Раствор осмотическое давление которого больше чем у плазмы крови называется
Раствор осмотическое давление которого больше чем у плазмы крови называется
а) Белки плазмы создают коллоидно-осмотическое давление. В отдельной статье на сайте дана основная характеристика осмотического давления. Там подчеркивалось, что только те молекулы и ионы, которые не проходят через поры полупроницаемых мембран, участвуют в создании осмотического давления. Поскольку белки являются растворенными в плазме и тканевой жидкости компонентами, которые не проходят через поры капиллярной стенки, именно они ответственны за величину осмотического давления по обе стороны стенки капилляров. Чтобы отличать осмотическое давление, которое существует по обе стороны клеточной мембраны, от осмотического давления, которое существует по обе стороны стенки капилляра, последнее стали называть коллоидно-осмотическим давлением, или онкотическим давлением.
Термин «коллоидноосмотическое давление» исторически возник из представления о том, что раствор белков является коллоидным раствором, хотя в действительности он является истинным молекулярным раствором.
б) Нормальная величина коллоидно-осмотического давления. Коллоидно-осмотическое (онкотическое) давление плазмы крови здорового человека в среднем равно 28 мм рт. ст. Из них 19 мм рт. ст. создается молекулами растворенных белков, а 9 мм рт. ст. — благодаря эффекту Доннана за счет осмотического давления натрия, калия и других катионов, связанных с белками плазмы.
в) Влияние различных белков плазмы на коллоидно-осмотическое давление. Белки плазмы представляют собой смесь, содержащую альбумины (молекулярная масса которых составляет в среднем 69000), глобулины (молекулярная масса 140000), фибриноген (молекулярная масса 400000). Таким образом, 1 г глобулина содержит только половину числа молекул, которые составляют 1 г альбумина, а 1 г фибриногена содержит всего 1/6 числа молекул, составляющих 1 г альбумина. Величина осмотического давления зависит от числа молекул, растворенных в жидкости, а не от их массы. Далее в таблице приведены как концентрации разных белков в плазме крови (г/дл), так и вклад белка каждого типа в общее коллоидно-осмотическое давление плазмы (Ркопл).
Из таблицы видно, что около 80% общего коллоидно-осмотического давления плазмы создается альбуминами, 20% — глобулинами и ничтожно малая часть — фибриногеном. Таким образом, для поддержания динамического равновесия между жидкостью в капиллярах и тканях наиболее важное значение имеют альбумины.
Коллоидно-осмотическое давление интерстициальной жидкости
Обычно размеры пор капиллярной стенки меньше, чем размеры белковых молекул, однако это справедливо не для всех пор, поэтому небольшое количество белков плазмы может проходить через стенку капилляра в интерстициальное пространство.
Общее содержание белков в 12 л интерстициальной жидкости организма немного больше, чем общее количество белков плазмы, но поскольку этот объем в 4 раза больше объема плазмы, концентрация белков интерстициальной жидкости составляет только 40% концентрации белков плазмы, т.е. примерно 3 г/дл. Легко рассчитать, что эта концентрация белков соответствует коллоидно-осмотическому (онкотическому) давлению 8 мм рт. ст.
Видео физиология состава крови
Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 2.12.2020
Физиология и нарушения водно-солевого обмена (методические материалы к практическим и семинарским занятиям)
Информация
Справочное пособие содержит информацию о физиологии водно-солевого обмена (ВСО). Также представлена информация о методах клинической и лабораторной диагностики нарушений ВСО. Перечислены варианты дисгидрий и методы лечения. Предназначается для врачей всех специальностей, курсантов ФПК и студентов медвузов.
Вода организма
Электролитный состав организма
Факторы, влияющие на перемещение внеклеточной воды в организме
Как уже упоминалось выше, вода является транспортной средой, переносящей питательные вещества и кислород к клеткам и уносящей продукты метаболизма от клеток через интерстициальное пространство в кровоток. Возникает вопрос – каким образом вода «знает» куда и что переносить?
Физиология рассматривает три фактора, определяющих целенаправленное движение воды при транскапиллярном обмене:
2. Часть осмотического давления, создаваемую в биологических жидкостях белками, называют коллоидно-осмотическим (онкотическим) давлением (КОД).
Оно составляет примерно 0,7% осмотического давления (или осмотической концентрации), т. е. около 25 мм рт. ст. (2 мосмоль/кг), но имеет исключительно большое функциональное значение в связи с высокой гидрофильностью белков и неспособностью их свободно проходить через полупроницаемые биологические мембраны.
Механизмы поддержания внутриклеточного объема жидкости и внутриклеточного ионного состава
«Натриевый насос». Мембранная проницаемость Na+ в общем в 10-20 раз меньше, чем К+. Однако наличие градиента концентраций Na+ во вне- и внутриклеточном пространствах и отрицательный внутриклеточный заряд могли бы обеспечить силу, способную двигать Na+ в сторону клетки.
В действительности этого не происходит, поскольку такая сила оказывается сбалансированной другой, действующей в обратном направлении и называемой натриевым насосом. Энергия натриевого насоса, являющегося специфическим свойством клеточной мембраны, обеспечивается гидролизом аденозинтрифосфата (АТФ) и направлена на выталкивание Na+ из клетки [Whittman R., Wheeler К. Р., 1970].
Эта же энергия способствует движению К+ внутрь клетки. Установлено, что противоположно направленные движения К+ и Na+ осуществляются в пропорции 2:3. По мнению М. W. В. Bradbury (1973), с физиологической точки зрения для К+ этот механизм не столь существен, так как последний в норме обладает высокой способностью проникать через клеточную мембрану. Описанный механизм является основным для обеспечения постоянства концентрации клеточных и внеклеточных компонентов. Принципиально важен тот момент, что осмолярность внутриклеточной воды величина достаточно постоянная и не зависящая от осмолярности внеклеточного пространства. Это постоянство обеспечивается энергозависимым механизмом.
Нарушения метаболизма. Биохимия специализированных тканей. (Для клин.ордов КЛД)
Вода и электролиты
Растворителем, в котором работают почти все известные живые системы, служит окись водорода, или вода (H 2O). В молекуле воды атом кислорода соединен с двумя атомами водорода одинарными ковалентными связями.
Раствори́мость — способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы — растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц.
Электроотрицательность — сила, с которой атом в составе молекулы оттягивает на себя общие с другим атомом электроны, образующие ковалентную связь. Это понятие ввел Лайнус Полинг (Linus Carl Pauling). Самый электроотрицательный элемент — фтор, за ним на шкале электроотрицательности следует кислород. Иными словами, кислород превосходит по электроотрицательности все другие атомы, за исключением фтора (который в биологической химии практически не встречается). Запомним этот факт.
Электроотрицательность одинаковых атомов по определению равна. Если между двумя одинаковыми атомами есть ковалентная связь, то образующие ее электроны никуда не смещены (в рамках старинной планетарной модели атома можно сказать, что они находятся точно посредине между атомами, как на картинке). Такая ковалентная связь называется неполярной.
Если ковалентную связь образуют два разных атома, то общие электроны смещаются к тому из них, у которого выше электроотрицательность. Такая связь называется полярной. При очень большой разнице в электроотрицательности она может даже стать ионной — это случится, если один атом полностью “отберет” у другого общую пару электронов.
Связь между водородом и кислородом в молекуле воды — типичный пример ковалентной полярной связи. Электроотрицательность кислорода намного выше, поэтому общие электроны смещены к нему. В результате на кислороде возникает маленький отрицательный заряд, а на водороде маленький положительный; эти заряды принято обозначать буквой δ (“дельта”).
Связи кислорода с водородом или углеродом (H-O или C-O) — всегда полярные. Молекулы, в которых много таких связей, несут многочисленные частичные заряды, отрицательные на кислороде и положительные на водороде или углероде. В то же время связь между углеродом и водородом (C-H) считается неполярной: разница в электроотрицательности между этими элементами так мала, что смещение электронов незаметно. Например, молекулы углеводородов в силу этого полностью неполярны, они не несут никаких частичных зарядов ни на каких атомах.
При наличии полярных связей между водородом и кислородом частичные заряды на этих атомах (отрицательные на кислороде и положительные на водороде) притягиваются друг к другу, образуя водородные связи. Эти связи гораздо слабее ковалентных, но могут давать сильный эффект, если их много. Например, именно из-за колоссального количества водородных связей у воды очень высокая теплоемкость — ее трудно нагреть и трудно остудить. Строго говоря, водородная связь может образоваться не только с кислородом, но и с другими электроотрицательными атомами (например, с азотом или фтором).
