Оценка кислотно-щелочного равновесия и газов крови в практике интенсивной терапии

1.

Оценка кислотно-щелочного
равновесия и газов крови в
практике интенсивной терапии
Кафедра онкологии и гематологии ПФ РНИМУ им Н.И.Пирогова
Электив «Значение исследований крови в клинической практике»
д.м.н., профессор Е.А.Спиридонова
д.м.н., профессор С.А.Румянцев

2.

Концентрация ионов водорода и pH
в различных биологических жидкостях
Концентрация H ⁺
( мэкв / л )
pH
артериальная кровь
4,0 x 10⁻⁵
7,40
венозная кровь
4,5 x 10⁻⁵
7,35
4,5 x 10⁻⁵
7,35
Внутриклеточная жидкость
от 1 x 10⁻³
до 4 x 10⁻⁵
от 6,0 до 7,4
Моча
от 3 x 10⁻²
до 1 x 10⁻⁵
от 4,5 до 8,0
160
0,8
Внеклеточная жидкость
Межклеточная жидкость
Желудочный сок
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г

3.

Механизмы, препятствующие изменению
концентрации ионов водорода.
Роль буферных систем, легких и почек.
Существуют три основных системы, деятельность
которых направлена на регуляцию содержания ионов H⁺ в
жидких средах, препятствующих возникновению ацидоза
или алкалоза: ( 1 ) буферные системы жидких сред
организма, которые немедленно вступают в химическую
реакцию с кислотой или щелочью, предотвращая
изменения содержания ионов H⁺; ( 2 ) системы дыхания,
дыхательный центр которой регулирует выведение CO2
легкими ( следовательно, H2CO3 ) из внеклеточной
жидкости; ( 3 ) почки, которые способны выделять
кислую или щелочную мочу, компенсируя таким образом
состояние развившегося ацидоза или алкалоза.
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г

4.

Буферизация ионов
водорода в жидких
средах организма
Буфер + H⁺
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
H Буфер

5.

1. Бикарбонатная
буферная сиcтема
CO2 + H2O
H CO
2
3
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
Карбоангидраза
H2CO3
H⁺ + HCO ⁻
3

6.

2. Бикарбонатная
буферная система
Na⁺ + HCO3⁻
NaHCO3
CO2 + H2O
H2CO3
NaOH + H2CO3
CO2 + H2O
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
H⁺ + HCO3⁻
+
Na⁺
}
H⁺ + HCO3⁻
H2CO3
CO2 + H2O
NaHCO3⁻ + H2O
H2CO3
+
NaOH
HCO3⁻ + H⁺
+
Na⁺

7.

Количественная оценка свойств
бикарбонатной буферной системы
Н2СO3
K̒ =
H⁺ X HCO3⁻
Н2СO3
H⁺ = K X
CO2
HCO3⁻
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
H⁺ + HCO3⁻
(1)
(3)
H⁺ = K̒ X
H⁺ = K X
H2CO3
HCO3⁻
(2)
( 0,03 X Pco2)
(4)
HCO3⁻

8.

Уравнение Гендерсона - Хассельбаха
pK = – logK
( 0,03 x Pco2 )
– logH⁺ = – logpK – log
HCO3⁻
( 0,03 x Pco2 )
pH = pK – log
HCO3⁻
HCO
3⁻
pH = pK + log
( 0,03 x Pco2 )
HCO3⁻
pH = 6,1 + log
0,03 x Pco2
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г

9.

Кривая титрования бикарбонатной буферной системы,
отражающая pH внеклеточной жидкости при изменении процентного
содержания HCO3⁻ и CO2 ( или H2CO3 ) в растворе
.
25
75
.
50
50
pK
75
25
100
0
4
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
5
6
pH
7
8
Добавление
основания
Нормальное
физиологическое
состояние
100
Содержание HCO3⁻ (%)
Содержание CO2 и H2CO3 (%)
Добавление
кислоты
0

10.

Фосфатная буферная
система
HCl + Na2HPO4
NaOH + NaH2PO4
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
NaH2PO4 + NaCl
Na2HPO4 + H2O

11.

Изменение pH внеклеточной жидкости, вызванное повышением
и/или уменьшением параметров альвеолярной вентиляции,
кратных её нормальному значению
Изменение pH
+0,3
+0,2
+0,1
0
Норма
-0,1
-0,2
-0,3
-0,4
-0,5
0,5
1,0
1,5
2,0
Альвеолярная вентиляция ( норма = 1 )
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
2,5

12.

Влияние pH крови на вентиляцию альвеол
Альвеолярная вентиляция
( норма = 1)
4
3
2
1
0
7,0
7,1
7,2
7,3
7,4
pH артериальной крови
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
7,5
7,6

13.

Реабсорбция бикарбонатов в различных отделах канальцевой системы
нефрона, выраженная в процентах и миллиэквивалентах.
Приведенные значения соответствуют нормальной реабсорбции за сутки
85% (3672 мэкв/сут)
4320 мэкв/сут
10%
(432
мэкв/сут)
> 4,9%
(215 мэкв/сут)
(1 мэкв/сут)
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г

14.

Внутриклеточные механизмы: (1) активная секреция протонов в просвет
канальцев; (2) реабсорбция ионов бикарбоната в результате химического
взаимодействия с протонами, образования угольной кислоты, которая
разлагается на углекислый газ и воду; (3) реабсорбция ионов Na⁺
в обмен на протоны.
Межклеточная
жидкость
K⁺
АТФ
Клетки эпителия канальцев
Na⁺
Просвет канальцев
Na⁺ + HCO3⁻
Na⁺
H⁺
HCO3⁻ + H⁺
H2CO3
H2CO3
Карбоангидраза
H2O
+
CO2
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
CO2 + H2O

15.

Первично активная секреция протонов через апикальную мембрану
вставочных клеток в просвет выходного отдела дистальных канальцев
и собирательных трубочек. Отметим, что на 1 реабсорбированный ион
бикарбоната приходится секреция 1 иона H⁺ и 1 иона Cl⁻, выделяемого
совместно и пассивно с ним
Межклеточная
жидкость
почки
Просвет канальца
Клетки эпителия канальцев
Cl⁻
Cl⁻
Cl⁻
HCO3⁻ + H⁺
H2CO3
Карбоангидраза
CO2
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
H2O
+
CO2
АТФ
H⁺

16.

Связывание секретированных ионов H⁺ фосфатами (NaHPO4⁻),
прошедшими через почечный фильтр. При взаимодействии каждого
иона NaHPO4⁻ с H⁺ образуется ион бикарбоната,
который реабсорбируется в плазму
Межклеточная
жидкость
почки
K⁺
АТФ
Просвет канальца
Клетки эпителия канальцев
Na⁺
HCO3⁻
Na⁺ + NaHPO4⁻
Na⁺
H⁺ + NaHPO4⁻
HCO3⁻ + H⁺
H2CO3
Карбоангидраза
CO2
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
Na⁺
H2O
+
CO2
NaH2PO4

17.

Образование и секреция иона аммония (NH4⁺) в клетках проксимальных
канальцев . Глутамин метаболизируется в клетке, образуя ион аммония и
бикарбоната. Секреция NH4⁺ в просвет канальца осуществляется с участием
натрий-аммониевого насоса. Из каждой молекулы глутамина образуются 2 иона
NH4⁺, выделяемых с мочой, и 2 иона HCO3⁻ , реабсорбируемых в плазму
Межклеточная
жидкость
почки
Клетки проксимального канальца
Глутамин
Глутамин
Просвет канальца
Глутамин
Cl⁻
2 HCO3⁻
2 NH4⁺
NH4⁺
Na⁺
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
NH4⁺ + Cl⁻
Na⁺

18.

Буферная реакция протонов с аммиаком (NH3) в собирательных трубочках.
Аммиак диффундирует в просвет канальца, где он реагирует с выделенными протонами, образуя NH4⁺, который затем выделяется с мочой. На каждый выделенный ион аммония приходится синтез одного иона бикарбоната,
образуемого в клетках просвета канальцев и реабсорбируемого в плазму
Межклеточная
жидкость
почки
Na⁺
Просвет канальца
Клетки собирательной трубочки
NH3
NH3
АТФ
K⁺
HCO3⁻ + H⁺
Cl⁻
АТФ
H⁺
H2CO3
Карбоангидраза
CO2
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
H2O
+
CO2
NH4⁺ + Cl⁻

19.

Факторы, влияющие на секрецию протонов
и реабсорбцию бикарбонатов в почечных канальцах
Увеличение секреции H⁺
и реабсорбции HCO3⁻
Уменьшение секреции H⁺
и реабсорбции HCO3⁻
↑ Рсо2
↓Рсо2
↑ H⁺, ↓ HCO3⁻
↓ H⁺, ↑ HCO3⁻
↓ объёма внеклеточной
жидкости
↑ объёма внеклеточной
жидкости
↑ ангиотензина II
↓ ангиотензина II
↑ альдостерона
↓ альдостерона
Гипокалиемия
Гиперкалиемия
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г

20.

Анализ простых нарушений кислотно-щелочного равновесия
Образец
артериальной крови
< 7,4
> 7,4
pH
Ацидоз
HCO3⁻
< 24 мэкв/л
Алкалоз
Pco2
HCO3⁻
> 40 мм.рт.ст. > 24 мэкв/л
Pco2
< 40 мм.рт.ст.
Метаболический
Дыхательный
Метаболический
Дыхательный
Дыхательная
компенсация
Почечная
компенсация
Дыхательная
компенсация
Почечная
компенсация
Pco2
< 40 мм.рт.ст.
HCO3⁻
> 24 мэкв/л
Pco2
> 40 мм.рт.ст.
HCO3⁻
< 24 мэкв/л
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г

21.

Содержание HCO3⁻ в плазме артериальной
крови (мэкв/л)
Номограмма для определения нарушений кислотно-щелочного равновесия
60
120
56
100 90 80 70
110
60
50
40
52
48
35
PCO2 (мм.рт.ст.)
44
40
36
32
Острый
дыхательный
ацидоз
Хронический
дыхательный
ацидоз
Метаболический
алкалоз
30
25
28
20
Норма
24
Острый
дыхательный
алкалоз
20
16
Метаболический
ацидоз
12
8
4
15
10
Хронический
дыхательный
алкалоз
PCO2 (мм.рт.ст.)
0
7,0
7,1
Артур К. Гайтон, Джон Э. Холл 2008 г
7,2
7,3
7,4
7,5
7,6
7,7
pH плазмы артериальной крови
7,8