1. ВОДА.

Вода является наиболее широко распространенным веществом в живой природе. В организме взрослого человека на долю воды приходится 2/3 массы тела (58-67 %). Вода не просто служит инертным растворителем, заполняющим все составные части каждой клетки. Она выполняет разнообразные функции, многие из которых обусловлены ее необычными свойствами.

1.СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ВОДЫ.

Молекула воды Н₂О не линейна, т.к. атомы располагаются под углом 105⁰. В целом молекула воды электронейтральна, но из-за значительных различий в электроотрицательности атомов представляет собой диполь, в котором отрицательный заряд локализуется на кислороде, а положительный – на атомах водорода. Таким образом вода является полярным растворителям, хорошо растворяющим электролиты (кислоты, щелочи, соли) и полярные соединения (спирты, сахара).

Дальнейшее смещение электронной плотности от водорода к кислороду может приводить к диссоциации молекул воды на ионы:

Н₂О  Н⁺ + ОН^-

Диссоциация важна для формирования кислотно-основных и буферных свойств растворов, участия воды в химических реакциях в качестве донора протонов и гидорксильных групп.

Благодаря существованию диполей, соседние молекулы воды притягиваются друг к другу силами электростатического взаимодействия, поэтому в жидкой, и особенно твердой воде возникают агрегаты, поддерживаемые системой водородных связей.

Это оказывает серьезное влияние на ряд физико-химических свойств воды. Для нее характерны высокие температуры плавления и кипения, теплота испарения и теплоемкость.

2.РОЛЬ ВОДЫ В ОРГАНИЗМЕ.

Вода является растворителем многих соединений, участником гидролиза, гидратации, входит в состав системы регуляции кислотно-основного состояния. При участии ионов воды радикалы аминокислот приобретают заряды. Между аминокислотами возникают ионные связи, стабилизирующие третичный, четвертичный уровни структурной организации белков. Она обеспечивает транспорт веществ по организму, определяет величину осмотического давления плазмы и объема жидкости. Полярность воды создает необходимые условия для формирования структуры глобулярных белков, биологических мембран, мицелл.

Кроме того, вода выполняет механическую функцию, ослабляя трение связок, мышц, поверхностей хрящей суставов и тем самым облегчает их подвижность. Благодаря высокой теплоемкости, вода является хорошим теплоизолятором, а ее высокая теплопроводность обеспечивает быстрое выравнивание температуры в организме. Наконец, высокая теплота испарения гарантирует большую теплоотдачу при потоотделении.

3.Состояние воды и ее распределение в организме.

В организме человека и животных вода находится в трех различных состояниях, пребывающих в динамическом равновесии.

1) Свободная, или мобильная, вода составляет основную часть внутриклеточной жидкости, а также крови, лимфы, интерстициальной жидкости.

2) Связанная вода образует гидратные оболочки растворенных веществ.

3) Конституционная вода входит в состав белков, жиров и углеводов и выделяется в свободном виде только в результате их окисления.

Вода в организме локализуется либо внутриклеточно (около 2/3 всей воды), либо внеклеточно (около 1/3). Внеклеточная вода размещена внутри сосудистого русла (кровь, лимфа), в межклеточном пространстве, а также во внутренних полостях (пищеварительном тракте, мочевыводящих путях, суставах, спинном мозге и др.).

Распределение воды в организме взрослого человека

Количество воды в органах и тканях варьирует и прямо пропорционально активности физиологических процессов. Так, в коре головного мозга на долю воды приходится 85 % массы, в зубной эмали – лишь 3 %.

Содержание воды в организме может меняться в зависимости от физиологического состояния, развития патологий. С возрастом содержание воды уменьшается: в эмбрионе вода составляет около 97 %, в стареющем организме – 50 %. Обычно наибольшие сдвиги претерпевает содержание внеклеточной жидкости. Изменения объёма внутриклеточной воды наблюдаются позднее и развиваются медленнее.

4.Потребности человека в воде.

В норме организм взрослого человека находится в состоянии водного равновесия. Это значит, что количество воды, потребляемой человеком, равно количеству выделенной жидкости.

Потребность организма в воде зависит от массы тела, температуры окружающей среды, характера мышечной деятельности и состава потребляемой пищи. Суточная потребность в воде взрослого человека при средней массе 70 кг составляет 2,5 л или 40 мл/кг. Для детей потребность в воде увеличивается в 2-3 раза и составляет 80-100 мл/кг массы тела.

3.