Любые заряженные частицы в водном растворе гидратируются, то есть окружаются молекулами воды — конечно, по-разному ориентированными в зависимости от того, положительная это частица или отрицательная. Любые ионы, растворенные в воде, на самом деле присутствуют там в гидратированном состоянии, то есть с водной оболочкой. На картинке для примера показана растворенная поваренная соль (NaCl) — образец чисто ионного вещества.
Полярные молекулы (а тем более ионы) хорошо взаимодействуют с водой, образуя с ней водородные связи и (или) подвергаясь гидратации. Такие вещества хорошо растворяются в воде и называются гидрофильными. Неполярные молекулы взаимодействуют с водой гораздо слабее, чем друг с другом. Такие вещества плохо растворяются в воде и называются гидрофобными. Типичные гидрофобные вещества — углеводороды. Типичные гидрофильные вещества — спирты, такие как этанол или показанный на картинке глицерин. Вообще кислородсодержащие соединения углерода, как правило, гидрофильны, если только в них нет совсем уж огромных углеводородных радикалов.
Могут ли подойти для жизни другие растворители, кроме воды? Ответ — да. Например, двуокись углерода (CO 2) при более высоких давлениях, чем наше атмосферное, становится жидкостью и представляет собой хороший гидрофильный растворитель, в котором успешно идут многие биохимические реакции. В этом растворителе могут жить даже земные микроорганизмы: например, на дне Окинавского желоба в Восточно-Китайском море обнаружено целое озеро жидкой углекислоты, в котором постоянно живут довольно разнообразные бактерии (Inagaki et al., 2006).
Некоторые исследователи предполагают, что океаны жидкой двуокиси углерода могут существовать на планетах-“суперземлях” с массой, в несколько раз превосходящей массу Земли (Budisa, Schulze-Makuch, 2014). На картинке — художественное изображение планеты GJ1214b в созвездии Змееносца.
На крупнейшем спутнике Сатурна — Титане — есть углеводородные озера и даже моря, состоящие из метана (CH 4), этана (C 2H 6) и пропана (C 3H 8). Это гидрофобный растворитель, в котором тоже иногда предполагают существование жизни, хотя прямых подтверждений тому пока нет. На картине — пейзаж Титана. Жидкой воды на поверхности Титана нет, там слишком холодно.
Аммиак (NH 3) — гидрофильный растворитель, образующий много водородных связей, в данном случае между водородом и азотом, и напоминающий воду по физико-химическим свойствам. На более холодных планетах, чем Земля, аммиак находится в жидком состоянии и вполне может быть средой для жизни.
Теоретически возможно существование холодных землеподобных планет с аммиачными океанами (на картинке художественное изображение такой планеты). Есть ли там жизнь, никто не знает. Но почему бы и нет? Если насчет альтернатив углеродной жизни есть сомнения, то углеродную жизнь в неводном растворителе представить гораздо легче.
Можно придумать и другие экзотические варианты — например, океан из плавиковой кислоты (HF) на планете, описанной в фантастической повести Ивана Ефремова “Сердце Змеи”. “Люди Земли увидели лиловые волны океана из фтористого водорода, омывавшие берега черных песков, красных утесов и склонов иззубренных гор, светящихся голубым лунным сиянием…” Возвращаясь к земной биохимии, будем помнить, что она — не единственная теоретически возможная.
Медицинская биохимия, принципы измерительных технологий в биохимии, патохимия, диагностика, биохимия злокачественного роста. Часть 2.
Вода и электролиты
Растворителем, в котором работают почти все известные живые системы, служит окись водорода, или вода (H 2O). В молекуле воды атом кислорода соединен с двумя атомами водорода одинарными ковалентными связями.
Раствори́мость — способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы — растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц.
Электроотрицательность — сила, с которой атом в составе молекулы оттягивает на себя общие с другим атомом электроны, образующие ковалентную связь. Это понятие ввел Лайнус Полинг (Linus Carl Pauling). Самый электроотрицательный элемент — фтор, за ним на шкале электроотрицательности следует кислород. Иными словами, кислород превосходит по электроотрицательности все другие атомы, за исключением фтора (который в биологической химии практически не встречается). Запомним этот факт.
Электроотрицательность одинаковых атомов по определению равна. Если между двумя одинаковыми атомами есть ковалентная связь, то образующие ее электроны никуда не смещены (в рамках старинной планетарной модели атома можно сказать, что они находятся точно посредине между атомами, как на картинке). Такая ковалентная связь называется неполярной.
Если ковалентную связь образуют два разных атома, то общие электроны смещаются к тому из них, у которого выше электроотрицательность. Такая связь называется полярной. При очень большой разнице в электроотрицательности она может даже стать ионной — это случится, если один атом полностью “отберет” у другого общую пару электронов.
Связь между водородом и кислородом в молекуле воды — типичный пример ковалентной полярной связи. Электроотрицательность кислорода намного выше, поэтому общие электроны смещены к нему. В результате на кислороде возникает маленький отрицательный заряд, а на водороде маленький положительный; эти заряды принято обозначать буквой δ (“дельта”).
Связи кислорода с водородом или углеродом (H-O или C-O) — всегда полярные. Молекулы, в которых много таких связей, несут многочисленные частичные заряды, отрицательные на кислороде и положительные на водороде или углероде. В то же время связь между углеродом и водородом (C-H) считается неполярной: разница в электроотрицательности между этими элементами так мала, что смещение электронов незаметно. Например, молекулы углеводородов в силу этого полностью неполярны, они не несут никаких частичных зарядов ни на каких атомах.
При наличии полярных связей между водородом и кислородом частичные заряды на этих атомах (отрицательные на кислороде и положительные на водороде) притягиваются друг к другу, образуя водородные связи. Эти связи гораздо слабее ковалентных, но могут давать сильный эффект, если их много. Например, именно из-за колоссального количества водородных связей у воды очень высокая теплоемкость — ее трудно нагреть и трудно остудить. Строго говоря, водородная связь может образоваться не только с кислородом, но и с другими электроотрицательными атомами (например, с азотом или фтором).
Любые заряженные частицы в водном растворе гидратируются, то есть окружаются молекулами воды — конечно, по-разному ориентированными в зависимости от того, положительная это частица или отрицательная. Любые ионы, растворенные в воде, на самом деле присутствуют там в гидратированном состоянии, то есть с водной оболочкой. На картинке для примера показана растворенная поваренная соль (NaCl) — образец чисто ионного вещества.
Полярные молекулы (а тем более ионы) хорошо взаимодействуют с водой, образуя с ней водородные связи и (или) подвергаясь гидратации. Такие вещества хорошо растворяются в воде и называются гидрофильными. Неполярные молекулы взаимодействуют с водой гораздо слабее, чем друг с другом. Такие вещества плохо растворяются в воде и называются гидрофобными. Типичные гидрофобные вещества — углеводороды. Типичные гидрофильные вещества — спирты, такие как этанол или показанный на картинке глицерин. Вообще кислородсодержащие соединения углерода, как правило, гидрофильны, если только в них нет совсем уж огромных углеводородных радикалов.
Могут ли подойти для жизни другие растворители, кроме воды? Ответ — да. Например, двуокись углерода (CO 2) при более высоких давлениях, чем наше атмосферное, становится жидкостью и представляет собой хороший гидрофильный растворитель, в котором успешно идут многие биохимические реакции. В этом растворителе могут жить даже земные микроорганизмы: например, на дне Окинавского желоба в Восточно-Китайском море обнаружено целое озеро жидкой углекислоты, в котором постоянно живут довольно разнообразные бактерии (Inagaki et al., 2006).
Некоторые исследователи предполагают, что океаны жидкой двуокиси углерода могут существовать на планетах-“суперземлях” с массой, в несколько раз превосходящей массу Земли (Budisa, Schulze-Makuch, 2014). На картинке — художественное изображение планеты GJ1214b в созвездии Змееносца.
На крупнейшем спутнике Сатурна — Титане — есть углеводородные озера и даже моря, состоящие из метана (CH 4), этана (C 2H 6) и пропана (C 3H 8). Это гидрофобный растворитель, в котором тоже иногда предполагают существование жизни, хотя прямых подтверждений тому пока нет. На картине — пейзаж Титана. Жидкой воды на поверхности Титана нет, там слишком холодно.
Аммиак (NH 3) — гидрофильный растворитель, образующий много водородных связей, в данном случае между водородом и азотом, и напоминающий воду по физико-химическим свойствам. На более холодных планетах, чем Земля, аммиак находится в жидком состоянии и вполне может быть средой для жизни.
Теоретически возможно существование холодных землеподобных планет с аммиачными океанами (на картинке художественное изображение такой планеты). Есть ли там жизнь, никто не знает. Но почему бы и нет? Если насчет альтернатив углеродной жизни есть сомнения, то углеродную жизнь в неводном растворителе представить гораздо легче.
Можно придумать и другие экзотические варианты — например, океан из плавиковой кислоты (HF) на планете, описанной в фантастической повести Ивана Ефремова “Сердце Змеи”. “Люди Земли увидели лиловые волны океана из фтористого водорода, омывавшие берега черных песков, красных утесов и склонов иззубренных гор, светящихся голубым лунным сиянием…” Возвращаясь к земной биохимии, будем помнить, что она — не единственная теоретически возможная.
Вода и электролиты
| Сайт: | Образовательный портал МБФ (ВолгГМУ) |
| Курс: | Нарушения метаболизма. Биохимия специализированных тканей. (Для клин.ордов КЛД) |
| Книга: | Вода и электролиты |
Оглавление
Растворителем, в котором работают почти все известные живые системы, служит окись водорода, или вода (H 2O). В молекуле воды атом кислорода соединен с двумя атомами водорода одинарными ковалентными связями.
Раствори́мость — способность вещества образовывать с другими веществами однородные системы — растворы, в которых вещество находится в виде отдельных атомов, ионов, молекул или частиц.
Электроотрицательность — сила, с которой атом в составе молекулы оттягивает на себя общие с другим атомом электроны, образующие ковалентную связь. Это понятие ввел Лайнус Полинг (Linus Carl Pauling). Самый электроотрицательный элемент — фтор, за ним на шкале электроотрицательности следует кислород. Иными словами, кислород превосходит по электроотрицательности все другие атомы, за исключением фтора (который в биологической химии практически не встречается). Запомним этот факт.
Электроотрицательность одинаковых атомов по определению равна. Если между двумя одинаковыми атомами есть ковалентная связь, то образующие ее электроны никуда не смещены (в рамках старинной планетарной модели атома можно сказать, что они находятся точно посредине между атомами, как на картинке). Такая ковалентная связь называется неполярной.
Если ковалентную связь образуют два разных атома, то общие электроны смещаются к тому из них, у которого выше электроотрицательность. Такая связь называется полярной. При очень большой разнице в электроотрицательности она может даже стать ионной — это случится, если один атом полностью “отберет” у другого общую пару электронов.
Связь между водородом и кислородом в молекуле воды — типичный пример ковалентной полярной связи. Электроотрицательность кислорода намного выше, поэтому общие электроны смещены к нему. В результате на кислороде возникает маленький отрицательный заряд, а на водороде маленький положительный; эти заряды принято обозначать буквой δ (“дельта”).
Связи кислорода с водородом или углеродом (H-O или C-O) — всегда полярные. Молекулы, в которых много таких связей, несут многочисленные частичные заряды, отрицательные на кислороде и положительные на водороде или углероде. В то же время связь между углеродом и водородом (C-H) считается неполярной: разница в электроотрицательности между этими элементами так мала, что смещение электронов незаметно. Например, молекулы углеводородов в силу этого полностью неполярны, они не несут никаких частичных зарядов ни на каких атомах.
При наличии полярных связей между водородом и кислородом частичные заряды на этих атомах (отрицательные на кислороде и положительные на водороде) притягиваются друг к другу, образуя водородные связи. Эти связи гораздо слабее ковалентных, но могут давать сильный эффект, если их много. Например, именно из-за колоссального количества водородных связей у воды очень высокая теплоемкость — ее трудно нагреть и трудно остудить. Строго говоря, водородная связь может образоваться не только с кислородом, но и с другими электроотрицательными атомами (например, с азотом или фтором).
Любые заряженные частицы в водном растворе гидратируются, то есть окружаются молекулами воды — конечно, по-разному ориентированными в зависимости от того, положительная это частица или отрицательная. Любые ионы, растворенные в воде, на самом деле присутствуют там в гидратированном состоянии, то есть с водной оболочкой. На картинке для примера показана растворенная поваренная соль (NaCl) — образец чисто ионного вещества.
Полярные молекулы (а тем более ионы) хорошо взаимодействуют с водой, образуя с ней водородные связи и (или) подвергаясь гидратации. Такие вещества хорошо растворяются в воде и называются гидрофильными. Неполярные молекулы взаимодействуют с водой гораздо слабее, чем друг с другом. Такие вещества плохо растворяются в воде и называются гидрофобными. Типичные гидрофобные вещества — углеводороды. Типичные гидрофильные вещества — спирты, такие как этанол или показанный на картинке глицерин. Вообще кислородсодержащие соединения углерода, как правило, гидрофильны, если только в них нет совсем уж огромных углеводородных радикалов.
Могут ли подойти для жизни другие растворители, кроме воды? Ответ — да. Например, двуокись углерода (CO 2) при более высоких давлениях, чем наше атмосферное, становится жидкостью и представляет собой хороший гидрофильный растворитель, в котором успешно идут многие биохимические реакции. В этом растворителе могут жить даже земные микроорганизмы: например, на дне Окинавского желоба в Восточно-Китайском море обнаружено целое озеро жидкой углекислоты, в котором постоянно живут довольно разнообразные бактерии (Inagaki et al., 2006).
Некоторые исследователи предполагают, что океаны жидкой двуокиси углерода могут существовать на планетах-“суперземлях” с массой, в несколько раз превосходящей массу Земли (Budisa, Schulze-Makuch, 2014). На картинке — художественное изображение планеты GJ1214b в созвездии Змееносца.
На крупнейшем спутнике Сатурна — Титане — есть углеводородные озера и даже моря, состоящие из метана (CH 4), этана (C 2H 6) и пропана (C 3H 8). Это гидрофобный растворитель, в котором тоже иногда предполагают существование жизни, хотя прямых подтверждений тому пока нет. На картине — пейзаж Титана. Жидкой воды на поверхности Титана нет, там слишком холодно.
Аммиак (NH 3) — гидрофильный растворитель, образующий много водородных связей, в данном случае между водородом и азотом, и напоминающий воду по физико-химическим свойствам. На более холодных планетах, чем Земля, аммиак находится в жидком состоянии и вполне может быть средой для жизни.
Теоретически возможно существование холодных землеподобных планет с аммиачными океанами (на картинке художественное изображение такой планеты). Есть ли там жизнь, никто не знает. Но почему бы и нет? Если насчет альтернатив углеродной жизни есть сомнения, то углеродную жизнь в неводном растворителе представить гораздо легче.
Можно придумать и другие экзотические варианты — например, океан из плавиковой кислоты (HF) на планете, описанной в фантастической повести Ивана Ефремова “Сердце Змеи”. “Люди Земли увидели лиловые волны океана из фтористого водорода, омывавшие берега черных песков, красных утесов и склонов иззубренных гор, светящихся голубым лунным сиянием…” Возвращаясь к земной биохимии, будем помнить, что она — не единственная теоретически возможная.
2. Водный баланс
3. Осмотическое давление и осмоляльность
Осмолярность – сумма концентраций катионов анионов и неэлектролитов, т.е. всех кинетически активных частиц в 1л. раствора. Она выражается в миллиосмолях на литр (мосм/л). Осмоляльность – концентрация тех же частиц, растворенных в килограмме воды, выражающаяся в миллиосмолях на килограмм (мосм/кг).
Осмоти́ческая концентра́ция — суммарная концентрация всех растворённых частиц.
Может выражаться как осмолярность (осмоль на литр раствора) и как осмоляльность (осмоль на килограмм растворителя).
Осмо́ль — единица осмотической концентрации, равная осмолярности, получаемой при растворении в одном литре растворителя одного моля неэлектролита. Соответственно, раствор неэлектролита с концентрацией 1 моль/л имеет осмолярность 1 осмоль/литр.
Осмолярность электролита зависит от его концентрации, коэффициента диссоциации и числа ионов, на которые он диссоциирует:
где Φ — коэффициент диссоциации, принимает значения от 0 (для неэлектролита) до 1 (полная диссоциация), n — количество частиц, на которые диссоциирует молекула (например, для NaCl n = 2, для H2SO4 n = 3), C — молярная концентрация раствора.
Так, если NaCl при растворении диссоциирует на Na+ и Cl−, и в разбавленных растворах диссоциирует нацело (Φ = 1), то осмолярность 1-молярного раствора NaCl составит 2 осмоль/л, в концентрированных растворах Φ может быть 0,8, тогда осмолярность 1-молярного раствора составит 1,6 осмоль/л.
От осмолярности зависят депрессия точки замерзания (чем выше осмолярность, тем ниже температура замерзания раствора), повышение точки кипения (чем выше осмолярность, тем выше температура кипения) и осмотическое давление.
Осмотическое давление (обозначается π) — избыточное гидростатическое давление на раствор, отделённый от чистого растворителя полупроницаемой мембраной, при котором прекращается диффузия растворителя через мембрану (осмос). Это давление стремится уравнять концентрации обоих растворов вследствие встречной диффузии молекул растворённого вещества и растворителя.
Мера градиента осмотического давления, то есть различия водного потенциала двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной, называется тоничностью. Раствор, имеющий более высокое осмотическое давление по сравнению с другим раствором, называется гипертоническим, имеющий более низкое — гипотоническим.
Осмотическое давление может быть весьма значительным. В дереве, например, под действием осмотического давления растительный сок (вода с растворёнными в ней минеральными веществами) поднимается по ксилеме от корней до самой верхушки. Одни только капиллярные явления не способны создать достаточную подъёмную силу — например, секвойям требуется доставлять раствор на высоту до 100 метров. При этом в дереве движение концентрированного раствора, каким является растительный сок, ничем не ограничено.
Если же подобный раствор находится в замкнутом пространстве, например, в клетке крови, то осмотическое давление может привести к разрыву клеточной мембраны. Именно по этой причине лекарства, предназначенные для введения в кровь, растворяют в изотоническом растворе, содержащем столько хлорида натрия (поваренной соли), сколько нужно, чтобы уравновесить создаваемое клеточной жидкостью осмотическое давление. Если бы вводимые лекарственные препараты были изготовлены на воде или очень сильно разбавленном (гипотоническом по отношению к цитоплазме) растворе, осмотическое давление, заставляя воду проникать в клетки крови, приводило бы к их разрыву. Если же ввести в кровь слишком концентрированный раствор хлорида натрия (3—10 %, гипертонические растворы), то вода из клеток будет выходить наружу, и они сожмутся. В случае растительных клеток происходит отрыв протопласта от клеточной оболочки, что называется плазмолизом. Обратный же процесс, происходящий при помещении сжавшихся клеток в более разбавленный раствор, — соответственно, деплазмолизом.
Величина осмотического давления, создаваемая раствором, зависит от количества, а не от химической природы растворенных в нём веществ (или ионов, если молекулы вещества диссоциируют), следовательно, осмотическое давление являетсяколлигативным свойством раствора. Чем больше концентрация вещества в растворе, тем больше создаваемое им осмотическое давление. Это правило, носящее название закона осмотического давления, выражается простой формулой, очень похожей на некий закон идеального газа:
где i — изотонический коэффициент раствора; C — молярная концентрация раствора, выраженная через комбинацию основных единиц СИ, то есть, в моль/м³; R —универсальная газовая постоянная; T — термодинамическая температура раствора.
Это показывает также схожесть свойств частиц растворённого вещества в вязкой среде растворителя с частицами идеального газа в воздухе. Правомерность этой точки зрения подтверждают опыты Ж. Б. Перрена (1906): распределение частичек эмульсии смолы гуммигута в толще воды в общем подчинялось закону Больцмана.
Осмотическое давление, которое зависит от содержания в растворе белков, называется онкотическим (0,03—0,04 атм). При длительном голодании, болезни почек концентрация белков в крови уменьшается, онкотическое давление в крови снижается и возникают онкотические отёки: вода переходит из сосудов в ткани, где π ОНКбольше. При гнойных процессах π ОНК в очаге воспаления возрастает в 2—3 раза, так как увеличивается число частиц из-за разрушения белков.
В организме осмотическое давление должно быть постоянным (около 7,7 атм). Поэтому пациентам вводят изотонические растворы (растворы, осмотическое давление которых равно π плазмы ≈ 7,7 атм. (0,9 % NaCl — физиологический раствор, 5 % раствор глюкозы). Гипертонические растворы, у которых π больше, чем π плазмы, применяются в медицине для очистки ран от гноя (10 % NaCl), для удаления аллергических отёков (10 % CaCl 2, 20 % глюкоза ), в качестве слабительных лекарств ( Na 2SO 4∙10H 2O, MgSO 4∙7H 2O).
Закон осмотического давления можно использовать для расчёта молекулярной массы данного вещества (при известных дополнительных данных).
Осмоляльность отражает общее число частиц в 1 кг растворителя. Осмоляльность внеклеточной жидкости создается в основном натрием и эквимолярным количеством анионов, таким образом, она примерно равна удвоенной концентрации натрия — 280—300 мосм/кг. Вода свободно перемещается между внутри- и внеклеточным пространством; если осмоляльность внеклеточной жидкости возрастает, вода выходит из клеток, и наоборот — когда осмоляльность внеклеточной жидкости падает, вода переходит в клетки (так развивается, например, отек мозга при гипонатриемии).
3.1. Обоснование формулы Вант-Гоффа
Обоснование формулы Вант-Гоффа с термодинамических позиций
При её выведении высчитано, что <\displaystyle x_> 
— малая величина. Это позволяет разложить <\displaystyle ln(1-x_)> в ряд и далее применить соотношение <\displaystyle x_\cong <\frac Произведение <\displaystyle n_V_в разбавленных растворах практически равно объему раствора.
Осмотическое давление коллоидных растворов
Для возникновения осмотического давления должны выполнятся два условия:
Мембрана проницательна для частичек (молекул) определенного размера, поэтому она может, например, выборочно пропускать сквозь свои поры молекулы воды, не пропуская молекулы этилового спирта. Для газовой смеси — водорода и азота — роль полупроницаемой мембраны может выполнять тонкая палладиевая фольга, сквозь которую свободно диффундирует водород, тогда как азот она практически не пропускает. с помощью такой мембраны можно разделять смесь водорода и азота на отдельные компоненты.
Простыми и давно известными примерами мембран, которые проницаемы для воды и непроницаемы для многих других растворенных в воде веществ, является кожа, пергамент, и другие ткани животного и растительного происхождения.
где c=n/V — концентрация растворенного вещества, моль/м³.
Это уравнение по форме совпадает с законом Бойля-Мариотта для идеальных газов. Поэтому осмотическое давление разведенных растворов можно определить как давление, которое бы создавала то же самое количество молекул растворенного вещества, если бы оно было в виде идеального газа и занимало при данной температуре объем, равный объему раствора.
Уравнение Вант-Гоффа можно несколько преобразовать, подставляя вместо концентрации <\displaystyle c_=n_/V=m_/M_V> :
В таком виде уравнение Вант-Гоффа широко применяется для определения молярной массы растворенного вещества. Осмотический метод применяют зачастую для определения молярных масс высокомолекулярных соединений (белков, полисахаридов и других). Для этого достаточно измерить осмотическое давление раствора с известной концентрацией.
Если вещество диссоциирует в данном растворе, то осмотическое давление будет большим чем рассчитанное и нужно вводить изотонический коэффициент:
<\displaystyle \pi =icRT.>
Уравнение Вант-Гоффа справедливо только для разведенных растворов, которые подчиняются закону Рауля. При повышенных концентрациях растворов <\displaystyle c_> в последнем уравнении должно быть заменено на активность <\displaystyle a_<1>> или фугитивность <\displaystyle f_<1>.>
Роль осмоса в биологических системах
Явление осмоса и осмотическое давление играют огромное значение в биологических системах, которые содержат полупроницаемые перегородки в виде разных тканей, в том числе оболочек клеток. Постоянный осмос воды внутрь клеток создает избыточное гидростатическое давление, которое обеспечивает прочность и упругость тканей, которое называют тургором.
Если клетку, например, эритроцит, поместить в дистиллированную воду (или очень разбавленный раствор соли), то вода будет проникать внутрь клетки и клетка будет набухать. Процесс набухания может привести к разрыву оболочки эритроцита, если произойдет так называемый гемолиз.
Обратное явление наблюдается, если вместить клетку в концентрированный раствор соли: сквозь мембрану вода из клеток диффундирует в раствор соли. При этом протоплазма сбрасывает оболочку, клетка сморщивается, теряет тургор и стойкость, свойственные ей в нормальном состоянии. Это явление называется плазмолизом. При помещении плазмолизованных клеток в воду протоплазма опять набухает и в клетке восстанавливается тургор. Происходит при этом так называемый деплазмолиз: это можно наблюдать, вмещая цветы, который начинают вянуть, в воду. И только в изотоническом растворе, который имеет одинаковую концентрацию (вернее, одинаковое осмотическое давление с содержанием клетки), объем клетки остается неизменным.
