Объем жидкостей тела и концентрация электролитов в них удерживаются в очень узких пределах, несмотря на широкие колебания потребления, метаболической активности и влияний внешней среды. Главная роль в поддержании гомеостаза жидких сред принадлежит почкам.
Приблизительно 60% массы тела у мужчин и около 50% у женщин состоит из воды (от приблизительно 50% у лиц с ожирением до 70% у лиц с индексом массы тела в пределах или ниже нормы). Процент массы тела, приходящийся на воду, выше (70%) при рождении и в раннем детстве. Почти 2/3 общей воды организма (ОКВ) содержится во внутриклеточном пространстве (интрацеллюлярная жидкость, ИЦЖ), а треть – во внеклеточном (экстрацеллюлярная жидкость, ЭЦЖ). В норме примерно 25% ЭЦЖ находится во внутрисосудистом пространстве, а остальные 75% – в интерстициальной жидкости (см. рисунок Жидкостные пространства у среднестатистического 70-килограммового человека).
Компартменты жидкости в организме человека с весом 70-кг
Общее количество воды = 70 кг × 0,60 =42 л (280 мосмоль/кг [280 ммоль/кг]). |
Жидкость в различных компартментах тела различается по электролитному составу. Главным внутриклеточным катионом является калий. Главным внеклеточным катионом является натрий. Они присутствуют в ИЦЖ и ЭЦЖ в следующих концентрациях:
Внутриклеточная концентрация калия в среднем достигает 140 мЭкв/л (140 ммоль/л).
Внеклеточная концентрация калия – от 3,5 до 5 мЭкв/л (от 3,5 до 5 ммоль/л).
Внутриклеточная концентрация натрия – 12 мЭкв/л (12 ммоль/л).
Внеклеточная концентрация натрия в среднем составляет 140 мЭкв/л (140 ммоль/л).
Осмотические силы
Суммарная концентрация растворенных в воде веществ определяет осмолярность раствора (количество растворенных веществ в 1 л раствора), которая для жидких сред организма сходна с осмоляльностью (количество растворенных веществ в 1 кг раствора). Вода свободно проходит сквозь клеточные мембраны из пространств с низкой концентрацией растворенных веществ в пространства с их высокой концентрацией. Таким образом, выравнивание осмоляльности разных жидкостных пространств организма связано в основном с перемещением воды, а не растворенных веществ. Тем не менее, некоторые растворенные вещества, такие как мочевина, также свободно диффундируют через клеточные мембраны и, таким образом, оказывают незначительное влияние или никак не влияют на водный обмен (практически не влияют на осмотическую активность). Другие растворы, в том числе несколько электролитов, ограничены в основном одним жидкостным компартментом и обладают наибольшей осмотической активностью. Например, натрий ограничивается внеклеточным компартментом, а калий – внутриклеточным. Осмоляльность жидкостей организма в норме колеблется между 275 и 290 мОсм/кг (275 и 290 ммоль/кг) и может быть измерена непосредственно в лаборатории или рассчитана по формуле.
Расчетная осмоляльность плазмы рассчитывается в стандартных единицах (мОсм/кг)
где концентрация натрия в сыворотке выражена в мЭкв/л, а концентрации глюкозы и азота мочевины – в мг/дл.
Расчетную осмоляльность плазмы можно рассчитать в единицах СИ.
Все значения в этом уравнении представлены в ммоль/л.
Осмоляльность плазмы определяется главным образом концентрацией натрия. Наблюдаемые изменения расчетной осмоляльности могут быть следствием ошибочных измерений концентрации натрия, что бывает в случае с больными, страдающими тяжелой дислипидемией или гиперпротеинемией, поскольку липиды или белки занимают пространство в объеме сыворотки крови, взятой для анализа; сама же концентрация натрия в сыворотке крови не изменяется. Решить эту проблему помогают методы измерения электролитов сыворотки с использованием прямых ионоселективных электродов.
Осмолярный разрыв возникает, когда измеренная осмоляльность превышает расчетную осмоляльность на ≥ 10 мосмоль/кг (≥ 10 ммоль/кг). Это вызвано чрезмерным количеством осмотически активных веществ, присутствующих в плазме. Наиболее распространенными являются спирты (этанол, метанол, изопропанол, этиленгликоль), маннит и глицин.
Концентрация — это эффективная осмоляльность жидкости. Разница в тоничности жидкостей в двух отсеках создает между ними осмотический потенциал, который способствует перемещению воды из отсека с более низкой тоничностью в отсек с более высокой тоничностью. В гомеостазе осмотическая активность жидкости сбалансирована между основными отделами организма, поэтому между ними происходит относительно небольшое результирующее движение жидкости. Осмотическая сила может перемещать воду в одни и те же компартменты или из них. Например, плазменные белки обладают слабым осмотическим эффектом, который вместе с натрием сыворотки способствует притоку воды в плазму; этот осмотический эффект обычно уравновешивается сосудистыми гидростатическими силами, которые вытесняют воду из плазмы.
Потребление и экскреция воды
Потребление воды регулируется жаждой. Жажда вызвана рецепторами в переднелатеральном гипоталамусе, которые реагируют на увеличение осмоляльности плазмы или уменьшение внутрисосудистого объема.
Экскреция воды почками регулируется прежде всего вазопрессином (аргинином, вазопрессином или антидиуретическим гормоном [АДГ]). Вазопрессин выделяется из задней доли гипофиза и усиливает реабсорбцию воды в дистальных отделах нефрона. Секреция вазопрессина стимулируется любым из следующих факторов:
Повышением осмоляльности плазмы
Уменьшением ОЦК
Пониженное артериальное давление
Стрессом
Гомеостаз сохраняется, так как вызванное жаждой увеличение потребления воды снижает осмоляльность плазмы. Низкая осмоляльность плазмы, в свою очередь, уменьшает жажду и подавляет секрецию вазопрессина, что позволяет почкам снова производить разведенную мочу.
Суточное потребление жидкости составляет в среднем 2,5 л. Здоровому человеку для восполнения потерь жидкости с мочой, потом и т. п. необходимо примерно 1–1,5 л/день. Однако в кратковременной перспективе среднему молодому человеку с нормальной функцией почек для выведения из организма азотистых и прочих отходов обмена веществ достаточно потреблять лишь 200 мл воды в сут. Любое снижение концентрационной способности почек увеличивает потребность в воде. Эта способность снижается:
Пожилые
Люди с резистентностью к аргинин-вазопрессину или дефицитом аргинин-вазопрессина, многими формами хронических болезней почек (ХБП), гиперкальциемией, тяжелым ограничением потребления соли, хронической гипергидратацией или гиперкалиемией
При приеме этанола, фенитоина, лития, демеклоциклина или амфотерицина В
при осмотическом диурезе (например, вследствие высокобелковой диеты или гипергликемии)
Другие облигатные, но неощутимые, потери воды через легкие и кожу составляют в среднем 0,4–0,5 мл/кг/час, т. е. у здорового взрослого человека весом 70 кг – примерно 650–850 мл/день; пациенты с лихорадкой теряют дополнительное количество воды из-за повышенной скорости метаболизма. Потери через желудочно-кишечный тракт в отсутствие сильной рвоты или поноса обычно пренебрежимо малы. Потери с потом на жаре или при интенсивной физической работе могут быть довольно значительными.
Разбавляющая способность здоровых почек у молодых людей позволяет максимально потреблять до 25 л жидкости в день; большие количества быстро снижают осмоляльность плазмы.
Обезвоживание происходит, когда потребление воды (и небольшое количество, продуцируемое клеточным дыханием) не является адекватным, чтобы восполнить потери воды (экскреция и неощутимые потери) (см. Дегидратация).
В редких случаях человек не может чувствовать жажду из-за дисфункции гипоталамуса, когда высвобождение вазопрессина может быть нарушено опухолями или инфильтративными заболеваниями, поражающими заднюю часть гипофиза, или травмой головного мозга. Во многих случаях конкретные причины не могут быть идентифицированы. (См. также Недостаточность аргинина-вазопрессина).
