Реферат физико химические основы водно электролитного баланса в организме

Обновлено: 04.07.2024

Клетка является основной функциональной единицей человеческого организма. Для выполнения специфических физиологических задач клеткам необходима устойчивая среда обитания, включая стабильное обеспечение питательными веществами и постоянное выведение продуктов метаболизма. Тщательное регулирование количества жидкости в организме способствует сохранению стабильности внутренней среды.

Актуальность данной темы заключается в том, что гомеостаз определяет нормальное функционирование человеческого организма, однако внутреннее равновесие невозможно без водно-электролитного баланса, и если изучить основные механизмы поддержания водно-электролитного баланса, то можно смело надеяться, на правильную регуляцию процессов жизнедеятельности организма при определённых отклонениях. Осмоляльность является критерием регуляции баланса.

Целью данной работы является, изучение криоскопического метода осмометрии и применение его на практике относительно биологических жидкостей человеческого организма.

Для того чтобы реализовать данную цель, нужно решить следующие задачи :

Дать определение водный и электролитный баланс
Определить нарушения водного и электролитного баланса
Сформировать понятие осмоса, осмотического давления
Дать определение осмоляльности, единицы измерения
Охарактеризовать осмометрию как метод определения осмоляльности биологических жидкостей
Сформулировать закон Рауля
Объяснить значение криоскопии, поскольку осмометрию проводят с помощью осмометра криоскопического медицинского ОСКР-1
Объяснить значение осмометра по точке замерзания
Выявить основные области применения ОСКР -1
Выяснить применение осмометров в клинической лабораторной диагностике
Выявить возможность метода осмометрии для диагностики слюны
Определить основные компоненты слюны
Показать практическое применение метода, анализ биологических жидкостей (слюны)

Водно-электролитный (водно-солевой) обмен

Водно-электролитный (водно-солевой) обмен - совокупность процессов поступления, всасывания, распределения и выделения воды и солей в организме человека и животных (Ю.В.Наточин).

Водно-электролитный баланс (франц. вalance – весы) – соотношение поступления в выделения воды и электролитов в организме.

Баланс = Поступление - Выделение

Водно-электролитный баланс может быть положительным (активным), когда поступления воды и (или) электролитов в организм превышают выделения. Он может быть отрицательным (пассивным), когда выделения - превышают поступления и уравновешенным (нулевым, нормальным), когда поступления - равны выделениям. О положительном или отрицательном водном балансе можно с уверенностью говорить, если различия объемов поступивших в организм и выделенных из организма жидкостей составляют 25% и более. Это связано с трудностью учета всех поступлений воды в организм и всех потерь воды. В обычных условиях в норме водно-электролитный баланс, как и любой иной баланс в организме, уравновешен, то есть, равен нулю.

Водно-электролитный обмен является совокупностью процессов всасывания, распределения, потребления и выделения воды и солей в организме животных и человека, обеспечивая поддержание водного баланса и постоянство осмотического давления, ионного состава и кислотно-щелочного состояния внутренней среды организма.

Для выполнения жизненно необходимых специфических физиологических функций клеткам организмов необходимо поддерживать постоянство состава внутренней среды, в том числе стабильное обеспечение питательными веществами и постоянное выведение продуктов метаболизма.

Именно, поэтому водно-солевой баланс – один из основных факторов жизнедеятельности, непосредственно отражающийся на здоровье человека.

Цель моей работы: изучение особенностей физико-химических основ водно-электролитного баланса в организме, определить основные формы и функции

1) изучить строение, принцип действия и отличительные черты водно-электролитного баланса;

2) рассмотреть классификацию водно-электролитного баланса;

3) профилактика от нарушений водно-электролитного баланса;

1 – Вода в организме человека
Биомасса Земли на 3/4 состоит из воды. Суммарное содержание воды в организмах составляет примерно половину от количества воды во всех реках земного шара. В разных организмах, особенно в различных тканях, содержание воды колеблется в широких пределах: так, в биожидкостях (цитозоль, пасока деревьев, кровь, лимфа, гемолимфа) содержится от 88 до 99 % воды, тогда как в древесине растений или костной ткани животных – 20-24 %. Чем моложе организм, тем выше в нём содержание воды.

Содержание воды в организме взрослого человека составляет в среднем 60 % массы тела, колеблясь от 45 % (у тучных пожилых людей) до 70 % (у молодых мужчин), что составляет примерно 40 л. Большая часть – 2/3 воды, около 27 л, находится внутри клеток. Внеклеточная вода составляет 1/3 от общей воды – 13 л, из них примерно 4,5 л приходится на внутрисосудистые жидкости (кровь – 3 л, лимфа – 1,5 л), а 8,5 л – на межклеточную жидкость*. Межклеточная жидкость – система наиболее подвижная и изменяющая свой объём при избытке или недостатке воды в теле. Эта водная система внутренней среды организма контактирует с внешней средой с помощью различных физиологических систем, обеспечивающих не только обмен метаболитами, но и регуляцию этих процессов (приложение 1).

В обычных условиях взрослый человек теряет в сутки 1500 мл воды, 600 мл удаляется через кожу в виде пота, 500 мл – с мочой, 400 мл – с выдыхаемым воздухом. Основная масса воды потребляется с пищей. Так как при полном окислении белков, жиров и углеводов в количествах, обеспечивающих выделение энергии, равное 8400 кДж/сут, образуется 350 мл воды, то потребление воды должно составлять 1150 мл.

Вода – самое распространённое химическое соединение, идеальный растворитель для органических и неорганических веществ и неотъемлемый компонент метаболических реакций, основная составляющая внутренней среды организма. В жидкой среде осуществляется пищеварение и всасывание в кишечнике питательных веществ. С водой из организма устраняются продукты его жизнедеятельности. Вода является необходимым компонентом для осуществления большинства жизненно важных функций организма. Все химические и физико-химические процессы, протекающие в организме, осуществляются в водной среде.(приложение 2)

2 – Растворенные вещества. Электролиты.
Кроме воды, жидкости организма содержат два типа растворенных веществ – электролиты и неэлектролиты. Подробнее остановимся на электролитах. Электролитный состав жидкостей представлен в таблице.(приложение 3)

Вещества, диссоциирующие в растворе и способные проводить электрический ток – это электролиты. Определенный ионный состав жидкостей необходим для поддержания многих жизненных процессов. Им в организме человека принадлежит главенствующая роль в осмотическом гомеостазе. Они диссоциируют на положительно и отрицательно заряженные ионы, и их содержание измеряется по способности соединяться друг с другом, по количеству вещества или по их весу.

Катионы – ионы, создающие в растворе положительный заряд. Основным внеклеточным катионом является натрий (Na+), а основным внутриклеточным катионом – калий (K+). В клеточной мембране имеется специальные молекулярные насосы, перекачивающие натрий из клетки, а калий – в клетку.

Анионы – ионы, создающие в растворе отрицательный заряд. К основным внеклеточным анионам относят хлорид (Cl–) и бикарбонат (НСО–), а основным внутриклеточным анионом – фосфат (PO43–).

3 – Компартменты жидкостей.
Все жидкости организма распределяются между двумя главными жидкостными компартментами: внутриклеточным и внеклеточным.

Внутриклеточная жидкость – это жидкость, находящаяся внутри клеток. У взрослых внутриклеточная жидкость составляет примерно 2/3 жидкости тела, что для мужчины со средней массой тела 70 кг составляет приблизительно 27 л. У младенцев же, наоборот, только половина жидкости находится в клетках.

Внеклеточная жидкость – это жидкость, находящаяся вне клеток. Относительный объем внеклеточной жидкости уменьшается с возрастом. У новорожденного примерно половина жидкости тела находится вне клеток. К концу первого года жизни относительный объем внеклеточной жидкости уменьшается приблизительно до 1/3 общего объема жидкости, что эквивалентно примерно 15 л у взрослого мужчины со средней массой 70 кг. Внеклеточная жидкость подразделяется на несколько типов: интерстициальную, внутрисосудистую и трансцеллюлярную.

Внеклеточная жидкость подразделяется на несколько типов:

1. Интерстициальная жидкость – жидкость, окружающая клетки. Лимфа является интерстициальной жидкостью.

2. Внутрисосудистая жидкость – жидкость находящаяся внутри сосудистого русла.

3. Трансцеллюлярная жидкость, содержащаяся в специализированных полостях тела. К трансцеллюлярной жидкости относится спинномозговая, перикардиальная, плевральная, синовиальная, внутриглазная, а также пищеварительные соки.

Различие состава внеклеточной и внутриклеточной жидкостей обусловлено:

1. Непроницаемостью клеточной мембраны для ионов;

2. Функционированием транспортных систем и ионных каналов.

4 – Транспортные процессы.
Движение воды и растворенных веществ определяется несколькими транспортными процессами:

Диффузия – случайное движение частиц во всех направлениях в растворе или газе. Частицы двигаются по градиенту концентрации из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. Энергия для диффузии обеспечивается за счет тепловых процессов. Примером диффузии является движение кислорода из легочных альвеол в кровь легочных капилляров.

Активный транспорт. Простая диффузия невозможна при отсутствии благоприятного градиента потенциала или градиента концентрации. Для перемещения вещества из области с меньшей или равной концентрацией в область с равной или большей концентрацией требуется энергия. Данный процесс называется активным транспортом и, подобно облегченной диффузии, зависит от наличия переносчика. Многие важные растворимые вещества, включая натрий, калий, водород, глюкозу и аминокислоты, активно транспортируются через клеточные мембраны. Активный транспорт жизненно необходим для поддержания уникального состава как внеклеточной, так и внутриклеточной жидкостей.

Фильтрация – это движение воды и растворенных в ней веществ из области с высоким гидростатическим давлением в область с низким гидростатическим давлением. Гидростатическое давление – давление, создаваемое весом жидкости. Фильтрация важна для обеспечения тока жидкости из артериального конца капилляров. Кроме того, эта сила обеспечивает фильтрацию 180 л плазмы через почки ежедневно.

Осмос – движение воды через полупроницаемую мембрану из области с более низкой концентрацией растворенного вещества в область с более высокой его концентрацией. Осмос возникает при изменении концентрации растворенного вещества на одной из сторон клеточной мембраны. Растворы, имеющие одинаковое осмотическое давление, называются изотоническими.

5 – Концентрация жидкостей в организме.
Изменения концентрации жидкостей в организме влияют на процесс перемещения воды между компартментами посредством осмоса. Меру способности раствора создавать осмотическое давление, действуя тем самым на движение воды, называют осмоляльностью. Осмоляльность можно так же определить, как меру концентрации жидкостей организма (соотношение растворенных веществ и воды). Изменения внеклеточной осмоляльности могут приводить к изменениям объема как внеклеточной, так и внутриклеточной жидкостей. Снижение осмоляльности внеклеточной жидкости вызывает перемещение воды из внеклеточной во внутриклеточную жидкость. Увеличение осмоляльности внеклеточной жидкости вызывает перемещение воды из внутриклеточной во внеклеточную жидкость. Вода будет продолжать движение до тех пор, пока осмоляльность двух компартментов не выровняется.

Если молекулы небольшие, как, например, молекула мочевины, то они легко проникают через все мембраны и их концентрации быстро уравновешиваются в различных компартментах. Такие молекулы слабо влияют на перемещение воды. Их называют неэффективными осмотически активными веществами. Напротив, глюкоза, натрий, и маннит являются эффективными осмотически активными веществами. Они не могут быстро проходить через клеточные мембраны и поэтому воздействуют на процесс передвижения воды. Таким образом, эффективная осмолярность или тоничность зависит не только от количества растворенных веществ, но и от проницаемости мембраны для этих субстанций.

