Патофизиология кислотно-основного гомеостаза

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
ФГОУ ВПО «Вологодская государственная молочнохозяйственная
академия им. Н.В. Верещагина»
Факультет ветеринарной медицины
Кафедра анатомии и физиологии
Патофизиология кислотно-основного
гомеостаза
Методические рекомендации
по организации самостоятельной работы
и проведения лабораторно-практических занятий
по дисциплине «Патологическая физиология»
для студентов факультета ветеринарной медицины
Вологда–Молочное
2009
УДК 619:616-092(071)
ББК 48р30
П206
Составитель –
Доцент каф. анатомии и физиологии,
канд. биол. наук Ю.Л. Ошуркова
Рецензенты:
Доцент каф. анатомии и физиологии,
канд. вет. наук Т.П. Рыжакина
Доцент каф. анатомии и физиологии,
канд. биол. наук Р.А. Рубцова
П206 Патофизиология кислотно-основного гомеостаза: методич. рекомендации / Сост. Ю.Л. Ошуркова. – Вологда–Молочное: ИЦ ВГМХА,
2009. – 30 с.
Методические рекомендации по дисциплине «Патологическая физиология сельскохозяйственных животных» предназначены для проведения лабораторно-практических занятий по теме: «Патофизиология кислотноосновного гомеостаза» для студентов очной и заочной формы обучения факультета ветеринарной медицины.
Методические рекомендации предназначены для оказания помощи
студентам при изучении этиопатогенеза нарушений кислотно-основного гомеостаза на лабораторных занятиях и межсессионный период, при написании контрольных работ студентам-заочникам, а также при самоподготовке к
лабораторно-практическим занятиям и экзамену.
Утверждено методической комиссией факультета ветеринарной медицины ВГМХА им. Н. В. Верещагина (протокол № 85 от 26 января 2009 г.).
УДК 619:616-092(071)
ББК 48р30
© Ошуркова Ю.Л., 2009
© ИЦ ВГМХА, 2009
2
Патофизиология нарушений
кислотно-основного гомеостаза
ВВЕДЕНИЕ
Кислотно-основной гомеостаз – это постоянство соотношения водородных (Н+) и гидроксильных (ОН‾) ионов. Кислотно-основной гомеостаз
является одной из важнейших характеристик внутренней среды организма,
развившейся и усовершенствовавшейся в процессе длительной эволюции
жизни на Земле. От реакции внутренней среды (точнее – от концентрации
водородных ионов) зависят все окислительно-восстановительные процессы, распад и синтез белка, интенсивность гликолиза, состояние коллоидных систем. Все ферментные реакции протекают при строго постоянном
рН среды. Даже генетические механизмы находятся под контролем концентрации водородных ионов.
Нарушения КОС наблюдаются при многих заболеваниях, отягощают
их течение и подлежат коррекции. В зависимости от направления сдвига
рН (водородного показателя) крови, нарушения кислотно-основного состояния подразделяются на ацидоз и алкалоз.
Цель занятия:
• углубить и закрепить знания о нарушениях кислотно-основного гомеостаза;
• научится дифференцировать форму нарушений
кислотно-основного гомеостаза, определять реакции компенсации и повреждения при этих нарушениях.
Студент должен знать:
1. Основные нарушения кислотно-основного гомеостаза. Классификация.
2. Метаболический ацидоз. Этиология. Патогенез. Механизмы компенсации. Нарушения функции органов и систем. Основные показатели
кислотно-основного гомеостаза.
3. Газовый ацидоз. Этиология. Патогенез. Механизмы компенсации.
Нарушения функции органов и систем. Основные показатели кислотно-основного гомеостаза.
3
4. Метаболический алкалоз. Этиология. Патогенез. Механизмы компенсации. Нарушения функции органов и систем. Основные показатели кислотно-основного гомеостаза.
5. Газовый алкалоз. Этиология. Патогенез. Механизмы компенсации.
Нарушения функции органов и систем. Основные показатели кислотно-основного гомеостаза.
6. Смешанные формы нарушений кислотно-основного гомеостаза.
Этиология. Патогенез. Механизмы компенсации. Нарушения функции органов и систем. Основные показатели кислотно-основного гомеостаза.
Вопросы базовых дисциплин,
необходимые для усвоения темы:
1. Буферные системы крови: гемоглобиновая, гидрокарбонатная, фосфатная, протеиновая. Механизм действия буферных систем и их количественные характеристики. Понятие о кислотно-основном гомеостазе организма.
2. Образование и диссоциация бикарбонатов. Значение карбоангидразы.
3. Роль почек в поддержании рН крови. Глутаминаза почек, образование и выделение солей аммония. Активация глутаминазы почек при
ацидозе.
Глава 1. Клинико-патофизиологические аспекты
1.1 Буферные системы организма
Основную роль в регуляции кислотно-основного гомеостаза крови
играют буферные системы: гемоглобиновая, гидрокарбонатная, фосфатная
и белковая.
Биологический буфер состоит из кислого и основного компонентов,
соотношение между которыми при нормальном рН является величиной
постоянной.
Буферная система способна нейтрализовать избыток, как кислот, так
и оснований в организме, переводя их в форму, удобную для выведения.
Так как продукты этих реакций тоже являются кислотами и основаниями,
хотя и более слабыми, сдвиг рН только смягчается, но не ликвидируется.
