Нарушение гомеостаза калия

Калий – это основной катион, имеющий особое значение в формировании потенциала покоя в нервных и мышечных клетках. Этот потенциал отражает неоднозначное перемещение ионов между внутри– и внеклеточной жидкостями. Так, внутри- и внеклеточная концентрация ионов калия соответственно равны 155 и 5 мэкв\л, что частично способствует образованию потенциала покоя. Незначительные изменения внеклеточной концентрации калия могут оказать заметное влияние на потенциал покоя и, в свою очередь, на деятельность клетки: возрастание концентрации калия вне клетки уменьшает величину потенциала покоя, что ведет к повышению возбудимости клетки. И, наоборот, уменьшение концентрации калия во внеклеточной жидкости приводит к гиперполяризации клеточной мембраны и уменьшению ее возбудимости. При возбуждении натрий проникает в клетку, а калий - выходит в соответствии с градиентом концентрации; возникает деполяризация клеточной мембраны. Восстановление состояния покоя происходит благодаря обратному перемещению электролитов и реполяризации.

Концентрация калия в крови равна примерно 5 мэкв\л (1мэкв = 39мг). В плазме и инстерстициальной жидкости он находится в ионизированной форме, частично связан с белками, глюкозой, креатинином, фосфором. Наибольшая часть калия (89-90%) находится в клетке и лишь около 2% - в межклеточной жидкости. Ежедневная потребность в калии для взрослых составляет 2-3 г, а для детей – 12 - 26 г на 1 кг веса тела. Наиболее значительное количество калия находится в эритроцитах, мышцах, сердце, печени, нервной ткани. Скорость обмена калия между клеткой и межклеточной жидкостью различна для разных органов: максимальная - в почках, легких, кишечнике и минимальная - в эритроцитах, мозге, костной ткани. Около 80-90% калия выделяется из организма через почки и кишечник и только незначительная часть - через потовые железы. Выведение калия почками осуществляется путем фильтрации, полной реабсорбции в проксимальных канальцах и активной секреции в дистальных сегментах нефрона. Активная секреция базируется на обмене между ионами калия и воророда, калия и натрия. В почках около 55% калия реабсорбируется в проксимальных канальцах и около 30% - в восходящей части петли Генле. В последней баланс калия определяется в первую очередь реабсорбцией и активной секрецией его в корковых собирательных трубочках. В собирательных трубочках секреция калия осуществляется главными клетками, в которых также происходит реабсорбция натрия (под влиянием альдостерона) и воды (под влиянием АДГ). Вставочные клетки трубочек (клетки типа А) обеспечивают реабсорбцию калия и, в тоже время, участвуют в его экскреции. Это особенно важно в случае недостатка калия в организме, когда экскреция калия снижается, а реабсорбция - возрастает. Реабсорбция калия в восходящей части петли Генле осуществляется путем активного транспорта ( с участием К,Na,2CL – котранспорта) и путем межклеточной диффузии, связанной с разницей трансканальцевых потенциалов .

Градиент концентрации, необходимый для реабсорбции калия в проксимальных канальцах (как и для реабсорбций мочевины, хлора), создается за счет реабсорбции воды. Альдостерон – главный регулятор секреции калия (в тоже время обеспечивает реабсорбцию натрия). Механизм действия альдостерона реализуется путем увеличения числа каналов для натрия в апикальной мембране (мембрана просвета канальцев) и Na,К АТФ – зависимых насосов на базолатеральной мембране, благодаря чему возрастает скорость транспорта ионов калия в клетку для дальнейшей секреции их в просвет канальцев почек. Доказано, что АДГ также влияет на секрецию калия путем открытия люминальных каналов для калия; это может оказывать существенное влияние на выделение калия с канальцевым фильтратом, способствуя, по мере необходимости, сохранению калия.

Существует зависимость между изменением рН крови и содержанием калия в плазме. Поскольку ионы калия и водорода конкурируют за обмен с натрием, скорость выделения натрия, калия и водорода в некоторых случаях изменяется обратно пропорционально по отношению друг к другу. Например, при ацидозе в сочетании с недостатком калия (содержание водорода выше, чем калия) секреция ионов водорода в дистальных участках нефрона увеличивается, а секреция калия – понижается. При увеличении реабсорбции натрия одновременно возрастает выделение почками водорода и калия и наоборот. Эти взаимосвязи очень важны в случае компенсации нарушений КЩС и водно-электролитного баланса.

Ионы калия расширяют коронарные сосуды и увеличивают коронарное кровообращение, снижают частоту сердечных сокращений. В целом ионы калия оказывают влияние, сходное парасимпатическими эффектами. Кроме этого, калий участвует в синтезе белков и ассимиляции аминокислот организмом. Общее количество калия в организме регулируется соотношением между потреблением калия с пищей и экскрецией его с мочой. Значительное количество калия может теряться при рвоте и диаррее.

Важным механизмом поддержания баланса калия в организме является функция почек. Гомеостатическое распределение калия в различных частях организма ( особенно в клеточном и внеклеточном секторах) регулируется как адреналином (воздействие на мышечные клетки), так и инсулином (способствует прохождению калия в клетку). Увеличение концентрации калия в плазме стимулирует секрецию инсулина - в этом случае включается отрицательная обратная связь; в случае же недостатка инсулина уменьшается количество калия в организме. На процесс перемещения калия в организме значительное влияние оказывает повышенная концентрация ионов водорода, в особенности во внеклеточной жидкости: увеличение содержания ионов водорода (ацидоз) приводит к перемещению ионов калия из клетки в межклеточное пространство, тогда как алкалоз способствует поступлению калия в клетку. Предполагается, что при этом происходит обмен ионов водорода и калия через цитоплазматическую мембрану.

Гиперкалиемия представляет собой увеличение концентрации калия в плазме крови свыше 5,5 мэкв\л.

Этиология и патогенез. Причины и механизмы возникновения гиперкалиемии следующие:

1) повышенный прием с пищей или избыточное парентеральное введение растворов, содержащих калий (абсолютная гиперкалиемия);

2) нарушение выделения калия из организма (почечная недостаточность, анурия, недостаточность надпочечников)

3) дисфункция клеток организма (травматический и ожоговый шок, массивное кровотечение, обширные изъязвления, гемолиз);

4) интенсивный катаболизм тканевых белков (при сахарном диабете, тяжелых гипоксиях, стрессе);

5) первичный гипоальдостеронизм или снижение уровня ренина в плазме;

6) транслокация ионов натрия и калия в различных средах организма.

Гиперкалиемия существенно изменяет деятельность возбудимых клеток, включая кардиомиоциты. Изменение трансмембранного градиента концентрации калия (путем увеличения внеклеточной его концентрации) происходит при уменьшении потенциала покоя, амплитуды потенциала действия. Подобные процессы в клетках –пейсмекерах синоатриального узла приводят к тахикардии, а впоследствии - к брадикардии. Из-за уменьшения электромеханического сопряжения и усиленного высвобождения ионов кальция из саркоплазматического ретикулума снижается сила сердечных сокращений, вплоть до остановки сердца в диастоле. На ЭКГ в случае гиперкалиемии отмечается снижение амплитуды или отсутствие рубца Р, удлиняется интервал PQ, расширяется комплекс QRS, уменьшается амплитуда зубца R, уменьшается или увеличивается сегмент ST. Также характерно увеличение зубца Т вследствие укорочения фазы реполяризации.

Гиперкалиемия может проявляться также болями в мышцах конечностей и парезами мышц, атонией кишечника.

Гипокалиемия представляет собой уменьшение концентрации калия в плазме крови ниже 3,5 мэкв\л. Поскольку внеклеточное содержание калия составляет только 20% от всей его массы, уровень плазматического калия не отражает истинного количества этого катиона в организме. Тем не менее, уменьшение калия в плазме крови вызывает тяжелые нарушения функций организма.

Этиология. Причинами гипокалиемии являются:

1) недостаточное поступление калия в организм (минимальная ежедневная потребность составляет около 2-4 гр.);

2) повышенная потеря калия через ЖКТ (при диаррее, рвоте, синдроме мальабсорбции, при аденомах кишечных желез, секретирующих калий);

3) потеря калия с мочой при различных заболеваниях почек, таких как наследственные тубулопатии (синдром Франкони), при повышенном парентеральном введении натрия, при гиперсекреции минералокортикоидов, глюкокортикоидов, при дегидратации, приеме салуретиков;

4) лечение инсулином;

5) аномальное перераспределение калия между внутри- и внеклеточной жидкостями (наследственный периодический паралич).

Патогенез гипокалиемии зависит от причин, вызвавших ее; основной механизм заключается в преобладании потери калия над поступлением или перемещении его из крови в межклеточное и внутриклеточное пространство. В патогенезе гипокалиемии особое значение имеют нарушения КЩС. Так, при негазовом алкалозе происходит перемещение калия в клетку с одновременным обменом на ионы водорода в сочетании с гипохлоремией; уменьшение сывороточного калия в свою очередь стимулирует реабсорбцию бикарбонатов, но при этом в костной ткани кальций замещается водородом и выходит в плазму, что ведет к гиперкальциемии. Лечение инсулином усиливает гликогеногенез в печени, что является результатом интенсивного использования калия гепатоцитами с последующей гипокалиемией.

При первичном и вторичном гиперальдостеронизме гипокалиемия развивается в результате повышенной экскреции калия параллельно с увеличением реабсорбции натрия (в форме бикарбонатов).

Выделение калия с мочой возрастает при использовании осмодиуретиков, а также при диабетической глюкозурии.

Проявления. Гипокалиемия сопровождается нарушением нервно-мышечной проводимости, мышечной слабостью (в особенности мышц нижних конечностей). Характерны парестезии, снижение рефлексов. При тяжелой форме гипокалиемии могут поражаться дыхательные мышцы с нарушением внешнего дыхания. Со стороны сердечно-сосудистой системы отмечается снижение системного АД, учащение случаев сердечных аритмий. На ЭКГ регистрируется удлинение интервала PQ, расширение комплекса QRS, инверсия зубца Т, снижение сегмента ST, незначительное удлинение интервала QT.

При гипокалиемии наблюдаются нарушения функций ЖКТ в виде усиления перистальтики кишечника, отсутствия аппетита, тошноты, иногда может наблюдаться клиника кишечной непроходимости. Функциональные нарушения почек выражаются в снижении способности концентрирования мочи (гипостенурия), полиурии, никтурии.

20.3. Нарушение гомеостаза кальция.

Концентрация кальция в крови, межклеточной жидкости и клетке поддерживается на строго определенном уровне, поскольку биологическое значение кальция в организме является жизненно важным. Главными функциями кальция являются:

1. роль внутриклеточного мессенджера в процессе передачи нейрогуморального влияния;

2. обеспечивает высвобождение гормонов и нервных медиаторов;

3. участвует в суммация процессов возбуждения и сокращения;

4. участие в процессе свертывания крови;

5. поддержание физиологического состояния костной ткани и зубов.

Кальций играет ключевую роль в процессе активации возбудимых клеток. Клеточная возбудимость во многом зависит от активности потенциал-зависимых натриевых каналов. Существует обратно пропорциональная зависимость между концентрацией внеклеточного кальция, активностью натриевых насосов и возбудимостью клетки: повышенная концентрация кальция во внеклеточной жидкости увеличивает градиент концентрации вне- и внутриклеточного натрия, повышает величину потенциала покоя и уменьшает возбудимость клетки. Пониженная концентрация кальция вызывает противоположные эффекты – снижает градиент концентрации натрия, снижает величину потенциала покоя и повышает возбудимость клетки. Кальций также является внутриклеточным посредником; он взаимодействует с белками (кальмодулин), протеинкиназой С, обеспечивает деятельность медленных кальциевых каналов в сердечной мышце.

