Водно-солевой обмен и особенности его регуляции у детей - синдромная диагностика в педиатрии
ГЛАВА IV
ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНЫЕ НАРУШЕНИЯ
- Особенности водно-солевого обмена у детей.
- Роль электролитов в поддержании гомеостаза.
- Причины дегидратации у детей раннего возраста.
- Виды и степени дегидратации.
- Этапы развития гиповолемического шока.
ВОДНО-СОЛЕВОЙ ОБМЕН И ОСОБЕННОСТИ ЕГО РЕГУЛЯЦИИ У ДЕТЕЙ
Гомеостаз — это совокупность физико-химических констант, характеризующих внутреннюю среду организма и прежде всего постоянство обмена и качественного состава жидкостей человеческого организма.
В организме человека имеются три депо жидкости: 1) сосудистое русло с ОЦК (плазма и форменные элементы)- 2) межклеточное пространство с определенным количеством межклеточной, или интерстициальной, жидкости (к этому составу жидкости относятся также лимфа, ликвор, жидкость серозных полостей, синовиальная жидкость и др.)- 3) внутриклеточная, или интрацеллюлярная, жидкость.
Плазма крови и интерстициальная жидкость вместе образуют депо так называемой внеклеточной, или экстрацеллюлярной жидкости. Функции внеклеточной жидкости многообразны и важны. Она обеспечивает метаболизм клетки, доставляя к последней необходимые для этого элементы и унося в венозную систему продукты катаболизма- как буфер охраняет клетку от гидроионной агрессии- в определенной степени поддерживает постоянство состава плазмы и стабилизирует кровообращение. Поддержание постоянства объема и ионной структуры жидких сред организма осуществляется при участии безусловных нервно-рефлекторных и эндокринных механизмов, среди которых важное значение имеют системы регуляции осмотического давления (осморегуляция) и система регуляции объема жидкостей тела (волюморегуляция). В функциональном отношении обе системы тесно связаны между собой, представляют единое целое.
Постоянство осмотического давления плазмы крови, интерстициальной и внутриклеточной жидкостей — одно из главных условий нормальной жизнедеятельности клеток. Последние не могут существовать в среде с низким или чрезмерно высоким содержанием солей. В гипотонической среде клетки набухают и подвергаются лизису, в гипертонической сморщиваются и претерпевают значительные функциональные и морфологические изменения. Постоянное осмотическое давление вне клеток поддерживается главным образом за счет содержания в интерстициальной жидкости и плазме ионов натрия и хлора. Внутри же клеток эту функцию выполняют ионы калия и фосфора. Такую особенность распределения электролитов между клетками и внеклеточной жидкостью связывают с существованием на поверхности клеточных мембран «натриевого насоса», который с помощью энергетических сил клетки активно вытесняет натрий из последней, так как повышение его содержания в клетке может оказывать токсическое действие на внутриклеточные обменные процессы и грубо нарушать их.
Натрий является основным катионом внеклеточной жидкости. Его содержание в сыворотке крови колеблется от 137 до 145 ммоль/л и мало изменяется с возрастом ребенка. Этот показатель отражает содержание натрия во внеклеточной жидкости и определяет в значительной мере величину осмотического давления последней. Ионы натрия участвуют в регуляции кислотно-основного равновесия (КОР), так как входят в бикарбонатную и фосфатную буферные системы. Этим ионам свойственно специфически динамическое влияние на основной обмен, их перемещение лежит в основе электрохимической природы процессов возбуждения и передачи нервных импульсов. Натрий сенсибилизирует окончания симпатических нервных волокон и влияет на состояние тонуса сосудов.
Анионы хлора и катионы натрия внеклеточной жидкости определяют ее осмотическое давление. Хлор участвует в процессе поляризации мембран и находится в эквивалентных отношениях с натрием. Содержание хлора в сыворотке крови колеблется в пределах 92—107 ммоль/л. Хлор участвует в поддержании осмотического давления и КОР экстрацеллюлярной жидкости, избыток его ведет к ацидозу.
