КИСЛОТНО-ЩЕЛОЧНОЕ РАВНОВЕСИЕ (КЩР)

Концентрация водородных ионов, которая выражается отрицательным логарифмом мо­лярной концентрации ионов водорода — рН (например, рН=1 означает, что концентрация равна 10' моль/л; рН=7 означает, что концентрация составляет 10⁷ моль/л, или 100 нмоль), Существенно влияет на ферментативную деятельность, на физико-химические свойства био­молекул и надмолекулярных структур. Норма рН: внутри клетки—рН=7, 0 или 100 нмоль/л,

Внеклеточная жидкость — рН 7, 4, или 40 нмоль/л, артериальная кровь — рН 7, 4, или 40 нмоль/л, венозная кровь — рН 7, 35, или 44 нмоль/л. Крайние пределы колебаний рН крови, совместимые с жизнью, — 7, 0—7, 8, или от 16 до 100 нмоль/л.

Поддержание рН крови является важнейшей физиологической задачей — если бы не существовало механизма поддержания рН, то огромное количество кислых продуктов, образующихся в результате метаболических процессов вызывало бы закисление (ацидоз). В обычных условиях образуется летучая угольная кислота, в сутки около 20—25 моль, или 550 л, которая удаляется через легкие, а также нелетучие кислоты, в том числе молочная, серная, общее число которых достигает 100 ммоль/сутки и удаление которых осуществля­ется с участием почек и печени. В меньшей степени в организме накапливаются в процессе метаболизма щелочи, которые могут снизить содержание водорода (сместить рН среды в щелочную сторону — алкалоз).

Можно выделить 4 основных механизма поддержания КЩР: 1. буферирование; 2. удале­ние углекислого газа при внешнем дыхании; 3. регуляция реабсорбции бикарбонатов в поч­ках; 4. удаление нелетучих кислот с мочой (регуляция секреции и связывания ионов водо­рода в почках).

Буферные системы крови представлены 4 системами.

1. Гемоглобиновый буфер находится в эритроцитах. Он представлен системой «дезок-
сигемоглобин-оксигемоглобин». При накоплении в эритроцитах избытка водородных ио­
нов дезоксигемоглобин, теряя ион калия, присоединяет к себе Н⁺ (связывает ионы водоро­
да). Этот процесс происходит в период прохождения эритроцита по тканевым капиллярам,
благодаря чему не возникает закисления среды, несмотря на поступление в кровь большого
количества угольной кислоты. В легочных капиллярах в результате повышения парциаль­
ного напряжения кислорода гемоглобин присоединяет кислород, отдавая ионы водорода,
которые используются для образования угольной кислоты и в дальнейшем выделяется че­
рез легкие в составе воды.

2. Карбонатный буфер представлен бикарбонатом (гидрокарбонатом) натрия и уголь­
ной кислотой (NaHCO]/H₂CO]). В норме соотношение этих компонентов должно быть 20: 1,
а уровень бикарбонатов — в пределах 24 ммоль/л. При появлении в крови избытка ионов
водорода в реакцию вступает бикарбонат натрия, в результате чего образуется нейтральная
соль и угольная кислота, происходит замена сильной кислоты (хорошо диссоциирующей на
анион и ионы водорода) на более слабую кислоту (она слабее диссоциирует на анион и ион
водорода), какой является угольная кислота. Избыток угольной кислоты выделяется легки*
ми. При появлении в крови избытка щелочи или щелочного продукта в реакцию вступает
второй компонент бикарбонатного буфера — угольная кислота, в результате чего образу­
ется бикарбонат натрия и вода. Избыток бикарбоната натрия удаляется через почки. Таким
образом, благодаря легким и почкам соотношение между бикарбонатом и угольной кисло­
той поддерживается на постоянном уровне, равном 20: 1. Кстати, это соотношение свиде­
тельствует о том, что щелочной компонент буфера (или щелочной резерв) должен быть
больше кислотного резерва, так как вероятность образования в организме кислых продух*
тов намного выше, чем образование щелочных продуктов. В клинической практике бикар-
бонатный буфер широко используется для коррекции нарушения КЩР.

3. Фосфатный буфер представлен солями фосфорной кислоты, двух- и однозамещен-
ным натрием (Na_; HPO₄ и NaH₂PO₄) в соотношении 4: 1. При появлении в среде кислого
продукта образуется однозамешенный фосфат NaH₂PO₄ — менее кислый продукт, а при
защелачивании образуется двузамещенный фосфат Na_: HPO₄. Избыток каждого компонен­
та фосфатного буфера выводится с мочой.

4. Белковый буфер. За счет наличия в составе белков плазмы щелочных и кислых ами­
нокислот белок связывает свободные ионы водорода, т.е. препятствует закислению среды;
одновременно он способен сохранить рН среды при ее защелачнвании.

В эритроцитах действуют все четыре буферные системы, в плазме — три (отсутствует гемоглобиновая система), а в клетках различных тканей основная роль в поддержании рН принадлежит белковой (точнее имидазол-протеиновой) и фосфатной системам.

Физиология человека

Таблица 6. Лабораторные показатели КЩР

 

ПОКАЗАТЕЛИ
Международная символика	Отечественная символика	Норма
рН крови	РН	7, 4
рСОг крови	рСОг	40 мм рт.ст.
концентрация Нв	концентрация Нв	160 г/л
ВВ (Bufer base)	БО — буферные основания, ще­лочной резерв	48—49 ммоль/л*
ВО (Base deficite)	ДО — дефицит буферных оснований	0—2 ммоль/л**
BE (Base excess)	ИО — избыток буферных оснований	0—2 ммоль/л**
SB (Standart bicar­bonate)	СБ — стандартные бикарбонаты	при рН 7, 4 и рСОг = 40 мм рт.ст. СБ = 24 ммоль/л***
AB (Actual bicar­bonate)	АБ — актуальные, или истинные, бикарбонаты	без приведения к стандартным усло­виям, 23 ммоль/л

Пояснения к таблице:

* БО — буферные основания включают следующие показатели:

бикарбонатный буфер — 24 ммоль/л; протеиновый буфер — 17 ммоль/л (при условии, что концентрация белка в крови 70 г/л), гемоглобиновый буфер — 6, 7 ммоль/л (приусловии, что концентрация гемоглоби­на — 160 г/л), фосфатный — 2 ммоль/л; общая сумма БО — 48—49 ммоль/л.

** При анализе показателей КЩР рассчитывают разницу между нормальными величинами БО и реаль­ными (актуальными) Разница между ними указывает на наличие дефицита оснований ДО, или избытка оснований ИО соответственно. ДО измеряется в ммоль/л и означает количество оснований (в ммоль/л), необходимое для приведения рН к 7, 4. ЙО — избыток оснований — означает количество кислоты, необходимой для приведения рН к 7, 4 (в ммоль/л).

*** Стандартные бикарбонаты определяют при приведении образца крови к стандартным условиям, т. е. рН 7.4 и рСО_г — 40 мм ртст. Актуальные (истинные) бикарбонаты определяют в образце крови, не приводя его к стандартным условиям.

При сдвиге рН в кислую сторону — рН 7, 3—7, 0 — говорят об ацидозе, а при наличии рН в пределах 7, 45—7, 80 — об алкалозе.

Ацидоз бывает респираторный и нереспираторный. Респираторный обусловлен нару­шением выделения углекислого газа в легких, например, при пневмонии. Нереспиратор­ный, или метаболический, возникает в результате накопления нелетучих кислот, например, молочной кислоты, при недостаточности кровообращения, уремии, при поступлении кис­лот извне, например, при отравлении. Алкалоз также бывает респираторный — при гипер­вентиляции легких, и нереспираторный, или метаболический, как следствие потери кислот или накопления оснований.

С целью дифферёнцировки клинического состояния ацидоза и алкалоза введено понятие о стадиях: компенсированный и некомпенсированный ацидоз или алкалоз. В первом случае изменения рН незначительны, так как щелочной или кислотный резерв еще способствует сохранению рН, во втором случае запасы резервов существенно снижаются, и поэтому сдвиги рН более выражены.

