Роль электролитов в организме человека

ион электролитный физиологический Биологические жидкости организма человека (внутриклеточные и внеклеточные) представляют собой растворы, содержащие электролиты. Электролит — вещество, распадающееся при растворении на ионы. Определенный ионный состав жидкостей необходим для поддержания многих жизненных процессов. Например, функция некоторых ферментов оптимальна только в условиях определенной концентрации ионов и величины рН. Эффект многих гормонов осуществляется благодаря изменению проницаемости клеточной мембраны для некоторых ионов. Ионный состав внутри клетки значительно отличается от ионного состава внеклеточной жидкости.

Электролиты выполняют в организме следующие функции: отвечают за осмолярность жидкостей тела, образуют биоэлектрический потенциал, катализируют процессы обмена веществ, определяют рН жидкостей тела, стабилизируют костную ткань, служат в качестве «энергетического депо», участвуют в свертывании крови, обладают иммунотропной активностью.

Для постановки окончательного диагноза и выбора метода терапии необходимо установить вид и степень изменений обмена воды и электролитов, поскольку клиническая картина отдельных нарушений не имеет характерных признаков. Для определения концентрации электролитов используют следующие методы исследования: пламенная фотометрия, ионометрический (потенциометрический) и фотометрический.

1. Физиологическая роль основных ионов в организме

Роль отдельных электролитов в жизнедеятельности организма многообразна и неоднозначна.

Натрий

В организме взрослого человека содержится 70−100 г. натрия, у детей его содержание ниже. Содержание натрия в плазме крови 130−150 ммоль / л. Во внеклеточных жидкостях находится около 40% всего натрия, в костях и хрящах около 50%, внутри клеток менее 10%. Около 85% ионов натрия представлено в свободной форме и приблизительно 15% его удерживается белками.

Функции натрия в организме:

— создает и поддерживает осмотическое давление жидкостей организма (преимущественно внеклеточной);

— задерживает воду в организме;

— участвует во всасывании в кишечнике и обратном всасывании в почках глюкозы и аминокислот;

— участвует в регуляции кислотно-щелочного баланса организма, является щелочным резервом крови;

— является активатором некоторых ферментов;

— определяет величину мембранного потенциала и, соответственно, возбудимость клеток;

— стимулирует АТФазную активность фракций клеточных мембран, стабилизирует симпатический отдел нервной системы, принимает участие в регуляции тонуса сосудов.

Основное количество натрия поступает в организм с поваренной солью, небольшое количество потребляется в виде бикарбоната натрия, цитрата, сульфата и глутамата натрия, которые встречаются в продуктах питания как добавки. Суточная потребность ребенка в натрии составляет в среднем 1,5 — 2,0 ммоль / л. Около 95% поступившего натрия всасывается в желудочно-кишечном тракте. Около 95% выводится почками с мочой в виде натриевых солей, фосфорной, серной, угольной и других кислот. Натрий выводится также с потом и через кишечник. Дефицит или избыток натрия вызывают серьезные изменения в организме ребенка.

Калий

У взрослых содержание калия составляет приблизительно 53 ммоль / кт и 95% его обменивается. Уровень калия в организме ребенка ниже. 90% калия находится внутри клеток в соединении с белками, углеводами и фосфором. Часть калия содержится в клетках в ионизированном виде и обеспечивает мембранный потенциал.

Менее 10% калия содержится внеклеточно:

— 2−5% находится в плазме и межклеточной жидкости;

— наиболее богата калием мышечная ткань;

— в эритроцитах калия примерно 100 ммоль / л;

— в плазме содержится 4−5 ммоль / л калия.

Во внеклеточной среде небольшое количество калия находится в ионизированном виде. Суточная потребность взрослого человека в калии 2 — 3 г, ребенка 1,5 — 2,0 ммоль / л. Основным пищевым источником калия являются продукты растительного происхождения. Из организма 80−90% калия выводится почками, остальное пищеварительным трактом и потовыми железами.

Калий участвует в ряде жизненно важных физиологических процессов:

— создает и поддерживает осмотическое давление жидкостей организма (преимущественно внутриклеточной);

— участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния организма;

— является активатором ряда ферментов;

— генерирует электрохимический потенциал в мембранах клеток;

— играет важнейшую роль в деятельности сердечно-сосудистой, мышечной, нервной систем, в секреторной и моторной функциях пищеварительного тракта, экскреторной функции почек.

Выход калия из клеток зависит от увеличения их биологической активности, распада белка и гликогена, недостатка кислорода. Концентрация зависит от состояния кислотно-щелочного баланса: при накоплении кислот количество калия увеличивается, при повышении содержания щелочей количество калия снижается. Дефицит и избыток калия вызывают серьезные изменения в организме ребенка.

Кальций

Кальций в различных тканях содержится внутриклеточно и почти исключительно в соединении с белками. Лишь в костной ткани, включающей до 97% всех запасов кальция в организме, он находится внеклеточно. Содержание кальция в организме у детей составляет около 200 ммоль / л, у взрослых 475 ммоль / л. У взрослого человека поддерживается нулевой баланс кальция, у детей — положительный. Содержание кальция в крови составляет 2,5−2,8 ммоль / л, приблизительно 40% из них связано с белком. Основной источник кальция — продукты питания: молоко и молочные продукты, яйца, бобовые, сухофрукты и др. Для детей грудного возраста основной источник кальция — молоко. Ежесуточное выделение кальция через почки составляет 100 — 200 мг, через кишечник 150 мг, с потом до 20 мг. Потери кальция с мочой увеличиваются при нарушении кислотно-щелочного баланса в плане накопления кислот, и при потреблении больших количеств белка.

Функции кальция:

— необходимый участник процесса мышечного сокращения;

— важнейший компонент свертывающей системы крови;

— активатор в работе многих ферментов;

— входит в состав костей и хрящей;

— является стабилизатором клеточных мембран;

— регулирует возбудимость нервов и мышц;

— внутриклеточный посредник в действии некоторых гормонов на клетку;

— универсальный пусковой элемент многих секреторных процессов.

Кальций участвует в физиологических процессах только в ионизированном виде. Ионизация кальция зависит от кислотно-щелочного баланса крови. При чрезмерном увеличении кислот содержание ионизированного кальция повышается, а при увеличении содержания щелочей падает. Увеличение щелочей и снижение уровня кальция ведут к резкому повышению нейромышечной возбудимости и судорожным приступам.

Магний

Концентрация магния в клетках значительно выше, чем во внеклеточной среде. Примерно половина всего магния находится в костях, примерно половина в мышцах и печени, около 1% во внеклеточном пространстве. Общее количество магния в организме детей составляет 11 ммоль / л, у взрослых 14 ммоль / л. Уровень магния в крови составляет 0,75 — 0,9 ммоль / л, при этом более 60% находится в ионизированном виде. Суточная потребность в магнии взрослого человека составляет около 300 мг. Овощи с зелеными листьями, фрукты, бобовые, злаки, мясо являются основными пищевыми источниками магния. При недостатке магния в организме он полностью обратно всасывается почками, которые являются главным регулятором содержания магния в организме. Если же есть избыток магния, то он удаляется через желудочно-кишечный тракт.

Функции магния:

— структурный элемент костной ткани;

— стабилизатор биологических мембран, уменьшает их текучесть и проницаемость;

— входит в состав более 300 разных ферментных комплексов, обеспечивая их активность;

— играет существенную роль в активации АТФазы;

— стабилизирует структуры ДНК;

— уменьшает возбудимость нервно-мышечной системы, сократительную способность миокарда и гладких мышц сосудов;

— оказывает депрессивное действие на психические функции.

При дефиците магния повышается возбудимость центральной нервной системы, что проявляется слабостью и расстройством психики (путанность сознания, беспокойство, агрессивность), возникновением судорог. Повышение уровня магния вызывает тошноту и рвоту. Высокие концентрации магния могут вызвать сильное снижение артериального давления.

Хлор

90% хлора находится во внеклеточной жидкости. Общее количество его в организме составляет 33 ммоль / кг. В организме он находится преимущественно в ионизированном состоянии в форме солей натрия, калия, кальция, магния и т. д. Распределение хлора в жидкостях организма определяется главным образом распределением ионов натрия. В частности изменение концентрации хлора в крови происходит соответственно изменению концентрации натрия. В норме концентрация хлора в плазме крови составляет 90−105 ммоль/л. Суточная потребность в хлоре составляет 2−4 г., и полностью покрывается поваренной солью, добавляемой в пищу.

Функции хлора:

— участвует в создании и поддержании осмотического давления жидкостей организма;

— участвует в синтезе соляной кислоты в желудке;

— участвует в генерации электрохимической разницы на плазматических мембранах клеток;

— является активатором ряда ферментов;

Избыток хлора ведет к нарушению кислотно-щелочного баланса в плане избыточного накопления кислот.

Фосфор

Фосфор входит в состав межклеточной жидкости и каждой клетки организма. Внутри клеток концентрация фосфора выше в 40 раз, чем во внеклеточной среде. Около 70% фосфора сосредоточено в костной ткани. Содержание фосфора в крови составляет 0,94−1,60 ммоль / л, у детей первого года жизни 1,26−2,26 ммоль / л. Потребность в фосфатах взрослого человека составляет около 1200 мг / сут. Фосфор в достаточном количестве присутствует в пищевом рационе, т.к. содержится практически во всех пищевых продуктах. Удаление фосфора из организма осуществляется почками и через кишечник. Выделение фосфатов с мочой может быть усилено белковым гормоном паращитовидной железы. Выделение возрастает также и при увеличении уровня неорганического фосфора в плазме крови.

Фосфор имеет исключительно большое биологическое значение для растущего организма:

— необходимый компонент клеточных мембран;

— играет ключевую роль в метаболических процессах, входя в состав многих коферментов, нуклеиновых кислот и фосфопротеидов;

— структурный компонент костей и зубов;

— участвует в регуляции концентрации водородных ионов;

— важнейший компонент фосфор-органических соединений организма: нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов, фосфорных эфиров углеводов, коферментов, 3-ФКГ и др.;

— органические соединения фосфора составляют основу энергетического обмена.

Избыток фосфора в организме встречается редко и наблюдается при нарушении функции почек или паращитовидной железы. Избыток приводит к гипокальциемии и нарушению созревания костной ткани. Проявлениями недостатка фосфора являются ломкость костей, нарушение распада оксигемоглобина, слабость, миопатия, кардиомиопатия.

Сульфаты

Сульфаты в большом количестве содержатся во внутриклеточном пространстве, входят в состав многих биологически активных веществ. В плазме крови неорганических сульфатов содержится 0,3−1,5 ммоль / л. Они необходимы для обезвреживания токсических соединений в печени.

Бикарбонат

Бикарбонат в наибольшем количестве содержится во внеклеточной жидкости. Он находится в динамическом равновесии с угольной кислотой и является компонентом буферной системы организма, которая поддерживает определенную концентрацию ионов водорода. Средняя концентрация бикарбоната в сыворотке крови 27 мэкв / л. Концентрация бикарбоната у недоношенных новорожденных колеблется в пределах 11−29 ммоль / л, у доношенных новорожденных она составляет 21 ммоль / л.

2. Электролитный обмен в организме

Электролитам в организме человека принадлежит главенствующая роль в осмотическом гомеостазе (поддержании постоянства внутренней среды). Электролиты находятся в водных секторах организма в виде катионов (в основном калий и натрий) и анионов (в основном хлориды и бикарбонаты).

В таблице ниже представлено содержание электролитов в водных секторах тела человека (по Г. А. Рябову, 1982; В. Д. Малышеву, 1985):

Пояснения к таблице:

· ммоль/л — это количество вещества в растворе, согласно международной системе СИ;

· осмолярность — это молярность, или молярная концентрация;

· мэкв — это миллиэквивалент, который отражает электрическую зарядность раствора;

· миллимоль — это выражение молярной концентрации (число частиц в растворе, вне зависимости от того, несут они или нет электрический заряд);

· миллиосмоль — показывают осмотическую силу раствора (понятие «миллимоль» и «миллиосмоль» для биологического раствора тождественны);

· осмолярность раствора выражается в миллиосмолях и определяется как количество миллиосмолей растворенных в литре воды ионов + недиссоциированные субстанции (глюкоза, мочевина) + слабодиссоциирующие вещества (белок);

· осмолярность нормальной плазмы величина постоянная = 285.295 мосмоль/л (главные компоненты: катионы натрия — 140, и анионы хлора — 100);

· миллиэквивалент = 1/1000 эквивалента — количество химического элемента, соединяющееся с одной весовой частью водорода или замещающей ее (для расчета необходимо знать ионную массу и валентность).

· моль — единица молярности, соответствующая раствору в 1 литре которого растворен 1 моль вещества.

Среднее содержание основных катионов в органах и жидкостях тела человека (ммоль/л) (Я.А. Жизневский, 1994):

3. Нарушения электролитного баланса

Нарушения обмена калия

Нарушения обмена калия в виде гипокалиемии или гиперкалиемии сопровождают заболевания желудочно-кишечного тракта достаточно часто.

Гипокалиемия может быть следствием заболеваний, сопровождающихся рвотой или поносом, а также при нарушениях процессов всасывания в кишечнике. Она может возникать под влиянием длительного применения глюкозы, диуретиков, сердечных гликозидов, адренолитических препаратов и при лечении инсулином. Недостаточная или неправильная предоперационная подготовка или послеоперационное ведение больного — бедная калием диета, вливание растворов, не содержащих калия, — также могут приводить к снижению содержания калия в организме.

Дефицит калия может проявляться чувством покалывания и тяжести в конечностях; больные ощущают тяжесть в веках, мышечную слабость и быструю утомляемость. Они вялы, у них наблюдается пассивное положение в постели, медленная прерывистая речь; могут появиться нарушения глотания, преходящие параличи и даже расстройства сознания — от сонливости и сопора до развития комы. Изменения со стороны сердечнососудистой системы характеризуются тахикардией, артериальной гипотензией, увеличением размеров сердца, появлением систолического шума и признаков сердечной недостаточности, а также типичной картиной изменений на ЭКГ.

Нарушения обмена натрия

Гипонатриемия может возникать и при отсутствии внешних потерь — при развитии гипоксии, ацидоза и других причин, вызывающих повышение проницаемости клеточных мембран. В этом случае внеклеточный натрий перемещается внутрь клеток, что и сопровождается гипонатриемией. Гипернатриемия возникает на фоне олигурии, ограничения вводимых жидкостей, при избыточном введении натрия, при лечении глюкокортикоидными гормонами и АКТГ, а также при первичном гиперальдостеронизме и синдроме Кушинга. Она сопровождается нарушением водного баланса — внеклеточной гипергидратацией, проявляется жаждой, гипертермией, артериальной гипертензией, тахикардией. Могут развиваться отеки, повышение внутричерепного давления, сердечная недостаточность. Гипернатриемия устраняется назначением ингибиторов альдостерона (верошпирон), ограничением введения натрия и нормализацией водного обмена.

Дефицит натрия вызывает перераспределение жидкости в организме: снижается осмотическое давление плазмы крови и возникает внутриклеточная гипергидратация. Клинически гипонатриемия проявляется быстрой утомляемостью, головокружением, тошнотой, рвотой, снижением артериального давления, судорогами, нарушениями сознания. Как видно, эти проявления неспецифичны, и для уточнения характера нарушений электролитного баланса и степени их выраженности надо определить содержание натрия в плазме крови и эритроцитах. Это необходимо и для направленной количественной коррекции. При истинном дефиците натрия следует использовать растворы натрия хлорида с учетом величины дефицита. При отсутствии потерь натрия необходимы меры, направленные на устранение причин, вызвавших повышение проницаемости мембран, коррекция ацидоза, применение глюкокортикоидных гормонов, ингибиторов протеолитических ферментов, смеси глюкозы, калия и новокаина. Эта смесь улучшает микроциркуляцию, способствует нормализации проницаемости клеточных мембран, препятствует усиленному переходу ионов натрия внутрь клеток и тем самым нормализует натриевый баланс.

Нарушения обмена кальция

При многих заболеваниях желудочно-кишечного тракта развиваются нарушения кальциевого обмена, в результате чего возникают либо избыток, либо дефицит содержания кальция в плазме крови. Так, при остром холецистите, остром панкреатите, пилородуоденальных стенозах, возникает гипокальциемия вследствие рвоты, фиксации кальция в очагах стеатонекроза, повышения содержания глюкагона. Гипокальциемия может возникать после массивной гемотрансфузионной терапии вследствие связывания кальция с цитратом; в этом случае она может носить и относительный характер вследствие поступления в организм значительных количеств калия, содержащегося в консервированной крови. Снижение содержания кальция может наблюдаться в послеоперационном периоде вследствие развития функционального гипокортицизма, вызывающего уход кальция из плазмы крови в костные депо.

Снижение содержания кальция в плазме проявляется повышением нервно-мышечной возбудимости, вплоть до тетании, слабостью, головокружением, тахикардией. Терапия гипокальциемических состояний и их профилактика заключаются во внутривенном введении препаратов кальция — хлорида или глюконата. Профилактическая доза кальция хлорида составляет 5−10 мл 10% раствора, лечебная — может увеличиваться до 40 мл. Предпочтительно осуществлять терапию слабыми растворами — не выше 1-процентной концентрации. В противном случае резкое повышение содержания кальция в плазме крови вызывает выброс кальцитонина щитовидной железой, что стимулирует его переход в костные депо; при этом концентрация кальция в плазме крови может упасть ниже исходной.

Гиперкальциемия при заболеваниях желудочно-кишечного тракта встречается гораздо реже, однако она может иметь место при язвенной болезни, раке желудка и других заболеваниях, сопровождающихся истощением функции коры надпочечников. Гиперкальциемия проявляется мышечной слабостью, общей заторможенностью больного; возможны тошнота, рвота. При проникновении значительных количеств кальция внутрь клеток могут развиться поражения головного мозга, сердца, почек, поджелудочной железы.

Нарушения обмена магния

Гипомагниемия возникает при длительном парентеральном питании и патологических потерях через кишечник, так как магний всасывается в тонкой кишке. Поэтому дефицит магния может развиваться после обширной резекции тонкой кишки, при поносах, тонкокишечных свищах, при парезе кишечника. Такое же нарушение может возникать на фоне гиперкальциемии и гипернатриемии, при лечении сердечными гликозидами, при диабетическом кетоацидозе. Дефицит магния проявляется повышением рефлекторной активности, судорогами или мышечной слабостью, артериальной гипотензией, тахикардией. Коррекция осуществляется растворами, содержащими магния сульфат (до 30 ммоль/сут).

Гипермагниемия встречается реже гипомагниемии. Главные ее причины — почечная недостаточность и массивное разрушение тканей, ведущее к высвобождению внутриклеточного магния. Гипермагниемия может развиться на фоне недостаточности функции надпочечников. Она проявляется снижением рефлексов, гипотонией, мышечной слабостью, нарушениями сознания, вплоть до развития глубокой комы. Гипермагниемия корригируется устранением ее причин, а также перитонеальным диализом или гемодиализом.

Заключение

Электролитам в организме человека принадлежит главенствующая роль в осмотическом гомеостазе (поддержании постоянства внутренней среды). Электролиты находятся в водных секторах организма в виде катионов (в основном калий и натрий) и анионов (в основном хлориды и бикарбонаты).

Электролиты в жидких средах организма специфичны по своему количественному и качественному составу. Из катионов плазмы натрий занимает ведущее место и составляет 93% всего их количества. Среди анионов следует выделить прежде всего хлор. Сумма катионов и анионов практически одинакова, т. е. система электронейтральна.

Список литературы

1. Эндокринология и метаболизм (в 2-х томах под ред. Ф. Фелига)/Ф.У. Бродус, Ф. Фелиг — М.:Медицина. — 1985.

2. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов/Ю.А. Ершов, В. А. Попков, А. С. Берлянд и др.; Под ред. Ю. А. Ершова. — 2-е изд., испр. и доп.-М.: Высш. шк., 2000;560 с.: ил.

3. Мусил Я. /Основы биохимии патологических процессов. — М.:Москва. — 1985.

4. Калюжный В. П. Электролиты в норме и патологии и методы их исследования // Электронная библиотека/2014 г. — Режим доступа: [http://ooovera.ru/index.php/informacia/articles/304-elecrolytes1]