Нормальная физиология водного и электролитного обмена

Нормальный состав жидкостей организма

Вода – это универсальный растворитель. Взрослый мужчина 25 лет, массой тела 70 кг содержит в своем организме 60 % воды, взрослая женщина – 55 %. При этом учитываются три фактора, влияющие на количество воды в организме: содержание жировой ткани, возраст и пол. Жировая ткань содержит мало воды из-за меньшего кровоснабжения (200 мл/мин или 10 мл/мин/100 г ткани или 4% ОЦК), поэтому у людей с ожирением содержание воды со­ставляет 45-50 % массы тела. С возрастом происходит уменьшение мышечной массы тела с одновременным снижением содержания воды. Считается, что содержание воды у женщин меньшее, чем у мужчин по причине высокого развития жировой ткани.

Известно,  что количество крови, количество воды и ее компонентов внеклеточной и внутриклеточной жидкости приводятся на кг массы тела. Эта исходная величина у чрезмерно или недостаточно упитанных людей дает слишком низкие или чрезмерно высокие величины. Количество жидкости организма может быть выражено так же и в литрах на м2 поверхности тела. Изменяющееся содержание жировой ткани (ее избыток или недостаток) в меньшей сте­пени влияет на площадь поверхности тела.

Существует 2 пространства организма: внеклеточная и внутриклеточная жидкость.

Внеклеточная жидкость обеспечивает транспорт питательных веществ и физико-химический гомеостаз клеточной жидкости (связь между клетками внутри органа и между органами). Капиллярная стенка разграничивает две части внеклеточной жидкости – плазму крови (внутрисосудистый сектор) и интерстициальную жидкость. Изменение содержания воды обусловлены не только осмотическими, но и обменными процессами. Каждый жидко­стный компартмент отделен селективно проницаемой мембраной. К таким мембранам отно­сится клеточные мембраны, капиллярные и эпителиальные.

Кроме мембранной селективности, движение воды и растворенных веществ объясня­ется несколькими процессами:

  1. Диффузия – движение частиц из области высокой концентрации в область низкой по концентрационному градиенту. Усиление процесса диффузии обуславливается повыше­нием температуры, увеличение концентрации частиц, снижение молекулярной массы частиц, увеличение площади поверхности и уменьшение расстояния диффузии.
  2. Активный транспорт. При перемещении субстанций против концентрационного гради­ента требуется энергия. Этот процесс называется активным транспортом и зависит от субстанции-переносчика, в качестве которого выступают АТФ и другие макроэргические фосфаты.
  3. Фильтрация – это движение воды и растворенных в ней веществ по градиенту гидроста­тического давления.
  4. Осмос – движение воды через полупроницаемую мембрану по градиенту концентрации растворенного вещества.

Неорганический состав жидкостей организма

Нормальный состав жидкостей организма
Нормальный состав жидкостей организма

Только выраженное в миллиэквивалентах балансовое противопоставление всех анио­нов и катионов позволяет правильно понять структуру тканевых секторов, особенно при изу­чении расстройств КЩС или осмолярности. Электролиты вступают в реакции соответст­венно своим эквивалентным массам. Основной закон распределения — это закон нейтрально­сти среды, когда сумма всех отрицательных и положительных зарядов равны.

Концентрация веществ определяется несколькими понятиями: осмолярность (осмо­ляльность) и тоничность.

Осмолярность – это способность растворенных молекул создавать давление, действуя на движение воды. Кроме того, этот термин используется для характеристики концентрации (соотношения молекул и растворителя-воды). Осмоляльность – это отношение растворенных веществ на 1 кг (литр) воды, а осмолярность – соотношение веществ и 1 л раствора. В клини­ческой практике учитывают, что соотношение между этими параметрами 0,92 и термины считаются практически идентичными.

При этом необходимо разделить все молекулы, изменяющие осмолярность на эффек­тивные и неэффективные осмотически активные вещества.  К первым относятся молекулы, легко проникающие через мембраны – мочевина, спирт. Ко вторым – не переходящие через мембраны в нормальных условиях вещества типа натрия, глюкозы, маннитола. Эффективная осмолярность – это тоничность.

Диаграмма Гэмбла показывает эквивалентное соотношение электролитов основных секторов организма. Соответственно закону электронейтральности, суммы катионов и анио­нов равны. Идентичность величин ионов с положительным и отрицательным зарядами суще­ствует и при концентрационных сдвигах отдельных ионов. Это становиться возможным бла­годаря автоматическому приспособлению бикарбоната. В случае увеличения суммы осталь­ных анионов (хлор, фосфаты, органические кислоты) происходит замещение бикарбоната и выход излишка углекислоты через легкие. При понижении концентрации хлора пробел анионов замещается бикарбонатом.

Изменения концентрации хлора или органических кислот – при неизменной величине катионов – влияют только на содержание бикарбоната, но не влияют на осмотическую кон­центрацию плазмы. Столб анионов не может быть ниже или выше столба катионов. Поэтому независимые от катионов изменения анионов влияют только на реакцию среды, а не на ос­молярность.

Если же меняется концентрация прочных оснований (катионов), то столбик анионов должен следовать за ней, то есть осмотическая концентрация колеблется с изменением ка­тионов. Таким образом, сдвиги в концентрации катионов влияют не только на осмотическую концентрацию, но и на реакцию среды. Следовательно, катионы (главным образом натрий) должны рассматриваться как ведущие структурные эле­менты в деле сохранения осмотического и кислотно-щелочного состояния.

Объем внеклеточной жидкости составляет приблизительно 25 % веса тела стандарт­ного человека, состоит из:

  • внутрисосудистой жидкости: плазматического (3 литра) и глобулярного (2 литра) объе­мов,
  • интерстициальной жидкости (11-12 литров),
  • трансцеллюлярной жидкости (1 л или 1 % массы тела), содержащейся в полостях орга­низма. Существует реальное его увеличение вследствие патологии водного баланса.

Характерным признаком интерстициального пространства является отсутствие белка. Это объясняется особым свойством эндотелия – непроницаемостью для белковых молекул в норме. Существует разница в концентрации основных электролитов, что объясняется прави­лом Гиббс-Доннана. Это правило гласит, что если недиффундирующий ион (белок) нахо­дится по одну сторону от полупроницаемой мембраны, то ионы будут распределены нерав­номерно по обе стороны мембраны. Следствия из этого правила (или закона):

  • общая концентрация катионов и анионов с каждой стороны равна,
  • концентрация анионов ниже по ту сторону мембраны, где находится белок,
  • осмотическое давление выше по ту сторону мембраны, где есть белок (повышение кон­центрации натрия).

Клеточная жидкость располагается в многочисленных, отделенных друг от друга микроскопических частях, в клетках органов, выполняющих специфическую функцию. Внутриклеточная жидкость составляет 40 % массы тела. Это жесткая константа по объему – гомеостаз по объему.

В отношении клеточной жидкости наблюдается существенная разница: имеется высо­кая концентрация калия и магния, низкая – натрия. Хлор заменен органическими фосфатами и белком. Концентрация анионов в клетке значительно больше, чем во внеклеточной жидко­сти, из чего предполагается вывод о большей осмотической концентрации в клетках. Во внутриклеточной жид­кости большая часть анионов – многовалентные ионные остатки белков, органических фос­фатов, доля которых в поддержании осмотического равновесия значительно меньшая. Реак­ция клеточного сектора более кислая. Концентрация бикарбоната равна половинной для вне­клеточной, при этом рН 6,8.

Баланс воды

При нормальном состоянии состав воды находится в постоянном равновесии: поступ­ление и выделение тесно связаны.

Поступление воды происходит через пищеварительный тракт и  в форме преформиро­ванной воды окисления. Введение (поступление) воды при средней температуре 370С наме­чается из расчета 1 мл на 1 ккал, то есть 2000-2500 мл или 30-40 мл/кг массы тела. Из этого примерно 300 мл образуется при окислении питательных веществ (вода эндогенного метабо­лизма), причем 1 г жира дает 1,1 мл воды, 1 г углеводов — 0,5 мл воды, 1 г белка — 0,4 мл воды.

Выделение воды: через кожу и легкие путем перспирации, вода с калом, вода с мочой.

Через кожу неощутимые потери – это путь испарения жидкости (6 мл/кг/сутки) в виде воды без содержания электролитов. Путь ощутимых потерь – это пот, который состоит из гипотоничной жидкости (7-8 мл/кг/сутки).

Так как неощутимые потери подвержены сильным колебаниям, в зависимости от про­дукции энергии, наружной температуры и от легочной вентиляции, размеры водного баланса колеблются в очень широких пределах. Водный баланс, обуславливаемый непочечными фак­торами, может быть уравновешен: уменьшением диуреза до 500 мл/сутки и увеличением приема воды.

Диурез должен быть достаточным для выведения минимального количества азоти­стых шлаков (600 мосмоль/л/сутки), из расчета 1200-1400 мл/сутки.

Регуляция осмотического состояния

Расчет осмотического давления: 2 Na + мочевина + глюкоза (ммоль/л). Формула не может быть использована при введение осмотически активных веществ, гиперпротеинемии и гиперлипидемии, кроме того, она не учитывает КОД.

Регуляция объема жидкости

Для системы регуляции объема жидкостных пространств необходимо наличие не­скольких компонентов. Рецепторный аппарат, через который происходит стимуляция секре­ции гормонов, представлен осморецепторами и волюморецепторами высокого и низкого давления (реагирует в основном не на объем, а на изменение давления и растяжение стенок сосуда или предсердия). Их локализация отмечена в области гипоталамуса, синокаротидной зоны, дуги аорты, устьев полых вен, правого предсердия и сосудов почек. Специфические осморецепторы, находящиеся в супраоптических ядрах гипоталамуса, реаги­руют на повышение осмолярности внутриклеточной жидкости и передают это стимул к клеткам заднего гипоталамуса.

Различают два вида жажды: местное чувство жажды и общее чувство жажды как ре­зультат внутриклеточного эксиккоза. Ответная реакция — секреция АДГ и антидиурез.

Стимуляция волюморецепторов низкого давления является первичным стимулом для повышения секреции рилизинг-фактора гипоталамусом, с последующей стимуляцией секре­ции АКТГ и альдостерона корковым веществом надпочечников. Альдостерон вызывает ре­тенцию натрия в почках путем усиления его факультативной реабсорбции. Повышение ос­молярности ведет к повышению секреции АДГ через осморецепторы и заднюю долю гипо­физа. Повышение секреции АДГ вызывает усиление реабсорбции воды и антидиурез.

Изменение почечного сосудистого наполнения приводит к стимуляции секреции ре­нина – протеолитического фермента, синтезируемого и выделяемого юкстагломерулярным аппаратом (ЮГА) почек. По системе ренин-ангиотензин I-ангиотензин II-альдостерон происходит стимуляция ЮГА.

Предсердный натрий-уретический фактор (предсердный натрий-уретический пеп­тид), вырабатывается предсердиями в ответ на увеличение в них давления. Его эффекты: по­вышение фильтрации, уменьшение секреции ренина и альдостерона.