Механизмы регуляции КЩР заключаются в наличии управляемых процессов реабсорб­ции бикарбоната натрия, фосфатов, связывания ионов водорода. При ацидозе, в частности, возрастает реабсорбция бикарбоната натрия, этот важный компонент буферной системы благодаря механизмам реабсорбции сохраняется в крови. Процесс регулируется величиной pCOj, которая в норме составляет 40 мм рт. ст., а точнее' — активностью карбоангидразы эпителия почечных канальцев. При алкалозе реабсорбция бикарбоната натрия снижается и тем самым в плазме крови сохраняется необходимое равновесие между бикарбонатом и угольной кислотой (20: 1).

Аналогичный механизм регуляции реабсорбции фосфатов: при закислении среды в поч­ках возрастает секреции ионов водорода в просвет канальцев, где эти ионы вступают в ре­акцию с двузамещенным фосфорнокислым натрием (Na₂HPO₄) и образуется однозамещен-ный фосфорнокислый натрий (NaH₂PO₄), который выделяется с мочой.

Важным механизмом поддержания рН крови является способность почек связывать ионы водорода аммиаком. При избытке ионов водорода они секретируются эпителием почечных канальцев в просвет канальца. Одновременно в эпителии канальцев усиливается образова­ние аммиака из аминокислот, в том числе из глутаминовой. Аммиак секретируется в про­свет канальца, где связывает ионы водорода и превращается в аммоний, который не спосо­бен реабсорбироваться и поэтому выводится с мочой.

При нарушении секреторной и реабсорбционной функций почек в значительной степе­ни снижается способность организма к поддержанию КЩР.

ЭРИТРОПОЭЗ

Красный костный мозг у взрослого человека является местом продукции форменных элементов крови. Его масса у взрослого человека достигает 1, 5—2 кг. Он находится в пло­ских костях (кости таза, грудина, ребра, грудные и поясничные позвонки), а также в мета-физах трубчатых костей. Костный мозг состоит из клеток стромы: фибробластов, остеобла­стов, жировых клеток, а также из кроветворных'клеток, среди которых выделяют три вида: родоначальные, или стволовые клетки — 1—2%, пролиферирующие, или созревающие — 25—40% и зрелые — 60—75% от всех клеток.

Согласно взглядам Максимова А. А. (1900—1927 гг.), все форменные элементы крови происходят из единой стволовой кроветворной клетки (СКК), или полипотентной клетки. Эти клетки, как показано современными исследованиями, способны к дифференцировке во всех направлениях, могут дать начало любому ростку форменных элементов крови и, одно­временно, способны к длительному самоподдерживанию. Каждая СКК при своем делении превращается в две дочерние клетки — одна из них вступает на путь пролиферации, а вто­рая — идет на продолжение класса полипотентных клеток, т. е. на самоподдержание. Диф-ференцировка СКК происходит под влиянием гуморальных факторов, попадающих в мик­роокружение СКК. На самом начальном этапе СКК имеет возможность дифференцировать­ся в трех направлениях:

1. КОЕ. — колониеобразующая единица В-лимфоцитарная. Это происходит под влияни­
ем воздействия на СКК интерлейкина-1. В последующем из этой популяции образуются
лимфоциты В и плазмоциты путем последовательного превращения — пролимфобласт В,
пролимфоцит В, лимфоцит В, плазмобласт, проплазмоцит, плазмоцит.

2. КОЕт — колониеобразующая единица Т-лимфоцитарная. Дифференцировка стволо­
вой кроветворной клетки в этом направлении происходит под влиянием интерлейкина-П.
В дальнейшем эти клетки дифференцируются последовательно: пролимфобласт Т, пролим­
фоцит Т, лимфоцит Т, который в свою очередь дифференцируется в хелперы, супрессоры,
киллеры и Т-лимфоциты памяти.

3. КОБс — колониеобразующая единица смешанная. Дифференцируется под влиянием
воздействия на СКК интерлейкина-Ш. Этот росток дает начало всем остальным клеткам
крови — нейтрофилам, базофилам, эозинофилам, эритроцитам, тромбоцитам.

Одно из направлений, по которому идет дифференцировка КОЕ_е — это росток красной крови. Под влиянием гуморального фактора, получившего название БПА — бурстподдер-живаюшей активности, дифференцируется в БОЕ — бурстобразующую единицу. Затем под влиянием эритропоэтина происходит последовательное превращение БОЕ в эритроцит че­рез ряд стадий. На всех этапах дифференцирующее воздействие оказывает эритропоатии.

В целом, за сутки синтезируется 200—250 млрд. клеток (примерно 2—4 столовые лож­ки). В костном мозге вокруг каждой стволовой клетки развивается свое микроокружение, в центре которого происходит последовательное созревание соответствующих элементов крови. Это так называемые островки — эритропоэтический островок, мегакариоцитопоэ-тический островок и т.п.

Относительно процессов регуляции гемопоэза в настоящее время известно, что глав­ным механизмом, ведущим к дифференцировке и пролиферации клеток, являются гормо­нальные факторы. Выше уже упоминались некоторые из них, например, интерлейкины-1, -II и -III. Они продуцируются, вероятнее всего, Т-лимфоцитами.

Последующая дифференцировка идет под влиянием соответствующих поэтинов, кото­рые в последние годы чаще называют КСФ — колониестимулирующий фактор, соответст­венно эозинофильный КСФ, базофильный КСФ, грануломакрофагальный. Обнаружены и факторы, тормозящие гемопоэз, в частности, в отношении миелопоэза такими свойствами обладают Т-супрессоры, продукты макрофагов и моноцитов — лактоферрины, кислый изо-ферритин.

Особенно интенсивно разрабатывается вопрос об эритропоэзе. Установлено, что эрит-ропоэз активируют БПА (бурстподдерживающая активность), или промоторный гормон, который продуцируется Т-лимфоцитами и макрофагами, интерлейкин-Ш, продуцируемый Т-лимфоцитами, эритропоэтин.

Первые сведения об эритропоэтине были получены в 1906 п Карнотом и Дефландором. На сегодня известно, что эритропоэтин продуцируется в почках в клетках ЮГА, в печени (клетки Купфера) и селезенке. Однако основное место синтеза — почки. В нормальных условиях продуцируется небольшое количество эритропоэтина, который достигает клеток красного мозга и взаимодействует с рецепторами для эритропоэтина, в результату чего из­меняется концентрация в клетке цАМФ, что повышает синтез гемоглобина. Продукция эритропоэтина существенно возрастает в почках при гипоксии любого происхождения. Именно благодаря этому при подъёме в горы у человека значительно повышается продук­ция эритроцитов. Если человека быстро опустить на равнину, то некоторое время у него в крови все еще будет сохраняться высокий уровень эритроцитов, что облегчает транспорт кислорода. Эта методика используется высококвалифицированными спортсменами при подготовке к важнейшим соревнованиям сезона.

Стимуляция эритропоэза проходит также под влиянием таких неспецифических факто­ров как АКТГ, глюкокортикоиды, ТТГ, Т_}, Т₄, катехоламины (при их взаимодействии с бета-адренорецепторами), андрогены, ПГЕ,, ПГЕ₂, а также при активации симпатической нерв­ной системы. Ряд факторов оказывает тормозное влияние на эритропоэз, в том числе эстро­гены, парасимпатическая система, а также, возможно, специфический гормон — ингибитор эритропоэза. Тот факт, что эстрогены тормозят эритропоэз, вероятно, приводит к Тому, что в период беременности уровень эритроцитов часто снижен (имеет место анемия). Однако в нормальных условиях этой анемии препятствует бета-адреномиметик, существование ко­торого обнаружено в наших исследованиях.

Для нормального процесса эритропоэза необходимо постоянное поступление целого ряда веществ, факторов, в том числе железа (20—25 мг в сутки), витамина В, ₂, или внешне­го фактора Касла, который всасывается в кишечнике при условии выработки внутреннего фактора Касла, представляющего из себя мукопротеид желудка (муцин+пепдид, отщепляе­мый от пепсиногена при его превращении в пепсин), фолиевой кислоты (для синтеза нукле­иновых кислот и гемоглобина), витамина С, витамина В₆ (для синтеза гема), витамина В₂ (для образования липидной стромы эритроцитов), пантотеновой кислоты (для построения

фосфолипидов). Отсутствие одного или нескольких этих факторов приводит к развитию анемии — стойкому снижению уровня эритроцитов в крови, в том числе к железодефицит-ной или мегалобластной анемиям.

ФИЗИОЛОГИЯ ЭРИТРОЦИТА

В крови мужчин уровень эритроцитов в норме 4-5, 1х10^|2/л, в крови женщин — 3, 7-4, 7х10¹²/л, т.е. несколько ниже, что, возможно, связано с различиями в уровне эстрогенов и потребности в кислороде. Общая поверхность всех циркулирующих в крови эритроцитов достигает астрономической цифры — 3800 м². Средний диаметр эритроцита 7, 3 мкм, сред­няя толщина 2, 0 мкм, средний объем одного эритроцита 86 мкм³, средняя площадь 140 мкм². Существует несколько вариантов форм эритроцитов, в связи с чем эритроциты носят соот­ветствующие названия: дискоциты, стоматоциты, эхиноциты, микроциты (их диаметр мень­ше 7, 2 мкм), мегалоциты (диаметр больше 9, 5 мкм), нормоциты. Именно последние имеют двояковогнутую форму и являются наиболее приспособленными для выполнения основной функции эритроцитов — транспорта кислорода и углекислого газа.

Для эритроцитов характерны следующие свойства. Высокая способность к деформации: эритроцит может проходить миллипоровый фильтр с диаметром отверстий в 3 мкм, он вхо­дит в микропипетку с диаметром отверстия 2, 5—3 мкм. Эритроцит содержит внутри себяи в толще мембраны около 140 ферментов. Средняя продолжительность жизни — 120 дней. Энергия черпается за счет гликолиза и пентозного шунта. Она используется для сохране­ния в течение 120-дневной жизни эритроцита его структуры и для стабилизации молекул гемоглобина. Поверхностная мембрана эритроцита четырехслойная: наружный слой мемб­раны содержит набор антигенов, в том числе АВО, резус и т.п., два средних слоя — фосфо-липидные и внутренний слой содержит натрий-калиевый насос. Эритроцит способен к ге­молизу (разрушению), в том числе осмотическому (частичный гемолиз наступает при кон­центрации хлористого натрия 0, 4%, полный — при 0, 37%_гт.е. в условиях гипотонии), хи­мическому, например, кислотному, механическому, термическому и биологическому.

Основная функция эритроцитов — транспорт кислорода и углекислого газа — реализу­ется за счет гемоглобина и фермента карбоангидразы.

Разрушение эритроцитов происходит за счет травматизации или внутрисосудистого ге­молиза, за счет фагоцитоза макрофагами селезенки и печени, причем «старые» эритроциты преимущественно разрушаются в селезенке, а эритроциты, загруженные антителами, в ос­новном разрушаются в печени.

В организме существует равновесие между процессами эритропоэза и процессами ге­молиза. Динамическое стационарное равновесие этих процессов отражается таким терми­ном как эритрокинез. Повышение содержания в крови эритроцитов носит название эритро-цитоза или эритремии. Эритроцитоз может быть вызван сгущением крови за счет потери плазмы — это ложный эритроцитоз. Он часто имеет место при интенсивной мышечной деятельности, поэтому называется также рабочим. Существует и истинный эритроцитоз, при котором показатель гематокрита сохраняется на должном уровне — 40—45%, и одно­временно повышен уровень эритроцитов — он наблюдается при явлениях гипоксии как следствие повышения интенсивности эритропоэза и превышения продукции эритроцитов над их разрушением. Противоположное явление — снижение концентрации эритроцитов в крови — носит название эритропении, или анемии. Анемия также бывает истинной — в этом случае процессы гемолиза преобладают над процессами эрнтропоэза, и ложной, кото­рая обусловлена наличием избыточного количества воды в сосудистом русле.

Гемоглобин представляет собой белок, состоящий из белка глобина и гема. Гем — это двухвалентное железо, соединенное с протопорфирином. Глобин состоит из 4 цепей — до­менов, например, гемоглобин F (фетальный) состоит из двух сс-цепей и двух у-цепей, гемо­глобин А (взрослого) состоит из двух а-цепей и двух (3-цепей, а гемоглобин А₂ — из двух а-цепей и двух а-цепей. Каждая цепь отличается друг от друга количеством аминокислот-

ных остатков. Всего молекула глобина содержит 574 аминокислотных остатка. Основное свойство гемоглобина — легко присоединять кислород (быть акцептором) при высоких кон­центрациях кислорода в среде (напряжении, давлении) и легко его отдавать (быть донором) при низком напряжении или давлении кислорода в среде. Детально это свойство анализи­руется в разделе «Транспорт газов». В норме уровень гемоглобина у мужчин 130—160 г/л, у женщин — 115—145 г/л. Обычно его определяют с помощью гемометра Сали по одно­именному методу. Но этот метод дает большую ошибку, до 30%, поэтому в настоящее вре­мя рекомендуется использовать гемоглобинцианидный метод с применением ацетонциан-гидрина или другие методы.

В процессе онтогенеза меняются формы гемоглобина, а точнее характер цепей, образу­ющих его молекулу: первоначально эмбрион имеет гемоглобин Р (примитивный), затем у плода появляется гемоглобин F (фетальный), а после рождения в основном функционирует гемоглобин А (взрослого). Различия в строении белковой части гемоглобина определяют сродство гемоглобина к кислороду. Например, у фетального гемоглобина оно намного боль­ше, чем у взрослого.

Для всех форм гемоглобина характерно наличие оксигемоглобина, дезоксигемоглобина и карбогемоглобина — гемоглобина с СО₂. При патологии, в том числе в результате эколо­гических воздействий и бытовых факторов, например, при курении в крови появляются кар-боксигемоглобин (НЬ + угарный газ), или метгемоглобин, у которого двухвалентное желе­зо под влиянием сильных окислителей отдает электрон и становится трехвалентным, теряя при этом способность отдавать кислород тканям.

Существует наследственная патология гемоглобина. Наиболее известной является сер-повидноклеточная анемия. Во всех случаях такой патологии, а их известно около 200 ви­дов, в молекуле глобина одна или несколько аминокислот заменены другими или отсутст­вуют. В отдельных случаях это приводит к существенному нарушению функции гемоглоби­на, как например, при серповидноклеточной анемии. Диагностика этой патологии прово­дится по форме эритроцитов — они имеют вид серпа.

Обмен железа. Всего в организме человека содержится около 4, 5 г железа, в том числе в составе гемоглобина, цитохромов, миоглобина, ферритина, трансферрина. Поступающее с пищей железо всасывается в кишечнике и с помощью трансферрина доставляется к клет­кам-потребителям, где оно депонируется в форме гемосидерина. Мужчины теряют за сут­ки около I мг железа, а женщины — до 3 мг. В период менструаций потери возрастают до 14 мг, а в период беременности потери составляют в сумме 700—800 мг, а за весь период лактации — 400 мг. Поэтому и мужчинам, и, особенно, женщинам, необходима постоянная компенсация железа. Железа много в мясе, печени, яйцах, изюме, яблоках, черносливе. Де­фицит железа в пище или низкая его усвояемость приводят к развитию железодефицитной анемии. Она часто встречается у женщин при беременности. При этом снижаются цветовой показатель ниже 0, 8, уровень эритроцитов — ниже 3, 6х10^|2/л, гемоглобин — ниже 110 г/л.

⇐ Предыдущая30313233343536373839Следующая ⇒

Поделиться: