Понятие кислотно-основного состояния и pH
Кислотно-основное состояние (КОС) отражает баланс между протонами водорода (H⁺) и гидроксильными ионами (OH⁻) в биологических жидкостях. Кислоты в организме при диссоциации высвобождают H⁺, а основания — OH⁻. Интегральным показателем этого баланса служит pH — отрицательный десятичный логарифм концентрации ионов водорода.
Из формулы pH следует обратная зависимость: чем выше концентрация H⁺, тем ниже значение pH, и наоборот. Это принципиально важно для трактовки сдвигов КОС. Норма pH артериальной крови — 7,35–7,45. Эта величина является жёсткой константой гомеостаза: отклонение даже на сотые доли (например, 7,33 или 7,46) уже расценивается как патология.
pH влияет на активность ферментов, все виды обмена веществ (белковый, жировой, углеводный), способность гемоглобина связывать кислород, водно-электролитный баланс, проницаемость биологических мембран и интенсивность окислительно-восстановительных реакций. Поэтому коррекция КОС у пациента — задача неотложная.
Ацидоз и алкалоз: общие понятия
Ацидоз — состояние, при котором в организме возникает избыток протонов водорода, и pH снижается ниже 7,35 (от англ. acid — кислота). Алкалоз — состояние с избытком оснований (HCO₃⁻ и других OH-содержащих частиц), при котором pH превышает 7,45.
По патогенезу оба состояния делятся на газовые (респираторные), связанные с изменением парциального давления CO₂, и негазовые (метаболические), обусловленные нарушениями обмена H⁺ и HCO₃⁻.
Газовый ацидоз
Главный признак газового ацидоза — повышение парциального давления углекислого газа (pCO₂) в артериальной крови выше нормы (норма 38–42 мм рт. ст.) — состояние гиперкапнии. Связь с H⁺ объясняется реакцией: CO₂ + H₂O под действием карбоангидразы превращается в H₂CO₃, которая диссоциирует на H⁺ и HCO₃⁻. Накопление CO₂ закономерно повышает концентрацию H⁺.
Основные причины:
- Альвеолярная гиповентиляция — обструкция дыхательных путей, угнетение дыхательного центра, нарушения нервно-мышечной передачи.
- Вдыхание воздуха с избыточным содержанием CO₂ (длительное пребывание в герметично закрытом помещении).
- Усиленное эндогенное образование CO₂ при интенсификации тканевого дыхания и цикла Кребса.
Клинический пример: попадание инородного тела в трахею вызывает гиповентиляцию, накопление CO₂, снижение pH и развитие газового ацидоза.
Газовый алкалоз
Газовый алкалоз развивается при снижении pCO₂ в артериальной крови — гипокапнии. Причины противоположны таковым при газовом ацидозе:
- Альвеолярная гипервентиляция любого генеза.
- Экзогенная гипобарическая гипоксия (подъём в горы): дефицит O₂ вызывает одышку, при которой активно выводится CO₂.
- Лекарственная стимуляция дыхательного центра.
- Неадекватный режим искусственной вентиляции лёгких.
Пример: во время операции с ИВЛ при чрезмерной вентиляции pCO₂ снижается, pH повышается до 7,47 и выше — формируется газовый алкалоз.
Негазовый (метаболический) ацидоз
В отличие от газового, при метаболическом ацидозе ключевыми являются концентрации H⁺ и HCO₃⁻, а не CO₂. Причины:
- Экзогенное поступление кислот (приём кислотосодержащих веществ через ЖКТ).
- Эндогенное накопление H⁺ при нарушениях метаболизма (например, лактат-ацидоз, кетоацидоз).
- Снижение почечной экскреции H⁺ при заболеваниях почек.
- Избыточные потери HCO₃⁻ (через почки или ЖКТ), нарушающие буферный баланс.
Клинический пример: у пациента с сахарным диабетом из-за дефицита глюкозы в клетках нарушается аэробный гликолиз, накапливается лактат. Регистрируются pH 7,3 и гиперлактатемия — типичный негазовый ацидоз.
Негазовый (метаболический) алкалоз
Состояние характеризуется повышением HCO₃⁻ и/или потерей H⁺ при нормальном или умеренно изменённом pCO₂. Развивается при:
- Избыточном поступлении бикарбоната извне (инфузии, приём щелочей).
- Снижении выведения HCO₃⁻ почками.
- Прямой потере H⁺ организмом.
Классический пример — повторная неукротимая рвота при черепно-мозговой травме: с желудочным содержимым теряется значительное количество H⁺, pH сдвигается в щелочную сторону. Уровень молочной кислоты при этом остаётся в норме, что подтверждает не метаболическое, а «потерьное» происхождение алкалоза.
Компенсация нарушений КОС
Газовые и негазовые формы нарушений КОС взаимосвязаны через буферные и физиологические механизмы компенсации. Газовый ацидоз частично компенсируется развитием негазового алкалоза (почечная задержка HCO₃⁻), а газовый алкалоз — негазовым ацидозом (повышение экскреции бикарбоната). Аналогичным образом метаболические нарушения компенсируются изменениями вентиляции лёгких. Эти механизмы направлены на удержание pH в физиологических пределах.
Ключевые моменты
- Норма pH артериальной крови — 7,35–7,45; это жёсткая константа гомеостаза.
- Чем больше H⁺, тем ниже pH (обратная логарифмическая зависимость).
- Ацидоз — избыток H⁺ (pH < 7,35); алкалоз — избыток оснований (pH > 7,45).
- Газовый ацидоз обусловлен гиперкапнией при альвеолярной гиповентиляции.
- Газовый алкалоз связан с гипокапнией при гипервентиляции, гипоксии, неадекватной ИВЛ.
- Негазовый ацидоз вызван накоплением H⁺ или потерей HCO₃⁻ (пример — лактат-ацидоз при сахарном диабете).
- Негазовый алкалоз развивается при потере H⁺ (рвота) или избытке HCO₃⁻.
- Газовые и метаболические нарушения КОС взаимно компенсируются почечными и дыхательными механизмами.