3 курс / Фармакология / Хартиг_В_Современная_инфузионная_терапия_Парентеральное_питание

1.1.3. Внутриклеточное пространство

Во внутриклеточной жидкой среде происходят многообразные обменные процессы. Внутриклеточную часть воды рассчитывают по формуле:

Внутриклеточное пространство (л) = = общая вода тела (л) — внеклеточное пространство (л).

Надо принимать во внимание, что общий состав отдельных клеток несколько варьирует. В связи с этим внутриклеточное пространство рассматривается упрощенно. Его величина для мужчин 40%, для женщин

30% массы тела (Geigy).

1.2. ЭЛЕКТРОЛИТЫ

1.2.1. Общие данные

Под электролитами понимают соли, кислоты, основания, которые в водном растворе в большей или меньшей степени распадаются (диссоциируют) на свободные подвижные ионы.

Натрий и хлор, например, находятся в кристалле поваренной соли также в виде ионов, но связанных ионной решеткой. В процессе растворения она вследствие диссоциации становится подвижной, и решетчатая структура разрывается молекулами воды.

Ионы представляют собой электрически заряженные частицы, которые при диссоциации электролитов становятся подвижными в водном растворе, их соединению препятствуют молекулы воды.

Добавим, например, поваренную соль в воду,— ионы натрия и хлора станут подвижными. В поле постоянного тока (рис. 3) положительно заряженные частицы двигаются катоду (катионы), отрицательно заряженные

— к аноду (анионы).

Валентность соответствует значению положительного или отрицательного заряда.

Основные катионы, находящиеся в организме: натрий Na+

калий К+ кальций Са2+ магний Mg2+

Основные анионы, находящиеся в организме: хлор С1—

гидрокарбонат НСО3— фосфат Н2РО4—; НРО42— сульфат SО42—

белки

Рис. 3. Движение катионов и анионов в поле постоянного тока.

Радикалы органических кислот: ацетат — (уксусная кислота), пируват

— (пировиноградная кислота), лактат — (молочная кислота), бетагидроксибутират — (бета-гидроксимасляная кислота), ацетоацетат — (ацетоуксусная кислота).

1.2.2. Измерение концентрации (мг/дл — мэкв/л)

Электролиты можно взвесить и после этого определить их концентрацию в объеме жидкости. Например, этим методом определено, что в 1 дл плазмы находится 327 мг натрия.

Эта величина не дает непосредственно читаемой информации для понимания биологических процессов. Количество катионов и анионов принято измерять в эквивалентах, т. е. в экв или мэкв (рис.4).

1 мэкв предполагает количество вещества, эквивалентное его положительному или отрицательному заряду.

Для расчета экв или мэкв необходимо знать:

—ионную массу;

—величину заряда (валентность).

Рис. 4. Различие в единицах измерения.

а – 23 мг ионов натрия связывают 35,5 мг ионов хлора, 24,3 мг ионов магния связывают 71 мг иона хлора; б — 1 мэкв ионов натрия связывает 1 мэкв ионов хлора, 2 мэкв ионов ионов магния связыва 2 мэкв ионов хлора. Обоснование: 1 мэкв ионов натрия = 23 мг (относительная атомная масса 23), 1 мэкв ионов магния=12,2 мг (относительная атомная масса 24,3); 1 мэкв ионов хлора=35,5 мг (относительная атомная масса 35,5).

Из этих данных можно рассчитать экв или мэкв:

относительная атомная или молекулярная масса (г)

1 экв = -------------------------------------------------------------------------

валентность

В биологии рассчитывают обычно меньшие величины — мэкв:

относительная атомная или молекулярная масса (мг)

1 мэкв = -------------------------------------------------------------------------

валентность

Следует еще упомянуть, что число положительных зарядов в растворе всегда соответствует числу отрицательных.

гидрокарбоната натрия содержит 11,9 мэкв натрия и 11,9 мэкв гидрокарбоната 1 г лактата натрия содержит 8,9 мэкв натрия и 8,9 мэкв лактата 1 г хлорида

калия содержит 13,4 мэкв калия и 13,4 мэкв хлора 1 г гидрокарбоната калия содержит 10,0 мэкв калия и 10,0 мэкв гидрокарбоната

1 г однозамещенного фосфата калия (KH2PO4) содержит 7,4 мэко калия и 7,4 мэкв первичного фосфата

1 г двузамещенного фосфата калия (K2HPO4) содержит 11,5 мэкв калия и 11,5 мэкв вторичного фосфата

Внимание: мэкв не является мерой величины концентрации. Необходимо знать, в каком объеме жидкости находится данное количество мэкв (например, мэкв/л плазмы).

Пересчет мг/дл в мэкв/л

Если необходимо пересчитать мг/дл в мэкв/л, то используют следующую формулу: для катионов и анионов

мг/дл Х 10 Х валентность

мэкв/л = -----------------------------------------—----------------------------

относительная атомная или молекулярная масса (мг)

С учетом значений рН шлазмы более точный расчет (Неisler и Schorer) будет следующим:

мэкв/л = г/дл Х 1,04 (рН 5,08)

После введения системы единиц СИ концентрации катионов и анионов будут обозначаться в ммоль/л (1 ммоль = относительной атомной или молекулярной массе в мг). Для однозарядных ионов (например, Na+, K+) значения не изменяются (1 ммоль=1 мэкв), для многовалентных они будут другими (Са2+: 1 ммоль = 2 мэкв).

Рис. 5. Изменение объема эритроцитов в зависимости от осмотического давления растворов хлорида натрия различной концентрации.

а — гипотонический раствор хлорида натрия: набухание эритроцитов вплоть до разрыва (гемолиз); б — изотонический раствор хлорида натрия; в — гипертонический раствор хлорида натрия; сморщивание эритроцитов (форма сморщенного яблока).

Осмоляльность/Осмолярность

Осмоляльность означает осмотическое число на 1 кг растворителя, осмолярность — на 1 л раствора.

Осмотическое давление раствора зависит от числа осмотически активных частиц (ионов и недиссоциированных молекул), которые находятся в определенном объеме.

Единица осмотического давления — осмоль или мосммоль (миллиосммоль). Если 1 моль глюкозы (относительная молекулярная масса 180,2; 1 моль= 180,2 г) находится в 1 кг воды, то этот раствор имеет «идеальную» осмоляльность, равную 1 осммоль. Если же внести в 1 кг воды 1 моль поваренной соли (относительная молекулярная масса = 58,4; 1 моль = 58,4 г), то образуется «идеальная» осмоляльность в 2 осммоль, так как поваренная соль распадается на ионы натрия и хлора, вследствие чего в растворе появляется удвоенное число частиц в отличие от глюкозы. В растворах, содержащих полностью диссоциирующие соли, осмотическое Давление упрощенно можно определить по числу катионов и анионов (так называемая идеальная осмоляльность). При этом, конечно, пренебрегают межионным взаимодействием, которое влияет на осмоляльность и ведет к «реальной» осмоляльности.

Осмотические соотношения ответственны за распределение воды ,в различные жидкостные пространства в ортанизме (рис. 5, см. также 1.4.3).

Осмотическое давление определяют измерением снижения точки замерзания (осмометрия).

Осмоляльность плазмы

Осмоляльность плазмы составляет 290 мосммоль (кг воды 38°С), (Geigy).

Плазма состоит в основном из диссоциирующих электролитов, при этом натрий по приближенному расчету определяет половину осмоляльности плазмы. Влияние неэлектролитов в нормальном состоянии незначительно: Глюкоза: 100 мг/дл = 5,5 мосммоль/л плазмы (Geigy) Мочевина: 100 мг/дл=17,2 мосммоль/л плазмы (Geigy) На основе этих представлений можно рассчитать осмоляльность плазмы, если известно количество натрия,

мочевины и глюкозы (Mansberger et al.):

Различия между расчетной и измеренной осмоляльностью доказывают присутствие неизвестных растворенных веществ (токсины?) и служат показаниями для гемодиализа (Mans-berger и соавт.).

Низкая осмоляльность наблюдается только при гипонатриемии; гиперосмоляльное состояние, наоборот, многозначно (Mansberger et al.: гипернатриемия; гиперглюкоземия; уремия; неизвестные вещества; комбинация многих факторов).

Для практических целей из приведенных рассуждений можно сделать вывод, что концентрация натрия в плазме определяет ее осмоляльность. Отклонения наблюдаются особенно часто при диабете, уремии и в присутствии неизвестных растворенных веществ. В связи с этим точное измерение осмоляльности необходимо в каждом отдельном случае.

Эффективное осмотическое давление

Для определения отклонений в осмотическом давлении используют полупроницаемые мембраны. Вещества, частично проходящие через клеточные мембраны, например мочевина, вызывают отклонения осмотического давления только в тех количествах, которые препятствуют проницаемости клеточных мембран. Таким образом, эффективное осмотическое давление создается только истинными ионами.

Тоничность

Нормальная осмоляльность плазмы (290 мосммоль/кг воды) является отправной точкой для тоничности.

Изотоническими растворами являются (приближенно):

—1/6 молярные растворы солей, молекулы которых полностью диссоциируют

на 2 иона, например 1/6 молярный раствор поваренной соли;

— 1/3 молярные растворы, если растворяемое вещество не диссоциирует, например 1/3 молярный раствор глюкозы.

Растворы, которые обнаруживают меньшую по сравнению c плазмой осмоляльность, яляются гипотоническими; растворы, обладающие более высокой осмоляльностью, являются гипертоническими.

Осмоляльность клетки соответствует таковой плазмы [Black, Moore, Burck, 1962]. При этом нужно учитывать, что часть электролитов в клетке остается недиссоциированной. На осмотическое давление в клетке постоянно влияет обмен веществ: при распаде больших молекулярных соединений на определенное количество более мелких осмоляльность повышается, при синтезе она снижается.

Коллоидно-осмотическое давление

Коллоидно-осмотическое давление соответствует степени участия белков в осмоляльности.

Так как белковые молекулы очень большие, число частиц на единицу массы значительно меньше, чем в случае электролитов. Коллоидноосмотическое давление плазменных белков составляет только 1,6 мосммоль/кг воды (25 мм рт. ст.). Это составляет 0,55% общей осмоляльности плазмы. Наибольший вклад вносит альбумин (85%, Geigy). Несмотря на малую величину осмоляльности плазмы, коллоидноосмотическое давление имеет большое значение, потому что белки могут выходить из кровеносного русла только медленно. Из этого становится ясным влияние коллоидно-осмотического давления на распределение воды между плазмой и межтканевой жидкостью (см. 1.4.З.). Падение концентрации альбумина в плазме, например, снижает ее способность Удерживать воду (гипопротеинемический отек; восстановление объема циркулирующей крови).

1-2.3. Распределение катионов и анионов в отдельных жидкостных пространствах

Как можно видеть из рис. 6, концентрация электролитов в отдельных жидкостных пространствах тела неодинакова. Плазма и межтканевая жидкость существенно отличаются только по содержанию в них белков: межтканевая жидкость содержит белка приблизительно 0,4 г/дл (Geigy),

лимфа — 3,9 г/дл (Groh и соавт.), однако плазма — 6,6—8,0 г/дл(Geigy).

Небольшие различия в ионном составе плазмы и межтканевой жидкости обусловлены Gibbs-Donnan-разделе-нием (см. 1.1.2).

Рис. 6. Распределение катионов и анионов на отдельные компоненты в мэкв/л плазмы или интерстициальной жидкости и в мэкв/кг воды для внутриклеточной жидкости.

Представлено в форме так называемой монограммы левая половина каждого столбика — катионы, правая—анионы (Geigy).

Весьма различна концентрация электролитов во внутри- и внеклеточном жидкостных пространствах: во внеклеточном содержатся главным образом натрий, хлор и гидрокарбонат, во внутриклеточном — калий, магний и фосфат, а также определяется высокая концентрация сульфата и белков.

Различия в разделении ионов между клетками и внеклеточным пространством существуют не только у человека, на и у всех животных и растений (Rapqport).

Эти различия в концентрации поддзрживаются вопреки тенденции к выравниванию вследствие диффузии через мембрану. Разность концентраций образует биоэлектрический потенциал, необходимый для возбудимости нервов и мышц. Сохранение (различий в концентрациях калия и натрия между клетками и внеклеточным пространством является активным запасом клетки, связанным с энергией обмена веществ, Он, вероятнее всего, расходуется на активные транспортные механизмы, удаление натрия из клетки («натриевый насос»), а также накопление калия («калиевый насос»).

1.2.4. Катионы и анионы в отдельности

Катионы и анионы выполняют в организме важные функции, 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; при 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 SiggaardAndersen, 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 алкалиемии 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: