Сургутский государственный университет ХМАО-Югры

Медицинский институт

Кафедра общей патологии

Л.В. Коваленко Е.В. Бубович

Водно-электролитный обмен у детей

в норме и патологии

Методическое пособие

Сургут

Издательство СурГУ

2012

УДК

ББК

К Коваленко Л.В., Бубович Е.В. Водно-электролитный обмен у детей в норме и патологии: метод. пособие / Л.В. Коваленко, Е.В. Бубович, Сургут. гос. ун-т. – Сургут: Изд-во СурГУ, 2012. -50 с.

Методическое пособие составлено в соответствии с программой по патофизиологии для студентов педиатрического факультета

Предназначено для студентов медицинского института с целью подготовки к прктическим занятиям и самостоятельной работы

Печатается по решению редакционно-издательского совета Сургутского государственного университета

Рецензент: заведующая кафедрой педиатрии профессор Г.Н. Куярова

Оглавление

1. Водный баланс в организме…………………………4

2. Распределение воды в организме……………………8

   1. внеклеточная жидкост……………………….9

   2. внутриклеточная жидкость……………….....9

3. Регуляция распределения воды в организме………10

   1. коллоидно-онкотическое давление………...11

   2. Гидростатическое давление крови………...11

   3. Роль проницаемости капиллярной стенки.

   4. Осмолярность плазмы………………………

4. Электролитный состав внеклеточной и внутриклеточной жидкостей в организме…………..9

   1. Физиологическая роль основных ионов……………………………………….…10

5. Регуляция водно-электролитного баланса…..…….21

   1. Гуморальная регуляция водного обмена.

6. Особенности регуляции водного обмена у детей…29

7. Семиотика изменений водного баланса………..….30

   1. Гипергидратация…………………….……...31

   2. Дегидратация………………………………...32

8. Степени тяжести дегидратации

9. Отеки

10. Семиотика нарушений обмена ионов

ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ ОБМЕН

Водно-электролитным обменом называется совокупность процессов поступления воды и электролитов в организм, распределения их во внутренней среде и выделения из организма. В организме постоянно происходит обмен воды в анатомических пространствах, где протекают интенсивные процессы внутреннего обращения: фильтрационные, секреторные, диффузионные и осмотические.

Водный баланс в организме. Вода является растворителем органических и неорганических соединений, средой, в которой протекают биохимические реакции. Она активно участвует во многих реакциях обмена (гидролиз, окисление, гидратация коллоидов и др.), транспортирует растворенные в ней вещества, ослабляет трение между соприкасающимися поверхностями в организме. В жидкой среде происходит переваривание пищи и всасывание в кровь питательных веществ. С помощью воды из организма выделяются вредные продукты обмена. Вода необходима для осуществления терморегуляции и других физиологических функций.

У здорового человека поддерживается равенство объемов выделяющейся из организма и поступившей в него за сутки воды, что называется водным балансом организма. В этом контексте можно рассматривать также и баланс электролитов: натрия, калия, кальция и др.

Содержание воды в разных тканях варьирует от 20 % в жировой ткани до 83—90 % в почках и крови, у девочек и женщин в связи с большим количеством жировой клетчатки содержание воды ниже, чем у мальчиков и мужчин.

Ткани и органы детского организма содержат большее количество воды, чем взрослого человека. У новорожденного на долю воды приходится около 80% от массы тела. Наиболее интенсивно он теряет жидкость в первые дни жизни — происходит физиологическая убыль массы тела (5—7 %) преимущественно путем испарения ее при дыхании и с поверхности кожи, а также экскреции воды с мочой и калом. Через кожу и легкие дети теряют воды больше (1 мл на 1 кг веса за 1 ч), чем взрослые (0,5 мл на 1 кг веса за 1 ч). Потребность новорожденных в воде в 2—3 раза выше, чем у детей старшего возраста. У детей периода новорожденности несовершенны нейрогуморальные, эндокринные и почечные механизмы регуляции водно-солевого обмена.

У детей в возрасте до 5 лет содержание воды в организме составляет около 70 % от массы тела. Водно-электролитный обмен у детей чрезвычайно лабилен. Количество жидкости в организме ребенка зависиттакже от характера питания и содержания жира в тканях. При углеводистом питании гидрофильность тканей увеличивается. Жировая ткань, напротив, бедна водой (около 22%), и при ожирении ее количество в организме уменьшается. Повышение потребления белков и, соответственно, конечное превращение их в мочевину, удаляемую из организма с мочой, ведет к абсолютной необходимости возрастания потерь воды в почках, что требует повышенного ее поступления в организм. Напротив, при питании преимущественно пищей, богатой углеводами и жиром, и небольшом поступлении в организм поваренной соли потребность организма в поступлении воды меньше.

Нужно учитывать также воду, образующуюся в организме в результате обмена веществ, — оксидазную. Так, в покое при окислении 100 г жира образуется более 100 мл воды, 100 г белка — около 40 мл воды, 100 г углеводов — 55 мл воды. Допустимо образование воды в организме ребенка в количестве 12 мл/кг массы тела. Повышение катаболизма и энергетического обмена ведет к резкому увеличению образуемой эндогенной воды. Однако эндогенной воды у человека недостаточно для обеспечения водной среды метаболических процессов, особенно выведения в растворенном виде продуктов метаболизма. Важно помнить, что вода входит в состав различных органических систем, например, каждый грамм гликогена, содержит 1,5 мл воды, а каждый грамм белка — 3 мл воды.

Вода и электролиты выводятся из организма тремя основными путями: почками, желудочно-кишечным трактом, путем испарения через легкие и кожу (perspiratio insensibilis). Между органами выделения существуют функциональные и регуляторные взаимосвязи, в результате чего сдвиг функционального состояния одного из органов выделения меняет активность другого в пределах единой выделительной системы. Так, например, при избыточном выведении жидкости через кожу путем потоотделения при ывсокой темепратуре - снижается объем мочеобразования, при уменьшении экстркции азотыстых соединений с мочой, увеличивается их выведение через жкт, легкие и кожу.

Потери жидкости через кожу и легкие вместе с частью мочи, необходимой для выведения растворенных в ней веществ, составляют обязательные потери. Они представляют собой минимальный объем жидкости, который должен потреблять человек для поддержания водного баланса.

У маленьких детей выведение воды путем perspiratio insensibilis составляет до 50—75 % от общей величины. Интенсивность экстраренальной потери воды у детей в 2 раза выше, чем у взрослых, и составляет в среднем 1 мл/кг массы тела в час, у взрослых - 0,45 мл/кг в час. Общие потери воды путем перспирации у взрослых составляют 14 мл/кг в сутки (через ЖКТ- 50-300 мл, дыхательные пути и кожу 850-1200 мл или 0,5 г/кг веас в час), у детей — до 45 мл/кг (15 мл/кг через легкие, 30 мл/кг через кожу). Через кишечник ребенок теряет 40—80 мл, через почки — 90—100 мл воды на 1 кг массы тела. Это объясняется относительной незрелостью почек и относительно большой поверхностью тела. Потери за счет испарения регулируются факторами, в целом не зависящими от содержания воды в организме. Они пропорциональны площади поверхности тела и зависят от температуры как тела, так и окружающей среды, частоты дыхания и парциального давления водяных паров в воздухе.

Потоотделение незначительно при температуре окружающего воздуха 26,5—29,5°С, начиная с 30,5°С оно возрастает на 30 мл/100 ккал с каждым градусом, однако эти расчеты неприемлемы у недоношенных детей, которым необходима более высокая температура окружающей среды. Потоотделение частично контролируется вегетативной нервной системой. Оно может быть снижено при тепловых стрессах, тяжелых дефицитах жидкостей организма или увеличении концентрации электролитов. Потоотделение не является основным механизмом, регулирующим содержание жидкости в организме. Следовательно, дети страдают от дефицита воды чаще, чем взрослые.

Как первичная, так и вторичная гипервентиляция, связанная с метаболическим ацидозом, в значительной степени увеличивает легочную отдачу воды. Так как выдыхаемый воздух насыщен водяными парами, то в случае, если минутный объем дыхания увеличится в 5—6 раз по сравнению с нормальным, суточная потеря воды легкими у грудного ребенка может превысить 100 мл/кг. При первичной гипервентиляции наряду с эксикозом может возникнуть респираторный алкалоз. В подобном случае процессы компенсации ведут к уменьшению содержания бикарбонатов и гиперхлоремии.

Потери воды и солей с калом всегда надо учитывать, так как организм секретирует большое количество воды и электролитов с пищеварительными соками. Очень важен кругооборот жидкости между плазмой крови и кишечным трактом. У взрослого человека из плазмы в верхние отделы пищеварительного тракта за сутки выделяется 8 л солесодержащих жидкостей: слюны, желудочного сока, желчи, панкреатического и кишечного сока. Эти жидкости всасываются в нижних отделах кишечника, не более 100 г в день выделяется с фекалиями. У здорового ребенка в кале содержится 75—85 % воды — такое же количество, как и у взрослого. В среднем у ребенка в возрасте 2—3 мес образуется в сутки 6—30 г кала, в возрасте 6—12 мес — 10—40 г, в возрасте 1—5 лет — 15—75 г, в возрасте 6—15 лет — 70—120 г (у взрослого 100—250 г). При желудочно-кишечных расстройствах количество каловых масс и жидкости может значительно возрастать.

Еще большее количество жидкости циркулирует и движется через почки: ежедневно только 1 — 1,5 л гломерулярного фильтра преобразуется в конечную (вторичную) мочу, остальная часть реабсорбируется в канальцах.

Экскреция воды регулируется изменением скорости образования мочи. Снижение осмолярности плазмы указывает на чрезмерное насыщение водой, это корригируется с помощью экскреции большого объема разведенной мочи, имеющей меньшую осмолярность, чем плазма. И наоборот, когда осмолярность плазмы выше нормы, объем выделяемой мочи уменьшается, а ее осмолярность увеличивается по сравнению с осмолярностью плазмы. Вместе с тем объем мочи может быть уменьшен до количества, необходимого для растворения выводимых веществ, и поэтому зависит от диеты. Если вода не поступает в организм, то в лучшем случае в почках образуется минимальное количество максимально концентрированной мочи. У детей старше 2 мес максимальная концентрация мочи составляет 140 мосм/л, а в возрасте менее 2 мес она достигает 70 мосм/л. На диурез влияют скорость клубочковой фильтрации, состояние эпителия почечных канальцев, концентрация в плазме надпочечниковых стероидов. Выведение мочи у грудных детей относительно массы тела больше, чем у взрослых. На выведение одного и того же количества мочевины, мочевой кислоты, креатинина, ионов затрачивается в 2—3 раза больше воды, чем у взрослых. Суточный диурез у детей старше года можно приблизительно рассчитать по формуле: 600 +100 (п-1), где п — возраст в годах.

Соответственно суточная потребность детей в воде больше, чем у взрослых (см. Приложение). При прекращении поступления жидкости новорожденный потерял бы полностью весь объем внеклеточной жидкости в течение 3, а взрослый — в течение 7 сут. У новорожденных и грудных детей не развито чувство жажды, этим объясняется их склонность к дегидратации.

Распределение воды в организме. Несмотря на то, что общее количество жидкости на 1 кг массы тела у детей больше, чем у взрослых, на 1м² поверхности тела содержание жидкости у детей значительно меньше. Водный обмен у детей протекает более интенсивно, чем у взрослых, у которых вся вода в организме обновляется примерно каждый месяц, а внеклеточное водное пространство — каждую неделю. У грудного ребенка время пребывания молекулы воды в организме составляет 3-5 дн. В отличие от взрослых у детей раннего возраста отмечается большая проницаемость клеточных мембран, а фиксация жидкости в клетке и межклеточных структурах более слабая. Особенно это касается межуточной ткани, так как кислые мукополисахариды основного вещества определяют прочность этой связи.

Величину отдельных пространств, занимаемых жидкостью, можно определить с помощью методов разведения с применением таких веществ, которые распределяются равномерно или во всех жидкостях организма, или только во внеклеточной жидкости (хлоридное пространство), или только в плазме крови, либо можно определить лабильную, не связанную с кислыми мукополисахаридами воду (инулиновое пространство). У ребенка объемы хлоридного и инулинового пространств почти одинаковы: 41,2 и 40 % от массы тела, у взрослого же они соответственно равны 26,4 и 16 %, что свидетельствует о большей лабильности водного обмена у детей. С помощью изотопов можно определить общее содержание натрия, калия и хлора в организме.

Несмотря на то, что жидкости организма представляют собой единое целое, химический состав их различен. Принято различать внеклеточную и внутриклеточную жидкости, разделенные мембранами. При патологии появляется третье водное пространство — вода полостей тела: брюшной, плевральной и т. д.

Таблица №1

Содержание общего количества воды и соотношение в распределении жидкости в зависимости от возраста

Жидкости (%)	Новорож- денный	1-6 мес	6 мес -1 год	1-5 лет	Взрос- лый
Общая вода	75 - 85	70	70	65 - 70	60-65
Внутриклеточная	30 - 40	30	35	35 - 40	40 -45
Внеклеточная:
Интерстициальная	32 - 44	34,5	30	25	17
Плазма	6	5,5	5	5	5

Объем внеклеточной жидкости составляет 20—25 % от массы тела и состоит из: 1) жидкой части плазмы, экстрацеллюлярной (5% от массы тела), 2) интерстициальной жидкости (15 % от массы тела) и 3) трансцеллюлярной жидкости (1—3 % от массы тела), которая состоит из секретов желудочно-кишечного тракта и спинномозговой, внутриглазной, плевральной, перитонеальной и синовиальной жидкостей. Объем трансцеллюлярной жидкости значительно увеличивается при воспалительных заболеваниях (диарее, кишечной непроходимости, плеврите и др.).

Плазма крови отделяется капиллярной стенкой от межклеточной (интерстициальной) жидкости, а последняя отделяется клеточной мембраной от внутриклеточной (интрацеллюлярной) жидкости. Благодаря сходному химическому составу плазма и интерстициальная жидкость составляют функциональное единство — экстрацеллюлярную (внеклеточную) жидкость.

Межклеточная жидкость подразделяется на мобильную, свободную часть ультрафильтрата плазмы, располагающуюся между клетками и капиллярами, и менее мобильную, находящуюся в соединительной ткани. Уменьшение с возрастом содержания внеклеточной жидкости в основном обусловлено увеличением роста клеток и уменьшением скорости роста коллагена по отношению к мышечной ткани.

Экстрацеллюлярная жидкость является той внутренней средой, в которой живут клетки, следовательно, она обеспечивает оптимальные условия для их жизнедеятельности. Плазма крови образует большую транспортирующую систему, которая питает клетки и уносит продукты обмена веществ. Только экстрацеллюлярная жидкость связана с внешней средой через желудочно-кишечный тракт, легкие, кожу и почки. Жизненно важной функцией этой жидкости является поддержание нормального количества плазмы крови и тем самым — обеспечение кровообращения.

Объем внутриклеточной жидкости составляет в среднем около 40 % от массы тела. Она представляет собой сумму жидкостей в клетках, имеющих разную локализацию, функцию, состав.

Внутриклеточная жидкость представлена в виде трех состояний: 1) связанная с гидрофильными структурами воды протоплазмы; 2) вода притяжения на поверхности коллоидных структур; 3) вода капиллярности – в лакунах протоплазмы - наиболее лабильная, относительно свободная вода клеток.

Внутриклеточная жидкость необходима для осуществления основных жизненных процессов: преобразования, хранения и использования энергии; гомеостаза; (в) репликации, (г) выполнения живыми структурами специфических функций.

Внутриклеточная жидкость состоит из воды с растворенными в ней ионами и малыми молекулами: солями, сахарами, аминокислотами, жирными кислотами, нуклеотидами, витаминами и газами.

Таблица №2

Состав внутриклеточной и внеклеточной жидкости организма

Вещество Внеклеточная жидкость Внутриклеточная жидкость Na+ 140 ммоль/л 10 ммоль/л К+ 4 ммоль /л 140 ммоль /л Са2+(свободный) 2,5 ммоль /л 0,1 мкмоль /л Mg2+ 1,5 ммоль /л 30 ммоль /л Сl– 100 ммоль /л 4 ммоль /л НСО3– 27 ммоль /л 10 ммоль /л РO43– 2 ммоль /л 60 ммоль /л Глюкоза 5,5 ммоль /л 0-1 ммоль /л Белок 2 г /дл 16 г /дл

Ионный состав внутриклеточной жидкости в среднем сильно отличается от состава жидкости внеклеточного пространства. В первой существенно больше ионов калия и магния, и основным анионом является фосфат. Концентрация глюкозы внутри клеток ниже, а белков - выше. Между внутриклеточной жидкостью и жидкостью внеклеточного пространства находятся мембраны, сложные структуры, осуществляющие двусторонний обмен клеток веществами и энергией (информацией) со средой (жидкостью внеклеточного пространства) и другими клетками.

Регуляция распределения воды в организме.

Распределение воды между внутрисосудистыми и внесосудистыми пространствами определяется согласно классической теории Старлинга следующими факторами: коллоидно-осмотическое двлением плазмы крови и тканевой жидкости; гидростатическим давлением крови в капиллярах и величиной тканевого сопротивления; проницаемостью капиллярной стенки.

Онкотическое давление, или коллоидно-осмотическое давление - это доля осмотического давления, обусловленная наличием в растворе высокомолекулярных компонентов (коллоидный раствор). В частности, такими компонентами являются белки плазмы крови. Онкотическое давление крови является одной из движущих сил, определяющих направление и скорость двустороннего обмена веществами в микрогемациркуляторном русле между кровью и интерстициальной жидкостью. Величина онкотического давления крови составляет приблизительно ~0,5% осмотического давления.

Коллоидно - осмотическое давление сыворотки крови зависит от наличия в ней белков, кристаллоидов, а также низкомолекулярных веществ (глюкоза, аминокислоты, соли). Для кристаллоидов и низкомолкулярных веществ мембрана капилляра, находящаяся между сосудистым руслом и интерстицием, свободно проходима. Единственным полимером, находящимся внутри сосуда и не проходящим в интерстициальную жидкость, являются белки. Они в сыворотки крови составляют 65-80 г/л и создают онкотическое давление сыворотки, равное 30 мм.рт.ст. В то же время интерстициальная жидкость содержит мало белка. Различное содержание белка в сыворотке и в интерстициальном пространстве создает разницу коллоидно-осмотического давления и этим определяет распределение жидкости между сосудистым руслом и интерстициальным пространством.

Для вычисления коллоидно-осмотического давления предлагается следующие формулы (В.А. Корячкин с соавт. 1999):

КОД (мм Нg) = 0,33 × общий белка (г/л)

КОД (кПа) = 0,04 × общий белок (г/л)

В норме давление составляет 21-25 мм Нg или 2,8-3,2 кПа

Гидростатическое давление крови. Объем жидкости в сосудистом русле зависит не только от онкотического давления, но и от гидростатического давления на стенку сосуда. Если онкотическое давление удерживает жидкость внутри сосуда, то гидростатическое давление вытесняет из артериальных капилляров жидкость, которая через лимфатические пути и венозные капилляры попадает вновь в венозную систему. В артериальном конце капилляра гидростатическое давление (34 мм рт ст) превалирует над онкотическим (10 мм рт. ст.), благодаря чему происходит ультрафильтрация жидкости из сосудистого русла в интерстициальную жидкость и клетку (закон Старлинга). По мере удаления от артериального конца капилляра артериальное давление снижается и приравнивается к онкотическому давлению, т.е. 20-30 мм рт.ст. Это зона покоя, где фильтрация жидкости не происходит. За зоной покоя располагается венозный конец капилляра с низким гидростатическим давлением, равным 12 мм рт. ст. Онкотическое давление, как уже отмечалось, не меняется (20-22 мм рт.ст.) и в венозном конце опять создается разность давлений, но в пользу онкотического. Разность между онкотическим и гидродинамическим давлением способствует реабсорбции жидкости и отработанных шлаков из интерстициальной межклеточной жидкости в венозные отдел сосудистого русла. Часть интерстициальной межклеточной жидкости идет на образование лимфы.

Роль проницаемости капиллярной стенки. Увеличение проницаемости сосудистой стенки может способствовать возникновению и развитию отеков. Однако это нарушение может вести к усилению процессов как фильтрации в артериальном конце капилляра, так и резорбции в венозном конце. При этом равновесие между фильтрацией и резорбцией воды может и не нарушаться. Поэтому здесь важное значение имеет повышение проницаемости капилляров для белков плазмы крови, вследствие чего падает эффективное онкотическое давление преимущественно за счет увеличения онкотического давления тканевой жидкости. Отчетливое повышение проницаемости капилляров для белков плазмы крови отмечается, например, при остром воспалении. Содержание белков в ткани при этом резко нарастает в первые 15—20 мин после действия патогенного фактора, стабилизируется в течение последующих 20 мин, а с 35—40-й минуты начинается второй подъем увеличения концентрации белков в ткани, связанный, по-видимому, с нарушением лимфотока и затруднением отвода белков из очага воспаления. Нарушение проницаемости сосудистых стенок связано с накоплением медиаторов повреждения и 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.

Осмолярность плазмы. На границе интерстициальной жидкости и внутриклеточного пространства (через мембрану клеток) проходят вода, метаболиты (мочевина, глюкоза, креатинин, мочевая кислота) и электролиты. Некоторые из них (калий, магний, кальций, фосфаты, бикарбонаты) легко проникают через нее, а другие (натрий, хлор) - только при определенных условиях. Перемещение ионов из одного сектора в другой зависит от электрического потенциала мембран, динамической поляризации и деполяризации.

Вода входит и выходит из клетки пассивно вслед за осмотически активными веществами. Концентрация осмотически активных веществ между клеткой и интерстицием определяется работой натрий - калиевого насоса. В ходе этой работы на уровне мембраны калий свободно поступает в клетку (внутриклеточный катион), натрий же, проникая в клетку, сейчас же изгоняется из нее путем клеточного эндотермического процесса. В результате устанавливается градиент концентрации натрий/калий по обе стороны мембраны.

Вне клеток мы имеем отношение натрий/калий 28:1, а внутри клетки 1:20. Эта концентрация натрия и калия по обе стороны мембраны удерживается с большим постоянством в присутствии ионизированных ионов кальция в сыворотки крови. При оптимальных условиях в сыворотки крови содержится 2,5 ммоль/л кальция, 50% этого количества связано с альбуминами и является неактивной формой. Другая половина кальция находится в свободном, несвязанном с белком состоянии, и регулирует натрий - калиевого насоса, поддерживая концентрацию натрия и калия по обе стороны мембраны и создавая в ней потенциал покоя 90мВ.

Изменение онкотического давления сыворотки крови, соотношение натрия, калия и других ионов в организме приводит к изменению осмолярности плазмы.

Под осмолярностью понимают количество части в 1 кг воды (моляльность раствора - число молей в 1 л воды). Осмотическая активность (молярность) является важной характеристикой водного пространства. Осмолярность определяет обмен жидкости между сосудами и тканью, поэтому ее изменения могут существенно сказываться на интенсивности обмена воды и ионов и нарушении их обмена.

Молярная концентрация плазмы колеблется в пределах от 285-310 ммоль/л. Осмолярность плазмы составляют натрий и анионы (88%), остальные (12%) - глюкоза, мочевина, калий, магний, кальций, белки. Осмотическую активность мочи определяют мочевина (53%), анионы (30%), натрий (9%), остальные % приходятся на калий, кальций, аммиак.

Наиболее распространенные формулы расчета осмолярности (А.П. Зильбер, 1984):

1.Осм = 2(Na⁺) + глюкоза + мочевина + К⁺

2. Осм = Na⁺ x 1,86+ глюкоза + 2мочевина + 9

Электролитный состав внеклеточной и внутриклеточной жидкостей в организме

Физиологическая роль основных ионов. Известно, что в клетках содержатся в основном калий, фосфаты и белок, ионы хлора в большинстве клеток почти полностью отсутствуют, концентрация натрия низка, в то время как экстрацеллюлярная жидкость содержит в основном натрий, ионы хлора и бикарбоната. Практически плазма крови и межклеточная жидкость являются растворами натрия, хлора, бикарбоната, там присутствуют, хотя и в незначительных количествах, жизненно важные ионы калия, кальция, магния, фосфора; кроме того, в плазме содержится 6—8% белка. Такое распределение ионов в экстра- и интрацеллюлярной системах представляет собой динамическое равновесие: из экстрацеллюлярной жидкости, где концентрация натрия высока, он постоянно поступает в клетки, однако энергия, выделяющаяся при метаболических процессах, «высасывает» из клеток столько же натрия, сколько его проникает туда. Нарушение нормальной жизнедеятельности клетки парализует натриевый насос: калий выходит из клеток, и натрий занимает его место, то есть водный баланс организма тесно связан с обменом электролитов.

Суммарная концентрация минеральных и других ионов создает определенную величину осмотического давления. Концентрация отдельных минеральных ионов определяет функциональное состояние возбудимых и невозбудимых тканей, а также состояние проницаемости биологических мембран. Поскольку синтез минеральных ионов в организме не осуществляется, они должны поступать в организм с пищей и питьем.

Для обеспечения физиологических процессов важна не столько общая концентрация каждого из электролитов в водных пространствах, сколько их активность или эффективная концентрация свободных ионов, поскольку часть ионов находится в связанном состоянии (кальций и магний — с протеинами, натрий — в ячейках клеточных органелл и т. д.). Роль отдельных электролитов в жизнедеятельности организма многообразна и неоднозначна.

Натрий (Na⁺). В организме взрослого человека содержится 70—100г натрия, у детей его содержание ниже. Он обнаруживается во всех тканях, главным образом в виде катионов натрия. Содержание натрия в плазме крови 130—150 ммоль/л., в клетке - 5 ммоль/л.

Натрий — главный внеклеточный катион: на его долю приходится более 90% всех катионов плазмы. Около 85% ионов натрия представлено в свободной форме и приблизительно 15% его удерживается белками. Во внеклеточных жидкостях находится около 40% всего натрия, около 50% — в костях и хрящах и менее 10% — внутри клеток. Натрий создает и поддерживает осмотическое давление жидкостей организма (преимущественно внеклеточной), задерживает воду в организме, участвует во всасывании в кишечнике и реабсорбции в почках глюкозы и аминокислот. Натрий участвует в регуляции кислотно-основного состояния организма, является щелочным резервом крови, активатором некоторых ферментов. Содержание натрия в клеточной микросреде определяет величину мембранного потенциала и, соответственно, возбудимость клеток. Совместно с ионами калия натрий стимулирует АТФазную активность фракций клеточных мембран, стабилизирует симпатический отдел нервной системы, принимает участие в регуляции тонуса сосудов.

Основное количество натрия поступает в организм с поваренной солью, небольшое количество его ребенок потребляет в виде бикарбоната натрия, цитрата, сульфата и глутамата натрия, которые как добавки встречаются в продуктах питания. Суточная потребность ребенка в натрии составляет в среднем 25 мг/кг массы тела, взрослого - 4—6 г. Около 95% поступившего натрия всасывается в желудочно-кишечном тракте с помощью blа+глюкоза (blами-нокислота) и Naycr-котранспортной системы кишечника (тонкого и толстого), электрогенного всасывания.

Основное количество натрия (около 95%) выводится почками с мочой в виде натриевых солей фосфорной, серной, угольной и других кислот. Натрий выводится также с потом и через кишечник.

Дефицит или избыток натрия вызывают серьезные изменения в организме ребенка (см. Приложение).

Калий (К+) в отличие от натрия является внутриклеточным катионом. У взрослых содержание калия составляет приблизительно 53 ммоль/кг и 95% его обменивается. Уровень калия в организме ребенка ниже.

Таблица №3

Нормы содержания калия в крови

Возраст	Норма содержания калия в крови, ммоль/л
До 12 мес	4,1 — 5,3
12 мес — 14 лет	3,4 — 4,7
Старше 14 лет	3,5 — 5,5

Основное количество калия (90%) находится внутри клеток в виде непрочных соединений с белками, углеводами и фосфором и менее 10% — внеклеточного. Часть калия содержится в клетках в ионизированном виде и обеспечивает мембранный потенциал. В плазме и межклеточной жидкости находится 2—5% общего калия. Во внеклеточной среде небольшое количество калия находится преимущественно в ионизированном виде. Наиболее богата калием мышечная ткань. В эритроцитах калия в 15—20 раз больше, чем в плазме, в которой содержится 4—5 ммоль/л калия.

Суточная потребность взрослого человека в калии 2—3 г, ребенка — 1,5—2,0 ммоль/л. Основным пищевым источником калия являются продукты растительного происхождения. Из организма калий выводится преимущественно почками (80—90%), в меньшей степени пищеварительным трактом и потовыми железами. Основным регулятором выведения его с мочой является альдостерон.

Калий участвует в ряде жизненно важных физиологических процессов: вместе с натрием создает и поддерживает осмотическое давление жидкостей организма (преимущественно внутриклеточной), участвует в регуляции кислотно-основного состояния организма. Калий — активатор ряда ферментов, вместе с Na⁺ генерирует электрохимический потенциал в мембранах клеток. Уровень калия в клетках и внеклеточной среде играет важнейшую роль в деятельности сердечно-сосудистой, мышечной и нервной систем, в секреторной и моторной функциях пищеварительного тракта, экскреторной функции почек. Обычно выход калия из клеток зависит от увеличения их биологической активности, распада белка и гликогена, недостатка кислорода. Концентрация калия увеличивается при ацидозе и снижается при алкалозе. Дефицит и избыток калия вызывают серьезные изменения в организме ребенка (см. Приложение).

Кальций (Са₂⁺) в различных тканях содержится внутриклеточно и почти исключительно в форме растворимых белковых комплексов. Лишь в костной ткани, включающей до 97% всех запасов кальция в организме, он находится главным образом в виде нерастворимых внеклеточных включений гидроксиапатита. Содержание кальция в организме у детей составляет около 200 ммоль/л, у взрослых — 475 ммоль/л. В крови кальций содержится в форменных элементах и плазме. Содержание кальция в крови поддерживается в норме в диапазоне 2,25—2,8 ммоль/л. Приблизительно 40% его связано с белком (из них на связь с альбумином приходится 80—90%), остальные 60% кальция фильтруются или диффундируют (из них около 14% связано с анионами, такими как фосфат или цитрат, оставшиеся 46% (1,2 ммоль/л) присутствуют в виде свободных ионов).

Таблица№4

Референсные значения

Возраст	Содержание ммоль/л
Новорожденные от момента рождения до 10 дней	1,90 – 2,60
Дети грудного возраста от 10 дней до 24 месяцев	2,25 – 2,75
Дети от 24 месяцев до 12 лет	2,20 – 2,70
Подростки от 12 до 18 лет	2,10 – 2,55
Взрослые от 18 до 60 лет	2,15 – 2,50
Взрослые от 60 до 90 лет	2,20 – 2,55
Взрослые старше 90 лет	2,05 – 2,40

 

Основной источник кальция — продукты питания: молоко и молочные продукты, яйца, бобовые, сухофрукты и др. Для детей грудного возраста основной источник кальция — молоко.

У взрослого человека поддерживается нулевой баланс кальция, у детей — положительный. Ежесуточная экскреция через почки составляет 100—200 мг, через кишечник — 150 мг, небольшое количество (до 20 мг) выводится с потом. Потери кальция с мочой увеличиваются при ацидозе и потреблении больших количеств белка.

Таблица№5

Суточная норма потребления кальция

Возраст	Норма потребления
От 0 до 6 мес.	400 мг
От 6 мес. До 1 года	600 мг
От 1 года до 10 лет	800 мг
11 – 25 лет	1 200 мг

Кальций участвует в физиологических процессах только в ионизированном виде. Кальций — необходимый участник процесса мышечного сокращения, важнейший компонент свертывающей системы крови (превращения протромбина в тромбин, фибриногена в фибрин, способствует агрегации тромбоцитов), как кофактор или активатор участвует в работе многих ферментов. Он входит в состав костей и хрящей в форме апатитов, является стабилизатором клеточных мембран, регулирует возбудимость нервов и мышц. Кальций — внутриклеточный посредник в действии некоторых гормонов на клетку, универсальный триггер многих секреторных процессов (секреция гормонов, гистамина из гранул тканевых базофилов, тучных клеток, выделение медиаторов при синаптической передаче возбуждения). Ионизация кальция зависит от рН крови. При ацидозе содержание ионизированного кальция повышается, а при алкалозе падает. Алкалоз и снижение уровня кальция ведут к резкому повышению нейромышечной возбудимости и тетании.

Магний (Mg₂⁺), как и калий, является основным внутриклеточным катионом, так как его концентрация в клетках значительно выше, чем во внеклеточной среде. Общее количество магния в организме у детей составляет 11 ммоль/л, у взрослых — 14 ммоль/л. Половина всего магния находится в костях (1/3 этого количества свободно обменивается), 49% — в клетках мягких тканей, он играет существенную роль во многих ферментативных реакциях, в том числе в активации АТФ-азы. Более 50% всего внутриклеточно локализованного магния находится в мышцах и большая часть в печени. Только 20—30% магния, входящего в клетки, обменивается, остальное количество связано с белками, РНК и АТФ. Лишь 1% магния находится во внеклеточном водном пространстве. Уровень магния в крови составляет 0,75—0,9 ммоль/л, при этом более 60% катиона находится в ионизированном виде.

Суточная потребность в магнии составляет - 400 мг для взрослого, 450 - для беременных и кормящих женщин, для детей - 200 мг в сутки.

Овощи с зелеными листьями и фрукты, бобовые и злаки, мясо являются основными пищевыми источниками магния. Значительное количество эндогенного магния поступает в пищеварительный тракт с пищеварительными секретами. Главным регулятором содержания магния в организме являются почки. При недостатке его в организме он полностью реабсорбируется почками. Через желудочно-кишечный тракт с пищеварительными секретами происходит удаление из организма избытка магния.

Магний — структурный элемент костной ткани. Он стабилизирует биологические мембраны, уменьшая их текучесть и проницаемость. Образуя хеаты с нуклеиновыми кислотами, он стабилизирует структуры ДНК, ассоциации субъединиц рибосом, связанные транспортными РНК с рибосомой. Магний образует мало стабильный комплекс с АТФ (Мg₂⁺-АТФ) и облегчает гидролиз АТФ. Магний входит в состав более 300 разных ферментных комплексов, обеспечивая их активность. Катион Mg₂⁺ уменьшает возбудимость нервно-мышечной системы, сократительную способность миокарда и гладких мышц сосудов, оказывает депрессивное действие на психические функции.

При дефиците магния повышается возбудимость ЦНС, что проявляется слабостью и расстройством психики (спутанность сознания, беспокойство и агрессивность), возникновением судорог.

Повышение уровня магния в плазме (более 1,5 ммоль/л) вызывает тошноту и рвоту. Высокие концентрации магния могут вызвать гипотензию.

Главным анионом внеклеточной жидкости является хлор (Сl^-), в организме он находится преимущественно в ионизированном состоянии в форме солей натрия, калия, кальция, магния и т. д. Общее количество его в организме составляет 33 ммоль/кг. Распределение хлоридов в жидкостях организма определяется распределением ионов натрия. В крови хлориды встречаются главным образом в виде натрия хлорида. Концентрация хлора в плазме крови в норме колеблется от 90 до 105 ммоль/л. 90% аниона хлора находится во внеклеточной жидкости. Суточная потребность взрослого (2—6 г) полностью покрывается поваренной солью, добавляемой в пищу. Ребенок получает необходимое количество хлора из молока матери

Хлориды участвуют в создании и поддержании осмотического давления жидкостей организма, в синтезе соляной кислоты (НСl) в желудке, в поддержании рН клеток. Хлориды также участвуют в генерации электрохимического градиента на плазматических мембранах клеток, являются активаторами ряда ферментов.

Согласно большинству клинических наблюдений, изменение концентрации хлора в крови происходит соответственно изменению концентрации натрия. Однако иногда изменение концентрации хлора не сопровождается эквивалентными изменениями концентрации натрия. Избыток хлора ведет к ацидозу. Измерение в сыворотке уровня хлорида необходимо для определения у больного анионной щели. В норме уровень сывороточного катиона натрия больше суммы концентраций двух наиболее распространенных анионов сыворотки — хлора и гидрокарбоната. Разность между ними — анионная щель — в норме составляет 8—12 ммоль/л. Она образуется из общей концентрации неизмеряемых анионов, таких как фосфат, сульфат, белки и органические кислоты, превышающей концентрацию неизмеряемых катионов, в основном кальция, калия и магния. Измерение анионной щели позволяет определить изменение концентрации неизмеряемых анионов и катионов.

Фосфор (Р^-) имеет исключительно большое биологическое значение для растущего организма. Около 70% его сосредоточено в костной ткани, он входит в состав межклеточной жидкости и активных биохимических соединений каждой клетки организма. Фосфаты являются основными анионами внутриклеточной жидкости, где концентрация их выше, чем во внеклеточной среде, в 40 раз. Содержание неорганического фосфора в крови составляет 0,94— 1,60 ммоль/л, у детей первого года жизни — 1,26— 2,26 ммоль/л.

Потребность в фосфатах взрослого человека — около 1200 мг/сут. Фосфор в достаточном количестве присутствует в пищевом рационе, так как содержится практически во всех пищевых продуктах и всасывается (около 50%) в виде неорганических фосфатов. Экскреция осуществляется почками и через кишечник. Паратгормон усиливает экскрецию фосфатов с мочой. Экскреция возрастает и при увеличении уровня неорганического фосфора в плазме крови.

Фосфаты — необходимый компонент клеточных мембран, играют ключевую роль в метаболических процессах, входя в состав многих коферментов, нуклеиновых кислот и фосфопротеи-дов. Фосфат — структурный компонент костей и зубов в виде апатитов, участвует в регуляции концентрации водородных ионов (фосфатная буферная система), важнейший компонент фосфор-органических соединений организма: нуклеотидов, нуклеиновых кислот и фосфопротеидов, фосфолипидов, фосфорных эфиров углеводов, коферментов, 3-ФКГ и др. Органические соединения фосфора — АТФ, АДФ — составляют основу энергетического обмена.

Избыток фосфора в организме встречается редко и наблюдается при нарушении функции почек или гипофункции паращитовидных желез. Это приводит к гипокальциемии и нарушению метаболизма костной ткани. Проявлениями недостатка фосфора являются ломкость костей, нарушение диссоциации оксигемоглобина, слабость, миопатия, кардиомиопатия.

Сульфаты в большем количестве содержатся во внутриклеточном пространстве, входят в состав многих биологически активных веществ. В плазме крови неорганических сульфатов содержится 0,3—1,5 ммоль/л. Они необходимы для обезвреживания токсических соединений в печени.

Бикарбонат. Ион бикарбоната (НСО^-) в наибольшем количестве содержится в экстрацеллюлярной жидкости. Он находится в динамическом равновесии с угольной кислотой (20:1) и является компонентом основной буферной системы организма. Средняя концентрация бикарбоната в сыворотке крови — 27 мэкв/л. Величина концентрации бикарбоната у недоношенных новорожденных колеблется в пределах 11—29 ммоль/л (средняя 20), у доношенных новорожденных — 21 ммоль/л (16—25).