АТФаза секретирует Н⁺ в просвет канальцев (1). HCO₃^- образуется, когда ОН-группы соединяются с СО₂ под воздействием карбоангидразы (2). HCO₃^- проникают через базолатеральную мембрану и попадают в кровь через ионный канал HCO₃^-/Cl^- (3). Н+в просвете канальцев восстанавливаются фосфатом и аммиаком. Аммиак может диффундировать из перитубулярной жидкости в просвет канальцев, но аммоний не проходит через кл. собирательных трубочек.

Почки регулируют экскрецию протонов водорода, исходя из физиологических потребностей. Имеются различия в синтезе эндогенных кислот, в основном из-за диеты и патофизиологических стрессов, таких как потери бикарбоната при диарее, которые увеличивают потребность в выделении кислоты. Выведение протонов водорода Т за счет активизации их секреции в собирательных трубочках, что приводит к снижению pH мочи. Эта реакция возникает довольно быстро, в течение нескольких часов после кислотной нагрузки, но она ограничена буферной способностью мочи; водородные насосы в собирательном канальце не могут снизить pH до <4,5.

С целью увеличения элиминации кислоты необходимо большее количество аммиака, который синтезируется проксимальными канальцами, чтобы его концентрация была более высокой и он был доступен в качестве буферного р-ра в просвете собирательных трубочек. Этот ответ на низкий уровень pH плазмы крови достигает максимума в течение 5-6 дней; экскреция аммиака может ↑ в ~10 раз по сравнению с исходным значением.

Выведение кислот через собирательные трубочки ↑ при различных клинических ситуациях. pH внеклеточной жидкости является самым важным регулятором выведения кислот почками. Снижение pH внеклеточной жидкости на фоне респираторного или метаболического ацидоза вызывает увеличение экскреции кислот почками. Альдостерон стимулирует секрецию протонов водорода в собирательных трубочках, что приводит к увеличению концентрации бикарбоната в плазме крови. Именно это и является причиной метаболического алкалоза на фоне первичного или вторичного гиперальдостеронизма, обусловленного снижением ОЦК.

Гипокалиемия увеличивает элиминацию кислот как за счет увеличения синтеза аммиака в проксимальных канальцах, так и за счет увеличения секреции протонов водорода в собирательных трубочках. Именно поэтому при гипокалиемии нередко отмечается тенденция к метаболическому алкалозу. На фоне гиперкалиемии возникают противоположные эффекты, которые могут привести к метаболическому ацидозу.

У пациентов с увеличением pH в почках действуют два основных механизма устранения проблемы. Во-первых, в проксимальных канальцах отмечается уменьшение реабсорбции бикарбоната, что приводит к увеличению его элиминации с мочой. Во-вторых, в ограниченном количестве специализированных кл. процесс секреции протонов водорода в собирательных трубочках м.б. обращен вспять (см. рис. 3), что приводит к секреции бикарбоната в просвет канальцев и перемещению протонов водорода в перитубулярную жидкость, откуда они поступают в кровоток.

г) Клиническая оценка нарушений кислотно-щелочного баланса. Представленное преобразование уравнения Гендер-сона-Хассельбаха подчеркивает взаимосвязь между рСО₂, концентрацией бикарбоната и протонов водорода:

[Н⁺] = 24 х рСО₂/[HCO₃^-],

где [Н⁺] — концентрация протонов водорода; [HCO₃^-] — концентрация бикарбоната.

Увеличение рСО₂ или уменьшение концентрации бикарбоната увеличивает концентрацию протонов водорода, при этом pH снижается. Уменьшение рCO₂ или увеличение концентрации бикарбоната приводит к снижению концентрации протонов водорода, а pH увеличивается.

1. Терминология. Ацидемия — снижение pH меньше нормы (<7,35), а алкалемия — повышение pH больше нормы (>7,45). Ацидоз является патологическим процессом, при котором имеет место повышение концентрации протонов водорода, а алкалоз — расстройством КЩС, для которого характерно снижение концентрации протонов водорода. В то время как при ацидемии всегда есть ацидоз, у пациента м.б. ацидоз с низким, нормальным или высоким pH. Напр., м.б. умеренный метаболический ацидоз с сопутствующим тяжелым респираторным алкалозом, при этом в итоге результатом м.б. алкалемия. Ацидемия и алкалемия указывают на отклонение pH от нормы; ацидоз и алкалоз указывают на протекающий патологический процесс.