Важным катионом внеклеточной жидкости является также кальций. Содержание его в плазме — в среднем 5 ммоль/л. Одной из его функций является поддержание должного уровня нервно-мышечной возбудимости.
Роль внеклеточного калия в поддержании осмотического давления невелика в связи с небольшим его содержанием в плазме и интерстициальной жидкости (4—5,5 ммоль/л). Однако этот элемент представляет собой физиологическую константу, изменения которой при патологии могут вызывать серьезные нарушения в организме. Калий участвует в процессах нервно-мышечной возбудимости, стимулирует высвобождение ацетилхолина, активизирует парасимпатический отдел нервной системы. Ионы калия необходимы для процессов синтеза макроэргических фосфорных соединений (аденозинтрифосфат, креатинфосфат и др.) — физиологических аккумуляторов энергии, без расходования которой немыслима деятельность организма. Установлена роль калия в механизмах мышечного сокращения. Калий оказывает влияние на возбудимость сердечной мышцы, деятельность пищеварительного тракта и почек, участвует в поляризации мембран. Установлено, что синтез белка и гликогена происходит с поглощением ионов калия, недостаток которых тормозит анаболические процессы. Концентрация калия в жидкостях при ацидозе увеличивается, а при алкалозе уменьшается.
Среди электролитов внеклеточной жидкости значительную физиологическую роль играют ионы бикарбоната натрия, входящие в состав буферной системы угольной кислоты. При pH крови 7,35—7,45 соотношение концентраций угольной кислоты и бикарбоната натрия представляет собой строго постоянную величину — 1:20 (в крови содержится в
среднем 1,25 ммоль/л угольной кислоты и около 25 ммоль/л бикарбоната натрия). Возможен сдвиг этого соотношения в «кислую сторону» вследствие снижения концентрации бикарбоната натрия при потере оснований с жидким стулом или при почечной недостаточности. В этом случае развивается метаболический ацидоз. Повышение концентрации угольной кислоты при нарушениях легочной вентиляции приводит к развитию дыхательного ацидоза. Избыток бикарбоната натрия наблюдается при алкалозе. Вместе с белками плазмы бикарбонат натрия образует буферную систему. Их содержание в плазме в нормальных условиях составляет 42 ммоль/л.
Большое значение в поддержании изотонии плазмы имеют также белки. Их коллоидно-осмотическое или онкотическое давление обеспечивает удержание в плазме определенного количества воды (альбумины связывают около 7 г воды, а глобулины 2,5 г), что играет значительную роль в регуляции периферического кровообращения.
Основными внутриклеточными катионами являются ионы калия и магния. В клетке содержится 120—140 ммоль/л калия, что в 30 раз превышает его концентрацию в плазме. Ионы калия проникают в клетку в сочетании с глюкозой и фосфором. Их концентрация при ацидозе увеличивается, а при алкалозе уменьшается. Концентрация магния в клетке значительно выше, чем в плазме и интерстициальной жидкости. Ионы магния играют важную роль в ферментативных процессах — утилизации кислорода, гликолизе, выделении энергии. Они уменьшают возбудимость нервно-мышечной системы, снижают сократимость миокарда и гладкой мускулатуры, оказывают депрессивное действие на ЦНС.
Одним из основных анионов внутриклеточного пространства является фосфат. Концентрация его в клетках примерно в 40 раз выше, чем в плазме. Он связан преимущественно с белками, а именно с нуклеиновыми кислотами, участвует в обмене углеводов, энергетических процессах, минеральном обмене, обладает свойством буфера.
Жидкостные системы организма отделены друг от друга стенкой капилляра и оболочкой клетки. Стенка конечного артериального капилляра представляет собой диализирующую пористую перепонку. В физиологических условиях, при нормальной проницаемости стенки капилляров, вода и электролиты проникают под влиянием коллоидно-осмотического давления из кровеносного русла в межклеточное пространство. Коллоиды (высокомолекулярные вещества) через стенку капилляров практически не проходят. Содержание воды и солей в кровеносном русле и интерстициальном пространстве находится в постоянном равновесии. Уменьшение количества воды в кровеносном русле восполняется поступлением ее из интерстициального пространства. При увеличении количества воды в сосудистом русле выравнивание ее объемов в этих двух системах (депо) происходит благодаря оттоку жидкости в интерстициальное пространство. Повышение осмотического давления внутри клеток, обычно связанное с угнетением метаболизма, вызывает поступление воды из внеклеточного пространства. При этом могут развиться отек и набухание клеток. Потеря жидкости при диарее, легочной гипервентиляции сопровождается повышением осмотического давления внеклеточной жидкости и перемещением воды из клеток в экстрацеллюлярное пространство, что ведет к развитию внутриклеточной дегидратации, нарушающей функцию клеток, вплоть до их гибели.
Начальным звеном осморегуляции служат нервные рецепторы, способные улавливать даже незначительные колебания осмотического давления и передавать информацию в ядра гипоталамуса, которые стимулируют поступление в кровь антидиуретического гормона, регулирующего интенсивность реабсорбции воды в канальцах почек. Однако у новорожденных и детей первых месяцев жизни гипоталамо-гипофизарная система еще не созрела, а канальцевый аппарат почек весьма слабо реагирует на воздействие антидиуретического гормона, поэтому почки довольно слабо концентрируют мочу даже в условиях солевых нагрузок, т.е. в этом возрасте почки не могут экономить воду («физиологический несахарный диабет»). Способность почек концентрировать мочу развивается лишь к 8—9 мес. и созревает к 2 годам жизни ребенка. В нормальных условиях у ребенка раннего возраста, благодаря именно этой неспособности почек экономить воду, обеспечивается физиологическая ретенция солей и азотистых продуктов, необходимых для его роста. Кроме этого, значительные нагрузки жидкостью, получаемой ребенком в этом возрасте с пищей, могут компенсироваться лишь при условии экскреции разведенной мочи. В случае патологии эта слабая возможность почек экономить воду способствует развитию обезвоживания и задержке солей. Это следует всегда учитывать при введении в организм ребенка солевых растворов. Избытки солей, вызывающие у взрослых так называемый осмотический диурез, у детей раннего возраста депонируются в тканях, что ведет к возникновению отеков и даже (при значительных нагрузках) к нарушению терморегуляции («солевая лихорадка»).
Постоянство объема жидкости в организме обеспечивается системой волюморегуляции, которая также имеет нервные, почечные и эндокринные механизмы. Важнейшим компонентом этой системы является гормон коры надпочечников — альдостерон, регулирующий процессы реабсорбции натрия в почечных канальцах, которые в нормальных условиях способствуют задержке в организме эквивалентного количества воды и поддержанию изотонического состава внеклеточной жидкости. Канальцевый аппарат почек у ребенка раннего возраста слабо реагирует на альдостерон и другие минералокортикоиды, поэтому его компенсаторная реакция на развитие дегидратации и уменьшение объема жидкостей в организме для восстановления нарушенного гомеостаза оказывается недостаточной. Эти особенности нейроэндокринной и почечной регуляции обусловливают неустойчивость водно-солевого обмена.
Чем меньше возраст ребенка, тем больше общее содержание воды в его организме (более 80 % массы тела — у новорожденного по сравнению с 60 % — у взрослого). Казалось бы, такая физиологическая «гипергидратация» должна способствовать устойчивости водно-солевого равновесия, однако симптомокомплекс дегидратации часто сопровождает желудочно-кишечные заболевания именно у детей раннего возраста, а у старших детей встречается как исключение.
Эта особенность водно-солевого обмена у детей раннего возраста обусловлена следующими факторами:
- незрелостью нейрогуморальных и почечных механизмов его регуляции-
- интенсивным ростом ребенка и напряженностью процессов водно-электролитного обмена, а также наличием большого количества внеклеточной жидкости (45—50 % массы тела у новорожденного, 26% — у ребенка одного года и 15—17% — у взрослых). Внеклеточная жидкость почти не связана мукопротеинами соединительной ткани, и поэтому в определенных условиях быстро меняется ее объем, что благоприятно сказывается на обменных процессах здорового растущего организма, но при патологии ведет к значительной потере жидкости и электролитов. Этому способствует и слабо развитое у детей раннего возраста чувство жажды, зависящее от неустойчивости регуляторной функции коры головного мозга и подкорковых центров. При заболеваниях (особенно при токсикозе) ощущение жажды может быть вообще подавленным.
Значительная напряженность обмена воды и электролитов обусловливается интенсивным ростом ребенка. Потребность детского организма в воде значительно выше, чем у взрослого. Грудному ребенку на 1 кг массы тела в сутки требуется в 3—4 раза больше воды, чем взрослому (100—165 мл/кг — ребенку, 35—45 мл/кг — взрослому в сутки). Средний объем суточного мочеотделения по отношению к массе тела составляет у детей — 7 %, у взрослых — до 2 %. У детей грудного возраста ежедневно возобновляется около 50 % внеклеточной жидкости, у взрослого такое возобновление происходит лишь через 7—9 дней. Потеря воды при дыхании и испарении с поверхности кожи у детей грудного возраста составляет около 1—1,3 мл/кг массы тела в час. При высокой температуре тела и частом дыхании эта потеря может возрастать до 15—20 мл/кг/ч, и тогда ребенку угрожает обезвоживание с осмотической гипертонией плазмы. У взрослых потеря жидкости через легкие и кожные покровы составляет около 0,45 мл/кг/ч. Суточный объем неощутимых потерь воды для взрослого человека при массе тела 70 кг в нормальных условиях равен примерно 1 л, у новорожденного эти потери более значительны и достигают 50 мл/кг массы тела в сутки. Чем меньше возраст ребенка, тем больше относительная поверхность его тела и выше суточный обмен воды. У взрослого в обмене воды участвует едва 17 внеклеточной жидкости (2000 из 14 000 мл), у грудного ребенка массой 7 кг — половина ее (700 из 1400 мл). Это обусловливает значительную лабильность водного обмена у ребенка, большую опасность нарушения его при болезненных состояниях. Сосудистый объем крови у детей в среднем 85 мл/кг, у взрослых 45— 50 мл/кг. Каждые 20 мин происходит обмен воды, содержащейся в крови и интерстициальной жидкости в объеме, равном массе тела ребенка, а вся циркулирующая плазма (не считая белка) обменивается в течение 1 мин.
Большое количество жидкости выделяется в желудочно-кишечный тракт с пищеварительными соками (слюна, желудочный, панкреатический и кишечный соки). Количество этих секретов достигает 15—18 % массы тела. В физиологических условиях в кишечнике всасывается вся жидкость, а при заболеваниях желудочно- кишечного тракта в связи с нарушением процессов реабсорбции эта жидкость теряется со стулом и рвотными массами. У новорожденных и детей грудного возраста, как уже отмечалось, внеклеточная несвязанная жидкость составляет значительный процент массы тела, что обусловливает ее более быструю потерю при патологических состояниях. С этим связаны физиологическая убыль массы тела у новорожденных, колебания кривой показателей массы тела в грудном возрасте.
Клинической аксиомой является утверждение, что изменения массы тела за 24 ч связаны с колебаниями содержания в организме воды.
Быстрая потеря экстрацеллюлярной жидкости у детей раннего возраста при патологических состояниях способствует развитию синдрома дегидратации.
