ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ ОБМЕН

Водно-электролитным обменом называется совокупность процессов поступления воды и электролитов в организм, распределения их во внутренней среде и выделения из организма. В организме постоянно происходит обмен воды в анатомических пространствах, где протекают интенсивные процессы внутреннего обращения: фильтрационные, секреторные, диффузионные и осмотические.

Водный баланс в организме. Вода является растворителем органических и неорганических соединений, средой, в которой протекают биохимические реакции. Она активно участвует во многих реакциях обмена (гидролиз, окисление, гидратация коллоидов и др.), транспортирует растворенные в ней вещества, ослабляет трение между соприкасающимися поверхностями в организме. В жидкой среде происходит переваривание пищи и всасывание в кровь питательных веществ. С помощью воды из организма выделяются вредные продукты обмена. Вода необходима для осуществления терморегуляции и других физиологических функций.

У здорового человека поддерживается равенство объемов выделяющейся из организма и поступившей в него за сутки воды, что называется водным балансом организма. В этом контексте можно рассматривать также и баланс электролитов: натрия, калия, кальция и др.

Содержание воды в разных тканях варьирует от 20 % в жировой ткани до 83—90 % в почках и крови, у девочек и женщин в связи с большим количеством жировой клетчатки содержание воды ниже, чем у мальчиков и мужчин.

Ткани и органы детского организма содержат большее количество воды, чем взрослого человека. У новорожденного на долю воды приходится около 80% от массы тела. Наиболее интенсивно он теряет жидкость в первые дни жизни — происходит физиологическая убыль массы тела (5—7 %) преимущественно путем испарения ее при дыхании и с поверхности кожи, а также экскреции воды с мочой и калом. Через кожу и легкие дети теряют воды больше (1 мл на 1 кг веса за 1 ч), чем взрослые (0,5 мл на 1 кг веса за 1 ч). Потребность новорожденных в воде в 2—3 раза выше, чем у детей старшего возраста. У детей периода новорожденности несовершенны нейрогуморальные, эндокринные и почечные механизмы регуляции водно-солевого обмена.

У детей в возрасте до 5 лет содержание воды в организме составляет около 70 % от массы тела. Водно-электролитный обмен у детей чрезвычайно лабилен. Количество жидкости в организме ребенка зависиттакже от характера питания и содержания жира в тканях. При углеводистом питании гидрофильность тканей увеличивается. Жировая ткань, напротив, бедна водой (около 22%), и при ожирении ее количество в организме уменьшается. Повышение потребления белков и, соответственно, конечное превращение их в мочевину, удаляемую из организма с мочой, ведет к абсолютной необходимости возрастания потерь воды в почках, что требует повышенного ее поступления в организм. Напротив, при питании преимущественно пищей, богатой углеводами и жиром, и небольшом поступлении в организм поваренной соли потребность организма в поступлении воды меньше.

Нужно учитывать также воду, образующуюся в организме в результате обмена веществ, — оксидазную. Так, в покое при окислении 100 г жира образуется более 100 мл воды, 100 г белка — около 40 мл воды, 100 г углеводов — 55 мл воды. Допустимо образование воды в организме ребенка в количестве 12 мл/кг массы тела. Повышение катаболизма и энергетического обмена ведет к резкому увеличению образуемой эндогенной воды. Однако эндогенной воды у человека недостаточно для обеспечения водной среды метаболических процессов, особенно выведения в растворенном виде продуктов метаболизма. Важно помнить, что вода входит в состав различных органических систем, например, каждый грамм гликогена, содержит 1,5 мл воды, а каждый грамм белка — 3 мл воды.

Вода и электролиты выводятся из организма тремя основными путями: почками, желудочно-кишечным трактом, путем испарения через легкие и кожу (perspiratio insensibilis). Между органами выделения существуют функциональные и регуляторные взаимосвязи, в результате чего сдвиг функционального состояния одного из органов выделения меняет активность другого в пределах единой выделительной системы. Так, например, при избыточном выведении жидкости через кожу путем потоотделения при ывсокой темепратуре - снижается объем мочеобразования, при уменьшении экстркции азотыстых соединений с мочой, увеличивается их выведение через жкт, легкие и кожу.

Потери жидкости через кожу и легкие вместе с частью мочи, необходимой для выведения растворенных в ней веществ, составляют обязательные потери. Они представляют собой минимальный объем жидкости, который должен потреблять человек для поддержания водного баланса.

