Водно-электролитный обмен. Физиология и нарушения водно-солевого обмена (методические материалы к практическим и семинарским занятиям) Водно электролитный и фосфатно кальциевый обмен
Физиология и нарушения водно-солевого обмена (методические материалы к практическим и семинарским занятиям)
Информация
Справочное пособие содержит информацию о физиологии водно-солевого обмена (ВСО). Также представлена информация о методах клинической и лабораторной диагностики нарушений ВСО. Перечислены варианты дисгидрий и методы лечения. Предназначается для врачей всех специальностей, курсантов ФПК и студентов медвузов.
Вода организма
Электролитный состав организма
Факторы, влияющие на перемещение внеклеточной воды в организме
Как уже упоминалось выше, вода является транспортной средой, переносящей питательные вещества и кислород к клеткам и уносящей продукты метаболизма от клеток через интерстициальное пространство в кровоток. Возникает вопрос – каким образом вода «знает» куда и что переносить?
Физиология рассматривает три фактора, определяющих целенаправленное движение воды при транскапиллярном обмене:
2. Часть осмотического давления, создаваемую в биологических жидкостях белками, называют коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением (КОД).
Оно составляет примерно 0,7% осмотического давления (или осмотической концентрации), т. е. около 25 мм рт. ст. (2 мосмоль/кг), но имеет исключительно большое функциональное значение в связи с высокой гидрофильностью белков и неспособностью их свободно проходить через полупроницаемые биологические мембраны.
Механизмы поддержания внутриклеточного объема жидкости и внутриклеточного ионного состава
«Натриевый насос». Мембранная проницаемость Na+ в общем в 10-20 раз меньше, чем К+. Однако наличие градиента концентраций Na+ во вне- и внутриклеточном пространствах и отрицательный внутриклеточный заряд могли бы обеспечить силу, способную двигать Na+ в сторону клетки.
В действительности этого не происходит, поскольку такая сила оказывается сбалансированной другой, действующей в обратном направлении и называемой натриевым насосом. Энергия натриевого насоса, являющегося специфическим свойством клеточной мембраны, обеспечивается гидролизом аденозинтрифосфата (АТФ) и направлена на выталкивание Na+ из клетки [Whittman R., Wheeler К. Р., 1970].
Эта же энергия способствует движению К+ внутрь клетки. Установлено, что противоположно направленные движения К+ и Na+ осуществляются в пропорции 2:3. По мнению М. W. В. Bradbury (1973), с физиологической точки зрения для К+ этот механизм не столь существен, так как последний в норме обладает высокой способностью проникать через клеточную мембрану. Описанный механизм является основным для обеспечения постоянства концентрации клеточных и внеклеточных компонентов. Принципиально важен тот момент, что осмолярность внутриклеточной воды величина достаточно постоянная и не зависящая от осмолярности внеклеточного пространства. Это постоянство обеспечивается энергозависимым механизмом.
ТЕМА 17. ФАРМАКОТЕРАПИЯ НАРУШЕНИЙ ВОДНО-СОЛЕВОГО ОБМЕНА;
Актуальность темы.
У здорового человека объём и состав жидкостей организма практически постоянный. Расстройства водного и электролитного баланса, как правило, начинаются с изменения волемического статуса. Процессы нормальной жизнедеятельности человека возможны только при условии сохранения гомеостаза. Поддержание относительного динамического постоянства внутренней среды обеспечивается регуляторными механизмами, среди которых одна из ведущих ролей принадлежит кислотно-щелочному равновесию (КЩР). Существование живых организмов (их нормальный внутриклеточный обмен, сохранение активности ферментов, функционирование органов и систем) возможно только при сохранении физиологической константы рН, определяемой непрерывным образованием и выделением кислот и оснований, при совместном действии физиологических буферных систем.