6 – Нарушения водно-электролитного обмена.
Все нарушения водного обмена (дисгидрии) можно объединить в две формы: гипергидратация, характеризующаяся избыточным содержанием жидкости в организме, и гипогидратация (или обезвоживание), заключающаяся в уменьшении общего объема жидкости.

Гипогидратация. Данная форма нарушения возникает вследствие либо значительного снижения поступления воды в организм, либо чрезмерной ее потери. Крайняя степень обезвоживания называется эксикозом.

Изоосмолярная гипогидратация – сравнительно редкий вариант нарушения, в основе которого лежит пропорциональное уменьшение объема жидкости и электролитов, как правило, во внеклеточном секторе. Обычно это состояние возникает сразу после острой кровопотери, но существует недолго и устраняется в связи с включением компенсаторных механизмов.

Гипоосмолярная гипогидратация – развивается вследствие потери жидкости, обогащенной электролитами. Некоторые состояния, возникающие при определенной патологии почек (увеличение фильтрации и снижение реабсорбции жидкости), кишечника (диарея), гипофиза (дефицит АДГ), надпочечников (снижение продукции альдестерона), сопровождаются полиурией и гипоосмолярной гипогидратацией.

Гиперосмолярная гипогидратация – развивается вследствие потери организмом жидкости, обедненной электролитами. Она может возникнуть вследствие диареи, рвоты, полиурии, профузного потоотделения. К гиперосмолярному обезвоживанию может привести длительная гиперсаливация или полипноэ, так как при этом теряется жидкость с малым содержанием солей. Среди причин особо следует отметить сахарный диабет. В условиях гипоинсулинизма развивается осмотическая полиурия. Однако уровень глюкозы в крови остается высоким. Важно, что в данном случае состояние гипогидратации может возникать сразу и в клеточном, и в неклеточном секторах.

Гипергидратация. Эта форма нарушения возникает вследствие либо избыточного поступления воды в организм, либо недостаточного ее выведения. В ряде случаев эти два фактора действуют одновременно.

Изоосмолярную гипогидратацию – можно воспроизвести, вводя в организм избыточный объем физиологического раствора, например, хлористого натрия. Развивающаяся при этом гипергидрия носит временный характер и обычно быстро устраняется (при условии нормальной работы системы регуляции водного обмена).

Гипоосмолярная гипергидратация формируется одновременно во внеклеточном и клеточном секторах, т.е. относится к остальным формам дисгидрий. Внутриклеточная гипоосмолярная гипергидратация сопровождается грубыми нарушениями ионного и кислотно-основного баланса, мембранных потенциалов клеток. При водном отравлении наблюдается тошнота, многократная рвота, судороги возможно развитие комы.

Гиперосмолярная гипергидратация – может возникнуть в случае вынужденного использования морской воды в качестве питьевой. Быстрое возрастание уровня электролитов во внеклеточном пространстве приводит к острой гиперосмии, поскольку плазмолемма не пропускает избытка ионов в клетку. Однако она не может удержать воду, и часть клеточной воды перемещается в интерстициальное пространство. В результате внеклеточная гипергидратация нарастает, хотя степень гиперосмии снижается. Одновременно наблюдается обезвоживание тканей. Этот тип нарушения сопровождается развитием таких же симптомов, как и при гиперосмолярной дегидратации.
7 – Отеки.
Типовым патологическим процессом, который характеризуется увеличением содержания воды во внесосудистом пространстве, являются отеки. В основе их развития лежит нарушение обмена воды между плазмой крови и периваскулярной жидкостью. Отек – широко распространенная форма нарушения обмена воды в организме.

Выделяют несколько главных патогенетических факторов развития отеков. Гемодинамический отек возникает вследствие повышения давления крови в венозном отделе капилляров, то уменьшает величину реабсорбции жидкости при продолжающейся ее фильтрации. Онкотический отек развивается вследствие либо понижения онкотического давления крови, либо повышения его в межклеточной жидкости. Гипоонкия крови чаще всего бывает обусловлена снижением уровня белка и главным образом альбуминов.

Гипопротеинемия может возникнуть в результате недостаточного поступления белка в организм, нарушения синтеза альбуминов, чрезмерной потери белков плазмы крови с мочой при некоторых заболеваниях почек;

Мембранногенный отек формируется вследствие значительного возрастания проницаемости сосудистой стенки.

Отеки развиваются вследствие действия факторов:

1. Снижение концентрации альбуминов в плазме крови.

2. Повышение уровня АДГ, альдостерона вызывающее задержку воды, натрия.

3. Увеличение проницаемости капилляров.

4. Повышение капиллярного гидростатического давления крови.

5. Избыток или перераспределение натрия в организме.

6. Нарушение циркуляции крови (например сердечная недостаточность).

8 – Профилактика нарушения водно-электролитного баланса.
Профилактика нарушения водно-электролитного баланса заключается в поддержании нормального водно-солевого баланса.

Поддержание нормального водно-электролитного баланса (ВЭБ) организма является одной из важных задач при развитии критического состояния любого генеза. У каждого больного с нарушениями жизненно важных функций необходимо определять концентрации электролитов, исследовать водный баланс и другие показатели, которые характеризуют состояние ВЭБ.

Солевой обмен может нарушаться не только при тяжелых патологиях (ожоги 3-4 степени, язвенная болезнь желудка, язвенные колиты, острая кровопотеря, пищевые интоксикации, инфекционные заболевания ЖКТ, психические расстройства, сопровождающиеся нарушением питания – булемия, анорексия и др.), но и при чрезмерном потоотделении, сопровождающимся перегреванием, систематическом бесконтрольном употреблении мочегонных препаратов, продолжительной бессолевой диете.

В профилактических целях стоит следить за состоянием здоровья, контролировать течение имеющихся заболеваний, способных спровоцировать солевой дисбаланс, не назначать себе самостоятельно лекарств, влияющих на транзит жидкости, восполнять необходимую суточную норму жидкости при условиях, близких к обезвоживанию, правильно и сбалансированно питаться.

Профилактика нарушения водно-электролитного баланса также заключается и в правильном рационе – употребление овсяной каши, бананов, куриной грудки, моркови, орехов, кураги, инжира, виноградного и апельсинового сока не только полезно само по себе, но и способствует поддержанию правильного баланса солей и микроэлементов.

Водно-электролитный баланс — разница между поступлением и выделением вода и электролитов в организме человека. В обычных условиях у детей имеет место положительный баланс, который с возрастом уменьшается. Любое резкое изменение баланса рассматривается как отклонение от нормы.

Постоянство физико-химических условий жидкостей внутренней среды организма, является определяющим фактором эффективной деятельности всех органов и систем организма человека.

Живой организм – это водный раствор, заключенный в оболочку – поверхность тела. Объем организма, и концентрация растворенных веществ должны сохраняться постоянными в довольно узких пределах, так как для оптимального функционирования организма требуется совершенно определенный и относительно неизменный состав жидкостей тела.

Значительные отклонения от нормального состава обычно несовместимы с жизнью. Перед живым организмом стоит задача поддержать надлежащие концентрации растворенных веществ в жидкостях тела, несмотря на то, что они почти всегда отличаются от соответствующих концентраций во внешней среде. Разница концентраций стремится выровняться, нарушая требуемое постоянство внутренней среды – в этом важнейшая роль поддержания водно-электролитного обмена.

Список использованной литературы

1) А.Я. Цыганенко, В.И. Жуков, В.В. Мясоедов, И.В. Завгородний. Клиническая биохимия (Учебное пособие для студентов медицинских вузов). – М.: Триада-Х, 2002. – 504 с.

3) Кнорре, Д.Г. Биологическая химия: Учеб. для хим., биол. и мед. спец. вузов/Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина. – 3-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2002. – 479 с.

7) Филиппович Ю. Б. Основы биохимии: Учеб. для хим. и биол. спец. пед. ун-тов и ин-тов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М: Агар, 1999. – 512 с: ил.

Приложение 1

Схема водно-электролитного баланса в организма человека
Приложение 2

Схема распределения воды в организме
Приложение 3
Электролитный состав сред человеческого организма

Исраилова В. К. – заведующая кафедрой анестезиологии и реаниматологии КазНМУ, доктор медицинских наук.

Составители: к.м.н. Батырханова Н.М., ассистент Прмагамбетов Г.К., резидент Иманбекова К.Б., резидент Тлеубаев С.С., под редакцией доцента Чурсина В.В.

Справочное пособие содержит информацию о физиологии водно-солевого обмена (ВСО). Также представлена информация о методах клинической и лабораторной диагностики нарушений ВСО. Перечислены варианты дисгидрий и методы лечения. Предназначается для врачей всех специальностей, курсантов ФПК и студентов медвузов.

Вода организма

В норме у взрослого человека на долю воды приходится около 60% массы тела. Оставшиеся 40% массы тела составляет сухой остаток, который содержит белки 18%, жиры 16%, углеводы 1% и минеральные соли 5%.
Вода является, универсальным биологическим растворителем и только в водной среде могут протекать все сложнейшие биохимические процессы в живом организме. Вода выполняет транспортную функцию, являясь переносчиком различных веществ по всему организму, а также участвуя в выведении из организма во внешнюю среду конечных продуктов обмена веществ. Кроме того, вода является основным пластическим материалом и принимает активное участие в терморегуляции.

Общее количество воды в организме человека колеблется в пределах 50-83% массы тела и зависит от таких факторов как возраст, пол и степень упитанности. Наибольшее количество воды содержится в организме новорождённых – до 83% массы тела. С возрастом её процентное содержание постепенно уменьшается, достигая у мужчин около 60%, а у женщин около 50% массы тела. В пожилом и старческом возрасте общее количество воды составляет лишь 40-45% массы тела.

Вся вода, содержащаяся в организме, распределяется по двум водным секторам, между которыми при нормальных условиях устанавливается строгое динамическое равновесие. В среднем 2/3 её объёма (около 40% массы тела) находятся в клетках, а остальное количество во внеклеточном пространстве.

Клеточная жидкость является основной частью цитоплазмы и по своему электролитному составу значительно отличается от внеклеточной воды.

Внутриклеточный сектор, вода которого составляет примерно 30-40% массы тела (около 28 л у мужчин при массе 70 кг), и внеклеточный - примерно 20% массы тела (около 14 л). Внеклеточный объем воды распределяется между интерстициальной водой (15-16% массы тела, или 10,5 л), в которую входит также вода связок хрящей, плазмой (около 4-5%, или 2,8 л), лимфой и трансцеллюлярной водой (цереброспинальная и внутрисуставная жидкости, содержимое желудочно-кишечного тракта), не принимающей активного участия в метаболических процессах.

Электролитный состав организма

Из таблицы 1, где представлен нормальный состав трех главных сред организма, следует, что Na+ является преимущественно катионом внеклеточной жидкости. Хлорид (С1-) и бикарбонат (НСО₃ -) представляют собой анионную электролитную группу внеклеточного пространства. В клеточном пространстве определяющим катионом является К+, а к анионной группе относятся фосфаты, сульфат, белки, органические кислоты и в меньшей степени бикарбонат.

Факторы, влияющие на перемещение внеклеточной воды в организме

Физиология рассматривает три фактора, определяющих целенаправленное движение воды при транскапиллярном обмене:

Осмосом называют спонтанное движение растворителя из раствора с низкой концентрацией частиц в раствор с высокой концентрацией через мембрану, проницаемую только для растворителя. Осмотическое давление - избыточная величина гидростатического давления, которое должно быть приложено к раствору, чтобы уравновесить диффузию растворителя, через полупроницаемую мембрану.

Осмотическое давление плазмы крови составляет в среднем 6,62 атм (пределы колебаний 6,47-6,72 атм). Осмотическое давление зависит только от концентрации частиц, растворенных в растворе, и не зависит от их массы, размера и валентности. Таким образом, осмотическое давление создают в растворе все частицы - как ионы, так и нейтральные молекулы (глюкоза, мочевина).

В биологии и медицине осмотическое состояние сред принято выражать двумя понятиями: осмолярностью, представляющей собой суммарную концентрацию растворенных частиц в 1 л раствора (в миллиосмолях на литр), и осмоляльностью, являющейся концентрацией частиц в 1 кг растворителя, т. е. воды (мосмоль/кг).

Осмоляльность раствора численно равна суммарной концентрации, выраженной в количестве веществ (в миллимолях, но не в миллиэквивалентах), содержащихся в 1 кг растворителя (вода), плюс количество полностью диссоциированных электролитов, недиссоциированных веществ (глюкоза, мочевина) или слабодиссоциированных субстанций, таких как белок. Все одновалентные ионы (Na+, К+, С1-) образуют в растворе число осмолей, равное числу молей и эквивалентов (электрических зарядов). Двухвалентные ионы образуют в растворе каждый по одному осмолю (и молю), но по два эквивалента.

Осмоляльность нормальной плазмы - величина достаточно постоянная и равна 280-300 мосмоль/кг. Из общей осмоляльности плазмы лишь 2 мосмоль/кг обусловлены наличием растворенных в ней белков. Таким образом, главными компонентами, обеспечивающими осмоляльность плазмы, являются Na+ и С1- (около 140 и 100 мосмоль/кг соответственно). Постоянство осмотического давления внутриклеточной и внеклеточной жидкости предполагает равенство молярных концентраций содержащихся в них электролитов, несмотря на различия в ионном составе внутри клетки и во внеклеточном пространстве.

Вследствие того, что величина осмотического давления внеклеточной жидкости более чем на 90% обусловлена концентрацией солей натрия, именно натрию принадлежит главная роль в распределение воды по жидкостным секторам организма. Следовательно, первичное нарушение обмена натрия влечёт за собой нарушение водного обмена.

Если концентрация в плазме глюкозы и мочевины нормальна, то натриемия, умноженная в два раза будет примерно соответствовать осмолярности плазмы. Более точно она вычисляется по следующей формуле:

Конечно, значительно достоверней измерение осмолярности плазмы при помощи осмометра. Нормальная осмолярность плазмы: 280 – 300 мосм/л.

2. Часть осмотического давления, создаваемую в биологических жидкостях белками, называют коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением (КОД).

Оно составляет примерно 0,7% осмотического давления (или осмотической концентрации), т. е. около 25 мм рт. ст. (2 мосмоль/кг), но имеет исключительно большое функциональное значение в связи с высокой гидрофильностью белков и неспособностью их свободно проходить через полупроницаемые биологические мембраны.

Величина коллоидно-осмотического давления зависит, в основном, от количества общего белка плазмы (на 80% определяется концентрацией альбумина) и составляет в среднем 25 мм.рт.ст.

3. Одновременно на капиллярную стенку воздействует и другая сила – гидростатическое (точнее – гидродинамическое) давление, создаваемое самой массой крови за счёт энергии сердца. Оно направлено на то, чтобы вытолкнуть воду из капилляров в межклеточное пространство. В отличие от онкотического давления величина гидростатического давления в капиллярах непостоянна. В артериальном колене капилляра она составляет в среднем 32,5 мм.рт.ст., а в венозном – 17,5 мм.рт.ст.. Вследствие градиента давлений (в среднем 9 мм рт.ст.) из артериального колена капилляра жидкость с растворёнными в ней электролитами диффундирует в межклеточное пространство. С другой стороны, в венозном колене капилляра, благодаря градиенту в пользу онкотического давления, вода из межклеточного сектора начинает поступать в кровеносное русло.
Величина обмена тканевой жидкости более чем в 40 раз превышает объём кровотока. Более 200 л жидкости в минуту циркулирует в пределах сосудистого тканевого сектора, вызывая постоянное обновление окружающей ткани среды. В течение суток примерно 20 л жидкости покидает сосудистое русло через артериальное колено капилляров и столько же возвращается назад – 18 л через венозное колено капилляров и 2 л дренируются лимфатической системой.

В венозном конце капилляра решающая роль в возврате воды в сосудистое русло принадлежит коллоидно-онкотическому давлению плазмы. Ему противостоит величина венозного давления.

1) В случае снижения коллоидно-онкотического давления плазмы (гипопротеинемия) даже при нормальном венозном давлении нарушается резорбция жидкости в сосудистое русло, что проявляется отёками (безбелковыми, голодными).

3) Ещё один механизм образования отёков формируется при синдроме капиллярной утечки – за счёт повышения проницаемости капиллярной стенки в интерстиций проникает много белка. В результате этого повышается коллоидно-онкотическое давление интерстиция при уменьшенном коллоидно-онкотическом давлении плазмы.

Исходя из знаний этих механизмов образования отёков, можно сделать клинически важный вывод – нелогично, малоэффективно, а иногда и опасно применять мочегонные для устранения отёков. Мочегонные оправданы только в случае нарушений функции почек, в остальных клинических ситуациях необходимо устранять патогенетическую причину их образования – повышать уровень белка или лечить сердечную недостаточность или устранять причину синдрома капиллярной утечки.

Необходимо помнить о важной роли в постоянстве интерстициального объема жидкости лимфодренажной системы, постоянно сбрасывающей в вену небольшой избыток жидкости и белка.

Механизмы поддержания внутриклеточного объема жидкости и внутриклеточного ионного состава

Осмотические и электрические силы. Основным условием постоянства объема водных внутри- и внеклеточных сред, разделенных клеточной мембраной, является их изотоничность.

Тоничностью называют компонент осмолярности внеклеточной жидкости, обусловленный концентрацией растворенных веществ, плохо проникающих через клеточные мембраны (Na+, в отношении некоторых тканей - глюкоза). Обычно осмолярность и тоничность изменяются однонаправлено, поэтому гиперосмолярность означает и гипертоничность [Loeb J. Н., 1984].

Однако возможно повышение осмолярности без увеличения тоничности (в частности, при повышении в плазме концентрации мочевины, этанола, для которых тканевые мембраны хорошо проницаемы) [Fabri Р. J., 1988]. В этом случае существенных перемещений жидкости между внутри- и внеклеточным пространствами не происходит.

Анионы, находящиеся внутри клетки, обычно поливалентны, велики и не могут свободно проникнуть через клеточную мембрану. Единственным катионом, для которого клеточная мембрана проницаема и который находится в клетке в свободном состоянии и в достаточном количестве, обеспечивающем частичную нейтрализацию клеточных анионов, является К+.

Как уже говорилось, Na+ является внеклеточным катионом. Его локализация обусловлена двумя обстоятельствами: относительно низкой способностью проникать через клеточную мембрану и наличием особого механизма вытеснения Na+ из клетки - так называемого натриевого насоса. Сl- также является внеклеточным компонентом, но его потенциальная способность проникать через клеточную мембрану относительно высока. Она не реализуется потому, что клетка имеет достаточно постоянный состав фиксированных клеточных анионов, создающих в ней преобладание отрицательного потенциала, вытесняющего С1-. Таким образом, осмотическое и электрическое равновесие между клеточным и внеклеточным пространством может быть достигнуто при относительно высокой концентрации К+ внутри клетки и соответствующей высокой концентрации С1- за ее пределами. Эти различия в концентрациях мобильных ионов внутри клетки и вне ее обеспечивают постоянную разность потенциалов - так называемый трансмембранный потенциал, равный примерно 60—80 мВ, причем внутриклеточный заряд имеет отрицательное значение.

В действительности этого не происходит, поскольку такая сила оказывается сбалансированной другой, действующей в обратном направлении и называемой натриевым насосом. Энергия натриевого насоса, являющегося специфическим свойством клеточной мембраны, обеспечивается гидролизом аденозинтрифосфата (АТФ) и направлена на выталкивание Na+ из клетки [Whittman R., Wheeler К. Р., 1970].

Эта же энергия способствует движению К+ внутрь клетки. Установлено, что противоположно направленные движения К+ и Na+ осуществляются в пропорции 2:3. По мнению М. W. В. Bradbury (1973), с физиологической точки зрения для К+ этот механизм не столь существен, так как последний в норме обладает высокой способностью проникать через клеточную мембрану. Описанный механизм является основным для обеспечения постоянства концентрации клеточных и внеклеточных компонентов. Принципиально важен тот момент, что осмолярность внутриклеточной воды величина достаточно постоянная и не зависящая от осмолярности внеклеточного пространства. Это постоянство обеспечивается энергозависимым механизмом.

Гипоксия, так же как и гипогликемия или дефицит инсулина приводит к нарушению синтеза энергии, что может привести к остановке насоса. Если функция натриевого насоса оказывается нарушенной, то это приводит к неконтролируемой ситуации, когда клеточное пространство почти свободно доступно для Na+. В результате уменьшается внутриклеточный отрицательный потенциал и клетка становится более доступной и для С1-. Связанное с этим повышение осмотического давления в клетке приводит к перемещению воды внутрь клетки и ее набуханию, а в дальнейшем и к нарушению ее целостности.

Таким образом, дисфункция натриевого насоса приводит к трансминерализации и является патофизиологической основой гибели клетки.

Перемещение воды в организме

Внеклеточная жидкость омывает клетки и является транспортной средой для метаболических субстанций, обеспечивающих нормальную жизнедеятельность клеток. Через нее в клетку проникают кислород, различные вещества из крови и желудочно-кишечного тракта и выводятся продукты метаболизма клетки, которые затем попадают в кровь и экскретируются легкими, почками и печенью.

Плазма - часть внеклеточной жидкости - служит средой для эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов. Содержание белков в плазме примерно 70 г/л, что значительно превышает содержание их в интерстициальной жидкости (10-30 г/л). На долю чистой воды в плазме приходится в связи с этим 93% объема, т. е. несколько меньше, чем в инстерстициальной жидкости.

Строго говоря, интерстициальное пространство заполнено не свободно перемещающейся жидкостью, а гелем, удерживающим воду в фиксированном состоянии. Основу геля составляет преимущественно гиалуроновая кислота.

Значение интерстициального пространства невозможно оценивать и обсуждать без упоминания о лимфатической системе. Лимфа по существу является составной частью интерстициальной жидкости и предназначена в основном для транспорта химических крупномолекулярных субстратов, главным образом белков, а также (частично) жировых конгломератов и углеводов из интерстициального пространства (куда они проникают из клеток) в кровь. На терминальных концах лимфатических сосудов имеются клапаны, которые регулируют этот процесс. Движение лимфы по сосудам осуществляется за счет насосного действия миоэндотелиальных волокон, функционирующих синхронно с клапанным аппаратом, расположенным по всей длине лимфатического сосуда. Лимфатическая система обладает также концентрационной функцией, поскольку осуществляет реабсорбцию воды в зоне венозного конца капилляра.

Быстрое удаление белков из интерстициального пространства снижает тканевое коллоидно-осмотическое давление (КОД). Этот механизм вместе с насосной функцией лимфатической системы обеспечивает слабое гидростатическое давление (около 3 мм рт. ст., в лёгких – 6 мм рт.ст.) в интерстициальном пространстве [Guyton А. С. 1971]. Значение низкого давления в интерстициальном пространстве переоценить невозможно, поскольку оно не только определяет клеточную архитектуру, но и создает оптимальные условия для жизнедеятельности клеток. При отечных состояниях, когда давление в интерстициальной жидкости повышается, клеточная архитектура нарушается. Отрицательное давление в интерстициальном пространстве является также гарантией постоянства интерстициального водного объема, предупреждает накопление излишних объемов жидкости и, наконец, улучшает условия метаболизма, поскольку сближает поверхности сосудистой и клеточной диффузионных мембран.

Факторами, повышающими интерстициальное давление, являются: увеличение внутрикапиллярного давления и снижение КОД плазмы, возрастание интерстициального КОД и, наконец, повышение проницаемости капилляров. Сначала влияние названных факторов компенсируется усилением лимфатического тока, иногда в 10—50 раз [Hillman К., 1990]. С исчерпанием компенсирующего лимфатического механизма интерстициальное давление поднимается выше нуля. При этом в интерстициальном пространстве накапливается большое количество жидкости. Отношения между давлением и объемом жидкости в разных зонах интерстициального пространства неодинаковы, поскольку различные ткани имеют разную степень податливости, растяжимости (compliance).

Примерно те же механизмы определяют динамику легочного интерстициального пространства. Однако легочное капиллярное давление ниже и легочные капилляры относительно легко пропускают молекулы белка. Вместе с тем движение лимфы по легочным лимфатическим сосудам осуществляется быстрее из-за выраженного пульсирующего характера кровотока в близи расположенных легочных кровеносных сосудах. В целом же относительная величина легочного интерстициального пространства значительно меньше тканевого и альвеолярный легочный эпителий может противостоять давлению со стороны интерстиция не выше 2 мм рт. ст. При превышении этого значения начинается отек легких. В норме жидкость не накапливается в интерстициальном пространстве легких благодаря лимфодренажу.
Однако в последнее время широкое распространение в онкохирургии получила лимфодиссекция – удаление лимфодренажа. При лимфодиссекции в верхнем этаже брюшной полости и грудной клетки нарушаются противоотёчные механизмы, и у больных даже при небольшой по объёму инфузии развивается интерстициальный отёк лёгких и гипоксемия.

Регуляция водно-солевого обмена, как и большинство физиологических регуляций, включает афферентное, центральное и эфферентное звенья. Афферентное звено представлено массой рецепторных аппаратов сосудистого русла, тканей и органов, воспринимающих сдвиги осмотического давления, объема жидкостей и их ионного состава. В результате, в центральной нервной системе создается интегрированная картина состояния водно-солевого баланса в организме. Так, при увеличении концентрации электролитов и уменьшении объема циркулирующей жидкости (гиповолемии) появляется чувство жажды, а при увеличении объема циркулирующей жидкости (гиперволемии) оно уменьшается. Следствием центрального анализа является изменение питьевого и пищевого поведения, перестройка работы желудочно-кишечного тракта и системы выделения (прежде всего функции почек), реализуемая через эфферентные звенья регуляции. Последние представлены нервными и, в большей мере, гормональными влияниями. Увеличение объема циркулирующей жидкости за счет повышенного содержания воды в крови (гидремия) может быть компенсаторным, возникающим, например, после массивной кровопотери. Гидремия с аутогемодиллюцией представляет собой один из механизмов восстановления соответствия объема циркулирующей жидкости емкости сосудистого русла. Патологическая гидремия является следствием нарушения водно-солевого обмена, например при почечной недостаточности и др. У здорового человека может развиться кратковременная физиологическая гидремия после приема больших количеств жидкости.

Помимо перманентного обмена водой между организмом и окружающей средой важное значение имеет обмен водой между внутриклеточным, внеклеточным сектором и плазмой крови. Следует отметить, что механизмы водно-электролитного обмена между секторами не могут быть сведены только к физико-химическим процессам, так как распределение воды и электролитов связано также с особенностями функционирования мембран клеток. Наиболее динамичным является интерстициальный сектор, на котором прежде всего отражаются потеря, накопление и перераспределения воды и сдвиги электролитного баланса. Важными факторами, влияющими на распределение воды между сосудистым и интерстициальным секторами является степень проницаемости сосудистой стенки, а также соотношение и взаимодействие гидродинамических давлений секторов. В плазме содержание белков равна 65-80 г/л, а в интерстициальном секторе только 4 г\л. Это создает постоянную разность коллоидно-осмотического давления между секторами, обеспечивающую удержание воды в сосудистом русле. Роль гидродинамического и онкотического факторов в обмене воды между секторами была показана еще в 1896г. американским физиологом Э. Старлингом: переход жидкой части крови в межтканевое пространство и обратно обусловлен тем, что в артериальном капиллярном русле эффективное гидростатическое давление выше, чем эффективное онкотическое давление, а в венозном капилляре - наоборот.

Гуморальная регуляция водно-электролитного баланса в организме осуществляется следующими гормонами:

- антидиуретический гормон (АДГ, вазопрессин), воздействует на собирательные трубочки и дистальные канальцы почек, увеличивая реабсорбцию воды;
- натриуретический гормон (предсердный натриуретический фактор, ПНФ, атриопептин), расширяет приносящие артериолы в почках, что увеличивает почечный кровоток, скорость фильтрации и экскрецию Na+; ингибирует выделение ренина, альдостерона и АДГ;
- ренин-ангиотензин-альдостероновая система стимулирует реабсорбцию Na+ в почках, что вызывает задержку NaCl в организме и повышает осмотическое давление плазмы, что определяет задержку выведения жидкости.

- паратиреоидный гормон увеличивает абсорбцию калия почками и кишечником и выведение фосфатов и увеличение реабсорбции кальция.

Содержание натрия и организме регулируется в основном почками под контролем ЦНС через специфические натриорецепторы. реагирующие на изменение содержания натрия в жидкостях тела, а также волюморецепторы и осморецепторы, реагирующие на изменение объема циркулирующей жидкости и осмотического давления внеклеточной жидкости соответственно. Содержание натрия в организме контролируется ренин-ангиотензинной системой, альдостероном, натрийуретическими факторами. При уменьшении содержания воды в организме и повышении осмотического давления крови усиливается секреция вазопрессина (антидиуретического гормона), который вызывает увеличение обратною всасывания воды в почечных канальцах. Увеличение задержки натрия почками вызывает альдостерон, а усиление выведения натрия — натрийуретические гормоны, или натрийуретические факторы (атриопептиды, простагландины, уабаинподобное вещество).

Состояние водно-солевого обмена в значительной степени определяет содержание ионов Cl- во внеклеточной жидкости. Из организма ионы хлора выводятся в основном с мочой, желудочным соком, потом. Количество экскретируемого хлорида натрия зависит от режима питания, активной реабсорбции натрия, состояния канальцевого аппарата почек, кислотно-щелочного состояния. Обмен хлора в организме пассивно связан с обменом натрия и регулируется теми же нейрогуморальными факторами. Обмен хлоридов тесно связан с обменом воды: уменьшение отеков, рассасывание транссудата, многократная рвота, повышенное потоотделение и др. сопровождаются увеличением выведения ионов хлора из организма.

Баланс калия в организме поддерживается двумя способами:
изменением распределения калия между внутри- и внеклеточным компартментами, регуляцией почечной и внепочечной экскреции ионов калия.
Распределение внутриклеточного калия по отношению к внеклеточному поддерживается прежде всего Na-K-АТФазой, являющейся структурным компонентом мембран всех клеток организма. Поглощения калия клетками против градиента концентрации инициируют инсулин, катехоламины , альдостерон. Известно, что ацидоз способствует выходу калия из клеток, алкалоз — перемещению калия внутрь клеток.

Экскретируемая почками фракция калия обычно составляет приблизительно 10-15 % от всего фильтруемого калия плазмы. Задержка в организме или выделение калия почкой определяется тем, каково направление транспорта калия в связующем канальце и собирательной трубке коры почек. При высоком содержании калия в пище эти структуры секретируют его, а при низком - секреция калия отсутствует. Помимо почек калий выводится желудочно-кишечным трактом и при потоотделении. При обычном уровне ежедневного потребления калия (50-100 ммоль/сут) приблизительно 10 % удаляются со стулом.

Главные регуляторы обмена кальция и фосфора в организме: витамин D, паратгормон и кальцитонин. Витамин D (в результате преобразований в печени образуется витамин D3, в почках — кальцитриол) увеличивает всасывание кальция в пищеварительном тракте и транспорт кальция и фосфора к костям. Паратгормон выделяется при снижении уровня кальция в сыворотке крови, высокий же уровень кальция тормозит образование паратгормона. Паратгормон способствует повышению содержания кальция и снижению концентрации фосфора в сыворотке крови. Кальций резорбируется из костей, также увеличивается его всасывание в пищеварительном тракте, а фосфор удаляется из организма с мочой. Паратгормон также необходим для образования активной формы витамина D в почках. Увеличение уровня кальция в сыворотке крови способствует выработке кальцитонина. В противоположность паратгормону он вызывает накопление кальция в костях и снижает его уровень в сыворотке крови, уменьшая образование активной формы витамина D в почках. Увеличивает выделение фосфора с мочой и снижает его уровень в сыворотке крови.

Вода – основной компонент человеческого организма. Взрослый человек на 55-60% состоит из воды. Количество воды в организме с возрастом уменьшается.

Кроме воды, жидкости организма содержат 2 типа растворенных веществ – электролиты и неэлектролиты.

Это вещества, диссоциирующие в растворе и проводящие электрический ток. Электролиты диссоциируют на положительные и отрицательные ионы, их содержание измеряется по молекулярной массе в граммах ( миллимоль/литр).

Катионы. Ионы, которые создают в растворе положительный заряд. Основным внеклеточным катионом является натрий (Na + ), а основным внутриклеточным катионом – калий (К + ). В клеточной мембране имеется специальная насосная система, перекачивающая натрий из клетки, а калий – в клетку.
Анионы. Ионы, создающие в растворе отрицательный заряд. Основным внеклеточным анионом является хлорид (Cl - ), а основным внутриклеточным анионом – фосфат ( PO₄ 3- ).

Неэлектролиты

Это вещества, которые не диссоциируют в растворе. К ним относят глюкозу, мочевину, креатинин, билирубин и т.д.

Все жидкости организма распределяются между двумя главными жидкостными секторами: внутриклеточным и внеклеточным:

1. Внутриклеточная жидкость – 2/3 от общего объема жидкости.

2. Внеклеточная жидкость – 1/3 от общего объема жидкости. Подразделяется на :

А. Интерстициальная жидкость – окружает клетки, ее количество у взрослых 11-12 литров.

Б. Внутрисосудистая жидкость – находится внутри сосудистого русла. Средний объем плазмы около 3-х литров.

В. Трансцеллюлярная жидкость – содержится в специальных полостях тела. Это спинномозговая, перикардиальная, плевральная, синовиальная, внутриглазная жидкость, а также пищеварительные соки.

Поступление и потери жидкости

1. 300мл. воды поступает за счет окисления углеводов, белков и жиров, Это эндогенная вода.

2. 2000-2500мл. воды поступает с питьем и едой.

1. 1500мл. мочи – среднее нормальное суточное количество у взрослых.

2. 500-600мл. жидкости теряется через кожу – неощутимое испарение жидкости, потение. Увеличивается при лихорадке, ожогах и т.д.

3. 400мл. жидкости теряется через легкие при дыхании. Увеличивается при одышке.

4. 100-200мл. теряется через ЖКТ. При патологии через ЖКТ может теряться большое количество жидкости, так как в нем ежедневно секретируется и реабсорбируется 3-6 литров. Чрезмерная потеря жидкости через ЖКТ (рвота, диарея и т.д.) может привести к глубокому обезвоживанию.

Движение воды через мембрану клеток зависит от разницы осмотического давления между внутри- и внеклеточной жидкостью. Эту величину обозначают как осмолярность.

Осмолярность (тоничность) – количество осмотически активных веществ в 1 литре жидкости. В норме в плазме составляет 285-310 мосм/л. Осмотическое давление плазмы на 80-90% создают электролиты, в частности натрий и хлор. Осмотически активными являются также глюкоза, мочевина и т.д. В нормальной ситуации осмолярность внутриклеточной, интерстициальной жидкости и плазмы одинакова.

Читайте также: