Роль водно-электролитного обмена в организме и его регуляция
Вода и электролиты входят в состав всех биологических структур и являются средой, в которой осуществляются обменные процессы.
В организме взрослого человека содержание воды составляет 60-65% массы тела. Почти 2/3 этого объёма локализовано внутри клеток и образует внутриклеточный водный сектор. Остальная часть воды распределена в межклеточном и внутрисосудистом секторах. В каждом из этих пространств вода находится в трёх состояниях: свободная вода, связанная вода коллоидов (гидратационная) и конституционная вода, входящая в состав молекул белков, жиров и углеводов.
В процессе обмена веществ вода из одного состояния переходит в другое. При биосинтезе гликогена, жира или белка часть свободной воды переходит в конституционную, а при их окислении вновь высвобождается свободная вода. Физиологическое набухание или отбухание гидрофильных коллоидов также сопровождается переходом воды из свободного состояния в связанное и наоборот. Наибольшей интенсивностью и скоростью кинетики (движения) по секторам обладает свободная вода организма, наименьшей - конституционная.
Водные пространства организма (клетки, межклеточное пространство, сосудистое русло) отделены друг от друга биологическими мембранами, которые проницаемы для воды, низкомолекулярных молекул (мочевина) и не проницаемы для высокомолекулярных веществ (белков). Водные секторы организма отличаются друг от друга составом электролитов и неэлектролитов. Во внутрисосудистой жидкости содержится больше белков (альбумин, глобулин, фибриноген), чем в межклеточной жидкости. Главными ионами внутриклеточной жидкости являются ионы калия, магния и фосфат-ионы. В межклеточной жидкости преобладают ионы натрия, хлора, гидрокарбоната. Несмотря на ионную асимметрию, суммарное количество растворённых частиц (ионов и молекул) в каждом секторе одинаково, а, следовательно, одинаково и осмотическое давление. Если в одном из секторов осмотическое давление меняется, вода перемещается из области низкого осмотического давления в область более высокого (т.е. в тот сектор, где больше концентрация веществ), пока не достигается осмотическое равновесие - изоосмолярность.
Движение воды между клетками и интерстицием, интерстицием и сосудистым руслом зависит от количества воды и солей, поступивших в организм и покинувших его. Перемещение воды между этими системами зависит также от интенсивности клеточного метаболизма, т.к. при этом изменяется форма связывания воды, а также изменяется количество молекул и, соответственно, осмотическое давление. Например, при внутриклеточном гидролизе белков, происходящем под влиянием лизосомальных гидролаз, образуются аминокислоты, возрастает осмолярность клетки, в неё устремляется вода и клетка набухает.
Существенное передвижение жидкости и электролитов происходит в организме за счёт выделения и всасывания пищеварительных секретов. Вода и электролиты выводятся из организма с мочой (1,5 л в сутки), калом (200 мл), потом и выдыхаемыми водяными парами (750 - 1000 мл в сутки).
Регуляция водно-солевого обмена обеспечивается нейрогуморальными механизмами, тесно связанными с чувствительными образованиями - осморецепторами, волюморецепторами и рецепторами, реагирующими на натрий и другие ионы. Конечным звеном действия регуляторных систем водно-солевого обмена являются органы выделения.
Повышение осмотического давления (осмолярности) плазмы является специфическим возбудителем осморецепторов переднего гипоталамуса. В результате у человека возникает чувство жажды и активируется продукция антидиуретического гормона (АДГ). АДГ стимулирует реабсорбцию воды в дистальных канальцах нефрона почек и, таким образом, задерживает воду в организме.
При снижении осмолярности плазмы и (или) гиповолемии возбуждаются осмо- и волюморецепторы сосудов почек и в них рефлекторно повышается секреция ренина, который запускает каскад ферментативных реакций, приводящих к образованию ангиотензина II. Ангиотензин II обладает многосторонним действием: вызывает вазоконстрикцию, перераспределение крови, мобилизацию в сосудистое русло тканевой жидкости, стимулирует секрецию альдостерона и АДГ. Альдостерон и АДГ усиливают реабсорбцию натрия и воды, восстанавливая объём плазмы и её осмолярность.
Чрезмерные водно-солевые нагрузки или потери воды и солей вызывают развитие тяжелых патологических состояний. Дисбаланс воды и электролитов чаще всего возникает из-за нарушения функций регуляторных систем и органов выделения. В условиях целостного организма нарушения водного баланса вовлекают в патологический процесс практически все органы и системы органов. Будучи нераспознанными и неустранёнными, нарушения обмена воды и электролитов могут привести организм к гибели.
Нарушения водного баланса
Нарушения водного обмена могут развиваться в двух основных направлениях: в виде положительного (гипергидратация) и отрицательного (дегидратация) водных балансов.
Дегидратация (обезвоживание, эксикоз) возникает или при недостаточном поступлении жидкости в организм, или при значительных её потерях. При недостаточном поступлении воды в организм у здоровых людей возникает неудовлетворенное чувство жажды, которое можно рассматривать как признак абсолютного дефицита воды. Этот тип обезвоживания начинается с уменьшения объёма внеклеточной жидкости и повышения её осмолярности. Организм экстренно включает компенсаторно-приспособительные механизмы, направленные на уменьшение водной потери. Они заключаются в увеличении секреции АДГ, который снижает диурез. Гиперосмолярность в интерстициальном секторе обусловливает переход воды из клеток в межклеточное пространство. Возникающая внутриклеточная дегидратация стимулирует окисление углеводов, жиров и белков, что сопровождается образованием метаболической воды. Таким путём уменьшается клеточный дефицит воды.
Аналогичные явления возникают при значительных потерях гипотонической жидкости, например, обильном потоотделении у лихорадящих больных и у лиц, занятых интенсивной физической работой (особенно при высокой температуре окружающей среды). Они сопровождаются сгущением крови, повышением риска тромбообразования, нарушением общей гемодинамики. В тканях развивается гипоксия и метаболический ацидоз, что усугубляет тяжесть состояния. При значительных потерях воды (до 15% массы тела) развивается гиповолемический шок, который может стать причиной смерти. Потери воды в этом случае возмещают внутривенным введением 5% раствора глюкозы. Вместе с тем, очень большие потери гипотонической жидкости, например, при интенсивном потении (до 10 л в сутки), сопровождаются также существенными потерями хлорида натрия и калия, что требует коррекции солевых потерь. В этих условиях питье пресной воды может привести к внеклеточной гипоосмолярности с последующим перемещением воды в клеточный сектор. Развивается клиническая картина, которую можно квалифицировать как отравление организма водой. Возникают симптомы поражения ЦНС (вялость, нарушения сознания, судороги, рвота), частый водянистый стул, полиурия (усиленное мочеотделение), сменяющаяся олигурией (сниженным мочеотделением) вплоть до анурии (отсутствия мочи).
Изотоническая дегидратация возникает при потерях жидкости, электролитный состав которой близок к составу плазмы и интерстициальной жидкости. Наиболее частыми причинами изотонической дегидратации являются потери жидкости при рвоте, поносе (диарее), множественной механической травме, термических ожогах, длительном применении диуретиков (мочегонных средств). Изотоническая дегидратация не сопровождается существенным изменением осмолярности водных секторов организма и, поэтому, перераспределения воды не происходит. Снижается объём интерстициального и внутрисосудистого секторов. Кровь концентрируется, её вязкость возрастает, нарушается гемодинамика, могут возникнуть тромбы. В тканях развивается гипоксия, в них начинают превалировать процессы катаболизма. Внутренняя среда организма переполняется азотистыми катаболитами и недоокисленными продуктами обмена веществ. Если почки не успевают выводить шлаки из-за снижения фильтрационной функции, может развиваться уремия - отравление организма продуктами белкового обмена.
В клинической картине этой потери жидкости отмечается быстрое снижение массы тела, ослабление кожного тургора, уменьшение систолического объёма сердца, снижение систолического и некоторое повышение диастолического давления, тахикардия. Диурез снижен, уровень небелкового азота повышен. Первые клинические симптомы изотонической дегидратации появляются при потере жидкости в объёме 3% массы тела. Снижение её в объёме 5-7% массы тела сопровождается тяжелыми гемодинамическими нарушениями. Изотоническая дегидратация, сопровождающаяся потерей массы тела свыше 10%, может оказаться смертельной. Коррекция изотонической дегидратации состоит в быстром введении в кровь физиологического раствора и кровезаменителей. Чаще всего такая необходимость возникает при ожогах и травмах.
Положительный водный баланс (гипергидратация) возникает при чрезмерном введении в организм или воды или электролитов, а также при ограничении их выведения.
При введении в организм воды в объёмах, превышающих максимальную выделительную функцию почек, развивается водное отравление (гипотоническая гипергидратация). В большинстве случаев эта водная интоксикация возникает при передозировке бессолевых растворов у лиц, страдающих почечной и печеночной недостаточностью, приобретёнными пороками сердца, так как при этих заболеваниях имеется склонность к задержке жидкости во внеклеточном секторе. При водной перегрузке вода из кровяного русла быстро переходит в межклеточную жидкость, а затем и в клетки, подчиняясь осмотическому градиенту. Более всего страдают клетки нервной системы и эритроциты. В них снижается концентрация электролитов. В клинической практике это состояние известно как гипоосмолярная кома. Она проявляется нарушением сознания, развитием судорог. В крови отмечается гемолиз эритроцитов. Нередки летальные исходы.
Лечение водной интоксикации начинают с полного прекращения введения бессолевых растворов. Больному вводят мочегонные средства. Эффективным является введение в организм небольших количеств гипертонических растворов (не более 300 мл 3% раствора хлорида натрия).
При передозировке изотонических растворов (например, 0,9% раствора хлорида натрия) развивается изотоническая гипергидратация. При этом возникает отёк и увеличивается масса тела. Увеличение объёма сосудистого сектора может привести к развитию острой сердечной недостаточности. Коррекция этого вида нарушения водно-электролитного баланса сводится, в основном, к форсированию диуреза, что достигается назначением диуретиков - натрийуретиков.
При введении в организм больших количеств гипертонических (или изотонических) растворов электролитов (хлорида натрия, гидрокарбоната натрия и т.д.) у больных с почечной недостаточностью развивается гипертоническая гипергидратация. При этом существенно увеличивается объём и осмолярность внеклеточного сектора. Повышение его осмолярности обусловливает выход воды из клеток в межклеточное пространство, что ещё больше увеличивает объём внеклеточной жидкости. Возникающая гиперволемия (увеличение объёма крови) создаёт предпосылку для развития объёмной гипертензии и острой сердечной недостаточности, вплоть до остановки сердца. Лечение заключается в ограничении введения солей и жидкостей, а также в применении мочегонных средств.
Виды отеков
Задержка воды в интерстициальном секторе приводит к возникновению отёков. Различают следующие виды отёков: а - генерализованные - сердечные или застойные, почечные, кахектические, эндокринные и б - локализованные - воспалительные, аллергические и токсические.
Сердечные отёки возникают в результате сердечной недостаточности (снижения сократительной функции сердца). При этой патологии прогрессивно снижается минутный объём сердца и нарастает артериальная гипотензия. Рефлекторно от баро- и волюморецепторов включается механизм стимуляции надпочечниками секреции альдостерона. В результате усиливается реабсорбция натрия и связанная с ней осмотическая реабсорбция воды. Из крови натрий и вода перемещаются в ткани и задерживаются в интерстициальном секторе. Возникающая при этом гиперосмолярность интерстиция стимулирует образование АДГ, что ещё больше ограничивает диурез и способствует задержке воды в организме.
В патогенезе сердечных отёков существенную роль играют венозный застой и венозная гипертензия. Венозный застой нарушает нормальный ход метаболизма в тканях. В них накапливаются недоокисленные продукты обмена и развивается ацидоз. При этом нарушается структура межклеточного цементирующего вещества капилляров и повышается их проницаемость. Это обстоятельство в сочетании с высоким венозным давлением обусловливает перемещение натрия, воды и белков из полости капилляров в интерстиций. Развивается отёк. Гипоксия тканей при прогрессирующей сердечной недостаточности нарушает процессы окислительного фосфорилирования (образования АТФ). Снижается синтез белков, особенно в печени. В крови развивается гипопротеинемия (уменьшение содержания белков). Гипопротеинемия в сочетании с застоем в воротной вене может привести к асциту (скоплению жидкости в брюшной полости).
Лечение сердечных отёков направлено на повышение сократительной функции миокарда (применение сердечных гликозидов) и усиление выведения воды и натрия из организма (назначение диуретиков).
В генезе почечных отёков основную роль играет понижение онкотического давления плазмы крови. Оно обусловлено протеинурией (выведением белков с мочой), которая развивается при поражении гломерулярного (фильтрующего) аппарата почек. При этом потеря альбуминов с мочой превышает их биосинтез в печени. Потеря белков ведёт к гипоальбуминемии (снижению содержания альбуминов в плазме) и, как следствие, к снижению онкотического давления плазмы. По этой причине существенно повышается фильтрация воды из артериальных участков капилляров в интерстиций, а её резорбция в венозных участках - падает. Вода скапливается в интерстиции, и развивается отёк. В результате перемещения воды из плазмы в интерстиций объём внутрисосудистого сектора уменьшается - возникает гиповолемия. Объёмный кровоток в почках уменьшается. Для его восстановления юкстагломерулярный аппарат почек выделяет ренин. Ренин стимулирует образование ангиотензина II, который мобилизует альдостерон из надпочечников. Под влиянием альдостерона в почках повышается реабсорбция натрия, что ведёт к повышению осмолярности плазмы. Это обстоятельство, в свою очередь, стимулирует гиперсекрецию АДГ, что обеспечивает повышенную реабсорбцию воды. Таким способом компенсируется гиповолемия. Прогрессирующая гипоальбуминемия уменьшает способность крови удерживать воду, которая перемещается в интерстиций. Развивается порочный круг и отёчность усиливается.
Почечные отёки устраняют диуретики, причем предпочтение отдают препаратам, блокирующим эффекты альдостерона, который является конечным звеном порочного круга. Необходимо помнить, что сама по себе борьба с почечными отёками не приведёт к восстановлению функций пораженных почек. Поэтому, главные усилия медикаментозного воздействия должны быть направлены на лечение патологии почек.
Кахектические или марантические отёки возникают при изнуряющих организм тяжелых заболеваниях и экстремальных состояниях (злокачественные опухоли, тяжёлые поносы, белковое голодание, авитаминозы). Основным в их возникновении является снижение синтеза растворимых плазменных белков и развитие гипопротеинемии, а также снижение синтеза белков соединительной ткани. При этом существенно повышается проницаемость капилляров для воды и электролитов, которые скапливаются в интерстиции.
Коррекция отёков этого вида сводится главным образом к лечению основных заболеваний.
Причиной эндокринных отёков является повышение гидрофильности белковых структур кожи и мышц. Они возникают, например, при микседеме (гипотиреоидизме). При этом заболевании снижается катаболизм белков и извращается их синтез. Образуется большое количество муцина - гидрофильного коллоида, который накапливается в коже и мышцах, обусловливая задержку в них воды и развитие отёка.
Отёки этого типа снимаются применением тироксина - гормона щитовидной железы (заместительная терапия).
Воспалительные отёки (в том числе и аллергические) возникают в результате местных расстройств капиллярной проницаемости, а также гиперионии и гиперонкии в очаге повреждения. Механизм развития отёков этого вида и принципы их фармакотерапии описаны в разделе «Воспаление» (глава 7).
Токсические отёки могут вызывать химические вещества отравляющего действия (хлор, фосген, люизит и т.д.), укусы насекомых, токсины бактерий (например, при дифтерии, сибирской язве). Под влиянием указанных агентов резко повышается проницаемость капилляров, нарушается тканевой обмен. Как следствие, в поражённых тканях накапливаются вещества, повышающие осмотическое давление (аммиак, мочевина, недоокисленные продукты) и способствующие набуханию коллоидов тканей. В сочетании с повышенной капиллярной проницаемостью это обусловливает развитие отёка.
Лечебные мероприятия по ликвидации токсических отёков направлены на стабилизацию капиллярных мембран и нормализацию обменных процессов в тканях.