Кислотно-основное состояние и его регуляция

Кислотно-основное состояние (КОС) - соотношение концентрации водородных (Н⁺) и гидроксильных (ОН^—) ионов в жидкостях организма. Для здорового человека характерно относительное постоянство показателей КОС, обусловленное совместным действием буферных систем крови и физиологического контроля (органы дыхания и выделения).

32.6.1. Буферные системы крови. Буферные системы организма состоят из слабых кислот и их солей с сильными основаниями. Каждая буферная система характеризуется двумя показателями:

• рН буфера (зависит от соотношения компонентов буфера);
• буферная ёмкость, то есть количество сильного основания или кислоты, которое нужно прибавить к буферному раствору для изменения рН на единицу (зависит от абсолютных концентраций компонентов буфера).

Различают следующие буферные системы крови:

• бикарбонатная (H₂CO₃/NaHCO₃);
• фосфатная (NaH₂PO₄/Na₂HPO₄);
• гемоглобиновая (дезоксигемоглобин в качестве слабой кислоты/ калиевая соль оксигемоглобина);
• белковая (действие её обусловлено амфотерностью белков). Бикарбонатная и тесно связанная с ней гемоглобиновая буферные системы составляют в совокупности более 80% буферной ёмкости крови.

32.6.2. Дыхательная регуляция КОС осуществляется путём изменения интенсивности внешнего дыхания. При накоплении в крови СО₂ и Н⁺ усиливается лёгочная вентиляция, что приводит к нормализации газового состава крови. Снижение концентрации углекислоты и Н⁺ вызывает уменьшение лёгочной вентиляции и нормализацию данных показателей.

32.6.3. Почечная регуляция КОС осуществляется главным образом за счёт трёх механизмов:

• реабсорбции бикарбонатов (в клетках почечных канальцев из Н₂О и СО₂ образуется угольная кислота Н₂СО₃; она диссоциирует, Н⁺ выделяется в мочу, НСО₃^—реабсорбируетоя в кровь);
• реабсорбции Na⁺ из клубочкового фильтрата в обмен на Н⁺ (при этом Na₂HPO₄ в фильтрате переходит в NaH₂PO₄ и увеличивается кислотность мочи);
• секреции NH₄⁺ (при гидролизе глутамина в клетках канальцев образуется NH₃; он взаимодействует с H⁺, образуются ионы NH₄⁺, которые выводятся с мочой.

32.6.4. Лабораторные показатели КОС крови. Для характеристики КОС используют следующие показатели:

• рН крови;
• парциальное давление СО₂ (рСО₂) крови;
• парциальное давление О₂ (рО₂) крови;
• содержание бикарбонатов в крови при данных значениях рН и рСО₂ (актуальный или истинный бикарбонат, АВ);
• содержание бикарбонатов в крови пациента в стандартных условиях, т.е. при рСО₂=40 мм рт.ст. (стандартный бикарбонат, SB);
• сумма оснований всех буферных систем крови (ВВ);
• избыток или дефицит оснований крови по сравнению с нормальным для данного пациента показателем (BE, от англ. base excess).

Первые три показателя определяются непосредственно в крови с помощью специальных электродов, на основании полученных данных рассчитываются остальные показатели с помощью номограмм или формул.

32.6.5. Нарушения КОС крови. Известны четыре главные формы нарушений кислотно-основного состояния:

• метаболический ацидоз - возникает при сахарном диабете и голодании (за счёт накопления кетоновых тел в крови), при гипоксии (за счёт накопления лактата). При этом нарушении снижается рСО₂ и [НСО₃^-] крови, увеличивается экскреция NH₄⁺ с мочой;
• дыхательный ацидоз - возникает при бронхите, пневмонии, бронхиальной астме (в результате задержки углекислоты в крови). При этом нарушении повышается рСО₂ и [HCO₃^-] крови, увеличивается экскреция NH₄⁺ с мочой;
• метаболический алкалоз - развивается при потере кислот, например, при неукротимой рвоте. При этом нарушении повышается рСО₂ и [HCO₃^-] крови, увеличивается экскреция НСО₃^- с мочой, снижается кислотность мочи.
• дыхательный алкалоз - наблюдается при усиленной вентиляции лёгких, например, у альпинистов на большой высоте. При этом нарушении снижается рСО₂ и [НСО₃^-] крови, уменьшается кислотность мочи.

Для лечения метаболического ацидоза используют введение раствора бикарбоната натрия; для лечения метаболического алкалоза - введение раствора глутаминовой кислоты.

32.7. Некоторые молекулярные механизмы свёртывания крови.

32.7.1. Свёртывание крови - совокупность молекулярных процессов, приводящих к прекращению кровотечения из повреждённого сосуда в результате образования кровяного сгустка (тромба). Общая схема процесса свёртывания крови представлена на рисунке 7.

Рисунок 7. Общая схема свёртывания крови.