Электромеханическое сопряжение возбуждения и сокращения миоцитов осуществляется путем распространения потенциала действия через мембраны поперечной системы (Т-системы) к системе продольных трубочек (саркоплазматический ретикулум, СПР) и высвобождение кальция из терминальных цистерн в гиалоплазму; кальций совместно с кальмодулином вызывает сокращение миофибрилл. Реполяризация клетки ведет к активному обратному захвату кальция СПР, уменьшению концентрации кальция в гиалоплазме; реактивируется система «тропонин-тропомиозин», которая ингибирует взаимодействие между актином и миозином и, таким образом, происходит расслабление миоцита.

Внутриклеточный ионизированный кальций активирует множество клеточных ферментов (аденилатциклаза, гуанилатциклаза, актомиозин, АТФ-аза, протеинкиназы, эндонуклеазы и др.). Физиологическим эквивалентом этих процессов служит интенсивность множество клеточных функций – секреции, митоза, моторики, сокращения, метаболических процессов. В синапсе кальций обеспечивает суммацию процессов возбуждения и высвобождение квантов медиаторов из пузырьков нервного окончания в синаптическую щель. Была доказана зависимость между увеличением проницаемости каналов для кальция и высвобождением медиатора: для высвобождения каждого кванта медиатора необходимо 4 иона кальция. Ионы магния в этом случае конкурируют с ионами кальция, замещая их на рецепторных участках пресинаптической мембраны. Инактивация или устранение ионов кальция блокирует выделение медиатора.

Как уже указывалось, важное биологическое значение кальция требует строгого регулирования его гомеостаза. Общее содержание кальция в организме составляет приблизительно 2 кг. Около 90% кальция находится в костной ткани, которая имеет коллагеново-белковую структуру с отложением в ней фосфатов, кальция и других. минералов. Данная структура получила название гидроксиапатита. Концентрация кальция в плазме крови в норме равна 5мэкв\л, или 2,5 ммоль\л (1мэкв Са+2 составляет 10 мг). В плазме кальций находится в трех основных формах: ионизированной, биологически активной для нервных клеток, мышечных и др.(около 45%), в комплексе с анионами цитрата и фосфатами (15%) и в соединении с плазматическими белками (40%). Регулирование гомеостаза кальция и поддержание его содержания в крови осуществляется посредством моделирования процессов в костной ткани (отложение или резорбция кальция), в ЖКТ (абсорбция в кровь) и почками (реабсорбция и секреция). Абсорбция кальция происходит в основном в проксимальной части тонкого кишечника в виде фосфатов моновалентных кислот и в значительной степени зависит как от присутствия жиров и жирных кислот, которые уменьшают абсорбцию кальция и витамина D, так и от присутствия в кишечнике 1,25-(ОН)2D3, который способствует этому процессу. Важную роль играет система активного транспорта кальция из просвета кишечника в кровь. Этот механизм стимулируется паратгормоном, который в свою очередь активирует витамин D. Последний стимулирует пируваткарбоксилазу, способствующую превращению пирувата в лимонную кислоту, обеспечивая тем самым слабокислую реакцию среды, оптимальную для реабсорбции Са+2. Кроме того, витамин D задерживает накопление кальция митохондриями и усиливает выход его из этих органелл.

В костной ткани постоянно происходят процессы деструкции и восстановления, которые в норме уравновешены, что осушествляется благодаря поддержанию баланса Са во внеклеточной жидкости. Этот процесс регулируется паратгормоном, секретирующимся в паращитовидной железе и кальцитонином, в основном продуцируемым С-клетками щитовидной железы. Паратгормон стимулирует процесс резорбции костной ткани путем активации остеокластов, которые посредством синтеза лизосомальных гидролаз деструктивно воздействуют на органическую матрицу кости. Потеря Са костной тканью усиливается также при недостатке эстрогенов у женщин и андрогенов у мужчин. Тиреокальцитонии проявляет кальциопектическое действие, способствуя фиксации кальция в скелете. Подобное действие оказывают паротин, секретирующийся в слюнных железах, глюкагон и гастрин.

Почки регулируют гомеостаз кальция в крови путем моделирования реабсорбции в канальцах. На уровне проксимальных канальцев из первичной мочи реабсорбируется около 60% кальция, остальное его количество – в восходящей части петли Генле, дистальных канальцах и собирательных трубочках. В целом, в норме из первичного ультрафильтрата реабсорбируется до 97-99% кальция.

Большое значение имеет и то, что на реабсорбцию кальция оказывает влияние натрий, поскольку транспорт этих катионов в проксимальных канальцах является совместным; соответственно и потребление соли с пищей может увеличить или уменьшить экскрецию кальция.

Кортизон отрицательно влияет на баланс кальция - путем ингибирования абсорбции в кишечнике и увеличения выделения почками. Соматотропин также повышает элиминацию кальция с мочой, но в тоже время усиливает абсорбцию его в кишечнике, что в итоге способствует поддержанию гомеостаза кальция. Гипертиреоидизм приводит к кальцийурии, снижению массы костей скелета и выраженной гиперкальциемии.

Одним из важных факторов, влияющих на гомеостаз кальция, является состояние КЩС: алкалоз приводит к повышению связывания катиона с белками плазмы крови (белки при этом приобретают свойства анионов), а ацидоз вызывает обратный эффект. При накоплении в крови органических кислот происходит образование растворимых солей и высвобождение кальция из костей.

Гиперкальциемия представляет собой увеличение концентрации кальция в плазме крови более 5,3 мэкв\л (или 2,5 ммоль\л). Гиперкальциемия может быть первичной и вторичной.

Первичной гиперкальциемей (идиопатической) обозначается наследственная патология, которая проявляется у детей в виде полиурии, гипостенурии, анорексии, рвоты, мышечной слабости, задержке физического развития. Прогноз для жизни неблагоприятен.

Причинами вторичной гиперкальциемии служат:

1) повышенное поступление кальция в организм (включая лекарственные препараты);

2) интенсивное разрушение (деструкция) костной ткани в случае метастазирования злокачественных опухолей (лейкозы, саркоидоз);

3) повышенная секреция паратгормона (гормоносекретирующие опухоли паращитовидных желез);

4) гипервитаминоз D;

5) гипертиреоз;

6) негазовый ацидоз;

7) повышенная продукция глюкокортикоидов (синдром Иценко-Кушинга);

8) длительный постельный режим.

Патогенез. Наиболее важные патогенетические механизмы гиперкальциемии реализуются в ходе нарушенного метаболизма этого элемента и выражаются в :

1) повышенной резорбции костной ткани;

2) усиление кишечной реабсорбции кальция;

3) снижение почечной экскреции кальция.

При гиперпаратиреозе (и гипервитаминозе D) усиливается процесс дифференцировки остеобластов в остеокласты, ингибируется обратный процесс – дифференциация остеокластов в остеобласты, снижается активность последних. Вследствие этого костная ткань теряет кальций. Развивается фиброзная остеодистрофия: кости становятся мягкими, костная ткань переходит в фиброзную. В это же время в плазме крови снижается концентрация неорганического фосфора. Усиливается всасывание кальция в кишечнике и его реабсорбция в почках. Все это приводит к образованию и осаждению солей кальция - фосфатов и карбонатов - в мочевых путях с последующим образованием конкрементов. Сходная картина наблюдается при снижении синтеза кальцитонина парафолликулярными клетками щитовидной железы. Глюкокортикоиды оказывают множественные эффекты на метаболизм кальция: вызывают вторичный гиперпаратиреоз с увеличением числа остеокластов и усилением резорбции костной ткани (с развитием остеопороза); повышают чувствительность тканей к паратгормону. Кроме того они ингибируют фосфодиэстеразу в скелетных мышцах (увеличивая таким образом уровень ц-АМФ), модулируют число рецепторов к витамину D, ингибируют всасывание кальция в кишечнике, усиливают экскрецию кальция с мочой.