Простое нарушение КЩС является единичным первичным нарушением. При простом нарушении метаболизма компенсация нарушений КЩС достигается путем оптимизации дыхания. Так, при метаболическом ацидозе снижение pH приводит к увеличению минутной вентиляции, сопровождающейся снижением рСО₂, что, в свою очередь, позволяет увеличить pH. Указанный механизм респираторной компенсации ожидается при первичном метаболическом ацидозе. Несмотря на снижение pCO₂, имеющиеся изменения не являются респираторным алкалозом, хотя иногда его ошибочно называют «компенсаторным» респираторным алкалозом. Низкий уровень рСО₂ м.б. как результатом первичного респираторного алкалоза, так и респираторной компенсации при метаболическом ацидозе. Такие же механизмы респираторной компенсации запускаются и при первичном метаболическом алкалозе, хотя в этом случае рСО₂ увеличивается, чтобы нивелировать повышение pH.

Респираторная компенсация метаболических нарушений запускается очень быстро, однако эти механизмы оказываются эффективными только в течение 12-24 ч, после чего они не могут чрезмерно компенсировать или нормализовать pH.

При первичных респираторных нарушениях включаются метаболические механизмы компенсации имеющихся расстройств КЩС с участием почек. Почки реагируют на респираторный ацидоз увеличением экскреции протонов водорода, тем самым увеличивая образование бикарбоната и повышая его концентрацию в плазме крови. При респираторном алкалозе с целью его компенсации почки увеличивают выведение бикарбонатов, при этом их концентрация в плазме крови уменьшается. В отличие от механизмов респираторной компенсации, которые включаются достаточно быстро, почкам необходимо 3-4 дня, чтобы в полной мере устранить имеющиеся метаболические нарушения. Однако имеются незначительные, быстро развивающиеся компенсаторные изменения концентрации бикарбоната при первичных респираторных нарушениях.

Ожидаемая полноценная метаболическая компенсация респираторных нарушений зависит от того, является ли процесс острым или хроническим.

Смешанные расстройства КЩС отмечаются тогда, когда присутствует более одного первичного нарушения. У младенца с бронхолегочной дисплазией м.б. респираторный ацидоз на фоне ХНЗЛ и метаболический алкалоз при назначении фуросемида, который используется для лечения основного заболевания. Более того, у ребенка с пневмонией и/или сепсисом м.б. тяжелая ацидемия из-за комбинированного метаболического ацидоза, обусловленного гиперлактатемией, и респираторного ацидоза, обусловленного ОДН.

Имеются формулы для расчета метаболических или респираторных компенсаторных изменений для шести основных простых нарушений КЩС (табл. 11). Наличие соответствующих компенсаторных изменений ожидается при простом расстройстве, однако это необязательно. Если соответствующие компенсаторные изменения отсутствуют, то у пациента имеются смешанные расстройства КЩС. При первичном метаболическом ацидозе с концентрацией бикарбоната в плазме крови 10 мЭкв/л ожидаемые показатели рСО₂, необходимые для компенсации имеющихся метаболических нарушений, должны составлять 23 мм рт.ст. ± 2 (1,5 х 10 + 8 ± 2 = 23 ± 2; табл. 11). Если при этом рСО₂ у пациента >25 мм рт.ст., имеется сопутствующий респираторный ацидоз, поскольку рСО₂ выше, чем ожидалось.

Кроме этого, у пациента м.б. респираторный ацидоз, несмотря на рСО₂ ниже «нормальных» значений (~35-45 мм рт.ст.). В этом случае рСО₂ <21 мм рт. ст. указывает на сопутствующий респираторный алкалоз, поскольку оно ниже ожидаемых значений.

2. Диагностика. Систематическая оценка газового состава артериальной крови с учетом особенностей течения заболевания обычно может объяснить имеющиеся у пациента нарушения КЩС. Анализ газового состава артериальной крови проводится с учетом нормальных показателей (табл. 12). В большинстве случаев диагностика нарушений КЩС включает в себя три этапа (рис. 4).
1) Определите, имеется ли ацидемия или алкалемия.
2) Установите причину ацидемии или алкалемии.
3) Исключите смешанные расстройства.

На первом этапе установите, является ли pH низким (ацидемия) или высоким (алкалемия). На втором этапе найдите рациональное объяснение имеющимся изменениям. На третьем этапе рассчитайте ожидаемые компенсаторные изменения (см. табл. 11) и определите, имеет ли место смешанное нарушение КЩС.

[HCO₃^-] = концентрация бикарбоната.

У большинства пациентов с нарушениями КЩС имеют место патологические значения pH, хотя есть два исключения. Первым исключением является пациент со смешанными нарушениями КЩС, у которого два процесса имеют противоположные эффекты на pH (метаболический ацидоз и респираторный алкалоз) и вызывают сопоставимые по величине, но противоположные изменения концентрации протонов водорода. Второе исключение — пациент с изолированным хроническим респираторным алкалозом. В ряде случаев для нормализации pH достаточно соответствующих компенсаторных метаболических изменений. В обоих случаях наличие расстройств КЩС диагностируется на основании аномальных показателей рСО₂ и концентрации бикарбоната. Для окончательной верификации нарушений КЩС у этих пациентов необходимо перейти к третьему этапу.

На втором этапе диагностики необходимо оценить концентрацию бикарбоната и углекислого газа в плазме крови, чтобы установить причину аномального pH (см. рис. 4). В большинстве случаев существует только одно очевидное объяснение аномального pH. Однако при некоторых смешанных патологических состояниях возможно наличие двух вариантов (напр., высокое рСО₂ и низкая концентрация бикарбоната у пациента с ацидемией). В таких случаях у пациента есть две причины аномального pH. В рассматриваемом случае имеют место метаболический ацидоз и респираторный ацидоз, поэтому третий этап диагностики в данной ситуации не нужен.

На третьем этапе необходимо оценить, соответствуют ли имеющиеся у пациента компенсаторные изменения прогнозируемым. Предполагается, что первичное изолированное расстройство было диагностировано на втором этапе, после чего были рассчитаны ожидаемые компенсаторные изменения (см. табл. 11). Если имеющиеся компенсаторные изменения соответствуют расчетным, то у пациента присутствует простое изолированное расстройство КЩС; если же они не совпадают с прогнозируемыми — происходят разные патологические процессы. Патогенез второго расстройства устанавливается исходя из того, насколько малы или велики компенсаторные изменения по сравнению с ожидаемыми (см. рис. 4).

Данные анамнеза всегда полезны при оценке и диагностике расстройств КЩС, что особенно справедливо при респираторных нарушениях. Ожидаемые метаболические компенсаторные изменения при расстройствах дыхания меняются в зависимости от того, является ли процесс острым или хроническим, что можно выяснить только на основании анамнеза. Метаболическая компенсация острого респираторного ацидоза менее выражена, чем хронического. У пациента с респираторным ацидозом небольшое увеличение концентрации бикарбоната будет соответствовать простому острому респираторному ацидозу или смешанной патологии (хронический респираторный ацидоз и метаболический ацидоз). Только анамнез позволит провести ДД. Информация о продолжительности респираторных расстройств и наличии или отсутствии факторов риска развития метаболического ацидоза (диареи) позволяет сделать правильный вывод.

Альтернативой только что описанному физиологическому подходу (который включает расчет анионной разницы; см. ниже) является физико-хим. подход, часто называемый методом Стюарта. Некоторые считают, что данный подход превосходит физиологический, но он требует множества расчетов и дополнительных лабораторных значений, поэтому его сложнее использовать в клинических условиях. Физико-хим. подход требует измерения pH и pCO₂ в крови, расчета очевидной разницы сильных ионов (SIDa), эффективной разницы сильных ионов (SIDe), градиента сильных ионов (SIG) и общей концентрации слабых кислот (А_tot).

- Также рекомендуем "Метаболический ацидоз у ребенка - кратко с точки зрения педиатрии"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 12.02.2024