Изменение концентраций электролитов в условиях гипоксии Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 612.017.2

ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЭЛЕКТРОЛИТОВ В УСЛОВИЯХ ГИПОКСИИ

© З.У. Арабова, Е.В. Невзорова, Ф.А. Шукуров, А.В. Гулин

Ключевые слова: электролиты; калий; натрий; кальций; хлор; кислотно-основное равновесие крови; гипоксия. Проведенные исследования показали, что концентрация ионов натрия в условиях высокогорья значительно повышена по сравнению с показателями, полученными до восхождения в горы. Регуляторные системы организма в условиях высокогорья испытывают особую нагрузку в процессе комбинированного действия на организм экстремальных факторов, связанных с физической нагрузкой и гипоксемией. Сочетание комбинаций различных физических факторов с психическими вызывает ряд повышенных физиологических сдвигов в организме, которые проявляются и могут быть определены в крови обследуемых.

ВВЕДЕНИЕ

Недостаток энергии, обусловленный нарушениями метаболизма при гипоксии, оказывает непосредственное влияние на изменение водных секторов и электролитного баланса организма. Изменение концентраций наиболее важных электролитов (калия, натрия, кальция, хлора) в условиях гипоксии значительно осложняет клиническое состояние больных, оно также является непосредственной причиной развития или усугубления нарушений кислотно-основного равновесия крови. Так, изменения концентраций натрия и хлора, основных ионов внеклеточного пространства, обусловливают резкие нарушения водного баланса, что приводит к дегидратации или отеку органов и тканей. Содержание калия, кальция в плазме невысоко, однако их изменения способствуют развитию таких опасных осложнений как нарушение ритма сердца и возникновение психической нестабильности у человека [1].

Во всех водных секторах организма строго соблюдается закон электронейтральности, определяющий необходимое количество электролитов. Различные пространства разделены селективно проницаемыми мембранами, и транспорт электролитов осуществляется тремя способами: пассивной диффузией, облегченной диффузией и активным транспортом. Движение жидкости через мембрану определяется осмосом. Осмос определяет движение жидкости не только между водными секторами, но также между плазмой и эритроцитами. Активный транспорт электролитов - это энергозависимый процесс, а следовательно, он нарушается при недостатке энергии в условиях гипоксии. Изменение проницаемости мембран для электролитов при гипоксии приводит к их перераспределению между вне- и внутриклеточными пространствами, что обусловливает нарушения кислотно-основного равновесия крови и водно-электролитного обмена в организме [2].

Содержание натрия в организме взрослого человека составляет в среднем 50 ммоль/кг веса. Более 80 % натрия находится во внеклеточной жидкости, остальное его количество сосредоточено в костях, коже, других соединительнотканных структурах. Содержание натрия в клетках, в т. ч. в эритроцитах, незначительно.

В теле здорового человека содержится около 200 г калия, основное его количество находится в клетках, и лишь незначительная часть - около 20 % - во внеклеточной жидкости, причем организм поддерживает относительно высокий и постоянный внутриклеточный уровень калия. Это постоянство внутриклеточной концентрации калия обеспечивается его активным переносом в клетку, который уравновешивается активным компенсирующим выходом из клетки катионов натрия. Для изучения резервных возможностей организма в условиях гипоксии необходимо измерение содержания натрия и калия. Сочетанное исследование уровней электролитов в крови косвенно характеризует состояние водно-электролитного обмена [3].

Общее количество кальция в организме человека составляет около 2 % от веса тела, причем 99 % всего кальция содержится в костной ткани. Эритроциты и другие форменные элементы крови содержат относительно небольшое количество кальция. Ионы кальция участвуют в поддержании целостности и проницаемости цитоплазматических мембран, регуляции синаптической передачи, процессах нервно-мышечной проводимости, мышечного возбуждения и сокращения, обеспечения тонуса парасемпатической и центральной нервной систем, ряда гормональных механизмов, контролируют и активируют ферментативные процессы.

Содержание кальция в крови относится к числу наиболее стабильных показателей. Ненормально высокая его концентрация является повреждающей для многих ферментативных процессов, а при снижении его в крови ниже определенного уровня нарушаются функционирование нервно-мышечной системы и процессы минерализации костной ткани. Циркулирующий в крови кальций существует в трех формах - 50 % находится в ионизированном состоянии, 45 % нековалентно связано с белками, остальное количество образует комплексы с различными моно- и бивалентными низкомолекулярными анионами. Две последние фракции кальция находятся в динамическом равновесии с ионизированным кальцием, который и является физиологически активным. Две трети от общего количества ионизированной фракции находятся в электростатически связанном состоянии с молекулами воды, и лишь

3283

одна треть является истинно свободной. Таким образом, уровень общего кальция в крови определяется суммой ионизированного кальция и кальция, связанного с белками крови и различными анионами т. н. ли-гандного кальция. Связывание ионов кальция с белками крови существенно зависит от рН. Взаимодействие ионов кальция со специфическими рН-зависимыми местами на молекуле белка прекращается в области рН, равного 4,5. Степень ассоциации ионов кальция с белками существенно зависит от ионной силы. При ее увеличении взаимодействие ослабевает из-за неспецифического влияния ионной силы, т. к. ее варьирование вызывает конформационные изменения белка.

Ионы хлора наряду с ионами натрия играют важную роль в ионном балансе организма, поскольку преобладают во внеклеточной жидкости. Соотношение натрия и хлора во внеклеточной жидкости составляет 1,4:1.

На долю хлора и натрия приходится подавляющая часть ионов плазмы крови. Концентрации натрия и хлора крови, выраженные в ммоль/л, жестко связаны друг с другом и имеют практически одно и то же диагностическое значение. Концентрация хлора зависит от содержания бикарбоната, т. е. от кислотно-основного состояния. Содержание хлора в организме взрослого человека составляет в среднем 33 ммоль/кг веса. Около 70 % хлора находится во внеклеточной жидкости, остальная часть локализована в соединительной ткани, некоторое его количество находится в клетках различных органов и тканей. Хлор выделяется почти полностью в виде хлористого натрия. В выведении ионов хлора и натрия исключительное место принадлежит почкам. В процессе ультрафильтрации плазмы крови в просвет нефронов поступает жидкость, близкая по составу с внеклеточной, в которой преобладают ионы хлора и натрия, а их реабсорбция значительно превышает обратное всасывание всех остальных профильтровавшихся веществ вместе взятых [4].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В программе обследования принимали участие 26 человек в возрасте 20-26 лет, которые были перемещены на 10 суток в условия высокогорья (на высоту 3200 м). Проведено три серии исследований - до восхождения в горы (высота 680 м), в условиях высокогорья (высота 3200 м), после восхождения в горы (высота 680 м). В исследованиях дана оценка влияния условий высокогорья на кислотно-основное состояние крови. Исследования проводили на анализаторе газов Ма1 ЕЪЪо!;.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В результате проведенных исследований была зафиксирована следующая динамика показателей электролитов.

До восхождения в горы (высота 680 м) концентрация ионов натрия составила 133,9 ± 0,9 ммоль/л, в условиях высокогорья (высота 3200 м) этот показатель увеличился на 1,4 % и составил 135,7 ± 1,0 ммоль/л (р < 0,05). После восхождения в горы (высота 680 м) количество ионов натрия было равно 140,4 ± 0,8 ммоль/л и статистически отличалось на 4,2 % от показателей, полученных у испытуемых до восхождения в горы р > 0,05.

До восхождения в горы (высота 680 м) концентрация ионов калия составила 4,4 ± 1,2 ммоль/л, в условиях высокогорья (высота 3200 м) этот показатель уменьшился на 15,9 % и составил 3,7 ± 0,6 ммоль/л (р < 0,05). После восхождения в горы (высота 680 м) количество ионов калия было равно 3,9 ± 0,8 ммоль/л и статистически отличалось на 11,3 % от показателей, полученных у испытуемых до восхождения в горы р > 0,01.

До восхождения в горы (высота 680 м) концентрация ионов кальция составила 0,6 ± 0,1 ммоль/л, в условиях высокогорья (высота 3200 м) этот показатель уменьшился на 16,6 % и составил 0,5 ± 0,1 ммоль/л (р < 0,05). После восхождения в горы (высота 680 м) количество ионов калия было равно 0,6 ± 0,1 ммоль/л и статистически не отличалось от показателей, полученных у испытуемых до восхождения в горы р > 0,01.

До восхождения в горы (высота 680 м) концентрация ионов хлора составила 100,9 ± 2,7 ммоль/л, в условиях высокогорья (высота 3200 м) этот показатель уменьшился на 4,8 % и составил 96,0 ± 2,8 ммоль/л (р < 0,05). После восхождения в горы (высота 680 м) количество ионов калия было равно 97,5 ± 4,3 ммоль/л и статистически отличалось на 2,9 % от показателей, полученных у испытуемых до восхождения в горы р > 0,05.

ВЫВОДЫ

Метаболический алкалоз - любой процесс, кроме снижения рСО2, направленный на повышение рН крови и характеризующийся повышением концентрации НСО3- в плазме. Возникающая дыхательная компенсация (рСО2), препятствующая алкалемии, ограничена необходимостью избежать гипоксемии.

Исходной причиной могут быть потери ионов Н+, но почки обладают значительным потенциалом по предотвращению угрозы алкалоза путем увеличения выведения НСО3-. Поэтому должны быть также причины нарушения данного процесса. Чаще всего ими оказываются недостаток хлорида, калия и натрия и кальция. Однако проведенные исследования показали, что концентрация ионов натрия в условиях высокогорья значительно повышена по сравнению с показателями, полученными до восхождения в горы. Регуляторные системы организма в условиях высокогорья испытывают особую нагрузку в процессе комбинированного действия на организм экстремальных факторов, связанных с физической нагрузкой и гипоксемией. Сочетание комбинаций различных физических факторов с психическими вызывает ряд повышенных физиологических сдвигов в организме, которые проявляются и могут быть определены в крови обследуемых. Мине-ралокортикоиды, в частности альдостерон, участвуют в регуляции обмена электролитов и водного баланса. Альдостерон отвечает за поддержку жидкости (воды) и концентрации некоторых минералов (Ыа+, К+) в крови, внутритканевых жидкостях и внутри клеток. Работая совместно с антидиуретическим гормоном из гипофиза и реннином и ангиотенсином из почек, альдостерон поддерживает баланс жидкости и концентрацию соли. В крови и внутритканевых жидкостях натрий является

наиболее преобладающим из минералов. Внутри клеток поддерживается наибольшая концентрация калия. Эти электролиты очень важны для нормального функ-

3284

ционирования клеток, и они должны оставаться в относительно неизменной пропорции. Небольшие изменения в пропорции одного элемента к другому или их концентрации в жидкостях организма означают изменение свойств жидкости, клеточных мембран и биохимических реакций внутри клеток. Большинство физиологических реакций организма в той или иной мере зависят от концентрации электролитов. Альдостерон во время стресса является главным звеном управления водно-солевого баланса благодаря его влиянию на концентрации натрия и калия. Альдостерон повышает реабсорбцию ионов Na+ в почечных канальцах, связанную с реабсорбцией воды, путем осмоса, и концентрация ионов Na+ в крови повышается. Одновременно альдостерон способствует выделению ионов K+, концентрация ионов K+ в крови снижается.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агаджанян Н.А., Торшин В.И. Экология человека. Избранные лекции. М., 1994. 256 с.

2. Айан А.М., Хеннеси А.Д., Джапп А.Д. Анализ газов артериальной крови понятным языком. М.: Практическая медицина, 2009. 140 с.

3. Баевский Р.М. Проблема прогнозирования состояния здоровья организма в процессе его адаптации к различным воздействиям // Нервные и эндокринные механизмы стресса. Кишинев: Штиица, 1980. С. 30-б1.

4. Дементьева И.И. Исследование кислотно-основного равновесия // Клиническая лабораторная аналитика / под ред. В.В. Меньшикова. М.: Лабинформ-РАМЛД, 2000. Т. 3. С. 349-3б1.

Поступила в редакцию 11 октября 2013 г.

Аrabova Z.U., Nevzorova E.V., Shukurov F.A., Gulin A.V. CHANGING CONCENTRATIONS OF ELECTROLYTES IN HYPOXIA CHARGER

Studies have shown that the concentration of sodium ions in the conditions of high mountains is considerably improved as compared with the figures obtained prior to mountain climbing. The regulatory systems of the organism in the conditions of high mountains have a particular burden in the process of combined action on the organism of extreme factors associated with physical activity and hypoxemia. The combination of combinations of different physical factors with mental causes a series of elevated physiological changes in the body that are shown and can be defined in the blood of the examined persons.

Key words: electrolytes; potassium; sodium; calcium; chlorine; acid-base balance of blood; hypoxia.

3285