1. Клиническая физиология и биохимия центральной нервной системы. Внутричерепное

Анестезиология, реанимация, интенсивная терапия — СПбГПМУ, Педиатрический факультет

Определение и физико-химические основы КОС

Кислотно-основное состояние (КОС) — это совокупность физико-химических и физиологических процессов, обеспечивающих относительное постоянство концентрации водородных ионов (H⁺) во внутренней среде организма. Активность H⁺ выражается через pH: pH = −lg [H⁺].

Физиологическая норма pH артериальной крови: 7,35–7,45. pH венозной крови и интерстициальной жидкости на 0,01–0,03 ниже. Отклонение pH за пределы 6,8–7,8 несовместимо с жизнью.

> [!simple] Простыми словами: КОС — это баланс кислот и щелочей в крови. Если крови "кисловата" (pH ниже 7,35) — это ацидоз; если "щелочная" (pH выше 7,45) — алкалоз. Организм всеми силами старается удержать pH в узком "коридоре" 7,35–7,45.

Основной закон КОС описывается уравнением Гендерсона-Гассельбаха:

> [!formula] Уравнение Гендерсона-Гассельбаха для бикарбонатной буферной системы

> Где:

> * 6,1 — константа диссоциации (pKa) угольной кислоты при 37°C.

> * [HCO₃⁻] — концентрация бикарбоната плазмы (ммоль/л).

> * 0,03 — коэффициент растворимости CO₂ в плазме (ммоль/л·мм рт. ст.).

> * pCO₂ — парциальное давление углекислого газа в крови (мм рт. ст.).

> Уравнение связывает метаболический (бикарбонат) и респираторный (CO₂) компоненты.

Основные буферные системы крови

Буферные системы — это смеси слабой кислоты и её соли (или слабого основания и его соли), препятствующие изменению pH при добавлении кислот или оснований. Выделяют четыре основные системы.

1. Бикарбонатная буферная система (HCO₃⁻/CO₂)

Компоненты: Угольная кислота (H₂CO₃) и натрия бикарбонат (NaHCO₃). H₂CO₃ нестабильна и находится в равновесии с CO₂: H₂CO₃ ⇄ H₂O + CO₂.
Локализация: Внеклеточная жидкость (плазма, интерстиций). Составляет ~53% всей буферной ёмкости крови.
Механизм:
При избытке H⁺ (ацидоз): H⁺ + HCO₃⁻ → H₂CO₃ → H₂O + CO₂ ↑ (CO₂ выводится лёгкими).
При недостатке H⁺ (алкалоз): OH⁻ + H₂CO₃ → HCO₃⁻ + H₂O; параллельно H₂CO₃ восполняется за счет CO₂ (который задерживается при снижении вентиляции).
Ключевая особенность: Открытая система. CO₂, в отличие от других кислот, может активно выводиться через лёгкие, а бикарбонат реабсорбироваться почками. Это делает её самой мощной и управляемой.

2. Гемоглобиновая буферная система

Компоненты: Восстановленный гемоглобин (HHb) и калиевая соль оксигемоглобина (KHbO₂).
Локализация: Внутри эритроцитов. Обеспечивает ~35% буферной ёмкости крови.
Механизм:
В тканях (высокое pCO₂, низкое pO₂): O₂ отдаётся, образуется HHb. HHb связывает избыточные H⁺ и CO₂ (в виде карбаминогемоглобина), транспортируя их в лёгкие.
В лёгких (низкое pCO₂, высокое pO₂): Hb отдаёт H⁺ и связывает O₂, образуя KHbO₂.
Эффект Холдена: Способность восстановленного гемоглобина (HHb) связывать больше CO₂, чем оксигемоглобин (KHbO₂). Это обеспечивает транспорт CO₂ от тканей к лёгким.

3. Белковая буферная система

Компоненты: Белки плазмы (альбумины, глобулины). Функционирует за счёт амфотерных свойств белков: наличие свободных аминогрупп (основание, связывает H⁺) и карбоксильных групп (кислота, отдаёт H⁺).
Локализация: Плазма крови. Обеспечивает ~7% буферной ёмкости.
Механизм: В кислой среде белок связывает H⁺, в щелочной — отщепляет H⁺.

4. Фосфатная буферная система

Компоненты: Дигидрофосфат (H₂PO₄⁻ — донор H⁺) и гидрофосфат (HPO₄²⁻ — акцептор H⁺).
Локализация: Плазма (незначительная роль ~2%) и внутриклеточная жидкость. Основное значение имеет в почках, где H₂PO₄⁻ выводится с мочой, забирая на себя избыток H⁺ (титруемая кислотность мочи).
Механизм: H⁺ + HPO₄²⁻ → H₂PO₄⁻.

> [!critical] Ключевой факт: Бикарбонатная система — первая линия защиты от изменений pH во внеклеточной жидкости. Гемоглобиновая — главный буфер в крови, обеспечивающий транспорт CO₂ и O₂. Почки — единственный орган, способный активно выводить H⁺ и регенерировать HCO₃⁻.

Регуляция КОС в норме и патологии

Регуляция осуществляется на трёх уровнях: буферные системы (немедленная), лёгкие (быстрая), почки (медленная, но окончательная).

1. Буферные системы (секунды – минуты)

Немедленно реагируют на добавление кислоты или щёлочи. Как описано выше, связывают или высвобождают H⁺, пока не будут активированы другие механизмы. Не выводят избыток кислот/оснований из организма, а лишь временно их нейтрализуют.

2. Респираторная регуляция (минуты – часы)

Механизм: Изменение альвеолярной вентиляции (ЧД, ДО, МОД) меняет выведение CO₂.
Стимулы: периферические хеморецепторы (каротидные тельца) реагируют на изменение pCO₂, pH и pO₂. Центральные хеморецепторы (вентральная поверхность продолговатого мозга) реагируют на pH спинномозговой жидкости (опосредованно — на pCO₂ крови, так как CO₂ свободно проходит через ГЭБ, образуя H₂CO₃).
Эффект:
Ацидоз (pH↓, pCO₂↑): гипервентиляция → выведение CO₂ → pCO₂↓ → pH↑.
Алкалоз (pH↑, pCO₂↓): гиповентиляция → задержка CO₂ → pCO₂↑ → pH↓.
Ограничения: Эффективна только при компенсации респираторных компонентов. При метаболическом ацидозе (например, диабетическом кетоацидозе) гипервентиляция (дыхание Куссмауля) является компенсаторной реакцией.

3. Почечная регуляция (часы – сутки)

Это главный и единственный механизм выведения избытка H⁺ и регенерации HCO₃⁻. Почки не могут вывести CO₂.
Ключевые процессы в канальцах:

1. Реабсорбция HCO₃⁻: В проксимальных канальцах 85–90% фильтрованного бикарбоната реабсорбируется. Этот процесс "сопряжён" с секрецией H⁺: Na⁺/H⁺-обменник (NHE3).

2. Секреция H⁺: Происходит в проксимальных канальцах, дистальных извитых канальцах и собирательных трубочках. Осуществляется H⁺-АТФазой (протонной помпой).

3. Регенерация HCO₃⁻: Секретированный H⁺ связывается с буферами мочи:

С HPO₄²⁻ (образует титруемую кислотность — титруемые кислоты).
С NH₃ (аммиак) → NH₄⁺ (аммоний — выводится с мочой).
Именно на связывание H⁺ с NH₃ тратится большая часть секретированных протонов. Аммиак активно синтезируется из глутамина в клетках канальцев (глутаминаза). Синтез аммиака — главный резервный механизм компенсации хронического метаболического ацидоза.
При ацидозе: ↑ ацидогенез (синтез NH₃, секреция H⁺, реабсорбция HCO₃⁻). При алкалозе: ↓ ацидогенез, ↑ экскреция HCO₃⁻ (моча становится щелочной).

> [!example] Пример: У пациента с ХПН (потеряна масса функционирующих нефронов) способность почек секретировать H⁺ и синтезировать аммиак резко снижена. Даже небольшое поступление кислот (например, при обычной диете) приводит к некомпенсированному метаболическому ацидозу, так как буферные системы исчерпаны, а регенерация HCO₃⁻ не происходит.

Показатели КОС в норме

Исследование КОС проводится методом микрометрии (анализатор газов крови, электроды). Оцениваются следующие параметры:

| :--- | :--- | :--- | :--- |

| pH | 7,35 – 7,45 | 7,32 – 7,38 | Основной показатель ацидоза/алкалоза |

> [!formula] Расчет анионного интервала

> Норма: 8–12 ммоль/л. Повышение AG указывает на накопление неизмеряемых анионов (лактат, кетокислоты, фосфаты, сульфаты). Это ключевая формула для дифференциальной диагностики метаболического ацидоза.

Патофизиология нарушений КОС и принципы коррекции

Классификация

1. По направлению:

Ацидоз (pH < 7,35)
Алкалоз (pH > 7,45)

2. По происхождению:

Респираторный (дыхательный): вызван изменением pCO₂.
Метаболический (недыхательный): вызван изменением [HCO₃⁻] и/или уровня нелетучих кислот.

3. По степени компенсации:

Компенсированный: pH в норме (7,35–7,45), но показатели pCO₂ или HCO₃⁻ изменены.
Субкомпенсированный: pH на границе нормы, изменения pCO₂ и HCO₃⁻ значительны.
Некомпенсированный (декомпенсированный): pH за пределами нормы.

1. Респираторный ацидоз

Этиология: Гиповентиляция → ↑ pCO₂ (гиперкапния).
Угнетение дыхательного центра (наркотики, ЧМТ, седация).
Нервно-мышечные заболевания (миастения, полиомиелит).
Обструкция дыхательных путей (астма, ХОБЛ, инородное тело).
Рестриктивные нарушения (пневмоторакс, гидроторакс, ожирение).
Компенсация: Острая — буферные системы (работают плохо). Хроническая (часы–дни) — почки усиливают реабсорбцию HCO₃⁻ и экскрецию H⁺ (↗️ HCO₃⁻ в крови).
Лаборатория: pH↓, pCO₂↑, HCO₃⁻ (при острой — N, при хронической — ↑), BE N.
Коррекция: Устранение гиповентиляции (интубация, ИВЛ, бронходилататоры, антагонисты наркотиков). При хронической ХОБЛ — осторожная кислородотерапия.

2. Респираторный алкалоз

Этиология: Гипервентиляция → ↓ pCO₂ (гипокапния).
Гипоксемия (пневмония, ТЭЛА, высокогорье).
Тревога, истерия.
Гипертермия, сепсис (ранняя стадия).
Ятрогенная (агрессивная ИВЛ).
Компенсация: Острая — буферные ткани (связывание H⁺ белками). Хроническая — почки усиливают экскрецию HCO₃⁻ (↓ HCO₃⁻ в крови).
Лаборатория: pH↑, pCO₂↓, HCO₃⁻ (при острой — N, при хронической — ↓), BE N.
Коррекция: Устранение причины (седация при тревоге, коррекция режима ИВЛ, кислород). При тяжёлой острой форме — реберинг (дыхание в мешок).

3. Метаболический ацидоз

Этиология: ↑ [H⁺] или ↓ [HCO₃⁻].
Классификация по анионному интервалу (AG):
Высокий AG (>12) — накопление кислот (наперотная ацидемия):
Лактатацидоз (сепсис, шок, ишемия, гипоксия).
Кетоацидоз (сахарный диабет, голодание, алкоголизм).
Уремический ацидоз (ХПН).
Отравления (салицилаты, метанол, этиленгликоль).
Нормальный AG (8–12) — потеря бикарбоната (гиперхлоремический):
Диарея, фистулы (потеря HCO₃⁻ с кишечным соком).
Почечный канальцевый ацидоз (нарушение реабсорбции HCO₃⁻ или секреции H⁺).
Приём ингибиторов карбоангидразы (Диакарб).
Компенсация: Дыхание — гипервентиляция (дыхание Куссмауля). Почки — реабсорбция HCO₃⁻ и вывод H⁺ (работает медленно).
Лаборатория: pH↓, HCO₃⁻↓, pCO₂↓ (компенсаторно). BE ↓ (< -2,5). AG ↑ (или N).
Коррекция:

1. Лечение основного заболевания (инсулин при кетоацидозе, дезинтоксикация при отравлениях, гемодиализ при уремии).

2. Бикарбонат натрия (NaHCO₃) — строго по показаниям!

Показания: pH < 7,15–7,20 (агар). Тяжёлая гиперкалиемия. Потеря бикарбоната (диарея).
Противопоказания и риски: Гипернатриемия, гипокалиемия, парадоксальный внутриклеточный ацидоз (при лактатацидозе), гиперосмолярность, алкалоз, снижение доставки O₂ (сдвиг кривой диссоциации Hb влево).

4. Метаболический алкалоз

Этиология: ↑ [HCO₃⁻] (или ↓ [H⁺]).
Хлорид-чувствительный (ренин↑, альдостерон↑, Cl⁻ мочи <10 ммоль/л): Рвота, аспирация желудочного сока, применение диуретиков (тиазиды, фуросемид).
Хлорид-резистентный (ренин↓/N, Cl⁻ мочи >20 ммоль/л): Первичный гиперальдостеронизм, синдром Кушинга.
Компенсация: Дыхание — гиповентиляция (редко, так как гипоксемия стимулирует дыхание). Почки — экскреция HCO₃⁻.
Лаборатория: pH↑, HCO₃⁻↑, pCO₂↑ (компенсаторно). BE ↑ (> +2,5). Cl⁻↓.
Коррекция:
Устранение причины.
Хлорид-чувствительный: Инфузия физиологического раствора (0,9% NaCl) для восполнения объёма и хлора. При тяжёлом: ингибиторы карбоангидразы (Диакарб) или разведённая HCl (очень редко).
Хлорид-резистентный: Лечение основной эндокринопатии.

---

> [!critical] Ключевой факт: Главный диагностический алгоритм при нарушениях КОС — это правило "Roversi-Stine". Смотрим pH (ацидоз или алкалоз). Затем смотрим pCO₂ и HCO₃⁻: какой из них отклонён в ту же сторону, что и pH? Он первичный. Второй показатель будет отклонён в противоположную сторону — это компенсация. Исключение — смешанные нарушения (оба показателя отклонены в одну сторону, что не является компенсацией). Анионный интервал (AG) — инструмент для выявления скрытого метаболического ацидоза (особенно при смешанных нарушениях).

---

Итог. КОС — это баланс между H⁺ и HCO₃⁻, регулируемый открытой бикарбонатной буферной системой, респираторным механизмом и экскреторной функцией почек. Точная интерпретация лабораторных показателей и понимание патофизиологии нарушений — основа рациональной интенсивной терапии, где коррекция всегда направлена на причину, а не на символ.

Все вопросы раздела: Подготовка к зачету по Анестезиологии, реанимации, интенсивной терапии