Водный баланс складывается из трёх процессов: • поступления воды в организм с пищей и питьём, • образования воды при обмене веществ (так называемая эндогенная вода), • выделения воды из организма. 5.Регуляция обмена воды. Важнейшие параметры водно-солевого гомеостаза - осмотическое давление, рН и объём внутриклеточной и внеклеточной жидкостей. Изменение этих параметров может привести к изменению АД, ацидозу, дегидратации и отёкам тканей. Основные гормоны, участвующие в тонкой регуляции водно-солевого баланса и действующие на извитые канальцы и трубочки почек: АДГ, альдостерон, предсердный натрийуретический фактор.

Главный физиологический эффект АДГ: клетки-мишени для АДГ, относительно непроницаемы для молекул воды. Эти клетки обнаружены на мембране собирательных трубочек и дистальных канальцев почек. Связывание АДГ с рецепторами стимулирует аденилатциклазную систему, активацию протеинкиназы А, фосфорилирует белки, стимулирует экспрессию гена мембранного белка аквапорина-2.Аквапорин-2 перемещается к апикальной мембране канальцев и встраивается в неё образуя водные каналы. Это обеспечивает избирательную проницаемость мембраны клеток для воды. Вода свободно диффундирует в клетки почечных канальцев и затем поступает в интерстициальное пространство. Механизм действия альдостерона: в клетках-мишенях гормон образует комплекс гормон-рецептор. Образовавшийся комплекс взаимодействует с определённым участком ДНК и изменяет скорость транскрипции специфических генов. Результат действия альдостерона- индукция синтеза: а) белков транспортёров натрия из просвета канальца в эпителиальную клетку почечного канальца; б) натрий-калий-АТФ-азы, обеспечивающей удаление ионов натрия из клетки почечного канальца в межклеточное пространство и обратный транспорт калия. Суммарным биологическим эффектом действия альдостерона является увеличение реабсорбции натрия в канальцах нефрона и возрастание экскреции калия.

Механизм действия предсердного натрийуретческого фактора: основные клетки-мишени ПНФ-почки, периферические артерии. ПНФ в почках стимулирует расширение приносящих артериол, усиление почечного кровотока, увеличении скорости фильтрации и экскреции натрия. В периферических артериях происходит снижение тонуса гладких мыщц и соответственно расширение этих сосудов. ПНФ обычно рассматривают как физиологический антагонист ангиотензина II.

4.

Система регуляции обмена воды в организме включает центральное, афферентное и эфферентное звенья. • Центральное звено системы контроля обмена воды — центр жажды (водорегулирующий). Его нейроны находятся в основном в переднем отделе гипоталамуса. Этот центр связан с областями коры большого мозга, участвующими в формировании чувства жажды или водного комфорта. • Афферентное звено системы включает чувствительные нервные окончания и нервные волокна от различных органов и тканей организма (слизистой оболочки полости рта, сосудистого русла, желудка и кишечника, тканей), дистантные рецепторы (главным образом, зрительные и слуховые).

Система регуляции водного обмена организма.

Афферентная импульсация от рецепторов различного типа (хемо - осмо - баро - терморецепторов, возможно, и некоторых других) поступает к нейронам гипоталамуса. Наиболее важное значение при этом имеют: - увеличение осмоляльности плазмы крови более 280±3 мосм/кг Н₂0 (нормальный диапазон 270-290 мосм/кг); - дегидратация клеток; - увеличение уровня ангиотензина II.

5.

Регуляторные стимулы от нейронов центра жажды (нервные и гуморальные) адресуются эффекторным структурам.

• Эфферентное звено системы регуляции водного обмена включает почки, потовые железы, кишечник, лёгкие. Эти органы в большей (почки) или в меньшей (например, лёгкие) мере обеспечивают устранение отклонений содержания воды, а также солей в организме. Важными регуляторами главного механизма изменения объёма воды в организме — экскреторной функции почек — являются антидиуретический гормон (АДГ), система «ренин—ангиотензин—альдостерон», предсердныи натрийуретический фактор, катехоламины , минералокортикоиды. При воздействии патогенных факторов и/или отклонении содержания жидкости в организме система регуляции водного обмена, как правило, устраняет эти отклонения или обеспечивает уменьшение их степени. Если же эффективность этой системы недостаточна, развиваются различные варианты нарушений водного обмена.

6. Нарушения водного обмена.

