Физико–химические Основы водно–электролитного баланса в организме
Биомасса Земли на 3/4 состоит из воды. Суммарное содержание воды в организмах составляет примерно половину от количества воды во всех реках земного шара. В разных организмах, особенно в различных тканях, содержание воды колеблется в широких пределах: так, в биожидкостях (цитозоль, пасока* деревьев, кровь, лимфа, гемолимфа) содержится от 88 до 99 % воды, тогда как в древесине растений или костной ткани животных – 20-24 %. Чем моложе организм, тем выше в нём содержание воды. Содержание воды в организме взрослого человека составляет в среднем 60 % массы тела, колеблясь от 45 % (у тучных пожилых людей) до 70 % (у молодых мужчин), что составляет примерно 40 л. Бóльшая часть – 2/3 воды, около 27 л, находится внутри клеток. Внеклеточная вода составляет 1/3 от общей воды – 13 л, из них примерно 4,5 л приходится на внутрисосудистые жидкости (кровь – 3 л, лимфа – 1,5 л), а 8,5 л – на межклеточную жидкость*. Межклеточная жидкость – система наиболее подвижная и изменяющая свой объём при избытке или недостатке воды в теле. Эта водная система внутренней среды организма контактирует с внешней средой с помощью различных физиологических систем, обеспечивающих не только обмен метаболитами, но и регуляцию этих процессов (рис. 3). В течение суток в организм человека поступает с питьём около 1,2 л воды, с пищей – примерно 1 л, около 300 мл воды образуется при окислении метаболитов. При нормальном водном балансе у здорового человека столько же воды (около 2,5 л) выделяется из организма: почками (1-1,5 л), с калом (50-200 мл), посредством испарения кожей (0,5-1 л) и лёгкими (около 400 мл). Вся вода организма обновляется примерно через месяц, а вода внеклеточной жидкости – за неделю. Это свидетельствует о большой интенсивности протекающих обменных процессов. Система регуляции водного баланса обеспечивает два основных гомеостатических процесса: во-первых, поддержание постоянства общего объёма жидкости в организме и, во-вторых, оптимальное распределение воды между указанными водными системами.
Рис. 3. Схема водно-электролитного баланса организма человека
В организме бóльшая часть молекул воды находится в связанном состоянии за счёт гидратации ионов, молекул органических соединений и биополимеров, различных ассоциатов* и мицелл**. Кроме того, вода входит в состав различных клеточных органоидов***: рибосом, митохондрий, лизосом, меж- и внутриклеточных мембран. Вода участвует в качестве основного и самого динамичного компонента в формировании жидкокристаллического состояния соответствующих биосубстратов и тем самым способствует созданию подвижных внутри- и межклеточных структур. Благодаря этому достигается характерная для живого тонкая упорядоченность процессов в клетке и в организме в целом. Например, от насыщения водой рибосом зависит поддержание их структуры и способность осуществлять белковый синтез, от степени набухания митохондрий – интенсивность протекающего в них процесса окислительного фосфорилирования и т. п. По образному выражению А. Сент-Дьёрдьи, вода в организме является динамичной " матрицей жизни ". Избыточное поступление и образование воды при неадекватно малом её выделении из организма приводит к накоплению воды. Этот сдвиг водного баланса называется гипергидратацией. При гипергидратации вода накапливается в основном в межклеточной жидкости.
При этом её осмотическое давление становится ниже, чем внутри клеток, которые поглощают воду, набухают, и осмотическое давление в них тоже снижается. Недостаточное поступление и образование воды или чрезмерно большое её выделение из организма приводят к уменьшению её содержания воды, прежде всего в межклеточной жидкости, что называется дегидратацией и сопровождается высасыванием воды из клеток, пока их осмотическое давление не станет равным осмотическому давлению в межклеточном пространстве. Большую роль в регуляции водного баланса играет баланс электролитов и полиэлектролитов (белков), которые обеспечивают определённую величину осмотического и онкотического* давления в биожидкостях, тем самым влияя на обмен молекулами воды между ними. Основные минеральные и органические ионы организма и их содержание в водных системах приведены в табл. 7. Лимфа по составу и содержанию минеральных ионов близка к плазме крови, но из-за повышенного содержания гидрокарбонат-иона НСО3– основность лимфы выше: рН = 8,4-9,2. Осмотическое давление лимфы близко к осмотическому давлению плазмы крови, а онкотическое давление существенно ниже из-за меньшей концентрации в ней белков (6-14 ммоль/л). Минеральные ионы поступают в организм с пищей и питьём, а гидрокарбонат-ион НСО3–, органические ионы и белки в основном являются продуктами обмена веществ. Для поддержания электролитного баланса и соответственно жизнедеятельности организм в сутки должен в среднем получать (в ммоль): ионов Nа+ – 400, ионов К+ – 100, ионов Сl– – 200, фосфат-ионов – 25, ионов Са2+ – 30, ионов Мg2+ – 10, органических анионов – 230 (табл. 8). В табл. 8 также указано, каким путём и в каком количестве эти ионы выделяются из организма.
Анализируя ионный состав биожидкостей человека (рис. 4), необходимо обратить внимание на небольшое разнообразие ионов и на то, что они содержат больше всего из катионов ионы Na+ и К+, а из анионов – ионы С1– и НРО42– ⇄ Н2РО4. Причём во внеклеточных жидкостях преобладают катионы Na+ и анионы Сl–, а во внутриклеточной – катионы К+ и анионы НРО42– ⇄ Н2РО4–. Другая важная особенность биожидкостей организма в том, что в межклеточных жидкостях преобладает частицы с положительной гидратацией, а во внутриклеточной – частицы с отрицательной гидратацией. Это связано с тем, что внутри клетки вода гидратирует кроме указанных частиц ещё и клеточные органеллы, что значительно повышает содержание структурированной воды внутри клетки.
Таблица 8
Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|