ставлять около 1100 мл. Данное количество возрастает при усиленном потоотделении, поносе, рвоте, когда потери воды увеличиваются.
Концентрация ионов натрия в плазме и межклеточной жидкости составляет в норме 135-145 мМ/л. Большинство клеточных мембран плохо проницаемы для натрия, но некоторое проникновение все же происходит и концентрация натрия в клетках составляет 4-10 мМ/л. Градиент натрия поддерживается за счет активного выведения натрия из клеток с помощью Na+,K+-АТФ-аз. Поступление натрия в организм и его выведение сбалансированны. Потери его через кожу, почки и кишечник не превышают 10 мМ в сутки, тогда как поступление его с пищей обычно составляет 100200 мМ/сутки. Несмотря на то, что избыточное количество натрия выводится через почки, оно может принести вред, способствуя в некоторых случаях развитию гипертензии.
Осмоляльность внеклеточной жидкости в норме составляет 282-295 мМ/кг воды. Любая потеря воды внеклеточной жидкостью повысит ее осмоляльность и вызовет перемещение воды из внутриклеточной среды во внеклеточную. Небольшое увеличение осмоляльности вне клеток приведет также к стимуляции гипоталамического центра жажды и гипоталамических рецепторов, что вызовет высвобождение вазопрессина (антидиуретического гормона). Рецепторы к вазопрессину имеют клетки почечных канальцев, образование гормонрецепторных комплексов приведет к увеличению скорости реабсорбции воды и концентрированию мочи. Осморецепторы сосудов очень чувствительны к изменениям осмоляльности, реагируя на изменения порядка 1%. Если осмоляльность внеклеточной среды снижается, то ощущение жажды не развивается и вазопрессин не секретируется. Моча становится разбавленной, что увеличивает потери воды и осмоляльность восстанавливается. Увеличение осмоляльности за счет увеличения концентрации веществ, легко поступающих в клетки (например, мочевины), сопровождается увеличением осмоляльности внутри клеток, и осморецепторы не стимулируются. Секреция вазопрессина возрастает при действии ангиотензина II, активации артериальных и венозных барорецепторов и волюморецепторов (воспринимают изменения объема жидкости).
Механизмы контроля осмоляльности всегда работают с перекрытием, то есть они обеспечивают поддержание постоянного объема внеклеточной жидкости даже за счет некоторого снижения осмоляльности крови. Объем внеклеточной жидкости прямо зависит от общего содержания натрия в организме, поскольку выведение и потребление воды регулируются так, чтобы поддержать постоянство концентрации натрия в плазме крови. Натриевый баланс поддерживается путем регуляции экстреции натрия почками. В норме примерно 70% профильтрованных в первичную мочу катионов натрия подвергается активному обратному всасыванию в проксимальных извитых канальцах и петле Генле. Менее 5% профильтрованного натрия
41
достигает дистальных извитых канальцев. Альдостерон, выделяемый корой надпочечников, в ответ на активацию ренин-ангиотензиновой системы стимулирует реабсорбцию натрия в дистальных извитых и собирающих протоках. Он является основным фактором, регулирующим экскрецию натрия почками. Другим гормоном, принимающим участие в сохранении баланса внеклеточного натрия, служит натрийуретический гормон (НУГ). НУГ представляет собой 28-членный пептид, он секретируется предсердиями в ответ на их растяжение, вызываемое повышением артериального давления (например, при увеличении объема внеклеточной жидкости). Натрийуретический гормон действует двояко: угнетает реабсорбцию натрия в дистальных канальцах и снижает секрецию ренина (а, соответственно, и альдостерона). Он является антагонистом норадреналина и ангиотензина II, обладает системным вазодилататорным действием и обеспечивает тонкую регуляцию гомеостаза натрия. Идентифицированы еще два пептида, напоминающих по действию НУГ: первый секретируется желудочками сердца, второй – эндотелием сосудов.
В целом механизмы регуляции объема внеклеточной жидкости действуют не так быстро и точно, как механизмы регуляции осмоляльности, поддержание которой имеет приоритетное значение.
Катионы калия (в отличие от натрия) являются основными катионами клеток, поэтому во внеклеточной жидкости их находится около 2% от их общего содержания в организме. В организме калий постоянно диффундирует из клеток во внеклеточную жидкость, но этому процессу препятствует работа Na+, K+-АТФ-зы. Баланс внеклеточного калия регулируется почками и в меньшей степени желудочно-кишечным трактом. Экскреция калия с мочой зависит от нескольких факторов:
-количества натрия, доступного для реабсорбции в дистальных извитых канальцах и собирающих протоках;
-относительной доступности протонов и калия в клетках дистальных канальцев и собирающих протоков;
-способности этих клеток секретировать ионы водорода;
-концентрации альдостерона в циркулирующей крови;
-скорости тока жидкости в канальцах.
Альдостерон стимулирует экскрецию калия как непрямым путем, усиливая активную реабсорбцию натрия в дистальных извитых канальцах и собирающих протоках, так и непосредственно увеличивая активную секрецию калия в периферической части дистальных извитых канальцев. Поскольку как протоны, так и ионы калия могут нейтрализовать мембранный потенциал, генерируемый в процессе активной реабсорбции натрия, гомеостаз ионов водорода и калия тесно взаимосвязан. При ацидозе преимущественно выводятся ионы водорода, а не калия; при алкалозе возрастает экскреция ионов калия. Таким образом, при ацидозе существует тенденция к гиперкалиемии, а при алкалозе – к гипокалиемии.
42
Здоровыми почками калий сохраняется не так интенсивно как натрий. Даже при отсутствии калия в пище его экскреция с мочой составляет 10-20 мМ/л. Поскольку неизбежные потери калия через кожу и кишечник равняется примерно 15-20 мМ/л в сутки, почки не способны компенсировать уменьшение суточного поступления калия ниже 40 мМ/л. Содержание калия в обычной диете выше этого уровня.
На концентрацию калия в плазме значительное влияние оказывают его перемещения между внутри- и внеклеточным пространством. Поглощение калия клетками стимулируется инсулином. Ионы калия могут пассивно проникать из внеклеточной жидкости в обмен на ионы натрия, которые активно отсасываются АТФ-зой. Состояние гиперкалиемии может быть следствием снижения активности Na+, K+-АТФ-азы или повреждения цитоплазматической мембраны.
Обеднение организма калием происходит, когда его выведение превышает поступление. Калий содержится во многих продуктах питания и, если не считать случаев лечебного голодания, неадекватное потребление редко бывает единственной причиной резкого снижения содержания калия. Возрастание потерь калия может происходить при приеме диуретиков, синдроме Кушинга, диареи, рвоте, избыточным потоотделении и приеме слабительных средств. Хотя концентрация калия в плазме плохо отражает общее содержание калия в организме, ее снижение до 3 мМ/л обычно означает дефицит калия порядка 300 мМ/л. Низкие содержания калия определяются при желтухе (особенно механической), введении большого количества глюкозы или инсулина, облучении ультрафиолетовыми лучами. Избыток может быть следствием избыточного поступления его в организм или сниженной экскреции. Повышение содержания калия в плазме наблюдается при ацидозах, значительных физических нагрузках, вегетативных неврозах, язвенной болезни желудка и 12-перстной кишки, раковых опухолях, артритах.
Гомеостаз кальция, фосфатов и магния. В организме человека содер-
жится 1,0-1,5 кг кальция, но свыше 98% из этого приходится на нерастворимые соли кальция костной ткани (преимущественно гидроапатиты). Лишь небольшая часть (около 1%) способна обмениваться с плазмой. Общее содержание в плазме в норме составляет 2,5 мМ/л. Примерно половина этого количества связана с белком, в основном с альбумином. Интенсивность связывания зависит от рН крови и снижается при ацидозе. Несвязанная часть катионов кальция представляет собой биологически активный кальций, его концентрация поддерживается как жесткая константа, так как от этого зависят проницаемость клеточных мембран, мышечные сокращения, секреция. Регуляция уровня активного кальция осуществляется с помощью двух гормонов: паратгормона и кальцитонина. Паратгормон представляет собой пептид, состоящий из 84 аминокислотных остатков, секретируется паращи-
43
товидными железами в ответ на снижение уровня кальция в плазме. Основное его действие направлено на резорбцию кальция из костей и реабсорбцию кальция в почечных канальцах. Кальцитонин также пептид, состоящий их 32 аминокислотных остатков и секретируемый С-клетками щитовидной железы. Он оказывает противоположное паратгормону действие. Процессы обмена кальция тесно связаны с обменом фосфора и магния. Производное кальциферола (1,25-дигидроксихолекальциферол) регулирует всасывание кальция и фосфатов в кишечнике за счет экспрессии синтеза белка, переносящего кальций через энтероциты. Этот стероидный гормон образуется из кальциферола (витамин D) последовательным гидроксилированием в гепатоцитах (в положении С-25) и нефроцитах (в положении С-1). Гидроксилирование в нефроцитах является паратгормон-зависимым. Снижение уровня кальция наблюдается при гипопаратиреоидизме (недостаток секреции паратгормона), дефиците витамина D, заболеваниях почек, псевдогипотиреоидизме (недостаточность тканевых рецепторов к паратгормону). Пониженные уровни кальция в плазме могут наблюдаться при беременности, так как происходит снижение секреции паратгормона. Наиболее частыми причинами гиперкальциемии являются первичный гиперпаратиреоидизм или опухоли, реже неадекватная дозировка витамина D. Повышением уровня кальция в крови сопровождаются грануломатозные заболевания: саркоидоз, туберкулез, лимфомы и тиреотоксикоз.
Общее содержание фосфатов в организме взрослого человека составляет около 25 000 мМ/л. Почти 80% этого количества находится в костях в составе гидроапатитов, 15% - внутри клеток и только 0,1% - во внеклеточной жидкости. Таким образом, фосфаты являются наиболее представительными анионами внутри клеток, где их концентрация достигает 100 мМ/л. Большинство внутриклеточных фосфатов ковалентно связаны с липидами и белками. Изменение в уровне фосфатов сопровождается отложением или вымыванием кальция из костной ткани. Контроль внеклеточной концентрации фосфатов осуществляется почками, их канальцевая реабсорбция подавляется паратгормоном. Нереабсорбированные фосфаты действуют как важный буфер мочи.
В плазме крови при физиологическом уровне протонов, фосфаты представлены в виде одно- и двузамещенных анионов. Общее содержание анионов фосфорной кислоты в плазме составляет 0,80-1,40 мМ/л. Около 20% фосфатов плазмы связано с белками, но в отличие от кальция это не имеет большого биологического значения. В плазме кальций и фосфаты чаще всего находятся в реципроктных отношениях, то есть повышенный уровень фосфатов коррелирует со снижением уровня кальция.
Причинами высокого уровня фосфатов в плазме может стать почечная недостаточность, нарушающая их экскрецию. Этому способствует также гипопаратиреоидизм, так как низкий уровень паратгормона обусловливает увеличение реабсорбции фосфатов из мочи. Гемолиз приводит к увеличе-
44
нию уровня фосфатов в плазме из-за фосфатов эритроцитов, поэтому при определении неорганических фосфатов в плазме его необходимо избегать.
Снижение содержания фосфатов в плазме наблюдается при гиперпаратиреоидизме за счет увеличения экскреции их с мочой. Встречаются врожденные дефекты канальцевой реабсорбции фосфатов, при которых фосфаты постоянно теряются организмом. Тяжелый пищевой дефицит, например при полном голодании, также сопровождается гипофосфатемией. Иногда гипофосфатемия отмечается у пациентов с онкологическими заболеваниями.
Магний представляет собой второй по содержанию внутриклеточный катион после калия. Катионы магния участвуют в процессах энергетического катаболизма, образуя комплексы с нуклеозидфосфатами. Около 300 ферментных систем клетки являются магний зависимыми. Гомеостаз магния находится в непосредственной взаимосвязи с гомеостазом калия и кальция. Важным источником магния для человека служат зеленые растения, так как магний входит в состав хлорофилла. Среднесуточное поступление магния не должно быть меньше 15 мМ/л. Детям, беременным и кормящим женщинам требуется большее количество. Около 30% пищевого магния всасывается в тонком кишечнике и поступает в кровь. Наибольшее количество магния встречается в составе костной ткани (750 мМ), в мягких тканях его количество составляет 450 мМ, в плазме крови – 15 мМ. Ежедневные потери с мочой –
6-10 мМ/л.
Увеличение содержание магния в плазме наблюдается нечасто, иногда сопровождает почечную недостаточность. Гипомагниемия обычно связана с дефицитом поступающего магния. Недостаток магния приводит к мышечной слабости, тремору, тетании, гипервозбудимости. Дефицит магния может возникать при тяжелых рвотах, диареи и других нарушениях желу- дочно-кишечного тракта; осмотическом диурезе (сахарный диабет); длительном применении диуретиков (особенно при недостаточном питании); лечении иммунодепрессантами, циклоспорином, цитотоксическими препаратами.
Белки плазмы крови. Плазма содержит свыше 300 белков, большинство белков плазмы – гликопротеины, количество углеводов в их составе варьирует от 1%(альбумины) до 40% (α1-кислый гликопротеин). Концентрация белков плазмы определяется тремя основными факторами: скоростью синтеза, скоростью метаболизма и объемом жидкости, в котором распределены белки.
Основная масса белков плазмы синтезируется в печени. Гепатоциты участвуют в синтезе 95% альбуминов, в синтезе фибриногена, α- и β-глобулинов, компонентов свертывающей системы. Большая часть β- и γ-глобулинов синтезируется в клетках иммунной системы. Различными методами разделения можно выделить от 5 до 100 фракций белков плазмы.
45