Плазма = 3 л Интерсти- (7% от 00В) циальная жидкость

=8,5 л (20%

от ООВ) ФОВЖ — функциональный объем внеклеточной жидкости.

Содержание электролитов

Внеклеточная жидкость. Из катионов внеклеточной жидкости преобладает натрий. Общее содержание его в организме составляет около 4500 мэкв (103 г) *, из которых около 2800 мэкв участвуют в обмене электролитов (остальное количество включено в кристаллические компоненты костной ткани) [3]. Концентрация натрия во внеклеточной жидкости составляет в норме 135— 145 мэкв/л (135—145 ммоль/л). Кроме натрия во внеклеточной жидкости в значительных количествах присутствуют: калий 3,5— 5 мэкв/л (3,5—5 ммоль/л), магний 1,5—2,5 мэкв/л, (0,8— 1,3 ммоль/л), кальций 4,5— 5,5 мэкв/л (2,3—2,7 ммоль/л). Для сравнения — концентрация водородного иона во внеклеточной жидкости составляет только 3,5—4,5Х10-5 мэкв/л (3,5—4,5Х Х10-5 ммоль/л), однако поддерживать ее на этом уровне необходимо с той же точностью, что и перечисленных выше катионов. Основными анионами внеклеточной жидкости являются ион хлорида 95—106 мэкв/л (95—106 ммоль/л) и ион бикарбоната 22— 28 мэкв/л (22—28 ммоль/л).

Внутриклеточная жидкость. Основными катионами внутриклеточной жидкости являются калий и магний, их концентрации составляют соответственно 160 мэкв/л (160 ммоль/л) и 25 мэкв/л (12,5 ммоль/л), концентрация натрия составляет лишь около 10 мэкв/л (10 ммоль/л). Основными анионами внутри клетки являются фосфат (около 100 мэкв/л) и сульфат (около 20 мэкв/л). Содержание бикарбоната и хлорида вместе равняется примерно 10 мэкв/л. Суммарный отрицательный заряд внутриклеточных белков составляет 55 мэкв/л, именно их присутствие определяет большую часть различий в ионном составе вне- и внутриклеточной сред. Как известно, 10—15% внутриклеточных ионов осмотически неактивны, они предположительно связаны с внутриклеточными липттдами, белками или нуклеиновыми кислотами.

Осмотическое давление, осмолялъность и концентрация солей

Для изучения водно-электролитного гомеостаза в организме крайне важно понятие осмотического давления, физической сутью которого является стремление молекул воды проник нуть через полупроницаемую мембрану из более разведенного раствора в более концентрированный. Количественно осмотическое давление оценивается по градиенту гидростатического давления, способному предотвратить перемещение воды. Осмотическая концентрация может быть выражена в единицах осмоляльности или осмолярности. Одноосмоляльный раствор содержит 1 осмоль растворенного вещества в

1 кг воды; одноосмолярный раствор содержит 1 осмоль вещества в 1 л водного раствора. Общее количество осмолей вещества в растворе равно сумме числа молей неиони-зированного вещества и числа эквивалентов каждого иона, разделенных на их валентность. В клинике чаще пользуются понятием «осмолярности», хотя термин «осмоляльность», вероятно, более точен, так как лабораторные измерения, как правило, выражены в миллиосмолях на 1 кг. В практике разница между этими двумя понятиями невелика.

* Формула перевода миллиграммов в миллиэквиваленты:

мг

мэкв== —————— X валентность. мол. масса

Внорме осмоляльность внеклеточной и внутриклеточной жидкостей составляет приблизительно 285—295 мосм/кг. Соли натрия обеспечивают 90—95% осмоляльности плазмы и интерстициаль-ной жидкости, а внутри клетки осмотическое давление обеспечивается в основном солями калия. Осмотическая концентрация внутриклеточной жидкости постоянно подвергается очень точной гомеостатической регуляции.

Все растворы одинаковой осмоляльности являются изоосмотическими. Изотоническим называют раствор, который физиологически изоосмотичен с внутриклеточной жидкостью; если внеклеточную жидкость заменить этим раствором, то перемещения воды ни внутрь клетки, ни вне ее не происходит. Например, 1,8% раствор мочевины изоосмотичен, но не изотоничсн, так как диффундирует сквозь клеточную мембрану. Изотонический раствор должен быть педиффундируемым, как 0,9% раствор хлорида натрия.

Вуравновешенном состоянии не может существовать существенного различия осмоляльности по обе стороны водопроницаемой клеточной мембраны. Если внеклеточная жидкость становится гипоили гипертонической, то происходит перемещение воды в клетку или из клетки до тех нор, пока осмотические концентрации не уравновешиваются. Однако лишь молекулы воды могут свободно проникать сквозь клеточную мембрану для восстановления осмотического равновесия, ионы натрия и калия этой возможности не имеют. Поэтому при снижении осмоляльности плазмы объем внутриклеточной жидкости увеличивается за счет уменьшения функционального объема внеклеточной жидкости независимо от величины последнего. Если осмоляльпость плазмы высокая, то объем внутриклеточной жидкости уменьшается независимо от объема внеклеточной жидкости. Термины «дефицит жидкости» или «перегрузка жидкостью» в их клиническом применении относятся только к объему внеклеточной жидкости, объем внутриклеточной жидкости в то же время может изменяться совершенно в противоположном направлении. Между осмотическим давлением внутрисосудистой и интерстициальной жидкости имеется небольшой градиент, связанный с более высоким содержанием белков во внутрисосудистом пространстве. Этот градиент называют коллоидно-осмотическим давлением, или онкотическим давлением, оно со-

ставляет около 28 мм рт. ст. Этот градиент препятствует чрезмерной потере жидкости сквозь стенки капиллярной сети. В условиях дефицита белков онкотическое давление плазмы снижается.

Механизмы гомеостаза в норме

Почечные механизмы регуляции водно-электролитного баланса

Поддержание постоянного объема и состава внутренней жидкостной среды организма является одной из основных функций почек. Поэтому почки, составляющие только 0,4% от массы тела, получают 20—25% минутного объема сердца или приблизительно 1200 мл/мин крови. За 24 ч 2 млн. почечных клубочков фильтруют около 160 л жидкости, содержащей 24000 мэкв натрия, 700 мэкв калия, 5000 мэкв бикарбоната и 20000 мэкв хлорида. За время, пока гломерулярный фильтрат протекает через прокси-мальные отделы почечных канальцев, его объем уменьшается приблизительно на 80% за счет активной реабсорбции натрия и пассивной реабсорбции хлоридов и воды (рис. 59). Поскольку вода свободно диффундирует через эпителий проксимальных канальцев, жидкость в просвете канальцев сохраняет изоосмотичность с плазмой. Около 90% выделенного клубочками бикарбоната всасывается в проксимальных канальцах, предварительно соединившись с активно секретируемым водородным ионом и образовав угольную кислоту; последняя быстро дегидратируется до двуокиси углерода за счет действия карбоангидразы, содержащейся в ресничках эпителия проксимальных капальцев. Практически весь фильтрованный клубочками калий реабсорбируется в проксимальных канальцах, то же происходит с глюкозой и большинством амипокислот. Фракция воды и электролитов, реабсорбируемая в проксимальных канальцах, остается относительно постоянной, несмотря на изменения скорости клубочковой фильтрации. Это явление, называемое «клубочковоканальцевым равновесием», предотвращает значительные колебания натрия в организме при изменении скорости клубочковой фильтрации.

При прохождении оставшейся части фильтрата по петле Генле имеют место два важных процесса, отражающие концептрационно-фильтрационную функцию почек: во-первых, в восходящем колене петли Генле канальцевая жидкость становится гипотонической по отношению к плазме за счет активного транспорта натрия (и, возможно, хлорида) через канальцевый эпителий, который на данном участке обладает уникальным свойством водонепроницаемости; во-вторых, при прохождении капальца через мозговой и сосочковый слой почечной паренхимы устанавливается осмотический градиент между канальцевым фильтратом и интерстицием за счет анатомического строения петли Генле и сопровождающих ее капилляров. Осмоляльность интерстиции папиллярного слоя почечной паренхимы у здорового молодого человека может достигать 1200—1300 мосм/кг, т.е. в 4—5 раз превышать осмоляльность плазмы. Механизм, за счет которого устанавливается и поддержи-

вается этот градиент, обычно называют «противоточным умножением» и «противоточным обменом».

Рис. 59. Схема пассивного и активного перемещения воды и ионов в нефроне в процессе образования гипертонической мочи. Концентрации канальцевой мочи и интерстициалъной жидкости даны в мосм/л, крупные цифры в рамках указывают, сколько процентов клубочкового фильтрата осталось в канальце на каждом уровне. (Pitts R. F.: Physiology of the kidney and Body Fluids, ed. 3. Chicago, 1974).