Все разновидности нарушений водного обмена — дисгидрии — подразделяют на дегидратацию (обезвоживание) и гипергидратацию (гипергидрия), в том числе клинически важную форму гипергидратации — отёк. Каждая из типовых форм дисгидрии характеризуется по двум важным критериям: • Осмоляльность внеклеточной жидкости. По этому критерию выделяют три формы дисгидрии: - гипоосмоляльную (осмоляльность плазмы менее 280 мосм/кг Н₂0); - гиперосмоляльную (осмоляльность плазмы крови более 300 мосм/кг Н₂0); - изоосмоляльную.

• Сектору организма, в котором преимущественно развивается дисгидрия. В соответствии с этим критерием выделяют клеточную, внеклеточную и смешанную (ассоциированную) формы де- или гипергидратации.

Причины дегидратации. Причинами дегидратации могут быть недостаточное поступление воды в организм и повышенная её потеря.

6.

• Недостаточное поступление воды в организм наиболее часто наблюдается при: - Водном голодании — дефиците введения в организм жидкости с пищей и питьём (например, при вынужденном голодании, невозможности обеспечить нормальный режим питья при стихийных бедствиях или боевых действиях). - Нервно-психических заболеваниях или травмах, снижающих или устраняющих чувство жажды (например, при сотрясении головного мозга; при повреждении нейронов центра жажды в результате кровоизлияния, ишемии, опухолевого роста; при истерии, неврозе). - Соматических болезнях, препятствующих приёму пищи и питья жидкостей (например, при нарушениях глотания, проходимости пищевода, при травме лицевого черепа).

• Повышенная потеря воды организмом наблюдается при: - Длительной полиурии (например, у пациентов с почечной недостаточностью,при сахарном и несахарном диабете; при неправильном применении диуретиков). - Желудочно-кишечных расстройствах (например, при длительном обильном слюнотечении, повторной рвоте, хронических поносах), а также при наличии свищей желудка и/или кишечника без эквивалентного возмещения утраченного объёма жидкости. - Массивной кровопотере (например, в связи с ранением кровеносных сосудов и/или сердца). - Продолжительном и/или значительном потоотделении (например, в условиях жаркого сухого климата или производственных процессов с повышенной температурой воздуха и сниженной влажностью в помещении). В указанных условиях потери воды могут достигать 10—15 л в сутки. - Гипертермических состояниях, включая лихорадку. Увеличение температуры тела на 1 °С приводит к выделению 400—500 мл жидкости в сутки с потом. Одновременно возможно увеличение диуреза, развитие рвоты и/или поноса. - Патологических процессах, вызывающих потерю большого количества лимфы (например, при обширных ожогах, разрушении опухолью лимфатических стволов или ранении их).

Активирование системы ренин—ангиотензин—альдостерон (РААС) приводит к купированию происходящих изменений. Механизм РААС заключается в следующем: при снижении перфузионного давления в почках ( уменьшение АД, кровотечение, потеря жидкости при

7.

диарее, рвоте, снижении концентрации хлорида натрия) приводит к стимуляции высвобождения ренина клетками юкстагломерулярного аппарата, расположенными в почечных клубочках. Ренин является протеолитическим ферментом, субстратом для него служит ангиотензиноген, который синтезируется в печени. Ренин катализирует отщепление декапептида - ангитензина I (является биологически не активным). Под действием ангиотензинпревращающего фермента, выявленного на эндотелии лёгких , с С-конца ангитензина I удаляется 2 аминокислоты и образуется октапептид- ангитензина II. Ангитензина II оказывает стимулирующее влияние на продукцию и секрецию альдостерона. В больших концентрациях проявляет мощное сосудо- суживающие действие. А также способствует инактивации вазодилятаторов (брадикинина). Значительное уменьшение объёма циркулирующей жидкости может стать причиной опасного нарушения кровоснабжения тканей, прежде чем регуляторные системы восстановят давление и объём крови. При этом нарушаются функции всех органов, прежде всего головного мозга. Эти нарушения называют шоком. В развитии шока (а также отёков) существенная роль принадлежит изменению нормального распределения жидкости и альбумина между кровеносным руслом и межклеточным пространством. Если увеличение проницаемости капилляров имеет острый характер (наступает быстро, сопровождается резким уменьшением объёма циркулирующей крови и падением кровяного давления), клинически это проявляется как шок. Шок – частое следствие тяжёлых травм, ожогов.

8.

Задержка воды в организме. Задержка воды в организме (гипергидратация) может наблюдаться при чрезмерном введении воды (водное отравление), либо при ограничении выделения жидкости из организма. При этом развиваются отек и водянка. От чрезмерной водной нагрузки увеличивается объем циркулирующей крови, возникает относительное уменьшение содержания белков и электролитов крови, гемоглобина, гемолиз эритроцитов и гематурия. Диурез первоначально увеличивается, затем начинает относительно отставать от количества поступающей воды.

9.

Осмотическое давление. Осмотическое давление создаётся в тех случаях, когда два раствора с различной концентрацией осмотически активных веществ разделены полупроницаемой мембраной, через которую свободно проходят молекулы растворителя, но не растворённых веществ. При этом движение воды через такие мембраны всегда определяется направлением осмотического градиента. В состав биологических жидкостей входят различные осмотически активные вещества- электролиты и неэлектролиты (сахар, белки). Оказываемое ими давление называют общим осмотическим давлением. В значительной мере его величина определяется давлением растворённых электролитов, которое называется эффективным осмотическим давлением, так как оно во много раз превышает осмотическое давление неэлектролитов и определяет движение воды из клетки в клетку. Осмотическое давление белков называют коллоидно-осмотическим давлением или онкотическим давлением. Онкотическое давление оказывает существенное влияние на распределение воды и ионов между плазмой, кровью и интерстициальной жидкостью, а также на обмен жидкости между сосудистым и внесосудистым пространствами, происходящим в соответствии с равновесием Старлинга.

Отеки Отеком называется патологическое скопление жидкости в тканях и межтканевых пространствах вследствие нарушения обмена воды между кровью и тканями. Жидкость может задерживаться также внутри клеток. При этом нарушается обмен воды между внеклеточным пространством и клетками. Такие отеки называются внутриклеточными. Патологическое скопление жидкости в серозных полостях организма именуется водянкой. Скопление жидкости в брюшной полости называется асцитом, в плевральной полости— гидротораксом, в околосердечной сумке — гидроперикардиумом.

Механизмы возникновения отеков. Обмен жидкости между сосудами и тканями происходит через капиллярную стенку. Эта стенка представляет, достаточно сложно устроенную, биологическую структуру, которая относительно легко транспортирует воду, электролиты, некоторые органические соединения (мочевину), но задерживает белки, в результате чего концентрация последних , в плазме крови и тканевой жидкости , не одинакова (соответственно 60—80 и 15—30 г/л). Обмен воды между капиллярами и тканями определяют следующие факторы:

10.

1. гидростатическое давление крови в капиллярах и величина тканевого сопротивления;

2. коллоидно-осмотическое давление плазмы крови и тканевой жидкости;

3. проницаемость капиллярной стенки.

Кровь движется в капиллярах с определенной скоростью и под определенным давлением, в результате чего создаются гидростатические силы, стремящиеся вывести воду из капилляров в окружающие ткани. Эффект гидростатических сил будет тем больше, чем выше кровяное давление, чем меньше сопротивление со стороны тканей, находящихся вблизи капилляров. Удерживают воду в сосудах белки, создающие определенную величину онкотического давления крови . Онкотическое давление белков крови и тканевой жидкости имеет противоположное направление действия: белки крови удерживают воду в сосудах, белки тканей— в тканях. При уменьшении величины онкотического давления крови возникают так называемые онкотические отеки. Увеличение проницаемости сосудистой стенки может способствовать возникновению и развитию отеков. Важное значение имеет повышение проницаемости капилляров для белков плазмы крови, вследствие чего падает эффективное онкотическое давление преимущественно за счет увеличения онкотического давления тканевой жидкости. Нарушение проницаемости сосудистых стенок связано с накоплением медиаторов повреждения с расстройством нервной регуляции тонуса сосудов. Проницаемость сосудистой стенки может повышаться при действии различных химических веществ (хлор, фосген, дифосген, люизит и др.), бактериальных токсинов (дифтерийный, сибиреязвенный и др.), а также ядов различных насекомых и пресмыкающихся (пчелы, змеи и т. д.). Под влиянием воздействия этих агентов, помимо повышения проницаемости сосудистой стенки, происходит нарушение тканевого обмена и образование продуктов, усиливающих набухание коллоидов и повышающих осмотическую концентрацию тканевой жидкости. Возникающие при этом отеки называются токсическими. В механизме развития отеков, по мимо указанных, принимают участие и другие факторы. Развитие отека приводит к механическому сдавлению тканей и нарушению

11.

в них кровообращения. Избыток межтканевой жидкости затрудняет обмен веществ между кровью и клетками. Вследствие нарушения трофики отечные ткани легче инфицируются, иногда отмечается развитие в них соединительной ткани.