Суточный водный баланс

Минимальная суточная потребность в воде около 1,5 л. Примерно 500 мл необходимо для удаления шлаков почками, 900 мл воды уходит с испарениями. У людей, привыкших потреблять значительное количество воды, водное равновесие может существенно отклоняться от приведенного выше. Если чрезмерное потребление жидкости входит в привычку, гормональные регуляторные системы перестраиваются в соответствии с новыми потребностями. Секреция вазопрессина, препятствующего выведению жидкости, снижается, либо полностью угнетается. Со временем уменьшается образование этого гормона. Это ведет к недостаточности механизмов, регулирующих водный баланс. В результате даже после обильного питья у человека вновь возникает чувство жажды.

Дегидратация, недостаток воды в организме, возникает, если не восполняются потребности в ней. Кровь при этом становится более концентрированной, что приводит к нарушениям гемодинамики. В зависимости от выраженности обезвоживания выделяют три степени дегидратации:

· легкую (потеря до 5 % всей жидкости организма, 1 - 2 л);

· среднюю (потеря до 5- 10 % жидкости, 2 - 4 л);

· тяжелая дегидратация возникает, когда недостаточность воды достигает более 10 % водных ресурсов организма, свыше 4 л);

· дефицит воды в 20 % приводит к летальному исходу.

У новорожденных, у которых относительно высокий круговорот воды в организме, водный баланс легко нарушить. В результате может возникнуть гидропения (недостаток воды во всех тканях организма с увеличением в них электролитов и осмотического давления). Это явление служит основой «солевой лихорадки». Поэтому при переводе ребенка с молочного вскармливания нужно давать больше воды.

При избытке воды в организме возникает гипергидратация. Если почки не могут выводить достаточного количества воды, то вода равномерно распределяется в организме, в том числе увеличивается ее содержание в клетках, что приводит к увеличению их объема. Особенно чувствительны к снижению осмоляльности межклеточной жидкости нервные клетки, что объясняет развитие мышечных судорог центрального генеза после приема большого избыточного количества воды, при ее патологической задержке в организме, то есть развивается водная интоксикация.

В том случае, если выведение почками воды недостаточно при олигурии или избыточной выработке вазопрессина, потребление воды следует увеличивать очень осторожно. Попытки врача вызвать усиленный диурез путем избыточного введения жидкости в таких случаях могут быть ошибочными, так как приведут к водной интоксикации.

Характер питания влияет на потребление воды. При углеводном и углеводно-жировом питании потребности в воде уменьшаются. При белковой диете потребление воды увеличивается. При окислении 1 грамма углеводов образуется 0,6 мл воды, жиров - 1,09 мл воды, белков 0,44 мл воды. При потреблении 500 г белка (примерно 2000 ккал) в процессе метаболизма образуется примерно 220 мл воды, а для выведения шлаков требуется в этом случае 500 мл воды. Кроме того, при белковом питании потребляется соль, поэтому потребности в воде при белковой диете увеличиваются. Эти особенности усиливаются у больных с олигурией (диурез менее 400 мл/сутки) или гипостенурией (угнетение концентрирующей способности почек).

Скорость удаления почками осмотически активных веществ ограничена максимально возможной концентрацией их в моче, составляющей 1200-1500 мосмолей/л. В норме за сутки образуется и удаляется почками около 30 г (500 ммоль) мочевины, 12 г NaCl (205 ммоль). Осмотическая нагрузка, подлежащая экскреции почками, только мочевины (500 мосмолей), катионов Na (205 мосмолей) и анионов Cl (205 мосмолей) составляет в сумме 910 мосмолей. При максимальной концентрации мочи 1300 мосмолей для удаления этого количества нужно, чтобы суточный диурез был не менее 700 мл. Однако с мочой выделяются и другие осмотически активные вещества. Поэтому фактически суточный диурез должен быть еще больше. При малом потреблении белков осмотическая нагрузка почек может быть уменьшена до 200 мосмолей/сутки. Такая диета показана больным с олигурией. Полное голодание этим больным противопоказано, так как для покрытия энергозатрат распадаются собственные белки организма. Концентрационная способность почек ограничена, так в моче человека не может создаваться такая высокая концентрация NaCl, как в морской воде. Поэтому нельзя потреблять морскую воду для питья. Осмолярность морской воды примерно 900 мосмолей/л. Для выведения солей, содержащихся в 500 мл морской воды, требуется по меньшей мере 800 мл мочи.