В дистальном отделе извитых капальцев содержимое уже является гипотоническим по отношению к окружающей интерстиции коркового слоя, а его объем составляет около 15% от начального объема клубочкового фильтрата. Состав этой жидкости уже в значительной степени независим от объемов и осмотических свойств жидкостной среды данного больного, в последующем канальцевый фильтрат может изменять свой состав и объем по-раз- ному, в зависимости от активности многочисленных механизмов регуляции. Ионы натрия могут реабсорбироваться или экскретироваться преимущественно в обмен на ионы калия. Ионы водорода при необходимости секретируются эпителием, в основном в виде титруемых кислот или аммония. Вода почти целиком может пассивно реабсорбироваться в гипертонической интерстиции мозгового слоя из собирательных канальцев, если эпителий последних становится проницаемым под действием антидиуретического гормона (АДГ). И наоборот, в отсутствие АДГ эпителий собирательных канальцев непроницаем для воды, поэтому почти вся вода, достигшая дистальных канальцев, выделяется. В результате описанных процессов обеспечивается поддержание объема, осмоляльности и состава жидкостей организма в весьма тес-

ных границах нормы, несмотря на довольно вариабельные диетические и метаболические условия.

Поддержание функционального объема внеклеточной жидкости (натриевая регуляция)

Функциональный объем внеклеточной жидкости является одним из наиболее тщательно поддерживаемых параметров водно-электролитного баланса. Стабильность его обеспечивается в первую очередь регуляцией выделения натрия. Уменьшение внутрисосудистого объема путем активации барорецепторов артериальной стенки (и, возможно, левого предсердия) приводит к задержке натрия. При этом включаются другие механизмы, призванные поддерживать нормальную осмоляльность. В любой ситуации в организме действует несколько процессов, регулирующих экскрецию натрия; их иерархия еще полностью не выяснена. Вот краткое описание некоторых из этих механизмов.

Выделение альдостерона. В присутствии альдостерона натрий на уровне дистальных канальцев замещается калием. Первым этапом этого сложного процесса является секреция ренина юкстагломерулярным аппаратом почки, вероятно, в результате сниженной перфузии почки или уменьшенного поступления натрия к зоне плотного пятна в дистальных канальцах. Ренин является медиатором превращения циркулирующего в крови ангиотензиногена в ангиотензин-1, который, проходя через легкие, превращается в ангиотензин-II — мощный стимулятор секреции альдостерона. Кроме того, полагают, что секреция альдостерона в ответ на снижение внутрисосудистого объема и/или объема внеклеточной жидкости может непосредственно стимулироваться барорецепторами каротидного синуса, а возможно, и барорецепторами других зон.

До недавнего времени считали, что альдостерон является основным фактором регуляции натриевого баланса. Однако замечено, что в случаях, когда уровень циркулирующего в организме альдостерона остается постоянным и не подвержен, естественно, механизму обратной связи, регуляция экскреции натрия тем не менее сохраняется на хорошем уровне. Таким образом, другие факторы наряду с секрецией альдостерона могут играть столь же важную роль в регуляции выделения натрия.

Изменение гломерулярной фильтрации. Предполагалось, что изме-

нение скорости клубочковой фильтрации может вызывать параллельное изменение экскреции натрия. Действительно, значительные колебания скорости клубочковой фильтрации могут влиять на экскрецию натрия, но маловероятно, что этот механизм достаточно точен для того, чтобы претендовать на роль основного фактора регуляции натриевого баланса.

Перераспределение внутрипочечного кровотока. Эксперименты продемонстрировали, что перераспределение кровотока между кортикальными и юкстамедуллярными нефронами вызывает изменение экскреции натрия [7]. У юкстамедуллярных нефронов более длинные проксималь-

ные канальцы и петля Генле по сравнению с корковыми нефронами, поэтому они лучше приспособлены к задержанию натрия. Создается впечатление, что при натрийдефицитных состояниях перфузия почки переключается преимущественно на этот тип нефронов. В состояниях тяжелой гиповолемии кровоток коркового слоя почки может снижаться до критического уровня [8]. К сожалению, пока недостаточно данных о том, какие нервные, гуморальные, внутрипочечные механизмы или их сочетания регулируют перераспределение кровотока внутри почки [9].

Гидростатическое и онкотическое давления вокруг канальца. Фи-

зические изменения околоканальцевого пространства могут существенно влиять на экскрецию натрия [61. В частности, снижение внутрикапиллярного гидростатического давления или повышение коллоидно-осмотического давления в капилляре способствуют реабсорбции натрия и воды через канальцевый эпителий. Это представление подтверждается клиническими наблюдениями, в которых при коррекции гиповолемии кристаллоидными растворами отмечается больший диурез, чем при переливании плазмозаменителей [10].

Натрийуретический гормон. В течение нескольких последних лет исследователи предполагают существование гуморального фактора «неальдостероновой» природы, регулирующего экскрецию натрия. Эти предположения отчасти подтверждаются данными экспериментальных исследований [11]. Считают, что увеличение внутрисосудистого объема посредством одного или нескольких барорецепторов может стимулировать выделение натрийуретического гормона, который ингибирует реабсорбцию натрия в проксимальных канальцах. Однако данный фактор еще не выделен и его существование остается предметом дискуссий.

Поддержание осмолялъности (водная регуляция)

В противоположность недостаточно изученным и несомненно сложным механизмам регуляции функционального объема внеклеточной жидкости управление осмоляльностью жидкостей в организме осуществляется одним веществом, антидиуретическим гормоном (АДГ) [1, 12]. Если осмоляльность повышается более чем на 2%, задняя доля гипофиза начинает секретироватъ АДГ. Последний воздействует на стенку собирательных канальцев и в меньшей степени на стенку дистальных канальцев, делая ее проницаемой для воды, которая таким образом проникает в гипертоническую среду интерстиции мозгового слоя. По прямым сосудам эта жидкость возвращается в венозные сосуды почки, в результате выделяется концентрированная моча в малом количестве. Секреция АДГ продолжается до тех пор, пока осмоляльность плазмы за счет задержки воды не снизится до нормы. При уменьшении осмоляльности, наоборот, секреция АДГ угнетается. Дистальные канальцы и собирательные протоки становятся непроницаемыми для воды, реабсорбция ее прекращается или становится незначительной, в результате свободная жидкость выделяется с мочой, а осмоляльпость плазмы увеличивается. Предполагают, что повышение осмоляльности «включает» секрецию АДГ посредст-

вом уменьшения клеточного объема нейронов супраоптических ядер гипоталамуса.

«Неосмотическая» регуляция секреции АДГ. Известно, что многие неосмотические факторы стимулируют или угнетают выделение АДГ, некоторые из них играют важную роль в поддержании гомеостаза у хирургических больных [12, 13]. Наиболее существенный из этих механизмов — выделение АДГ в ответ на уменьшение объема внеклеточной жидкости и/или плазмы без изменения их осмоляльности. Секреция АДГ в условиях гиповолемии сохраняется, даже несмотря на значительное снижение осмоляльности плазмы. Хотя благодаря такой задержке свободной воды функциональный объем внеклеточной жидкости может быть восстановлен до нормы, сопутствующая этому гипопатриемия может иметь потенциально опасные последствия. Считают, что «неосмотическая» секреция АДГ стимулируется посредством барорецепторов каротидного синуса (система высокого давления) или объемных рецепторов левого предсердия (система низкого давления) .

Многие препараты, используемые при анестезии включая наркотики, барбитураты, ингляциопные апестетики, оказывают АДГ-подобное действие [12, 13]. Неизвестно, действуют эти препараты непосредственно на гипофи- зарно-адрепаловую систему или же антидиуретический эффект обусловлен их гемодинамическим действием; последнее более вероятно. Боль, эмоциональное напряжение, дыхание с положительным давлением на вдохе, бета- адрено-миметические средства типа изопротеренола, холиномиметические средства типа ацетилхолина также стимулируют секрецию АДГ. В послеоперационном периоде нельзя недооценивать роль неосмотическнх факторов в повышенной секреции АДГ.

Регуляция содержания калия

За сутки почечные клубочки фильтруют 700 мэкв калия, который почти полностью активно реабсорбируется в проксимальпых канальцах. В дистальных канальцах калий, вероятно, пассивно секретируется в просвет канальца в обмен на натрий в соответствии с трансэпителиальньтм электрическим градиентом. После приема калия в значительных количествах выделение альдостерона обеспечивает повышенную канальцевую секрецию калия. Канальцевая секреция калия усиливается также в условиях алкалоза, причиной этого является, вероятно, изменение электрических градиентов, а не конкуренция ионов калия и водорода в отношении единственного общего экскреторного канала [1]. Кроме того, повышение канальцевой секреции калия встречается в случаях, когда в дистальных канальцах присутствует натрий в больших количествах (например, если на фоне приема диуретиков блокируется реабсорбция натрия в проксимальных канальцах и петле Генле). Обычно за сутки через почки выделяется около 20 мэкв калия, это относится также и к калийдефицитным состояниям. У страдающих заболеваниями почек обмен калия остается нормальным [14] до тех пор, пока функция почек серьезно не нарушена.