Большинство факторов свёртывания присутствует в крови в виде неактивных предшественников - проферментов, активация которых осуществляется путём частичного протеолиза. Ряд факторов свёртывания крови являются витамин К-зависимыми: протромбин (фактор II), проконвертин (фактор VII), факторы Кристмаса (IX) и Стюарта-Прауэра (Х). Роль витамина К определяется участием в карбоксилировании остатков глутамата в N-концевом участке этих белков с образованием γ-карбоксиглутамата.

Свёртывание крови представляет собой каскад реакций, в котором активированная форма одного фактора свёртывания катализирует активацию следующего до тех пор, пока конечный фактор, который является структурной основой тромба, не будет активирован.

Особенности каскадного механизма заключаются в следующем:

1) в отсутствие фактора, инициирующего процесс тромбообразования, реакция не может произойти. Поэтому процесс свёртывания крови будет ограничен только тем участком кровяного русла, где появляется такой инициатор;

2) факторы, действующие на начальных этапах свёртывания крови, требуются в очень малых количествах. На каждом звене каскада их эффект многократно усиливается (амплифицируется), что обеспечивает в итоге быструю ответную реакцию на повреждение.

В обычных условиях существуют внутренний и внешний пути свёртывания крови. Внутренний путь инициируется соприкосновением с атипичной поверхностью, что приводит к активации факторов, исходно присутствовавших в крови. Внешний путь свёртывания инициируется соединениями, в обычных условиях в крови не присутствующими, но поступающими туда в результате повреждения тканей. Для нормального протекания процесса свёртывания крови необходимы оба эти механизма; они различаются только на начальных этапах, а затем объединяются в общий путь, приводящий к образованию фибринового сгустка.

Далее рассматриваются только молекулярные механизмы общего пути свёртывания – активация протромбина и превращение фибриногена в фибрин-мономер и фибрин-полимер.

32.7.2. Механизм активации протромбина. Неактивный предшественник тромбина – протромбин – синтезируется в печени. В его синтезе участвует витамин К. Протромбин содержит остатки редкой аминокислоты – γ-карбоксиглутамата сокращённое обозначение – Gla). В процессе активации протромбина участвуют тромбоцитарные фосфолипиды, ионы Са²⁺ и факторы свёртывания Va и Хa. Механизм активации представляется следующим образом (рисунок 8).

Рисунок 8. Схема активации протромбина на тромбоцитах (Р.Марри и соавт., 1993).

Повреждение кровеносного сосуда приводит к взаимодействию тромбоцитов крови с коллагеновыми волокнами сосудистой стенки. Это вызывает разрушение тромбоцитов и способствует выходу наружу отрицательно заряженных молекул фосфолипидов внутренней стороны плазматической мембраны тромбоцитов. Отрицательно заряженные группировки фосфолипидов связывают ионы Са²⁺. Ионы Са²⁺ в свою очередь взаимодействуют с остатками γ-карбоксиглутамата в молекуле протромбина. Эта молекула фиксируется на мембране тромбоцита в нужной ориентации.

Тромбоцитарная мембрана содержит также рецепторы для фактора Va. Этот фактор связывается с мембраной и присоединяет фактор Хa. Фактор Хa является протеазой; он расщепляет молекулу протромбина в определённых местах, в результате образуется активный тромбин.

32.7.3. Превращение фибриногена в фибрин. Фибриноген (фактор I) - растворимый гликопротеин плазмы с молекулярной массой около 340 000. Он синтезируется в печени. Молекула фибриногена состоит из шести полипептидных цепей: две А α-цепи, две В β-цепи, и две γ-цепи (см. рисунок 9). Концы полипептидных цепей фибриногена несут отрицательный заряд. Это обусловлено присутствием большого количества остатков глутамата и аспартата в N-концевых областях цепей Аa и Вb. Кроме того, В-области цепей Вb содержат остатки редкой аминокислоты тирозин-О-сульфата, также заряженные отрицательно:

Это способствует растворимости белка в воде и препятствует агрегации его молекул.

Рисунок 9. Схема строения фибриногена; стрелками показаны связи, гидролизуемые тромбином. Р.Марри и соавт., 1993).

Превращение фибриногена в фибрин катализирует тромбин (фактор IIa). Тромбин гидролизует четыре пептидные связи в фибриногене: две связи в цепях А α и две связи в цепях В β. От молекулы фибриногена отщепляются фибринопептиды А и В и образуется фибрин-мономер (его состав α₂ β₂ γ₂). Мономеры фибрина нерастворимы в воде и легко ассоциируют друг с другом, образуя фибриновый сгусток.

Стабилизация фибринового сгустка происходит под действием фермента трансглутаминазы (фактор XIIIa). Этот фактор также активируется тромбином. Трансглутаминаза образует поперечные сшивки между мономерами фибрина при помощи ковалентных изопептидных связей.

Образуется фибрин-полимер.