Водно-солевой гомеостаз и механизмы его поддержания
Основные вопросы:
1 понятие водно-солевого гомеостаза
2 Содержание воды и
3 Баланс воды и натрия в организме
4 Изменение содержания воды и натрия
5 Калиевый гомеостаз и его
Условия поддержания водно-солевого гомеостаза:
1 Постоянство внутриклеточных и внеклеточных объемов,
которое поддерживается водой и электролитами (Na K Cl P и
белков)
2 Постоянство рН Постоянство внутренней среды включает
понятия: 1) Изоволемия-постоянство объема внеклеточной
жидкости 2) Изоосмия - постоянство осмотического давления 3)
Изогидрия - активной реакции среды (рН)
Поддержание рН обеспечивается
1)физико-химическими механизмами - буферными
системами: внеклеточными (гемоглобиновая и бикарбонатная) и
внутриклеточными (фосфатная и белковая)
2)Физиологическими (см. физиология дыхания)
Физиологическое значение воды: содержание воды в организме
в среднем 60%, вода входит в состав всех органов и тканей,
клеток; в водной фазе протекают все реакции в организме.
Распределение воды:
1.27% приходится на внеклеточное пространство:
1)экстравазальная жидкость19-21%, (жидкость соединительной
ткани-4-5%, костной-4-5%, интерстициальная-10-12%);
2)интравазальная - 5-7%, (жидкость кровеносных сосудов - 4-5%,
лимфатических сосудов - 1-2%)
2.трансцелюлярная 1-2% (плевральная, брюшной
полости,суставов, ликвор, секреты желез)
3.33%- внутриклеточная.
Таблица содержания основных электролитов
вещество плазма межклет внутрикл
Na 140-150 140-150 10-12
К 4-5 4-5 160-165
Cl 100-115 115 3
P(РО4) 2 2 55
белок 5-7 1-3 10-15
60-80г/л 15-30г/л 200г/л
Физиологическое значение электролитов
1.Создание и поддержание осмотического давления
1ммоль раствор вещества создает давление 1 мосмоль:
145Nа + 5К + 115Сl + др элементы = 300+-20 мосмоль (в
крови, внутри- и внеклеточной жидкости) или 7.6-8.1 атм
2. Создание электронейтральной среды - сумма анионов =
сумме катионов
3. Участие в выработке и хранении энергии
4. Поддержание заряда на мембране возбудимых клеток,
образование и передача ПД.
Распределение натрия в организме
4000 ммоль в организме.11.2% от общего количества натрия
содержится в крови. Всасывается из ЖКТ, выводится с потом-5-10
ммоль, с калом-5 ,через почки-50-90 ммоль в сутки. Организму
требуется 100 ммоль Na или 200ммоль NaCl (12 г соли).
29% натрия содержится в межклеточной жидкости, 2-4% в клетках,
11% в хрящах, в костях в стабильной форме-29%, в обмениваемой
форме-11%(депо).
Баланс воды.
Поступление воды
складывается из 1.5л питья, 0.7-1л пища, 0.5л - метаболическая
вода (образуемая в результате метаболических реакций)
Выведение воды: 1л - пот, 0.1л - кал, 1.5л - почки, 0.3 -
легкие.
Содержание воды регулируется чувством жажды (гиповолемия
и гиперосмолярность)
Минимальная потребность организма в воде складывается из
400-500 мл - потери с потом, 400-500 мл - испарение из легких,
500 мл - выведение осмотических веществ. Всего - 1500 мл,
меньше-обезвоживание.
Резервы - 200 мл - метаболическая вода, 500 мл -
выделение воды из депо (печень).
Потеря 10% воды- опасна, 20%-несовместима с жизнью. Без
воды можно прожить 7-10дней. Это зависит от характера питания
- белковая пища требует дополнительное поступление воды, так
как образуется большое количество метаболитов (мочевина и
др.), для выведения, для выведения которых необходима
жидкость.
У детей до 1 года слабо выражены процессы концентрации
воды в почках и поэтому для выведения избытка солей необходимо
дополнительное введение жидкости, а если учесть, что обменные
процессы у ребенка выше в два раза, то функциональные резервы
воды в 3-4 раза меньше, чем у взрослого. Следовательно
максимальный срок выживания детей без воды - 2 дня.
Вывод: при переводе на искусственное питание необходимо
добавлять воду, так как повышается количество солей, что ведет
к повышению температуры тела - солевой лихорадке.
Избыточное потребление воды могут обуславливать:
1)Национальные особенности (немцы - пиво)
2)Характер питания - определенная пища (избыток соли,
белка, которые "тянут" за собой воду).
3)Избыточное потребление воды для регуляции
температурного гомеостаза.
Механизмы регуляции всасывания воды
1)стимулирует глюкоза
2)альдостерон стимулирует всасывания натрия в кишке, а за
ним всасывается и вода (это объясняет любовь некоторых
употреблять пиво с солью).
Перераспределение воды между внутриклеточным и
интерстициальным пространством зависит от осмотического
давления, которое определяется содержанием ионов натрия во
внеклеточной жидкости и калия и фосфора во внутриклеточной.
Это обусловлено свойствами клеточной мембраны: а)селективной
проницаемостью б)натрий-калиевым насосом.
Осмолярность крови прямо пропорциональна содержанию не
только натрия во внеклеточной жидкости, но и содержанию калия
во внутриклеточной и обратно пропорциональна общему содержанию
воды. Следовательно на первый план выступает осмотический
гомеостаз, а объемный гомеостаз "приносится в жертву"
осмотическому. Пример: для стимуляции центра жажды и выброса
АДГ достаточно повысить осмолярность на 2%, а стимуляция этих
же процессов вызывается уменьшением объема внеклеточной
жидкости на 6%.
Как можно корректировать снижение осмотического давления?
- только раствором хлорида натрия. Мочевиной нельзя, так как
поступая в клетку она способствует внутриклеточному отеку.
Регуляция объема экстра- и интравазальных жидкостей.
Осмотическая их активность одинакова, но капиллярная стенка
легко проницаема для всех низкомолекулярных веществ, но
непроницаема для высокомолекулярных молекул - следовательно
ведущую роль в регуляции играет содержание белков.
Обмен жидкости в тканях обуславливает:
1) гидростатическое давление крови и внеклеточной
жидкости;
2) свойства капиллярной мембраны: можно повысить
проницаемость (гистамин, ацетилхолин) и понизить проницаемость
(глюкокортикоиды);
3) содержание белка (при гипотиреозе повышается
концентрация белка во внеклеточной жидкости, что приводит к
развитию слизистого отека - микседеме).
Выведение воды и натрия складывается из:
1) их потерь через ЖКТ - вода 100 мл, натрий 5-10 ммоль
(особенно при рвоте теряется большое количество натрия).
2) потеря воды через легкие 400-500 мл (но у детей бывает
синдром неадекватной гипервентиляции, что может привести к
развитию солевой лихорадки
3) испарение с поверхности кожи через потовые железы (у
неадаптированных потери воды преобладают над потерей натрия и
также может быть большая потеря калия. При адаптации к высокой
температуре потеря воды снижается на 30-40%, а натрия - на
60%. Повышают адаптацию к высокой температуре гормоны
вазопрессин и глюкагон.) В поте содержится 90 ммоль натрия и
10 ммоль калия.
4) основной путь - через почки, регулируется гормонами:
вазопрессин снижает выведение воды до 20% (повышает ее
реабсорбцию в дистальных канальцах). При недостатке
альдостерона (несахарный диабет) или при нечуствительности
рецепторов почки к вазопрессину возникает полиурия до 20-30
литров. Реабсорбция воды, зависящая от вазопрессина не зависит
от других факторов. Гипокалиемия и гиперкальциемия снижает
чувствительность рецепторов к вазопрессину, и вызывает
полиурию. (как быть при обильном потоотделении?). Снижение
секреции АДГ вызывают тиреоидные гормоны (а при гипофункции
щитовидной железы секреция вазопрессина усиливается, что ведет
к задержке воды - это второй механизм развития отеков).
Реабсорбция воды в почке связана с реабсорбцией натрия.
Увеличение реабсорбции натрия ведет к увеличению реабсорбции
воды - это механизм действия альдостерона. Подобным действием
обладают стероидные гормоны:глюкокортикоиды в больших дозах,
женские и мужские половые гормоны.
Особенности действия глюкокортикоидов - в физиологических
дозах это мощные диуретики, они стабилизируют почечную
мембрану и препятствуют действию АДГ
Натрийуретическим свойством обладают простагландины,
медуллин, натрийуретический фактор предсердия.
Нарушения водно-солевого гомеостаза. Снижение
содержания воды в организме (обезвоживание).
1.Изотоническая дегидратация. Способствующие факторы:
дефицит воды и натрия приводит к снижению объема внеклеточной
жидкости при сохранении нормального объема внутриклеточной -
может быть при обширных ожогах
2.Гипертоническая дегидратация - связана с дефицитом воды
в организме.Гиперосмолярность внеклеточной жидкости приводит к
тому, что вода из клеток переходит в сосудистое русло, что
способствует поддержанию артериального давления - может быть
при недостаточном поступлении воды в организм, избыточной
потере воды (несахарный диабет), "пустынной" потливости,
лихорадке, длительной физической нагрузке. Проявления:
повышение содержания натрия в крови и снижение ОЦК приводит к
снижению артериального давления, солевой лихорадке у детей,
расстройство сознания и в тяжелых случаях гибель.
3 Гипотоническая дегидратация связана с дефицитом натрия
в организме. Из-за недостатка натрия снижается осмотическое
давление внеклеточной жидкости и вода поступает в клетки,
повышается объем внутриклеточной жидкости, на первое место
выступают симптомы отека нервных клеток: головокружение,
повышение АД, тошнота, рвота. Эти явления могут наблюдаться
при недостатке минерало- и глюкокортикоидов.
Задержка воды - гипергидратация
1.Изотоническая гипергидратация - связана с избытком воды
и натрия в организме. Имеется повышение объема внеклеточной
жидкости при нормальном объеме внутриклеточной жидкости,
развивается отек. Может наблюдаться при вторичном повышении
уровня альдостерона и проявляется ослаблением сердечных
сокращений, потерей белка с мочой,что вызывает переход воды из
крови в межклеточную жидкость, снижение ОЦК, стимуляцию
ренин-ангиотензин-альдостероновой системы, задержку натрия и
воды, а трак как ОЦК не может восстановиться, то уровень
альдостерона остается высоким.(при болезнях печени нарушается
разрушение альдостерона).
2.Гипертоническая гипергидратация - обусловлена избытком
натрия в организме. Она приводит к гиперосмолярности крови и
межклеточной жидкости, повышению объема межклеточной жидкости
и снижению объема внутриклеточной. Проявляется высоким АД,
повышением концентрации натрия в крови и снижением
концентрации калия. Ее причиной может быть первичной повышение
уровня альдостерона или глюкокортикоидов в организме при
нормальном или повышенном потреблении соли
3.Гипотоническая гипергидратация - возникает при избытке
воды в организме. Приводит к повышению объема внеклеточной
жидкости, и поступление воды по осмотическому градиенту внутрь
клеток, их отеку. Проявляется поражением ЦНС: слабость,
головные боли, головокружения. Бывает при резком снижении
выделения мочи ниже уровня потребления воды: при гиперсекреции
АДГ олигоурия приводит к накоплению воды в организме.
Возникает парадоксальная ситуация : повышение объема ОЦК
приводит к угнетению секреции альдостерона, а секреция
атриального натрийуретического фактора повышается, что
усугубляет гипоосмолярность.
Калиевый гомеостаз.
Общее содержание калия в организме 3.5-4 тыс. ммоль. 90%
калия находится внутри клеток. Потери калия за сутки
складываются из потерь с калом - 2-10 ммоль, 5 ммоль с потом,
14 ммоль с мочой. Минимальная потребность - 25-30 ммоль,
оптимально - 50-100 ммоль в сутки. Уровень калия в крови 4-5
ммоль в литре.
Повышение содержания калия в крови вызывают гистамин,
ацетилхолин, закисление среды, прием с пищей. Снижают
глюкокортикоиды, защелачивание.
Обмен в почке: при защелачивании мочи повышается
выделение калия с мочой, а при закислении выделяются ионы
водорода.
Опасности гипокалиемии (меньше 6 ммоль на литр):снижается
возбудимость в возбудимых тканях из-за гиперполяризации,
снижается секреция соляной кислоты в желудке, на
электрокардиограмме снижен зубец Т - признак метаболического
нарушения процессов реполяризации. Опасности гиперкалиемии
(больше 8 ммоль) - остановка сердца в фазу диастолы.
Гиперкалиемия возникает при массивной гибели клеток в
организме, при переливании крови,, если кровь вводят быстро и
струйно (вследствие концентрационного градиента, направленного
из эритроцитов в кровь. Растворы, содержащие калий, всегда
вводят только капельно.
Кальциевый гомеостаз.
Значение кальция для организма: 1)кальций входит в состав
костной ткани, придает ей твердость 2)универсальная роль как
вторичного посредника действия гормонов на мембраны клеток.
Действие кальция заключается в том, что он способствует
сокращению мышц, амебовидному движению клеток крови
(лейкоцитов), фагоцитозу, делению и дифференцировке клеток,
свертыванию крови (превращению протромбина в тромбин),
движению сперматозоидов, влияет на секрецию желез,
нейромедиаторов в синапсах, участвует в метаболизме глюкозы в
клетке, изменяет возбудимость тканей за счет медленных
натриевых и кальциевых каналов, что приводит к снижению
возбудимости ( при снижении концентрации кальция возбудимость
возрастает, что может стать причиной тетанических судорог.
Содержание и распределение кальция в организме. - 1-1.5
кг, 95% процентов находится в костной ткани, 1% - во
внеклеточной жидкости.Кальций является "опасным" для клетки,
так как может связывать фосфат-ионы, поэтому в клетке имеются
мощные специальные системы защиты от избытка кальция:
1)селективная проницаемость мембраны для кальция (самая
низкая), 2)наличие кальциевой АТФ-азы которая выбрасывает
кальций из клетки или изолирует его в саркоплазматическом
ретикулуме, 3)наличие натрий-кальциевой обменной системы: на 3
иона натрия, вводимых в клетку выводится 1ион кальция,
4)высокая кальцийсвязывающая способность органелл клетки
(митохондрий, саркоплазматического ретикулума) и белков
клетки.
Схема баланса и перемещения кальция. С пищей в ЖКТ
поступает 25 ммоль, из них всасывается только 10 ммоль,
секретируется в просвет ЖКТ 20 ммоль, всасывается обратно 15
ммоль, итого выводится 15 ммоль
Во внеклеточной жидкости содержится 50 ммоль, во
внутриклеточной - 150 ммоль.
В почках фильтруется 260 ммоль, реабсорбируется 255 ммоль,
5 ммоль выводится с мочой. В костях имеется две фракции:
1)стабильный кальций -
30000 ммоль 2)лабильный - 150 ммоль. Между ними обмен - 8
ммоль в сутки, а между лабильной фракцией костей м и
межклеточной жидкостью - 20 ммоль.
Основную роль в обмене кальция играет ЖКТ.Усвоение его в
жКТ зависит от ряда причин:
1. Общее количество кальция в пище. Нормы потребления:
дети до 1 года - 400-600 мг в сутки, до 12 лет - 800-1000, до
18 лет - 1400-1800, взрослые - 600-1000 мг в сутки (минимум -
300-400).Для профилактики остеопороза пожилым и беременным
необходимо потреблять 1,5 г в сутки, кормящим матерям - 2 г.
Баланс кальция может быть положительным (задерживается в
организме) у растущих, беременных, кормящих. После
формирования скелета и до 30 лет баланс равновесный. После 30
лет баланс становится отрицательным, причем у женщин этот
процесс происходит более активно,так как у них меньше мужских
половых гормонов, и после менопаузы еще более усиливается.
После 80 лет все переломы происходят за счет остеопороза и
плохо заживают.
2.Влияет вид соли кальция: лучше всасывается лактат
кальция, карбонат кальция, хуже - хлорид.
3. Присутствие других веществ в пище: 1) фосфаты ухудшают
его всасывание, поэтому для ребенка оптимально женское молоко,
где кальция больше, чем фосфора, в отличие от коровьего; 2)
производные фитина (много в хлебе) связывают необратимо
кальций, что препятствует его всасыванию; 3)липиды и жирные
кислоты взаимодействуют с желчью и также препятствуют
всасыванию кальция.
4.Объем потребляемой пищи. Регуляция всасывания кальция
Регуляция осуществляется преимущественно витамином D3. Он
увеличивает синтез кальций-связывающего белка в энтероцитах,
увеличивает содержание в энтероцитах кишки фосфолипидов, что
повышает текучесть мембраны и ее проницаемость для кальция;
действует на межклеточные контакты и усиливает адсорбцию
кальция путем персорбции; стимулирует рост и дифференцировку
энтероцитов (что увеличивает всасывание как кальция так и
фосфора).
Синтез витамина D3 происходит в коже под действием
ультрафиолетового излучения с длинной волны 280-320 нм.
Сначала образуется провитамин D3, под действием тепла в коже
происходит его изомеризация в витамин D3, поступает в печень,
там присоединяется ОН группа во второе положение
(гидроксилирование), затем поступает в почки, где происходит
еще одно гидроксилирование в 1 положение и образуется активная
форма. В почках этот процесс регулирует паратгормон, женские и
мужские половые гормоны, гормон роста - стимуляторы
образования витамина D3.
Витамин стимулирует образование кальций-связывающего
белка во многих тканях,то есть стимулирует защиту клеток от
избытка кальция.
Витамин D3 в больших количествах токсичен, по своей
структуре близок к стероидным гормонам. В печени существует
специальный защитный механизм от его избытка.
Кортизол стабилизирует мембрану энтероцита и этим снижает
ее проницаемость для кальция.
Обмен кальция между межклеточной жидкостью и костью.
Содержание в крови - 2.12-2.6 ммоль в литре, две формы:
1 - ионизированный (60%), активный, который подвергается
регуляции, 2 - химически связанный с белком.
В кости имеются системы регуляции костной ткани:
1. Система ремодуляции костной ткани включает работу двух
видов клеток:остеокласты способствуют резорбции костной ткани,
остеобласты - ресинтезу. На остеокластах имеются рецепторы
глюкокортикоидов. Активация этих рецепторов увеличивает
чувствительность этих клеток к действию парат-гормона. У
женщин после менопаузы эти две системы активируются и
усиливается остеопороз кости. Прогестерон может вытеснять
кортизол из его связи с рецепторами остеокластов, что приводит
к снижению их чувствительности к действию парат-гормона.
2. Вторая система обеспечивает быстрый обмен кальция
между костями и межклеточной жидкостью. Она регулируется
активностью поверхностных остеоцитов, которая стимулируется
совместным действием витамина D3 и парат-гормона и приводит к
повышению уровня кальция в крови. Витамин D3 в физиологических
дозах повышает уровень кальция в крови за счет усиления
всасывания. Гиперкальциемия подавляет выделение парат-гормона
и усиливает выделение кальцитонина. В результате этого
повышается активность остеобластов, тормозится активность
омтеокластов и остеоцитов, стимулируется образование костной
ткани. Применение кальция в больших дозах характеризуется
прямым стимулирующим действием на остеоциты и сопровождается
разрушением костной ткани, "вымыванием" кальция
(остеомаляция).
3. Простые физико-химические реакции возникают между
костью и омывающей ее жидкостью, например взаимодействие слюны
с тканью зуба. Здесь кость представлена 1)органическим
матриксом - на 98 % состоит из белка и на 2% из клеток,
синтезирующих этот белок; 2) неорганическим матриксом - 95 %
апатиты и 5% другие соединения (натрия). Содержание кальция в
апатитах может меняется от 8 до 12, может меняться и
содержание анионов, но структура сохраняется, содержание групп
ОН может меняться даже на фтор, что способствует резорбции
кости.
Важное значение для поддержания структуры зуба (кости)
имеет перенасыщенность растворов фосфат-ионами и кальцием.
Насыщенность РО4 определяет кислотность среды. Если рН
снижается меньше 6 то в крови будут преобладать ионы Н2РО4,
которые способствуют вымыванию кальция из кости. При рН
6.8-7.5 преобладают ионы НРО4 и кость находится в стабильном
состоянии. При рН выше 7.5 преобладают ионы РО4, что
способствует вхождению кальция в кость и костеобразованию (эти
же закономерности справедливы и для камнеобразования в желчном
пузыре и почках). Остеобласты продуцируют щелочную фосфатазу,
которая угнетает остеокласты и остеоциты.