Также были открыты «факторы активации остеокластов» (osteoclast activating factors, ОАФ), выделенные из культуры активированных лейкоцитов у пациентов с миеломой и лимфомой. Эти факторы представляют собой белки с малой молекулярной массой (сходные с интерлейкинами). Эти медиаторы совместно с простагландинами влияют на резорбцию кости в случае метастазов опухолей или воспалительных процессов в костях скелета. Эффект ОАФ, в отличие от паратгормона, блокируется глюкокортикоидами.

При ацидозе развивается относительная гиперкальциемия, т.к. кальций переходит из неактивной формы (связанной с белками) в ионизированную (активную) форму. Этот механизм ориентирован на компенсацию нарушений КЩС и, особенно, на связывание избытка ионов водорода белковой буферной системой крови.

Проявления. При гиперкальциемии развиваются следующие клинические синдромы:

1) гастро-интестинальный: отсутствие аппетита, тошнота, рвота, запоры, снижение веса;

2) почечный: жажда (полидипсия), полиурия, нефрокальциноз;

3) сердечно-сосудистый: повышение АД, запаздывание реполяризации желудочков, изменения интервала S – Т, уменьшение амплитуды зубца Р;

4) нейро-мышечный: миастения, парезы, параличи, миопатии;

5) в костях скелета происходит резорбция минералов с потерей костной массы.

Гипокальциемия представляет собой снижение концентрации кальция в крови менее 4,5 мэкв\л ( или 2,3 ммоль\л).

Этиология. Причины гипокальциемии:

1) повышение потребления щавелевой кислоты с продуктами;

2) гипофункция паращитовидных желез, включая псевдогипопаратиреоидизм или нефропатию Фанкони (наследственное заболевание, характеризующееся ареактивностью почечных канальцев к действию паратгормона);

3) поражение почечных канальцев (почечная недостаточность);

4) наследственно обусловленное снижение чувствительности костной ткани к паратгормону ( остеосклероз Альбертца-Шенберга);

5) повреждение или удаление паращитовидных желез;

6) гиперсекреция кальцитонина (например, при опухолях щитовидной железы);

7) алкалоз;

8) период роста и развития детей;

9) беременность.

В редких случаях гипокальциемия может развиваться при остром панкреатите и при снижении концентрации магния в крови (гипомагниемия).

Патогенез. В патогенезе гипокальциемии можно выделить следующие главные механизмы:

1) снижение интенсивности резорбции костной ткани (и соответственно повышенная фиксации кальция компонентами скелета);

2) снижение всасывания кальция в тонком кишечнике;

3) повышение экскреции кальция почками.

Нарушение абсорбции кальция и витамина D происходит при нарушении секреции желчи, поносах, дистрофических и атрофических изменениях слизистой тонкого кишечника, постгастрэктомическом синдроме, при билиарном циррозе печени. При заболеваниях печени происходит нарушение образования витамина D и переход его в активную форму. Нарушение этого процесса также наблюдается при дефиците фермента 1- альфа- гидроксмлазы в почках. Сниженная абсорбция кальция может наблюдаться и в случае избыточного потребления фосфатов с продуктами и при гиперфосфатемии. Механизм данного эффекта недостаточно изучен; предполагается, что в этом случае фосфат кальция (Са3РО4) депонируется в костях и мягких тканях.

При остром панкреатите с некрозом клеток поджелудочной железы гипокальцемия обусловлена как осаждением соединений кальция во внутренних органах, так и ингибированием секреции паратгормона.

Гипокальциемия приводит к расстройству нейро-мышечной передачи -увеличивается проницаемость клеточной мембраны для натрия, нарушается нормальный электрохимический потенциал, повышается возбудимость нервных клеток, могут наблюдаться спонтанные мышечные сокращения; облегчается также проведение возбуждения в рефлекторной дуге.

Проявления. Нарушение деятельности нервной системы способствует возникновению клонико-тонических судорог – тетания; при этом могут поражаться и внутренние органы (пилороспазм, ларингоспазм). Отмечаются нарушения функций пищевода и кишечника, рвота, спазм коронарных артерий, проявляющийся приступами стенокардии, что может вызывать остановку сердца (кардиотетания).

Судороги охватывают также мышцы лица, развивается тризм жевательных мышц («сардоническая улыбка»). В тяжелых случаях наступает смерть из-за остановки дыхания. При экспериментальном моделировании сублетальной гипокальциемии на животном наблюдается острое расширение сердца, значительные изменения активности клеточных ферментов, повышение проницаемости мембран для них, нарушение свертывания крови.

При усиленном потоке ионов кальция в клетку активируются актин и миозин, усиливается распад АТФ и высвобождение энергии, необходимой для мышечного сокращения.

Трансфузия цитратной крови способствует образованию комплексов с кальцием. Алкалоз снижает степень ионизации кальция, что также снижает концентрацию активной формы иона в плазме.

Недостаток ионов кальция в организме ведет к уменьшению секреции гипофизарных тропинов, катехоламинов мозгового вещества надпочечников и инсулина. Это может вызвать обострение инсулинозависимого диабета и состояние диабетической комы. В процессе старения организма дефицит кальция приводит к развитию катаракты, алопеции, трофических изменений кожных покровов, зубов и костей.

Алкоголь, присутствующий в крови , способствует соединению Са с транспортными белками, и, таким образом снижается содержание активного Са (ионизированного). Это ухудшает проявления гипокальциемии у больных.

Особенно опасна гипокальцеимия у детей ( при рахите) . В этих случаях наблюдается спазмофилия – периодические мышечные сокращения при повышении температуры окружающей среды и др. раздражителей. Часто выявляются бледность кожных покровов, цианоз, регистрируются экстрасистолы. В таких случаях ларингоспазм может вызвать асфиксию и смерть.

20.4. Нарушение гомеостаза магния.

По своим биологическим эффектам магний является антагонистом кальция. В норме половина от всего содержания магния в организме находится в костной ткани, 1-2% циркулирует во внеклеточной жидкости (включая плазму крови). Содержание магния в сыворотке составляет 2 мэкв\л (1 мэкв магния равен 12 мг). В отличие от кальция магний - внутриклеточный элемент: его количество во внутриклеточной жидкости составляет примерно 26 мэкв\л. В эритроцитах содержится в 2 раза больше магния, чем в плазме крови. Из всего магния плазмы в ионизированной форме находится приблизительно 55%, в комплексе с белками - 30%, в комплексе с липидами и нуклеотидами (в особенности с АТФ и АДФ)- 10-15%.

Источник магния – пища богатая белками. Всего в организма находится 20 г магния. Суточная потребность составляет около 10 мг\кг массы тела. Магний абсорбируется в дистальных сегментах тонкого кишечника, поэтому у больных, которые теряют в большом количестве кишечный сок, развивается дефицит магния. Около 60% магния выделяется с мочой, остальное его количество - с фекальными массами.

Биологическое значение магния состоит в активации многих ферментов (например, гексокиназа, фруктокиназа, фосфоглюкомутаза, щелочная фосфатаза, лейцинаминопептитаза и др.). Ионы магния участвуют в активации АТФ-азы митохондрий (Mg2+ - АТФ-аза), необходимой для осуществления гидролиза АТФ с образованием АДФ. Важную роль магний играет и в активации Na,K-АТФ-азы, которая обеспечивает функционирование мембранных насосов. Соли магния оказывают спазмолитическое и гипотензивное, антиаритмическое действие, обладают угнетающим ЦНС эффектом, потенцируют действие морфина.

Гипермагниемия представляет собой увеличение концентрации магния в крови свыше 2,0 мэкв\л (или 1,1 ммоль\л). Наблюдается обычно при почечной патологии, связанной со снижением выделения и задержкой магния в крови ( острая и хроническая почечная недостаточность), при гипотиреозе, диабетическом ацидозе. Увеличение содержания магния в крови оказывает седативный эффект (иногда наркотический), может вызвать угнетение дыхательного центра. При гипермагниемия нарушается проводимость импульсов из синоатриального узла к предсердиям и от предсердий к желудочкам, снижается активность симпатической нервной системы (этот эффект ионов магния противоположен таковому у кальция). В некоторых случаях гипермагниемия является последствием гиперпаратиреоидизма или гиперальдостеронизма со стимуляцией реабсорбции магния в почках.