Практически все заболевания вызывают сдвиги гомеостаза. Последние становятся наиболее клинически значимы при тяжелых состояниях, когда исчерпываются компенсаторные возможности буферных систем: диабетическая кома, тяжелые гипоксические состояния, сердечная и почечная недостаточность и т.д. В этих случаях грамотная коррекция нарушений гомеостаза приобретает едва ли не основное значение для успешного лечения пациента.
Цель занятия.
Коррекция нарушений водно-электролитного баланса является необходимым условием успешного лечения больных любого профиля. Недооценка нарушений водно-электролитного обмена при целом ряде самостоятельных заболеваний (сахарный диабет, инфаркт миокарда, отек легких, шок), а также в условиях бесконтрольного применения ряда лекарственных препаратов (диуретики, сердечные гликозиды, глюкокортикостероиды, антибиотики и др.) приводит к грубым нарушениям гомеостаза и может приобретать необратимый характер. Данная тема должна помочь своевременно диагностировать наличие водно-электролитных нарушений, оценить их значимость в патогенезе основного заболевания и осуществить рациональный выбор ЛС, устраняющих выявленные нарушения водно-электролитного баланса с учетом их максимальной эффективности и безопасности.
Необходимость изложения темы диктуется чрезвычайной распространенностью нарушений кислотно-щелочного баланса при многих патологических состояниях. С другой стороны, именно нарушение гомеостаза является приоритетным в патогенезе целого ряда заболеваний. Поэтому своевременная диагностика и оптимальная фармакологическая коррекция выявленных нарушений гомеостаза, особенно в условиях несостоятельности буферных систем организма, является основой спасения больного в ургентных ситуациях и его последующего лечения. Данная тема формирует у студентов общие принципы фармакотерапии подобных состояний, позволяет правильно оценить клиническую ситуацию и сделать научно обоснованный выбор средств коррекции гомеостаза с учетом их максимальной эффективности и безопасности.
Контрольные вопросы изучаемой темы
1. Перечислите заболевания и синдромы, сопровождающиеся наиболее выраженными нарушениями водно-электролитного баланса в организме.
2. Определите патофизиологические и патохимические механизмы этих нарушений.
3. Биологическая роль Mg, Ca, Na и К в организме.
4. Укажите клинические и лабораторно-инструментальные критерии, характеризующие нарушение водно-электролитного баланса.
5. Перечислите основные группы ЛС, применяемых для коррекции внеклеточной и внутриклеточной дегидратации, внеклеточной и внутриклеточной гипергидратации, гипо- и гипернатриемии, гипо- и гиперкалиемии, гипо- и гиперкальциемии, гипо- и гипермагниемии, гипо- и гиперхлоремии.
6. Чем определяется осмолярность плазмы крови, при каких состояниях она нарушается?
7. Объясните значимость ведущих фармакокинетических показателей в индивидуальном выборе препаратов, нормализующих водно-электролитный баланс.
8. Какие сопутствующие заболевания могут осложнить проводимую корригирующую фармакотерапию нарушенного водно-электролитного баланса?
9. Применение, каких распространённых ЛС может привести к выраженным нарушениям водно-электролитного баланса в организме. Предложите схему профилактики подобных нарушений.
10. Фармакокинетика, фармакодинамика, фармакотоксикодинамика ЛС, применяемых при основных нарушениях водно-электролитного обмена:
o р-ры кристаллоидов:
– глюкоза 5%, 10%, 40% р-ры;
– хлорид натрия (NaCl) 0,9%, 2%, 5%, 10% р-ры;
– хлорид калия (КCl) 7,5% р-р;
– сульфат магния (MgSO4) 5%, 10%, 20%, 25% р-ры; магния цитрат (магнесол), аспарагинат калия и магния
– хлорид кальция (CaCl2) 5%, 10% р-ры;
– кальция глюконат 5%, 10% р-ры;
– полиионные р-ры: (ацесоль, дисоль, лактасоль, трисоль, хлосоль, р-р Рингера);
– глюкозосолевые р-ры: (глюкосолан, регидрон), дексорид, Тата Дексин ;
o коллоидные плазмозаменители:
– высокомолекулярные (полиглюкин, альбумин);
– среднемолекулярные (реополиглюкин, желатиноль, неогемодез, полидез);
– низкомолекулярные (маннит, сорбит, реоглюман).
11. Ведущие патогенетические механизмы при основных нарушениях водно-электролитного обмена, являющиеся предметом лекарственного воздействия.
12. Нежелательные эффекты ЛС, применяемых для нормализации нарушенного водно-электролитного баланса;
13.Принципы комбинирования указанных ЛС;
14. Критерии эффективности и безопасности применения предлагаемых ЛС.
15. Фармакодинамика, фармакокинетика, фармакотоксикодинамика ЛС, применяемых для коррекции различных нарушений КЩР:
16. ЛС применяемые для коррекции ацидоза – щелочные растворы (гидрокарбоната натрия и трисамина);
– средства метаболической терапии (витамины: В1, В2, В6, В12; липоевая и аскорбиновая кислоты; эссенциале);
– антигипоксанты (натрия оксибутират, цитохром, О2);
– средства, улучшающие микроциркуляцию (реополиглюкин пентоксифиллин, неогемодез, буфломедил, нафтидрофурил);
17. ЛС, применяемые для коррекции алкалоза:
– кислотные растворы (0,1 н раствор хлористоводородной кислоты, аскорбиновая кислота);
– аминокислоты (лизин, аргинин);
– хлориды (калия, кальция, натрия); диуретики (аммония хлорид, диакарб);
18. Основные патогенетические механизмы нарушений регуляции КЩР, являющиеся объектом медикаментозного воздействия при:
– смешенном респираторном и нереспираторном ацидозе;
– смешанных разнонаправленных нарушениях КЩР;
Обмен воды в организме и его регуляция
Водно-электролитный обмен — совокупность процессов поступления воды и электролитов в организм, их всасывания, распределения во внутренних средах и выделения. Нарушение баланса воды и электролитов представляет собой одно из самых серьезных отклонений гомеостаза, которое отражается на функции различных органов и систем и может представлять опасность для жизни.
Следует отметить, что расстройства водно-солевого обмена сопровождают многие заболевания различной этиологии и накладывают отпечаток на развивающуюся клиническую картину. Поэтому в комплексе лечебных мероприятий при ряде патологических состояний необходимо предусмотреть введение строго рассчитанных по объему и сбалансированных по электролитному составу инфузионных растворов. Все это указывает на необходимость самого пристального наблюдения за состоянием водно-электролитного обмена.
Вода — самое распространенное химическое соединение, идеальный растворитель для органических и неорганических веществ и неотъемлемый компонент метаболических реакций, а также основная составляющая внутренней среды организма. Вода является необходимым компонентом для осуществления жизненно важных функций организма.
Функции водного обмена
Для нормального течения обменных процессов внутри организма как в условиях нормы, так и при патологии, необходим должный общий объем водной среды. Содержание воды в организме у новорожденного составляет 80% массы тела, у взрослого человека — 50-60%. Колебания зависят от типа телосложения, возраста, пола. Различные ткани организма содержат неодинаковое количество воды. Самый богатый водой орган — стекловидное тело глаза, содержащий 99% воды, самая бедная водой — эмаль зуба, в ней воды всего лишь 0,2%. Кроме того, много воды содержится в веществе мозга — 80-85%.
Поддержание гомеостаза возможно только при соблюдении строгого баланса поступления и выделения воды из организма. Превышение первого над вторым в физиологических условиях характерно только для новорожденных (до 15-22 мл/сут) и у детей до 1 года (3-5 мл/сут). Суточная потребность в воде у взрослого человека составляет 2-3 л. Потребность организма в воде соответствует количеству теряемой жидкости.
Сколько выпивать воды в сутки
Количество выпиваемой воды приблизительно эквивалентно диурезу, а количество воды, поступающей с пищей примерно равно потерям при потоотделении и со слизистых дыхательных путей.
В зависимости от интенсивности физической работы, температуры тела, внешних условий (в горячих цехах, в жарком климате), клинической ситуации суточная потребность человека в воде может резко возрастать и доходить до 10 литров в сутки и более.
В организме вода перераспределена между внутриклеточным и внеклеточным секторами.
Интрацеллюлярная жидкость
Внутриклеточная вода (интрацеллюлярная жидкость) составляет 40% от массы тела и является составной органической частью протоплазмы. По сравнению с внеклеточным сектором, внутри клетки отмечаются более высокий уровень белка и калия и менее низкий уровень натрия. Такая разность концентрации ионов создается функционированием калиево-натриевого насоса, обеспечивающего биоэлектрический потенциал, необходимый для возбудимости нервно-мышечных структур. Вода, поступившая из плазмы внутрь клетки, включается во все биохимические процессы и выделяется из нес в виде обменной воды.
Внеклеточная вода составляет 20% и распределяется по трем водным секторам: внутрисосудистый, интерстициальный и трансцеллюлярный.
1. Внутрисосудистый сектор состоит из плазменного объема. Объем плазмы у взрослого человека составляет 3,5-5% массы тела. Данный сектор отличается высоким содержанием белка, что определяет соответствующее онкотическое давление и является наиболее мобильным в обменных процессах.
2. Интерстициальный сектор содержит до 15% воды массы тела. Жидкость данного сектора состоит из воды межклеточного пространства и лимфы, циркулирующей между двумя полупроницаемыми мембранами — клеточной и капиллярной. Данные мембраны легко проницаемы для воды и электролитов и менее проницаемы для белков плазмы. Интерстициальная жидкость является связующим звеном между внутриклеточным и внутри-сосудистым сектором, участвует в поддержании гомеостаза, через нее в клетки поступают электролиты, кислород, питательные вещества и происходит обратное движение отработанных продуктов обмена к выделительным органам. От плазмы крови она отличается значительно меньшим содержанием белка.
3. Трансцеллюлярный сектор представляет собой жидкость, содержащуюся внутри желудочно-кишечного тракта и других замкнутых полостей (внутриглазная, внутрисуставная, плевральная полости и т.д.). Объем данного сектора меняется в зависимости от количества пищеварительных соков, количества и качества пищи, состояния выделительных функций организма.
Внеклеточная и внутриклеточная жидкости значительно отличаются по составу и концентрации отдельных компонентов, но общая суммарная концентрация осмотически активных веществ примерно одинакова. Перемещение воды из одного сектора в другой происходит при небольших отклонениях в них осмотического давления. Существует тесная взаимосвязь между количеством жидкости в различных секторах организма, состоянием периферического кровообращения, проницаемостью капилляров и соотношением коллоидно-осмотического и гидро-статического давлений.
В начальной части капилляра внутрисосудистая жидкость отличается от интерстициальной увеличенным содержанием белка, а следовательно, и большим КОД. Это, по законам осмоса, создает условия для притока жидкости из интерстиция в капилляр. В то же время ГД крови в начальной части капилляра значительно больше, чем в интерстиции, что обеспечивает выход жидкости из капилляра. Суммарный результат этих противонаправленных действий в начальной части капилляра выражается в преобладании оттока над притоком. В конечной части капилляра ГД крови уменьшается, а КОД остается без изменения, в результате этого отток жидкости уменьшается и преобладает ее приток. В физиологических условиях процессы обмена жидкостью между сосудистым руслом и интерстициальным пространством строго сбалансированы.
Гидростатическое давление — давление, вызванное силой тяжести, действующей на жидкость. Оно равно произведению плотности жидкости на ускорение свободного падения и на глубину погружения.
Коллоидно-осмотическим или онкотическим, называется давление на раствор, обусловленное коллоидными веществами, основу которых составляют альбумины, обеспечивающие около 80-85% онкотического давления. Нормальная величина онкотического давления плазмы около 25 мм. рт. ст.
