3 курс / Патофизиология / 1 сем / инт13 (Патология водно-электролитного обмена)

Значение воды в организме

Важным условием нормального функционирования организма является постоянство внутренней среды, под которой Клод Бернар понимал жидкую среду организма.

Значение воды в организме:

1) является структурным компонентом тканей (активно функционирующие органы содержит больше воды: мозг 84%, почки - 81%);

2) является универсальным растворителем (является нейтральной средой, не изменяет свойств растворенного вещества) для газов, электролитов, метаболитов;

3) для коллоидных систем (белков) содержание в них воды определяет их функциональные свойства;

4) активный участник реакций обмена (гидролиз, окисление);

5) транспортирует продукты питания и продукты обмена;

6) участвует в терморегуляции;

7) ослабляет трение между суставами, связками, фасциями;

8) регулирует осмотическоедавление, КЩР;

9) компонент спинномозговой жидкости, лимфы, крови, секретов.

Водный баланс (равновесие) зависит от поступления воды в организм и выведения ее из организма.

Поступление ( в течение суток):

1) напитки - 1200 мл; 2) пищевые продукты - 1000 мл; 3) эндогенная (метаболическая) Н₂О -300 мл

Итого поступаетв организм:2500 мл

Выведение ( в течение суток):

1) почки -1400 мл; 2) перспирация (испарение пота,дыхание) -1000 мл; 3) кишечник (с фекалиями) - 100 мл

Итого выводится изорганизма:2500 мл

Содержание воды в организме человека составляет в среднем 60-65% от его веса (40-45 л) и зависит от следующих факторов:

а)возраста (у эмбриона -95%, у новорожденного - 80%, у пожилых-45%)

б)пола ( мужчин -60%, у женщин -50% (зависит от содержанияжира, поскольку он гидрофобный)

в)массы ( у тучных меньше, у худых больше)

 Распределение воды в организме:

1.Интрацеллюлярный компартмент (внутриклеточная вода)- 3/4всей Н₂О;

2.Экстрацеллюлярный компартмент (внеклеточная вода)-1/4всей Н₂О-включает:

-воду внутри сосудов (плазма),

-интерстициальную воду (межклеточная жидкость),

-трансцеллюлярную воду (спинномозговая жидкость, пищеварительные соки,синовиальная жидкость и т.д.)

Состав внутри -и внеклеточной жидкостей отличаются по

электролитному составу.

Внутриклеточная:Внеклеточная:

К⁺, Mg²⁺Na⁺, Ca²⁺

фосфаты, протеины бикарбонаты HCO₃^-, Cl^-

Клеточные мембраны свободно проницаемы для Н₂О, но относительно непроницаемы для Na⁺:Na⁺ свободно поступает в клетку (при помощи переносчиков и Na⁺ каналов) по градиенту концентрации, но Na⁺ - К⁺ - АТФ-азный насос активно выводит его из клетки (в обмен на К⁺), в результате чегоNa⁺ скапливается во внеклеточном пространстве и удерживает Н₂О.Концентрация Na⁺ вне клетки равна концентрации К⁺ в клетке, поэтому вода не переходит из клетки в интерстиций и наоборот, т. е.жидкие среды разных компартментов находятся в состоянии осмотического равновесия. Если в одном компартменте осмотическое давление изменится, тоН₂О переместится в область с более высоким осмотическим давлением до его выравнивания. Таким образом, электролиты создают осмотическое давление и обеспечивают постоянство объемов жидкостей во внутри - и внеклеточном компартментах.

Осмотическое давление выражается осмолярностью - концентрацией растворенных частичек (недиссоциирующих) в единице объёма: ионов, молекул, коллоидных частичек.

Основным фактором, определяющим осмолярность плазмы является концентрацияNa⁺ (и связанных с ним анионов Cl^-). Концентрация Na+ вплазме - 135-145 ммоль/л. NaCl диссоциирует на 2 частицы -Na+ и Cl^-, следовательносоздает давление в 2 осмоля =270-290 мосм/л.

270-290 мосм/л - это 95% осмолярности плазмы. Еще 5% осмолярности плазмы создают глюкоза и белки (10 мосм/л), из которых 0,5%- белки плазмы ( они играют важную роль в удержании крови в сосудах, т.к. мембрана капилляров непроницаема для белков, а в плазме их содержание значительно больше, чем в интерстициальной жидкости).

Таким образом, общая осмолярность плазмы - 300 мосм/л.

Так какNa⁺ является главным компонентом осмолярности, то приконцентрации:

1. Na <135 ммоль/л - гипоосмия плазмы (т.е. в ней высокое содержание Н₂О;

2. Na >145 ммоль/л - гиперосмия плазмы (т.е. в ней низкое содержание Н₂О).

Таким образом, концентрация Na⁺ в плазмеможет служить косвенным показателем содержания Н₂О в клетках:если концентрация Na⁺повышена (гиперосмия) , то это говорит об обезвоживании клеток, если же концентрация Na+понижена(гипоосмия)- о наводнение клеток (водное отравление).

Защитно-компенсаторные механизмы при нарушениях водно-электролитного обмена

Афферентное звено:

- осморецепторы (в норме и при патологии),волюмо- и барорецепрторы (при патологии)

Основные эффекторы:

- антидиуретический гормон (вазопрессин)

- ренин- ангиотензиноваясистема

-альдостерон

- предсердный натрийуритический гормон

- симпатоадреналовая система

Роль антидиуретического гормона (АДГ)

Существует два механизма активации секреции антидиуретического гормона:

1)осмотический - связан с увеличением осмотического давления крови и

возбуждением центральных и периферических осморецепторов;

2) гемодинамический -начинает срабатывать при уменьшении объема циркулирующей крови на 7-15%, при этом происходит возбуждение волюмо- и барорецепторов.

Афферентная информацияпоступает в паравентрикулярное и супраоптическое ядра гипоталамуса, где происходит образование вазопрессина. Этот гормон по отросткам нейронов опускается в нейрогипофиз, а оттуда поступает в кровь.

Наиболее важными эффектами вазопрессина являются :

1)сужение артериол и повышение артериального давления;

2)увеличение реабсорбции воды в дистальных извитых канальцах и собирательных трубках почек, что ведет к уменьшению диуреза, увеличению объема циркулирующей крови.

Почечный эффект АДГ: стимулирует аденилатциклазу в эпителии дистальных извитых канальцев и собирательных трубочек, вызываяобразование цАМФ, что в свою очередь активирует протеинкиназу. В результате происходитслияние водных каналов и плазматической мембраны, повышаетсяпроницаемость для воды иона всасывается в интерстиций (но градиенту концентрации) и в дальнейшем - в кровоток.

Вазопрессин регулирует всасывание только осмотически свободной воды, поэтому он определяет количество и концентрацию конечной мочи.

При патологии могут наблюдаться следующие виды нарушений:

1)избыточная секреция АДГ (задержка в организме Н₂О) может встречаться при:

- опухолях различных органов (особенно легких), продуцирующих АДГ;

- нарушениях ЦНС (психозах);

- побочных эффектах многих лекарств;

- беременности;

2)недостаточная секреция АДГ (дегидратация) может встречаться при:

- несахарном диабете (поражение ядер гипоталамуса), при этом выделяется много мочи с низким удельным весом (полиурия) и наблюдаетсякомпенсаторная жажда (полидипсия)

3) неспособность почек реагировать на АДГ - нефрогенныйдиабет

Роль ренин-ангиотензиновой системы

Ренин-ангиотензинная система связана с функционированием юкстагломерулярного аппарата почек (ЮГА). Целый ряд факторов (нарушение кровообращения в почках, активация симпатоадреналовой системы, уменьшение концентрации ионов натрия в плазме крови) вызывает выделение клетками ЮГА в кровь протеолитического фермента -- ренина. Ренин действует на альфа2-глобулин плазмы крови (ангиотензиноген) и вызывает отщепление от него пептида, состоящего из десяти аминокислотных остатков -ангиотензин I. При прохождении через капилляры легких от ангиотензина I под действием конвертирующего фермента эндотелиальных клеток происходит отщепление двух аминокислот, в результате чего образуется ангиотензин II .

Ангиотензин II оказывает два эффекта:

1) вызывает сокращение гладких мышц артериол, в результате чего происходит их сужение и повышается артериальное давление;

2) действуя на клубочковую зону коры надпочечников, он активирует секрецию альдостерона.

Роль альдостерона

Основным фактором, стимулирующим образование и секрецию альдостерона, является продукт активации ренин-ангиотензинной системы -- ангиотензин II.

Основные функциональные эффекты альдостерона связаны с его влиянием на почки. Действуя на дистальные извитые канальцы нефронов, альдостерон вызывает:

1)увеличение реабсорбции ионов натрия;

2)увеличение секреции ионов калия;

3)увеличение секреции ионов водорода (усиливает ацидогенез).

Роль предсердного натрийурического гормона (атриопептина)

Основным фактором, стимулирующим образование и секрецию атриопептина, является увеличение поступления крови в предсердия сердца (например, при увеличении объема циркулирующей крови). При этом происходит растяжение стенок предсердий, в результате чего мио-эндокринные клетки освобождают гормон в кровь.

Основные эффекты атриопептина( связаны с его влиянием на клетки канальцевого эпителия почек и гладкие мышцы сосудов):

1) уменьшает реабсорбцию ионов натрия, в результате чего увеличивается натрийурез и диурез и уменьшается объем циркулирующей крови,

2) вызывает расширение артериол, вследствие чего уменьшается общее периферическое сопротивление. В итоге происходит падение артериального давления.

Рольсимпатоадреналовой системы

Роль симпатоадреналовой системы в защитно-компенсаторных реакциях организма при обезвоживании обусловлена следующимиее эффектами:

1) активация ренин-ангиотензинной системы. Этот эффект связан с непосредственным действием катехоламинов на бета-адренорецепторы юкстагломерулярного аппарата почек и опосредованным влиянием на ЮГА через спазм приносящих артериол;

2) внутрипочечное перераспределение кровотока. При активации симпатоадреналовой системы происходит спазм сосудов кортикальных нефронов. Вследствие этого основная часть крови идет через юкстамедулярные нефроны, где площадь реабсорбции воды и ионов натрия, а также интенсивность этого процесса значительно больше, чем в кортикальных нефронах. Такое перераспределение кровотока в почках ведет к значительному увеличению реабсорбции натрия и воды и способствует их сохранению в организме.

3)спазм артериол периферических тканей. При этом в соответствии с механизмом Старлинга уменьшается фильтрация воды из капилляров в ткани, что способствует поддержанию общего объема крови.

4) уменьшение потоотделения. Эта реакция направлена на уменьшение потери воды и солей организмом.

Нарушение водного обмена (1)

Различают следующие виды нарушений водного баланса:

1)нарушение баланса между поступлением и выведением Н₂О:

- положительный баланс (превалирует поступление)

- отрицательный баланс (превалирует выведение)

2) нарушение количества жидкости в организме - две основные формы:

- гипергидрия (гипергидратация)- избыток Н₂О

- гипогидрия (гипогидратация)-обезвоживание

3) нарушение качественного состава жидкостей (осмолярности):

- изоосмолярнаягипер-игипогидрия

- гипоосмолярнаягипер-игипогидрия

- гиперосмолярнаягипер-игипогидрия

4) по локализации (где первично произошло нарушение):

- внутриклеточная гипер-игипогидрия

- внеклеточная гипер-игипогидрия

- смешанная (тотальная) гипер-игипогидрия

5) по скорости развития

- острая гипер-игипогидрия

- хроническая гипер-игипогидрия

Внеклеточное обезвоживание

Внеклеточное обезвоживание ( гипогидрия,дегидратация, эксикоз) -- это уменьшение объема внеклеточной жидкости. В основе его лежит отрицательный водный баланс.

Причинами внеклеточного обезвоживания могут быть:

1. Недостаточное поступление воды в организм:

а) экстремальные ситуации, в которых может оказаться человек во время землетрясения, в пустыне (полное водное голодание);

б) невозможность самостоятельно утолить жажду (тяжелобольные люди, грудные дети);

в) нарушение формирования чувства жажды при поражениях питьевого центра в ЦНС.

2. Потеря воды организмом:

а) выделение большого количества жидкости почками (полиурия), например, при сахарном и несахарном диабете;

б) потеря жидкости через пищеварительный канал (неукротимая рвота, поносы, гиперсаливация);

в) усиленное потоотделение, например, при интенсивной физической работе, действии высокой температуры;

г) увеличение выделения влаги с выдыхаемым воздухом при всех видах одышки;

д) потеря воды с экссудатом при воспалении (отеки, воспаление серозных оболочек и др.);

е) кровопотеря.

Различают обезвоживаниеизоосмолярное, гипоосмолярное и гиперосмолярное .

Изоосмолярным называется обезвоживание, при котором осмотическое давление плазмы крови и межклеточной жидкости не меняется. Оно развивается в случаях эквивалентной потери воды и электролитов. Это наблюдается иногда при полиурии, расстройствах деятельности кишок, а также в первое время после острой кровопотери.

Гипоосмолярное обезвоживание характеризуется уменьшением осмотического давления внеклеточной жидкости и наблюдается в случае преимущественной потери солей. Оно развивается при потере секретов желудка и кишок (понос, рвота), а также при повышенном потоотделении, если потеря воды возмещается питьем без соли.

Гиперосмолярным называют обезвоживание, при котором увеличивается осмотическое давление внеклеточной жидкости. Это наблюдается в тех случаях, когда потеря воды превышает потерю электролитов (прежде всего натрия), например, при гипервентиляции, профузном потоотделении, потере слюны (пот и слюна гипотоничны по отношению к крови), а также при поносе, рвоте и полиурии, когда возмещение потери поступлением воды в организм недостаточно.

При внеклеточном обезвоживании развиваются следующие защитно-компенсаторные реакции:

1.Происходит переход жидкости из интерстициального сектора в сосуды, связанный с уменьшением гидродинамического давления крови в капиллярах, с одной стороны, и увеличением онкотическое давление крови вследствие ее сгущения, с другой.

2.Уменьшение объема циркулирующей крови, связанное с обезвоживанием, ведет к возбуждению волюморецепторов и, в конечном итоге, к увеличению секреции антидиуретического гормона, который увеличивает реабсорбцию воды в почках, ограничивая ее потерю организмом.

3.Уменьшение объема циркулирующей крови вызывает активацию ренин-ангиотензиновой системы и увеличение секреции альдостерона корой надпочечников. Это ведет к увеличению реабсорбции ионов натрия в почках и к нормализации осмотического давления внеклеточной жидкости.

4.В результате уменьшения артериального давления возбуждаются барорецепторы, что приводит к активации симпатоадреналовой системы.

5.Обезвоживание через центральные и периферические механизмы вызывает чувство жажды. В результате формируются поведенческие реакции, направленные на поиск воды и восполнение потерянной жидкости.

Нарушение водного обмена (2)

Внутриклеточное обезвоживание

Причиной внутриклеточного обезвоживания является увеличение осмотического давления межклеточной жидкости, что связано с развитием гипернатриемии. В этих условиях вода по законам осмоса выходит из клеток в межклеточное пространство. В результате обезвоживания увеличивается внутриклеточная концентрация электролитов, что ведет к нарушению гидратации оболочек белковых молекул. Уменьшается растворимость белков, они осаждаются, что, в конечном итоге, проявляется нарушениями их функций. Кроме того, уменьшение воды в клетках приводит к уменьшению их объема и, как следствие, к уменьшению активной поверхности клеточных мембран. Результатом этого является нарушение функций, связанных с плазматической мембраной -- межклеточных взаимодействий, восприятия регуляторных сигналов, миграции и др.

Проявления внутриклеточногообезвоживания

Среди общих нарушений на первый план выходят расстройства функции нейронов ЦНС. Это проявляется развитием невыносимой жажды, помрачением сознания, галлюцинациями, нарушениями ритма дыхания. Повышается температура тела, развивается "солевая лихорадка".

Обезвоживание эндотелиальных клеток ведет к увеличению промежутков между ними и, как следствие, к увеличению проницаемости стенки сосудов. Это может быть причиной выхода из капилляров в ткани белков плазмы крови и ее форменных элементов -- развиваются геморрагии.

Внеклеточная гипергидрия

Внеклеточная гипергидрия -- это увеличение объема жидкости во внеклеточном секторе организма. Она является результатом положительного водного баланса.

Причинами внеклеточной гипергидрии могут быть:

1. Избыточное поступление воды в организм:

а) питье соленой воды, не утоляющей жажду;

б) внутривенное введение большого количества жидкости больным.

2. Задержка воды в организме вследствие нарушения ее выведения почками:

а) почечная недостаточность (олиго- и анурия);

б) нарушения регуляции почек (первичный и вторичный гиперальдостеро-

низм, гиперпродукция антидиуретического гормона).

Различаютизоосмолярную, гипоосмолярную и гиперосмолярную гипергидрию.

При изоосмолярной гипергидрии осмотическое давление внеклеточной жидкости не изменяется. Этот вид нарушений может наблюдаться в течение некоторого времени после введения избыточных количеств изотонических растворов.

Гипоосмолярная гипергидрия (водное отравление) характеризуется уменьшением осмотического давления внеклеточной жидкости. Этот вид гипергидрии в эксперименте на животных моделируют повторными введениями воды в желудок, особенно на фоне введения вазопрессина, альдостерона или удаления надпочечников. В клинике водное отравление возможно при рефлекторной анурии, а также во второй стадии острой почечной недостаточности.

Гиперосмолярная гипергидрия, для которой характерно увеличение осмотического давления внеклеточной жидкости, может развиваться при употреблении для питья соленой морской воды.

Привнеклеточной гипергидрииразвиваются следующие защитно-приспособительные реакции:

1. Внеклеточная гипергидрия сопровождается увеличением объема циркулирующей крови. Это ведет к механическому растяжению клеток предсердий, которые в ответ на это освобождают в кровь предсердный натрийурический гормон. Последний увеличивает натрийурез и диурез, вследствие чего уменьшается объем циркулирующей крови.

2. Увеличение объема циркулирующей крови является причиной уменьшения импульсации от волюморецепторов, в результате чего уменьшается секреция антидиуретического гормона и возрастает диурез.

Отеки

Отеки -это избыточное накопление жидкости в тканях организма и серозных полостях.

Различают общие и местные отеки. Общие отеки являются проявлением внеклеточной гипергидрии, местные -- связаны с нарушением баланса жидкости в ограниченном участке ткани или органа.

По этиологии выделяют отеки сердечные, почечные, печеночные, кахектические, воспалительные, аллергические, токсические и др.

Основные общие механизмы формирования отеков:

1.Увеличение гидродинамическогодавления.

Обусловлено чаще всего нарушением венозного оттока (при сердечной недостаточности, портальной гипертензии, тромбофлебитах), гипертензией малого круга кровообращения. Важным фактором формирования отека является затруднение или блокада лимфатических путей оттока жидкости, например, при сдавлении их рубцами, закупорке паразитами, сердечной недостаточности. При этом выпотевание жидкости в интерстициальное пространство преобладает над ее оттоком в лимфу и в кровь. Особенностью лимфатических отеков является накопление в тканях отечной жидкости, богатой белком. Даже у здоровых людей при длительном стоянии вследствие увеличения гидродинамического давления возникают отеки стоп. При увеличении гидродинамического давления выпотевание жидкости идет преимущественно за счет нарастания эффективного фильтрационного давления.

2. Повышение проницаемости сосудов.

Происходит за счет образующихся в организме биологически активных веществ (гистамин, серотонин, кинины, простагландины), а также в результате действия на организм ядов змей, насекомых, отравляющих веществ. Повреждение капиллярной мембраны даже в условиях нормального гидродинамического и онкотического давления вызывает значительную диффузию воды, электролитов и белков в ткани.

3.Уменьшение онкотического давления плазмы крови обусловлено уменьшением количества белков, преимущественно альбуминов, которые обладают в 2 - 4 раза большей онкотической активностью, чем глобулины.

Гипопротеинемия ниже 50 г/л ведет к диффузии воды за пределы сосудистого русла и развитию гипоонкотического отека. Основу этого явления составляет увеличение эффективного фильтрационного давления в капиллярах.

4. Исключительно важным механизмом формирования отека является задержка натрия в организме. Этому способствует поражение почек и нарушение его выделения с мочой: В регуляции натриевого обмена большое значение принадлежит альдостерону и глюкокортикоидам.

В условиях патологии увеличение эффектов АДГ может быть вызвано усиленным образованием его в задней доле гипофиза или гипоталамусе при развитии опухоли, нарушении метаболизма АДГ при недостаточности печени. В формировании отеков различного происхождения принимают участие все вышеперечисленные механизмы.

5. Повышение коллоидно-осмотического давления в тканях (например, при воспалении.

6. Нарушение лимфоотока

Нарушение обмена электролитов (1)

Нарушения обмена натрия

В крови натрия содержится 143 мэкв/л, в межклеточном пространстве 147, в клетках 35 мэкв/л. Нарушения баланса натрия могут проявляться в виде уменьшения (гипонатремии), избытка его (гипернатремия) или изменения распределения в различных средах организма при нормальном или измененном общем количестве его в организме.

Гипернатриемия:

В зависимости от причин развития различают первичную и вторичную

гипернатриемию.

Первичная гипернатриемия (абсолютное увеличение ионов натрия в организме) может возникать либо в результате увеличения поступления натрия в организм (прием большого количества хлорида натрия, введение его гипертонического раствора), либо вследствие уменьшения выведения натрия из организма (первичный и вторичный гиперальдостеронизм, почечная недостаточность).

Вторичная (относительная) гипернатриемия -- это увеличение содержания ионов натрия в крови и межклеточной жидкости вследствие потери воды организмом. При этом общее содержание натрия в организме может не изменяться, а иногда и уменьшается. Такое состояние возникает при гипервентиляции, поносах, повышенном потоотделении, несахарном диабете.

В результате гипернатриемии повышается осмотическое давление внеклеточной жидкости, возбуждаются центральные и пери ферические осморецепторы, увеличивается поступление в кровь антидиуретического гормона. Последний усиливает реабсорбцию воды в почках, в результате чего увеличивается объем внеклеточной жидкости и уменьшается ее осмотическое давление.

Основным следствием гипернатриемии является развитие внутриклеточного обезвоживания.

Гипонатриемия:

Первичная (абсолютная) гипонатриемия развивается в результате уменьшения поступления натрия в организм (бессолевая диета, анорексия) или вследствие увеличения выведения натрия из организма почками (гипофункция коры надпочечников, почечная недостаточность).

Причиной вторичной (относительной) гипонатриемии является избыточное поступление в организм воды или ее задержка -- гипонатриемия вследствие разведения.

Уменьшение концентрации ионов натрия во внеклеточной жидкости вызывает, с одной стороны, усиление секреции альдостерона через ренин-ангиотензинный механизм, с другой, -- уменьшение поступления в кровь антидиуретического гормона, поскольку уменьшается импульсация от осморецепторов. Следствием этого являетсяусиление реабсорбции ионов натрия и угнетение реабсорбции воды в почках -- осмотическое давление внеклеточной жидкости восстанавливается.

Патогенетическое значение гипонатриемии состоит в развитии генерализованного отека клеток.

Нарушения обмена калия

98% калия находится во внутриклеточной и только 2% во внеклеточной жидкости. В плазме крови человека в норме содержится 3,8 -5,1 ммоль/л калия. Изменения концентрации калия ниже 3,5 и выше 5,5 ммоль/л считаются патологическими и обозначаются как гипо- и гиперкалиемия.

Гиперкалиемия:

Гиперкалиемией называют увеличение содержания ионов калия в плазме крови свыше 5,5 ммоль/л.

Причинами ее развития могут быть:

1) избыточное поступление калия в организм;

2) переход ионов калия из внутриклеточного во внеклеточное пространство при массивном повреждении клеток, при увеличении интенсивности катаболических процессов и ацидозе;

3) нарушение выведения калия из организма (олиго- и анурия, недостаточность функции коры надпочечников).

Увеличение концентрации ионов калия в крови непосредственно активирует клетки клубочковой зоны коры надпочечников и вызывает усиление секреции альдостерона. Последний увеличивает секрецию ионов калия в почечных нефронах и таким образом восстанавливает их концентрацию в крови.

Следствиями гиперкалиемии являются:

1) нарушение деятельности возбудимых тканей (нервной и мышечной), в результате чего развиваются расстройства функции ЦНС, сердечно-сосудистой системы, скелетной мускулатуры, гладких мышц пищеварительного канала;