Полная нормализация кислотно-основного состояния происходит
только с помощью физиологических механизмов компенсации, которые
выводят кислоты и основания из организма и восстанавливают нормальное
соотношение компонентов буферных систем. Это происходит в основном
вследствие быстрого включения дыхательного механизма (обеспечивается
выделение летучих продуктов) и почек (выводятся нелетучие вещества).
Значительно меньшую роль в этом играют желудок, кишки, кожа.
4
1.1.1 Гидрокарбонатная буферная система
Гидрокарбонатная буферная система состоит из угольной кислоты
и гидрокарбонатов натрия и калия в соотношении 1:20 и действует в основном в крови.
Н2СО3 / NaHCO3 = 1/20
При поступлении в кровь большого количества кислых продуктов,
они взаимодействуют с катионами Nа+ и образуют нейтральную соль. В
тоже время ионы Н+ соединяются с анионами НСО3‾. При этом возникает
слабодиссоциированная угольная кислота. В легких под действием содержащегося в эритроцитах фермента карбоангидразы угольная кислота распадается на углекислый газ и воду. Углекислый газ выделяется легкими, и
изменения реакции не происходит.
(Н2СО3 / NaHCO3) + Н+А‾ = 2 Н2СО3 + Na+А‾
↓карбоангидраза
легкие ← СО2 + Н2О
При поступлении в кровь избытка сильных оснований они вступают
в соединение с угольной кислотой. В результате образуются гидрокарбонаты и вода. Реакция снова остается постоянной.
(Н2СО3 / NaHCO3) + Na+ + ОН‾ = 2NaHCO3 + Н2О
Гидрокарбонатный буфер не обладает большой емкостью (7–9% от
общей буферной емкости), однако является самым лабильным из буферов:
с его помощью осуществляется выделение СО2 легкими и почти мгновенная нормализация реакции крови.
Поэтому определение компонентов гидрокарбонатного буфера в качестве индикаторов кислотно-основного гомеостаза (напряжение СО2 в
крови, отражающее концентрацию угольной кислоты, и содержание гидрокарбоната) имеют большое диагностическое значение.
1.1.2. Фосфатная буферная система
Фосфатная буферная система (1% буферной емкости крови) состоит
из фосфорнокислых солей:
• кислотная часть представлена в виде дигидрофосфата натрия –
NaH2P04 ;
• щелочная часть представлена гидрофосфатом натрия – Na2HPO4.
5
NaH2P04 / Na2HPO4 = ¼
Дигидрофосфат натрия – NaH2P04 – слабо диссоциирует и обладает
свойствами слабой кислоты; гидрофосфат натрия – Na2HPO4 – имеет свойства слабой щелочи.
Непосредственная роль фосфатного буфера в крови небольшая (действует в основном в почках и других тканях), но ему принадлежит значительная роль в конечной регуляции кислотно-основного гомеостаза и регуляции активной реакции тканей.
В крови действие этого буфера сводится к поддержанию и воспроизводству гидрокарбонатного буфера: при увеличении кислот и образовании
излишка Н2СО3 происходит обменная реакция:
(Н+ + НСО3‾) + Na2HPO4 = NaHCO3 + NaH2P04
↓
почки
Избыток Н2СО3 ликвидируется, а концентрация НСО3‾ увеличивается. Т.о., удерживается соотношение Н2СО3 / NaHCO3 = 1/20 на постоянном уровне.
Поступившие в кровь щелочи взаимодействуют с NaH2P04 с образованием слабой соли и воды.
NaH2P04 + (Na+ + ОН‾) = Н2О + Na2HPO4
↓
почки
В результате рН крови сохраняется. Избытки продуктов обеих реакций удаляются почками.
1.1.3 Белковая буферная система
Белковая буферная система представлена белами плазмы крови
(NH2 – R – СООН), которые осуществляют роль нейтрализации кислот и
щелочей благодаря аморфным свойствам.
В щелочной среде белки функционируют как кислоты, отдавая (взамен на Na+ и К+) ионы водорода от своих карбоксильных групп.
В кислой среде, выполняя роль оснований, они работают наоборот;
ионы водорода при этом могут также связываться группой NH2, превращая
ее в NH3. В результате рН крови поддерживается на постоянном уровне.
6
1.1.4. Гемоглобиновая буферная система
Гемоглобиновая буферная система (НbО2 / Нb) обеспечивает 75%
буферной емкости крови.
Гемоглобин является белком, буферные свойства которого в основном связаны с существованием двух его форм: окисленной – НbО2 и восстановленной – Нb.
В окисленной форме гемоглобин проявляет свои кислотные свойства
(т. е. способность диссоциировать с отдачей Н+-ионов) и в 70–80 раз сильнее, чем свободный. Вместо отданных ионов водорода он связывает соответственно больше, чем свободный, ионов калия из КНСО3, находящегося
в эритроцитах.
Свободный Нb, выполняющий роль основания, наоборот, присоединяет ионы водорода и отдает ионы калия. Кроме того, 10–15% углекислого
газа из тканей гемоглобин транспортирует в виде нестойкого соединения
карбогемоглобина. При необходимости этот процент может увеличиваться
до 30.
