Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с icon

Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с




НазваФизиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с
Сторінка29/42
Дата21.09.2012
Розмір7.64 Mb.
ТипДокументи
1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   ...   42
^

Глава 31. ВОДНЫЙ И ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ БАЛАНС. П. Детьен

31.1. Водный баланс

Поглощение и выведение воды

Количество воды в организме и ее распределение.

Человеческий организм в основном состоит из воды. Ее относительное содержание выше всего у новорожденных - 75% общей массы тела. С возрастом оно постепенно уменьшается и составляет в период завершения роста 65%, а у пожилых людей-всего лишь 55%.

Содержащаяся в организме вода распределена между несколькими жидкостными компартментами (рис. 31.1). В клетках (внутриклеточном пространстве) находится 60% ее общего количества: остальное-это внеклеточная вода в межклеточном пространстве и плазме крови, а также в составе так называемой трансцеллюлярной жидкости (в спинномозговом канале, камерах глаза, желудочно-кишечном тракте, экзокринных железах, почечных канальцах и мочевых протоках).

Видный баланс. В организме человека постоянно накапливаются вещества, которые должны удаляться почками - около 1200 мосмоль в сутки при обычном питании. К ним относятся конечные продукты метаболизма (например, мочевина, креатинин, мочевая кислота) и различные ионы (сульфат, фосфат, аммоний и т.д.). также преимущественно возникающие при расщеплении белков. Если содержание солей в пище больше необходимого, их избыток должен выводиться из организма. Поскольку концентрация мочи, образуемой почками, может быть в четыре раза выше плазматической, 1 л раствора в сутки достаточно для выведения всех этих веществ. Помимо этой обязательной потери воды через почки еще 100 мл ее ежедневно выводится с калом. И наконец, немало воды покидает организм при «неощущаемой потере воды» (с. 672) за счет испарения и диффузии с поверхности кожи, а также с выдыхаемым воздухом. Такая потеря воды уносит немногим более 0,5 мл воды в час на 1 кг массы тела, т.е. около 900 мл в сутки у человека массой 70 кг. Таким образом, в целом ежесуточно мы

теряем 2 л воды (рис. 31.2), которые должны возместить из внешних источников.

Лишь около половины этого количества поступает при питье. Практически столько же мы получаем в составе твердой пищи. Как и человек, животные и растения, служащие нам пищей, состоят в основном из воды. Безусловно, существует значительная разница между, например, жирным беконом (10% воды) и спелым персиком (95% воды), однако в среднем содержание воды в обычном смешанном рационе можно принять за 60%. Кроме того, в водный баланс включается и вода как продукт окисления питательных веществ. При окислении в организме каждого грамма углеводов образуется 0,6 г воды. Для жиров из-за относительно высокого содержания в них водорода аналогичное соотношение составляет 1 мл/г, а для белков - только 0,4 мл/г. При смешанном рационе





Рис. 31.1. Распределение воды в организме взрослого человека по четырем жидкостным компартментам

^ 814 ЧАСТЬ VIII. ПИТАНИЕ, ПИЩЕВАРЕНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ



Рис. 31.2. Составляющие суточного водного баланса. В организме всегда происходит на некотором среднем уровне оборот воды, который может существенно возрастать при избыточном ее потреблении. Если такое потребление не обусловлено внепочечной потерей воды (с потом, выдыхаемым воздухом, при рвоте, поносе и т.д.), оно компенсируется возрастающим диурезом

при минимальном обороте воды около 10 л ее должно реабсорбироваться в пищеварительном тракте. Из этого количества 2/3 всасывается в тонком кишечнике, а остальная часть - в толстом; всего 1% воды теряется с калом.

Даже при питье чистой воды лишь небольшое ее количество всасывается непосредственно за счет осмотического градиента. Очень быстро содержимое желудочно-кишечного тракта становится изотоничным жидкостям тела благодаря поступлению осмотически активных веществ. Этот процесс начинается в желудке с секреции HCl (рис. 31.3, А); основные ионы, поступающие в двенадцатиперстную кишку,-+ и НСО3 (рис. 31.3, ^ Б). Большая часть воды всасывается в тощей кишке путем изотонической реабсорбции, механизм которой примерно такой же, как в проксимальном извитом канальце (с. 793). Движущая сила в обоих случаях - электрохимический градиент ионов Na + , создаваемый активным транспортом при участии натриево-калиевой АТФазы. На первый взгляд сопряжение реабсорбции воды в кишечнике с энергозависимым транспортом электролитов может показаться излишним. Однако благодаря ему поступление воды в организм происходит медленно и в течение длительного времени. Если бы вода не превращалась в осмотически активный раствор, она быстро поступала бы в чрезвычайно проницаемую для нее стенку тонкой кишки, уже через несколько секунд попадала бы в кровь и при потреблении в большом количестве могла бы создать перегрузку правой половины сердца, приводящую к сердечной недостаточности.


общий выход воды за счет окислительных процессов-около 300 мл в день. На рис. 31.2 показан только минимальный оборот воды при «средних» условиях жизни. Баланс сильно варьирует в зависимости от обстоятельств. При пище, бедной солями и белком, количество веществ, подлежащих удалению с мочой, может снизиться до примерно 200 мосмоль в сутки. Соответственно количество воды, необходимое для выведения их в растворе, уменьшается до 1/6, а общая потребность в воде-примерно на 40%.

С другой стороны, перегрев организма может привести к значительной потере воды с потом. У человека, выполняющего тяжелую физическую работу при очень высокой температуре окружающей среды (например, в доменном цехе), скорость потоотделения достигает 1,6 л/ч, что требует дополнительного потребления 20 л воды в сутки.
^
Реабсорбция воды в кишечнике

Желудок, тонкий кишечник и связанные с ними железы ежесуточно выделяют в желудочно-кишечный тракт 7—8 л различных секретов (с. 773). Даже





Рис. 31.3. Абсорция воды в кишечнике и осморегуляция (А-И: см. текст)

ГЛАВА 31. ВОДНЫЙ И ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ БАЛАНС 815
^
Регуляция водного баланса

Осморегуляция. Превращение поступившей в организм чистой воды в изотоничный плазме крови раствор - первая реакция организма и одновременно сигнал для следующего этапа. Начальное (незначительное) поступление воды и последующий выход ионов Na+ и Cl из крови воротной вены делают эту кровь слегка гипотоничной (рис. 31.3, А, Б). Она поступает в печень, которая теперь работает как осмометр, поглощая своими клетками воду (рис. 31.3, Г). Содержание воды здесь может увеличиваться на 30%. Такое физиологическое набухание печени возбуждает ее осморецепторы. Сигналы от этих клеток по афферентным нервам достигают гипоталамуса, где тормозят образование и высвобождение АДГ (рис. 31.3, Г).

Снижение АДГ-активности стимулирует водный диурез в почках (рис. 31.3, И) в момент, когда реабсорбция воды в кишечнике только достигает максимума. Таким образом, печень - это аванпост гомеостатической регуляции водного баланса.

Только когда способность печени поддерживать равновесное состояние исчерпывается, осмолярность артериальной крови начинает падать. Это регистрируется крайне чувствительными осморецепторами гипоталамуса (рис. 31.3, Ж), реагирующими на изменения всего лишь на 2-3 мосмоль/л. Они усиливают ингибирование синтеза АДГ и несут главную ответственность за интенсивность и продолжительность водного диуреза.

^ Регуляция объема. Когда жидкость потребляется в виде не чистой воды, а изотонического раствора, например с подсоленным по вкусу супом, ни периферические, ни центральные осморецепторы не улавливают изменения количества воды в организме. Однако поступление изотонической жидкости во внеклеточное пространство регистрируют «волюморецепторы» (рецепторы объема) в области низкого давления кровеносной системы (рис. 31.3, Д). Их очень много в стенках крупных вен грудной клетки и еще больше в предсердиях (разд. 20.9). Адекватный стимул для них - растяжение стенок по мере увеличения объема жидкости в просвете этих органов. Сигналы от рецепторов объема передаются в супраоптическое ядро гипоталамуса, где (как и в случае осморецепторов) ингибируют образование АДГ. Однако волюморецепторы значительно менее чувствительны, чем осморецепторы (рис. 31.4), и соответственно не так эффективно регулируют синтез АДГ, поэтому для выведения изотонического раствора и восстановления нормального объема требуется больше времени.

^ Уменьшение объема жидкости в организме приводит к совершенно иным последствиям. Если внеклеточная среда становится при этом более




Рис. 31.4. Различная секреция АДГ е ответ на изменения осмолярности внеклеточной жидкости, объема крови и артериального давления [15]

концентрированной из-за потери главным образом воды (например, при потоотделении у адаптированного к жаре человека), высокочувствительные центральные осморецепторы обеспечивают высокую активность АДГ, так что почки удерживают воду с максимальной возможной эффективностью. Возникающая одновременно жажда приводит к потреблению воды, достаточному для восстановления нормальных объема и осмолярности жидкости.

Волюморецепторы практически нечувствительны к небольшому уменьшению объема (рис. 31.4). Однако, если оно превышает пороговое значение (объем крови снижается более чем на 350 мл), происходит экспоненциальное усиление их реакции и соответствующее возрастание синтеза АДГ. Если происходит резкое падение артериального давления, данный эффект усиливается стимуляцией образования АДГ барорецепторами дуги аорты и каротидного синуса (разд. 20.9) (рис. 31.3, E). За счет синаптического переключения в ядре одиночного тракта и самом заднем поле (area postrema) они тоже стимулируют синтез АДГ в супраоптическом ядре. Когда возникает острая опасность нестабильности кровообращения, «иерархия» восстановления водного баланса изменяется: над осморегуляцией начинает преобладать регуляция объема. Например, при потере значительного количества воды и солей (при кровотечении, чрезмерном потоотделении у неадаптированного к жаре человека и т. п.), в первую очередь пополняется объем жидкости за счет питья, даже если в результате существенно понизятся внеклеточная концентрация натрия и осмотическое давление. В этом случае осморецепторы «требуют» блокировки высвобождения АДГ, однако их сигналы «отменяются» гораздо более

^ 816 ЧАСТЬ VIII. ПИТАНИЕ, ПИЩЕВАРЕНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ

мощными, поступающими от волюмо- и барорецепторов и стимулирующими синтез этого гормона. Важнее предотвратить острую сосудистую недостаточность из-за дефицита объема жидкости, чем устранять гипонатриемию, связанную с разбавлением крови.

