Водный баланс (физиология, патология, патофизиология, методы диагностики, клиническое значение). Распределение воды в здоровом и больном организме

Введение

Водный баланс - это важный регуляторный механизм , обеспечивающий постоянство внутренней среды организма. Жидкости тела в основном состоят из воды, которая, в свою очередь, содержит множество веществ. [1] Одна такая группа веществ включает электролиты, такие как натрий, калий, магний, фосфат, хлорид и другие. Другая группа включает метаболиты, такие как кислород, углекислый газ, глюкоза, мочевина и т. д. Третья важная группа веществ, содержащихся в воде нашего организма, которая включает белки, большинство из которых жизненно важны для нашего существования. Примеры белков включают факторы свертывания крови, иммуноглобулины, альбумин и различные гормоны. [1]

Физиология водного баланса

Поскольку распределение жидкости в организме и веществ, содержащихся в ней, имеет решающее значение для поддержания внутриклеточных и внеклеточных функций, имеющих решающее значение для выживания, организм разработал механизмы для строгого контроля состава компартмента. Тем не менее, различные клинические патологии могут изменять состав жидкости и ее составляющих в нескольких отделах нашего тела, что может оказывать вредное воздействие на наше здоровье и часто требует интенсивных вмешательств для мониторинга и поддержания нормальных физиологических условий. [2] Эта статья будет в первую очередь охватывать физиологический состав воды в организме человека, дифференцировать различные части тела вместе с соответствующими объемами и составами, показывать, как измерять различные объемы, и углубляться в клиническую значимость, связанную с нарушениями нормального состояния и физиологические условия регуляции водного баланса в организме человека и животных.

На клеточном уровне распределение различных отделов жидкости в организме имеет первостепенное значение для поддержания здоровья, функционирования и выживания. Для человека весом 70 кг 60% от общей массы тела состоит из воды, равной 42 л. Жидкость в организме разделяется на два основных отсека: объем внутриклеточной жидкости (ICFV) и объем внеклеточной жидкости (ECFV).

Из 42 л воды, обнаруженной в организме человека, две трети воды находятся в пространстве внутриклеточной жидкости (ICF), что соответствует 28 л.

ECFV состоит из двух пространств: объем промежуточной жидкости (ISFV) и объем плазмы (PV). Одна треть общего количества воды в организме составляет ECFV, что эквивалентно 14 л. Из объема внеклеточной жидкости 75% или 10,5 л объема присутствует в интерстициальном пространстве, и 25% этой воды находится в плазме, что эквивалентно 3,5 л. [3]

Каждое пространство работает в унисон друг с другом и имеет различные функции, имеющие первостепенное значение для нормальной физиологической функции.

Внутриклеточная жидкость состоит по меньшей мере из десяти отдельных крошечных клеточных пакетов. Для простоты и для обеспечения жизнеспособности анализа внутриклеточного пространства была создана концепция объединенного внутриклеточного «компартмента», поскольку эти коллекции имеют важные объединяющие сходства, такие как местоположение, состав и поведение, что обеспечивает практическую полезность в изучение физиологии водного баланса организма. [4]

Промежуточная жидкость состоит из жидкости, которая лежит в пространстве между тканями тела и вокруг них. Хотя технически это «виртуальное» пространство, интерстициальная жидкость омывает все клетки организма и связь между внутриклеточной жидкостью и внутрисосудистым компартментом. ISF содержит питательные вещества, кислород, отходы, химические вещества и содержит небольшое количество белка. ISF также содержит лимфатическую систему, которая возвращает белок и избыток ISF в кровообращение. [5]

Плазма - это единственный отсек для жидкости, который существует как настоящий сбор жидкости в одном пространстве. Он отличается от интерстициальной жидкости более высоким содержанием белка и его функцией при транспортировке. Плазма является компонентом крови и считается «промежуточной жидкостью крови», поскольку она омывает взвешенные красные и белые клетки, которые также находятся в крови. [6]

Механизм обеспечения водного баланса в организме

Несколько принципов контролируют распределение воды между различными отсеками для жидкости. Чтобы понять различные принципы, важно понимать следующее: прием и выведение воды и электролитов строго регулируется, чтобы поддерживать постоянную общую воду тела (TBW) и общую осмолярность тела (TBO). Чтобы управлять этими двумя параметрами, вода в организме будет перераспределяться, чтобы поддерживать устойчивое состояние, чтобы осмолярность всех отсеков жидкости организма была идентична общей осмолярности тела.

Несколько различных факторов опосредуют перераспределение воды между двумя отсеками ECF: гидростатическое давление, онкотическое давление и осмотическая сила жидкости. Объединение этих двух компонентов приводит к уравнению Старлинга: Jv = Kfc [(Pc - Pi] - n (Op-Oi)]. [7] Это уравнение определяет скорость жидкости через капиллярную мембрану (Jv) и принимает разницу между гидростатическое давление капиллярной жидкости (Pc) и межклеточной жидкости (Pi), а также онкотическое давление капиллярной жидкости (Op) и межклеточной жидкости (Oi). Также учитывается осмотическая сила между двумя отсеками (п).

Кроме того, существует взаимосвязь между интерстициальной жидкостью и внутриклеточной жидкостью. Эти две среды очень тесно влияют друг на друга, так как мембрана клетки разделяет их. Как правило, питательные вещества диффундируют в клетку с отходами, выходящими в интерстициальное пространство. Ионы обычно не могут пересекать мембрану, но могут иногда пересекаться посредством активного транспорта или при определенных условиях. Вода может свободно перемещаться через мембрану и направляется осмотическим градиентом между двумя пространствами. Изменения в объеме внутриклеточной жидкости являются результатом изменения осмолярности ECF, но не реагируют на изосмотические изменения во внеклеточном объеме. [8] Тем не менее, любой поток воды в клеточную мембрану или из нее будет иметь пропорциональные изменения в ECFV. Если нарушение вызывает увеличение осмолярности ECF, то вода будет вытекать из клетки в межклеточное пространство, чтобы помочь сбалансировать осмотический градиент; однако общая осмолярность тела останется выше, чем обычно, и клетка сократится. Если нарушение должно было вызвать уменьшение осмолярности ECF, то вода переместится из ECF в ICF для достижения осмолярного равновесия; однако общая осмолярность тела останется ниже нормы, и клетка будет набухать. В-третьих, если бы изосмотическая жидкость попала во внеклеточное пространство, тогда не было бы никаких чистых изменений в ICF, и ECFV увеличится.

Диагностика нарушений водного баланса организма

Большая часть этой информации может отображаться абстрактно, особенно когда речь идет о отсеках, которые являются скорее теоретическим пространством, и поэтому крайне важно иметь способ физического измерения объемов различных отсеков. Способ измерения различных пространств заключается в использовании метода разведения индикатора. [9] Теория, лежащая в основе этого, заключается в том, что для измерения объема определенного отсека необходимо вводить в организм поддающиеся измерению вещества, которые равномерно распределены в интересующем отсеке. Используя этот метод, отдельные объемы могут быть измерены напрямую, а другие могут быть измерены путем вычитания объемов соответствующих отделений. Затем эту информацию можно определить количественно с помощью уравнения Объем (V) = Количество (введенное вещество) / Концентрация (измеренная после уравновешивания). [10] Следующие отсеки могут быть измерены следующим образом:

Общее количество воды в организме (TBW). Для измерения необходимо вводить радиоактивную титрованную воду или антипирин. Идея заключается в том, что вода равномерно распределяется между всеми различными отсеками. Таким образом, если кто-то может измерить радиоактивную воду, вам следует определить TBW.
Объем внеклеточной жидкости (ECFV). Чтобы измерить этот объем, можно ввести метку инулина, сахарозы, маннита или сульфата. Это большие молекулы, и поэтому они непроницаемы для клеточной мембраны и будут способны диффундировать только в плазму и межузельные пространства.
Объем крови. Объем эритроцитов можно измерить с помощью эритроцитов 51Cr-метки или по формуле: Расчетный объем крови = объем плазмы X 100 / [100- (0,87 X Hct%)], где 0,87 - коэффициент захвата.
Объем плазмы (PV) - можно рассчитать с использованием радиоактивного йодированного сывороточного альбумина (RISA) или красителя Evans Blue, поскольку они специфичны для плазменного пространства.
Объем внутриклеточной жидкости - не может быть измерен напрямую, но может быть рассчитан путем вычитания ECFV из TBW, так как последние две переменные измеримы.
Объем интерстициальной жидкости - не может быть измерен напрямую, но может быть рассчитан путем вычитания PV из ECFV, так как последние две переменные измеримы

Клиническое значение нарушения водного баланса

Помимо важности изучения водного баланса для нашего физиологического понимания человеческого тела, идея, лежащая в его основе, обычно встречается в патологии и представлена клинически на ежедневной основе. Различные условия приводят к дисбалансу воды в разных отделах тела; специфический дисбаланс может проявляться по-разному и может также рассматриваться по-разному. Ниже представлены пять клинических сценариев, в которых могут присутствовать изменения в водном балансе, и каждый из них будет сопровождаться анализом объема ECF, осмолярности ECF, объема ICF, а также осмолярности ICF.

Диарея

Диарея может быть вызвана множеством патогенов, но классически связана с сокращением изосмотического объема. [11] Поскольку потерянная жидкость является изосмотической, не будет никакого чистого влияния на внутриклеточную жидкость, и единственным изменением будет уменьшение объема ECF при неизменной осмолярности.

Несахарный диабет

В этом состоянии организм либо не может производить АДГ, либо почки не могут на него реагировать, что приводит к гиперосмотическому сокращению объема. В любом случае наблюдается снижение реабсорбции свободной воды из дистальных канальцев, что приводит к потере свободной воды. [12] В этом сценарии увеличивается осмолярность ECF, что приводит к притоку воды из ICF в ECF, что приводит к сокращению объема ICF. Однако этого потока воды через мембрану в отсек ECF недостаточно, чтобы компенсировать потерю свободной воды; таким образом, существует также сужение EFV. Наконец, по мере потери воды из отделения ICF осмолярность ICF будет увеличиваться. Такие же изменения можно ожидать при сильных ожогах, а также при чрезмерном потоотделении, когда также наблюдается чрезмерная потеря свободной воды.

SIADH

SIADH - наоборот, в SIADH наблюдается чрезмерная задержка свободной воды , поэтому результаты будут противоположностью тому, что наблюдается при несахарном диабете, что приведет к гипоосмотическому увеличению объема. В этом состоянии наблюдается избыточная реабсорбция свободной воды в дистальных канальцах почки, что приводит к снижению осмолярности ECF, а также к расширению ECFV. [13] Из-за уменьшения осмолярности ECF вода будет поступать в отсек ICF, что приведет к расширению ICFV, а также к снижению осмолярности внутриклеточной жидкости.

Надпочечниковая недостаточность

В этом случае наблюдается низкий уровень альдостерона, что в первую очередь приводит к снижению всасывания натрия в канальцах, что приводит к гипоосмотическому сокращению объема. [14] В этом случае происходит потеря натрия и воды, что приводит к снижению ECFV, а также к снижению осмолярности ECF. Из-за этой пониженной осмолярности вода перемещается во внутриклеточный компартмент, что приводит к расширению ICFV. Из-за уменьшенной реабсорбции растворенного вещества также снижается осмолярность ICF.

Уремия

Уремия часто встречается при почечной недостаточности. Уровень азота мочевины может увеличиться. Тем не менее, изолированное состояние повышенной мочевины не будет вызывать сдвиг в объеме любого из отделений, а также не приведет к изменению осмолярности. Причина этого заключается в том, что эти изменения сопровождаются только добавлением или вычитанием свободной воды или добавлением или вычитанием осмотически активной части, то есть части, которая не может свободно пересекать клеточную мембрану. [15] Поскольку мочевина может свободно пересекать клетку, она считается неосмотически активной и, следовательно, не будет изменять осмолярность, тем самым не приводя к какому-либо сдвигу водного баланса.

^Наверх