Хартиг В. Современная инфузионная терапия

Подождите немного. Документ загружается.

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 Са

магний Mg

Основные анионы, находящиеся в организме:

хлор С1

—

гидрокарбонат НСО

—

фосфат Н

РО

—

; НРО

2—

сульфат SО

2—

белки

Рис. 3. Движение катионов и анионов в поле

постоянного тока.

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

— (пировиноградная кислота), лактат — (молочная кислота), бета-

гидроксибутират — (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.

Данные для пересчета

1 мэкв натрия =23,0 мг 1 г натрия =43,5 мэкв

1 мэкв калия =39,1 мг 1 г калия =25,6 мэкв

1 мэкв кальция =20,0 мг 1 г кальция =49,9 мэкв

1 мэкв магния =12,2 мг 1 г магния =82,0 мэкв

1 мэкв хлора =35,5 мг 1 г хлора =28,2 мэкв

1 мэкв гидрокарбоната =61,0 мг 1 г гидрокарбоната =16,4 мэкв

1 г хлорида натрия содержит 17,1 мэкв натрия и 17,1 мэкв хлора 1 г

гидрокарбоната натрия содержит 11,9 мэкв натрия и 11,9 мэкв гидро-

карбоната

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 (KH

) содержит 7,4 мэко калия и 7,4

мэкв первичного фосфата

1 г двузамещенного фосфата калия (K

HPO

) 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)

для белков мэкв/л = г/дл Х 2,41

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 (Са

+: 1 ммоль = 2 мэкв).

Рис. 5. Изменение объема эритроцитов в зависимости от осмотического дав-

ления 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):

—

молярные растворы солей, молекулы которых полностью диссоциируют

на 2 иона, например

молярный раствор поваренной соли;

—

молярные растворы, если растворяемое вещество не диссоциирует,

например

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. Коллоидно-

осмотическое 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, коллоидно-

осмотическое 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 Siggaard-

Andersen, 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: