1. Водный, электролитный и кислотно-щелочной баланс

Понимание того, что ферментатив­ные системы и метаболические про­цессы, ответственные за поддержа­ние клеточной функции, зависят от окружающей среды со стабильной ионной концентрацией электролитов и водорода, уже более 100 лет назад привело Клода Бернара к описанию «milieu interieur» («внутренней сре­ды»). В поддержание постоянства этой среды и, следовательно, пред­упреждение клеточной дисфункции вовлечены сложные гомеостатические механизмы.

Основные определения

Термин «осмос» отражает движение молекул растворителя через мемб­рану в область с более высокой кон­центрацией раствора. Такое движе­ние может предотвращаться приме­нением давления на более концент­рированный раствор- эффективное осмотическое давление. Это общее свойство: магниту да эффективного осмотического давления, создава­емого раствором, зависит скорее от количества, нежели от типа при­сутствующих частиц.

Количество осмотически актив­ных частиц, присутствующих в растворе, выражается в осмолях. Один осмоль вещества равен его молекулярной массе в граммах (один моль), разделенной на количество свободно передвигающихся частиц,

которые каждой молекулой высво­бождаются в растворе. Так, 180 г глюкозы в 1 л воды представляют собой раствор с молярной концент­рацией 1 моль/л и осмолярностью 1 осмоль/л. Хлорид натрия ионизи­руется в растворе, и каждый ион представляет собой осмотически ак­тивную частицу. Если допустить на­личие полной диссоциации до Na⁺ и Сl^-, то раствор с 58,5 г NaCl в 1 л воды будет иметь молярную кон­центрацию в 1 моль/л и осмоляр­ность в 2 осмоль/л. В жидкостях же организма концентрация растворов гораздо ниже (ммоль/л) и диссоциа­ция бывает неполной. Следователь­но, для раствора NaCl, содержащего 1 ммоль/л, эта величина несколько меньше 2 мосмоль/л.

Термин «осмоляльность» отра­жает количество осмолей, прихо­дящихся на единицу общего веса растворителя; в отличие от осмо­лярности осмоляльность не подвер­гается влиянию объема различных растворенных веществ в растворе. Смещение в использовании, каза­лось бы, взаимонезаменяемых тер­минов- осмолярности (измеряемой в осмоль/л) и осмоляльности (из­меряемой в осмоль/кг) - обусловле­но шифровой эквивалентностью их значений в жидкостях организма:

плазменная осмолярность составля­ет 280-310 мосмоль/л, а плазменная осмоляльность - 280- 310 мосмоль/кг.

Эта эквивалентность объясняется практически ничтожным объемом растворенного вещества в биологи­ческих жидкостях, а также тем фак­том, что большинство осмотически активных частиц растворено в воде, плотность которой равна единице, т. е. осмоль/л = осмоль/кг. Поскольку количество осмолей в плазме опре­деляется при измерении магнитуды депрессии точки замерзания, более точным термином для использова­ния в клинической практике явля­ется «осмоляльность».

Катионы (в основном Na⁺) и анионы (Сl^- и НСО₃^-) являются главными осмотически активными частицами в плазме. Меньшую роль играют глюкоза и мочевина. Осмо­ляльность плазмы (Росм) может быть определена по формуле:

Рocм ⁼ 2 [Na+] (в ммоль/л) + Глюкоза крови (ммоль/л) + Мочевина крови (ммоль/л) = 290 мосмоль/кг

«Осмоляльность» является хи­мическим термином, который не следует смешивать с физиологическим термином «тоничность». Этот тер­мин используется для описания эф­фективного осмотического давления раствора по сравнению с таковым в плазме. Решающее различие меж­ду осмоляльностью и тоничностью состоит в том, что все растворенные вещества вносят свой вклад в ос­моляльность, тогда как тоничности способствуют лишь те частицы, ко­торые не пересекают клеточной мембраны. Следовательно, тонич­ность выражает осмоляльную ак­тивность растворенных веществ, ог­раниченных экстрацеллюлярным пространством, т. е. тех веществ, ко­торые обладают осмотической си­лой, влияющей на распределение воды между внутриклеточной и вне­клеточной жидкостями. Так как мо­чевина свободно проходит через мембрану, она не изменяет распре­деления воды между этими двумя компартментами жидкости орга­низма и не влияет на тоничность. К веществам, способствующим плаз­менной осмоляльности, но не то­ничности, относятся этанол и ме­танол, которые быстро распределя­ются по всей воде тела. Напротив, маннитол и сорбитол ограничены внеклеточным пространством и влия­ют как на осмоляльность, так и на тоничность. Тоничность плазмы можно определить по формуле:

Тоничность плазмы = 2 [Na⁺] (в ммоль/л) + Глюкоза крови (в ммоль/л) =285 мосмоль/кг

Распределение общей воды организма по компартментам

Объем общей воды организма (ОВО) может измеряться при помощи ра­диоактивных методов разведения с использованием дейтерия или три­тия, которые свободно пересекают все мембраны и быстро уравнове­шиваются с атомами водорода в воде организма. Такие измерения показали, что вода составляет при­мерно 60% тощей массы тела (ТМТ) 70-килограммового взрослого муж­чины. Поскольку жировая ткань со­держит меньше воды, ОВО у жен­щин пропорционально ниже (55%) относительно ТМТ. ОВО уменьша­ется с возрастом, понижаясь до 45-50% в старости.

Распределение ОВО между основ­ными компартментами организма представлено на рис. 1.1. Одна треть ОВО приходится на объем экстра­целлюлярной жидкости (ОЭЦЖ) и две трети- на объем интрацеллю­лярной жидкости (ОИЦЖ). ОЭЦЖ подразделяется на интерстициальный и внутрисосудистый компартменты. Помимо абсолютного объема каж- дого компартмента, на рис. 1.1 по­казаны относительные размеры компартментов в сравнении с массой тела.

Рис. 1.1. Распределение общей воды организма по отношению к массе тела (МТ).

Состав растворов жидкостных компартментов тела

Экстрацеллюлярная жидкость (ЭЦЖ)

Капиллярный эндотелий действует как свободно проницаемая мембра­на для воды, катионов, анионов и многих растворимых субстанций, таких как глюкоза и мочевина (но не протеины). В результате этого ин­терстициальная жидкость и плазма имеют одинаковый состав раство­римых веществ. Каждая из них со­держит натрий в качестве главного катиона и хлор- в качестве главного аниона. Протеин действует как не­диффундирующий катион и присут­ствует в большей концентрации в плазме. Концентрация Сl⁺ в ин­терстициальной жидкости несколько выше для поддержания электриче­ской нейтральности (равновесие Доннана).

Интрацеллюлярная жидкость (ИЦЖ)

Она отличается от ЭЦЖ тем, что главным катионом здесь является

калий, а главным анионом- фосфор. Кроме того, она имеет высокое со­держание протеинов. В отличие от капиллярного эндотелия клеточные мембраны избирательно проницаемы для различных ионов и свободно проницаемы для воды. Таким об­разом, уравновешивание осмотиче­ских сил происходит непрерывно и достигается движением воды через клеточную мембрану. Осмоляль­ность ИЦЖ и ЭЦЖ в состоянии равновесия должна быть одинаковой. Вода быстро перемещается между ИЦЖ и ЭЦЖ для устранения ка­кого-либо индуцированного гра­диента осмоляльности. Этот прин­цип является основополагающим для понимания физиологии воды и электролитов.

На рис. 1.2 показан состав раство­ров основных жидкостных компарт­ментов тела. Хотя общая концент­рация внутриклеточных ионов пре­вышает таковую внеклеточных ионов, число осмотически активных частиц (а значит, и осмоляльность) одина­ково по обе стороны клеточной мембраны (290 мосмоль/кг раствора).

Гомеостаз воды

Нормальные ежедневные колебания ОВТ невелики (<0,2%) благодаря тонкому балансу между потреблением, контролируемым механиз­мами жажды и выводом, контроли­руемым в основном системой поч­ки- АДГ.

Рис. 1.2. Основные составляющие жидкостных компартментов

организма (все концентрации выражены в ммоль/л).

И ЦЖ- интрацеллюлярная жидкость; ЭЦЖ - экстрацеллюлярная

жидкость.

Главным источником воды ор­ганизма является потребляемая жид­кость, а также вода, присутству­ющая в твердой пище, и вода, об­разующаяся в процессе метаболиз­ма. Внутривенные жидкости явля­ются еще одним частым источником воды у госпитальных пациентов. Фактические и потенциальные поте­ри воды классически подразделяют­ся на определяемые и неопределя­емые. Неопределяемые потери воды происходят с кожи и из легких, а оп­ределяемые- в основном из почек и ЖКТ.

На рис. 1.3 показан дневной вод­ный баланс у взрослого человека

с массой тела 70 кг. Следует заме­тить, что источники потенциальных потерь не отражены на диаграмме. Например, в кишечник ежедневно выделяется более 5 л жидкости в виде слюны, желчи, желудочного сока и кишечных секретов, тогда как в кале присутствует лишь 100 мл жидкости. Это иллюстрирует воз­можность существенной потери жидкости при патологических со­стояниях.