Процессы усвоения еды, обмена веществ тесно связаны с разной проницаемостью тканей для воды и других растворенных в ней веществ.
Осмотическое давление отыгрывает роль механизма, который подает нутриенты клеткам; у высоких деревьев последние поднимаются на высоту нескольких десятков метров, что соответствует осмотическому давлению в несколько десятков атмосфер. Типовые клетки, сформировавшиеся с протоплазматических мешков, наполненных водными растворами разных веществ (клеточный сок), имеют определенное значение для давления, величина которого измеряется в пределах 0,4—2 МПа.
3.2. Осмоляльность плазмы
ОСМОТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ (КОНЦЕНТРАЦИЯ)
Осмотическая активность биологической жидкости определяется концентрацией осмотически активных веществ и создаётся недиссоциирующими соединениями и электролитами. Данная активность (соответствующая 1 л раствора) выражается в миллиосмолях (мосм), равных миллиэквивалентам (мэкв) одновалентных ионов (для них также справедливо соотношение мэкв/л = ммоль/л.)
Соли типа натрия хлорида полностью диссоциируют в воде, поэтому конечная осмотическая активность раствора вдвое больше концентрации каждого электролита.
Напротив, глюкоза не диссоциирует в воде, следовательно, осмотическая активность её количества, равного 1 ммоль и содержащегося в 1 л раствора, составит 1 мосм. Для выражения степени осмотической активности (концентрации) раствора используют следующие понятия.
Осмолярность — число осмолей растворённого вещества, содержащегося в 1 л раствора. Осмоляльность — число осмолей растворённого вещества, содержащегося в 1 кг растворителя.
У биологических жидкостей разница между осмоляльностью и осмолярностью незначительна, поэтому указанные термины могут иметь одинаковое смысловое значение в клинической медицине.
ОСМОЛЯЛЬНОСТЬ И ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ
Под осмотическим давлением, или эффективной осмоляльностью, подразумевают разницу осмотической активности двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной (на два отсека), через которую свободно проходят только молекулы воды (растворитель). Данная разница создаёт осмотический градиент для движения воды из раствора с низкой концентрацией в раствор с более высокой осмотической концентрацией. Вместе с тем существуют вещества, которые, будучи растворёнными, способствуют повышению осмоляльноста раствора в каждом из двух отсеков без возрастания осмотического давления. В качестве примеров таких веществ, приводящих к гиперосмоляльности растворов без повышения осмотического давления, можно привести мочевину и спирты (этанол, метанол, этиленгликоль и др.) *
ОСМОЛЯЛЬНОСТЬ ПЛАЗМЫ КРОВИ
Осмоляльность плазмы = 2 х Na + глюкоза (ммоль/л) + мочевина (ммоль/л)
= 2 х (140) + 5 + 5 = 290 мосм/кг Н2О
ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ ПЛАЗМЫ
Эффективная осмоляльность, или осмотическое давление плазмы, можно вычислить по аналогичной формуле, предварительно исключив из неё выражение, обозначающее концентрацию азота мочевины крови (вследствие способности мочевины свободно проникать сквозь клеточные мембраны и тем самым не создавать осмотического градиента между внеклеточной и внутриклеточной жидкостью).
Осмотическое давление плазмы = 2 х Na + глюкоза (ммоль/л)
= 2 х (140) + 5 = 285 мосм/кг Н2О
Разница между осмоляльностью плазмы и её осмотическим давлением у здоровых людей очень незначительна из-за малой концентрации мочевины во внеклеточной жидкости. В случае азотемии указанная разница существенно возрастает. Однако при чистых гиперосмолярных синдромах, не сопровождающихся повышенным осмотическим давлением, не происходит диффузии воды через клеточные мембраны и, следовательно, последствия таких расстройств незначительные.
Разность между измеренным и подсчитанным по формуле значением осмоляльности плазмы соответствует концентрации других осмотически активных веществ, не учтённых при вычислении (например, магний, кальций, белки и др.). Подобную разность называют осмоляльной разницей (в норме она составляет 10 мэкв/л или меньше) [4].
Повышенную осмоляльную разницу следует интерпретировать, исходя из значений вычисленной осмоляльности плазмы. Если вычисленная осмоляльность незначительна, то уменьшен объём жидкой части плазмы в результате гиперпротеинемии или гиперлипидемии. Если значение осмоляльности плазмы находится в пределах нормы, то увеличенная осмоляльная разница свидетельствует о присутствии токсинов (этанол, метанол, этиленгликоль) или других осмотически активных веществ, таких, как маннит либо трудноидентифицируемые средние молекулы, накапливающиеся при почечной недостаточности. Определение осмоляльной разницы можно использовать для дифференциации острой и хронической почечной недостаточности. При острой почечной недостаточности осмоляльная разница будет нормальной, а при хронической — повышенной [4].
3.3. Методы измерения осмолярности
В мировой практике осмоляльность биологических жидкостей измеряется с помощью высокочувствительных приборов, называемых осмометрами.
Водные растворы, какими являются биологические жидкости, характеризуются группой связанных друг с другом свойств, называемых коллигативными (коллективными). Четыре свойства из группы коллигативных свойств рассматриваются обычно вместе, а именно:
1. Понижение давления пара растворителя над раствором
2. Повышение температуры кипения раствора
где m – моляльность; Ккип – эбулиоскопическая константа.
3. Понижение температуры замерзания раствора
где m – моляльность; Кзам – криоскопическая константа.
4. Осмотическое давление
где m – моляльность; Косм – константа осмотического давления.
Как видно, эти свойства изменяются пропорционально концентрации m растворенного вещества. Причем, эти свойства не зависят от природы и химического состава растворенного вещества. Каждое из перечисленных коллигативных свойств может быть измерено (причем, измерив одно свойство, можно рассчитать другие по известным формулам) и использовано для построения приборов, называемых осмометрами, которые широко применяются в мировой клинической практике для контроля осмоляльности биологических жидкостей (кровь, моча, ликвор идр.) и водных растворов (инфузионные растворы, кровезаменители, растворы парентерального и энтерального питания и др.).
В соответствии с перечисленными свойствами на мировом рынке медицинской техники существуют:
• осмометры давления пара;
• осмометры по точке замерзания (криоскопические);
• мембранные осмометры (осмометры прямого действия).
учитывая специфический характер второго свойства, на практике осмометры по температуре кипения для биологических объектов не нашли применения.
При выборе осмометра необходимо понимать, что по некоторым характеристикам они не взаимозаменяемы. Дадим характеристику каждому.
Осмометры давления пара
Мембранные осмометры
Осмосом называется процесс, при котором происходит движение молекул растворителя из раствора с низкой концентрацией в раствор с высокой концентрацией через мембрану, проницаемую только для молекул растворителя. На этом свойстве строятся осмометры, называемые мембранными. В их конструкции могут использоваться как искусственные мембраны (например, целлофан), так и природные (например, кожа лягушки).
Приборы этого типа в России не производятся. О применении зарубежных приборов имеется скудная информация.
Осмометры по точке замерзания (криоскопические)
Осмометры, принцип действия которых основан на измерении понижения (депрессии) температуры замерзания раствора в сравнении с температурой замерзания растворителя (в нашем случае воды), нашли наибольшее распространение по причине наилучшей пригодности этой методики для лабораторной клинической диагностики нарушений водного и электролитного баланса (молекулярные массы частиц биологических жидкостей не превышают 30000 Д).
4. ТИПОВЫЕ ФОРМЫ НАРУШЕНИЯ ВОДНОГО ОБМЕНА
Дисгидрии классифицируют с учетом трёх критериев:
• Содержания жидкости в организме: выделяют гипогидратацию (обезвоживание) и гипергидратацию (гипергидрия), в том числе отёк.
• Осмоляльности внеклеточной жидкости: различают гипоосмолярную (осмоляльность плазмы менее 280 мОсм/кг), гиперосмолярную (осмоляльность плазмы крови более 300 мОсм/кг) и изоосмолярную формы дисгидрии.
• Сектора организма, в котором преимущественно нарушается водный обмен: выделяют клеточную, внеклеточную и смешанную (ассоциированную) формы дисгидрии.
5. Обезвоживание организма
Потеря 20—25 % воды является смертельной, болезненные расстройства наступают при потере 10 % от общего количества воды в организме [1]
5.1. Калорический метод определения потребности организма в жидкости
Нормальные потери жидкости в организме происходят через почки, кишечник, кожу, дыхательные пути. Наиболее применяемый метод для определения потребности организма в жидкости — калорический метод, основывающийся на линейной зависимости интенсивностью обмена веществ и потребностью в жидкости. На каждую калорию расходуемую при метаболизме ребенку требуется примерно 1 мл. воды. Интенсивность обмена веществ у детей функция площади поверхности тела. Младенцы с высокой относительно веса площадью тела имеют более высокую интенсивность обмена веществ и, следовательно, большие потребности в жидкости относительно веса тела.
Данные этой таблицы могут не соответствовать потребностям организма ребенка находящегося в критическом состоянии, при котором может потребоваться ограничение введения жидкости или, наоборот, увеличенный прием жидкости. Калорический метод не позволяет оценить повышенные потребности организма в жидкости в связи с увеличением веса, ростом, активностью, патофизиологическими состояниями (лихорадка). Калорические метод оценивает потребности организма здорового человека в нормальном состоянии. Положительный результат имеет превышение нормы жидкости устанавливаемой калорическим методом потребления здоровым человеком. В среднем, растущий младенец может потреблять 150—200 мл/кг/день молока (материнского или детская смесь) для обеспечения прибавки веса 30 г/день в течении первых нескольких месяцев жизни.
5.2. Электролиты
При внутривенном приеме жидкости в течение короткого периода (1-2 дня) относительно здоровым детям как правило не возникает необходимости во введении других электролитов (кальциевого и магниевого). Тем не менее следует учитывать, что стандартный раствор содержащий 5 % декстрозу, NaCl, хлорид калия удовлетворяет лишь минимальные потребности организма в калориях и не обеспечивают нормальную прибавку веса и разнообразие питательных веществ.
5.3. Повышенные/пониженные потребности в жидкости
Лихорадочное состояние увеличивает потребности организма в жидкости. Интенсивность обмена веществ у ребенка повышается на 12 % на каждый 1° C превышающий нормальную температуру. Другие гиперметаболические состояния, такие как тиротоксикоз, отравление салициловой кислотой ( аспирином ) могут повышать интенсивность обмена веществ на 25 %-50 %. Это повышает требования к предупреждению обезвоживания организма.
6. Виды гипогидратации
В зависимости от осмоляльности внеклеточной жидкости выделяют гипоосмолярную, гиперосмолярную и изоосмолярную разновидности гипогидратации.
7. Патофизиология
Ребенок имеет повышенный риск связанный с обезвоживанием организма. Ребенок имеет в 2-4 раза большую площадь поверхности тела относительно веса чем у взрослого человека, а, следовательно, большие потребности в жидкости. Также, вследствие этого ребенок гораздо легче подвергается обезвоживанию при пониженном потреблении жидкости или повышенном ее выведении, сопровождающими болезненные состояния. Например, распространенный у маленьких детей гастроэнтерит приводит к анорексии, рецидивирующей рвоте, частому и обильному стулу, что имеет последствием гораздо большие относительные потери жидкости чем у взрослых. Также следует учитывать несамостоятельность и зависимость ребенка, неспособность самостоятельно удовлетворять свои потребности в жидкости.
Выделяют следующие виды обезвоживания организма: изотоническое, гипотоническое, гипертоническое. При критическом обезвоживании организма употребляют следующие наименования этих видов обезвоживания соответственно: изонатриемическое, гипонатриемическое и гипернатриемическое, поскольку ионы натрия как компонент межклеточной жидкости определяет сывороточную осмоляльность. Изотоническая (изонатриемическое) обезвоживание (натриевая сыворотка 135—145 мэкв/л) наиболее распространенный вид обезвоживания, при которой происходят потери ионов натрия и калия. Натрий является основным катионом межклеточной жидкости. Его потеря происходит как во внешнюю среду, так и при переходе во внутриклеточную жидкость для балансирования потери ионов калия, поскольку потеря ионов калия из клеток не сопровождается внутриклеточными потерями анионов при тяжелом обезвоживании. Ионы натрия перешедшие во внутриклеточную жидкость возвращаются в межклеточную жидкость при регидратации. При этом потери внутриклеточной жидкости не происходит, недостаток жидкости при обезвоживании характерен прежде всего для межклеточной жидкости (хотя существует точка зрения согласно которой при обезвоживании 2/3 потери жидкости происходит из межклеточной жидкости, а 1/3 из внутриклеточной жидкости).
Гипонатриемия (натриевая сыворотка 145 мэкв/л) происходит, если потери жидкости превышают потери электролитов. Это обычно происходит в условиях, когда быстрая потеря гипотонического раствора в стуле, при рвоте и в моче, сопровождается невозможностью приема адекватного объема жидкости из-за анорексии и рвоты. Лихорадка и гипервентиляция могут усилить диспропорциональные потери жидкости. Также гипертоничное обезвоживание может быть обусловлено повышенным приемом растворенных веществ. Выделение через мочу растворенных веществ находящихся в организме сверх нормы, приводит к повышенному выделению жидкости, что приводит к обезвоживанию. Это может произойти например, если ребенок случайно потребил слишком большое количество натриевого раствора при неправильной дозировке порошка для оральной регидратации. При гипертоническом обезвоживании происходит перемещение жидкости из внутриклеточной среды в межклеточную стремясь восстановить осмотический баланс. Поэтому объем межклеточной жидкости сохраняется за счет внутриклеточной жидкости, что замедляет проявление симптомов обезвоживания. Однако потери жидкости внутри клетки приводит к внутриклеточной дегидрации, что может повлечь серьезные последствия для мозга. При быстром течении гипернатриемии происходит не только уменьшение объема мозга, но также падение давления спиномозговой жидкости из за диффузии воды из спинномозговой жидкости в кровь. При уменьшении объема мозга переходные вены (поверхностные мозговые вены впадающие в синусы твердой мозговой оболочки) в черепе могут растягиваться и даже надрываться приводя к субдуральному кровоизлиянию и другим осложнениям. Если гипертоническое состояние развивается медленнее, объем мозга может сначала незначительно уменьшиться, а потом вернуться к нормальному размеру даже при продолжающемся обезвоживании. Необходимо обеспечить сохранение объема клеток мозга при гипернатриемии. Для чего следует предотвратить потерю воды, и создать условия для возврата воды обратно в клетки и сохранение их объема. Применение осмотически активных растворов (идеогенические осмоли), таких какмиоинозитол, триметиламин, таурин и другие аминокислоты позволяют добиться этого. Регидратация пациента с гипернатриемией должна осуществляться медленно и осторожно, чтобы предупредить набухание мозга. Клиническое исследование при гипертоническом обезвоживание может показать рыхлость кожи из-за внутриклеточного обезвоживания. Однако этот признак не является строгим и не может заменять измерение натриевой сыворотки при диагностике гипернатриемии.
8. Обследование
Возможно изменение психического состояния вследствие нарушения баланса электролита (ионов натрия) сопровождающего обезвоживание. Наиболее точный способ оценки обезвоживания сравнивание текущего веса тела и веса тела предшествующего обезвоживанию. При остром обезвоживании потеря веса происходит преимущественно за счет потери телом жидкости.
8.1. Физикальное обследование
Важнейшей задачей физикального обследования является установление степени обезвоживания. Необходимо определить кровяное давление и вес тела. Также важно определить сухая или влажная слизистая оболочка рта, есть ли слезы, тургор кожи (отклонение, если при нажатии на кожу между пальцами кожа возвращается в исходное состояние дольше обычного), состояние перфузии конечностей.
Показатель времени наполнения капилляров наиболее надежный признак для оценки обезвоживания на 5 % и более. Наполнение капилляров определяется мягким нажатием до побеления на капиллярное ложе кончиков пальцев, ногтей верхних конечностей. После нажатия цвет должен вернуться в течение 2 сек. Также для определения обезвоживания на 5 % помогает выявление нарушения дыхания, особенно гипервентиляция легких, указывающая на ацидоз.
8.2. Лабораторные исследования
При умеренном обезвоживании лабораторное исследование как правило не проводится. Перед введением растворов внутривенно рекомендуется провести анализ электролитов, азота мочевины крови, креатинина. Единичное или периодические лабораторные исследования также осуществляются в процессе регидратации пациентов с шоком, тяжелым обезвоживанием, пониженным выделением мочи без улучшения после мер по восстановлению внутрисосудистого объема, с историей и клиническими признаками не соответствующими протекающим процессам изотонического обезвоживания или с диснатриемией (натриевая сыворотка или больше или меньше диапазона 135—145 мэкв/л). Обезвоживание сопровождаемое дизнатриемией (гипонатриемия или гипернатриемия) может иметь серьезные осложнения поэтому его лечение требует особого внимания. Несмотря на малую распространенность, у детей с гастроэнтеритом, особенно сопровождаемым кровянистым стулом и уменьшенным выделением мочи также не следует исключать гемолитический уремический синдром.
При тяжелых заболеваниях для того что бы более точно оценить кислотно-щелочной статус пациента необходимо измерение измерение газов артериальной крови. Нарушение кислотно-щелочного равновесия в случае умеренного обезвоживания является ацидозом с неанионным промежутком с пониженной сывороткой бикарбоната и гиперхлоремией (по причине потери бикарбоната в стуле). У пациентов с тяжелым обезвоживанием кроме того проявляютсяацидоз с анионным промежутком по причине накопления молочной кислоты или кетонов в периферической ткани из-за уменьшенной перфузиисопровождающей гиповолемию. У детей со пилоростенозом обычно наблюдается гипокалиемия, гипохлоремический метаболический алкалоз.
9. Лечение
При лечении необходимо учитывать следующее:
1) нормальные потребности в жидкости и электролитах,
2) дефицит жидкости и электролитов связанные с течением болезни,
3) продолжающиеся потери жидкости и электролитов.
Чаще всего продолжающиеся потери связаны с рвотой и диареей. Потери от диареимогут достигать 10 мл на кг на один стул, потери от рвоты — 5 мл на кг на один эпизод рвоты. Другие формы продолжающихся потерь могут быть связаны сожогами, засасыванием желудочного сока назогастральным зондом, гипервентиляцией, лихорадкой. Оценка потерь жидкости практически всегда носит приблизительный характер поэтому необходимы повторная оценка и контроль основных показателей состояния организма.
9.1. Лечение обезвоживания с дизнатриемией
При гипертоническом обезвоживании у организма предполагается относительный дефицит воды, однако потеря воды обычно сопровождается потерей ионов натрия. Объем воды который требуется пациенту для восстановления нормального уровня сыворотки ионов натрия (145 мэкв/л) вычисляется по формуле:
(вес пациента в килограммах) X (текущий уровень сыворотки натрия — 145) X 4 мл/кг
Если уровень сыворотки ионов натрия превышает 170 мэкв/л, то в данной формуле меняют показатель избыточной воды 4 мл/кг на 3 мл/кг, для того чтобы понизить уровень избыточного натрия. Избыточная вода которой по данной формуле снабжается организм пациента является лишь частью общих потребностей организма и не учитывает непрерывного процесса естественной потери организмом воды. Изменение гипертонического обезвоживания необходимо производить медленно, чтобы не допустить отека мозга, что может привести к вклинению ствола головного мозга и смерти. При гипернатриемии расчет уровня сыворотки ионов натрия часто дает решение для ввода растворов на 2 этапе лечения — 30 мэкв/л. Часто также применяют метод введения 0,45 % NaCl в 5 % декстрозе, чтобы обеспечить медленный процесс понижения сыворотки ионов натрия с последующим понижением концентрации ионов натрия в растворе 0,2 % NaCl. Периодический контроль электролитов важен для обеспечения медленного постепенного характера процесса снижения уровня ионов натрия, что бы предупредить угрозы осложнений с мозгом человека.
При гипотоническом обезвоживании кроме потерь ионов натрия характерном для изотонического обезвоживания возможны дополнительные потери. Дополнительное количество ионов натрия, кроме того количества, которое теряется при изотоническом обезвоживании, необходимое для восстановления нормального уровня сыворотки натрия (135 мэкв/л) вычисляется по следующей формуле:
(вес пациента в килограммах) X (135 — текущий уровень сыворотки натрия) X 0,6
Для большинства пациентов с гипонатриемией лечение изотоническим раствором (0.9 % NaCl) с 5 % декстрозой достаточно для восстановления уровня сыворотки. Гипертонический солевой раствор (3 % содержащий Na 513 мэкв/л) используется при симптоматической гипонатриемии (пациенты со спазмами). Гипертонический солевой раствор вводится внутривенно 3,0 мл/кг 3 % раствора в течении 15-30 мин. или до прекращения спазмов. Такой объем 3 % раствора повышает натриевую сыворотку на примерно 2,5 мэкв/л и этого достаточно для повышения уровня натриевой сыворотки при котором тяжелые признаки и симптомы улучшаются. Эта доза может быть введена повторно если не наблюдается улучшения симтомов связанных с центральной нервной системой. Остающаяся гипонатриемия исправляется более медленными мерами, чтобы рост натриевой сыворотки не превышал 12 мэкв/л за 24 часа. Более высокие темпы повышения натриевой сыворотки, особенно если гипонатриемия продолжительная, потенциально может привести к демиелинизации варолиевого моста.
Гипонатриемия может иметь другие причины, кроме потери ионов натрия: высвобождение аргинин-вазопрессина при гиповолемии или гипертоничности (осмотическая гипертония) и при других условиях связанных с задержкой в организме воды, что влечет дилюционную гипонатриемию (интоксикация водой). Также при регидратации организма и снабжении его ионами натрия, когда почки выводят относительно большой объём мочи, содержащей малое количество ионов натрия возможен быстрый и непредсказуемый рост уровня натриевой сыворотки.
9.2. Парентеральная терапия
Парентеральная терапия умеренной или тяжелой формы обезвоживания включает 2 фазы: начальная фаза (1-2 часа) и основная фаза регидратации. Цельюначальной фазы является восстановление внутрисосудистого объема и, таким образом, улучшение перфузии и ренальной (почечной) функции, реверсия тканевой гипоксии, метаболического ацидоза и повышенного аргинина-вазопрессина. Независимо от типа обезвоживания (изотоническое, гипертоническое, гипотоническое) изотонический раствор (0.9 % NaCl) 20 мл/кг/час является наиболее быстрым и эффективным средством увеличения внутрисосудистого объема в острых случаях. В шоковом или близком к шоковому состоянии терапия носит более агрессивный характер (См. Шок). Пациент в быстрой последовательности должен получить от 2 до 4 болюсов по 20 мл/кг изотонического раствора в течении 20-30 минут. После каждого болюса состояние организма оценивается и если признаки и симптомы внутрисосудистого истощения сохраняются, следующий внутривенный болюс 20 мл/кг изотонического раствора необходимо применить в течении 20-30 минут. После чего пациент направляется в больницу. Предложение мер по применению до 4 болюсов изотонического раствора для быстрого восстановления объема межклеточной жидкости это изменения в рекомендациях для терапии обезвоживания. Необходимо избегать избыточного применения растворов в отношении детей с аномалиями сердца, чтобы не спровоцировать острую сердечную недостаточность. Этот способ позволяет также понизить уровень аргинина-вазопрессина и вероятность гипонатриемии при последующем лечении даже если применяется раствор 0,45 % NaCl (0,5 изотонического раствора) вместо изотонического раствора для корректировки остающегося дефицита и обеспечения поддержки состояния. Практика введения до 4 болюсов изотонического раствора (0.9 % NaCl) сравнительно менее обоснована чем более распространенная стандартная практика регидратации одним-двумя болюсами [7] Все способы оральной регидратации основаны на гипотонических растворах содержащих ионы натрия в концентрации 45-75 мэкв/л.
Во второй фазе регидратации оставшийся дефицит жидкости и электролитов компенсируется исходя из абсолютных значений потери организмом жидкости. Регидратация осуществляется с учетом ежедневных потерей жидкости и других форм расхода жидкости (см. раздел «Повышенные/пониженные потребности в жидкости»). Следует учитывать количество жидкости введенного болюсами изотонического раствора, поскольку, уже этими болюсами может быть восстановлен необходимый организму объем жидкости. Каждый болюс 20 мл/кг изотонического раствора компенсирует 2 % обезвоживание (потеря веса 2 % см таблицу выше). Таким образом, три болюса 20 мл/кг изотонического раствора компенсируют 6 % обезвоживание и в случае умеренного обезвоживания (потеря веса около 6 %) может полностью компенсировать дефицит жидкости. Существуют различные стратегии регидратации. При одних стратегиях существует практика покрытие половины потребности организма в течении первых 8 часов и оставшиеся потребности в течении последующих 16 часов; при других стратегиях регидратация производится равномерно на протяжении всего регидратационного периода. Как правило, дефицит жидкости компенсируют в течении 24 часов. Однако из этого правила существуют исключения. Так при диснатриемии (отклоняющийся от нормы в сторону повышения или понижения уровень сыворотки ионов натрия) поскольку происходит медленное возвращение уровня натриевой сыворотки (12 мэкв за 24 часа, то есть 0,5 мэкв в час) может потребоваться продление периода регидратации от 48 до 72 часов.
Компенсация ионов натрия при обезвоживании зависит от его типа. При изотоническом обезвоживании дефицит жидкости, как правило, в полной мере компенсируют изотоническим раствором, также может использоваться солевой раствор содержащий 110 мэкв ионов натрия на литр, также врачи используют изотонический раствор 0,5 (77 мэкв ионов натрия на литр). Для более точного расчета потребности в электролитах, поскольку выделяемые жидкости могут быть подвергнуты анализу исходят из того что адекватной компенсацией диареи при выделении до 10 мл/на кг за один стул является изотонический раствор 0,5. Этот расчет соответствует большинству случаев диареи сопровождающей ротавирус и содержащей 30-40 мэкв ионов натрия на литр, а такжеэнтеротоксигенной Escherichia coli (кишечной палочки) содержащей 50-60 мэкв ионов натрия на литр; однако содержание ионов натрия в стуле при холересоставляет 90-120 мэкв ионов натрия на литр.
9.3. Калий сыворотки при обезвоживании
9.4. Оральная регидратация
Оральная регидратация — это пероральный приём приготовленных растворов с определенной пропорцией углеводов и электролитов. Оральная регидратация также эффективна как и внутривенная регидратация при лечении легкого и умеренного обезвоживания. Преимущество оральной регидратации перед внутривенной регидратацией — более дешевый неинвазивный способ, не требующий сложной технологии. В 2002 году ВОЗ и Детский фонд ООНпредложили новый раствор с пониженной осмолярностью (пропорционально пониженную концентрацию ионов натрия и глюкозы), прием которого связан с уменьшением рвоты, меньшим выходом стула, и снижением потребности во вводимых внутривенно растворах. В состав этого раствора входит углеводы — 13,5 г/л, натрий 70 мэкв/л, калий 20 мэкв/л, основа 30 ммоль/л, осмолярность 245 мосмоль/кг воды.
Детей находящихся на грудном вскармливании нет необходимости переводить на потребление регидратационных растворов, поскольку регидратация осуществляется с приемом материнского молока. В тоже время при обезвоживании может потребоваться более частые приемы молока меньшего объема за раз.
Помимо коммерческих регидратационных растворов следуя рекомендациям врача можно при знании рецепта и наличии источника чистой воды можно использовать регидратационные растворы приготовленные в домашних условиях. Раствор на основе крахмала: 4 стакана воды, 1/2 чайной ложки соли 1 стакан сухих рисовых хлопьев для детей. Раствор на основе сахара: 4 стакана воды, 1/2 чайной ложки соли, 6 чайных ложки сахара. Для улучшения вкусовых качеств в оба вида раствора можно добавить чайную ложку ароматизированного желатинового порошка. Некоторые растворы такие как фруктовые соки, куриный бульон не содержат необходимого баланса натрия и углеводов и поэтому не могут применяться для регидратации.
Расчет потребности организма в регидратационных растворах при оральной регидратации в педиатрии осуществляется следующим образом. При легком обезвоживании (потеря веса тела до 5 %, у подростков и взрослых до 3 %) для регидратации организма вводится 50 мл/кг регидратационного раствора (в течении 3-4 часов); плюс для компенсации потерь вводится 10 мл/кг за каждый диарейный стул и 5 мл/кг за каждую рвоту; младенцы должны вернуться на нормальное употребление детского питания или молока как только рвота прекратится, дети употребляющие твердую пищу должны продолжать прием привычной диеты. При умеренном обезвоживании (потеря веса тела до 10 %, у подростков и взрослых до 6 %) для регидратации организма вводится 100 мл/кг регидратационного раствора (в течении 3-4 часов); плюс для компенсации потерь вводится 10 мл/кг за каждый диарейный стул и 5 мл/кг за каждую рвоту; младенцы должны вернуться на нормальное употребление детского питания или молока как только рвота прекратится, дети употребляющие твердую пищу должны продолжать прием привычной диеты. Малые объемы раствора по 5-15 мл.вводятся шприцом или ложкой каждые 2-5 минут с тем чтобы обеспечить получение ребенком 150—300 мл за час при продолжающейся рвоте. Если обезвоживание снижается рвота уменьшается, что дает возможность увечить прием регидратационных растворов. При оральной регидратации частота и объем поноса обычно увеличивается в начальный период регидратационных мероприятий. Целью регидратации является не снижение поноса, но снижение уровня обезвоживания, что само приводит к снижению поноса. Голодание не может считаться нормальной практикой и больной должен быть возвращен к нормальному потреблению пищи как только это становится возможным.
10. НЕСАХАРНЫЙ ДИАБЕТ
Это общее название самых разнообразных расстройств (приобретённых или врождённых), характеризующихся полиурией и вторичной полидипсией. При несахарном диабете наблюдается чрезмерное выделение мочи с низкой плотностью и бедным составом (практически без солей). Механизмы возникновения несахарного диабета связаны с вазопрессином (ранее его называли антидиуретическим гормоном). Этот гормон образуется в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса и поступает в кровь из задней доли гипофиза (нейрогипофиза). Вазопрессин является основным фактором регуляции реабсорбции воды в конечной части дистальных канальцев и собирательных трубках нефрона. Гормон высвобождается при активации осмо- и натрийрецепторов (например, при повышении осмоляльности внеклеточной жидкости), его действие направлено на удержание воды в организме и ограничение роста осмоляльности. Нарушения биосинтеза (или высвобождения) вазопрессина и снижение чувствительности его специфических рецепторов способствуют развитию несахарного диабета двух типов.
11. Диагностика и лечение несахарного диабета
Центральная форма несахарного диабета вызвана отсутствием или снижением секреции вазопрессина, что обусловлено наследственным или вторичным поражением гипоталамо-гипофизарной системы. Наиболее частыми причинами несахарного диабета центрального типа у тяжелобольных, находящихся в отделениях интенсивной терапии, являются закрытая черепно-мозговая травма, аноксическая энцефалопатия и менингит [4]. Их последствием становится полиурия, наблюдаемая обычно спустя 24 ч.
Вторая форма несахарного диабета — нефрогеннная, или периферическая, возникающая в результате невосприимчивости почек к вазопрессину (его уровень в крови может быть достаточно высок). Данный тип наиболее характерен для пациентов с тяжёлыми токсическими поражениями почек, вызванными аминогликозидами, амфотерицином В, рентгеноконтрастными средствами, а также для больных с острой почечной недостаточностью (полиурическая стадия). Нарушения концентрационной способности почек при нефрогенном типе не менее опасны и тяжелы, чем при центральной форме несахарного диабета.
ДИАГНОСТИКА
При несахарном диабете выделяется разбавленная моча; плазма крови гиперосмотична (осмолярность плазмы может достигать 350 моем/л).
При несахарном диабете центрального генеза осмолярность мочи часто бывает ниже 200 моем/л, в то время как при нефрогенном типе осмолярность мочи может колебаться от 200 до 500 мосм/л [4].
Диагностика основана на наблюдении за мочевыделительной системой при ограниченном поступлении жидкости. Неспособность организма к повышению осмолярности мочи более чем на 30 мосм/л в первые часы ограничения приёма жидкости указывает на несахарный диабет (при нём потеря воды может быть значительной даже при ограничении питья). Когда диагноз уже поставлен, следует определить форму несахарного диабета (центральная или нефрогенная) с помощью внутривенного введения 5 ЕД вазопрессина. При центральном типе осмоляльность мочи внезапно возрастет по крайней мере на 50% по сравнению с контролем, а при периферическом останется без изменений.
ЛЕЧЕНИЕ НЕСАХАРНОГО ДИАБЕТА
При несахарном диабете в основном происходит потеря воды, поэтому инфузионная терапия должна быть направлена только на устранение дефицита свободной воды. Следует напомнить, что внутривенную инфузию жидкости надо проводить медленно во избежание развития отёков. Параллельно также нужно компенсировать потерю натрия. В тяжёлых случаях несахарного диабета центрального генеза необходимо назначить вазопрессин (подкожно 5-10 ЕД каждые 4-6 ч) [4]. При введении вазопрессина следует постоянно контролировать содержание натрия в сыворотке крови для профилактики водного отравления и гипонатриемии при выходе больного из состояния, вызвавшего несахарный диабет центрального типа.