1.2.4. Катионы и анионы в отдельности

Катионы и анионы выполняют в организме важные функ» ции, например:

— ответственны за осмоляльность жидкости тела,

— образуют биоэлектрический мембранный потенциал,

— катализируют процесс обмена веществ,

— определяют действительную реакцию (рН) жидкости тела,

— стабилизируют определенные ткани (костную ткань),

— служат в качестве энергетического депо (фосфаты),

— участвуют в свертывающей системе крови.

Натрий

Содержание

В организме человека массой 70 кг содержится приблизи­тельно 100 г натрия (60 мэкв/кг), 67% его активно обмени­вается (Geigy). Половина натрия организма находится во внеклеточном пространстве. Треть располагается в костях и хрящах. Содержание натрия в клетках мало (см. также рис. 6).

Концентрация в плазме: 142(137—147) мэкв/л

Основная роль

— Основная ответственность за осмоляльность внеклеточ­ного пространства. 92% всех катионов и 46% всех внекле­точных осмотически активных частиц составляют ионы на­трия.

Концентрация натрия может определять осмоляльность плазмы, за исключением таких патологических процессов, как сахарный диабет, уремия (см. 1.1.2).

Величина внеклеточного пространства зависит от содер­жания натрия.

При бессолевых диетах или применении салуретиков вне­клеточное пространство уменьшается; оно увеличивается при усиленном введении натрия.

— Влияние на внутриклеточное пространство через со­держание натрия в плазме. При повышении внеклеточной осмоляльности, например при введении гипертонического раствора поваренной соли, вода выводится из клеток, при снижении осмоляльности плазмы, например при потере со­ли, клетки обводняются.

— Участие в создании биоэлектрического мембранного потенциала.

Калий

Содержание

В организме человека массой 70 кг содержится приблизи­тельно 150 г калия (54 мэкв/кг), 90% его активно участву­ет в обмене (Geigy); 98% калия организма находится в клетках и 2% — внеклеточно (Fleischer, Frohlich). В мускулатуре определяется 70% общего содержания калия (Black)., Концентрация калия не во всех клетках одинакова. Мы­шечные клетки содержат 160 мэкв калия/кг воды (Geigy), эритроциты располагают только 87 мэкв/кг эритроцитной массы (Burck, 1970).

Концентрация калия в плазме: 4,5 (3,8—4,7) мэкв 1 л.

Основная роль

Калий

— участвует в утилизации углеводов;

— необходим для синтеза белков; три расщеплении белков калий освобождается; при синтезе связывается (со­отношение: 1 г азота приблизительно на 3 мэкв калия);

— оказывает важное влияние на нервно-мышечное воз­буждение.

Каждая клетка мышц и нервное волокно в состоянии по­коя представляют собой калиевую батарею, заряд которой в значительной степени определяется соотношением концентраций калия внутри и вне клеток. Процесс возбуждения связан с активным включением внеклеточных ионов натрия во внутренние волокна и медленным выходам внутриклеточного калия из волокон.

Препараты обусловливают вывод внутриклеточного ка­лия. Состояния, связанные с низким содержанием калия, сопровождаются выраженным действием препаратов диги­талиса. При хроническом недостатке калия нарушается тубулярная реабсорбция (Nizet).

Калий участвует в деятельности мышц, сердца, нервной системы, почек, каждой клетки.

Особенности

Большой практический интерес представляет собой взаимо­связь между концентрацией калия в плазме и содержанием калия внутри клетки. Существует принцип, что при уравно­вешенном обмене веществ содержание калия в плазме опре­деляет его общее содержание во всем организме. На это соот­ношение влияют:

— значение рН внеклеточной жидкости,

— энергия обмена веществ в клетке,

— содержание натрия,

— функция почек.

Влияние значения рН на концентрацию калия в плазме

При нормальном содержании калия в организме снижение рН увеличивает количество калия в плазме, (повышение рН — уменьшает. Пример:

рН 7,3, ацидемия — концентрация калия в плазме 4,8 мэкв/л рН 7,4, норма — концентрация калия в плазме 4,5 мэкв/л рН 7,5, алкалиемия—концентрация калия в плазме 4,2 мэкв/л (Значения рассчитаны по данным Siggaard-Andersen, 1965.) Ацидемии соответствует небольшое по сравнению с нор­мой повышение концентрации калия в плазме. Иначе гово­ря, значение 4,5 мэкв/л плазмы указывает при ацидемии на внутриклеточный дефицит калия. Наоборот, при алкалие-мии в случае нормального содержания калия нужно ожи­дать пониженного содержания его в плазме. Зная кислотно-щелочное состояние, можно лучше оценить количество ка­лия в плазме:

Ацидемия →[К]плазма — повышение

Алкалиемия→ [К]плазма — снижение

Эти зависимости, выявленные в эксперименте, не всегда клинически доказуемы, так как одновременно развиваются: дальнейшие процессы, влияющие на количество калия в плаз­ме, вследствие чего нивелируется воздействие одного про­цесса (Heine, Quoss, Guttler).

Влияние энергии обмена веществ клетки на концентрацию калия в плазме

Усиленный отток клеточного калия во внеклеточное прост­ранство происходит, например, при:

— недостаточном снабжении тканей кислородом (шок),

— усиленном разрушении белков (катаболическое состояние).

— сниженной утилизации углеводов (диабет),

— клеточной дегидратации.

Интенсивный приток калия в клетки наблюдается, например, при:

— улучшенной утилизации глюкозы под действием инсу­лина,

— усиленном синтезе белков (рост, введение анаболичес­ких стероидов, репарационная фаза после операции, травма),

— клеточной регидратации.

Разрушающие процессы →[К]_илазмы — повышение

Восстанавливающие процессы →[К]плаэмы — снижение

Влияние содержания натрия на концентрацию калия в плазме

Ионы натрия, введенные в большом количестве, повышают обмен клеточного калия и способствуют повышенному выве­дению калия через почки (особенно если ионы натрия свя­заны не с ионами хлора, а с легко метаболизируемыми ани­онами, например цитратом). Концентрация калия в плазме вследствие излишка натрия снижается в результате увели­чения внеклеточного пространства. Снижение натрия ведет к уменьшению внеклеточного пространства и повышению концентрации калия в плазме:

Излишек натрия→[К] плазма — снижение

Недостаток натрия→ [К] плазма — повышение

Влияние почек на концентрацию калия в плазме

Почки меньше влияют на сохранение содержания калия, чем натрия. При недостатке калия почки удерживают его вначале с трудом, поэтому потери могут превышать введение. Наоборот, при передозировке калий довольно легко удаляется током мочи. При олигурии и анурии повышается количество калия в плазме.

Олигурия, анурия→[К]плазма — повышение

Таким образом, внеклеточная (плазменная) концентрацш калия является результатом динамического равновесия между:

— введением;

— способностью клеток к удержанию в зависимости от значения рН и состоянием обмена веществ (анабо­лизм — катаболизм);

— ренальным выведением калия в зависимости от:

содержания натрия,

кислотно-щелочного состояния,

тока мочи,

альдостерона;

— внепочечной потерей калия, например, в желудочно-кишечном тракте.

Кальций

Содержание

У взрослого человека массой 70 кг содержится приблизи­тельно 1000—1500 г кальция —от 50000 до 75000 мэкв (1,4—2% массы тела), 99% кальция находится в костях и зубах (Rapoport).

Концентрация в плазме: 5(4,5—5,5) мэкв/л с небольшими индивидуальными отклонениями (Rapoport).

Кальций в плазме распределен в трех фракциях, а имен­но 50—60% ионизировано и способно к диффузии, 35—50% связано с белками (не ионизировано и не способно к диффузии), 5—10% связано комплексной связью с органи­ческими кислотами (лимонная кислота) — не ионизировано, но способно к диффузии (Geigy). Между отдельными фрак­циями кальция существует подвижное равновесие, которое зависит от рН. При ацидозах, например, степень диссоци­ации, а следовательно, и количество диссоциированного кальция возрастают (замедляет явления тетании при ацидозе).

Биологически активны только ионы кальция. Точные дан­ные, позволяющие определить состояние обмена кальция, получают только путем измерения количества ионизирован­ного кальция (Pfoedte, Ponsold).

Основная роль

— Составная часть костей. Кальций в костях находится в виде нерастворимого структурного минерала, главным об­разом фосфата кальция (гидроксилапатит).

— Влияние на возбудимость нервов и мышц. Ионы кальция посредничают в биоэлектрическом феномене между поверх­ностью волокон и контрактильными реакциями внутри во­локон.

— Влияние на проницаемость мембран.

— Вклад в свертывающую систему крови.

Особенности

На абсорбцию кальция в кишечнике влияет состав пищи. Так, абсорбции кальция способствуют лимонная кислота и витамин D, а препятствуют органические кислоты, напри­мер оксалиновая кислота (шпинат, ревень), фитиновая кислота (хлеб, хлебные злаки), жирные кислоты (болезни желчного пузыря). Оптимальное соотношение кальция и фосфата (1.2.1) способствует абсорбции. В регуляции со­держания кальция играют ведущую роль паратгормон, ви­тамин D и кальцитонин.

Магний

Содержание

В организме человека массой 70 кг находится 20—28 г маг­ния (Hanze)—от 1600 до 2300 мэкв. Он определяется пре­имущественно в скелете (половина общего количества), меньше в почках, печени, щитовидной железе, мышцах и нервной системе (Simon). Магний наряду с калием является важнейшим катионом клеток животных и растений.

Концентрация в плазме: 1,6—2,3 мэкв/л (Hanze).

Приблизительно 55—60% магния плазмы ионизировано, 30% связано с белками и 15% — с комплексными соедине­ниями (Geigy).

Основная роль

Значение для многочисленных процессов, управляемых фер­ментами (регенерация клеток, утилизация кислорода и вы­деление энергии; Simon). Магний важен для гликолиза, различных ступеней цитратного цикла, окислительного фосфорилирования, активации фосфатов, нуклеаз, различных пептидаз (Hanze).

— Тормозит перенос нервного возбуждения в конечную точку (подобно кураре; антагонист — ионы кальция), следствием чего является понижение нервно-мышечно­го возбуждения.

— Депрессивное влияние на центральную нервную сис­тему.

— Уменьшение сократительной способности гладкой мус­кулатуры и миокарда.

— Подавление возбуждения в синусовом узле и наруше­ние атриовентрикулярной проводимости (при очень вы­соких дозах остановка сердца в диастоле).

— Расширение сосудов.

— Содействие фибринолизу (Hackethal, Bierstedt).

Особенности

Наряду с абсорбцией и выделением через почки в регуля­ции содержания магния в организме участвует еще не до конца изученный гормон поджелудочной железы. Дефицит магния приводит к выведению ионов магния и кальция из костей. Абсорбцию понижает пища, богатая белками и каль­цием, а также алкоголь (Simon).

Хлор

Содержание

В организме человека массой 70 кг содержится приблизи­тельно 100 г хлора — 2800 мэкв (Rapoport). Концентрация в плазме: 103 (97—108) мэкв/л

Основная роль

— Хлор — важнейшая часть анионов плазмы.

— Ионы хлора участвуют в образовании мембранного по­тенциала.

Гидрокарбонат

Гидрокарбонат относится к изменяемой части ионов. Изме­нения в содержании анионов уравновешиваются благодаря гидрокарбонату. Система гидрокарбонат — угольная кисло­та является важнейшей внеклеточной буферной системой. Значение рН внеклеточного пространства можно рассчитать по отношению гидрокарбоната к угольной кислоте (даль­нейшее рассуждение см. 1.3).

Фосфат

Содержание

В теле взрослого человека содержится 500—800 г фосфата (1% массы тела). 88% находятся в скелете (Grossmann), остальная часть располагается внутриклеточно и лишь не­большая его часть — во внеклеточном пространстве (Rapo­port).

Фосфат может быть как органическим (в качестве состав­ной части фосфопротеинов, нуклеиновых кислот, фосфатидов, коферментов — Rapoport), так и неорганическим. При­близительно 12% фосфатов плазмы связано с белками [Walser, 1960, 1961].

Концентрация в плазме (неорганический фосфор): 1,4— 2,6 мэкв/л.

Основная роль

— Вместе с кальцием образует нерастворимый гидроксилапатит (опорная функция костей).

— Участие в метаболизме углеводов, а также в хранении и переносе энергии (АТФ, креатинфосфат).

—Буферное действие.

Особенности

Фосфор находится во всех продуктах питания. Абсорбция стимулируется витамином D и цитратом, задерживается не­которыми металлами (например, алюминием), цианидами, а также повышенным введением кальция. Фосфаты, выделяемые мочой, действуют в качестве буфера.

Сульфат

Концентрация в плазме (неорганического сульфата) :0,65 мэкв/л

Сульфат образуется из серосодержащих аминокислот (например, цистеин, метионин) и выводится через почки.

При почечной недостаточности концентрация сульфатов в плазме повышается в 15—20 раз.

Органические кислотные радикалы

— Лактат (молочная кислота).

— Пируват (пировиноградная кислота).

—бета-гидроксибутират (бета-гидроксимасляная кислота).

— Ацетоацетат (ацетоуксусная кислота).

— Сукцинат (янтарная кислота).

— Цитрат (лимонная кислота).

Концентрация в плазме: 6 мэкв/л (Geigy)

Молочная кислота является промежуточным продуктом в процессе обмена углеводов. При снижении уровня кислорода (шок, сердечная недостаточность) концентрация молоч­ной кислоты повышается.

Ацетоуксусная кислота и бета-гидроксимасляная кислота (кетоновые тела) появляются при снижении количества углево­дов (голод, пост), а также при нарушении утилизации угле­водов (диабет) (см. 3.10.3).

Белки

Молекулы белков при рН крови 7,4 существуют главным образом в виде анионов (16 мэкв/л плазмы).

Содержание

Общее содержание белков составляет 17% массы тела. Эти белки организма находятся в состоянии обмена с аминокис­лотами. Они составляют так называемый аминокислотный фонд (приблизительно 45 г аминокислот, при этом 40 г — в мускулатуре, 1 г — в плазме, 2—4 г — в печени; Lang, Fekl).

Основная роль

Жизнь связана с белками, отсюда без белков нет жизни

Белки

— являются основной составной частью клеточных и межтканевых структур;

— ускоряют в качестве ферментов процессы обмена ве­ществ;

— образуют межклеточное вещество кожи, костей и хрящей;

— обеспечивают деятельность мускулатуры благодаря контрактильным свойствам определенных белков;

— определяют коллоидно-осмотическое давление и тем самым водозадерживающую способность плазмы (1 г альбумина связывает 16 г воды);

— являются защитными веществами (антитела) и гормонами (например, инсулин);

— транспортируют вещества (кислород, жирные кислоты, гормоны, лекарственные вещества и др.);

— действуют в качестве буфера;

— участвуют в свертывании крови.

Это перечисление уже показывает основополагающее значение белков. Особую нагрузку испытывает белковый баланс в состоянии стресса (см. также 3.8.2.1).

Указания для клинициста

Определяя состояние белков, обычно привлекают следующие параметры:

— клиническую оценку состояния пациента (похудание и пр.);

— концентрацию общего белка и альбумина в плазме;

— концентрацию трансферрина;

— состояние иммунитета (например, кожный тест, иссле­дование с помощью БЦЖ и др., определение числа лимфо­цитов и др.).

Чувствительный показатель состояния белкового питания, каковым является концентрация альбумина в плазме, пред­ставляет величину зкстраваскулярного запаса альбумина, измеряемого с помощью меченого альбумина. Экстраваскулярный, межтканевый альбумин можно рассматривать как белковый резерв. Он повышается при отличном пита­нии и снижается при дефиците белков без изменения кон­центрации альбумина в плазме (Kudlicka и соавт.).

Внутрисосудистый запас альбумина составляет 120 г,. межтканевый — от 60 до 400 г, у взрослых в среднем 200 г. При падении концентрации альбумина в плазме ниже пре­дельной границы нормы значительно истощаются в первую очередь межтканевые запасы альбумина (Kudlicka, Kudlickova), что видно из табл. 2 и 3. У 46 больных, оперирован­ных по поводу хронических гастродуоденальных язв, Studley установил корреляцию послеоперационной летальности с предоперационным похуданием (см. табл. 3).

Таблица 2

Летальность в зависимости от концентрации сывороточного альбумина на клиническом материале терапевтических больных (Wuhmann, Marki)

Альбумин сыворотки	Число больных	Случаи смерти
Более 3 г/дл	545	32=6%
Менее 3 г/дл	234	78=33%

Таблица 3

Летальность в зависимости от похудания в предоперационном периоде (Studley)

Потеря массы до операции	Летальность
Более чем 20% массы тела	33%
Менее чем 20% массы тела	3,5%

В плазме нижней границей нормы считают концентрации общего белка 6,6 г/дл и альбумина 3,7 г/дл (предполагается нормальная гидратация; см. 2.1). Концентрации общего белка ниже 5 г/дл и альбумина ниже 2,5 г/дл указывают на явную опасность операции.

Причины нарушения послеоперационного течения много­образны. Например, возможны следующие осложнения:

— нарушение заживления ран (предельная концентрация белка плазмы 5 г/дл);

— несостоятельность шва, развитие отека, например, в области гастроеюностомы (предельное значение концен­трации белка плазмы 2,5 г/дл);

— повышенная опасность шока (падение коллоидно-ос­мотического давления; см. 1.2.2;

— уменьшение новообразования клеток;

— понижение регенерации крови;

— нарушение синтеза гормонов и ферментов;

— нарушения свертывающей системы крови;

— понижение гуморального и клеточного иммунитета (Law с соавт.);

— пролежни;

— ухудшение приживления трансплантированной кожи;

— болезни печени;

— гипотония желудочно-кишечного тракта вплоть до па­ралитической непроходимости (причина: понижение

интенстинальной абсорбции жидкости — Moss).