Однако в долгосрочной перспективе оптимальный объем внеклеточной жидкости может поддерживаться только при адекватном поступлении NaCl. Таким образом, регуляция баланса NaCl (с. 798)важный элемент регуляции объема.

Жажда. Потеря воды в количестве примерно 0,5% массы тела вызывает чувство жажды, а оно в свою очередь-стремление пить воду, причем адаптации к этому чувству не происходит. Оно бывает обусловлено как возрастанием осмотической концентрации внеклеточной жидкости (гиперосмотическая жажда), так и сокращением объема изотонического раствора (гиповолемическая жажда).

^ Гиперосмотическая жажда может вызываться как абсолютным (например, при потоотделении), так и относительным, например при употреблении соленой пищи, дефицитом воды. Считается, что реальный стимул, возникающий в этих условиях,осмотическое сжатие клеток в области центральных осморецепторов около супраоптического ядра гипоталамуса ΠΊ (рис. 31.5). Гиповолемическая жажда





Рис. 31.5. Схема осмотической и неосмотической регуляции синтеза АДГ в нейронах супраоптического и паравентрикулярного ядер гипоталамуса

стимулируется иначе, поскольку потеря изотонической жидкости (например, при донорской сдаче крови) не приводит к сжатию клеток. Многое свидетельствует о том, что в данном случае сигнальным веществом служит ангиотензин [14]. Его внутривенное введение вызывает жажду, причем инъекция непосредственно в гипоталамус значительно более эффективна. Это согласуется с наблюдаемыми при дефиците объема жидкости активацией ренин-ангиотензиновой системы (с. 787) и ростом плазматической концентрации ангиотензина. Более того, фермент ренин, катализирующий образование ангиотензина, присутствует не только в почках, но и в головном мозгу, где может участвовать в местной регуляции жажды.
^
Жидкостные компартменты

Объем внутриклеточной жидкости. Как говорилось выше (с. 813); - вода в организме распределена по нескольким компартментам. Объем жидкости в каждом из них варьирует в очень незначительных пределах. Система регуляции внеклеточного объема жидкости, описанная в предыдущем разделе, во многом отвечает и за ее внутриклеточный объем. Это связано с тем, что клеточная стенка проницаема для воды, но задерживает поступление внутрь натрия и препятствует его накоплению там благодаря работе натриево-калиевой АТФазы - встроенного в мембрану фермента, активно переносящего Na+ наружу. Иными словами, клеточная мембрана полупроницаема относительно Na+ , важнейшего компонента внеклеточной жидкости. Увеличение в ней концентрации Na+ повышает осмотическое давление и приводит к выходу воды из клетки; уменьшение его концентрации приводит к противоположному эффекту.

В принципе низкая проницаемость клеточной стенки для Nα+ дает тот же результат, что и ее непроницаемость для внутриклеточных белков. В обоих случаях устанавливается равновесие ГиббсаДоннана (с. 790), но с противоположным распределением ионов. Внеклеточный Na+ компенсирует осмотическую силу внутриклеточных белков, предотвращая набухание клеток или увеличение внутри них гидростатического давления из-за притока воды. Однако поскольку клеточная мембрана неспособна полностью предотвратить пассивный приток натрия, обусловленная им внеклеточная осмотическая сила существует только тогда, когда его медленно поступающие в клетку ионы удаляются натриевокалиевым насосом. Если активный транспорт Na+ блокирован ядами (например, уабаином) или метаболические процессы, генерирующие энергию для активного транспорта, прекращаются (в силу недостатка О2, истощения субстрата, отравления цианидом или понижения температуры), приток

^ ГЛАВА 31. ВОДНЫЙ И ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ БАЛАНС 817



Рис. 31.6. Регуляция объема внутриклеточной жидкости с помощью натриево-калиевого насоса. Блокирование насоса под влиянием метаболических ядов, дефицита 02 или пониженной температуры приводит к набуханию клетки

Na+ в клетку продолжается до тех пор, пока его внутриклеточная концентрация не сравняется с внеклеточной. Одновременно уже не поддерживается высокая в норме внутриклеточная концентрация калия; ее трансмембранный градиент снижается, электрический заряд мембраны -также, и мембрана перестает служить препятствием для притока Cl в клетку. Вслед за NaCl туда же поступает вода, и клетка набухает (рис. 31.6).

^ Измерение объемов жидкостных компартментов.

Содержание воды как во всем организме, так и в различных его компартментах можно измерить методом разведения соответствующего индикатора. Если известное количество индикатора ввести в компартмент неизвестного объема и дать вешеству равномерно распределиться, этот объем можно рассчитать по конечной концентрации (С) индикатора. Поскольку она определяется как количество вещества (Q) в некотором объеме (V), С = Q/V, а, следовательно,

(1)

Для такого определения общего объема воды в организме используют тяжелую воду (D2O), меченную тритием воду (ТНО), или вещества, легко проходящие через клеточную мембрану, например антипирин. Объем внеклеточной жидкости измеряют с помощью соединений, свободно проникающих через эндоделий капилляров, но не способных диффундировать через клеточную мембрану, в частности инулина (с. 790) или тиосульфата. Объем плазмы можно определить, используя вещества, прочно связывающиеся с альбуминами (скажем, радиоактивный 131I или краситель синька Эванса), и поэтому остающиеся в просвете кровеносных сосудов. Объем внутриклеточной жидкости находят по разности между общим и внеклеточным объемами, а межклеточной - по разности между внеклеточным и плазматическим. Поскольку все указанные выше индикаторы попадают в плазму, их



Таблица 31.1. Относительное содержание воды в различных органах и тканях [16]

Ткань или орган

Содержание воды, %

Процент от веса тела

Количество воды (кг) в организме человека массой 70 кг

Кровь

83,0

8,0

4,65

Почки

82,7

0,4

0,25

Сердце

79.2

0,5

0,28

Легкие

79,0

0,7

0,39

Селезенка

75,8

0,2

0,10

Мышцы

75,6

41,7

22,10

Мозг

74,8

2,0

1,05

Кишечник

74,5

1,8

0,94

Кожа

72,0

18,0

9,07

Скелет

22,0

15,9

2,45

Жировая ткань

10,0

10-50

0,70

концентрацию легко определить, анализируя кровь. Это, правда, осложняется тем, что за время распределения некоторая их часть выводится из организма. Поэтому на практике берут несколько образцов крови, начиная вскоре после введения индикатора; анализируя их, путем экстраполяции можно определить равновесную концентрацию, которая была бы достигнута, если бы не было экскреции (рис. 31.7).

^ Содержание воды в различных органах и тканях.

Методом разведения индикаторов определяют общее количество воды в жидкостных компартментах организма. Однако ее содержание в различных органах и тканях весьма неодинаково (табл. 31.1). Например, в жировой ткани ее меньше всего -только 10%. У взрослого человека (как и у других млекопитающих) на долю воды в среднем приходится





Рис. 31.7. Определение объема жидкости в организме методом разведения индикатора (его вводят в момент «0»). Каждвя точка графика соответствует концентрации индикатора в образце крови, взятом в указанное время. Равновесную концентрацию, которая была бы достигнута, если бы индикатор не выводился из организма, определяют, продолжив кривую экскреции до оси ординат

^ 818 ЧАСТЬ VIII. ПИТАНИЕ, ПИЩЕВАРЕНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ



Рис. 31.8. Соотношение между относительными содержаниями жира и воды в организме [13]

73% массы всех тканей, кроме жировой. Эту величину можно использовать для определения относительного содержания жира в организме по формуле

(2)

Соответствующий график представлен на рис. 31.8. Можно видеть, что у молодых людей при общем содержании воды в организме, равном 65% массы тела, в норме около 10% его приходится на жировые отложения. При ожирении масса жировой ткани может достигать 50%; тогда содержание воды в организме составляет всего лишь 37%.
^

31.2. Электролитный баланс


Как описано выше, состав жидкости в компартментах организма регулируется за счет транспорта электролитов. Таким образом, водный и электролитный балансы функционально неразделимы.
^
Концентрация электролитов

Внеклеточная и внутриклеточная концентрация.

В условиях равновесия осмотическое давление внутриклеточной и внеклеточной жидкостей одинаково. Однако концентрации в них отдельных электролитов заметно различаются (табл. 31.2). Поскольку концентрации белков также неодинаковы, эти различия частично описываются уравнением Гиббса Доннана (с. 790). Однако более существенна здесь непрерывная активность натриево-калиевой АТФазы в клеточной мембране, благодаря которой ионы Na+, преобладающие во внеклеточной жидкости, внутри клетки присутствуют в низкой концентрации, а К+-в высокой. Внутриклеточная концентрация магния, хотя и заметно ниже, чем К+, также значительна. Среди анионов СГ и НСО3 преобладают вне клетки, а ионы фосфата -внутри.



Таблица 31.2. Концентрация электролитов в плазме крови (приведен разброс концентраций в норме) и внутриклеточной жидкости




Плазма крови, ммоль/л

Внутриклеточная жидкость, ммоль/л

Na+

142 (130 155)

10

К+

4 (3,2-5,5)

155

Са2 +

2,5 (2,1-2,9)

< 0,001и

Mg2 +

0,9 (0,7-1,5)

15

С1-

102(96-110)

8

НСО3

25 (23-28)

10

НРО24

1 (0,7-1,6)

652'

SO24

0,5 (0,3-0,9)

10

Органические кислоты

4

2

Белки

2

6

1) Свободный Са2+ в цитозоле. 2) Включая органические фосфаты.




Как в плазме, так и в клетках катионы и анионы находятся в равновесных концентрациях; соответственно положительные и отрицательные заряды взаимно компенсируются. Электронейтральность не выводится из молярных концентраций (табл. 31.2) из-за присутствия поливалентных носителей зарядов, особенно внутри клетки, поэтому для ясности на рис. 31.9 молярные концентрации заменены эквивалентами (см. ниже).

Двухвалентные ионы и в еще большей степени поливалентные белки вносят значительный вклад в равновесие зарядов. При pH, характерном для жидкостей организма, белки находятся в форме полианионов в среднем с 10 отрицательными зарядами на молекулу. Как показано на рис. 31.9, различное распределение одно- и поливалентных электролитов приводит к тому, что плотность электрического заряда внутри клетки примерно на 20% выше, чем во внеклеточной жидкости, хотя осмотические концентрации в обеих средах одинаковы.

Электрохимический эквивалент. Одновалентный катион или анион несет элементарный заряд, равный 1,6· 1019 кулонов (Кл). Таким образом, один моль одновалентного электролита соответствует заряду в 1,6· 1019 ·6,06· 1023 = = 96 490 Кл. Эту величину называют электрохимическим эквивалентом, или числом Фарадея (F). Эквивалентная концентрация рассчитывается по формуле

Концентрация·валентность = = моль·л1·F·моль1 = F·л1. (3)

Раньше было принято выражать концентрации всех электролитов в эквивалентах, и единицей измерения служил 1 мэкв/л. Однако с введением системы СИ следует перейти на молярные концентрации, особенно принимая во внимание трудности точного определения эквивалентов (например, в связи с зависимыми от pH или даже от концентрации различиями в степени диссоциации).

^ ГЛАВА 31. ВОДНЫЙ И ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ БАЛАНС 819



Рис. 31.9. Ионный состав вне- и внутриклеточной жидкостей
^
Баланс натрия и калия

Натрий. В организме человека массой 70 кг общее содержание натрия составляет 4200 ммоль. Только около 2,5% этого количества находится в клетках. Примерно 1/3 всего натрия прочно связана кристаллическими структурами костей и исключена из обменных процессов. Остальной натрий находится в диффузионном равновесии с натрием плазмы крови, что позволяет компенсировать его кратковременные потери, например при сильном потоотделении у неадаптированного к жаре человека или при поносе. Рацион питания и общие условия жизни в Центральной Европе обеспечивают среднесуточное потребление натрия человеком на уровне 160 ммоль, что соответствует 5% обменивающегося натрия. Очевидно, что скорость такого оборота нефизиологически высока и, вероятно, служит одной из причин широкого распространения артериальной гипертонии в индустриально развитых странах. У людей, живущих в примитивных условиях и редко страдающих от этого заболевания, оборот натрия более чем вполовину медленнее.

Калий. В противоположность натрию практически весь содержащийся в организме калий (примерно 3300 ммоль) включен в метаболизм. Только около 2,5% его количества находится во внекле-

точном пространстве. Поскольку потери К+ из внеклеточной жидкости (например, при поносе, злоупотреблении слабительными и мочегонными средствами, а также вследствие ацидоза) быстро компенсируются за счет его притока из клеток, концентрация этого иона во внеклеточном пространстве на большом протяжении времени обычно варьирует очень слабо. В результате критический дефицит К+, чреватый сердечно-сосудистыми и нервно-мышечными нарушениями, часто остается незамеченным при обычных обследованиях, когда определяют только его плазматическую концентрацию.
^
Баланс кальция и фосфата

Кальций. Кальций - важный компонент костей и зубов, поэтому в связи с большой массой скелета это количественно превалирующий катион в организме человека (28 моль на 70 кг массы тела). Только 1/100 всего кальция находится во внеклеточной жидкости: около половины этого количества - в форме ионов, остальное - в связанном состоянии (5-10%-с органическими кислотами, прочее-с белками). Внутриклеточная концентрация кальция составляет 107 моль/л, т.е. примерно на четыре порядка ниже внеклеточной.

У многих клеток изменение внутриклеточной концентрации Са2+ свидетельствует о тяжелых функциональных нарушениях [17]. Например, ионы кальция контролируют электрохимическое сопряжение при сокращении мышц (разд. 4.2), влияют на натриевую проводимость возбудимых клеток (разд. 2.2), а также многих невозбудимых, увеличивают проницаемость клеточной мембраны для К+, воздействуют на работу ионных насосов, способствуют высвобождению нейромедиаторов в синапсах (разд. 3.3), стимулируют секреторную активность экзокринных желез, обеспечивают высвобождение гормонов, играют определенную роль в свертывании крови (разд. 18.6) и регулируют активность ферментов.

Очень низкая концентрация Са2+ в клетке поддерживается работой ионных насосов, встроенных в клеточную мембрану (разд. 1.2, с. 798). Поскольку в результате возникает высокий градиент концентрации ионов Са2+, даже небольшие колебания проницаемости мембраны приводят к существенным изменениям их внутриклеточного количества. Такие отклонения мембранной проницаемости обычно обусловлены внеклеточными факторами, например действием гормонов. Интенсивность притока кальция в клетку определяется как его внеклеточной концентрацией, так и количеством гормона или медиатора. Таким образом, нормальное протекание молекулярных процессов в клетке критически зависит от постоянства внеклеточной кон-

^ 820 ЧАСТЬ VIII. ПИТАНИЕ, ПИЩЕВАРЕНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ

центрации ионов Са2+ . Неудивительно, что существуют различные тонкие механизмы, поддерживающие такое постоянство; с этой регуляторной системой сравнима только система, контролирующая концентрацию ионов водорода.

Фосфат. Многие соединения, играющие ключевую роль в метаболизме клетки, представляют собой фосфаты (например, АТФ, цАМФ, креатинфосфат, ДНК и фосфолипиды). Однако внутриклеточное содержание этих соединений и реакции, в которых они принимают участие, почти не зависят от колебаний концентрации фосфата во внеклеточной жидкости, в результате его концентрация здесь регулируется не так строго, как концентрация Ca2+. Одно из последствий этого - фосфат при необходимости используется для удаления Н+ (с. 801). Большая часть фосфата в теле человека находится в костях, отчасти в виде аморфного фосфата кальция, но главным образом-в форме кристаллов гидроксиапатита.

^ Регуляция баланса фосфата кальция. Кости - важнейший резервуар Са2 + , из которого при падении его внеклеточной концентрации в любое время может мобилизоваться фосфат кальция. Самый быстрый и эффективный механизм этого процесса основан на действии ПГ (см. также с. 800), или паратгормона, вырабатываемого паращитовидными железами (рис. 31.10). Высвобождение ПГ индуцируется гипокалъциемией. В костях гормон стимулирует секрецию остеокластами органических кислот (лимонной, молочной или янтарной), которые растворяют щелочной апатит с образованием свободных ионов кальция и фосфата. Этот эффект оптимизируется одновременным двояким действием ПГ на почки: он повышает реабсорбцию Са2 + в дистальном канальце (с. 799), предотвращая потерю этого иона с мочой, и снижает порог для фосфата (с. 800) в проксимальном канальце, усиливая его экскрецию. Важно, что ПГ оказывает на выведение кальция и фосфата противоположное действие. Произведение растворимости фосфата кальция довольно низкое, и если концентрация Ca2 + и фосфат-ионов увеличивается, возникает опасность эктопического осаждения, т.е. образования осадка фосфата кальция вне костей (с. 806). Удаление фосфата почками предотвращает эту опасность и необходимо для устойчивого повышения внеклеточной концентрации Са2 + . Кроме того, мобилизация сильно щелочного фосфата кальция угрожает нарушением кислотно-щелочного равновесия. Развитие метаболического алкалоза предотвращается другим действием ПГ, а именно ингибированием карбоангидразы в щеточной каемке проксимального канальца, которое усиливает выведение бикарбоната.

Однако при длительном воздействии ПГ его высокая эффективность и быстрота регуляции внеклеточной концентрации Ca2 + потенциально могли бы привести к деминерализации костей. Этому противодействует другой механизм, также связанный с действием паратгормона. В течение короткого промежутка времени, пока ПГ сохраняет активность (период полураспада около 10 мин), он инициирует долговременную стабилизацию баланса фосфата кальция за счет активации (витамин D)гормона (разд. 17.7). Предшественники последнего поступают в организм с пищей (витамин D) или синтезируются в коже и печени. Превращение в активный (витамин D)-гормон (1,25-дигидроксихолекальциферол) происходит в печени и почках. Действие его в некоторой степени проявляется в самой почке, где он усиливает реабсорбцию кальция и фосфата. Однако его основная роль-индукция, некоторых эффекторных белков в кишечнике, которые обеспечивают устойчивую реабсорбцию фосфата кальция, поступившего с пищей. Благодаря этому же гормону фосфат кальция включается в кости.

Третий гормон, играющий особую роль в регуляции баланса фосфата кальция,- кальцнтонин (рис. 31.10). Он высвобождается щитовидной железой при гиперкальциемии (разд. 17.7) и способствует уменьшению концентраций кальция и фосфата в плазме крови за счет того, что стимулирует минерализацию костей и одновременно подавляет реабсорбцию этих ионов в почках и кишечнике.
^

31.3. Генерализованные нарушения водного и электролитного баланса


Многие факторы, способные нарушить водный и электролитный баланс организма, легче понять, классифицировав известные его нарушения следующим образом. Если потеря воды превышает ее потребление, речь идет об отрицательном водном балансе и дегидратации. Противоположная ситуация, т.е. накопление в организме избытка жидкости, - это положительный водный баланс, ведущий к гипергидратации.

Поскольку поступление и потеря воды и электролитов всегда происходит через внеклеточное пространство, следующий уровень классификации основан в первую очередь на изменениях внеклеточной жидкости. Точкой отсчета служит ее нормальная осмотическая концентрация, равная примерно 290 мосмоль/л (с. 807), называемая изотонической. Пониженная осмолярность-это гипотоническое нарушение, а повышенная—гипертоническое. Сочетание характера водного баланса с уровнем осмолярности позволяет выделить шесть возможных отклонений от состояния равновесия.

