Участие в терморегуляции

Вследствие своей большой теплоемкости — 4200 Дж/(кг*К) — вода обеспечивает примерное постоянство температуры внутри клетки. Вода может переносить большое количество теплоты, отдавая ее там, где температура тканей ниже, и забирая там, где температура более высокая. Также при испарении воды происходит значительное охлаждение из-за того, что много энергии тратится на разрыв водородных связей при переходе из одного агрегатного состояния (жидкость) в другое (газ) .

Поддержание структуры клеток

Вода практически не сжимаема (в жидком состоянии), и поэтому служит гидростатическим скелетом клетки. За счет осмоса вода создает избыточное давление внутри вакуолей растительных клеток, это тургорное давление обеспечивает упругость клеточной стенки и поддержание формы органов (например, листьев).

Водно-солевой гомеостаз и механизмы его поддержания

Основные вопросы:

1 понятие водно-солевого гомеостаза

2 Содержание воды и

3 Баланс воды и натрия в организме

4 Изменение содержания воды и натрия

5 Калиевый гомеостаз и его

Условия поддержания водно-солевого гомеостаза:

1 Постоянство внутриклеточных и внеклеточных объемов, которое поддерживается водой и электролитами (Na K Cl P и белков)

2 Постоянство рН Постоянство внутренней среды включает понятия: 1) Изоволемия-постоянство объема внеклеточной жидкости 2) Изоосмия - постоянство осмотического давления 3) Изогидрия - активной реакции среды (рН)

Поддержание рН обеспечивается

1)физико-химическими механизмами - буферными системами: внеклеточными (гемоглобиновая и бикарбонатная) и внутриклеточными (фосфатная и белковая) 2)Физиологическими (см. физиология дыхания) Физиологическое значение воды: содержание воды в организме в среднем 60%, вода входит в состав всех органов и тканей, клеток; в водной фазе протекают все реакции в организме.

Распределение воды:

1.27% приходится на внеклеточное пространство:

1)экстравазальная жидкость19-21%, (жидкость соединительной ткани-4-5%, костной-4-5%, интерстициальная-10-12%);

2)интравазальная - 5-7%, (жидкость кровеносных сосудов - 4-5%, лимфатических сосудов - 1-2%)

2.трансцелюлярная 1-2% (плевральная, брюшной полости,суставов, ликвор, секреты желез) 3.33%- внутриклеточная.

 Физиологическое значение электролитов

1.Создание и поддержание осмотического давления 1ммоль раствор вещества создает давление 1 мосмоль:

145Nа + 5К + 115Сl + др элементы = 300+-20 мосмоль (в крови, внутри- и внеклеточной жидкости) или 7.6-8.1 атм 2. Создание электронейтральной среды - сумма анионов = сумме катионов 3. Участие в выработке и хранении энергии 4. Поддержание заряда на мембране возбудимых клеток, образование и передача ПД.

Распределение натрия в организме

4000 ммоль в организме.11.2% от общего количества натрия содержится в крови. Всасывается из ЖКТ, выводится с потом-5-10 ммоль, с калом-5 ,через почки-50-90 ммоль в сутки. Организму требуется 100 ммоль Na или 200ммоль NaCl (12 г соли). 29% натрия содержится в межклеточной жидкости, 2-4% в клетках, 11% в хрящах, в костях в стабильной форме-29%, в обмениваемой форме-11%(депо).

Баланс воды.

Поступление воды

складывается из 1.5л питья, 0.7-1л пища, 0.5л - метаболическая вода (образуемая в результате метаболических реакций) Выведение воды: 1л - пот, 0.1л - кал, 1.5л - почки, 0.3 - легкие.

Содержание воды регулируется чувством жажды (гиповолемия и гиперосмолярность)

Минимальная потребность организма в воде складывается из 400-500 мл - потери с потом, 400-500 мл - испарение из легких, 500 мл - выведение осмотических веществ. Всего - 1500 мл, меньше-обезвоживание.

Резервы - 200 мл - метаболическая вода, 500 мл - выделение воды из депо (печень).

Потеря 10% воды- опасна, 20%-несовместима с жизнью. Без воды можно прожить 7-10дней. Это зависит от характера питания - белковая пища требует дополнительное поступление воды, так как образуется большое количество метаболитов (мочевина и др.), для выведения, для выведения которых необходима жидкость.

У детей до 1 года слабо выражены процессы концентрации воды в почках и поэтому для выведения избытка солей необходимо дополнительное введение жидкости, а если учесть, что обменные процессы у ребенка выше в два раза, то функциональные резервы воды в 3-4 раза меньше, чем у взрослого. Следовательно максимальный срок выживания детей без воды - 2 дня. Вывод: при переводе на искусственное питание необходимо добавлять воду, так как повышается количество солей, что ведет к повышению температуры тела - солевой лихорадке.

Избыточное потребление воды могут обуславливать:

1)Национальные особенности (немцы - пиво) 2)Характер питания - определенная пища (избыток соли, белка, которые «тянут» за собой воду).

3)Избыточное потребление воды для регуляции температурного гомеостаза.

Механизмы регуляции всасывания воды 1)стимулирует глюкоза 2)альдостерон стимулирует всасывания натрия в кишке, а за ним всасывается и вода (это объясняет любовь некоторых употреблять пиво с солью).

Перераспределение воды между внутриклеточным и интерстициальным пространством зависит от осмотического давления, которое определяется содержанием ионов натрия во внеклеточной жидкости и калия и фосфора во внутриклеточной. Это обусловлено свойствами клеточной мембраны: а)селективной проницаемостью б)натрий-калиевым насосом. Осмолярность крови прямо пропорциональна содержанию не только натрия во внеклеточной жидкости, но и содержанию калия во внутриклеточной и обратно пропорциональна общему содержанию воды. Следовательно на первый план выступает осмотический гомеостаз, а объемный гомеостаз «приносится в жертву» осмотическому. Пример: для стимуляции центра жажды и выброса АДГ достаточно повысить осмолярность на 2%, а стимуляция этих же процессов вызывается уменьшением объема внеклеточной жидкости на 6%.

Как можно корректировать снижение осмотического давления? - только раствором хлорида натрия. Мочевиной нельзя, так как поступая в клетку она способствует внутриклеточному отеку. Регуляция объема экстра- и интравазальных жидкостей. Осмотическая их активность одинакова, но капиллярная стенка легко проницаема для всех низкомолекулярных веществ, но непроницаема для высокомолекулярных молекул - следовательно ведущую роль в регуляции играет содержание белков.

Обмен жидкости в тканях обуславливает:

1) гидростатическое давление крови и внеклеточной жидкости;

2) свойства капиллярной мембраны: можно повысить проницаемость (гистамин, ацетилхолин) и понизить проницаемость (глюкокортикоиды);

3) содержание белка (при гипотиреозе повышается концентрация белка во внеклеточной жидкости, что приводит к развитию слизистого отека - микседеме).

Выведение воды и натрия складывается из:

1) их потерь через ЖКТ - вода 100 мл, натрий 5-10 ммоль (особенно при рвоте теряется большое количество натрия). 2) потеря воды через легкие 400-500 мл (но у детей бывает синдром неадекватной гипервентиляции, что может привести к развитию солевой лихорадки 3) испарение с поверхности кожи через потовые железы (у неадаптированных потери воды преобладают над потерей натрия и также может быть большая потеря калия. При адаптации к высокой температуре потеря воды снижается на 30-40%, а натрия - на 60%. Повышают адаптацию к высокой температуре гормоны вазопрессин и глюкагон.) В поте содержится 90 ммоль натрия и 10 ммоль калия.

4) основной путь - через почки, регулируется гормонами: вазопрессин снижает выведение воды до 20% (повышает ее реабсорбцию в дистальных канальцах). При недостатке альдостерона (несахарный диабет) или при нечуствительности рецепторов почки к вазопрессину возникает полиурия до 20-30 литров. Реабсорбция воды, зависящая от вазопрессина не зависит от других факторов. Гипокалиемия и гиперкальциемия снижает чувствительность рецепторов к вазопрессину, и вызывает полиурию. (как быть при обильном потоотделении?). Снижение секреции АДГ вызывают тиреоидные гормоны (а при гипофункции щитовидной железы секреция вазопрессина усиливается, что ведет к задержке воды - это второй механизм развития отеков). Реабсорбция воды в почке связана с реабсорбцией натрия. Увеличение реабсорбции натрия ведет к увеличению реабсорбции воды - это механизм действия альдостерона. Подобным действием обладают стероидные гормоны:глюкокортикоиды в больших дозах, женские и мужские половые гормоны.

Особенности действия глюкокортикоидов - в физиологических дозах это мощные диуретики, они стабилизируют почечную мембрану и препятствуют действию АДГ Натрийуретическим свойством обладают простагландины, медуллин, натрийуретический фактор предсердия. Нарушения водно-солевого гомеостаза. Снижение содержания воды в организме (обезвоживание). 1.Изотоническая дегидратация. Способствующие факторы: дефицит воды и натрия приводит к снижению объема внеклеточной жидкости при сохранении нормального объема внутриклеточной - может быть при обширных ожогах 2.Гипертоническая дегидратация - связана с дефицитом воды в организме.Гиперосмолярность внеклеточной жидкости приводит к тому, что вода из клеток переходит в сосудистое русло, что способствует поддержанию артериального давления - может быть при недостаточном поступлении воды в организм, избыточной потере воды (несахарный диабет), «пустынной» потливости, лихорадке, длительной физической нагрузке. Проявления: повышение содержания натрия в крови и снижение ОЦК приводит к снижению артериального давления, солевой лихорадке у детей, расстройство сознания и в тяжелых случаях гибель. 3 Гипотоническая дегидратация связана с дефицитом натрия в организме. Из-за недостатка натрия снижается осмотическое давление внеклеточной жидкости и вода поступает в клетки, повышается объем внутриклеточной жидкости, на первое место выступают симптомы отека нервных клеток: головокружение, повышение АД, тошнота, рвота. Эти явления могут наблюдаться при недостатке минерало- и глюкокортикоидов.

Задержка воды - гипергидратация

1.Изотоническая гипергидратация - связана с избытком воды и натрия в организме. Имеется повышение объема внеклеточной жидкости при нормальном объеме внутриклеточной жидкости, развивается отек. Может наблюдаться при вторичном повышении уровня альдостерона и проявляется ослаблением сердечных сокращений, потерей белка с мочой,что вызывает переход воды из крови в межклеточную жидкость, снижение ОЦК, стимуляцию ренин-ангиотензин-альдостероновой системы, задержку натрия и воды, а трак как ОЦК не может восстановиться, то уровень альдостерона остается высоким.(при болезнях печени нарушается разрушение альдостерона).

2.Гипертоническая гипергидратация - обусловлена избытком натрия в организме. Она приводит к гиперосмолярности крови и межклеточной жидкости, повышению объема межклеточной жидкости и снижению объема внутриклеточной. Проявляется высоким АД, повышением концентрации натрия в крови и снижением концентрации калия. Ее причиной может быть первичной повышение уровня альдостерона или глюкокортикоидов в организме при нормальном или повышенном потреблении соли 3.Гипотоническая гипергидратация - возникает при избытке воды в организме. Приводит к повышению объема внеклеточной жидкости, и поступление воды по осмотическому градиенту внутрь клеток, их отеку. Проявляется поражением ЦНС: слабость, головные боли, головокружения. Бывает при резком снижении выделения мочи ниже уровня потребления воды: при гиперсекреции АДГ олигоурия приводит к накоплению воды в организме. Возникает парадоксальная ситуация : повышение объема ОЦК приводит к угнетению секреции альдостерона, а секреция атриального натрийуретического фактора повышается, что усугубляет гипоосмолярность.

Калиевый гомеостаз.

Общее содержание калия в организме 3.5-4 тыс. ммоль. 90% калия находится внутри клеток. Потери калия за сутки складываются из потерь с калом - 2-10 ммоль, 5 ммоль с потом, 14 ммоль с мочой. Минимальная потребность - 25-30 ммоль, оптимально - 50-100 ммоль в сутки. Уровень калия в крови 4-5 ммоль в литре.

Повышение содержания калия в крови вызывают гистамин, ацетилхолин, закисление среды, прием с пищей. Снижают глюкокортикоиды, защелачивание.

Обмен в почке: при защелачивании мочи повышается выделение калия с мочой, а при закислении выделяются ионы водорода.

Опасности гипокалиемии (меньше 6 ммоль на литр):снижается возбудимость в возбудимых тканях из-за гиперполяризации, снижается секреция соляной кислоты в желудке, на электрокардиограмме снижен зубец Т - признак метаболического нарушения процессов реполяризации. Опасности гиперкалиемии (больше 8 ммоль) - остановка сердца в фазу диастолы. Гиперкалиемия возникает при массивной гибели клеток в организме, при переливании крови,, если кровь вводят быстро и струйно (вследствие концентрационного градиента, направленного из эритроцитов в кровь. Растворы, содержащие калий, всегда вводят только капельно.

Кальциевый гомеостаз.

Значение кальция для организма: 1)кальций входит в состав костной ткани, придает ей твердость 2)универсальная роль как вторичного посредника действия гормонов на мембраны клеток. Действие кальция заключается в том, что он способствует сокращению мышц, амебовидному движению клеток крови (лейкоцитов), фагоцитозу, делению и дифференцировке клеток, свертыванию крови (превращению протромбина в тромбин), движению сперматозоидов, влияет на секрецию желез, нейромедиаторов в синапсах, участвует в метаболизме глюкозы в клетке, изменяет возбудимость тканей за счет медленных натриевых и кальциевых каналов, что приводит к снижению возбудимости ( при снижении концентрации кальция возбудимость возрастает, что может стать причиной тетанических судорог. Содержание и распределение кальция в организме. - 1-1.5 кг, 95% процентов находится в костной ткани, 1% - во внеклеточной жидкости.Кальций является «опасным» для клетки, так как может связывать фосфат-ионы, поэтому в клетке имеются мощные специальные системы защиты от избытка кальция:

1)селективная проницаемость мембраны для кальция (самая низкая), 2)наличие кальциевой АТФ-азы которая выбрасывает кальций из клетки или изолирует его в саркоплазматическом ретикулуме, 3)наличие натрий-кальциевой обменной системы: на 3 иона натрия, вводимых в клетку выводится 1ион кальция, 4)высокая кальцийсвязывающая способность органелл клетки (митохондрий, саркоплазматического ретикулума) и белков клетки.

Схема баланса и перемещения кальция. С пищей в ЖКТ поступает 25 ммоль, из них всасывается только 10 ммоль, секретируется в просвет ЖКТ 20 ммоль, всасывается обратно 15 ммоль, итого выводится 15 ммоль Во внеклеточной жидкости содержится 50 ммоль, во внутриклеточной - 150 ммоль.

В почках фильтруется 260 ммоль, реабсорбируется 255 ммоль, 5 ммоль выводится с мочой. В костях имеется две фракции: