ЗАПАДНО-КАЗАХСТАНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени МАРАТА ОСПАНОВА
Тема: «Гомеостаз и водно-электролитный обмен»
Выполнила: Жамалбекова Ж
Проверила: Калиева Ботагоз Маратовна
Актобе – 2017
План:
I Понятие о гомеостазе.
II Водно-электролитный гомеостаз.
III Механизм, основные сво йства и аспекты водно-электролитного обмена.
IV Заключение. Список литературы.
Гомеостаз (греч. homoios - такой же, сходный, stasis -стабильность, равновесие) - это совокупность скоординированных реакций, обеспечивающих поддержание или восстановление постоянства внутренней среды организма.
В середине ХIХ в французский физиолог Клод Бернар ввел понятие о внутренней среде, которую рассматривал как совокупность жидкостей организма. Это понятие расширил американский физиолог Уолтер Кэннон, который подразумевал под внутренней средой всю совокупность жидкостей (кровь, лимфа, тканевая жидкость), которые участвуют в обмене веществ и поддержании гомеостаза. Организм человека приспосабливается к постоянно меняющимся условиям внешней среды, однако при этом внутренняя среда остается постоянной и ее показатели колеблются в очень узких границах. Поэтому человек может жить в различных условиях окружающей среды. Некоторые физиологические параметры регулируются особенно тщательно и тонко, например температура тела, артериальное давление, содержание глюкозы, газов, солей, ионов кальция в крови, кислотно-щелочное равновесие, объем крови, ее осмотическое давление, аппетит многие другие. Регуляция осуществляется по принципу отрицательной обратной связи между рецепторами ф, улавливающими изменения указанных показателей и управляющих системами. Так, уменьшение одного из параметров улавливается соответствующим рецептором, от которого импульсы направляются в ту или иную структуру мозга, по команде которого вегетативная нервная система включает сложные механизмы выравнивания наступивших изменений. Мозг использует для поддержания гомеостаза две основные системы: вегетативную и эндокринную. Напомним, что главная функция вегетативной нервной системы - это сохранение постоянства внутренней среды организма, которое осуществляется благодаря изменению активности симпатической и парасимпатической частей вегетативной нервной системы. Последняя, в свою очередь, контролируется гипоталамусом, а гипоталамус - корой головного мозга. Эндокринная система регулирует функцию всех органов и систем посредством гормонов. Причем сама эндокринная система находится под контролем гипоталамуса и гипофиза.
Водно-электролитный гомеостаз определяется как сохранение постоянства содержания воды в совокупности с количественным и качественным постоянством содержания растворенных в ней электролитов в организме в целом и его отдельных областях.
Общее количество воды в организме составляет в среднем 60% от массы тела у мужчин, и 50% - у женщин. Количество воды в организме, приходящееся на единицу функционально активной ткани, постоянно, однако в процентном отношении к массе тела оно колеблется от 30-40% до 60-70% массы. При избыточной массе тела цифра уменьшается, при недостаточной массе тела она увеличивается. Пациенты с избыточным питанием переносят потери воды значительно тяжелее. Содержание воды в детском организме выше (80% массы тела у новорожденных), чем у взрослых, а интенсивность водного обмена значительно превышает таковую у взрослых. Поэтому дети более чувствительны к водному дисбалансу, чем взрослые.
По функциональному принципу выделяют следующие виды воды организма:
1) свободную (лабильную), в которой растворены электролиты, недиссоциирующие вещества и биохимические соединения. Свободная вода создает внутреннюю среду организма и составляет основу внутриклеточного и внеклеточного водных пространств;
2) связанную (полуподвижную), которая входит в состав коллоидов в виде воды пропитывания;
3) конституционную («неподвижную»), входящую в состав молекул белков, жиров, углеводов.
Вода размещается в так называемых водных пространствах организма. При общем содержании воды, равном 60% от массы тела, 40% (2/3) находится во внутриклеточном пространстве, 20% (1/3) - во внеклеточном.
Очевидно, что внутриклеточное пространство включает в себя воду, находящуюся внутри клеток организма, а внеклеточное
- жидкость кровеносной и лимфатической систем, межтканевую и межклеточную воду. Внеклеточное водное пространство состоит из интерстициального (15%) и внутрисосудистого (5%), объединенных в единую емкость при помощи лимфатических щелей и лимфатических сосудов.
Внутрисосудистое водное пространство представлено плазмой крови, имеющей постоянный анионно-катионный состав и содержащей белки, удерживающие жидкость в сосудистом русле. Интерстициальное пространство отличается от плазмы значительно меньшим содержанием белка, так как мембраны сосудов в норме легко проницаемы для электролитов и мало проницаемы для белковых молекул.
Выделяют также «третье пространство» (трансцеллюлярное пространство), которое содержит жидкость полостей организма (1-2% массы тела). К нему относятся синовиальная жидкость суставов, водянистая влага глаза, жидкость, находящаяся в секреторных железах пищеварительного тракта.
Составные части водных пространств находятся в постоянном движении, их гомеостаз обеспечивается физическими, химическими и нейрогуморальными процессами регуляции. Вода внутриклеточного пространства обеспечивает жизнедеятельность внутриклеточных структур и нормальное протекание метаболических процессов; ее количество значительно не изменяется. Внутрисосудистое и интерстициальное пространства функционально едины и находятся в тесной взаимосвязи с внутриклеточным. Интерстициальное пространство является емкостным и выполняет функции связующего звена между внутриклеточным и внутрисосудистым пространствами; Компенсация нарушений водного баланса осуществляется, помимо прочего, благодаря буферным свойствам интерстициального пространства. Объем его может без катастрофических последствий увеличиваться при гипергидратационных и уменьшаться при дегидратационных процессах. Компенсация дефицита ОЦК при острой кровопотере и других гиповолемических состояниях происходит за счет жидкости интерстициального пространства.
Трансцеллюлярное пространство в норме не играет существенной роли в водном равновесии, однако в условиях патологии его изменения могут стать главенствующими и определяющими прогноз заболевания. Наиболее клинически значимыми являются нарушения гастроэнтеральной циркуляции воды и электролитов при острых хирургических заболеваниях органов брюшной полости (острая кишечная непроходимость, перитонит и т. д.). В норме в пищеварительном тракте образуется и реабсорбируется 8-10 л жидкости в сутки. Депонирование ее в этом пространстве приводит к быстрым и тяжелым нарушениям водно-электролитного гомеостаза.
Основным условием сохранения динамического водноэлектролитного равновесия в организме является соответствие поступления жидкости ее выделению. Здоровый организм получает воду с питьем, едой и в результате метаболических процессов, а теряет ее с мочой, калом, дыханием и потоотделением. В условиях патологии к естественным путям движения жидкости могут добавляться новые пути потерь (свищи, раны, ожоги, бронхорея, гиперсаливация) и поступлений (ятрогенное введение - внутривенное, ректальное и т.д.) жидкости.
Усредненный суточный баланс воды у взрослого здорового человека выглядит следующим образом:
- поступление - 2-2,5 л: с питьем - 1-1,5 л, пищей - 0,7-1 л, эндогенной водой - 0,2-0,3 л;
- выделение - 2-2,5 л: с мочой - 1-1,5 л, испарением - 0,9- 1 л; через кожу - 0,5-0,6 л; через легкие - 0,4— 0,5 л, калом - 0,1 л.
Суточная потребность в воде - 30-35 мл/кг. Необходимо подчеркнуть, что суточная потребность даже у здорового человека зависит от многих факторов (возраста, массы тела, пола, температуры окружающей среды, особенностей обмена веществ) и может колебаться от 1 до 3 л и более. Тем не менее, принято считать, что минимальное количество воды, обеспечивающее водно-электролитное равновесие, составляет 1,5 л, максимальное - около 7 л.
Очевидно, суточные потери жидкости равны ее поступлению и составляют 30-35 мл/кг. Из них 15-20 мл/кг соответствуют неощутимым потерям (8 мл/кг через кожу и 7 мл/кг через легкие).
Количество выпиваемой воды примерно соответствует диурезу, а количество воды, поступающей с пищей, приблизительно равно потерям при дыхании и через кожу. У детей потери воды значительно выше, чем у взрослых и составляют у новорожденных около 50 мл/кг (из них 30 мл/кг уходит на перспирацию). Любой патологический процесс, при котором увеличивается испарение или частота дыхания, приводит к дополнительным потерям воды (до нескольких литров в сутки). Повышение температуры тела на ГС увеличивает потерю воды на 300-500 мл.
В клинических условиях наиболее легко поддаются учету почечные потери жидкости, которые зависят от насыщенности организма водой и концентрационной функции почек, а также потери по дренажным системам.