^ ГЛАВА 31. ВОДНЫЙ И ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ БАЛАНС 821





Рис. 31.10. Действие гормонов, регулирующих обмен кальция и фосфата, на почки, кишечник и кости [5]
Дегидратация

Изотоническая дегидратация. Данное состояние наступает при потерях изотонической жидкости: либо внеклеточной (кровотечения или просачивание межклеточной жидкости и плазмы крови через обширную ожоговую поверхность), либо большого количества трансцеллюлярной (при поносе, длительной рвоте, потоотделении у неадаптированного к жаре человека, а также использовании сильнодействующих препаратов для выведения солей). Поскольку относительные осмотические концентрации вне- и внутриклеточной жидкостей не меняются, объем последней остается постоянным. Клиническая картина определяется патологически низким объемом плазмы (гиповолемиеи), вызывающим нарушения кровообращения (тахикардию, падение кровяного давления и возможность острой сосудистой недостаточности, способной привести к гиповолемическому шоку).

^ Гипотоническая дегидратация. Если жажда, вызванная потерей изотонической жидкости (см. выше), утоляется питьем чистой воды, лишь часть последней может быть удержана во внеклеточном пространстве, и в результате расстройство кровообращения сохраняется. При этом осмолярность внеклеточной жидкости уменьшается, приводя к установлению осмотического градиента, по которому

вода поступает в клетки. Их набухание особенно сильно сказывается на состоянии мозга: возросшее там тканевое давление может вызвать головную боль, рвоту, апатию, помутнение сознания или даже конвульсии и кому.

^ Гипертоническая дегидратация. Это состояние возникает, например, у альпинистов на больших высотах, когда действуют два фактора: во-первых, механизм возникновения жажды перестает нормально функционировать, вероятно, из-за кислородного голодания мозга, а во-вторых, при гипервентиляции сухим холодным воздухом через легкие теряется большое количество воды. У адаптированного к жаре человека сильное потоотделение тоже ведет к гипертонической дегидратации. Усиление активности алъдостерона (с. 797) в протоках потовых желез обусловливает секрецию бедного натрием гипотонического пота, в результате чего теряется гораздо больше воды, чем натрия. Аналогичная ситуация возникает при несахарном диабете (с. 798) из-за отсутствия регулярного действия АДГ и непрерывного выделения избытка гипотонической мочи. Сходна клиническая картина и при сахарном диабете, когда усиленное выведение глюкозы вызывает осмотический диурез. Хотя образующаяся при этом моча изотонична, ее осмотически активная фракция содержит в основном глюкозу и очень мало натрия.

^ 822 ЧАСТЬ VIII. ПИТАНИЕ, ПИЩЕВАРЕНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ

При гипертонической дегидратации уменьшается объем как внеклеточного, так и внутриклеточного пространства. К симптомам гиповолемии (см. выше) прибавляются признаки дегидратации клеток, включая уменьшение слюноотделения, снижение тургора кожи, сухость слизистых оболочек и повышение температуры.
Гипергидратация

^ Изотоническая гипергидратация. При повышенной задержке воды и солей в изотонических соотношениях осмотическое состояние жидкостей организма не нарушается. Поэтому единственное следствие этого-увеличение внеклеточного пространства без изменения внутриклеточного объема. Помимо возрастания объема плазмы и соответственно крови (гиперволемия), повышается количество межклеточной жидкости, что приводит к генерализованному отеку. Изотоническая гипергидратация может вызываться механическими факторами, например увеличением гидростатического давления при сердечной недостаточности или портальной гипертензии, а кроме того, падением онкотического давления при циррозе печени или нефротическом синдроме. Неадекватная экскреция натрия также чревата отеком, поскольку натрий удерживает количество воды, достаточное для сохранения изотоничности. Это нарушение возникает, например, при почечной недостаточности и повышенной секреции альдостерона (гиперальдостеронизме) или при усиленном воздействии других гормонов и веществ, способствующих задержке Na+ в организме (контрацептивов, противоревматических средств и т.д.).

^ Гипотоническая гипергидратация - следствие недостаточной экскреции воды почками (в частности при тяжелой сердечной или острой почечной недостаточности), а также поступления ее в избыточном количестве с питьем, или, например, при вливании глюкозы. Развивается так называемая «водная интоксикация». Из-за осмотического градиента между вне- и внутриклеточным пространствами клетки набухают, и в клинической картине преобладают симптомы повышения внутричерепного давления (см. выше).

^ Гипертоническая гипергидратация. Эта редкая патология возникает, например, после вливания гипертонического раствора NaCl или бикарбоната натрия. Кроме того, временная гипертоническая гипергидратация может развиться у потерпевших кораблекрушение людей, пьющих морскую воду. Поскольку содержание соли в океане выше, чем максимальная концентрация NaCl в моче, для выведения избытка соли должна использоваться

собственная вода организма. В результате такая гипертоническая гипергидратация очень быстро приводит к гипертонической дегидратации.

