Клиническая химия в диагностике и лечении. Обмен натрия и воды обмен калия лечение диуретиками гомеостаз ионов водорода
 Скачать 3.99 Mb.
|
ОБМЕН НАТРИЯ И ВОДЫПроцессы регуляции баланса воды и натрия в организме настолько взаимосвязаны, что их невозможно рассматривать отдельно. В норме натрий является количественно преобладающим внеклеточным катионом, который (в сочетании с ассоциированными анионами) в значительной мере определяет осмотические давление внеклеточной жидкости (ВКЖ). Оно зависит от концентрации и изменяется при колебаниях скорее относительных (а не абсолютных) величин содержания воды и натрия. Нарушение соотношения между последними приводит к гипо или гипернатриемип, а наблюдаемые клинические симптомы отражают последующие изменения осмотического давления. Если организм теряет эквивалентные количества натрия и воды, то это не влияет на осмоляльную концентрацию. Наблюдаемые гфи этом клинические симптомы идентичны таковым при неадекватном объеме циркулирующей крови. Изменения объема и осмотического давления могут происходить одновременно. Процессы переноса ионов натрия, калия и водорода через клеточные меморань! части являются взаимосвязанными. Нарушения гомеостаза ионов калия и водорода обычно сопровождают нарушения гомеостаза натрия. Одновременно могут происходить изменения соотношений таких ассоциированных анионов, как хлориды и бикарбонаты. Все эти факты следует учитывать при оценке результатов клинических исследований. БАЛАНС ВОДЫ И НАТРИЯ Организм человека, масса которого составляет 70 кг, содержит примерно 45 л воды и 3000 ммоль осмотически активного натрия. Поддержание гомеостаза организма зависит от равновесия между поступлением и выведением. Вода и электролиты поступают в организм с пищей и питьем и теряются с мочой, калом и потом. Кроме того, примерно 500 мл воды в сутки выводится из организма с выдыхаемым воздухом. Выведение через почки и желудочнокишечный тракт Обмен воды и электролитов в почках и в кишечнике во многом сходен. Общие потери в обоих случаях зависят от баланса между объемами фильтрата, полученного в проксимальных отделах, и материала, реабсорбированного в более дистальных отделах. Это соотношение могут нарушить любые факторы, воздействующие либо на пассивную фильтрацию, либо на функционирование эпителиальных клеток. В дополнение к тем примерно 200 л воды и 30 000 ммоль натрия, фильтрирующимися почками, еще 10 л воды и 1500 ммоль натрия ежесуточно поступают в желудочнокишечный тракт. Путем пассивной фильтрации организм мог бы примерно за 3 ч потерять всю внеклеточную воду и весь натрий. В норме 99% воды и натрия первичной мочи реабсорбируются. В конечном счете за сутки из организма выводится с мочой примерно от 1,5 до 2 л воды и 100 ммоль натрия; с фекалиями — 100 мл воды и 15 ммоль натрия. Нарушение функционирования механизмов всасывания вызывает резкие отклонения от нормы процессов обмена воды и натрия. Пассивная фильтрация. Основная масса воды и электролитов, которые заполняют почки и кишечник, проникают в них из плазмы крови путем ультрафильтрации через биомембраньт почечных клубочков и через так называем1э1е «плотные сочленения» между эпителиальными клетками, выстилающие просветы почечных канальцев или кишечника. Эти сочленения далеко не так «плотны», как это считают. Они легко проницаемы для воды, а также (хотя и в несколько меньшей степени) для небольших молекул и ионов. Наиболее важным фактором, поддерживающим фильтрацию в почках и в тонком кишечнике, находящемся в состоянии покоя, является гидростатический градиент между плазмой крови п содержимым органов. После приема пищи поступление жидкости в просвет кишечника значительно возрастает благодаря временному увеличению осмоляльности содержимого кишечника при частичном переваривании продуктов питания. Активно секретируемые пищеварительные соки составляют лишь небольшую долю общего объема содержимого кишечника. Чрезмерное введение в организм жидкостей с лечебными целями может (путем усиления кровотока в почках и кишечнике, а также путем снижения осмотического давления коллоидов в кровеносных капиллярах) вызвать слишком большую пассивную потерю жидкости организмом. Высокая концентрация растворимых соединений в содержимом органов может вызывать осмотический диурез или осмотическую диарею. Реабсорбция основной массы веществ. Транспорт растворимых соединений через биомембраны сопровождается изоосмотическим перемещением воды. Основную массу растворимых веществ, всасывающихся в проксимальных отделах почечных капальцев или в находящемся в состоянии покоя тонком кишечнике, составляют натрий и ассоциированные с ним анионы. После приема пищи из содержимого кишечника всасываются главным образом растворимые соединения, образующиеся при ее переваривании. Дисфункция эпителиальных клеток обоих органов нарушает изоосмотическую реабсорбцию основной массы компонентов фильтрата и может нарушить диурез или вызвать диарею. Тонкая регуляция. Б дистальных отделах нефрона и кишсчпнi:a осуществляются процессы тонкой регуляции обмена воды и растворимых веществ. Клинически наиболее важны воздействия на почки антидиуретического гормона (АДГ) и альдостероиа. Потери с потом и выдыхаемым воздухом В норме за сутки с потом и с выдыхаемым воздухом из организма выводится до 900 мл воды. С потом за сутки организм теряет менее 30 ммоль натрия. Хотя АДГ и альдостерон влияют в определенной степени на состав пота, его выделение в первую очередь зависит от температуры тела. Выведение воды из организма с выдыхаемым воздухом зависит от частоты дыхания, не зависящей от потребностей организма в воде. В норме выведение воды из организма с потом и с выдыхаемым воздухом быстро компенсируется изменениями выведения воды через почки и желудочнокишечный тракт. Однако следует учитывать, что при обеспечении потребности организма в воде и натрии процессы их выведения с потим и выдыхаемым воздухом иг поддаются регулирующим воздействиям. Указанные процессы могут иметь важное значение в условиях нарушения функционирования гомеостатических механизмов и при сильном истощении тканевых резервов в результате либо ограниченного потребления, либо чрезмерного выведения. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВОДЫ И НАТРИЯ В ОРГАНИЗМЕ При незначительных нарушениях обмена воды и электролитов их общее содержание в тканях может иметь меньшее значение, чем распределение в организме. Распределение электролитов В организме имеются два основных вида жидкости с разным составом электролитов, а именно: внутриклеточная, в которой преобладающим катионом является калий, и внеклеточная с преобладанием натрия. Внеклеточную жидкость можно подразделить на ннтерстициальную (межклеточную) жидкость с очень низким содержанием белка, и интраваскулярную жидкость (плазму), содержащую белок в высокой концентрации. Распределение электролитов между клетками и внеклеточной жидкостью Внутриклеточная концентрация натрия составляет менее '/ю его содержания во внеклеточной жидкости (ВКЖ), тогда как концентрация калия внутри клеток примерно в 30 раз выше, чем вне их. Если оценивать абсолютные величины, то приблизительно 95% натрия, участвующего в обмене веществ, находится вне клеток и примерно такая же доля калия — внутри клеток. Для того чтобы поддерживать эти различия в концентрации электролитов, необходимы затраты энергии. Другие ионы имеют тенденцию перемещаться через клеточные мембраны попутно с натрием и калием. Мы уже упоминали об ионах водорода. Ионы магния и фосфатов, например, преобладают внутри клеток, а хлоридов — вне клеток. На распределение всех этих ионов, а также бикарбонатов воздействуют те же факторы, которые влияют на распределение натрия и калия. Распределение электролитов между плазмой и интерстициальной жидкостью Эндотелий кровеносных сосудов в отличие от клеточных мембран проницаем для небольших ионов. В плазме, но не в интерстпциальной жидкости имеются значительные концентрации белка. Концентрации электролитов поэтому несколько выше в интерстпциальной жидкости, благодаря чему уравновешивается изоосмотпческое воздействие концентрации белков внутри сосудов. Различия в концентрации электролитов настолько малы, что пмп можно пренебречь. Практически можно считать, что содержание электролитов в плазме отражает в целом их концентрацию во внеклеточной жидкости. Распределение воды в организме Немногим более половины воды организма находится внутри клеток. Из общего количества внеклеточной воды примерно 15— 20% приходится на плазму. Все остальное составляет внесосудпстая внеклеточная интерстициальная жидкость. Проникновение воды через стенки клеток определяется существующей in vivo разницей осмотического давления между внутрии внеклеточными жидкостями. Перемещение воды через стенки кровеносных сосудов зависит от соотношения in vivo эффективного осмотического (или онкотического) давления плазмы крови п общего наружного гидростатического давления. Понимание этих факторов важно для правильной интерпретации результатов исследований электролитов плазмы крови. Осмотическое давление Общее движение воды через мембрану, проницаемую только для воды, зависит от разности концентраций растворенных веществ по обе стороны мембраны. При любой данной концентрации (масса/объем), чем больше частицы, или чем больше их молекулярная масса, тем меньше их число в единице объема, п тем меньшим будет оказываемый ими осмотический эффект. Однако если мембрана свободно проницаема не только для воды, но и для небольших частиц, то они не оказывают осмотического эффекта; на движение воды оказывают воздействие более крупные молекулы. Три фактора важно учитывать при объяснении распределения воды в организме: 1) число частиц в единице объема; 2) концентрационный градиент по обе стороны мембраны; 3) соотношение между размером частиц и проницаемостью мембраны. Осмотическое давление плазмы: распределение воды по обе стороны клеточных мембран Определения понятий осмолярность и осмоляльность см. ниже. Измеряемая осмоляльность плазмы крови. Осмотическое давление плазмы крови обычно измеряют по разности точек замерзания чистой воды и плазмы. Полученный результат дает сведения об общем осмотическом давлении или об осмотическом эффекте, который оказывала бы совокупность всех растворенных молекул и ионов в системе с мембраной, проницаемой только для воды. Табл. 1 показывает, что наиболее значительный вклад (90% и более) в поддержание величины осмотического давления вносят натрий п ассоциированные с ним анионы (главным образом хлориды); воздействие белков при этом настолько мало, что им можно пренебречь. Единственное существенное различие между жидкостью, находящейся вне сосудистого русла, и плазмой крови заключается в содержании белка. Т а. б л и ц а 1. Приблизительные величины вкладов компонентов плазмы крови в поддержание ее осмоляльности
Поэтому общая осмоляльность плазмы крови почти идентична осмоляльности жидкости, омывающей клетки. Разницей между величинами гидростатического давления по обе стороны клеточных мембран можно пренебречь. Степень гидратации клетки определяется разностью осмотического давления между внутри и внеклеточными жидкостями. Клеточные мембраны свободно проницаемы для воды. Отдельные химические соединения диффундируют или подвергаются активному переносу через биомембраны с разной скоростью. Однако скорость диффузии в клетку воды всегда выше скорости диффузии растворенных в ней веществ. В норме общая внутриклеточная осмоляльность, зависящая главным образом от калия и ассоциированных с ним анионов, равна осмоляльности ВКЖ, определяемой преимущественно натрием и ассоциированными анионами. Поэтому общее перемещение воды в клетки или из них в конечном счете не происходит. При патологических состояниях быстрые изменения внеклеточной концентрации растворимых веществ влияют на гидратацию клеток. Более медленные изменения, когда успевает произойти перераспределение растворимых веществ, оказывают на гидратацию клеток меньшее воздействие. Поскольку у здоровых лиц натрий и ассоциированные с ним анионы определяют по меньшей мере на 90% величину осмоляльности плазмы крови (см. табл. 1), быстрые изменения концентрации натрия влияют на гидратацию клеток. При этом повышение концентрации натрия вызывает дегидратацию клеток, а уменьшение — чрезмерную гидратацию. При нормальном содержании мочевины и глюкозы они вносят очень небольшой вклад в создание измеряемой величины осмоляльности плазмы крови. Однако указанные соединения приобретают важное в этом отношении значение в тяжелых случаях уремии и гнпергликемии, когда концентраптш мочрвипм п г.тюкозы в плл.члт кропи пплрагтлтлт в 15 тт бплее раз по сравнению с нормой. Скорость диффузии в клетки мочевины примерно в 100 000 раз меньше, чем воды. Это обстоятельство уменьшает воздействие мочевины на осмотическое давление при длительной уремии; изменения гидратации клеток могут происходить при внезапных колебаниях содержания мочевины. Глюкоза быстро потребляется в процессах обмена веществ в клетках, куда она поступает благодаря процессам активного переноса, и внутриклеточное содержание глюкозы обычно бывает низким. Лишь при значительной гипергликемии существенно изменяется гидратация клеток. Хотя уремия и гипергликемия могут привести к дегидратации клеток, однако воздействие нормальных концентраций мочевины и глюкозы на осмоляльность плазмы крови настолько мало, что уменьшение содержания этих растворимых веществ (в противоположность уменьшению содержания натрия) не вызывает чрезмерной гидратации клеток. Поскольку скорость изменения является даже более важной, чем абсолютная величина концентрации, слишком усердное лечение в случаях выраженной гипернатриемии (введением гипотонических жидкостей), уремии (гемодиализом) или гипергликемии (большими дозами инсулина) может вызвать опасную повышенную гидратацию клеток головного мозга. Концентрации других растворимых веществ, таких как кальций, калий или магний, которые оказывают лишь небольшое воздействие на осмоляльность плазмы крови, даже при патологических состояниях редко изменяются более чем в 3 раза и не оказывают существенного влияния на изменения осмоляльности. Такие вещества как маннит, которые не подвергаются активному переносу в клетки, можно вводить внутривенно для уменьшения отека головного мозга. Эти соединения используют и как осмотические диуретики. (Гипертонические растворы глюкозы или мочевины также применяют для этих целей.) Они влияют на результаты измерении общей осмоляльности плазмы крови. При содержании в плазме крови 100 мг/дл этилового спирта осмоляльность измеряется примерно на 20 ммоль/кг. Рассчитанная осмолярность плазмы крови. Мы должны стремиться к тому, чтобы охарактеризовать осмотический эффект как функцию разности концентраций внутри и внеклеточной жидкостей. Даже если бы оказалось возможным измерить осмоляльность плазмы крови со 100% точностью, мы все же смогли бы лишь грубо оценить величину осмоляльности клетки на основе данных о предшествующих стадиях ее развития и проницаемости клеточных мембран для растворимых компонентов плазмы крови, имеющих наибольшее значение для изменения осмоляльности. Почти во всех случаях показатели осмолярности плазмы крови, вычисленные на основании данных о концентрациях натрия, мочевины и глюкозы, и правильно интерпретированные, следует считать не менее (по крайней мере клинически) информативными, чем результаты измерений истинной осмоляльпости плазмы крови. Преимуществом метода, основанного на вычислениях, является возможность илрнтифттштровать рпстпори.иытт компонент, имрющпй nailбольшее значение для осмоляльности клетки. Из множества предложенных формул приведенная ниже представляется нам простой и удовлетворяющей предъявляемым к ней требованиям. Если все величины выражены в ммоль/л, то приблизительная величина общей осмолярности будет равна: 2[Na+]+[мoчeвинa]+[глюкoзa] Фактор 2, относящийся к величине концентрации натрия, учитывает ассоциированные анионы и предполагает полную ионизацию. Исключение из расчета калия частично компенсирует неполноту ионизации. Этот расчет не является правомерным, если в кровяном русле имеется неизвестное количество такого осмотически активного вещества, как маннит или этиловый спирт, а также в случаях выраженной гиперпротеинемии или липемии (см. раздел об осмолярности и осмоляльности). Осмотическое давление коллоидов плазмы: распределение воды по обе стороны стенок капилляров На распределение воды по обе стороны стенки кровеносных капилляров воздействует осмотический эффект белков плазмы крови, но не концентрация электролитов. Поддержание постоянства давления крови зависит от удерживания в сосудистом русле воды при гидростатическом давлении, превосходящем таковое интерстициальной жидкости. При этом гидростатическое давление способствует перемещению жидкости во внесосудистое пространство. В отсутствие эффективно противодействующего этому процессу осмотического давления произошла бы быстрая потеря воды из сосудистого русла. В отличие от клеточных мембран стенки капилляров проницаемы для небольших молекул. Поэтому натрий почти не оказывает осмотического эффекта в кровеносных капиллярах. Наименьшей из молекул, концентрация которых в кровотоке значительна, но вне кровеносных сосудов очень низка, является молекула альбумина (ОММ 65 000). В норме стенка капилляров мало проницаема для него. Поэтому концентрация альбумина является наиболее важным фактором, противостоящим общему наружному гидростатическому давлению. Белки с большей молекулярной массой, хотя в совокупности присутствующие почти в такой же концентрации (масса/объем) как и альбумин, имеют гораздо меньшее значение для осуществления указанного эффекта вследствие большего размера их молекул. Этот эффект осмотического давления в системах со стенками кровеносных сосудов представляет собой коллоидноосмотическое или онкотическое давление. Поскольку белки имеют весьма небольшое значение для величин измеряемой осмоляльпости плазмы крови (см. табл. 1), результаты измерений осмоляльности не могут быть использованы для оценки осмотических эффектов по обе стороны стенок капилляров. | ||||||||||||||||||||||