У маленьких детей выведение воды путем perspiratio insensibilis составляет до 50—75 % от общей величины. Интенсивность экстраренальной потери воды у детей в 2 раза выше, чем у взрослых, и составляет в среднем 1 мл/кг массы тела в час, у взрослых - 0,45 мл/кг в час. Общие потери воды путем перспирации у взрослых составляют 14 мл/кг в сутки (через ЖКТ- 50-300 мл, дыхательные пути и кожу 850-1200 мл или 0,5 г/кг веас в час), у детей — до 45 мл/кг (15 мл/кг через легкие, 30 мл/кг через кожу). Через кишечник ребенок теряет 40—80 мл, через почки — 90—100 мл воды на 1 кг массы тела. Это объясняется относительной незрелостью почек и относительно большой поверхностью тела. Потери за счет испарения регулируются факторами, в целом не зависящими от содержания воды в организме. Они пропорциональны площади поверхности тела и зависят от температуры как тела, так и окружающей среды, частоты дыхания и парциального давления водяных паров в воздухе.

Потоотделение незначительно при температуре окружающего воздуха 26,5—29,5°С, начиная с 30,5°С оно возрастает на 30 мл/100 ккал с каждым градусом, однако эти расчеты неприемлемы у недоношенных детей, которым необходима более высокая температура окружающей среды. Потоотделение частично контролируется вегетативной нервной системой. Оно может быть снижено при тепловых стрессах, тяжелых дефицитах жидкостей организма или увеличении концентрации электролитов. Потоотделение не является основным механизмом, регулирующим содержание жидкости в организме. Следовательно, дети страдают от дефицита воды чаще, чем взрослые.

Как первичная, так и вторичная гипервентиляция, связанная с метаболическим ацидозом, в значительной степени увеличивает легочную отдачу воды. Так как выдыхаемый воздух насыщен водяными парами, то в случае, если минутный объем дыхания увеличится в 5—6 раз по сравнению с нормальным, суточная потеря воды легкими у грудного ребенка может превысить 100 мл/кг. При первичной гипервентиляции наряду с эксикозом может возникнуть респираторный алкалоз. В подобном случае процессы компенсации ведут к уменьшению содержания бикарбонатов и гиперхлоремии.

Потери воды и солей с калом всегда надо учитывать, так как организм секретирует большое количество воды и электролитов с пищеварительными соками. Очень важен кругооборот жидкости между плазмой крови и кишечным трактом. У взрослого человека из плазмы в верхние отделы пищеварительного тракта за сутки выделяется 8 л солесодержащих жидкостей: слюны, желудочного сока, желчи, панкреатического и кишечного сока. Эти жидкости всасываются в нижних отделах кишечника, не более 100 г в день выделяется с фекалиями. У здорового ребенка в кале содержится 75—85 % воды — такое же количество, как и у взрослого. В среднем у ребенка в возрасте 2—3 мес образуется в сутки 6—30 г кала, в возрасте 6—12 мес — 10—40 г, в возрасте 1—5 лет — 15—75 г, в возрасте 6—15 лет — 70—120 г (у взрослого 100—250 г). При желудочно-кишечных расстройствах количество каловых масс и жидкости может значительно возрастать.

Еще большее количество жидкости циркулирует и движется через почки: ежедневно только 1 — 1,5 л гломерулярного фильтра преобразуется в конечную (вторичную) мочу, остальная часть реабсорбируется в канальцах.

Экскреция воды регулируется изменением скорости образования мочи. Снижение осмолярности плазмы указывает на чрезмерное насыщение водой, это корригируется с помощью экскреции большого объема разведенной мочи, имеющей меньшую осмолярность, чем плазма. И наоборот, когда осмолярность плазмы выше нормы, объем выделяемой мочи уменьшается, а ее осмолярность увеличивается по сравнению с осмолярностью плазмы. Вместе с тем объем мочи может быть уменьшен до количества, необходимого для растворения выводимых веществ, и поэтому зависит от диеты. Если вода не поступает в организм, то в лучшем случае в почках образуется минимальное количество максимально концентрированной мочи. У детей старше 2 мес максимальная концентрация мочи составляет 140 мосм/л, а в возрасте менее 2 мес она достигает 70 мосм/л. На диурез влияют скорость клубочковой фильтрации, состояние эпителия почечных канальцев, концентрация в плазме надпочечниковых стероидов. Выведение мочи у грудных детей относительно массы тела больше, чем у взрослых. На выведение одного и того же количества мочевины, мочевой кислоты, креатинина, ионов затрачивается в 2—3 раза больше воды, чем у взрослых. Суточный диурез у детей старше года можно приблизительно рассчитать по формуле: 600 +100 (п-1), где п — возраст в годах.

