Роль электролитов в жизнедеятельности

Биологические жидкости и ткани содержат много различных электролитов: NaCI, КО, НО, СаС1₂, NaH₂P0₄, NaHCOj и др. Устойчивость биологических высокомолекулярных соединений и скорость многих биохимических реакций в значительной мере зависит от природы и концентрации присутствующих в жидкостях и тканях ионов. Поведение ионов в сложных биологических системах, какими являются живые организмы, определяется изложенными выше закономерностями.

Организм человека постоянно теряет воду: частично с потом, частично через легкие, но в основном путем выделения мочи. При этом с мочой и потом теряется значительное количество электролитов (в основном неорганических солей). Концентрация ионов в тканях поддерживается примерно постоянной (ионный гомеостаз), поэтому поступление и выделение солей тесно связаны с обменом воды.

При длительной жажде объем внеклеточного пространства тканей уменьшается за счет уменьшения количества воды. Это приводит к увеличению концентрации ионов. Для компенсации повышения осмотического давления с мочой удаляются ионы Na" и СГ. Если и в дальнейшем вода нс поступает в организм, в моче появляются ионы К*. Это указывает на сокращение внутриклеточного пространства, вследствие чего клетки отдают свои ионы. Параллельно уменьшается объем плазмы крови, повышается концентрация электролитов и происходит «сгущение» крови.

Если в результате каких-то заболеваний выделяется моча с повышенным содержанием солей, то вместе с солью организм теряет и воду. При этом уменьшается концентрация ионов в плазме крови, что приводит к снижению осмотического давления крови.

Процессы ресорбции (обратное всасывание) воды и ионов (Na‘, К', СГ) независимы друг от друга. Поэтому сдвиги концентраций, возникающие в результате непостоянства соотношения введенного количества воды и солей, устраняются почками путем изменения ресорбции соответствующих ионов или воды.

При недостатке солей в организме объем внеклеточного пространства также уменьшается, поскольку организм не в состоянии заполнить его изотоническим раствором. Поэтому для поддержания постоянства осмотического давления во внеклеточном пространстве потеря солей сопровождается выведением воды.

Таким образом, концентрация ионов регулирует распределение воды между внеклеточным пространством и клетками тканей, а также между внеклеточным пространством и мочой.

Кислотно-щелочное равновесие в крови и биожидкостях определяется содержанием слабых и сильных электролитов: Na₂HP0₄, NaH₂P0₄, H₂C0₃, NaHC0₃. Для понимания механизма действия этих веществ необходимо знание их констант диссоциации. Особенно существенно это для расчета фосфатного баланса при нагрузках.

Ионы играют определяющую роль в создании осмотического давления различных биологических жидкостей. Особенности метаболического обмена ионов имеют большое значение для жизнедеятельности организма. Так, например, обмен ионов К* важен для работы нервных и мышечных клеток. Поступление этих ионов при нормальном питании происходит постоянно. Но, так как они удаляются почками, их концентрация в плазме не повышается, пока почки работают нормально. Уменьшение концентрации ионов К* внутри клеток может привести к заболеванию, известному под названием периодического паралича. Сущность заболевания заключается в периодическом появлении параличей вследствие снижения уровня ионов К* в крови и, следовательно, в клетках. При восстановлении нормального содержания ионов калия в крови паралич проходит.

К многокомпонентным растворам высокомолекулярных соединений (ВМС), которые содержатся в живых организмах, применима теория сильных электролитов. Так, например, можно использовать непосредственно для определения растворимости белков предельный закон Дебая-Хюккеля.

Для выделения и очистки белков используют метод осаждения путем добавления к раствору белка соли (высаливание). Оказалось, что осаждение (высаливание) ВМС в концентрированных растворах солей хорошо описывается на основе закона Дебая-Хюккеля, математическое выражение которого в этом случае имеет следующий вид:

где с_я и с® — растворимость ВМС в солевом и бессолевом (/= 0) растворах соответственно; /- ионная сила раствора.

Ионная сила раствора равна.

где / - ионная сила раствора; />(Х|), 6(Хг) и т. д. — моляльные концентрации ионов Х|, Хг и т. д.; z₉ 22… — заряды ионов Х|, Х2 и т. д.

Очевидно, что уравнение (8.6) для растворов ВМС является аналогом закона Сеченова (8.2) для растворимости газов, так как из соотношения (8.6) следует.