Как показывает практика, менее точно учитываются потери жидкости через пищеварительный тракт (рвота, диарея, свищи). Недооценка важности их учета зачастую приводит к погрешности порядка нескольких литров в сутки, что влечет серьезные ошибки в коррекции водного гомео стаза. Практически не поддаются учету «функциональные потери», обусловленные секвестрированием жидкости в «третьем пространстве». Клинико-лабораторные критерии в этом случае являются косвенными признаками, не всегда соответствующими реальности.
Жидкости различных водных пространств существенно отличаются по количественному содержанию растворенных в них веществ.
Среднее содержание и границы нормы для ионов плазмы следующие.
Катионы: Na+ - 142 (135-145) ммоль/л;
К+-4,0 (3,5-5,2) ммоль/л;
Са2+ - 2,5 (2,2-2,8) ммоль/л;
Mg2+ - 1,5 (1,2-1,8) ммоль/л.
Анионы: С1" - 100 (95-105) ммоль/л;
НСО/' - 27 (24-29) ммоль/л;
белки - 2 ммоль/л (или 17 мэкв/л);
неопределяемые анионы
(сульфаты, фосфат, лактат и др.) - 10 ммоль/л.
Основным катионом внеклеточной жидкости является натрий, основным анионом - хлор; этим ионам принадлежит главная роль в поддержании осмотического давления и объема внеклеточной жидкости. Интерстициальная жидкость, как уже упоминалось, отличается от плазмы отсутствием белка и компенсаторным (в целях сохранения электронейтральности) увеличением содержания хлоридов (в среднем 114 ммоль/л). Основным клеточным катионом является калий, основными анионами - фосфат и белки. Внутриклеточная жидкость содержит около 160 ммоль/л калия, 13 ммоль/л магния, 50 ммоль/л фосфатов, 8 ммоль/л анионов белка. Содержание натрия, кальция и гидрокарбоната внутри клетки более низкое, чем во внеклеточной жидкости (10 ммоль/л, 1 ммоль/л, 10 ммоль/л соответственно).
Существуют три основных закона, управляющих движением в организме воды и растворенных в ней частиц: закон электронейтральности, закон изоосмолярности, закон сохранения водно-электролитного гомеостаза. Первые два являются физикохимическими, последний - физиологическим, отражающим стремление организма к поддержанию постоянства внутренней среды.
Согласно закону электронейтральности, сумма отрицательных зарядов анионов во всех водных пространствах равна сумме положительных зарядов катионов. Стабильность суммарной концентрации катионов и анионов существует, невзирая на постоянные колебания содержания отдельных электролитов. Графической иллюстрацией закона электронейтральности является диаграмма Гэмбла (рис. 15).
Равновесие катионов и анионов рассчитывают в миллиэквивалентах в литре (мэкв/л), так как учитывают концентрацию зарядов. Ионы натрия, калия, хлора и гидрокарбоната являются одновалентными, и для них число миллиэквивалентов равно числу миллимолей. Кальций и магний, будучи двухвалентными катионами, дают 5 и 2 мэкв/л, что соответствует концентрации 2,5 и 1 ммоль/л.
Как следует из диаграммы, для плазмы крови 153 мэкв/л катионов (в основном, за счет натрия) соответствуют 153 мэкв/л
Реализация этого закона возможна благодаря высокой функциональной гибкости аниона гидрокарбоната, концентрация которого, в отличие от концентраций «фиксированных» ионов (натрий, хлор, протеины) может быстро и значительно изменяться.
Так, увеличение содержания катиона натрия или уменьшение содержания аниона хлора сразу же компенсируется увеличением концентрации гидрокарбоната, что соответствует метаболическому алкалозу и наглядно иллюстрирует тесную связь между электролитным и кислотно-основным равновесием. Снижение концентрации натрия (или увеличение содержания хлоридов) влечет снижение концентрации гидрокарбоната, который может легко утилизироваться и ресинтезироваться в метаболических процессах.
Одним из наиболее жестко детерминированных параметров внутренней среды организма является осмотическое давление его жидкостных сред. По закону изоосмолярности во всех жидкостных системах организма, между которыми существует свободный обмен водой, устанавливается одно и то же осмотическое давление, несмотря на различие в ионном составе. Таким образом, осмолярность внутриклеточной жидкости равна осмолярности интерстициальной и внутрисосудистой жидкости (около 285 ммоль/ л); при этом равные значения осмолярности создаются различными парциальными концентрациями ионов. Для понимания закона изоосмолярности необходим анализ понятий осмотической активности, осмолярности и осмотического давления.
Осмотическая активность биологической жидкости определяется концентрацией осмотически активных веществ, к которым относятся как электролиты, так и недиссоциирующие соединения. К главным осмотическим компонентам внеклеточной жидкости относятся натрий, хлор, гидрокарбонат, глюкоза и мочевина. Величиной, отражающей осмотическую активность, является осмолярность, а единицей осмотической активности - осмоль (миллиосмоль).
Осмолярность представляет собой суммарную осмотическую концентрацию кинетически активных частиц в 1 л раствора (число миллиосмолей вещества, содержащегося в 1 л раствора). В последнее время широко используется понятие "осмоляльности", которому соответствует число миллиосмолей растворенного вещества, содержащегося в 1 кг растворителя. В клинической медицине эти термины имеют одинаковый смысл, так как в биологических жидкостях разница между осмолярностью и осмоляльностью несущественна. Осмотическое давление - это разница осмотической активности двух растворов, разделенных полупроницаемой мембраной, через которую диффундируют только молекулы воды (растворитель). Эта разница представляет собой осмотический градиент, по которому вода движется из раствора с более низкой концентрацией в раствор с более высокой концентрацией.
Осмолярность плазмы крови (или любой другой жидкости) измеряется прямым способом. Для этого определяется
криоскопическая константа раствора (точка замерзания), которая зависит от концентрации осмотически активных веществ.
Существуют расчетные способы определения осмолярности, наиболее упрощенным из которых является использование следующей формулы:
Осмолярность (моем/л) = 2Na (ммоль/л).
При нормальной концентрации натрия осмолярность плазмы, вычисленная по этой формуле, составляет 280-290 мосм/л. Более корректными являются формулы, учитывающие осмотическую активность глюкозы и мочевины, например:
Осмолярность (мосм/л) = 2 [Na] + [глюкоза] +
[мочевина] (ммоль/л)
Однако эта формула также не учитывает концентрации "малых" катионов (К+, Са2+, Mg2+) и неопределяемых анионов, поэтому существует разница между значениями, полученными при использовании прямых и расчетных методов. Она называется дискриминантой осмолярности или осмоляльной разницей и в норме не превышает 10 мэкв/л. Увеличение осмоляльной разницы свидетельствует о присутствии в плазме неидентифицированных осмотически активных веществ (экзогенные и эндогенные токсины, кетоновые тела, молекулы средней массы, лекарственные препараты и др.).
Закон сохранения водно-электролитного гомеостаза отражает стремление организма к поддержанию постоянства своей внутренней среды и является частным проявлением гомеостатических процессов. В реализации этого закона участвуют главным образом не физико-химические, а физиологические механизмы, регулирующие обмен воды и электролитов таким образом, чтобы их содержание соответствовало оптимальным для организма уровням.
Поскольку организм практически не в состоянии уменьшить или увеличить потери жидкости с дыханием, через кожу и пищеварительный тракт, единственным путем эффективной регуляции водного обмена является регуляция поступления
жидкости и выделения ее через почки. Периферическим звеном, управляющей системы, являются осморецепторы и рецепторы объема, которые находятся в артериальной системе, предсердиях и интерстиции и сигнализируют в ЦНС о состоянии осмолярности и волемии. Дальнейшая регуляция водного обмена осуществляется гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системой, аосновными медиаторами являются вазопрессин и альдостерон. Повышение осмолярности внеклеточной жидкости стимулирует осморецепторы и активирует гипоталамус и вышележащие отделы ЦНС. Следствием этого является ощущение жажды и модуляция питьевого поведения, а также образование вазопрессина (антидиуретического гормона). Этот гормон образуется в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса и поступает в кровь из задней доли гипофиза. Действие вазопрессина направлено на удержание воды в организме и ограничение роста осмолярности, что осуществляется за счет увеличения реабсорбции воды в канальцах и собирательных трубках нефрона. Нарушения биосинтеза или высвобождения вазопрессина и снижение чувствительности его специфических (ренальных) рецепторов способствуют развитию несахарного диабета.
Основным гормоном коркового вещества надпочечников, регулирующим водно-минеральный обмен, является альдостерон. Стимуляция образования альдостерона происходит под действием гипоталамо-гипофизарных влияний при уменьшении объема внеклеточной жидкости и (в отличие от вазопрессина) при гипонатриемии и гиперкалиемии. Воздействие альдостерона на канальцевую систему почки приводит к активации реабсорбции натрия и воды и экскреции калия почечными канальцами.
Суммируя сказанное, необходимо подчеркнуть, что для сохранения адекватного водно-электролитного равновесия как в норме, так и в условиях патологии необходимо выполнение трех основных условий:
1. Адекватное поступление в организм "пластического материала" в виде воды и электролитов.
2. Сохраненная функция почек, обеспечивающих адекватное выведение из организма избытка воды и электролитов.
3. Адекватная нейроэндокринная регуляция процессов задержки и выведения воды и электролитов.
Водно-электролитные нарушения Дисгидрия - общее понятие, которое учитывают при определении различных форм нарушений водного равновесия в организме. Дисгидрии делят на дегидратации и гипергидратации. В зависимости от локализации (преобладание нарушений в том или ином водном пространстве) дисгидрии классифицируют на внеклеточные, внутриклеточные и тотальные (общие); по концентрации электролитов (в основном, натрия) – на изотонические, гипертонические и гипотонические.
Сочетание дегидратации одного пространства с гипергидратацией другого носит название ассоциированной дисгидрии (внеклеточная дегидратация с внутриклеточной гипергидратацией; внеклеточная гипергидратация с внутриклеточной дегидратацией).
Наиболее частым видом дисгидрии в практике интенсивной терапии является дегидратация. Дегидратация легкой степени характеризуется потерей до 5% жидкости организма (до 2 л у взрослого человека средней массы), средней степени -до 5-10% жидкости организма (2-4 л), тяжелой степени - свыше 10% (свыше 4 л). Острая потеря 20% жидкости организма приводит к смерти.
Наиболее точным способом определения водноэлектролитного равновесия является исследование водных пространств организма. Для этого используют методы, основанные на принципе разведения индикаторов. Определение объема общей воды организма производят с помощью индикаторов, хорошо проникающих через клеточные мембраны и равномерно распределяющихся в организме (мочевина, окиси дейтерия и трития). Для исследования объема внеклеточной жидкости применяют вещества, равномерно распределяющиеся в сосудистом и интерстициальном пространствах, но не проникающие в клетки (маннитол, инулин и др.). Объем внутриклеточной жидкости определяют как разность между объемом общей жидкости и объемом внеклеточной жидкости. Для
установления объема циркулирующей плазмы используют индикаторы, не проникающие через стенку сосудов (например, синий Эванса). Объем интерстициальной жидкости равен разнице между объемами внеклеточного и внутриклеточного пространства. Однако в реальной практике методы исследования водных пространств применяются редко в силу их сложности и трудоемкости, и предпочтение отдается комплексной клиниколабораторной оценке водно-электролитного гомеостаза.
Наиболее клинически значимыми являются следующие симптомы и показатели:
- изменение питьевого поведения (жажда, отвращение к
воде);
- состояние кожи (влажность, температура, тургор) и языка, тонуса глазных яблок;
- уровень тканевой гидратации (наличие или отсутствие периферических отеков);
- психоневрологический статус (вялость, адинамия, возбуждение, неадекватность, нарушения сознания, изменение рефлексов);
- изменение показателей центральной гемодинамики (АД, ЦВД, ЧСС) и вентиляции;
- диурез;
- электролиты плазмы и мочи, гематокритное число, осмолярность, концентрации эритроцитов, гемоглобина, белка, уровень азотемии.
Большое значение для оценки водно-электролитного равновесия имеет тщательный учет всех потерь и поступлений жидкости.
Поскольку внеклеточные и клеточные нарушения водного баланса являются этапами одного и того же процесса и имеют общую патогенетическую основу, целесообразно выделять 6 форм дисгидрии, фактически объединяющих все варианты нарушений водного баланса и осмолярности: дегидратация (гипер-, изо- и гипотоническая) и гипергидратация (гипер-, изо- и гипотоническая). Любые нарушения баланса воды теснейшим образом связаны с изменениями содержания натрия и, как правило, рассматриваются совместно.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Физиология человека". В.М. Покровский, М., "Медицина", 1998, Т.2.
Шмидт Р., Тевс Г. /ред./ Физиология человека. /пер. с англ./ М., 1986, т.3.
3. В.П. Комов, В.Н.Шведова "Биохимия: Учеб. для вузов" - М.: Дрофа, 2004
4. Евстратова К.И., Купина Н.А., Малахова Е.Е. "Физическая и коллоидная химия" - М.: Высш. шк., 1990