Соответственно суточная потребность детей в воде больше, чем у взрослых (см. Приложение). При прекращении поступления жидкости новорожденный потерял бы полностью весь объем внеклеточной жидкости в течение 3, а взрослый — в течение 7 сут. У новорожденных и грудных детей не развито чувство жажды, этим объясняется их склонность к дегидратации.

Распределение воды в организме.Несмотря на то, что общее количество жидкости на 1 кг массы тела у детей больше, чем у взрослых, на 1м² поверхности тела содержание жидкости у детей значительно меньше. Водный обмен у детей протекает более интенсивно, чем у взрослых, у которых вся вода в организме обновляется примерно каждый месяц, а внеклеточное водное пространство — каждую неделю. У грудного ребенка время пребывания молекулы воды в организме составляет 3-5 дн. В отличие от взрослых у детей раннего возраста отмечается большая проницаемость клеточных мембран, а фиксация жидкости в клетке и межклеточных структурах более слабая. Особенно это касается межуточной ткани, так как кислые мукополисахариды основного вещества определяют прочность этой связи.

Величину отдельных пространств, занимаемых жидкостью, можно определить с помощью методов разведения с применением таких веществ, которые распределяются равномерно или во всех жидкостях организма, или только во внеклеточной жидкости (хлоридное пространство), или только в плазме крови, либо можно определить лабильную, не связанную с кислыми мукополисахаридами воду (инулиновое пространство). У ребенка объемы хлоридного и инулинового пространств почти одинаковы: 41,2 и 40 % от массы тела, у взрослого же они соответственно равны 26,4 и 16 %, что свидетельствует о большей лабильности водного обмена у детей. С помощью изотопов можно определить общее содержание натрия, калия и хлора в организме.

Несмотря на то, что жидкости организма представляют собой единое целое, химический состав их различен. Принято различать внеклеточную и внутриклеточную жидкости, разделенные мембранами. При патологии появляется третье водное пространство — вода полостей тела: брюшной, плевральной и т. д.

Таблица №1

Содержание общего количества воды и соотношение в распределении жидкости в зависимости от возраста

Объем внеклеточной жидкости составляет 20—25 % от массы тела и состоит из: 1) жидкой части плазмы, экстрацеллюлярной (5% от массы тела), 2) интерстициальной жидкости (15 % от массы тела) и 3) трансцеллюлярной жидкости (1—3 % от массы тела), которая состоит из секретов желудочно-кишечного тракта и спинномозговой, внутриглазной, плевральной, перитонеальной и синовиальной жидкостей. Объем трансцеллюлярной жидкости значительно увеличивается при воспалительных заболеваниях (диарее, кишечной непроходимости, плеврите и др.).

Плазма крови отделяется капиллярной стенкой от межклеточной (интерстициальной) жидкости, а последняя отделяется клеточной мембраной от внутриклеточной (интрацеллюлярной) жидкости. Благодаря сходному химическому составу плазма и интерстициальная жидкость составляют функциональное единство — экстрацеллюлярную (внеклеточную) жидкость.

Межклеточная жидкость подразделяется на мобильную, свободную часть ультрафильтрата плазмы, располагающуюся между клетками и капиллярами, и менее мобильную, находящуюся в соединительной ткани. Уменьшение с возрастом содержания внеклеточной жидкости в основном обусловлено увеличением роста клеток и уменьшением скорости роста коллагена по отношению к мышечной ткани.

Экстрацеллюлярная жидкость является той внутренней средой, в которой живут клетки, следовательно, она обеспечивает оптимальные условия для их жизнедеятельности. Плазма крови образует большую транспортирующую систему, которая питает клетки и уносит продукты обмена веществ. Только экстрацеллюлярная жидкость связана с внешней средой через желудочно-кишечный тракт, легкие, кожу и почки. Жизненно важной функцией этой жидкости является поддержание нормального количества плазмы крови и тем самым — обеспечение кровообращения.

Объем внутриклеточной жидкости составляет в среднем около 40 % от массы тела. Она представляет собой сумму жидкостей в клетках, имеющих разную локализацию, функцию, состав.