Р и с . 1 . Буферные свойства гемоглобина
В нелегочных капиллярах (превращение артериальной крови в венозную, см. рис.1) в кровь и эритроциты поступает большое количество
кислых продуктов распада, она обогащается СО2 и Н+. В эритроцитах содержится фермент карбоангидраза, который катализирует реакцию:
7
CO2 + Н2О = Н2СО3 = Н+ + НСО3‾
↓
ННb
↓
плазма
Анион НСО3‾ свободно проходит через клеточную мембрану
(в обмен на ионы хлора) и накапливается в плазме крови, образуя гидрокарбонат натрия (Na НСО3)
Катионы Н+ плохо проходят через мембрану эритроцитов и накапливаются в клетке, их избыток ликвидируется за счет соединения с восстановленным Нb (т.е. после отсоединения О2 и диффузии его в ткани):
Незначительная часть СО2 транспортируется из тканевых капилляров в
легочные за счет соединения с Нb (в форме карбогемоглобина – ННbCO2).
В легочных капиллярах (превращение венозной крови в артериальную, рис. 1) в кровь и эритроциты поступает кислород, а часть растворенного в плазме СО2 переходит в альвеолы, поэтому сразу же снижается напряжение СО2 и в эритроцитах.
Вследствие этого ферментативный процесс синтеза Н2СО3 из СО2 и
Н2О прекращается. Карбоангидраза стимулирует обратный процесс:
плазма
↓
+
Н + НСО3‾ = Н2СО3 = Н2О + CO2 ↑
Концентрация Н2СО3 падает, а поэтому снижается концентрация ионов
НСО3‾ и Н+ в эритроцитах. Из плазмы в них усиленно поступают ионы
НСО3‾ (в обмен на ионы хлора), а ионы Н+ освобождают гемоглобин.
Т.о., переход окисленной формы гемоглобина в восстановленную
предупреждает сдвиг рН в кислую сторону во время контакта крови с тканями, а образование оксигемоглобина в легочных капиллярах предотвращает сдвиг рН в щелочную сторону за счет выхода из эритроцитов CO2 и
иона хлора и образования в них бикарбоната.
Помимо крови буферные системы существуют и в тканях. Это в
основном белковые и фосфатные комплексы. У разных видов животных
мощность буферных систем крови и ткани не одинакова. Она особенно
значительна у животных, биологически приспособленных к интенсивной
мышечной работе.
Несмотря на наличие многочисленных буферных систем в организме, они не способны стабилизировать сдвиги рН. Для этого необходимы
более эффективные механизмы стабилизации, среди которых основными
являются легкие, почки (см. рис. 2), печень, желудочно-кишечный тракт.
8
Р и с . 2 . Основные механизмы защиты
при изменениях рН жидкостей организма
1.1.5 Физиологические механизмы регуляции
кислотно-основного гомеостаза
Роль легких
Система дыхания играет значительную роль в поддержании кислотно-основного гомеостаза, однако для устранения сдвига рН крови им требуется 1–3 мин, в то время как буферной системе для этого достаточно 30
сек.
Основная физиологическая роль легких сводится к поддержанию
нормальной концентрации CO2 в крови. Физиологическими стимулами к
изменению активности дыхательного центра являются рН и рСО2.
В случае увеличения CO2 и смещения рН в кислую сторону, соответственно увеличивается вентиляция легких и выделение CO2, буферное соотношение гидрокарбонатной системы выравнивается, и концентрация ионов водорода нормализуется.
В случае накопления оснований и смещения рН в щелочную сторону
возникает повышенная потребность в угольной кислоте, идущей на нейтрализацию этих щелочей. При уменьшении запасов Н2СО3 падает и концентрация; при этом уменьшается интенсивность стимуляции дыхательного центра. Это приводит к накоплению CO2 в организме и восполнению
запасов Н2СО3 в крови.
Роль почек
Почки осуществляют регуляцию содержания кислот и оснований в
организме с помощью трех основных процессов (см. приложение V, VI):
• А ц и д о г е н е з (секреция Н+-ионов эпителием канальцев нефрона и выведение их с мочой путем преобразования основных
фосфатов в кислые, а также экскреция слабых органических кислот).
9
Na2HPO4+ Н+= NaH2P04 + Na+;
↓
↓
моча
кровь
Секреция Н+-ионов обеспечивается сложной работой эпителия канальцев нефрона, где постоянно с участием угольной карбоангидразы из
СО2 и воды происходит образование угольной кислоты, которая затем диссоциирует на ионы водорода, активно секретируемые в просвет канальцев,
и анионы НСО3-. Интенсивность секреции Н--ионов зависит от количества
СО2 в клетках, а следовательно, от рСО2 в крови. Для предотвращения значительного снижения рН мочи (ниже 4,5 наступает гибель эпителия почечных канальцев) свободные Н--ионы в ней связываются. Если связывание происходит с помощью Na2HPO4 (основного компонента фосфатного
буфера), то превращение его в NaH2PO4 вызывает некоторое подкисление
мочи, но в меньшей степени, чем свободные ионы водорода. Освобожденные при этом катионы натрия реабсорбируются и уходят в кровь в составе
NaHCO3. Количество кислого фосфата и слабых органических кислот (кетоновые тела, молочная, лимонная и другие кислоты) определяют титрационную кислотность мочи.
• А м м о н и о г е н е з (синтез аммиака и использование его для
нейтрализации и выведения Н+-ионов).
Усиление аммониогенеза наблюдается при значительном снижении
рН мочи. Этот процесс заключается в образовании аммиака из глутамина и
других аминокислот в эпителии канальцев нефрона и последующем связывании им Н+-ионов. Образовавшийся ион аммония реагируете анионом
сильной кислоты (обычно с хлором). Аммиачная соль NH4C1 выводится с
мочой, не снижая значение ее рН. Аммонийный катион способен замещать
значительное количество катионов натрия в моче, которые реабсорбируются в кровь взамен на секретируемые ионы водорода, и это является одним из путей сохранения гидрокарбоната в организме.
• Р е а б с о р б ц и я г и д р о к а р б о н а т а.
Фильтрующийся в нефроне гидрокарбонат обычно не появляется во
вторичной моче. Проходя через канальцы, он отдает катион натрия взамен
на секретируемые ионы водорода и превращается в угольную кислоту,
расщепляющуюся до СО2 и воды. Моча при этом не меняет своей реакции.
Источником образования H2CO3, отдающей свои Н+-ионы в обмен на Na+,
является СО2 крови в случае повышения его напряжения и СО2, диффундирующий из мочи. Оставшийся в клетках после отщепления ионов водорода НСО3- присоединяет реабсорбированный Na+ и в виде NaHCO3 вос10
полняет количество гидрокарбоната крови, ушедшего в мочу при фильтрации.
При реабсорбции гидрокарбоната анион НСО3- не транспортируется,
а обратно в кровь поступает только Na+.
Роль печени
Участие печени в нейтрализации кислот и оснований возможно за
счет нескольких механизмов:
• органические кислоты, образующиеся в процессе метаболизма, в
печени превращаются в межуточные и конечные продукты, которые не являются кислотами, или образуют углекислоту, быстро
выделяющуюся из легких;
• некоторые органические кислоты нейтрализуются, образуя соединения с продуктами белкового обмена (соединение бензойной
кислоты с гликогеном);
• молочная кислота нейтрализуется в печени, превращаясь в гликоген;
• неорганические кислоты и основания задерживаются в печени,
нейтрализуются и удаляются вместе с желчью;
• в печени происходит нейтрализация кислот аммиаком, образующимся при дезаминировании аминокислот и некоторых других
продуктов белкового обмена.
Роль желудочно-кишечного тракта
В регуляции рН крови и тканей роль желудка заключается в торможении секреции соляной кислоты при защелачивании и усилении этого
процесса при закислении.
Клетки слизистой оболочки желудка секретируют соляную кислоту в
очень высокой концентрации. При этом из крови ионы хлора выделяются в
полость желудка в соединении с ионами водорода, образующимися в эпителии желудка с участием карбоангидразы.
Взамен хлоридов в плазму в процессе желудочной секреции поступает бикарбонат. Существенного сдвига в сторону избытка оснований при
этом не происходит, поскольку ионы хлора желудочного сока быстро
вновь всасываются в кровь в кишечнике.
Железы слизистой кишечника секретируют сок, богатый бикарбонатами.
1.2 Основные показатели кислотно-основного гомеостаза
• Актуальный (истинный) рН – это значение рН для артериальной, капиллярной или смешанной венозной крови, определенное
без доступа воздуха при 38°С (норма 7,35–7,45).
11
С одной стороны этот показатель характеризует соотношение кислот
и оснований в исследуемой крови, а с другой – отражает степень компенсаций действия повреждающего фактора, направленного на изменение кислотности среды, и изменяется при превышении защитных возможностей
организма.
• Актуальное (истинное) парциальное напряжение углекислого
газа, рСО2 – это значение рСО2 крови, определенное без доступа
воздуха при 38°С (норма: артериальная кровь – 35–45 мм рт. ст.;
венозная кровь – 46–58 мм рт. ст.)
Показатель характеризует дыхательный компонент кислотноосновного гомеостаза и функциональное состояние дыхательной системы.
• Буферные основания крови, ВВ – это сумма всех буферных оснований в 1л крови (норма 45–50 ммоль/л)
Характеризует мощность буферных систем крови и отражает состояние метаболического компонента кислотно-основного гомеостаза (пониженная величина характерна для метаболического ацидоза; повышенная –
метаболического алкалоза).
• Сдвиг (избыток/недостаток) буферных оснований, ВЕ – это
разность между средним нормальным содержанием буферных оснований и найденным значением концентрации буферных оснований (норма от –3,4 до +4,5)
Характеризует смещение кислот или оснований по отношению к
норме. Снижение показателя ВЕ свидетельствует об избытке в организме
нелетучих кислот (недостаток титруемых оснований) и необходимости
введения щелочных эквивалентов. Увеличение показателя ВЕ свидетельствует о недостатке нелетучих кислот (избыток титруемых оснований).
• Стандартный бикарбонат, SB – это содержание бикарбонатов в
плазме крови (моль/л) при полном насыщении ее кислородом в
стандартных условиях (рСО2 = 40 мм рт ст при 38°С) (норма: артериальная кровь –20–27 ммоль/л; венозная кровь –20–29
ммоль/л)
Отражает состояние метаболических компонентов кислотноосновного гомеостаза. Изменение этого показателя всегда является признаком нарушения КОС. При дыхательной недостаточности его отклонения свидетельствуют о метаболической компенсации.
• Актуальный (истинный) бикарбонат, АВ – это концентрация
бикарбоната в плазме крови (ммоль/л) при истинном рСО2 при
38°С
12
Определение перечисленных показателей проводят на специальных
приборах в стационарных условиях; в ветеринарии анализаторы кислотно-основного гомеостаза используются редко.
Состояние бикарбонатной буферной системы проводят по определению в плазме крови резервной щелочности. О степени ацидоза делают
вывод по изменению концентрации в плазме лактата, ионов К+, мочевины,
креатинина, 3-гидроксибитурата.
1.3 Классификация нарушений кислотно-основного гомеостаза
Нарушения кислотно-основного гомеостаза
Алкалозы
Ацидозы
Негазовый
Негазовый
Газовый
Метаболический
Метаболический
Экзогенный
Экзогенный
Выделительный
Выделительный
Смешанный
Р и с . 3 . Классификация нарушений кислотно-основного гомеостаза
Ацидоз (закисление) – типовой патологический процесс, характеризующийся абсолютным или относительным увеличением содержания в крови кислых веществ, повышением концентрации водородных ионов.
Алкалоз (защелачивание) – типовой патологический процесс, характеризующийся абсолютным или относительным увеличением содержания
в организме щелочных веществ и понижением концентрации водородных
ионов.
Компенсированные формы ацидозов и алкалозов – состояния, при
которых концентрация водородных ионов в плазме крови сохраняется в
13
пределах физиологических величин (рН=7,35–7,45 или с незначительными
колебаниями при субкомпенсированных формах).
Компенсация обуславливается:
• естественной резистентностью клеточных мембран, разведением
и разбавлением кислых продуктов метаболизма во вне- и внутриклеточной жидкости, ионообменном (Н‾, Nа+, К+, Са²+) между костной тканью и внеклеточной жидкостью (см. рис. 4);
• буферными системами (гидрокарбонатной, фосфатной, белковой,
гемоглобиновой);
• экскреторными механизмами (легкие, почки, желудочнокишечный тракт, печень).
Некомпенсированные формы ацидозов и алкалозов – состояния,
сопровождающиеся увеличением в плазме крови концентрации водородных ионов при ацидозах (рН ниже 7,24) или их уменьшением при алкалозах (рН выше 7,56).
Газовый (дыхательный) алкалоз и ацидоз – патологические состояния,
характеризующееся тем, что сдвиг кислотно-основного гомеостаза происходит
за счет изменения газообмена (накопление в организме углекислого газа приводит к развитию ацидоза, а выведение избытка его из организма в обмен на
поступивший кислород обуславливает развитие алкалоза).
Негазовый алкалоз и ацидоз – патологические состояния, характеризующиеся тем, что сдвиг кислотно-основного гомеостаза происходит за
счет поступления в организм избытка кислот или оснований.
Смешанные формы нарушений кислотно-основного гомеостаза:
• респираторный алкалоз, компенсированный метаболическим ацидозом;
• негазовый алкалоз, компенсированный респираторным ацидозом.
Выделительные формы нарушений кислотно-основного гомеостаза:
• почечный ацидоз (неспособность почек выводить кислоты и/или
чрезмерное выведение буферных оснований);
• почечный алкалоз (задержка оснований при нарушении функции
почек);
• гастроэнтеральный ацидоз (чрезмерное выведение буферных оснований через желудочно-кишечный тракт);
• гастроэнтеральный алкалоз: (чрезмерная потеря кислот через желудочно-кишечный тракт).
14
Экзогенные формы нарушений кислотно-основного гомеостаза:
• ацидоз (нарушения обмена веществ, сопровождающиеся накоплением органических кислот и/или увеличенное поступление кислот
извне);
• алкалоз (длительный прием щелочного корма, инфузия щелочных
растворов).
Р и с . 4 . Движение ионов через клеточную мембрану при избытке ионов Н+
1.4 Негазовый ацидоз
Негазовый ацидоз – патологическое состояние, возникающее в результате избыточного образования или поступления в организм органических и/или неорганических кислот.
Таблица 1 – этиопатогенез негазового ацидоза
Этиология
Нарушение обмена веществ с образованием избытка кислых метаболитов (сахарный диабет);
Недостаточное выведение кислот из организма (почечная недостаточность);
Потеря избытка оснований - НСО3‾ (изнуряющие поносы);
Поступление в организм избытка кислот при неправильном кормлении;
Гипоксические состояния;
Печеночная недостаточность;
Тяжелая физическая работа.
15
Окончание табл. 1
Патогенез
(см. приложение I)
Механизмы
компенсации
Декомпенсация
Лабораторный
анализ
Накопление кислых продуктов обмена (нелетучих кислот) → нарушение почечной экскреции Н+, потеря гидрокарбонатов;
Избыток Н+, дефицит оснований.
· буферный механизм
нейтрализация избытка Н+ гидрокарбонатной буферной системой
с образованием Н2СО3 (Н2СО3 → СО2 + Н2О).
· дыхательный механизм:
стимуляция дыхательного центра СО2 → гипервентиляция легких,
гипокапния, присоединение газового алкалоза.
· почечный механизм:
ацидо- и аммониогенез.