31.4. Литература


Учебники и руководства

  1. Andersen В. Regulation of water intake. Physiol. Rev., 58, 528 (1978).

  2. Brehner B. M., Rector F. С (eds.). The Kidney, Vol. I and II, W.B. Sanders Co., Philadelphia, 1976.

  3. Deetjen P., Boylan J. W., Kramer K. Physiology of the Kidney and of Water Balance, Springer Verlag, New York, 1975.

  4. Gamble J.L. Chemical Anatomy, Physiology and Pathology of Extracellular Fluids. Harvard University Press, Cambridge Mass., 1954.

  5. Lang F. Pathophysiologie und Pathobiochemie. 2. Aufl., Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart, 1979.

  6. Lang F., Deetjen P., Reissigl H. Wasser- und Elektrolythaushalt. Hdb. d. Infusionstherapie, Bd. I. S. Karger, Basel, 1984.

  7. Pitts R. F. Physiology of the Kidney and Body Fluids, Year Book Med. Publ. Chicago, 1963.

  8. Sarre H. J.. Gessler H. (Hrsg). Nierenkrankheiten. 5. Aufl., Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1986.

  9. Seidin D. W.. Giebisch G. (eds.). The Kidney, Physiology and Pathophysiology, Vol. I and II, Raven Press, New York, 1985.




  1. Siegenthaler W. (ed.). Klinische Pathophysiologie. 5. Aufl., Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1982.

  2. Valtin Η. Renal Function: Mechanisms Preserving Fluid and Solute Balance in Health. Little, Brown and Co., Boston, 1973.

Оригинальные статьи и обзоры

  1. Andersson В.. Rundgren M. Thirst and its disorders. Ann. Rev. Med., 33, 231-239 (1982).

  2. Behnke A.R. Physiologic studies pentaining to deep sea diving and aviation, especially in relation to fat content and composition of the body. Harvey Lecture, 37,198 (1941/42).

  3. Fitzsimons J. T. Physiology and Pathology of Thirst and Sodium Appetite. In: Seldin D. W. and Giebisch G. (eds.). The Kidney, Vol. II, pp. 885-902, Raven Press, New York, 1985.

  4. Robertson G. L. Diseases of the posterior pituitary. In: P. Filing et al. (ed.), Endocrinology and Metabolism, pp. 251-277, McGraw-Hill, New York, 1981.

  5. Skeleton H. The storage of water by various tissues of the body. Arch. Int. Med., 40, 140 (1972).

  6. Taylor Α., Windhager E.E. Cytosolic Calcium and its Role in the Regulation of Transepithial Ion and Water Transport. In: Seldin D. W. and Giebisch G. (eds.). The Kidney, Vol. II, pp. 1297-1322, Raven Press, New York, 1985.
1   ...   25   26   27   28   29   30   31   32   ...   42

Схожі:

Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconФизиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 313 с
Физиология человека: в 3-х томах / пер с англ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. – М.: Мир. 1996.]
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconРуководство по терапевтической гомеопатии: Пер с англ. М.: Атлас, 1994. 205 с
Аллен Х. К. Основания и показания к назначению и характеристики ведущих гомеопатичекских препаратов и нозодов со сравнением их патогенезов:...
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconЛітература
...
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconГлоссарий Глоссарий взят из книги Брамм П., Брамм Д. Микропроцессор 80386 и его программирование: Пер с англ. М.: Мир, 1990,-448 с. Абсолютный адрес
Глоссарий взят из книги Брамм П., Брамм Д. Микропроцессор 80386 и его программирование: Пер с англ. М.: Мир, 1990,-448 с
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconПустыльник Е. И. Статистические методы анализа обработки наблюдений
Базара М., Шетти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы: Пер с англ. М.: Мир, 1982. – 583 С
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconСписок рекомендованої літератури
Дункан Д. У. Основополагающие идеи в менеджменте. Уроки основоположников менеджмента и управленческой практики / Пер с англ. — М.:...
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconСписок рекомендованої літератури
Дункан Д. У. Основополагающие идеи в менеджменте. Уроки основоположников менеджмента и управленческой практики / Пер с англ. — М.:...
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconО.І. Рогач [та ін.]; pа ред. О.І. Рогача. К.: Либідь,2003. 784с. Isbn 966-06-0293-6
Мировые финансы[Текст]: пер с англ./ М. В. Энг, Ф. А. Лис, Л. Д. Мауер. М.: ДеКА,1998. 736с. Алф указ.: с. 722-734. Isbn 5-89645-004-4(рус.):...
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconУчебник для вузов системы мвд/ : в 2-х кн под ред проф. А. А. Пушкина (Олександр Анатолійович). Х.: Основа,1996
Цивільне право України : Підручник : у 2-х кн. /за ред. О. В. Дзери, Н. С. Кузнєцової-К.: Юрінком Інтер, 2001; 2002, 2004
Физиология человека. В 3-х томах. Т. Пер с англ./ под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса. М.: Мир, 1996. 198 с iconРуководство по коксованию том пер с немецкого
Продукты каменноугольной смолы из книги: "Руководство по коксованию" том пер с немецкого под ред. О. Гросскинского с. 437 М.: Металлургия,...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи