Водно солевой обмен. Водно-солевой обмен (физиология, биологическая роль, регуляция, нарушение, определение)

С приближением лета многие женщины, да и мужчины, начинают грезить о том, как они будут сражать всех наповал своими роскошными формами и мышечным рельефом. Но зеркало в конце зимы, увы, беспощадно даёт понять, что для создания сногсшибательной фигуры без серьёзной работы не обойтись! Физическая нагрузка, конечно, один из самых важных элементов в этом деле, но также важно и привести в порядок свой обмен веществ. Поговорим сегодня о соли и воде!

Водно-солевой обмен

Удивительная вода...

Многие ли взрослые помнят то, чему их учили в школе? Если хорошенько порыться в памяти, выяснится, что активных знаний, полученных в эти "годы чудесные", осталось не так уж много. Например, E = mc2 (но кто вспомнит расшифровку?). Или что организм человека на 65% состоит из воды. К сожалению, в школе мы не осознаём, что все эти надоевшие законы, аксиомы, утверждения, которые заучиваешь, даже не пытаясь понять, вполне применимы в жизни.

Ну вот взять хотя бы ту же воду. Если бы дети удосуживались углубляться в изучение анатомии и физиологии человека, в частности, его обменных процессов, то могли бы почерпнуть много полезного даже для этого возраста. Девочкам нелишне было бы узнать, что вода может быть одной из причин прибавки в весе. А мальчикам, наверное, было бы интересно почитать про водное отравление. В общем, раз такая нужная информация не пришла к нам в детстве, будем исправлять ситуацию сейчас.

Начнём, как водится, с основ. Но вряд ли стоит повторять, что благодаря воде на Земле появилась жизнь и что без неё человек не протянет и недели. Эту часть опустим. Перейдём сразу к необходимому объяснению, почему вода настолько важна.

1. H2O – обязательный элемент большинства биохимических реакций.

2. Вода выполняет транспортную функцию, то есть доставляет органам и тканям необходимые вещества и удаляет из организма конечные продукты обмена.

3. Она является своего рода прокладкой, ослабляя трение между органами и тканями.

4. H2O участвует в терморегуляции.

Если говорить более конкретно, то без достаточного количества воды память, да и в принципе мозг, будет давать сбои, иммунная система не сможет выдержать натиска болезнетворных бактерий, а уж про хорошее настроение и вовсе стоит забыть.

Жажда – это не голод

Естественно, чтобы организм нормально функционировал, ему необходимо достаточное количество H2O. Основную часть воды он получает из потребляемой жидкости, а также "вытягивает" её из пищи. Это дежурная информация, которую все знают, но которую стоит дополнить. Дело в том, что человек ежедневно теряет больше воды, чем получает. Происходит это за счёт простой химической реакции: молекулы H2O образуются при окислении белков (на 100 г приходится 41 г воды), жиров (на 100 г – 107 г воды) и углеводов (на 100 г – 55 г воды).

Насчёт ежедневной нормы потребления воды существуют разные данные. В основном, они довольно расплывчаты: от 1,5 до 3 л. Но встречаются и более конкретные цифры. На 1 кг массы тела должно приходиться 40 г H2O. То есть, предположим, взрослому человеку весом в 60 кг следует получать 2,4 л воды в день (в это количество входит и вода, содержащаяся в пище). К сожалению, современные люди, особенно имеющие неограниченный доступ к "благам" цивилизации, часто не могут понять, чего требует от них организм, и принимают чувство жажды за голод.

Поглощая вместо заветной H2O какую-нибудь булочку, мы нарушаем водно-солевой баланс. Это отражается на обмене веществ, от которого напрямую зависит наш вес. Если воды недостаточно, расщепление жиров замедляется, так как печень вынуждена помогать почкам. Приводит это распределение труда к накоплению не красящих фигуру запасов. Итог и совет здесь может быть только один: потребляйте нужное (перебарщивать тоже не стоит) количество воды и похудеете на глазах. Кстати, специалисты рекомендуют предварять каждую трапезу стаканом H2O, а после еды пить только через час. При таком режиме вода улучшает пищеварение, а не препятствует ему.

Обезвоживание

Самой интересной частью практически любой темы являются отклонения от нормы, поэтому пора поговорить о дегидратации и водном отравлении.

Обезвоживание наступает при потере 10% воды, если же организм лишается 20% H2O, приходит смерть. Лёгкая степень дегидратации возможна при перегревании и тяжёлой физической работе. Кроме того, вода усиленно покидает организм при гипервентиляции лёгких и, конечно, в результате действия некоторых мочегонных средств. При недостаточном потреблении H2O в крови повышается концентрация минеральных солей, а это уже приводит к задержке воды в организме. Закономерный результат – нарушенный метаболизм.

О нехватке воды сигнализируют следующие признаки: учащённый пульс, одышка, головокружение; если потери более значительные, нарушаются зрение и слух, возникают проблемы с речью, появляется бред, затем наступают необратимые нарушения ЦНС, сердечной и дыхательной систем. Удивительно, но даже если утолить жажду, может наступить дегидратация. Дело в том, что с потом организм теряет много соли, поэтому для избавления от желания пить требуется меньшее количество H2O, хотя на самом деле её может требоваться намного больше.

И водное отравление

Лёгкая степень дегидратации так или иначе знакома практически всем, но водное отравление – вещь гораздо более экзотичная. Всё же наши тела устроены очень умно. При поступлении в организм излишних количеств воды, почки удаляют её, восстанавливая необходимый баланс. Тем не менее, при определённых условиях возможна и гипергидратация. Проявляется она тошнотой, усиливающейся после питья воды, повышенно влажными слизистыми оболочками. Также больных мучают сонливость, головная боль, подёргивание мышц, судороги, затрудняется работа сердца, наблюдается отложение жира, может даже развиться отёк лёгких. Избавляются от отравления внутривенным введением раствора хлорида натрия (соли) и ограничением потребления воды.

Калий – для избавления от воды

Водно-солевой обмен – процесс не менее важный для нас, чем жировой, белковый или углеводный. От поступления H2O и минералов напрямую зависят наши настроение и здоровье. Но если про воду мы ещё худо-бедно что-то знаем, то о необходимых нам макро- и микроэлементах почти не имеем представления. Итак, познакомимся: макроэлементы – кальций, калий, магний, натрий, фосфор, хлор, сера; микроэлементы – железо, кобальт, цинк, фтор, йод и др.

Больше всего внимания обычно уделяется концентрации калия и натрия. Именно от них зависит водно-солевой баланс. Если натрия в организме больше, H2O задерживается. Если больше калия, вода, наоборот, активно выводится. Кроме этого, К участвует в передаче нервных импульсов, поддерживает кислотно-щелочное равновесие внутренней среды организма, участвует в регуляции деятельности сердца, делает ритм сердечных сокращений более редким, уменьшает возбудимость мышцы сердца. Калий, как правило, в достаточной степени присутствует в пище, поэтому дефицит данного элемента встречается редко. Проявляется нехватка К в сонливости, снижении артериального давления, апатии, нарушении ритма сердечной деятельности. Переизбыток калия также выражается в сонливости и снижении артериального давления, но также присутствуют спутанность сознания, характерны боль в языке, вялые мышечные параличи. Этого элемента много содержится в петрушке, сельдерее, дыне, картофеле, зелёном луке, апельсинах, яблоках, сухофруктах. В сутки взрослому человеку необходимо около 3 г калия.

Натрий – для сохранения H2O

Натрий, как и калий, участвует в передаче нервных импульсов и регуляции кислотно-щелочного равновесия, водно-солевого обмена, но, кроме того, он также повышает активность пищеварительных ферментов. Потребность в данном элементе в условиях умеренного климата составляет 7-8 г поваренной соли в день. Если NaCI съедать больше необходимого, произойдёт задержка воды, которая осложнит деятельность сердечно-сосудистой системы и вызовет повышение артериального давления. Если же натрия меньше нормы, появляются сонливость, тошнота, судороги, обезвоживание, мышечная слабость, сухость во рту и множество других неприятных симптомов.

Магний – для спокойствия

Ещё один очень важный элемент, о котором нельзя не сказать, – магний. Он обладает успокаивающим и сосудорасширяющим действием. При недостатке магния в питании нарушается усвоение пищи, ухудшается аппетит, задерживается рост, в стенках сосудов откладывается кальций. Кроме того, возникают весьма болезненные судороги. Магний содержится в пшённой, овсяной и гречневой крупах, фасоли, сухофруктах, особенно в кураге. Ежедневно человеку нужно около 0,5 г этого элемента.

Ложная жажда

Для завершения лекции лучше всего подходит какой-нибудь занимательный факт. Например, такой: жажда бывает истинной и ложной. Истинная вызывается уменьшением содержания воды в крови. Через рецепторы сосудов сигнал об этом передаётся в гипоталамус, а его возбуждение вызывает желание пить. При ложной жажде подсыхает слизистая полость рта. Такой эффект возникает во время чтения, докладов, лекций; при высокой внешней температуре; стрессовых ситуациях. Физиологической необходимости в употреблении жидкости в подобные моменты нет.

Нормальное функционирование нашего организма - невероятно сложный комплекс внутренних процессов. Одним из них оказывается поддержание водно-солевого обмена. Когда он в норме, мы не спешим ощутить собственное здоровье, стоит же произойти нарушениям, как в организме происходят сложные и вполне заметные отклонения. Что же такое и почему так важно контролировать его и поддерживать в норме?

Что такое водно-солевой обмен?

Водно-солевым обменом называют сочетающиеся между собой процессы поступления жидкости (воды) и электролитов (солей) в организм, особенности их усваивания организмом, распределения во внутренних органах, тканях, средах, а также процессы их выведения из организма.

О том, что человек на половину и более состоит из воды известно нам из школьных учебников. Интересно, что количество жидкости в организме человека разнится и определяется такими факторами как возраст, масса жира и количество тех же электролитов. Если новорожденный состоит из воды на 77%, то взрослые мужчины - на 61%, а женщины - на 54%. Столь низкое количество воды в женском организме объясняется большим количеством жировых клеток в их строении. К старости количество воды в организме снижается еще ниже указанных показателей.

Общее количество воды в человеческом организме распределяется следующим образом:

• 2/3 от общего числа отводится на внутриклеточную жидкость; связана с калием и фосфатом, являющимися катионом и анионом, соответственно;
• 1/3 от общего числа - это внеклеточная жидкость; меньшая ее часть пребывает в сосудистом русле, а большая (сверх 90%) содержится в сосудистом русле, а также представляет интерстициальную или тканевую жидкость; катионом внеклеточной воды считается натрий, а анионом - хлориды и гидрокарбонаты.

Кроме того, вода в человеческом организме пребывает в свободном состоянии, удерживается коллоидами (вода набухания или связанная вода) или участвует в образовании/распаде молекул белков, жиров и углеводов (конституционная или внутримолекулярная вода). Разные ткани характеризуются различным соотношением свободной, связанной и конституционной воды.

По сравнению с плазмой крови и межклеточной жидкостью тканевая жидкость в клетках отличается более высоким содержанием ионов калия, магния, фосфатов и низкой концентрацией ионов натрия, кальция, хлора и ионов гидрокарбоната. Различие объясняется низкой проницаемостью капиллярной стенки для белков. Точная регуляция водно-солевого обмена у здорового человека позволяет поддерживать не только постоянный состав, но и постоянный объем жидкостей тела, сохраняя практически одну и ту же концентрацию осмотически активных веществ и кислотно-щелочное равновесие.

Регуляция водно-солевого обмена организмом происходит при участии нескольких физиологических систем. Специальные рецепторы реагируют на изменения концентрации осмотически активных веществ, электролитов, ионов и объема жидкости. Такие сигналы передаются в центральную нервную систему и лишь затем происходят изменения в потреблении или выделении воды и солей.

Выведение воды, ионов и электролитов почками контролируется нервной системой и рядом гормонов. В регуляции водно-солевого обмена участвуют и вырабатываемые в почке физиологически активные вещества - производные витамина D, ренин, кинины и др.

Регуляция обмена калия в организме осуществляется ЦНС при участии ряда гормонов, кортикостероидов, в частности альдостерона и инсулина.

Регуляция обмена хлора зависит от работы почек. Из организма ионы хлора выводятся в основном с мочой. Количество экскретируемого хлорида натрия зависит от режима питания, активности реабсорбции натрия, состояния канальцевого аппарата почек, кислотно-щелочного состояния и др. Обмен хлоридов тесно связан с обменом воды.

Что считается нормой водно-солевого баланса?

Множество физиологических процессов в организме зависит от соотношения в нем количества жидкости и солей. Известно, что на 1 килограмм своего веса человек за сутки должен получать 30 мл воды. Такого её количества будет достаточно, чтобы снабдить организм минеральными веществами, разлиться вместе с ними по сосудам, клеткам, тканям, суставам нашего организма, а также растворить и вымыть наружу продукты жизнедеятельности. В среднем число потребляемой за сутки жидкости редко превышает 2,5 литра, такой объем может образоваться приблизительно следующим образом:

• из пищи - до 1 литра,
• путем питья простой воды - 1,5 литра,
• образование оксидационной воды (вследствие окисления преимущественно жиров) - 0,3-0,4 литра.

Внутренний обмен жидкости определяется балансом между количеством ее поступления и выделения за определенный период времени. Если за сутки организму требуется до 2,5 литров жидкости, то приблизительно то же ее количество из организма и выводится:

• через почки - 1,5 литра,
• путем потоотделения - 0,6 литра,
• выдыхаемая с воздухом - 0,4 литра,
• выделяемая с калом - 0,1 литра.

Регуляция водно-солевого обмена осуществляется комплексом нейроэндокринных реакций, нацеленных на поддержание стабильности объема и осмотического давления внеклеточного сектора и, что особенно важно, плазмы крови. Хоть механизмы коррекции этих параметров и автономны, но оба они чрезвычайно важны.

Вследствие такой регуляции обеспечивается поддержание стабильного уровня концентрации электролитов и ионов в составе внутриклеточной и внеклеточной жидкости. Основные катионы организма - это натрий, калий, кальций и магний; анионы - хлор, гидрокарбонат, фосфат, сульфат. Их нормальное число в плазме крови представлено следующим образом:

• натрий - 130-156 ммоль/л,
• калий - 3,4-5,3 ммоль/л,
• кальций - 2,3-2,75 ммоль/л,
• магний - 0,7-1,2 ммоль/л,
• хлор - 97-108 ммоль/л,
• гидрокарбонаты - 27 ммоль/л,
• сульфаты - 1,0 ммоль/л,
• фосфаты - 1-2 ммоль/л.

Нарушения водно-солевого обмена

Нарушения водно-солевого обмена проявляются:

• накоплением жидкости в организме или ее дефицитом,
• образованием отеков,
• понижением или повышением осмотического давления крови,
• нарушением электролитного баланса,
• уменьшением или увеличением концентрации отдельных ионов,
• изменением кислотно-щелочного состояния (ацидоз или алкалоз).

Водный баланс в организме полностью определяется поступлением и выведением воды из организма. Нарушения водного обмена тесно взаимосвязаны с электролитным балансом и проявляются дегидратацией (обезвоживанием) и гидратацией (увеличением количества воды в организме), крайним выражением которой является отек:

• отек - избыточное содержание жидкости в тканях организма и серозных полостях, в межклеточных пространствах, обычно сопровождающееся и нарушением электролитного баланса в клетках;
• дегидратация , будучи недостатком воды в организме, разделяется на:
  • дегидратацию без эквивалентного количества катионов, тогда ощущается жажда, а вода из клеток поступает в интерстициальное пространство;
  • дегидратацию с потерей натрия, происходит из экстрацеллюлярной жидкости и жажда обычно не ощущается.

Нарушения водного баланса имеют место, и когда уменьшается (гиповолемия) или увеличивается (гиперволемия) объем циркулирующей жидкости. Последнее нередко случается за счет гидремии, повышения содержания воды в крови.

Знание патологических состояний, при которых меняется ионный состав плазмы крови или концентрация в ней отдельных ионов, важно для дифференциальной диагностики различных заболеваний.

Нарушения обмена натрия в организме представлены его недостатком (гипонатриемией), избытком (гипернатриемией) или изменениями в распределении по организму. Последнее в свою очередь может происходить при нормальном или измененном количестве натрия в организме.

Дефицит натрия разделяют на:

• истинный - связан с утратой и натрия, и воды, что имеет место при недостаточном поступлении поваренной соли, обильном потоотделении, при обширных ожогах, полиурии (например, при хронической почечной недостаточности), кишечной непроходимости и других процессах;
• относительный - развивается на фоне избыточного введение водных растворов со скоростью, превышающей выделение воды почками.

Избыток натрия различают аналогичным образом:

• истинный - имеет место при введении больным солевых растворов, повышенном потреблении поваренной соли, задержке выведения натрия почками, избыточной продукции или длительном введении извне минеральных и глюкокортикоидов;
• относительный - наблюдается при обезвоживании и влечет за собой гипергидратацию и развитие отеков.

Нарушения обмена калия, на 98% находящегося во внутриклеточной и на 2% во внеклеточной жидкости, представлены гипо- и гиперкалиемией.

Гипокалиемия наблюдается при избыточной продукции или введении извне альдостерона, глюкокортикоидов, обусловливающих избыточную секрецию калия в почках, при внутривенном введении растворов, недостаточном поступлении калия в организм с пищей. Это же состояние вероятно при рвоте или поносах, поскольку калий выделяется с секретами желудочно-кишечного тракта. На фоне такой патологии развивается дисфункция нервной системы (сонливость и утомляемость, невнятность речи), снижается мышечный тонус, ослабевает моторика пищеварительного тракта, артериальное давление и пульс.

Гиперкалиемия оказывается следствием голодания (когда происходит распад белковых молекул), травм, снижения объема циркулирующей крови (при олиго- или анурии), избыточном введении растворов калия. Сообщает о себе мышечной слабостью и гипотензией, брадикардией вплоть до остановки сердца.

Нарушения в соотношении магния в организме опасны, поскольку минерал активирует множество ферментных процессов, обеспечивает мышечное сокращение и прохождение нервных импульсов по волокнам.

Недостаток магния в организме случается при голодании и снижении абсорбции магния, при свищах, диарее, резекции желудочно-кишечного тракта, когда магний уходит с секретами ЖКТ. Еще одним обстоятельством выступает чрезмерная секреция магния вследствие поступления в организм лактата натрия. В самочувствии это состояние определяется слабостью и апатией, нередко сочетается с дефицитом калия и кальция.

Избыток магния считается проявлением нарушенной его секреции почками, усиленного распада клеток при хронической почечной недостаточности, диабете, гипотиреозе. Проявляется нарушение снижением артериального давления, сонливостью, угнетением дыхательной функции и сухожильных рефлексов.

Нарушение обмена кальция представлены гипер- и гипокальциемией:

• гиперкальциемия - типичное следствие избыточного введения витамина D в организм, вероятно из-за усиленной секреции в кровь соматотропного гормона, гормонов коры надпочечников и щитовидки при болезни Иценко-Кушинга, тиреотоксикозе;
• гипокальциемия отмечается при заболеваниями почек (хроническая почечная недостаточность, нефрит), при ограничении секреции в кровь гормонов паращитовидных желез, уменьшении содержания альбумина в плазме, поносе, дефиците витамина D, рахите и спазмофилии.

Восстановление водно-солевого обмена

Нормализация водно-солевого обмена проводится фармацевтическими препаратами, разработанными для коррекции содержания воды, электролитов и ионов водорода (определяющих КЩС). Эти основные факторы гомеостаза поддерживаются и регулируются взаимосвязанной работой дыхательной, выделительной и эндокринной систем и в свою очередь определяют эту же работу. Любые даже незначительные изменения содержания воды или электролитов могут привести к серьезным, угрожающим жизни последствиям. Применяются:

• - назначается в дополнение к основной терапии при сердечной недостаточности, инфаркте миокарда, нарушениях сердечного ритма (в т.ч. при аритмиях, вызванных передозировкой сердечных гликозидов), гипомагниемии и гипокалиемии; легко всасывается при приеме внутрь, выводится почками, переносит ионы калия и магния, способствует их проникновению во внутриклеточное пространство, где активно включается в процессы метаболизма.
• - назначается при гастрите с повышенной кислотностью, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, метаболическом ацидозе, который случается при инфекциях, интоксикациях, сахарном диабете и в послеоперационном периоде; оправдано назначение при камнеобразовании в почках, при воспалительных заболеваниях верхних дыхательных путей, полости рта; быстро нейтрализует соляную кислоту желудочного сока и оказывает быстрый антацидный эффект, усиливает выделение гастрина с вторичной активацией секреции.
• - показан при больших потерях внеклеточной жидкости или недостаточном ее поступлении (в случае токсической диспепсии, холеры, диареи, неукротимой рвоты, обширных ожогов) при гипохлоремии и гипонатриемии с обезвоживанием, при кишечной непроходимости, интоксикациях; оказывает дезинтоксикационное и регидратирующее, возмещает нехватку натрия при различных патологических состояниях.
• - применяется для стабилизации показателей крови; связывает кальций и ингибирует гемокоагуляцию; увеличивает содержание натрия в организме, повышает щелочные резервы крови.
• (РеоХЕС) - используется при операциях, острых кровопотерях, травмах, ожогах, инфекционных заболеваниях в качестве профилактики гиповолемии и шока; уместен при нарушениях микроциркуляции; способствует доставке и потреблению кислорода органами и тканями, восстановлению капиллярных стенок.

Роль водно-солевого обмена в организме человека и животных

Водно-солевой обмен – это процессы поступления, распределения воды и ионов солей (электролитов) во внутренней среде организма и выведение их из него. Основная роль водно-солевого обмена в организме - поддержание гомеостаза (постоянства внутренней среды) организма. В организме человека 22-23% воды находится во внеклеточной, 40-45% - в внутриклеточной и 1-3% - в трансцелюлярний фазах.

Различают свободную, связанную и конституционную воду. Организм ребенка содержит больше воды, чем организм взрослого ребенка, в пожилом и старческом возрасте количество воды уменьшается. Суточная потребность в воде для взрослого человека составляет 40 г / кг массы тела. 85% воды, содержащейся в организме, поступает с продуктами питания (экзогенная вода), а 10-15% образуется в организме (эндогенная вода). Эндогенная вода образуется при окислении белков (41,3 г на 100 г), углеводов (55,6 г на 100 г), липидов (101,7 г на 100 г). Из каждых 100 г продуктов образуется 12 г воды, то есть при энергетической ценности 1450 кДж в сутки образуется 350-400 г воды.

Регуляция водно-солевого обмена

Главным фактором, определяющим количество воды в организме и который поддерживает необходимое равновесие между внеклеточной и внутриклеточной объемами жидкости, является осмотическое давление крови, играет важную роль в обеспечении метаболического гомеостаза и АД.

Около 72% воды организма содержится в клетке, а 28% - в внеклеточном пространстве. Внеклеточная вода (около 8-10%) находится в свободном состоянии (кровь, лимфа, ликвор) она мобильна и имеет свойства растворителя. Некоторое количество воды (около 4%) связана в составе гидратных оболочек биополимеров (структурированная вода). Основным компонентом, поддерживает осмотическое давление во внеклеточной жидкости, является натрий (Na +). Баланс Na + тесно связан с обменом ионов калия (К +), а также некоторых других ионов. В внеклеточной жидкости преобладает Na +, во внутриклеточной - К +, поэтому процессы осморегуляции и регуляции соотношения Na + и К + взаимосвязаны. Важную роль в организме играют минеральные элементы, которые усваиваются из продуктов питания. Среди неорганических соединений около 20 необходимы для человека. Минеральные элементы должны составлять до 4% суточного рациона. В зависимости от суточной потребности организма неорганические соединения делятся на макроэлементы (потребность составляет более 100 мг / сут) и микроэлементы (суточная потребность - несколько мг или мкг). К макроэлементов принадлежит Na, K, Ca, Cl и Mg. Основная масса микроэлементов в организме содержится в форме ионов и минеральных солей. К микроэлементам относятся Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, I, F, Se, Co, Cr. Микроэлементы в тканях находятся преимущественно в составе комплексных соединений с белками или другими органическими молекулами. В.-с.о. тесно связан с другими видами обмена веществ, крово- и лимфообращение, функциональным состоянием почек, ЖКТ, легких, кожи. В регуляции водно-солевого обмена в организме наиболее активное участие принимают вегетативная нервная система (особенно ее симпатичный отдел), ренин-ангиотензиновой системы, альдостерон, антидиуретический гормон (вазопрессин), натрийуретический гормон, паратгормон, кальцитонин, дофамин, простагландины, кинины. Состояние водно-солевого обмена в организме человека и животных в значительной степени зависит от уровня употребления минеральных солей и жидкости.

Нарушение водно-солевого обмена

Все расстройства солевого обмена неразрывно связаны с обменом общей, внеклеточной и внутриклеточной воды. Нарушение водно-солевого обмена в организме человека обнаруживают при многих заболеваниях и патологических состояниях (недостаточность кровообращения, артериальная гипертензия, гипофункция коры надпочечников, гипофункция задней доли гипофиза, кишечные инфекции, интоксикации, перегрев и т.д.). Особенно легко они возникают у детей в связи с недостаточной зрелостью механизмов регуляции водно-солевого обмена в организме. Для определения общего количества воды в организме используют вещества, равномерно распределяются между жидкостными фазами, например. антипирин и соединения изотопов водорода (дейтерий, тритий). Объем внеклеточной жидкости определяют по концентрации растворов веществ, слабо проникают или вообще не проникают в клетки и быстро исчезают из крови. К ним относятся инулин, сахароза, маннит, тиоционат, тиосульфат, бромиды, радиоактивный Na + или хлор (Сl-).

О количестве внутриклеточной воды судят по разнице количества общей воды и внеклеточной жидкости, а о количестве интерстициальной (межтканевой) жидкости - по разнице количества внеклеточной воды и плазмы крови. Объем плазмы крови измеряют с помощью веществ, долго циркулируют в кровяном русле: красителей Эванса голубого (Т-1824) или альбумина-131I. Концентрацию Na + и К + определяют преимущественно методами фотометрии пламени и атомно-абсорбционной спектрофотометрии (последний позволяет определить, кроме катионов Na + и К +, ряд микроэлементов). На водно-солевой обмен в организме влияет много лекарственных препаратов, особенно диуретики , препараты солей натрия, калия, магния, кальция, кровезаменители, вазоактивные препараты, препараты гормонов и их антагонистов.

Литература относительно водно-солевого обмена

1. Багров Я.Ю. Водно-солевой гомеостаз при недостаточности кровообращения. - Л., 1984;
2. Гинецинский А.Г. Физиологические механизмы водно-солевого равновесия. - М.-Л., 1964;
3. здоровье матери и ребенка: Энциклопедия / Под ред. акад. Е.М. Лукьяновой. - К., 1993;
4. Словарь физиологических терминов / Под ред. акад. О.Г. Газенко. - М., 1987.

Минеральный обмен – совокупность процессов всасывания, усвоения, распределения, превращения и выделения из организма тех веществ, которые находятся в нём преимущественно в виде неорганических соединений. Минеральные вещества в составе биологической жидкости создают внутреннюю среду организма с постоянными физико-химическими свойствами, что обеспечивает нормальное функционирование клеток и тканей. Определения содержания и концентрации ряда минеральных веществ в жидкостях организма является важным диагностическим тестов при многих заболеваниях. В одних случаях нарушение минерального обмена является причиной заболевания, в других – лишь симптомами заболевания, однако любая болезнь в той или иной степени сопровождается нарушением водно-минерального обмена.

По количеству основную часть минеральных соединений организма составляют хлористые, фосфорнокислые и углекислые соли натрия, калия, кальция и магния. Кроме того в организме содержатся соединения железа, марганца, цинка, меди, кобальта, йода и ряда других микроэлементов.

Минеральные соли в водных средах организма частично или полностью растворяются и существуют в виде ионов. Минеральные вещества могут находиться также в форме нерастворимых соединений. В костной и хрящевой тканях сосредоточено 99% всего кальция организма, 87% фосфора, 50% магния. Минеральные вещества входят в состав многих органических соединений, например белков. Минеральный состав некоторых тканей взрослого человека приведён в таблице.

Минеральный состав некоторых тканей взрослого человека (на 1 кг свежего веса ткани)

Наименование ткани	Натрий	Калий	Кальций	Магний	Хлор	Фосфор (моли)
	миллиэквиваленты
Кожи	79,3	23,7	9,5	3,1	71,4	14,0
Мозга	55,2	84,6	4,0	11,4	40,5	100,0
Почки	82,0	45,0	7,0	8,6	67,8	57,0
Печени	45,6	55,0	3,1	16,4	41,3	93,0
Сердечной мышцы	57,8	64,0	3,8	13,2	45,6	49,0
Скелетной мышцы	36,3	100,0	2,6	16,7	22,1	58,8

Основными источника минеральных веществ для организма являются продукты питания. Наибольшее количество минеральных солей содержится в мясе, молоке, чёрном хлебе, бобовых и овощах.

Из желудочно-кишечного тракта минеральные вещества поступают в кровь и лимфу. Ионы некоторых металлов (Ca, Fe, Cu, Co, Zn) уже в процессе или после всасывания соединяются со специфическими белками.

Избыток минеральных веществ у человека выводится в основном через почки (ионы Na, K, Cl, I), а также через кишечник (ионы Ca, Fe, Cu и др.). Полное выведение значительного избытка солей, который чаще всего возникает при избыточном потреблении поваренной соли, происходит лишь при отсутствии ограничений в питье. Это связано с тем, что моча человека содержит не более 2% солей (предельная концентрация с которой могут работать почки).

Водно-солевой обмен

Водно-солевой обмен является частью минерального обмена, он представляет собой совокупность процессов поступления в организм воды и солей, главным образом NaCl, распределение их во внутренней среде и выведения из организма. Нормальный водно-солевой обмен обеспечивает постоянный объём крови и других жидкостей организма, осмотическое давление и кислотно-щелочное равновесие. Основным минеральным веществом, благодаря которому организм регулирует осмотическое давление, является натрий, примерно 95% осмотического давления плазмы крови регулируется с помощью этого минерального вещества.

Водно-солевой обмен - это совокупность процессов поступления воды и солей (электролитов) в организм, распределение их во внутренней среде и выведения из организма. Системы регуляции водно-солевого обмена обеспечивают постоянство суммарной концентрации растворённых частиц, ионного состава и кислотно-щелочного равновесия, а также объёма и качественного состава жидкостей организма.

Организм человека состоит в среднем на 65% из воды (от 60 до 70% от веса тела), которая находится в трёх жидкостных фазах - внутриклеточной, внеклеточной и трансцеллюлярной. Наибольшее количество вода (40 - 45%) находится внутри клеток. Внеклеточная жидкость включает (в процентах от веса тела) плазму крови (5%), межклеточную жидкость (16%) и лимфу (2%). Трансцеллюлярная жидкость (1 - 3%) изолирована от сосудов слоем эпителия и по своему составу близка к внеклеточной. Это - спинномозговая и внутриглазная жидкость, а также жидкость брюшной полости, плевры, перикарда, суставных сумок и желудочно-кишечного тракта.

Водный и электролитный балансы у человека рассчитываются по суточному потреблению и выделению воды и электролитов из организма. Вода поступает в организм в виде питья - примерно 1,2 литра и с пищей - примерно 1 литр. Около 0,3 литра вода образуется в процессе обмена веществ (из 100 грамм жиров, 100 грамм углеводов и 100 грамм белков образуется 107, 55 и 41 мл воды соответственно). Суточная потребность взрослого человека в электролитах составляет примерно: натрий - 215, калий - 75, кальций - 60, магний - 35, хлор - 215, фосфат - 105 мг-экв в день. Эти вещества всасываются в желудочно-кишечном тракте и поступают в кровь. Временно они могут депонироваться в печени. Избыток воды и электролитов выводится почками, лёгкими, кишечником и кожей. В среднем за сутки выделения воды с мочой составляет 1,0 - 1,4 литра, с калом - 0,2, с кожей и с потом 0,5, лёгкими - 0,4 литра.

Вода, поступившая в организм, распределяется между различными жидкостными фазами в зависимости от концентрации в них осмотически активных веществ. Направление движения воды зависит о осмотического градиента и определяется состоянием цитоплазматической мембраны. На распределение воды между клеткой и межклеточной жидкостью оказывает влияние не общее осмотическое давление внеклеточной жидкости, а её эффективное осмотическое давление, которое определяется концентрацией в жидкости веществ, плохо проходящих через клеточную мембрану.

У человека и животных одной из главных констант является рН крови, поддерживаемый на уровне около 7,36. В крови имеется ряд буферных систем - бикарбонатная, фосфатная, белки плазмы, а также гемоглобин, - поддерживающие рН крови на постоянном уровне. Но в основном рН плазмы крови зависит от парциального давления углекислого газа и концентрации НСО3 .

Отдельные органы и ткани животных и человека существенно различаются по содержанию воды и электролитов.

Содержание воды в различных органах и тканях взрослого человека к весу ткани

Важнейшее значение для деятельности клеток всех органов и систем имеет поддержания ионной асиметрии между внутриклеточной и внеклеточной жидкостью. В крови и других внеклеточных жидкостях высока концентрация ионов натрия, хлора, бикарбоната; в клетках главными электролитами являются калий, магний и органические фосфаты.

Биологические жидкости, выделяемые различными железами, отличаются по ионному составу от плазмы крови. Молоко изоосмотично по отношению к крови, но в нём ниже, чем в плазме, концентрация натрия и выше содержания кальция, калия, фосфатов. Пот имеет меньшую концентрацию ионов натрия, чем плазма крови; желчь весьма близка к плазме крови по содержанию ряда ионов.

Многие ионы, особенно ионы металлов, являются компонентами белков, в том числе ферментов. Около 30% всех известных ферментов для полного проявления своей каталитической активности нуждаются в присутствии минеральных веществ, чаще всего это K, Na, Mq, Ca, Zn, Cu, Mn, Fe.

В регуляции водно-солевого обмена решающую роль играют почки и группа специальных гормонов.

Для того чтобы поддерживать водный и солевой обмен веществ на должном уровне надо соблюдать несколько правил:

1. Употреблять в течение дня необходимое количество воды

2. Стараться употреблять минеральную, столовую (не газированную) воду.

3. Так как основным источником минеральных солей являются фрукты и овощи надо регулярно (каждый день) употреблять их в пищу.

4. При необходимости использовать БАД (биологические активные добавки) к обычному рациону питания, этим способом можно быстрее всего насытить организм минеральными солями.

Дополнительные статьи с полезной информацией

Особенности обмена воды и минеральных солей у детей

Родителям, чтобы воспитать здорового ребёнка, надо глубже вникать в физиологические особенности подрастающего поколения. Дети отличаются от взрослых не только ростом и неуверенным знанием таблицы умножения, но и процессами происходящими внутри организма.

Нарушения обмена минеральных веществ у человека

Ежесекундно в организме человека протекает большое количество химических реакций и по разным причинам возможны нарушения в этом отлаженном природой механизме.

Организм человека выделяет в сутки 2,6 л Н 2 О за счёт испаре­ния через кожу, с мочой, калом, выдыхаемым воздухом. Между тремя основными бассейнами Н 2 О в организме существует непрерывный интен­сивный обмен. Например, перемещение жидкости (путём диффузии) через стенки капилляров в теле человека составляет около 1500 л в 1 мин. В растительных организмах обмен воды идёт интенсивнее, чем в организмах животных и человека. Например, в течение вегетационного периода одно растение кукурузы или подсолнечника испаряет до 200 кг Н 2 О. Вода непрерывно доставляется к тканям и отводится от них, прони­кает в клетки и обратно из них через поры клеточных мембран диамет­ром 3-4 Å. Время полуобмена воды вклетках ряда тканей составляет 30-90 с, т.е. гораздо больше, чем для органических молекул или ионов.

Основными параметрами жидкой среды организма являются ос­мотическое давление (Р), рН и объём внеклеточной жидкости. Осмотиче­ское давление и рН внеклеточной жидкости и плазмы крови одинаковы, они также одинаковы для различных органов. С другой стороны, рН мо­жет быть различным внутри клеток различных типов и даже в различных субклеточных структурах, что объясняется особенностями метаболизма в различных органах и органоидах. Однако значение рН, характерное для данного типа клеток, постоянно; снижение или повышение его приводит к нарушению функций клеток.

Поддержание постоянства внутриклеточной среды обеспечива­ется постоянством осмотического давления, рН и объёма внеклеточной жидкости. В свою очередь, постоянство параметров внеклеточной жид­кости определяется действием почек и системы гормонов, регулирующих их функцию.

Регуляция осмотического давления и объёма внеклеточной жидкости

Осмотическое давление внеклеточной жидкости зависит от соли NaCl, которая в этой жидкости в наибольшей концентрации. Поэтому ос­новной механизм регуляции осмотического давления связан с изменени­ем скорости выделения почками либо Н 2 О, либо NaCl, вследствие чего меняется концентрация. NaCl в жидкостях тканей, а значит и осмотиче­ское давление. Регуляция объёма внеклеточной жидкости осуществляет­ся за счёт одновременного изменения скорости выделения и Н 2 Ои NaCl. Катионы Na + вызывают накопление воды в клетках и тканях, а катионы К + и Са +2 оказывают противоположное действие. Выделение воды и NaCl почками регулируется антидиуретическими гормонами - вазопрессином и альдостероном.

Вазопрессин, образуемый задней долей гипофиза в ответ на по­вышение осмотического давления внеклеточной жидкости, увеличивает скорость обратного всасывания воды из первичной мочи в почечных ка­нальцах. Тем самым уменьшается диурез, моча становится более концен­трированной. Вазопрессин, сохраняя необходимый объём жидкости в организме, не влияет на количество NaCl. Осмотическое давление вне­клеточной жидкости при этом уменьшается и устраняется стимул, кото­рый вызвал выделение вазопрессина.

Альдостерон, вырабатываемый в коре надпочечников при сни­жении концентрации NaCl в крови, увеличивает скорость реабсорбции ионов Na + (NaCl) в канальцах нефронов почек. В результате действия альдостерона NaCl задерживается в организме и устраняется стимул, вызвавший секрецию альдостерона. Избыточная секреция альдостерона и соответственно повышение концентрации NaCl приводит к повышению осмотического давления внеклеточной жидкости. В ответ на это усилива­ется секреция вазопрессина, который задерживает в организме воду. В результате накапливаются и NaCl, и Н 2 О: объём внеклеточной жидкости увеличивается при сохранении нормального осмотического давления. При увеличении объема внеклеточной жидкости повышается кровяное давление, эту форму гипертонии называют почечной.

Значительное уменьшение объёма внеклеточной жидкости мо­жет стать причиной нарушения кровоснабжения тканей. При этом нару­шаются функции всех органов, прежде всего головного мозга: возникает состояние шока.

Альдостерон и вазопрессин регулируют водно-солевой обмен на уровне органа - почек. Однако само соотношение в организме этих гор­монов регулируется центральной нервной системой (см. главу 16).

Регуляция рН

Регуляция рН обеспечивается избирательным выделением ки­слот или щелочей с мочой; рН мочи поэтому может изменяться в преде­лах 4,6-8,0.

Значение рН внеклеточной жидкости в норме равно 7,36-7,44. Пределы отклонения рН от нормы, совместимые с жизнью, до.7,0 при ацидозе, и до 7,8 при алкалозе.

Постоянство рН поддерживается буферными системами внекле­точной жидкости, изменением лёгочной вентиляции и скоростью выделе­ния кислот через почки. Главным буфером внеклеточной жидкости слу­жит система:

(НСОз)¯ + Н + ↔ Н 2 СО 3 ↔ H 2 O + СО 2 .

Значение рН определяется отношением [НСО 3 ¯] / . При рН 7,4 оно равно 20:1; уменьшение этого отношения приводит к снижению рН (аци­доз), увеличение - к повышению (алкалоз). Значение отношения [НСО 3 ¯] / зависит от изменения как [НСО 3 ¯], так и . Концентрация СО 2 зависит от скорости удаления его через лёгкие, поэтому при нарушениях дыхательной функции могут возникать дыхательный ацидоз или алкалоз. Концентрация ионов (НСОз)¯ меняется главным образом в результате метаболических нарушений, например, уменьшается при повышении концентрации кетонов (метаболический ацидоз).

Почки участвуют в регуляции кислотно-щелочного равновесия, изменяя выделение ионов водорода Н + . Они выделяются либо в составе недиссоциированных кислот, либо в составе NH 4 + . Кроме того клетки почек могут поставлять в кровь дополнительные количества иона (НСОз)¯, образующегося в результате- окисления метаболитов:

метаболиты + О 2 → СО 2

СО 2 + Н 2 О ↔» H 2 CO 3 ↔ (HCO 3)¯ +Н + .

Ионы Н + выводятся из клеток в канальцы нефрона и выделяются с мо­чой, а ионы (НС0 3)¯ из почечных клеток в форме NaHCO 3 переходят в кровь, понижая её кислотность (компенсация ацидоза).

Гормоны непосредственно не участвуют в регуляции рН внекле­точной жидкости, однако при ряде заболеваний эндокринной системы возникают нарушения кислотно-щелочного равновесия, например, аци­доз при диабете.

Минеральный обмен

Минеральные вещества

Минеральные (неорганические) вещества находятся в клетках в виде ионов. В клетках и внеклеточных жидкостях организма человека основными катионами являются Na + , К + , Са 2+ , Mg 2+ , среди анионов пре­обладают РО 3 ¯, CI¯, SJ 4 2- , HCO 3 ¯. Суммарный положительный заряд ка­тионов равен суммарному отрицательному анионов, хотя и допускаются некоторые колебания в ту или иную сторону. Для достижения электро­нейтральности организму не хватает неорганических анионов. Это ком­пенсируется анионами органических кислот и кислых белков. Вне клетки для этого требуется ~12% органических анионов, а внутри клетки ~27%. Концентрации главных катионов и анионов в межклеточной жид­кости и плазме крови почти не отличаются. Основным катионом во вне клеточной среде является ион Na + (свыше 90% от общей концентрации всех катионов), а из анионов - CI¯, и НСО 3 ¯ (соответственно около 70 и 18%). Внутри клетки преобладают катионы К + (75%) и анионы РО 3 ¯(50%). В табл.18 приведены основные элементы, встречающиеся в организме человека, и указаны их содержание и биологическая роль.

Таблица18. Содержание и биологическая роль некоторых микроэлементов в организме человека

Эле­мент	Критические ткани с пре­имуществен­ный накопле­нием элемента	Биологическая роль	Общее содержание элемента
в цельной крови, г/100 мл	мас. доля в сухом веществе
Бор 5 В	Щитовидная железа, костный мозг	Участвует в углеводном обмене, усиливает действие инсулина, уменьшает действие витаминов В 2 и В 12 , а также кишечной амилазы и протеина, тормозит окисление адреналина	1·10 -6 4·10 -5	n·10 -4 n·10 -5
Фтор 9 Р	Костная ткань, зубы	Участвует в формировании скеле­та, повышает устойчивость зубов к кариесу, стимулирует кроветворе­ние и иммунитет	1·10 -5 4,5·10 -5	n·10 -3 n·10 -5
Алю­ми­ний 13 А1	Печень, головной мозг, кости	Способствует развитию и регене­рации эпителиальной, соедини­тельной и костной ткани; активи­рует ферменты; влияет на актив­ность пищеварительных желез; препятствует лро-никновению ионов металла внутрь протоплазмы	1·10 -6 4·10 -5	n·10 -4 n·10 -5
Кремний 14 Si	Соединительная ткань, поджелудочная железа, почки, моз­жечок, воло­сы	Влияет на функции поджелудочной железы и на эластич­ность кожи, ускоряет процесс образования рубцов	1,6·10 -2	n·10 -2 n·10 -4
Ва­на­дий 23 V	Мало изуче­ны (кровь?)	Участвуют в окислительно-восстановительных процессах, оказывает влияние на процессы дыхания и кроветворения	-	n·10 -4 n·10 -5
Хром 24 Cr	Волосы, ногти	Входит в активный центр фермента трипсина; активирует окислитель­ные процессы	35·10 -6 1,2·10 -5	n·10 -4 n·10 -6

Мар­га­нец 25 Мn	Кости, пе­чень, щито­видная железа, гипофиз	Участвует в формировании скелета в иммунных реакциях, в кроветво­рении и тканевом дыхании; влияет на активность многих витаминов, ферментов и гормонов	до 2,5·10 -5	n·10 -4 n·10 -5
Железо 26 Fe	Эритроциты, селезенка, печень	Входит в состав гемоглобина, уча­ствует в кроветворении, дыхании и окислительно-восгановительных реакциях; недостаток Fe приводит к анемии	4·10 -3	n·10 -1 n·10 -2
Ко­бальт 27 Со	Печень, кровь, селе­зенка, щито­видная железа, костная ткань, яич­ники, гипо­физ	Участвует в синтезе ряда фермен­тов (глициндипептидазы, холинэстеразы, ацилазы), гормона щито­видной железы, витамина В 12 , гемоглобина и др.; стимулирует кроветворение, деятельность щи­товидной железы, регулирует углеводный обмен	3,9 ·10 -7 1,48·10 -6 (плазма)	n·10 -5 n·10 -6
Ни­кель 28 Ni	Поджелу­дочная железа печень, гипофиз, кожа, рого­вица глаза	Активирует фермент ангидразу, влияет на окислительные процессы и углеводный обмен; входит в состав инсулина	-	n·10 -5 n·10 -2
Медь 29 Си	Печень, кости, го­ловной мозг	Входит в состав многих тканевых белков и ферментов (лактазы, тирозиназы, оксидазы и др.); по­вышает активность некоторых гормонов; участвует в кроветворе­нии, ферментном окислении, тка­невом дыхании, иммунных процес­сах, пигментации	6,9 ·10 -5 1,17·10 -4	n·10 -3 n·10 -4
Цинк 30 Zn	Печень, предстательная же леза, сетчатка	Входит в состав ряда тканевых белков и ферментов, активирует гормоны гипофиза, поджелудочной железы и половые; участвует в кроветворении и деятельности желез внутренней секреции, со­действует удалению из организма СО 2: при дефиците Zn - отстава­ние роста, выпадение волос, угне­тение половых функций	5 ·10 -4 1,275·10 -4	n·10 -2 n·10 -3

Мышьяк 33 Аs	Печень, селезенка, почка, эрит­роциты	Связан с гемоглобином эритроци­тов, в дозах до 0,5 мг улучшает кроветворение, усвоение азота и фосфора, ограничивает распад белков; в значительных дозах ядовит	8 ·10 -4	n·10 -4 n·10 -6
Се­лен 34 Se	Печень, почки, селе­зенка, серд­це, роговые образова­ния, кровь	Вступает во взаимодействие с белками крови - альбумином, гемо­глобином и глобулинами, а также с инсулином; повышает активность кофермента Q (убихинона); снижа­ет адреналиновую гипергликемию; в повышенных дозах ядовит	-	n·10 -5 n·10 -7
Бром 35 Br	Головной мозг, щито­видная железа, гипофиз, яичники, почки	Участвует в регуляции деятельно­сти нервной системы, коры надпо­чечников и половых желез; угнета­ет деятельность щитовидной желе­зы	2 ·10 -4 1,5·10 -2	n·10 -3 n·10 -4
Стронций 38 Sr	Костная ткань	Участвует в образовании костной ткани, усиливает активность фер­мента фосфатазы	-	n·10 -3 n·10 -3
Мо­либ­ден 42 Мо	Печень, почки, над­почечники, белое веще­ство мозга, пигментная оболочка глаза	Входит в состав тканевых белков и некоторых ферментов (ксантин-оксидазы, альдегид-оксидазы и др.); ускоряет рост, избыток Мо приво­дит к молибденовой подагре	-	n·10 -4 n·10 -6
Кад­мий 48 Cd	Печень, почки	Входит в состав инсулина и неко­торых ферментов, активирует аргиназу и амилазу, но тормозит действие редуктазы; влияет на работу печени	Следы	n·10 -3
Оло­во 48 Sn	Костная ткань, пе­чень, легкие	Обязательная составная часть костей (0,08%); печени (0,006%) и легких (0,045%), биологические функции олова не вполне ясны	1 ·10 -5 5·10 -5	n·10 -3 n·10 -5

Для всех живых организмов характерна разница (градиент) кон­центраций основных неорганических ионов между внутриклеточной и внеклеточной жидкостями, которые разделены клеточной мембраной. Мембрана обладает избирательной проницаемостью по отношению к отдельным ионам и вообще непроницаема для крупных макромолекул, таких как, например, белки.