Внутриклеточная жидкость представлена в виде трех состояний: 1) связанная с гидрофильными структурами воды протоплазмы; 2) вода притяжения на поверхности коллоидных структур; 3) вода капиллярности – в лакунах протоплазмы - наиболее лабильная, относительно свободная вода клеток.

Внутриклеточная жидкость необходима для осуществления основных жизненных процессов: преобразования, хранения и использования энергии; гомеостаза; (в) репликации, (г) выполнения живыми структурами специфических функций.

Внутриклеточная жидкость состоит из воды с растворенными в ней ионами и малыми молекулами: солями, сахарами, аминокислотами, жирными кислотами, нуклеотидами, витаминами и газами.

Таблица №2

Состав внутриклеточной и внеклеточной жидкости организма

Ионный состав внутриклеточной жидкости в среднем сильно отличается от состава жидкости внеклеточного пространства. В первой существенно больше ионов калия и магния, и основным анионом является фосфат. Концентрация глюкозы внутри клеток ниже, а белков - выше. Между внутриклеточной жидкостью и жидкостью внеклеточного пространства находятся мембраны, сложные структуры, осуществляющие двусторонний обмен клеток веществами и энергией (информацией) со средой (жидкостью внеклеточного пространства) и другими клетками.

Регуляция распределения воды в организме.

Распределение воды между внутрисосудистыми и внесосудистыми пространствами определяется согласно классической теории Старлинга следующими факторами: коллоидно-осмотическое двлением плазмы крови и тканевой жидкости; гидростатическим давлением крови в капиллярах и величиной тканевого сопротивления; проницаемостью капиллярной стенки.

Онкотическое давление, или коллоидно-осмотическое давление - это доля осмотического давления, обусловленная наличием в растворе высокомолекулярных компонентов (коллоидный раствор). В частности, такими компонентами являются белки плазмы крови. Онкотическое давление крови является одной из движущих сил, определяющих направление и скорость двустороннего обмена веществами в микрогемациркуляторном русле между кровью и интерстициальной жидкостью. Величина онкотического давления крови составляет приблизительно ~0,5% осмотического давления.

Коллоидно - осмотическое давление сыворотки крови зависит от наличия в ней белков, кристаллоидов, а также низкомолекулярных веществ (глюкоза, аминокислоты, соли). Для кристаллоидов и низкомолкулярных веществ мембрана капилляра, находящаяся между сосудистым руслом и интерстицием, свободно проходима. Единственным полимером, находящимся внутри сосуда и не проходящим в интерстициальную жидкость, являются белки. Они в сыворотки крови составляют 65-80 г/л и создают онкотическое давление сыворотки, равное 30 мм.рт.ст. В то же время интерстициальная жидкость содержит мало белка. Различное содержание белка в сыворотке и в интерстициальном пространстве создает разницу коллоидно-осмотического давления и этим определяет распределение жидкости между сосудистым руслом и интерстициальным пространством.

Для вычисления коллоидно-осмотического давления предлагается следующие формулы (В.А. Корячкин с соавт. 1999):

КОД (мм Нg) = 0,33 × общий белка (г/л)

КОД (кПа) = 0,04 × общий белок (г/л)

В норме давление составляет 21-25 мм Нg или 2,8-3,2 кПа

Гидростатическое давление крови. Объем жидкости в сосудистом русле зависит не только от онкотического давления, но и от гидростатического давления на стенку сосуда. Если онкотическое давление удерживает жидкость внутри сосуда, то гидростатическое давление вытесняет из артериальных капилляров жидкость, которая через лимфатические пути и венозные капилляры попадает вновь в венозную систему. В артериальном конце капилляра гидростатическое давление (34 мм рт ст) превалирует над онкотическим (10 мм рт. ст.), благодаря чему происходит ультрафильтрация жидкости из сосудистого русла в интерстициальную жидкость и клетку (закон Старлинга). По мере удаления от артериального конца капилляра артериальное давление снижается и приравнивается к онкотическому давлению, т.е. 20-30 мм рт.ст. Это зона покоя, где фильтрация жидкости не происходит. За зоной покоя располагается венозный конец капилляра с низким гидростатическим давлением, равным 12 мм рт. ст. Онкотическое давление, как уже отмечалось, не меняется (20-22 мм рт.ст.) и в венозном конце опять создается разность давлений, но в пользу онкотического. Разность между онкотическим и гидродинамическим давлением способствует реабсорбции жидкости и отработанных шлаков из интерстициальной межклеточной жидкости в венозные отдел сосудистого русла. Часть интерстициальной межклеточной жидкости идет на образование лимфы.

Роль проницаемости капиллярной стенки. Увеличение проницаемости сосудистой стенки может способствовать возникновению и развитию отеков. Однако это нарушение может вести к усилению процессов как фильтрации в артериальном конце капилляра, так и резорбции в венозном конце. При этом равновесие между фильтрацией и резорбцией воды может и не нарушаться. Поэтому здесь важное значение имеет повышение проницаемости капилляров для белков плазмы крови, вследствие чего падает эффективное онкотическое давление преимущественно за счет увеличения онкотического давления тканевой жидкости. Отчетливое повышение проницаемости капилляров для белков плазмы крови отмечается, например, при остром воспалении. Содержание белков в ткани при этом резко нарастает в первые 15—20 мин после действия патогенного фактора, стабилизируется в течение последующих 20 мин, а с 35—40-й минуты начинается второй подъем увеличения концентрации белков в ткани, связанный, по-видимому, с нарушением лимфотока и затруднением отвода белков из очага воспаления. Нарушение проницаемости сосудистых стенок связано с накоплением медиаторов повреждения и с расстройством нервной регуляции тонуса сосудов. Проницаемость сосудистой стенки может повышаться при действии различных химических веществ (хлор, фосген, дифосген, люизит и др.), бактериальных токсинов (дифтерийный, сибиреязвенный и др.), а также ядов различных насекомых и пресмыкающихся (пчелы, змеи и т. д.). Под влиянием воздействия этих агентов, помимо повышения проницаемости сосудистой стенки, происходит нарушение тканевого обмена и образование продуктов, усиливающих набухание коллоидов и повышающих осмотическую концентрацию тканевой жидкости.

Осмолярность плазмы. На границе интерстициальной жидкости и внутриклеточного пространства (через мембрану клеток) проходят вода, метаболиты (мочевина, глюкоза, креатинин, мочевая кислота) и электролиты. Некоторые из них (калий, магний, кальций, фосфаты, бикарбонаты) легко проникают через нее, а другие (натрий, хлор) - только при определенных условиях. Перемещение ионов из одного сектора в другой зависит от электрического потенциала мембран, динамической поляризации и деполяризации.

Вода входит и выходит из клетки пассивно вслед за осмотически активными веществами. Концентрация осмотически активных веществ между клеткой и интерстицием определяется работой натрий - калиевого насоса. В ходе этой работы на уровне мембраны калий свободно поступает в клетку (внутриклеточный катион), натрий же, проникая в клетку, сейчас же изгоняется из нее путем клеточного эндотермического процесса. В результате устанавливается градиент концентрации натрий/калий по обе стороны мембраны.

Вне клеток мы имеем отношение натрий/калий 28:1, а внутри клетки 1:20. Эта концентрация натрия и калия по обе стороны мембраны удерживается с большим постоянством в присутствии ионизированных ионов кальция в сыворотки крови. При оптимальных условиях в сыворотки крови содержится 2,5 ммоль/л кальция, 50% этого количества связано с альбуминами и является неактивной формой. Другая половина кальция находится в свободном, несвязанном с белком состоянии, и регулирует натрий - калиевого насоса, поддерживая концентрацию натрия и калия по обе стороны мембраны и создавая в ней потенциал покоя 90мВ.

Изменение онкотического давления сыворотки крови, соотношение натрия, калия и других ионов в организме приводит к изменению осмолярности плазмы.

Под осмолярностью понимают количество части в 1 кг воды (моляльность раствора - число молей в 1 л воды). Осмотическая активность (молярность) является важной характеристикой водного пространства. Осмолярность определяет обмен жидкости между сосудами и тканью, поэтому ее изменения могут существенно сказываться на интенсивности обмена воды и ионов и нарушении их обмена.

Молярная концентрация плазмы колеблется в пределах от 285-310 ммоль/л. Осмолярность плазмы составляют натрий и анионы (88%), остальные (12%) - глюкоза, мочевина, калий, магний, кальций, белки. Осмотическую активность мочи определяют мочевина (53%), анионы (30%), натрий (9%), остальные % приходятся на калий, кальций, аммиак.

Наиболее распространенные формулы расчета осмолярности (А.П. Зильбер, 1984):

1.Осм = 2(Na⁺) + глюкоза + мочевина + К⁺

2. Осм = Na⁺ x 1,86+ глюкоза + 2мочевина + 9

Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 561; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!