ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ РФ
Кировская государственная медицинская академия
В.П. Сухоруков
Водно-электролитный обмен, нарушения и коррекция
г. Киров - 2006
Книга издана при финансовой поддержке фирмы ООО Лабораторная диагностика («Лабдиа»).
Фирма «Лабдиа» на протяжении последних 15 лет является одним из главных поставщиков медицинского оборудования в учреждения здравоохранения Кировской области. Фирма поставляет в лечебно-профилактические учреждения г. Кирова и области полный спектр медицинского оборудования, осуществляет обучение специалистов, гарантийный и послегарнантийный ремонт поставленного оборудования.
Адрес фирмы «Лабдиа»: 610050 г. Киров,
ул. Ульяновская, 2/1.
Телефон 8 - (8332) 51-71-40
Директор А.Н. Чарушин
2
УДК 616-008.82.-036.-11-08-039.72. ББК 52. 527 С-91
Печатается по решению Редакционно-издательского совета КГМА. Про-
токол № 4 от 19.01.2006.
Сухоруков В.П. Водно-электролитный обмен, нарушения и коррекция: Учебное пособие для врачей и курсантов ФУВ. – Киров: Кировская государственная медицинская академия, 2006. - 143 с., ил.
ISBN 5-91061-037-6
Автор:
В.П.Сухоруков – профессор, доктор мед.наук, профессор кафедры С-91 анестезиологии и реаниматологии ИПО Кировской государственной
медицинской академии и кафедры гематологии и трансфузиологии ФПК и ППС Пермской государственной медицинской академии.
Рецензенты:
Г.А. Зайцева - профессор, доктор медицинских наук, первый заместитель директора Кировского НИИ гематологии и переливания крови по научной работе;
А.П. Спицын - профессор, доктор медицинских наук, заведующий кафедрой патофизиологии КГМА;
В.А. Вязников - профессор, доктор медедицинских наук, заведующий кардиохирургическим отделением КОКБ, профессор кафедры госпитальной хирургии КГМА.
В книге рассматривают вопросы физиологии водно-электролитного обмена, варианты нарушений водно-электролитного обмена, механизмы возникновения различных нарушений, методы диагностики и коррекции.
Книга предназначена для врачей, специализирующихся по анестезиологии, реаниматологии, трансфузиологии и хирургии, а также – для студентов старших курсов медицинских академий.
Библ. 35, рис. 19, табл. 2. УДК 616-008.82.-036.-11-08-039.72. ББК 52. 527 С-91
ISBN 5-91061-037-6
© Сухоруков В.П.
3
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ ____________________________________________________________ 6
I.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОДЕ И ЭЛЕКТРОЛИТАХ ОРГАНИЗМА _______ 7
I.1. Термины и определения___________________________________________________ 7
I.2. Значение воды и электролитов в организме____________________________ 12 I.3. Водные пространства и секторы организма____________________________ 14
I.4. Характеристики обмена воды ___________________________________________ 15
I.5. Характеристики обмена основных электролитов______________________ 19
I.5.1. Катионы жидкостей организма________________________________________ 19 I.5.2. Анионы жидкостей организма ________________________________________ 26
II. ЗАКОНОМЕРНОСТИ И МЕХАНИЗМЫ
ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНОГО ОБМЕНА ___________________________________ 33
II.1. Регуляция водно-электролитного обмена______________________________ 33 II.2. Механизм транскапиллярного обмена жидкостей
(закономерности Старлинга)_________________________________________________ 35
II.3. Электролитный трансмембранный обмен
(механизм калий-натриевого насоса)________________________________________ 38
II.4. Кислотно-щелочное состояние крови
как часть водно-электролитного обмена____________________________________ 41
III. НАРУШЕНИЯ ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНОГО ОБМЕНА_______________ 46
III.1. Дегидратации____________________________________________________________ 46
III.2. Гипергидратации _______________________________________________________ 48
IV. ДИАГНОСТИКА НАРУШЕНИЙ
ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНОГО ОБМЕНА ___________________________________ 48
V. ВАРИАНТЫ СИНДРОМОВ ДЕГИДРАТАЦИИ _________________________ 59
V.1. Гипертоническая дегидратация (водное истощение) _________________ 59
V.1.1. Гиперосмолярный синдром _________________________________ 62
V.2. Изотоническая дегидратация __________________________________________ 65
V.2.1. Инфузионная терапия после травм и хирургических операций____ 82
V.3. Гипотоническая дегидратация_________________________________________ 86
VI. ВАРИАНТЫ СИНДРОМОВ ГИПЕРГИДРАТАЦИИ ___________________ 95
VI.1. Гипертоническая гипергидратация ___________________________________ 95 VI.2. Изотоническая гипергидратация______________________________________ 98
4
VI.3. Гипотоническая гипергидратация ________________________________103 VI.4. Примечание к главе VI.3.__________________________________________107
VI.5. Варианты дисгидрий с задержкой солей,
но с нормальной или сниженной тоничностью плазмы______________109
VII. ГИПО- И ГИПЕРКАЛИЕМИЯ__________________________________________110
Проявления гипокалиемии ______________________________________________110
VIII. ЗАКЛЮЧЕНИЕ_______________________________________________________ 118
IX. КОНТРОЛЬНЫЕ ТЕСТЫ И СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ____________ 120
ЛИТЕРАТУРА______________________________________________________________ 143
5
ПРЕДИСЛОВИЕ
Книга предназначена врачам, изучающим водно-электролитный обмен, его нарушения и коррекцию, и особенно - врачам, работа которых неразрывно связана с интенсивной терапией водно-электролитных нарушений у хирургических больных. Полагаем, что она необходима и студентам медицинских академий.
Книга основана на личном опыте 35-летней научной разработки и преподавания проблемы водно-электролитных нарушений студентам, интернам, ординаторам, аспирантам, врачам различных специализаций.
В основу книги положен и опыт создания и работы первой в Кировской области экспресс-лаборатории. На базе этой лаборатории лично и в сотрудничестве с коллегами (В.В. Резяпкин, Т.В. Симкина, В.С. Корепанов, Г.Г. Бородулина, О.Н. Савельев, А.А. Костяев, Т.П. Захарищева, В.И. Суворова, А.В. Михеев, В.Х.Битеев, Б.А. Шишкин и многие другие) были освоены методы исследования водно-электролитного обмена. А именно, методы пламенной фотометрии, позволявшие с высокой точностью определять содержание электролитов в плазме и эритроцитах крови, моче и других жидкостях организма, методы исследования параметров КЩС на аппаратах микро-Аструп, газового состава крови на аппарате Ван-Слайка, различные методы определения объемов циркулирующей, депонированной и секвестрированной крови, объемов общей и интерстициальной воды организма, гемодинамики, микроциркуляции, системы гемостаза и др. Широко проводились исследования как для научных, так и для практических целей.
Книга основывается и на опыте многолетнего плодотворного сотрудничества с современной экспресс-лабораторией (заведующая М.А.Игольницина) и клинико-диагностической лабораторией (руководитель Л.И.Мадалиева) Кировской областной клинической больницы. Опыт этого сотрудничества особенно значим. Под руководством Л.И.Мадалиевой клинико – диагностическая лаборатория Кировской областной клинической больницы вошла в число 5 лучших лабораторий ЛПУ России.
Трудности изучения студентам сложной проблемы водно-электролитных нарушений побудили издать в 1991 году соответствующее учебное пособие. В последующем это пособие неоднократно переиздавалась на кафедре, а также самими студентами и курсантами циклов специализации и усовершенствования. Было написано и учебное пособие для изучения нарушений обмена калия, которое переиздавалось в Кирове и Екатеринбурге.
Существующие в настоящее время запросы преподавания практически важных проблем водно-электролитного обмена, его нарушений и их коррекции потребовали написания настоящей книги. При этом в максимальной мере учитывались вопросы, наиболее часто задаваемые на лекциях и семинарских занятиях.
При рецензировании книги доцентом кафедры патофизиологии КГМА канд. мед. наук Н.Л. Негодяевой были высказаны ценные советы и замечания. Они с благодарностью учтены автором при окончательном редактировании текста.
6
I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВОДЕ И ЭЛЕКТРОЛИТАХ ОРГАНИЗМА
Обмен и функции воды и электролитов в организме неразрывно взаимосвязаны. Их нарушения непосредственно определяют симптоматику и тяжесть состояния больных при многих заболеваниях и травмах, при различных осложнениях в послеоперационном периоде.
Водно-электролитные нарушения являются одной из наиболее частых причин возникновения у больных критического состояния - такого состояния больных, при котором наблюдаются расстройства физиологических функций и нарушения деятельности отдельных систем, которые не могут спонтанно корригироваться путем саморегуляции и требуют частичной или полной коррекции или замещения. (Г.А. Рябов, 1979).
Коррекция водно-электролитных нарушений является предметом каждодневных забот анестезиолога и реаниматолога, хирурга, врача любой специальности, работа которого связана с проведением интенсивной терапии. Это всегда актуальная, нестареющая проблема анестезиологии, реаниматологии, интенсивной терапии и хирургии.
I.1. Термины и определения
1. Концентрация раствора – относительное количество вещества в растворе, то есть количество растворенного вещества, приходящееся на определенное количество раствора. Количество растворенного вещества может быть выражено в единицах массы, молярности или электрохимической эквивалентности. При измерении в единицах массы чаще всего используют такие единицы как грамм (г), миллиграмм (мг), микрограмм (мкг), в единицах молярности – моль и миллимоль (ммоль), в единицах электрохимической эквивалентности - эквивалент (экв) и миллиэвивалент (мэкв). При использовании в качестве единицы объема раствора величины 1 литр концентрации получают выражения соответственно г/л, мг/л, мкг/л, моль/л, ммоль/л, экв/л, мэкв/л.
Грамм – основная единица массы в абсолютной системе единиц измерения сантиметр-грамм-секунда.
Миллиграмм – тысячная доля грамма, микрограмм – миллионная доля грамма.
Моль (молярный вес) – количество вещества в г, численно равное относительному атомному или молекулярному весу вещества (соответствующие устаревшие названия грамм-атом и грамм-молекула).
Миллимоль – количество вещества в мг, численно равное относительному атомному или молекулярному весу. Например, относительный атомный вес натрия 23 (1 ммоль = 23 мг), хлора 35 (1 ммоль = 35 мг); относительный молекулярный вес натрия хлорида (NaCl) равен 23+35 = 58 (1 ммоль = 58 мг).
Молярная концентрация характеризует число атомов или молекул в растворах: 1 моль соответствует 6,022 х 1023 частиц.
При определении молярной концентрациии катионов и анионов диссоциирующих в растворах веществ учитывается число образующихся ионов.
Если вещество полностью диссоциирует и из 1 его ммоля образуется 1
7
ммоль катиона и 1 ммоль аниона, то при определении содержания ммолей каждого из этих ионов в растворе необходимо содержание вещества в растворе, выраженное в мг разделить на вес 1 ммоля этого вещества. Так, в 1 л физиологического (0,9%) раствора содержится 9 г (9000 мг) натрия хлорида. Исходя из того, что 1 ммоль хлористого натрия равен 58 мг, в 1 л физиологического (0,9%) раствора хлористого натрия содержится: 9000 мг : 58 мг/ммоль = по 155 ммоль натрия и хлорида.
Если при диссоциации вещества образуется различное число катионов и анионов (следствие различных валентностей), то при определении их молярных концентраций необходимо составлять соответствующие пропорции.
Для перевода концентрации белка из г/л в ммоль/л при рН 7,38 может быть использован пересчетный коэффициент 0,03 (концентрация белка в г/л умножается на 0,03).
Эквивалентный вес это количество весовых единиц элемента, которое электрохимически эквивалентно, может замещаться или вступать в реакцию с такой же 1 весовой единицей водорода.
Эквивалент это количество вещества в граммах, миллиэквивалент - в миллиграммах, численно равное атомному или молекулярному весу иона, разделенному на его электрический заряд (валентность). У одновалентных катионов и анионов эквивалентный вес совпадает с молярным, у поливалентных он меньше молярного веса в число раз, равное электрическому заряду (валентности). Например, у одновалентного иона натрия 1 ммоль и 1 мэкв равны 23 мг, у двухвалентного кальция 1 ммоль равен 40 мг, а 1 мэкв – 20 мг.
Для перевода концентрации белка из г/л в мэкв/л при рН 7,38 может быть использован пересчетный коэффициент 0,242 (концентрация белка в г/л умножается на 0,242).
Выражение концентраций в эквивалентных весах характеризует способность различных веществ вступать в электрически равные взаимоотношения.
2. Осмолярность - водосвязывающая способность растворов, зависящая исключительно от молярной (корпускулярной) концентрации в растворе веществ (атомов, молекул, комплексов молекул). Выражается осмолярность в осмолях или миллиосмолях на 1 л раствора (осм/л раствора или мосм/л раствора) и численно равна соответственно концентрации вещества в растворе в моль/л или ммоль/л. Один осмоль соответствует одному молю, который содержит, как уже указывалось, 6,022 х 1023 частиц. Понятие осмолярность идентично понятию молярность (молярная концентрация).
Если молярная концентрация выражается на 1 кг воды (растворителя), то водосвязывающая способность раствора определяется термином осмоляльность (осм/кг воды или мосм/кг воды). Различия величин осмолярности и осмоляльности биологических жидкостей незначительны и не имеют большого практического значения. Чем больше в жидкости содержание воды, тем меньше отличаются между собой величины осмолярности и осмоляльности. В крови содержание воды по объему составляет в среднем 92%. Соответственно величина осмоляльности больше величины осмолярности в 1,09 раза.
В норме осмолярность сыворотки крови в среднем возрасте равна 290 (285-295) мосм/л и немного увеличивается в пожилом и старческом возрасте.
8
Примерно 0,55% (около 1,6 - 2 мосм/л) общей осмолярности плазмы создается белками.
Осмолярность определяет возникновение в растворе осмотического давления.
3. Осмотическое давление – минимальное гидростатическое давление, которое необходимо создать в растворе, чтобы устранить перемещение (осмос)
враствор чистого растворителя через разделяющую раствор и растворитель полупроницаемую мембрану, то есть через мембрану, пропускающую чистый растворитель и не пропускающую частицы растворенного вещества.
Притягивание воды частицами растворенного вещества обусловлено их гидрофильностью – способностью частиц связывать воду.
Коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление – часть осмотиче-
ского давления, которая определяется концентрацией коллоидов (в плазме концентрацией белковых молекул и в небольшой мере - липидных молекул, а так же - искусственных коллоидов при их переливании).
Внорме осмотическое давление плазмы равно 5016-5776 мм рт.ст. (6,6- 6,7 атм), коллоидно-осмотическое давление – примерно 25-30 мм рт.ст.
4. Тоничность – способность раствора вызывать движение чистой воды
вклетку, из клетки или не влиять на ее перемещение, что связано с возникновением градиента концентрации растворенного вещества вне клетки и в клетке (вода перемещается в направлении большей концентрации, то есть большей осмолярности).
Тоничность определяется, прежде всего, способностью растворенного вещества проникать через клеточную мембрану. В частности, растворы хлористого натрия не проникают через клеточную мембрану (противодействие мембранных механизмов), растворы этанола и мочевины беспрепятственно проникают через клеточные мембраны, растворы глюкозы свободно проникают по градиенту концентрации в клетки инсулиннезависимых тканей, а в клетки инсулинзависимых тканей (мышечная, печеночная, жировая и некоторые другие ткани) поступают при посредстве инсулина и инсулинвоспринимающих клеточных мембранных механизмов. Соответственно, тоничность и осмолярность могут совпадать (растворы натрия хлорида), не совпадать (растворы этанола, мочевины) или иметь различия (растворы глюкозы для инсулиннезависимых и инсулинзависимых тканей). Раствор хлористого натрия может быть относительно осмолярности плазмы гипоосмолярным, изоосмолярным и гиперосмолярным и соответственно гипотоничным, изотоничным и гипертоничным, так как проникновению в клетки хлористого натрия препятствуют мембранные механизмы. Растворы этанола или мочевины могут быть относительно осмолярности плазмы гипоосмолярным, изоосмолярными, и гиперосмолярным, но эти растворы не обладают тоничностью, так как свободно проникают через клеточные мембраны в клетки. Растворы глюкозы могут быть относительно осмолярности плазмы гипоосмолярными, изоосмолярными и гиперосмолярными и соответствено гипотоничными, изотоничными и гипертоничными в отношении инсулинзависимых тканей (печени, мышц, жировой клетчатки) и не обладать тоничностью в отношении инсулиннезависимых тканей (например, тканей цен-
9
тральной нервной системы), в клетки которых глюкоза проникает свободно по градиенту концентрации.
Гематоэнцефалический барьер в норме не пропускает растворы электролитов. Поэтому эти растворы в норме не проявляют свой свойства тоничности в отношении нервных клеток головного мозга.
5.Вода - жидкий минерал, окись водорода. Простейшее устойчивое в обычных условиях соединение водорода с кислородом, один из первоисточников жизни на Земле
6.Электролиты - вещества, частично или полностью распадающиеся (диссоциирующие) в водных растворах на свободные подвижные ионы и проводящие в этих растворах электрический ток. Выделяют электроотрицательные ионы (анионы) и электроположительные ионы (катионы). К электролитам относятся соли, кислоты и основания.
7.Водно-электролитный (водно-солевой) обмен - совокупность процес-
сов поступления, всасывания, распределения и выделения воды и солей в организме человека и животных (Ю.В.Наточин).
8.Водно-электролитный баланс (франц. вalance – букв. весы) – соот-
ношение поступления в выделения воды и электролитов в организме.
Баланс = Поступление - Выделение
Водно-электролитный баланс может быть положительным (активным), когда поступления воды и (или) электролитов в организм превышают выделения. Он может быть отрицательным (пассивным), когда выделения - превышают поступления и уравновешенным (нулевым, нормальным), когда поступления - равны выделениям.
О положительном или отрицательном водном балансе можно с уверенностью говорить, если различия объемов поступивших в организм и выделенных из организма жидкостей составляют 25% и более. Это связано с трудностью учета всех поступлений воды в организм (например, при употреблении полужидкой пищи, фруктов, овощей) и всех потерь воды (например, потерь через кожу и легкие при различной температуре и влажности окружающей среды, различной физической активности).
В обычных условиях в норме водно-электролитный баланс, как и любой иной баланс в организме (баланс энергии, аминокислот, тепла и др.), уравновешен, то есть, равен нулю.
Нарушения водно-электролитного баланса являются одной из частых причин критического состояния хирургических больных до и после операции, непосредственно определяют симптоматику и тяжесть многих заболеваний, особенно - таких хирургических заболеваний органов брюшной полости как перитонит, кишечная непроходимость, стенозы пилорического отдела желудка.
9. Макроэлементы – химические элементы, содержащиеся в организме в наибольших количествах (больше 50 мг/кг массы тела). К макроэлементам относят кальций, фосфор, калий, натрий, хлор и магний. Натрий, калий и хлор называют главными ионами водно-электролитного обмена, так как они в наибольшей мере определяют его состояние. Однако эти ионы нельзя называть главными в организме: они, как и любые иные ионы в организме (кальций, магний, сульфаты, фосфаты, бикарбонаты,
10