При патологических процессах, связанных, в первую очередь, с потерей циркулирующего в плазме белка (острая кровопотеря, печеночная недостаточность и т. д.), происходит снижение КОД, в результате чего жидкость из системы микроциркуляции начинает переходить в интерстиций. Данный процесс сопровождается сгущением крови и нарушением ее реологических свойств.
Работа системы регуляции обмена воды направлена на поддержание оптимального объема жидкости в организме. Эта система устраняет отклонения содержания жидкости и солей в организме или способствует уменьшению их выраженности. Она включает в себя афферентное, центральное и эфферентное звенья.
Афферентное звено системы включает чувствительные нервные окончания и нервные волокна в различных органах и тканях организма (слизистой оболочки полости рта, желудка и кишечника, сосудистого русла и др), а также дистантные рецепторы (зрительные и слуховые). Афферентная пульсация от рецепторов различного типа (осмо-, хемо-, баро-, терморецепторов) поступает к нейронам гипоталамуса в центр жажды.
Центральное звено системы контроля обмена воды — центр жажды. Его нейроны находятся в основном в переднем отделе гипоталамуса. Этот центр связан с областями коры большого мозга, участвующим в формировании чувства жажды или водного комфорта. Регуляторные стимулы от нейронов центра жажды (нервные и гуморальные) передаются к эффекторным структурам.
Эфферентное звено системы регуляции водно-электролитного обмена включает почки, потовые железы, кишечник, легкие. Эти органы обеспечивают выведение либо задержку воды и солей в организме. Важными регуляторами главного механизма изменения объема воды в организме — экскреторной функции почек — являются антидиуретический гормон (АДГ, вазопрессин), ренин-ангиотензин-альдостероновая система (РААС), предсердный натрийуретический фактор (ПНФ, атриопептид), катехоламины, простагландины и минералокортикоиды.
Раздражение осморецепторов гипоталамической области (при повышении осмотического давления крови выше 280±3 мосм/л), а также волюморецепторов левого предсердия (при уменьшении объема крови) усиливает освобождение АДГ супраоптическим и паравентрикулярным ядрами гипоталамуса. Кроме того, АДГ усиливает реабсорбцию воды в канальцах нефронов.
Ишемия почек, активация рецепторов приводящей артериолы почки (при уменьшении почечного кровотока, кровопотере) и натриевых рецепторов юкстагломерулярного комплекса (при дефиците натрия) усиливает синтез и высвобождение в кровь ренина, способствуют повышению его активности. Образующийся под влиянием ренина ангиотензин-II стимулирует синтез и увеличивает выброс надпочечниками альдостерона, который повышает реабсорбцию в извитых канальцах нефронов натрия. Уменьшение объема внеклеточной жидкости и ангиотензина-II также стимулируют центр жажды в гипоталамусе.
Антидиуретическому и антинатрийуретическому механизмам противостоят диуретические и натрийуретические механизмы. Главными действующими факторами этих механизмов являются реномедуллярные почечные простагландины и атриопептид. ПНФ вырабатывается в клетках предсердий и повышает диурез и выведение натрия, снижает тонус сосудов и понижает артериальное давление. Содержание ПНФ в предсердиях и секреция его в кровь увеличивается под влиянием избытка воды и поваренной соли, растяжения предсердий, при повышении кровяного давления, а также при стимуляции рецепторов вазопрессина и α-адренорецепторов.
Названные механизмы функционируют постоянно и обеспечивают восстановление водно-электролитного гомеостаза при кровопотере и обезвоживании, избытке воды в организме, а также при изменениях осмотической концентрации внеклеточной жидкости.
Изменения или нарушения водного обмена обозначаются как положительный (накопление в организме избытка воды) или отрицательный (дефицит в организме воды) баланс. Если эффективность системы регуляции водного баланса недостаточна, развиваются различные нарушения водного обмена.