Нарушение дыхания: гипокапния → дыхание Куссмауля; гипотензия, снижение МОС и АД.
Гипотензия: ишемия, нарушение фильтрации в почках, олигурия;
нарушение выведения ионов Na+, K+, Cl‾, увеличение их концентрации в крови и межклеточной жидкости; обезвоживание клеток,
отеки.
Аритмии сердца, декальцинация костей, угнетение нервномышечной возбудимости;
Уменьшение в плазме крови SВ и АВ, рСО2, ВВ;
Увеличение дефицита оснований, солей аммония в моче, титрационной кислотности мочи.
1.5 Газовый (дыхательный, респираторный) ацидоз
Газовый ацидоз – патологическое состояние, возникающее в результате накопления СО2 в организме.
Таблица 2 – этиопатогенез газовогого ацидоза
Этиология
· Недостаточность внешнего дыхания (болезни легких);
· Вдыхание избытка СО2;
· Недостаточность ССС;
· Асфиксические состояния.
Патогенез (см.
приложение II)
Нарушение газообмена в легких → накопление СО2 и Н2СО3, гиперкапния.
Механизмы
компенсации
• буферный механизм:
удержание избытка ионов Н+ восстановленным гемоглобином и
увеличение концентрации гидрокарбонатов.
• дыхательный механизм:
рефлекторное повышение возбудимости дыхательного центра →
одышка, выделение СО2.
• почечный механизм:
усиленное выведение Н+ за счет превращения основных фосфатов;
повышенная реабсорбция ионов Na+ (в виде NаНСО3 ).
16
Окончание табл. 2
• гиперкапния: гемодинамические расстройства, спазм артериол,
гипертензия; ишемия почек, олигурия;
• дилятация сосудов головного мозга: повышенное образование ликвора; повышение внутричерепного давления;
Декомпенсация • повышение возбудимости блуждающего нерва: брадикардия, остановка сердца в диастоле; спазм бронхов, усиление секреции слизи, м.б. ателектаз; гипоксемия, накопление недоокисленных продуктов
обмена (метаболический ацидоз);
Лабораторный
анализ
• кома вследствие наркотического эффекта гиперкапнии.
Увеличение в плазме крови р СО2, концентрации SВ, АВ;
Умеренное повышение титрационной кислотности мочи и солей
аммония в моче.
1.6 Негазовый алкалоз
Негазовый алкалоз – патологическое состояние, возникающее в результате избыточной потери кислот или избыточного поступления оснований в организм.
Таблица 3 – этиопатогенез негазового алкалоза
Этиология
Неукротимая рвота (потеря ионов Cl‾) → гипохлоремический алкалоз;
Применение диуретиков (потеря ионов К+ ) → гипокалиемический
алкалоз;
Гиперкортицизм (гиперальдостеронизм) → гипернатриемический
алкалоз;
Гипофункция паращитовидных желез;
Ионизирующая радиация.
Патогенез
(см. прил. III)
накопление в крови оснований (защелачивание плазмы), недостаток ионов Н+; развитие ацидоза внутри клеток.
Механизмы
компенсации
Декомпенсация
Лабораторный
анализ
• дыхательный механизм:
снижение возбудимости дыхательного центра;
накопление СО2 и образование Н2СО3(источник ионов Н+)
• почечный механизм:
выделение НСО3‾ в виде NаНСО3 (блокада ацидо-,
аммониогенеза)
• потеря ионов Nа+ с мочой: повышенное выделение воды, обезвоживание;
• усиленное выведение из клеток К+: снижение сократительной
функции миокарда;
• снижение концентрации ионов Са²+ в плазме вследствие ионообмена: повышение нервно-мышечной возбудимости, судороги.
Увеличение в плазме крови рСО2, концентрации SВ, АВ, ВВ и избытка буферных оснований; снижение титрационной кислотности
мочи и солей аммония в моче.
17
1.7 Газовый (дыхательный, респираторный) алкалоз
Газовый алкалоз – патологичекое состояние, возникающее в результате недостатка СО2 в организме.
Таблица 4 – этиопатогенез газового алкалоза
Этиология
Патогенез (см.
приложение IV)
Механизмы
компенсации
Механизмы
компенсации
Декомпенсация
Лабораторный
анализ
18
Гипервентиляция легких;
Отравление угарным газом;
Горная болезнь;
Перегревание организма.
гипервентиляция легких → уменьшение СО2 и бикарбонатов;
· дыхательный механизм:
снижение возбудимости дыхательного центра, урежение дыхания
(брадипноэ), накопление СО2;
· буферный механизм:
эритроциты отдают CI‾, ионы CI‾ вытесняют ионы Na+ из бикарбонатов, повышенное образование Н2СО3;
· почечный механизм:
выделение НСО3‾ в виде Н2СО3; реабсорбция Н+ (блокада ацидои аммониогенеза).
· гипокапния: снижение тонуса сосудов; гипотензия, снижение
МОС, коллапс;
· потеря ионов Nа+ с мочой: полиурия, обезвоживание;
· гипокальциемия вследствие ионообмена: повышение нервномышечной возбудимости (судороги).
Уменьшение в плазме крови SВ и АВ, рСО2,
Уменьшение титрационной кислотности мочи и солей аммония в
моче.
Глава 2. Контрольные вопросы и тесты
для самоконтроля знаний
2.1 Контрольные вопросы
1. Дайте определение понятию «буферные системы организма» и назовите
основные буферные системы.
2. Назовите механизмы участия буферных систем в компенсации сдвигов рН.
3. Дайте определения понятиям «ацидоз» и «алкалоз».
4. Что такое компенсированные и некомпенсированные формы кислотноосновного гомеостаза?
5. Какие показатели используют в диагностике нарушений кислотноосновного гомеостаза?
6. Какие показатели крови и мочи могут быть использованы для оценки
состояния кислотно-основного гомеостаза?
7. Как изменяются основные показатели кислотно-основного гомеостаза
при ацидозах?
8. Как изменяются основные показатели кислотно-основного гомеостаза
при алкалозах?
9. Назовите причины развития дыхательного ацидоза. Какие компенсаторные механизмы формируются при этой форме патологии кислотноосновного гомеостаза?
10.Назовите механизмы декомпенсации при дыхательном ацидозе.
11.Назовите причины развития негазового ацидоза. Какие компенсаторные
механизмы формируются при этой форме патологии кислотноосновного гомеостаза?
12.Назовите механизмы декомпенсации при метаболическом ацидозе.
13.Назовите причины развития дыхательного алкалоза. Какие компенсаторные механизмы формируются при этой форме патологии кислотноосновного гомеостаза?
14.Назовите механизмы декомпенсации при дыхательном алкалозе.
15.Назовите причины развития негазового алкалоза. Какие компенсаторные механизмы формируются при этой форме патологии кислотноосновного гомеостаза?
16.Назовите механизмы декомпенсации при негазовом алкалозе.
2.2 Тестовые задания
1. Можно ли точно установить форму нарушения кислотно-основного
гомеостаза, определяя только рН крови?
a. Да;
b. Нет.
2. Укажите соотношение компонентов бикарбонатного буфера крови в
условиях нормы:
19
a.
b.
c.
d.
1:10;
1:15;
1:20;
1:25.
3. Наблюдается ли сдвиг рН крови при компенсированных нарушениях
кислотно-основного гомеостаза?
a. Да;
b. Нет.
4. Какая из буферных систем является самой емкой?
a. Бикарбонатный буфер;
b. Гемоглобиновый буфер;
c. Белковый буфер;
d. Фосфатный буфер.
5. Является ли снижение рН крови обязательным признаком некомпенсированного негазового ацидоза?
a. Да;
b. Нет.
6. При каких перечисленных формах патологии возможно развитие негазового ацидоза?
a. При нарушении обмена веществ при сахарном диабете;
b. При почечной недостаточности;
c. Потере желудочного сока при неукротимой рвоте;
d. Потере кишечного сока;
e. Гипервентиляции легких;
f. При хронической недостаточности кровообращения.
7. Как изменяется содержание буферных оснований в плазме крови
при метаболическом ацидозе?
a. Увеличивается;
b. Уменьшается;
c. Не изменяется.
8. Каков первичный механизм развития негазового ацидоза?
a. Избыток в крови угольной кислоты;
b. Гиперкалиемия;
c. Недостаток бикарбоната;
d. Гиперхолестеринемия.
9. Каковы механизмы компенсации при негазовом ацидозе?
a. Усиление выделения СО2 через легкие;
b. Выведение кислых эквивалентов через почки;
c. Торможение амино- и ацидогенеза в почечных канальцах;
d. Активация реабсорбции оснований в почках;
20
e. Нейтрализация кислот аммиаком в печени.
10. Каковы основные причины развития газового ацидоза?
a. Гиповентиляция легких;
b. Снижение возбудимости дыхательного центра;
c. Снижение напряжения углекислого газа во вдыхаемом воздухе;
d. Гипервентиляция легких;
e. Вдыхание воздуха с высоким содержанием углекислоты.
11. Как изменяется концентрация аммонийных солей в моче при газовом алкалозе?
a. Увеличивается;
b. Уменьшается;
c. Не изменяется.
12. Каков первичный механизм развития газового ацидоза?
a. Избыток в крови бикарбоната;
b. Недостаток в крови бикарбоната;
c. Избыток в крови угольной кислоты.
13. Как изменяется напряжение углекислоты в крови при газовом ацидозе?
a. Увеличивается;
b. Уменьшается.
14. Как изменяется интенсивность ацидо- и аммониогенеза в почкахпри
увеличении рСО2 в крови?
a. Увеличивается;
b. Уменьшается.
15. Каковы механизмы компенсации при газовом ацидозе?
a. Уменьшение в крови буферных оснований;
b. Увеличение в крови буферных оснований;
c. Активация секреции в почках ионов водорода;
d. Увеличение реабсорбции бикарбоната и натрия.
16. Какое утверждение является правильным?
a. При газовом ацидозе увеличиваются рСО2 и стандартный бикарбонат в артериальной крови;
b. При газовом ацидозе рСО2 в артериальной крови увеличивается, а стандартный бикарбонат снижается.
17. Какие из перечисленных факторов являются причиной развития газового алкалоза?
a. Повышение возбудимости дыхательного центра;
21
b. Вдыхание воздуха со сниженным напряжением углекислоты;
c. Гипервентиляция легких;
d. Гиповентиляция легких.
18. При каких из перечисленных состояний может развиться негазовый
алкалоз?
a. Асфиксия;
b. Гиповентиляция легких;
c. Упорная рвота;
d. Диарея.
19. Какое нарушение кислотно-основного гомеостаза развивается при
высотной болезни?
a. Негазовый ацидоз;
b. Негазовый алкалоз;
c. Газовый ацидоз;
d. Газовый алкалоз.
20. Может ли неукротимая рвота привести к развитию негазового алкалоза?
a. Да;
b. Нет.
21. Каковы механизмы компенсации при газовом ацидозе?
a. Увеличение возбудимости дыхательного центра;
b. Уменьшение возбудимости дыхательного центра;
c. Снижение экскреции кислых продуктов с мочой;
d. Повышение экскреции кислых продуктов с мочой.
22. Играют ли роль почки в компенсации респираторного ацидоза?
a. Да;
b. Нет.
23. При каких формах нарушения кислотно-основного гомеостаза активируется аммониогенез в почках?
a. При негазовом ацидозе;
b. При газовом ацидозе;
c. При негазовом алкалозе;
d. При газовом алкалозе.
22
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Основная литература:
1.
2.
3.
Бикхардт К. Клиническая ветеринарная патофизиология / Перевод с нем.
В. Пулинец. – М.: Аквариум ЛТД, 2001. – С. 306–311.
Лютинский С.И. Патологическая физиология с.-х. животных. – М.: Колос,
2001. – С. 229–232.
Лютинский С. И., Степин В. С. Практикум по патологической физиологии с.-х.
животных. – М.: Колос, 2001. – С. 120 – 124.
Дополнительная литература:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Баркова Э.Н. Руководство к практическому курсу патофизиологии / Э.Н. Баркова, Е.В. Жданова и др. – Ростов н/Д.: Феникс, 2007. – С. 134–139.
Общая патология: учебное пособие для студентов высших медицинских учебных заведений / Под редакцией Н.П. Чесноковой. – М.: Издательский центр
«Академия», 2006. – С. 51–76.
Патофизиология. В 3-х т.: учебник для студентов высших учебных заведений /
Под редакцией А.И. Воложина, Г.В. Порядина. – Т. 2. – М.: Издательский центр
«Академия», 2006. – С. 80–103.
Патофизиология / Под редакцией П.Ф. Литвицкого. – М.: ГЕОТАР-МЕД,
2002. – Т.1. – С. 405–448.
Тавс Г. Газы крови и кислотно-щелочное равновесие / Г. Тавс; Под ред.
Р. Шмидта и Г. Тавса. – М., 1986. – С. 241–268.
Телль Л. З. Патологическая физиология: Интерактивный курс лекций /
Л.З. Телль, С.П. Лысенков, С.А. Шастун. – М.: ООО «МИА», 2007. – С. 224–
258.
23
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение I
Р и с . I . Реакции органов и систем на развитие
метаболического (негазового) ацидоза
24
Приложение II
Р и с . I I . Реакции органов и систем на развитие респираторного ацидоза
25
Приложение III
Р и с . I I I . Реакции органов и систем
на развитие метаболического (негазового) алкалоза
26
Приложение IV
Р и с . I V . Реакции органов и систем
на развитие респираторного алкалоза
27
Приложение V
Р и с . V . Регуляция кислотно-щелочного гомеостаза почками:
реабсорбция бикарбоната
Р и с . V I . Регуляция кислотно-щелочного гомеостаза почками:
ацидогенез (превращение менее кислых соединений в более кислые)
28
Приложение VI
Р и с . V I I . Регуляция кислотно-щелочного гомеостаза почками:
образование свободных слабых органических кислот
Р и с . V I I I . Регуляция кислотно-щелочного гомеостаза
почками: аммониогенез
29
Содержание
Введение ........................................................................................................... 3
Глава 1. Клинико-патофизиологические аспекты ........................................... 4
1.1 Буферные системы организма............................................................... 4
1.1.1 Гидрокарбонатная буферная система ............................................ 5
1.1.2. Фосфатная буферная система........................................................ 5
1.1.3 Белковая буферная система ............................................................ 6
1.1.4. Гемоглобиновая буферная система............................................... 7
1.1.5 Физиологические механизмы регуляции кислотно-основного
гомеостаза .................................................................................................. 9
1.2 Основные показатели кислотно-основного гомеостаза ................... 11
1.3 Классификация нарушений кислотно-основного гомеостаза ......... 13
1.4 Негазовый ацидоз................................................................................. 15
1.5 Газовый (дыхательный, респираторный) ацидоз.............................. 16
1.6 Негазовый алкалоз................................................................................ 17
1.7 Газовый (дыхательный, респираторный) алкалоз ............................ 18
Глава 2. Контрольные вопросы и тесты для самоконтроля знаний............ 19
2.1 Контрольные вопросы ......................................................................... 19
2.2 Тестовые задания.................................................................................. 19
Список литературных источников............................................................... 23
Приложения.................................................................................................... 24
30
31
Ответственный за выпуск Ю.Л. Ошуркова
Корректор Н.В. Степанова
Заказ №
–Р. Тираж 200 экз. Подписано в печать 11.03.2009 г.
ИЦ ВГМХА 160555, г. Вологда, с. Молочное, ул. Емельянова, 1
32