14.1. Водно-электролитный гомеостаз

Способность организма к поддержанию постоянства неравновесности состава внеклеточной жидкости (внутренней среды по К.Бернару) представляет собой одно из наиболее существенных достижений эволюции, поскольку организм, приобретая способность к сохранению постоянства состава внутренней среды, перестает зависеть от многих изменений внешней среды.

14.2. Распределение воды в организме

Вода составляет 70% массы тела человека. Основная доля воды в организме сосредоточена в клетках - внутриклеточная жидкость (ИЦП - интрацеллюлярное пространство, содержит 45-56% воды от массы тела). Другая часть воды - внеклеточная жидкость распределена в ЭЦП (экстрацеллюлярном пространстве) и представлена в виде межклеточной (интерстициальной) жидкости, омывающей клетки (20% массы тела) и плазмы - переносчика веществ, при помощи которого осуществляется контакт между клетками и внешней средой (5% от массы тела). Решающее значение для распределения жидкости между межклеточной жидкостью и плазмой играют белки плазмы, особенно альбумин (онкотическое давление). Например, внутрисосудистое введение альбумина приводит к повышению объема циркулирующей плазмы (ОЦП); выраженная белковая недостаточность сопровождается гипоальбуминемией и приводит к уменьшению ОЦП, переходу воды в ткани (голодные отеки). Незначительное количество воды находится в спинномозговой жидкости, синовиальной жидкости, лимфе.

14.3. Состав жидкостей организма

Различия в электролитном и белковом составе связаны с наличием избирательной проницаемости клеточной мембраны, т.е. с процессом активного транспорта, за исключением Сl^- и НСО₃^-, концентрация которых устанавливается в соответствии с концентрацией катионов.

Биологическая роль: Na, К обеспечивает осмотический градиент (разность Р_оcм) и перемещение воды, электрохимический градиент, лежащий в основе несократительного термогенеза. Они являются инициаторами транскрипции ДНК (разворачивают спираль нуклеиновой кислоты перед включением биосинтеза белка).

Асимметричное расположение ионов по обе стороны мембраны - одно из самых характерных проявлений живой клетки. Работавший в СССР выдающийся биолог Эрвин Бауэр в своем фундаментальном труде "Теоретическая биология" сформулировал как главный принцип отличия живого устойчивое неравновесное распределение. Оно активно поддерживается за счет внесения свободной энергии. Нобелевские лауреаты Ходжкин и Хаксли, позже Сноу, обнаруживший Na-K-АТФ-азу, открыли механизм причины неравновесности ионов как основы возбудимости живой клетки.

2-й принцип Бауэра гласит,что неравновесность может поддерживаться лишь при осуществлении цикличных процессов. "Падение" системы из неравновесного состояния приводит через механизм обратной связи к осуществлению процессов "деградации пищи", дающих свободную энергию для возврата системы в неравновесное состояние. Например, после возникновения потенциала действия система распределения ионов Na и К возвращается к равновесному состоянию. Сопряженно ему начинается процесс деградации АТФ, дающий энергию Na-K - АТФ-азе, возвращающей неравновесие ионов в системе клетка - окружающая среда.

14.4. Структурная основа гомеостаза жидкости ЭЦП

1. Наличие замкнутой системы кровообращения. Состав жидкости ЭЦП сходен с составом морской воды в предкембрийскую эпоху. В это время появились животные с замкнутой системой кровообращения. Поэтому, хотя в дальнейшем соленость морской воды продолжала увеличиваться, состав жидкости ЭЦП оставался постоянным, гомеостазированным.

   Плазма - особый отдел жидкости ЭЦП, который в норме не может диффундировать через стенки капилляров. Концентрация белка в плазме является промежуточной между межклеточной жидкостью и ИЦП. Концентрация белка (в основном это альбумин) определяет распределение объема между плазмой и межклеточной жидкостью за счет Р_онк.

2. Клеточные мембраны. Осмотически активен, главным образом, только Na⁺. Для поддержания нормального осмотического давления дефицит Na⁺ не может быть заменен другими ионами: К⁺, Са²⁺, Mg²⁺, НРО^2-₄, SO^2-₄. В силу их гораздо меньших концентраций в клетке, они осмотически мало активны. Однако, они ответственны за осуществление многих других функций клетки.

   Барьер между ЭЦП и ИЦП - клеточная мембрана - для Na⁺ и других ионов ограниченно проницаем (активный транспорт) и неограниченно проницаем (пассивный транспорт) для воды. Выравнивание Р_оcм вне и внутри клетки осуществляется за счет перехода воды через мембраны в том и другом направлении. Нарушение клеточных мембран приводит к неограниченному перемещению Na⁺, а за ним и водных масс, ведущих к повреждению клетки в результате ее избыточного растяжения. Р_оcм жидкости ЭЦП за счет внутриклеточных белков (Р_онк) несколько выше, чем в межклеточной жидкости, в которой почти нет белка. Эта разница и обеспечивает необходимое растяжение жидкостью клетки, т.е. ее тургор.

14.5. Жидкость ЭЦП. Регуляция ее Р_оcм и объем

Почему мы рассматриваем именно ЭЦП?

1. Патогенетическое значение - не существует механизма прямой регуляции Р_оcм жидкости ИЦП. Это давление находится в осмотическом равновесии с Р_оcм жидкости ЭЦП. При различиях в Р_оcм клеточные мембраны разрушаются и клетка гибнет.
2. Диагностическое значение - жидкость ЭЦП легко доступна для исследования. Именно с ЭЦП связаны причины многих нарушений распределений электролитов и воды. Даже когда первично происходит нарушение в жидкости ИЦП, вторичные изменения, вызываемые в жидкости ЭЦП, легко доступны для исследования.

14.5.1. Два параметра регуляции жидкости ЭЦП и объект регуляции

Поскольку осмотическое давление в основном зависит от концентрации Na⁺, вызывающего перемещение Н₂ О, то и гомеостатические механизмы направлены на поддержание постоянства Na⁺ и объема жидкости ЭЦП. Эти два параметра взаимосвязаны, т.к. Р_оcм равно количеству осмотически активных частиц в определенном объеме воды.

Механизм гомеостаза Na⁺ и жидкости ЭЦП. Ведущую роль в поддержании осмотического гомеостаза играет Na⁺, на долю которого приходится 90% внеклеточных катионов. Дефицит Na⁺ не может быть заменен никакими другими катионами.

Важно подчеркнуть, что почки - единственный орган, способный обеспечить гомеостаз Р_оcм через процессы реабсорбции, поэтому поражение почек, приводящее к развитию ОПН или ХПН - одно из самых грозных осложнений в патологии.

Обычные жизненные ситуации не вызывают значительных изменении Р_оcм и нарушения распределения объемов воды между ЭЦП и ИЦП, благодаря функционированию 2-х механизмов гомеостаза: солевого обмена (альдостерон), водного объема (АДГ) и функционированию почек. Нарушение гомеостаза приводит к развитию 6 типичных патологических состояний.

14.6. Типичные нарушения ВЭО

Патогенез изменений объема и состава жидкости тела

Вид изменения	Объем		Плазма	Белки плазмы	Экскреция с мочой нормальной почкой
	ЭЦП	ИЦП	Na+		Na+	H2O
УВЕЛИЧЕНИЕ
1.Гипотоническое (избыток воды)	ув	ув	ум	ум	ум	ув
2.Изотоническое (избыток Na+ и воды)	ув	ув	ум	ум	ув	ув
3.Гипертоническое (избыток Na+)	ув	ум	ув	ум	ув	ув
УМЕНЬШЕНИЕ
1.Гипотоническое (недостаток Na+)	ум	ув	ум	ув	ум	ув
2.Изотоническое (недостаток Na+ и H2O)	ум	ув	ум	ув	ум	ум
3.Гипертоническое (недостаток воды)	ум	ум	ув	ув	ув	ум

Увеличение объема жидкости ЭЦП - гипергидратация (гиперволемия - увеличение только ОЦК).

14.6.1. Этиология и патогенез гипотонической гипергидратации

Накопление воды без эквивалентного количества Na происходит при введении в организм больших количеств бессолевых (без Na⁺) жидкостей. Например, раствора глюкозы при промывании кишечника. Кроме того, это возможно при увеличении образования АДГ после травмы или при болевом синдроме.

Патогенез: вода из ЭЦП (плазма и межклеточная жидкость) без препятствий проходит в клетки, где выше Р_оcм, приводя к увеличению ИЦП, т.е. отеку клетки. К этому процессу наиболее чувствительны клетки ЦНС. В результате водного отравления (отека мозга) развиваются судороги и возможен даже летальный исход.

Лабораторные показатели - смотри таблицу. Патогенетическая терапия - внутрисосудистое введение гипертонического раствора Na с целью увеличения Р_оcм в ЭЦП.

14.6.2. Этиология и патогенез изотонического гипергидратации

Этиология. Ятрогенное (вызванное врачом) заболевание. Например, передозировка физиологического раствора приводит к избыточному введению воды и соли (т.е. без изменения Р_оcм в ЭЦП).

Патогенез - так как при этом не происходит изменения Р_оcм ЭЦП, вода из ИЦП не выходит и объем жидкости ИЦП не изменяется. В результате разведения при уменьшении концентрации белка уменьшается Р_онк. Т.к. вода распределяется между плазмой и межклеточной жидкостью в зависимости от концентрации белка, вода не удерживается в сердечно-сосудистом русле и переходит в межклеточную жидкость. При этих состояниях могут появиться увеличение АД, пальпируемые отеки конечностей и отек легких.

Лабораторные показатели - см. таблицу.

14.6.3. Этиология и патогенез гипертонической гипергидратации

Этиология. Это состояние возникает при длительном приеме морской воды, при питании тяжелых больных в бессознательном состоянии с помощью зонда.

Патогенез. Повышенное поступление Na приводит к увеличению Р_оcм ЭЦП и увеличению объема жидкости ЭЦП за счет перехода воды из ИЦП до тех пор, пока не будет уравновешено Р_оcм. Если это состояние продолжительно, то может наступать летальный исход из-за повреждения ЦНС.

Лабораторные показатели - см. таблицу.

Патогенетическое лечение - введение салуретиков, способствующих выведению Na.

14.6.4.Этиология и патогенез гипотонического обезвоживания (гипогидрадация)

Этиология. Потеря организмом соли при гормональной недостаточности коры надпочечников, гипоальдостеронизме, почечной недостаточности, осмотическом диурезе.

Патогенез. Приводит к уменьшению Р_оcм жидкости ЭЦП, откуда вода переходит в ИЦП, где Р_оcм выше. Результатом этого является уменьшение объема жидкости ЭЦП и увеличение объема жидкости ИЦП, отек клетки.

Лабораторные показатели - см. таблицу. Патогенетическая терапия - назначение хлористого натрия.

14.6.5. Этиология и патогенез изотонической гипогидратации

Этиология. Наиболее частыми, серьезными и опасными для организма являются изменения ОЦП в результате изотонического уменьшения объемa жидкости ЭЦП, что может наблюдаться при аномально больших потерях натрия и воды организмом. Чаще всего это происходит с секретом желез желудочно-кишечного тракта (суточный объем этих секретов 8,2 л, что составляет 65% от всего объема жидкости ЭЦП).

Патогенез. Потери секретов желез желудочно-кишечного тракта (рвота, диарея, холера), изоосмотичных с плазмой, приводят к уменьшению объема жидкости ЭЦП. Сгущение крови и увеличение концентрации белка ведет к увеличению Р_онк плазмы. В результате вода из межклеточной жидкости переходит в плазму. Потеря жидкости межклеточного пространства ведет к клиническим симптомам дегидратации.

Последствия:

1. Уменьшение ОЦП (гиповолемия) грозит сердечно-сосудистой недостаточностью, что проявляется в виде коллапса (снижена вазоконстрикторная реакция на КА).
2. Гомеостатической реакцией при уменьшении объема жидкости ЭЦП является уменьшение экскреции воды с мочой до минимальных объемов (олигурия). Но этого недостаточно, а при продолжающейся рвоте без поступления воды и натрия извне объем жидкости ЭЦП не может быть восстановлен. Олигурия переходит в анурию, завершающуюся комой и коллапсом.

Лабораторные показатели - см. таблицу.

Патогенетическая терапия:

1. восполнение дефицита натрия = (концентрация натрия сыворотки здорового - концентрация натрия сыворотки больного) х кг массы тела х 0,2 х 2;
2. восполнение дефицита воды = объему неизбежных потерь + объем дефицита

Простым способом лечення изотонической дегидратации является питье смеси следующего состава: щепотка соли + маленькая пригоршня сахара на 1 л воды. Сахар увеличивает всасывание натрия и воды в кишечнике.

Понятие о неизбежных потерях воды. Объем обязательного поступления воды равен 1200 мл/сутки - физиологически неизбежная потеря воды. Эта величина составляется следующим образом: 600 мл потери с потом + 400 мл с выдыхаемым воздухом + 500 мл с мочой - 300 мл образующейся эндогенной воды. При невосполнении неизбежных потерь развивается гипертоническая дегидратация.

14.6.6. Этиология и патогенез гипертонической гипогидратации

Этиология. Это патологическое состояние развивается при невосполнении потерь воды: несахарном и сахарном диабете, водном голодании (у больного в бессознательном состоянии), профузном потоотделении при лихорадке.

Патогенез. Потеря воды в ЭЦП с мочой приводит к увеличению Р_оcм жидкости ЭЦП. Результатом этого является переход воды из клеток во внеклеточное пространство и уменьшение ИЦП. Но при этом увеличивается Р_оcм ИЦП.

На первых этапах этого вида расстройства водно-электролитного обмена могут быть изменения:

• в ЦНС, связанные с увеличением Р_оcм и в ЭЦП, и в ИЦП;
• в дальнейшем происходят серьезные нарушения функций сердечно-сосудистой системы (коллапс) вследствие уменьшения ОЦП.

На практике редки случаи, когда 1 из 6-ти типичных патологических состояний проявляется в чистом виде. Например, рвота может приводить к изотоническому уменьшению объема жидкости ЭЦП, но пациент может оказаться не в состоянии потреблять воду в количестве, достаточном для восполнения ее потерь, в результате чего развивается гипертоническое уменьшение объема.

Источник: Иванов В.В. Патологическая физиология с основами клеточной и молекулярной патологии. Учебник для ВУЗов. Красноярск, 1994. - 315 с. ОГЛАВЛЕНИЕ

Часть 1. Общая нозология и типические патологические процессы Патофизиология. Предмет и задачи. Основные категории Учение о причинах, условиях и механизмах развития болезни Патогенное действие лучистой энергии. Ультрафиолетовое и лазерное излучение, ионизирующая радиация Патогенное действие термического фактора Патология наследственности Патология иммунитета Аллергия Воспаление Лихорадка и тепловой гомеостаз Типические патологические процессы. Нарушение микроциркуляции Патология азотистого обмена Патофизиология углеводного обмена Патология обмена липидов Нарушения водно-электролитного гомеостаза внутренней среды организма Нарушения кислотно-щелочного гомеостаза Патофизиология гипоксии Патофизиология тканевого роста. Опухолевый процесс

Часть 2. Патофизиология органов и систем Патология качественного и количественного состава эритроцитов Патология гомеостаза в системе реакций свертывания крови Патология белой крови Шок Патология общего кровообращения Клеточные основы патофизиологии желудочно-кишечного тракта Патология печени Нарушения эндокринной системы Патология щитовидной и паращитовидной желез. Гомеостаз кальция Патология почки Патология нервной системы Гомеостаз и его роль в патологии