4. Водно-минеральный обмен и его регуляция

В организме человека преобладают неорганические вещества – у взрослого 55 % от веса тела составляет вода и 5% – минеральные вещества. Исключительно большое значение для поддержания гомеостаза имеют вода и ионы. Активность ферментов, чувствительность рецепторов, электрохимический потенциал на мембранах клетки зависят от водно-электролитного окружения.

Вода в организме человека подразделяется на внутриклеточную (70%) и внеклеточную (30%). Примерно 6% всей воды находится в крови, 25% в межклеточном матриксе, эмаль зубов 1-2,5 %. Количество зависит от возраста: у эмбриона 95%, новорожденного до 80%. С возрастом количество воды снижается, у мужчин содержание воды больше, чем у женщин.

Распределение ионов. В организме поддерживается постоянство состава внутриклеточной и внеклеточной жидкостей. Главные внутриклеточные катионы это К⁺ и Mg²⁺, а внеклеточные – Na⁺ и Са²⁺. В межклеточной жидкости и в плазме крови преобладают анионы Сl^- и HCO₃^-, а в клетке главный анион – НРО₄ ^-.

Существует теория о том, что внутриклеточная жидкость по ионному составу близка древнему океану, а внеклеточная жидкость соответствует современному океану.

1. Ионные каналы и транспортные атфазы

Ионные каналы и транспортные АТФазы – это мембранные белки, с помощью которых осуществляется трансмембранный перенос веществ. Через узкий канал могут проходить ионы определенного размера. В клетках наиболее часто встречаются каналы для Na⁺,Ca²⁺ , K⁺, Cl^- . Они бывают потенциалуправляемые – открываются в ответ на изменение потенциала и лигандуправляемые – открываются лигандами, например гормонами. Если канал открыт, ионы перемещаются по градиенту концентрации – пассивный транспорт. Если канал закрыт, то он не пропускает ионы.

Транспортные АТФазы (ионные насосы) осуществляют активный транспорт неорганических ионов с затратами энергии. На плазматической мембране клеток человека имеется несколько транспортных АТФаз: Н⁺,К⁺ - АТФаза слизистой оболочки желудка, Na⁺, K⁺ - АТФаза в плазматической мембране клеток, Ca²⁺ - АТФазы. Na⁺, K⁺ - АТФаза катализирует АТФ-зависимый перенос в клетку 2-х ионов К⁺, а из клетки 3 ионов Na⁺. Так как выкачивается три положительно заряженных иона, а закачивается два, то на мембране внутри клетки возникает отрицательный заряд. Ca²⁺-АТФаза – переносит ионы кальция против градиента концентрации в ретикулуме и плазматической мембране.

Na⁺,Ca²⁺-обменник на плазматической мембране это пример активного антипорта в результате которого два иона натрия по градиенту переносятся в клетку, а один ион кальция против градиента выходит из клетки.

Активность разных каналов может изменяться под воздействием метаболитов, токсинов, лекарственных веществ. В медицине широко используются лекарства, действующие на ионные каналы и транспортные АТФазы. Например, антагонисты натриевых каналов используются как: 1) антиконвульсанты (противосудорожные - фенитоин), 2) антиаритмики (пропафенон), 3) местные анестетики (лидокаин).

Агонисты калиевых каналов применяют для снятия мышечных спазмов (спазмолитики – периферические вазодилататоры – диазоксид). Они расширяют сосуды, улучшают кровоток, снижают артериальное давление. Назначаются при ИБС. Антагонисты калиевых каналов используются в качестве противоаритмических средств (амиодарон). Антагонисты АТФ-зависимых калиевых каналов в поджелудочной железе назначают для лечения диабета II типа. Это пероральные гипогликемические средства (гликлазид, гликвидон, глибенкламид).

Сердечные гликозиды ингибируют Na⁺,K⁺- АТФазу, которая из клетки откачивает Na⁺, а закачивает K⁺. В результате действия сердечных гликозидов (строфантин, дигоксин) содержание ионов калия внутри кардиомиоцитов снижается, а ионов натрия повышается – это увеличивает возбудимость миокарда. Избыток ионов натрия обменивается на ионы кальция, а кальций увеличивает сократимость миокарда. То есть сердце работает лучше, повышается его тонус. Лекарства с таким эффектом называются кардиотоники. Кардиотоники улучшают кровоснабжение тканей, увеличивают диурез. Неизбежный результат действия таких лекарств – дефицит К⁺ в миокарде, который обязательно необходимо восполнять.