Для характеристики водно-электролитного обмена пациентов оценивают:

1. физическое состояние (тургор тканей, влажность слизистых, мышечный тонус, ЭКГ);

2. анамнез;

3. лабораторный профиль водно-электролитного обмена, который включает измерение в сыворотке (плазме) натрия, калия, хлоридов, бикарбонатов, осмоляльности;

4. кислотно-основное состояние (рН, рСО₂, pО₂ крови);

5. концентрацию альбумина, мочевины, креатинина сыворотки;

6. содержание натрия, калия и осмотически активных веществ в моче;

7. объем и удельный вес мочи;

8. потребление и выделение воды. Проводится при мониторировании больных с нарушенным водно-электролитным обменом и при внутривенном введении жидкости.

ВОДНЫЕ ПРОСТРАНСТВА

Вода занимает примерно 60 % веса тела мужчина и около 55 % женщины. Различия связаны с относительным содержанием жировой ткани, которой больше у женщин. В безжировой массе тела у взрослого человека на долю воды приходится 73,2 % массы. Эта величина не зависит от пола, она настолько постоянна - 73,2 %, что, исходя из содержания воды, можно вычислить относительное количество жира в организме:

процент жира = содержание воды в % от массы тела / 0,732

Удельный вес организма взрослого человека коррелирует с содержанием жировой ткани. Эта ткань обладает наименьшей по сравнению с остальными тканями плотностью - 0,94 г/мл. Определив удельный вес организма (взвешиванием на воздухе и под водой), можно оценить содержание в организме жира и воды (рисунок 1 пропущен). У крайне худых людей удельный вес тела около 1,1 г/мл. При увеличении количества жира на 10 % удельный вес тела снижается на 0,02 г/мл, а доля воды от общей массы тела на 7,3 %. Но эта корреляция справедлива только у взрослых здоровых людей. У детей и больных с нарушением водного баланса содержание воды в организме можно определить лишь методом разведения индикатора.

Примерно 66 % воды находится во внутриклеточном пространстве и около 34 % во внеклеточном. Только около 8% воды организма приходится на плазму крови. В состав межклеточной жидкости входит интерстициальная жидкость, лимфа, спинномозговая, синовиальная жидкость, жидкость между серозными оболочками.

Объемы различных пространств определяют методом разведения красителя (метки). Используют в качестве индикатора антипирин,D₂О (дейтериевая вода),Т₂О (тритиевая вода). Все эти вещества равномерно распределяются между всеми пространствами в течение примерно 2 часов. В этот момент измеряют содержание индикатора в безбелковой плазме крови и по степени разведения определяют общий объем воды в организме.

Для определения объема внеклеточной жидкости используют инулин или тиоционат натрия. Инулиновый объем примерно соответствует внеклеточному объему и составляет около 20 % массы тела. Для определения объема плазмы используют крупнодисперсные индикаторы: синьку Эванса. меченые микросферы, белки плазмы. Объем плазмы составляет примерно 3,5 литра, на долю плазмы приходится примерно 4,5 % массы тела. Примерно 90 % массы плазмы приходится на воду, около 8 % на белки, 2 % на низкомолекулярные вещества. Удельный вес плазмы составляет 1,025-1,029 г/л, рН 7,35-7,45.

Объем циркулирующей плазмы (ОЦК) у пациентов определяют непрямыми методами. Основными двумя методическими приемами являются метод разведения индикатора и принцип Фика. В методе разведения индикатора известное количество индикатора вводят внутривенно и после смешивания с кровью берут пробы крови на анализ. Получают кривые разведения, обладающие специфическими характеристиками, по которым рассчитывают ОЦК. В качестве индикаторов чаще всего применяют синьку Эванса или кардиогрин, но можно пользоваться изотопами, гипотоническими или гипертоническими растворами солей или даже физиологическим раствором, температура которого отличается от температуры крови (метод терморазведения). Принцип Фика заключается в том, что поглощение кислорода легкими (VO₂), артериовенозная разница по кислороду (АВО₂) и легочный кровоток (Q_л) связаны между собой строгой зависимостью. В норме у человека легочный кровоток равен системному. Однако для этого метода требуется забрать смешанную венозную кровь из легочной артерии при помощи катетера. Можно в качестве индикатора пользоваться выведением СО_2, но этот подход хуже, так как сдвиги рН оказывают влияние на результаты.

ПЕРЕНОС ВОДЫ И РАСТВОРЕННЫХ ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ

Различные пространства организма отделены мембранами, через которые идет обмен веществ. Транспорт веществ может быть активным и пассивным. Активный транспорт является однонаправленным, для его осуществления требуется энергия АТФ. Активный транспорт работает против градиента концентрации. Пассивный транспорт идет в направлении трансмембранных градиентов. К пассивному транспорту относятся диффузия, осмос и фильтрация.

Диффузия - перенос вещества из более высокой концентрации в меньшую. Движущая сила - концентрационный градиент. Легко по градиенту концентрации через клеточную мембрану движутся мочевина и лактат.

Осмос - транспорт растворителя через полупроницаемую мембрану. Такие растворенные вещества как глюкоза, аминокислоты, Na, Ca и другие не проникают через мембрану. Движется растворитель в более концентрированный раствор. 1 молярный раствор глюкозы обладает осмотическим давлением 22,4 атмосферы. Таким же давлением обладает 0,5 М раствор NaCI, так как он полностью диссоциирован на осмотически активные катион Na и анион Сl.

Осмолярность является показателем осмотической концентрации и связана с числом растворенных частиц в растворе. Осмолярность выражается в осмолях/л. Осмоляльность выражается в осмолях/кг раствора. Осмолярность определяется степенью диссоциации или наоборот ассоциации молекул, присутствующих в данной массе раствора. Осмолярность тканевых жидкостей может быть выражена через осмотическое давление. Если раствор отделить от растворителя полупроницаемой мембраной, то растворитель будет стремиться перейти в раствор. Гидростатическое давление, которое должно уравнять давление растворителя, и будет соответствовать осмотическому давлению, определяемому осмолярностью раствора. В случае клеточной мембраны осмотическое давление зависит от концентрации частиц, которые не проходят через мембрану («эффективная» осмолярность или тоничность среды). Осмолярность плазмы около 300 мосмолей/л (таблица 2).

Осмотическое давление плазмы около 7,3 атмосферы. Онкотическое давление - часть осмотического давления, создаваемого белками как полиэлектролитами. Оно составляет примерно 20 мм водного столба или 0,5 % от осмотического давления крови. Градиент осмотического давления - важный фактор перемещения воды между внутри- и внеклеточным пространствами в организме (рис. 2 и 3 - пропущены).

Таблица 2.

Концентрация основных осмотически активных молекул в плазме

Фильтрация - перенос раствора через мембрану под влиянием гидростатического давления. Гидростатическое и гидродинамическое давление создаются работой сердца и как противовес ему периферическим сопротивлением из-за эластического сокращения тканей, соединительно-тканного каркаса сосудов, сокращения гладкомышечных клеток сосудов.

¡ вода, o Растворенные вещества: Na, Сl, глюкоза

Рис. 2 Перемещение воды при ее избытке во внеклеточном пространстве. Вода будет переходить из плазмы в клетки до тех пор, пока соотношение молекул растворенных веществ/молекул воды не станет одинаковым в плазме и внутри клетки.

¡ вода, o Растворенные вещества: Na, Сl, глюкоза

Рис. 3. Перемещение воды при избытке осмотически активных веществ во внеклеточном пространстве. Вода стремиться «растворить» осмотически активные вещества плазмы.

Баланс между гидростатическим, гидродинамическим и онкотическим давлением определяет перемещение воды между плазмой и интерстицием (рисунок 4). Перенос воды в обменных капиллярах возрастает при повышении артериального давления, расширении капилляров при переходе в вертикальное положение, увеличении объема крови из-за вливания растворов, при повышении венозного давления, при снижении онкотического давления, при повышении проницаемости стенки капилляров из-за действия кининов, гистамина, при ожогах и др. Перемещение воды в ткани уменьшается при понижении артериального давления, сужении резистивных капилляров, кровопотере, обезвоживании.

Кажется, что много факторов способствует отекам, однако отеки не так часты. Это связано с тем, что интерстициальное пространство мало растягивается и препятствует накоплению в нем воды. Дренажной системой для интерстиция является лимфатическая система, жидкость способна уходить по ней. При этом из интерстиция уходят белки, падает онкотическое давление этой жидкости, что способствует уменьшению перехода воды в ткань. Среднее содержание белка в лимфе 20 г/л. За сутки образуется примерно 2 л лимфы.

Рис.4. Баланс между гидростатическим, гидродинамическим и онкотическим давлением определяет перемещение воды между плазмой и интерстицием.

Тем не менее, при патологических состояниях может произойти быстрое перераспределение жидкости в организме. Это может случиться при перитоните, панкреатите, тромбозе воротной вены, обширных ожогах, нефротическом синдроме, кишечной непроходимости, пищевых токсикоинфекциях, травмах с размозженном тканей, а также в послеоперационном периоде. В подобных ситуациях может потребоваться компенсация секвестрированной (выключенной из кровообращения) жидкости.

ПОДДЕРЖАНИЕ ВОДНОГО ГОМЕОСТАЗА

Количество воды в организме связано прямо с количеством Na и других осмотически активных веществ. Принципы регуляции объема жидкости в организме при избытке воды представлены на рисунке 5, при недостатке воды - на рисунке 6. Избыток воды ведет к увеличению объема плазмы, почечного кровотока и скорости гломерулярной фильтрации. Уменьшение концентрации альдостерона сопровождается снижением реабсорбции Na в дистальных канальцах почек и потерей Na с мочой. Одновременно избыток воды ведет к снижению осмолярности плазмы, это через осморецепторы подавляет секрецию вазопрессина. Отсутствие вазопрессина сопровождается снижением реабсорбции воды в собирательных трубочках почек и увеличением экскреции воды. Если осмолярность внеклеточной жидкости снижается, это не влияет на центр жажды гипоталамуса. Моча имеет низкий удельный вес, не концентрируется, вода уходит из организма и осмолярность внеклеточной жидкости повышается до нормы. Таким образом, избыток воды увеличивает экскрецию как воды, так и Na, объем мочи и содержание в ней Na увеличиваются (рис. 5).

Осмоляльность межклеточной жидкости в норме поддерживается в диапазоне 282-295 ммоль/кг воды. Уменьшение воды межклеточного пространства будет сопровождаться повышением осмоляльности и перемещением воды из внутри- во внеклеточное пространство (рисунок 6). Однако даже небольшое повышение осмоляльности внеклеточной жидкости будет стимулировать центр питья гипоталамуса, что в свою очередь вызовет чувство жажды. Раздражение осморецепторов гипоталамуса приведет к освобождению в кровь вазопрессина (антидиуретического гормона). Вазопрессин способствует усилению реабсорбции в почках Na и Н₂0, задержке воды в организме и концентрированию мочи. Максимальная концентрация мочи у человека составляет около 1500 ммоль/кг.

Осморецепторы высоко чувствительны к изменениям осмоляльности, реагируют на изменение осмоляльности на 1 %, в результате меняется осмолярность мочи примерно на 100 мосм/л, что обеспечивает постоянство осмотического гомеостаза. Вазопрессин не обнаруживается в плазме при осмоляльности ниже 282 ммоль/кг, при большей осмоляльности его концентрация начинает повышаться (рис. 7).

Рис. 5. Регуляция воды и натрия при избытке воды.

Рис. 6. Физиологическая реакция организма на потерю воды.

Истощение объема воды (%)

Рис.7. Зависимость концентрации вазопрессина в плазме от объема крови и осмоляльности. Секреция вазопрессина увеличивается линейно (сплошная линия) с повышением осмоляльности плазмы, если объем крови постоянен. При небольшом уменьшении объема крови в изоосмотических условиях эффект незначителен на секрецию вазопрессина (штриховая линия), но при уменьшении объема более чем на 10 %, происходит значительное повышение вазопрессина.

Если осмоляльность внеклеточной жидкости повышается из-за присутствия таких веществ как мочевина, которая легко диффундирует через клеточную мембрану, то одновременно повышается осмоляльность внутриклеточной жидкости, при этом осморецепторы не стимулируются. Если же осмоляльность повышается за счет снижения более чем на 10 % объема крови, то происходит существенное повышение секреции вазопрессина. На секрецию вазопрессина влияют ряд факторов, основные из которых представлены в таблице 3.

Таблица 3.