Кислотно-основное состояние Л. Кривский, FRCA Southampton University Hospital Почки и лѐгкие являются основными органами, которые поддерживают постоянную 1) тоничность 2) объѐм 3) специфический ионный состав (особенно концентрацию ионов Н) внеклеточной жидкости Жизнь (клеток) напрямую зависит от состава интерстициальной жидкости – «Внутреннего моря» КОС – два метода интерпретации • «Традиционный» подход • «Физико-химический» подход (П. • Стьюарт, 1981) – за пределами настоящей дискуссии Основная разница – в объяснении и интерпретации нарушений КОС и механизмов контроля. Что такое «кислота»? «Традиционное определение» • Субстанция, имеющая определѐнные свойства (кислая на вкус, изменяет цвет индикатора – лакмуса, итд) Теория Аррениуса (1887) • Кислота – в-во, диссоциирующее в водном рре до Н+ • Основание – до ОНˉ • Нейтральность – [Н+] = [ОНˉ] • Ограничения: - некоторые в-ва, обладающие св-вами кислот, не содержат Н+, а оснований – ОНˉ - рассматривает только водные растворы Теория Bronsted-Lowry (1923) • Наиболее распространѐнная в современной • • • • • медицине Кислота – донор [Н+] Основание – акцептор [Н+] У каждого донора [Н+] есть соответствующий ему акцептор – конъюгированная пара Сильная кислота с лѐгкостью отдаѐт [Н+] молекуле воды → ↑[Н3О+] Нет понятия «электронейтральности» Теория Льюиса (1923) • Стимулом послужило наличие в-в (н-р, СО2), проявляющие св-ва кислот в р-рах, но не имеющие в составе [Н+] • Кислота – потенциальный акцептор электронной пары • Основание – потенциальный донор электронной пары • Согласно Льюису, [Н+] сам по себе является кислотой Теория Усановича (1939) • «С мира по нитке» • Кислота – в-во, являющееся донором • катиона, или акцептором аниона или электрона Основание – в-во, являющееся донором аниона, или акцептором катиона Какая теория используется на практике? • Проще других – Bronsted-Lowry. • Использовать Н2СО3 вместо СО2 На практике большинство из нас понимают кислоту, как: - [Н+] в растворе (Аррениус) - донор [Н+] (Bronsted-Lowry) - и даже СО2, как «кислоту» (Льюис) Важно! Н+ - «символ метафоры» (Стюарт) • Н+ в «чистом виде» в р-ре не • • • существуют! Протоны связываются и реагируют с окружающими их молекулами Н2О = Н3О+ - ион гидрония Или, ещѐ точнее - {Н:(Н2О)n}+ Крайне неудобно и непривычно – возвращаемся к «метафорическому» Н+ рН • Нелинейная трансформация концентрации Н+ - отрицательный логарифм [Н+]. ↓рН = ↑ [Н+] • Логарифмическое выражение объѐма, способного вместить 1 Eq [Н+] (для плазмы с рН=7.4, этот объѐм составляет 25.000.000 л) • Для сравнения – концентрация Na+ в плазме – 140 meq/L; концентрация Н+ - 0.00004 meq/L (pH – 7.4) • Безразмерная величина pH = - log10[Н+] • Для Н2О при 22 С: [Н+] = [ОН-] = 1 10-7 моль/л • рН (Н2О) = - log (1 10-7) = - (-7.0)= 7.00 • Поскольку основание log = 10 (log10), именения рН на 1 ед. соответствуют изменению [Н+] в 10 раз (в обратную сторону): Р-р с рН 3 содержит [Н+] в 10 раз больше, чем р-р с рН 4 Шкала рН (0-14) и [Н+] ммоль/л pH = - log10[Н+] или pН = - log10(aH+)? • ax = g . [x], где ах – активность в-ва х в р-ре g – коэффициент активности х [x] – концентрация х в р-ре • Активность отражает степень взаимодействия молекул р-ра и растворимого в-ва друг с другом. Она выше при повышении их концентрации и степени ионизации. • Для разбавленных р-ров (рН 0-14) не имеет значения (?), поэтому в организме: pH = - log10[Н+] = - log10(aH+) Соотношение [Н+] (у) и рН (х) нелинейно! Преимущества использования рН • Традиционный, широкоупотребляемый • • символ Отражает активность Н+, а не концентрацию (см. устройство рНэлектрода далее) – реальное св-во физиологических систем Н+ не присутствуют в р-рах в чистом виде Недостатки рН • Производное, отражающее двойную • • нелинейную трансформацию [Н+] (т.е. 1. отрицательный 2. логарифм) Трудно понять и запомнить Недооценивает степень изменения концентрации [Н+] Простой способ конвертации между рН и [Н+] • рН – 7.4 = [Н+] – 40 нмоль/л • Увеличение/уменьшение [Н+] в 2 раза • приводит к изменениям рН на 0.3 в другую сторону. (log 2 = 0.3) Например, если [Н+] – 80 нмоль/л → рН = 7.1 И ещѐ одна подсказка • pH 7.4 is 40 nM • pH 7.0 is 100 nM • pH 7.36 is 44 nM • pH 7.44 is 36 nM Конечно, есть таблица конвертации рН 6.8 6.9 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 [Н+] нмоль/л 158 125 100 79 63 50 40 31 25 20 Физиологическая важность рН • 1. Влияние рН на активность • ферментативных систем организма 2. Влияние рН на степень ионизации биологически активных молекул рН и активность ферментов • Для внутриклеточных ферментов – оптимальный рН 7.35-7.45 • Для «внеклеточных» – н-р пепсин 1.5-3.0; амилаза – 8-10 Ионизация, рН & pKа • рКа определяет степень ионизации в-ва • в данном р-ре. Это рН, при котором вво ионизировано на 50%. рКа не зависит от того, является в-во кислотой или щѐлочью. Только неионизированная фракция в-ва проникает через мембраны (см. липофильную структуру мембран) Уравнение Хендерсона-Хассельбалха (Henderson-Hasselbalch) • рН = рКа + log [акцептор протона] • • [донор протона] Для кислоты (ХН): рН = рКа + log [Х-] [ХН] Х- - ионизированная форма кислоты Для щѐлочи (Х): рН = рКа + log [Х] [ХH+] ХН+ - ионизированная форма щѐлочи Т.о. степень ионизации молекулы можно установить, зная рКа и рН раствора • Пример № 1 – местные анестетики: Слабые щѐлочи рКа Бупивакаина = 8.1 рКа Лидокаина = 7.9 • При рН = 7.35: 83% Бупивакаина ионизировано 65% Лидокаина ионизировано – начало действия быстрее • Для слабых щелочей – чем меньше рН – тем больше степень ионизации (н-р, при воспалении тканей (ацидоз), м/а неэффективны) Только неионизированная фракция м/а проходит через «мембрану нейрона» и блокирует натриевые каналы «изнутри» Короткое напоминание, что м/а необходимо преодолеть несколько мембран: - эпиневрий - периневрий с соединительно тканными перемычками - эндоневрий Степень ионизации Бупивакаина и Лидокаина при различных рН Пример № 2 - Аспирин • Слабая кислота • рКа = 4.4 • Практически полностью ионизирован при рН = 7.35 (плазма) Практически полностью неионизирован при рН = 2.5 (желудок) Для слабых кислот – чем выше рН – тем выше степень ионизации Гипотеза Дейвиса • Все промежуточные продукты • метаболизма – кислоты и основания имеют в своѐм составе РО4–3, NH4+, или COOH- группы и за счѐт этого ионизированы при рН 7.35 Не проникают через мембрану – остаются внутри клетки рН - электрод • Референтный и измеряющий электроды • Стекло, не пропускающее Н+ в референтном электроде • Потенциал между ними (61.5 mV/ед. pH) • Измеряем аН+ (активность), а не [Н+] (концентрацию) Потенциал, измеряемый рН-электродом, пропорционален логарифму активности, а не концентрации, Н+! • pH = - log10 aH+ (или: aH+ = 10 (-pH) ) • Коэффициент активности растворимого в-ва меняется в зависимости от св-в растворителя (ионный потенциал и Т) – концентрация:активность – нелинейное соотношение - аН+ ≠ [Н+] Влияние ионного потенциала р-ров и температуры р-ра на коэффициент активности растворимого в-ва (например, Н+) Влияние ионного состава и потенциала растворителя на коэффициент активности растворимого в-ва (аналогия с грабителями, полицейскими и невинными прохожими) Концепция «нейтральности» • [Н+] = [ОН-] - pN • Для воды: pN = 0.5 x pKw’ , где • • pKw’ – ионный продукт воды, сильно зависящий от температуры [Н+] = [ОН-] – pN имеет место быть при разных рН и разных температурах рН – 7.0 («интуитивная нейтральность») для воды только при 25 С Измеряем внеклеточную рН, а интересует внутриклеточная рН! • Все продукты промежуточного • • метаболизма имеют рКа < 4.6 для кислот и > 9.4 для щелочей При pN ([Н+] = [ОН-]) все они полностью диссоциированы – не могут «вытечь» через кл. мембрану При 37 С pN внутриклеточной жидкости – 6.8! Выраженная зависимость от Т! pN внутриклеточной жидкости меняется в зависимости от Т • Основной буфер – белки, точнее имидазольное кольцо гистидина – рК меняется в зависимости от Т – степень диссоциации гистидина остаѐтся постоянной – основа теории «альфа-стат» • Другое условие ф-ционирования системы – постоянная относ. низкая конц. СО2 во внеклеточной жидкости для поддержания относительного алкалоза во внеклеточной жти – постоянный градиент Н+ изнутриснаружу. Альфа-стат vs рН-стат • Альфа-стат – температурная коррекция не производится – при проведении анализа ABG всегда вводите 37 С. • Помните о гистидине – перемена рКа и поддержание pN, независимо от Т – основа теории Альфа-стат! • Внутри машины образец нагревается до 37 результаты выдаются при 37 • На сегодняшний день – предпочтительный метод! Альфа-стат vs рН-стат • рН-стат – температура корригируется – вводите реальную температуру пациента • Машина пересчитывает рН по формуле, Розенталя например: изменения рН равно 0.015 рН на 1 С • Например, если рН равна 7.36 при Т рН электрода 37 , то при 34 : pH = [7.360 + (37-34)(0.015)] = 7.405 Пример из кардио • Пациент охлаждѐн до 20 С • Альфа-стат: рН – 7.4, рСО2 – 40 mmHg • рН-стат: рН – 7.65, рСО2 – 18 mmHg. • Т.е., у больного – алкалоз, решение – лечить! Согласны? Ионизирована вода или нет?! Они скоро узнают... Откуда берѐтся «кислота» в организме? • «Респираторная» (летучая) кислота • «Метаболические» (фиксированные) кислоты Баланс кислоты в организме • «Экзогенный» кислотно-основной • эквилибриум - продукция кислоты=экскреции кислоты «Эндогенный» кислотно-основной эквилибриум – «оборот» кислоты – ионы Н+ продуцируются и поглощаются без необходимости их выведения/нейтрализации «Респираторная» кислота «Респираторная» кислота • СО2 сама по себе не является кислотой – донором Н+ • НО, СО2 способна к образованию эквивалентного кол-ва Н2СО3 • СО2 – конечный продукт окисления жиров и углеводов • Производится огромное кол-во, по сравнению с «метаболическими» к-тами – 12- 24.000 ммоль/сут – необходим эффективный способ выведения Единственный источник СО2 – полный метаболизм углеводов и жиров «Метаболические» (нелетучие) кислоты • Все кислоты, кроме Н2СО3! • Как правило, называются по своему • • аниону – н-р, лактат, фосфат, сульфат, ацетоацетат, β-гидроксибутират) У взрослых продуцируется 70-100 ммоль Н+/сут в результате неполного метаболизма углеводов (лактат), белков (сульфат, фосфат), жиров (кетоны). Выводятся почками Источники путаницы • Метаболические к-ты называются по • своим анионам – не донорам Н+. Допустимо, т.к. кол-во анионов=кол-ву Н+ И «респираторная» и «метаболические» к-ты – продукт метаболизма! Привычные, но не очень удачные названия – иметь в виду! Кетоны – продукт незавершённого метаболизма жиров; лактат - углеводов Лактат – примечание 1 • В норме большая часть лактата метаболизируется (лактат-пируват) – проблема экскреции не стоит Лактат – примечание 2 • Но только в печени (и почках) лактат может превращаться обратно в глюкозу (глюконеогенез), а не в СО2 - цикл Кори Для поддержания КОС: кол-во продуцируемой кислоты = кол-во экскретируемой кислоты/сутки! • Лѐгкие – 1 молекула (экскретируемой) СО2 = 1 молекула Н+ + 1 молекула НСО3- • Почки – все нелетучие кислоты Три линии обороны организма против нарушений КОС – (кислоты)! (футбольная аналогия) Полузащитник • 1-я линия обороны буферизация Защитник • 2-я линия обороны – респираторная компенсация (изменения раСО2) Вратарь • 3-я линия обороны – почки (изменения выведения НСО3-) + печень Буферы • Растворы, содержащие в-ва, способные минимизировать изменения своего рН при добавлении кислоты или щѐлочи. Эксперимент Свана и Питтса • Собаки получали инфузию 14 ммоль • • Н+/л/общей воды организма рН при этом, падало с 7.44 ([Н+] – 36 нмоль/л) до 7.14 ([Н+] – 72 нмоль/л Собакам ввели 14 000 000 нмоль Н+, но [Н+] в плазме изменился только на 0.002%! Буферные системы • ОРГАНИЗМ ОБЛАДАЕТ ОГРОМНЫМИ БУФЕРНЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ! • БУФЕРЫ – СИСТЕМЫ МГНОВЕННОГО РЕАГИРОВАНИЯ! • Буферизация маскирует реальные изменения [Н+] – оцениваем степень нарушения КОС по снижению буферных анионов А-, которые связываются с Н+, образуя НА Буферные системы организма Кровь Внутриклеточная жидкость Моча Бикарбонат Важен для связывания «метаболической» к-ты Гемоглобин Важен для нейтрализации СО2 Незначительный буфер Белки плазмы Фосфат Белки Концентрация слишком мала Важный буфер Фосфат Фосфат Важный буфер Аммоний Важен – образование NH4+ Отвечает за нейтрализацию большей части «титруемой к-ты» Буферная система СО2-бикарбонат • Самый важный буфер во внеклеточной жидкости – 80% буферизации. • CO2 + H2O <=> H+ + HCO3• pH = 6.1 + log ( [HCO3] / 0.03 pCO2) Система открыта «с обеих концов» - СО2 быстро выводится из организма – поддержание нормальной рН, несмотря на низкую рКа (6.1) буфера. • Контроль исключительно метаболической, а не респираторной кислоты!!! Реакции бикарбонатного буфера в ответ на введение сильной кислоты (НСl) и сильной щѐлочи (NaCl) Фосфатная система – роль в крови незначительна изза невысокой концентрации (важный внутриклеточный буфер, а также буфер в моче) рКа1=2 рКа2=6.8 рКа3=12 H3PO4 <= => H+ + H2PO4- <= => H+ + HPO4-2 <= => PO4-3+H+ рКа очень разные, поэтому при данной рН присутствует только одна буферная пара H2PO4- и HPO4-2 – самые распространѐнные фосфатные буферы в биологических системах Гемоглобин и белки крови • Белки крови (70 г/л) и гемоглобин (150 г/л) • Буферизация имидазольным кольцом гистидина (см. выше). рКа – 6.8 • Гемоглобин важнее не только из-за большей концентрации, но и из-за того, что содержит в 3 раза больше гистидиновых групп, чем белки. • Деоксигемоглобин связывает Н+ (более эффективный буфер) лучше оксигемоглобина – эффект Холдейна – 30% из-за изменения буферной ѐмкости (см. ниже) Как соотносятся рН вне- и внутриклеточного пространства? • 2 процесса: - Перенос СО2 через клеточную мембрану - Ионные сдвиги (т.е. механизмы обмена протон-катион) Регуляция внуриклеточного рН Транспорт СО2 • Из-за высокой жирорастворимости, СО2 • свободно диффундирует через мембраны, вызывая изменения рН из-за образования Н+ и НСО3Буферизация СО2 во внеклеточном прве невозможна. СО2 сама входит в состав самой важной буферной системы внеклеточного пр-ва. Ионные сдвиги • Внутриклеточный перенос Н+ в обмен • на ионы Na+ или K+. Обмен необходим для поддержания электронейтральности Буферизация во вне- и внутриклеточном пространствах Внеклеточное 43% (система бикарбоната и пр-во белков плазмы) Внутриклеточ 57% (белки, фосфат и ное пр-во бикарбонат) за счѐт транспорта Н+ : -Na+-K+ транспортѐр – 36% -K+-H+ транспортѐр – 15% -Другие процессы – 6% Роль костной ткани • Важный буфер при хроническом • • метаболическом ацидозе за счѐт вымывания СаСО3 Один из факторов остеомаляции при ХПН Возможно, имеет значение и при остром ацидозе, но изучена плохо Буферы – важные моменты: • Вся кислота (Н+) в организме производится в результате метаболизма. «Летучая» кислота – СО2 («потенциальная» к-та, прекурсор Н2СО3) и «фиксированная» кислота. • Буферы внутри- и внеклеточного пространств отличаются друг от друга. • СО2 не нейтрализуется бикарбонатом, а является частью единой буферной системы!!! При респ. ацидозе введение NaHCO3 не оправдано! Респираторная регуляция • Понимание респираторной регуляции КОС основывается на 2-х уравнениях: 1. раСО2 = [VCO2 / VA] К 2. рН = рКа + log [HCO3-]/0.3 pCO2 Влияние вентиляции на рСО2 (обратная пропорциональность) Влияние вентиляции на рСО2: дыхание в покое (normal breathing); глубокое дыхание (deeper breathing) Центральный контроль респираторного компонента КОС Периферические хеморецепторы чувствительны к СО2, О2 и рН. Уравнение Хендерсона-Хассельбаха • рH = pKa + log [HCO3-]/0.03 • В норме: pH = 6.1 + log 24/0.03 20 = 7.4 pCO2 40 = 6.1 + log СО2 - электрод (в газоанализаторе) CO2 в крови: • В растворѐнном виде (5%) – • • растворимость СО2 - 0.231 mmol/l/kPa (O2 – 0.00225 mmol/l/kPa) В составе карбаминосоединений (5–7%) – связанная с NH2 - группами Hb B виде бикарбоната (90%) – в основном, в плазме крови Cхема диффузии О2 и СО2 через стенку системного капилляра (газы движутся в обратном направлении в лѐгочных капиллярах) Газообмен в лѐгких Обратный процесс в тканях Почечная регуляция рН Реабсорбция бикарбоната в проксимальных канальцах. Оставшиеся 10% бикарбоната реабсорбируются в собирательных трубках при помощи схожего механизма Проблема в том, куда девать Н+, секретируемый в просвет канальца? • Н+ необходимо связывать для поддержания градиента с внутриклеточным пр-вом канальцев – продолжения реабсорбции НСО3. • Да, большую (но не ВСЮ!) роль играет сам НСО3-, поступающий из фильтрата клубочка. • Должны существовать другие буферы!!! И они существуют! Превращение «щелочного фосфата» в «кислый фосфат» • Н+ + НРО42- = Н2РО4• НРО42- - основание Н2РО4- - кислота • рН = 6.8 + log [НРО42]/ [Н2РО4-] Соотношение кислота:основание для фосфатного буфера (рКа = 6.8) в разных отделах нефрона в зависимости от рН мочи NH3/NH4+ - самый главный буфер мочи! Печѐночные механизмы регуляции КОС • Продукция СО2 в результате полного • • • окисления субстратов Метаболизм анионов органических кислот (лактат, кетоны, аминокислоты) Метаболизм аммония (см. выше) Продукция белков плазмы (особенно альбумина) Измеряем рН во внеклеточной жидкости, а интересуемся рН внутриклеточной среды! Терминология • Ацидоз – патологический процесс, • снижающий артериальный рН, при условии отсутствия вторичных компенсаторных механизмов, возникающих в ответ на первичный этиологический фактор. Алкалоз - --- повышающий артериальный рН --- Терминология • Ацидемия – рН < 7.36 • Алкалемия – рН > 7.44 • Простые нарушения КОС – имеется одна • первичная этиологическая причина Смешанные нарушения КОС – имеется 2 и более этиологических причин Терминология • Респираторный ацидоз • Метаболический ацидоз • Респираторный алкалоз • Метаболический алкалоз • Респираторные нарушения КОС • вызываются патологическими процессами, приводящими к первичным изменениям рСО2 Метаболические нарушения КОС ---- первичным изменениям [НСО3] Бикарбонат («реальный») • Бикарбонат вычисляется газоанализатором на основании рСО2 и рН: 1) pH = 6.1 + log([НСО3-]/(0.03 PCO2)) 2) По графику справа Избыток (дефицит) оснований (BE) • ВЕ внеклеточной жидкости – количество кислоты или основания (в ммолях), которое необходимо добавить, чтобы восстановить рН 1 литра крови пациента до нормы и рСО2 до 40 мм рт ст при температуре тела – 37. Важное напоминание!!! Газоанализатор измеряет только 3 величины – рН, рСО2 (электроды схожего принципа действия –не требует напряжения электроны «вырабатываются» сами) и рО2 (необходим внешний потенциал) Anion gap – анионная разница (промежуток) • Концентрация анионов плазмы, не входящих в список рутинных биохимических анализов. • В норме – белки плазмы (10% от общего числа анионов) При патологии (мет. ацидоз) – лактат, ацетоацетат, сульфат итд • AG = [Na+] - [Cl-] - [HCO3-] • Норма – 8-16 ммоль/л Клиническое применение анионной разницы. • Подтверждение наличия • • метаболического ацидоза Дифференциация причин ацидоза: ацидоз с нормальной АР; ацидоз с повышенной АР Оценка тяжести биохимических нарушений при метаболическом ацидозе и мониторинг эфективности проводимой терапии Ограничения метода • Тенденция к погрешностям измерения, т.к. • • определяются 3 ([Na+],[Cl-],[HCO3-]), а не 1 ион. Для постановки точного (метаболического) диагноза должны использоваться другие показатели (лактат, креатинин, глюкоза, кетоны мочи) Гипоальбуминемия приводит к ↓АР! Редкости: Delta ratio или delta gap. Соотношение или разница «дельта» • Delta ratio = ↑АР/↓[НСО3-] Интерпретация «разницы дельта». Важно: если результат выглядит странно – скорее всего он ошибочен! < 0.4 Гиперхлоремический ацидоз с нормальной АР 0.4 – 0.8 Часто значение < 1 связано с ацидозом при почечной нед-ти 1-2 >2 Для лактат-ацидоза характерно значение 1.6; для кетоацидоза – ближе к 1 из-за потери кетоновых тел с мочой (особенно, когда нет выраженной дегидратации) Предполагает изначальное повышение [НСО3-]: -Предположите сосуществующий метаболический алкалоз -Или предсуществующий респираторный ацидоз с метаболической компенсацией Ещѐ одна «редкость» - осмолярная разница • Расчѐтная осмолярность = (1.86 x [Na+]) + [глюкоза] + [мочевина] + 9 мОсмоль/л • Осмоляльность – на кг р-ра • Осмолярная разница = Осмоляльность – Осмолярность (норма<10 мОсм/л) • Применяется для диагностики мет. ацидоза, обусловленного «внешним» введением орг. кт: этанола, метанола, этиленгликоля. И наконец! Расстройства КОС • Респираторный ацидоз • Респираторный алкалоз • Метаболический ацидоз • Метаболический алкалоз Всѐ очень просто! Респираторный ацидоз • рН < 7.35 • РаСО2 > 45 мм рт ст • НСО3 – в норме Респираторный ацидоз • раСО2 ~ VCO2 / VA, где: • VCO2 – продукция СО2 VA – альвеолярная вентиляция 3 возможных механизма ↑раСО2: - ↑FiCO2 - ↓VA - ↑VCO2 Причины респираторного ацидоза (классификация, основанная на механизмах ↑РаСО2) Центральная - депрессия дыхания и другие нарушения ЦНС • Фармакологическая депрессия ЦНС (опиоиды, • • • • • • • ↓VA седатики, анестетики итд) Травма, опухоль, инфаркт, кровоизлияние головного мозга Гиповентиляция при ожирении (с-м Пиквика) Травма, повреждение, опухоль шейного отдела позвоночника (выше С4) Высокая нейроаксиальная блокада Полиомиелит Столбняк Остановка кровообращения с гипоксическим повреждением ГМ Нейромышечные расстройства • Синдром Гийена-Баре • Миастения гравис • Мышечные релаксанты • Токсины, например, органические • фосфаты, змеиные яды Различные миопатии ↓VA Патология лѐгких или грудной клетки ↓VA • Обострение ХОБЛ • Травма гр. клетки – пневмоторакс, перелом • • • • • рѐбер с «плавающим» сегментом, контузия Паралич диафрагмы Отѐк лѐгких ОРДС Рестриктивные заболевания лѐгких Аспирация Патология дыхательных путей • Обструкция верхних ДП • Ларингоспазм • Бронхоспазм/астма «Внешние» факторы: Неадекватная ИВЛ ↓VA ↑VCO2 • Гиперкатаболические расстройства Злокачественная гипертермия ↑FiCO2 • Рециркуляция выдыхаемого газа – • неадекватный поток свежего газа в полузакрытом контуре; истощение натронной извести в зактрытом контуре Инсуффляция СО2 в брюшную или грудную полость (лапароторакоскопия) На практике, практически все случаи респираторного ацидоза связаны со снижением альвеолярной вентиляции (VA) Пример из спорта – ↑VCO2 – PaCO2 остаѐтся неизменным. При тяжѐлых нагрузках происходит респираторная компенсация метаболического (лактат) ацидоза (↑Н+) • Rest - покой • Mild moderate heavy exercise – нагрузки (упражнения) лѐгкой, средней, тяжѐлой степени • VA – вентиляция • Q – перфузия • VCO2, VO2 – продукция СО2 и О2 Патофизиологические эффекты гиперкапнии • Стимуляция вентиляции посредством • • • • воздействия на периферические и центральные хеморецепторы Вазодилятация церебральных сосудов ↑церебральный кровоток + ↑ВЧД Стимуляция симпатической НС – тахикардия, периферическая вазоконстрикция, ↑потоотделения. Одновременно периферическая вазодилятация из-за прямого действия на сосуды При очень высоком СО2 – депрессия дыхательного центра Вспомним газообмен и уравнение альвеолярного газа - РАО2 = РiO2 - PaCO2/R Артериальное РСО2 (РаСО2) > 90 мм рт ст при дыхании воздухом несовместимо с жизнью! • Согласно уравнению артериального • • газа: РAO2 = [0.21 x (760-47)] - 90 / 0.8 = 37 mmHg Естественно, при ↑FiO2, альвеолярное О2 перестаѐт зависеть от СО2 (известны случаи РАСО2 (=РаСО2) > 200 мм рт ст! Все больные с признаками ↓VA должны получать О2!!! Компенсация респираторного ацидоза • 1) Быстрый ответ – незначительное • повышение уровня НСО3- в связи со смещением точки физико-химического равновесия в уравнении CO2 + H2O <-> H2CO3 <-> H+ + HCO32) Отсроченный ответ – усиление реабсорбции НСО3 почками «Раньше я курила героин до тех пор, пока моя эмфизема стала невыносимой» Компенсация vs коррекция • Больной Т • ХОБЛ + пневмония • РаСО2 в приѐмном отделении (по прибытии) - 70 (рН 7.2); в ОРИТ (кратковременно) – 50 (рН 7.35) Компенсация vs коррекция • Быстрая коррекция СО2 (BiPAP) на фоне хронического респираторного ацидоза ниже привычных для больного цифр ↑НСО3 снизиться не успевает – «постгиперкапнический метаболический алкалоз» Респираторный ацидоз ≠ гиперкапния • Пример – больной с диабетическим • • • кетоацидозом (ДКА). НСО3 = 8 ммоль/л РаСО2 = 40 мм рт ст рН = 7.0 Ожидаемая реакция? Метаболический ацидоз • рН < 7.35 • СО2 - ↓ или в норме • НСО3 - ↓ Метаболический ацидоз • Патологический первичный процесс, • приводящий к увеличению фиксированной кислоты в крови Уровень НСО3- падает из-за связывания Н+ Классификация • По патофизиологическому механизму: - За счѐт увеличения (экзо- и эндогенного) кислот - За счѐт потери оснований (НСО3) • По анионной разнице: - Метаболический ацидоз с повышенной АР - Метаболический ацидоз с нормальной АР Патофизиологические эффекты метаболического ацидоза • Респираторная система: - Гипервентиляция (Куссмауль) – основной механизм компенсации - Сдвиг кривой диссоциации оксигемоглобина вправо - Снижение уровня 2,3-ДФГ в эритроцитах (компенсаторный сдвиг кривой диссоциации гемоглобина влево) Сердечно-сосудистая система • Депрессия контрактильности • Гиперактивность симпатической • • • системы (тахикардия, вазоконстрикция, снижение аритмогенного порога) Резистентность к катехоламинам Вазоконстрикция лѐгочных сосудов Эффекты гиперкалиемии на сердце Гипервентиляция • Основной механизм компенсации метаболического ацидоза за счѐт ↑Н+ в ликворе, омывающем центральные хеморецепторы • Ожидаемое СО2 при максимальной компенсации можно рассчитать по формуле: Ожидаемое pCO2 = 1.5 (измеренное [HCO3] ) + 8 mmHg ВАЖНО!!! • При необходимости интубации/вентиляции больного с метаболическим ацидозом, ВСЕГДА устанавливайте параметры ИВЛ в режиме гипервентиляции. Ориентируйтесь на ожидаемое рСО2, рассчитанное по формуле! Пример «ятрогении» Принципы компенсации метаболического ацидоза организмом (вспомните футбольную аналогию!) • Буферы – НСО3- + другие системы • Респираторная компенсация – • гипервентиляция paCO2 ~ [VCO2 / VA] Почечная компенсация Почечная компенсация при метаболическом ацидозе происходит в дистальных канальцах • Поскольку ↓НСО3- в плазме снижен - ↓его фильтрация - ↓ экскреция Н+ в проксимальной трубке • Основная компенсаторная экскреция Н+ происходит в дистальных трубках. К+ и НСО3реабсорбируются Принципы коррекции метаболического ацидоза • Неотложные меры (АВС) • Лечение причины – самое важное!!! • Восполнение потерь (н-р, жид-ти и • электролитов) Специфическое лечение (введение этанола при отравлении метиловым спиртом, ощелачивание мочи при рабдомиолизе итд) Диагностические принципы • Анамнез, осмотр, обследования – т.е. сначала - клиническая картина, потом – газы крови! Всегда! • Метаболический ацидоз - ↓рН, ↓НСО3. • Нормальная (потеря НСО3-) или повышенная (увеличение Н+) анионная разница – важно для выбора терапии. • Оценка степени компенсации/наличия параллельного нарушения КОС. Правила игры (для всех нарушений КОС) • Если РСО2 и НСО3 снижены – либо метаболический ацидоз (с респираторной компенсацией), либо респираторный алкалоз (с метаболической компенсацией) • Если РСО2 и НСО3 повышены – либо метаболический алкалоз, либо респираторный ацидоз. С компенсацией. • В обеих случаях нельзя исключить смешанные первичные нарушения • Если РСО2 и НСО3 изменены в разные стороны (↓↑) – обязательно имеются смешанные первичные нарушения КОС Основные виды метаболического ацидоза • Лактат-ацидоз • Кетоацидоз • Ацидоз при почечной недостаточности • Гиперхлоремический ацидоз • Ацидоз, вызываемый препаратами и токсинами Лактат-ацидоз Механизмы развития лактат-ацидоза • Избыточная продукция • Нарушения метаболизма лактата в • • печени На практике – и то, и другое Избыток Н+ связывается НСО3- - ацидоз с большой анионной разницей AР = [Na+] - [Cl-] - [HCO3-] Лактат-ацидоз типа А • Возникает на фоне неадекватной доставки О2 тканям • ↓Перфузии – наиважнейший фактор снижения доставки О2 • Наличие анемии и/или гипоксемии (за исключением тяжѐлых случаев) недостаточно для развития лактат-ацидоза. Только в сочетании с ↓перфузии. Пример: лактат-ацидоз типа А при кровотечении Лактат-ацидоз типа В (реже) • Признаков ↓доставки О2 тканям нет • Имеются нарушения метаболизма углеводов, сопровождающиеся ↑лактата Принципы лечения лактат-ацидоза • Диагностика и коррекция (насколько • • это возможно) первопричины Восстановление адекватной доставки О2 (особенно перфузии) Бикарбонат натрия – только в крайнем случае! Кетоацидоз • Связан с избыточной продукцией кетоновых тел – кетоанионов – ацетоацетата, βгидроксибутирата и ацетона печенью при наличии абсолютного или оносительного дефицита инсулина. • На каждый анион кислоты образуется Н+, который связывается НСО3• Ацидоз с увеличенной анионной разницей: AР = [Na+] - [Cl-] - [HCO3-] Основные виды кетоза • Кетоз при голодании • Алкогольный кетоацидоз • Диабетический кетоацидоз ДКА • ↓Инсулина + ↑контринсулярных гормонов: - Инфекция (30%) - Несоблюдение режима введения инсулина (20%) - Вновь диагностированный диабет (20%) - Причина неизвестна (20%) Основные симптомы ДКА связаны с гипергликемией и кетоацидозом • Гипергликемия – причины: - ↑глюконеогенез - ↑гликогенолиз - ↓периферическая утилизация глюкозы • Кетоацидоз – причины: - ↑активности липазы (адреналин) - ↑распад жиров на глицерол и жирные к-ты в жировых тканях = ↑окисление ЖК до кетоновых тел в печени ДКА - диагностика • Анамнез (!!!), осмотр, обследования • Ацидоз с увеличенной АР • ↑Глюкозы крови • Наличие кетонов в моче ДКА - лечение • Возмещение водно-электролитных • • • • потерь. Восстановление нормального обмена жиров и углеводов. Лечение первопричины (инфекции итд). Лечение осложнений. ПРИ ДКА ВВЕДЕНИЕ НСО3- НЕ ПОКАЗАНО! НИКОГДА! Ацидоз при почечной недостаточности • Механизмы: - Если поражены и клубочки, и трубочки – ацидоз связан со ↓выведения метаболической кислоты - ацидоз с ↑АР. - Если поражены только трубочки – РТА (ренальный тубулярный ацидоз) – ацидоз с нормальной АР. Ацидоз при отравлении препаратами и токсинами • Метанол • Этиленгликоль • Салицилаты • Толуен (клей «Момент») Важные моменты при диагностике ацидоза с ↑АР Кетоацидоз Можно исключить, при наличии нормогликемии и отсутствии кетоновых тел в моче Лактат-ацидоз Исключается, если лактат крови в норме. Большая вероятность, если есть признаки шока, или гипоперфузии тканей ПН Исключается, если креатинин и мочевина в норме/слегка повышены Метанол Предполагает наличие визуальных нарушений и нарушений сознания. Характерны абдоминальные боли. Проверьте ОР. Незамедлительное начало терапии, не дожидаясь результатов анализов. Этиленгликоль Сопровождается нарушениями сознания без признаков нарушения зрения. Проверьте ОР, но он часто в норме Салицилаты Часто сопровождается выраженной гипервентиляцией (особенно у взрослых) + депрессией ЦНС. NaHCO3 при метаболическом ацидозе • Основное показание – коррекция • • ацидемии во внеклеточном пр-ве с целью предотвращения вредных клинических эффектов ацидоза (особенно связанных с влиянием на сердечно-сосудистую систему) Неотложное лечение гиперкалиемии Ощелачивание мочи (н-р, при рабдомиолизе или отравлении салицилатами) Расчѐт дозы NaНСО3 • Доза (mEq) = 0.3 x Вес (kg) x BE • (mEq/L) Всегда начинать с половины рассчѐтной дозы Нежелательные эффекты NaНСО3 • • • • • • Гипернатриемия Гиперосмолярность Перегрузка жидкостью Алкалоз Гипокалиемия Снижение отдачи О2 в тканях из-за смещения кривой диссоциации гемоглобина «влево» • Увеличение продукции лактата из-за снижения влияния ацидоза на подавления гликолиза • Гиперкапния • Ацидоз спинномозговой жидкости Что делать с «пузырьками»? • Большая часть NaHCO3 (НСО3-) превращается в СО2 (резкое смещение рции CO2 + H2O <-> H2CO3 <-> H+ + HCO3- влево) • Необходимо усилить вентиляцию для его элиминации! Респираторный алкалоз • • • • рН > 7.45 РаСО2 < 35 мм рт ст НСО3- в норме Причина всегда одна – ↑альвеолярная вентиляция Причины респираторного алкалоза • Центрального генеза (через респираторный центр): • • • - ЧМТ - ОНМК - Психогенная гипервентиляция - Препараты/токсины (салицилаты, аналептики итд) - Различные эндогенные в-ва (цитокины при сепсисе, прогестерон при беременности итд) Гипоксемия (через периферические хеморецепторы) Лѐгочные (через интрапульмональные р-ры) - ТЭЛА - Пневмония - Астма - Отѐк лѐгких (различного генеза) Ятрогенные (прямое воздействие на альвеолярную вентиляцию) - Ятрогенная гипервентиляция (ИВЛ) Важные моменты! • Респираторный алкалоз присутствует до • • тех пор, пока существует первопричина. Одномоментно у больного может присутствовать только одно респираторное нарушение КОС. Но два метаболических нарушения! Клинические эффекты гипокапнии • Неврологические проявления - ↑Раздражимость нейро-мышечной системы (ощущение покалывания в периоральной области, карпопедальный спазм итд) - ↓ВЧД за счѐт вазоконстрикции церебральных сосудов - Подавление респираторного драйва из-за ингибиции центральных и периферических хеморецепторов Клинические проявления гипокапнии • Сердечно-сосудистая система • - Аритмии - ↓Контрактильности Другие эффекты - Смещение кривой диссоциации гемоглобина влево - Гипогликемия лѐгкой степени Компенсация респираторного алкалоза • Компенсаторный ответ - ↓НСО3• pH = pKa + log {([HCO3]/ 0.03 pCO2 } • - ↓рСО2 → ↓НСО3 – немедленная реакция ↑Экскреции НСО3 почками – отсроченная реакция Лечение респираторного алкалоза • Приоритетом является коррекция • сопутствующей гипоксемии Что касается алкалоза – в большинстве случаев, устранение причины приводит к разрешению проблемы Оценка тяжести респираторного алкалоза • Тяжесть респираторного алкалоза определяется разницей между ожидаемым и реальным РаСО2 • Если метаболическое нарушение (ацидоз) исключается – брать за ожидаемое РаСО2 – 40 мм рт ст • Если метаболическое нарушение есть (НСО3 < 18 ммоль/л): Ожидаемое pCO2 = 1.5 ([HCO3]) + 8 mmHg Метаболический алкалоз • рН > 7.45 • СО2 - ↓ или в норме • НСО3- - ↑ ↑НСО3- > 24 ммоль/л в плазме → ↑экскреции НСО3- почками В чѐм-же причина метаболического алкалоза? • Первопричина: какой процесс привѐл к его возникновению? • Поддержание: что за процесс стоит за его поддержанием? В норме НСО3- плазма поддерживается на уровне 24 ммоль/л благодаря 2 процессам в почках: - Канальцевая реабсорбция практически всего суточного количества бикарбоната, фильтруемого в клубочках - Экскреция всей фиксированной кислоты, продуцируемой организмом за сутки (что приводит к регенерации титруемого НСО3- плазмы) Причины развития метаболического алкалоза • ↑Щѐлочи во внеклеточной жидкости: - Экзогенный источник (н-р, NaHCO3, цитрат при массивной трансфузии) - Эндогенный источник (н-р, метаболизм кетоанионов → НСО3-) • ↓Кислоты из внеклеточной жидкости: - через почки (н-р, при назначении диуретиков) - через ЖКТ (н-р, рвота, потери через зонд) Факторы, поддерживающие метаболический алкалоз • • • • ↑Потери хлора ↓Скорости гломерулярной фильтрации ↑Потери калия ↓Объѐма внеклеточной жидкости Потеря HCl с желудочным соком (рвота, потери по зонду) и использование диуретиков (фуросемида и тиазидов) является основной причиной поддержания метаболического алкалоза у 90% больных! Секреция желудочного сока Диуретики и метаболический алкалоз Дополнительные механизмы поддержания метаболического алкалоза на фоне потери HCl Потеря К+ • Первичный гиперальдостеронизм • Синдром Кушинга • Вторичный гиперальдостеронизм • Некоторые препараты • Калийуретические диуретики • Истощение запасов К+ Классификация метаболического алкалоза по уровню Cl- в моче • Cl- < 10 ммоль/л • - Часто сопровождается гиповолемией (↑реабсорбции НСО3 в проксимальных канальцах). - Поддаѐтся коррекции введением NaCl (возмещение Na+ и Cl-). - Частые причины – рвота и/или недавний приѐм диуретиков (90% случаев). Cl- > 20 ммоль/л - Часто сопровождается гиперволемией и гипокалиемией. - Не поддаѐтся корекции инфузией NaCl. - Причины – гиперальдостеронизм, истощение запасов К. - М.б. на фоне продолжающегося приѐма диуретиков Клинические проявления алкалоза • Часто трудно дифференцировать от • • • • • • последствий гиповолемии, гипокалиемии и гипохлоремии. ↓Контрактильности миокарда. Аритмии. ↓Церебрального кровотока Спутанное сознание/ступор Нейромышечная возбудимость Нарушение отдачи О2 тканям (смещение кривой диссоциации оксигемоглобина влево) Риск гипоксемии! • Гиповентиляция (депрессия респираторного • • • • центра в ответ на алкалоз) Лѐгочные микроателектазы (из-за гиповентиляции) Нарушение вентиляционно-перфузионных соотношений (алкалоз подавляет гипоксическую лѐгочную вазоконстрикцию) Смещение кривой диссоциации оксигемоглобина влево Больной с алкалозом должен получать ↑О2! Компенсация метаболического алкалоза • Основной компенсаторный ответ – гиповентиляция • Но не всегда – из-за наличия конфликтующих факторов: - Боли – н-р при пункции артерии - Отѐка лѐгких (гипервентиляция из-за стимуляции внутилѐгочных рецепторов) - Гипоксемия (стимуляция периферических хеморецепторов) • Ожидаемое pCO2 = 0.7 [HCO3] + 20 mmHg (границы: +/- 5) Коррекция метаболического алкалоза • Коррекция первопричины • Коррекция поддерживающего фактора, мешающего • • • экскреции НСО3- – возмещение Cl!!!, а также К+ и жидкости Редко – вспомогательные меры: - введение ацетазоламида - введение HCL Поддерживающая терапия – О2, адекватный мониторинг Избегайте гипервентиляцию – ухудшение алкалемии Диагностика метаболического алкалоза • Анамнез, осмотр, обследования – у 90% больных – рвота и/или приѐм диуретиков. • Если РаСО2 > 60 мм рт ст – либо метаболический алкалоз крайней степени тяжести (реже), либо имеется первичный респираторный ацидоз с метаболической компенсацией (чаще). И ещѐ раз вкратце... Интерпретация КОС (для тех, кто выжил) Шаг № 1 - рН Если есть ацидемия – скорее всего, это – ацидоз Если есть алкалемия – скорее всего, это – алкалоз Если рН в норме – 2 варианта: 1. Нарушения КОС отсутствуют 2. Имеются компенсированные нарушения, или смешанные нарушения с ацидозом или алкалозом Шаг № 2. Оценка соответствующих изменений РаСО2 и НСО3- • Если и РаСО2, и НСО3- ↓ → есть метаболический ацидоз, или респираторный алкалоз (нельзя исключить смешанное нарушение КОС) • Если и РаСО2, и НСО3- ↑ → есть метаболический алкалоз или респираторный ацидоз (нельзя исключить смешанное изменение КОС) • Если РаСО2 и НСО3- ↑↓ или ↓↑ → имеется смешанное нарушение КОС. Шаг № 3. Ищите другие «улики» ↑АР Практически всегда предполагает наличие метаболического ацидоза Гипергликемия При наличии кетонов в моче → диабетический кетоацидоз Гипокалемия и/или гипохлоремия Гиперхлоремия Предполагает наличие метаболического алкалоза Часто встречается при метаболическом ацидозе с нормальной АР ↑Креатинин/мочевина Либо уремический ацидоз (ХПН), либо гиповолемия – преренальная ОПН ↑Креатинин Предположите наличие кетоацидоза – при реакции Яффе, реактивы дают ложноположительный результат. Подозрительно, если мочевина в норме. Шаг 4. Оценка компенсаторного ответа Для респираторных расстройств • Правило 1 - для острого • респираторного ацидоза («1 за 10»): [HCO3] вырастет на 1 ммоль/л на каждые 10 мм рт ст РаСО2 выше 40 мм рт ст Ожидаемый [HCO3] = 24 + { (РаCO2 40) / 10 } Шаг № 4. Правило 2 – для хронического респираторного ацидоза («4 за 10») • [HCO3] вырастет на 4 ммоль/л на • каждые 10 мм рт ст РаСО2 выше 40 мм рт ст Ожидаемый [HCO3] = 24 + 4 { (РаCO2 40) / 10} Шаг № 4. Правило 3 для острого респираторного алкалоза («2 за 10») • [HCO3] упадѐт на 2 ммоль/л на каждые • 10 мм рт ст ↓РаСО2 ниже 40 мм рт ст Ожидаемый [HCO3] = 24 - 2 { ( 40 РаCO2) / 10 } Шаг 4. Правило 4 для хронического респираторного алкалоза («5 за 10») • [HCO3] упадѐт на 5 ммоль/л на каждые • 10 мм рт ст ↓РаСО2 ниже 40 мм рт ст Ожидаемый [HCO3] = 24 - 5 { ( 40 РаCO2 ) / 10 } (границы: +/- 2) Шаг 4 для метаболических расстройств Правило 5 для метаболического ацидоза («1,5 + 8») • Ожидаемое РаСО2 рассчитывается по следующей формуле: Ожидаемое РаCO2 = 1.5 x [HCO3] + 8 (разброс: +/- 2) Шаг 4. Правило 6 для метаболического алкалоза («0.7 + 20») • Ожидаемое РаСО2 рассчитывается по формуле: Ожидаемое РаCO2 = 0.7 [HCO3] + 20 (расброс: +/- 5) Шаг 5. Диагноз нарушения КОС • На основании анамнеза, осмотра, обследований Шаг 6. Подтверждение диагноза • В некоторых случаях необходимо проверить другие маркѐры, характерные для данного расстройства, н-р салицилаты, уровень альдостерона, кетоновые тела в моче, лактат итд А теперь – хорошая новость! • В большинстве случаев газы крови помогают нам в оценке степени того или иного расстройства КОС (который мы предполагаем на основании анамнеза и клинической картины), а не постановки диагноза! От теории к практике! Оба образца взяты одновременно у одного и того же больного. В чѐм причина ацидоза? Вопросы?