Гипомагниемия - это снижение концентрации магния в крови менее 2,0мэкв\л (или 0,7 ммоль\л). Поскольку магний присутствует практически во всех пищевых продуктах, снижение поступления магния в организм или полное его отсутствие в пище не проявляется гипомагниемией. При нарушении пищеварения и всасывания жиров в кишечнике (примерно в 30% случаев) развивается гипомагниемия. Магний может образовывать нерастворимые соли (мыла) в кишечнике, которые выделяются с фекальными массами.

Необходимо упомянуть, что все пищеварительные секреты богаты магнием (желудочный сок, сок поджелудочной железы, желчь). По этой причине продолжительные поносы, связанные с потерей кишечного содержимого, приводят к гипомагниемии. При уменьшении содержания магния в организме происходит перераспределение его путем мобилизации катионов из клеток и костной ткани. Ионы магния быстро покидают внеклеточный сектор, что способствует понижению уровня магния в сыворотке крови; подобная ситуация наблюдается при лечении диабетической (кетоацидотической) комы инсулином.

В случае хирургической экстирпации паращитовидных желез (аденома или злокачественное новообразование) концентрация магния в крови, как и кальция, снижается вследствие быстрой реминерализации костей. При хроническом алкоголизме гипомагниемия определяется как потерей магния почечным и внепочечным путем, так и перераспределением его в различных секторах организма.

Повышенные потери кальция с мочой непременно приводят к увеличению экскреции магния. В этом случае кальций конкурирует с магнием за реабсорбцию в проксимальных канальцах и петле Генле; подобный механизм происходит и при злокачественных опухолях, саркоидозе, гиперпаратиреоидизме, лечением витамином D. Гипомагниемия также может возникнуть в случае длительного применения диуретиков, которые нарушают оеабсорбцию магния в петле Генле. Инфузионная терапия усиливает почечную циркуляцию, увеличивает скорость прохождения ультрафильтрата через канальцы, и, как следствие, реабсорбция магния понижается.

Проявления и последствия гипомагниемии в значительной мере определяются активностью Mg2+ - Na,K-АТФ-азы и заключаются в :

1) истощении клеточных резервов калия;

1) нарушении функции почек по сохранению калия (с развитием гипокалиемии);

2) нарушении возбудимости желудочков с повышением их чувствительности к препаратам наперстянки.

Основными клиническими симптомами гипомагниемии являются отсутствие аппетита, тошнота, рвота, нарушение функций ЦНС. Эти проявления сочетаются с симптомами гипокальциемии (тетания, изменения ЭКГ) и гипокалиемии (сердечные аритмии).

20.5. Нарушение гомеостаза фосфатов.

Гомеостатическая регуляция баланса фосфатов в организме включает несколько этапов. Нормальное содержание фосфатов в плазме крови составляет 0,94-1,44 ммоль\л. Из этого количества фосфатов около 5-10% связаны с белками, остальные 90-95% - фильтрируются через почечные клубочки. В норме около 75% из профильтровавшихся фосфатов реабсорбируются в проксимальных канальцах (путем котранспорта с натрием). Количественные вариации поступающих в организм с пищей фосфатов изменяют их почечную реабсорбцию; иными словами, пища, бедная фосфатами, способствует возрастанию их реабсорбции и наоборот.

Гомеостатическое регулирование уровня фосфатов в плазме осуществляется паратгормоном и витамином D. Паратгормон усиливает всасывание фосфатов в кишечнике и реабсорбцию их в почках. Механизм ингибирующего действия паратгормона на реабсорбцию фосфатов в проксимальных канальцах состоит в активации аденилатциклазы с образованием ц-АМФ. Витамин D стимулирует как кишечную абсорбцию фосфатов, так и реабсорбцию их в почках. Эстрогены и пролактин, путем стимулирования образования витамина D в почках, влияют на реабсорбцию фосфатов и кальция из кишечника во время беременности. Инсулин увеличивает, а глюкагон понижает почечную реабсорбцию фосфатов; кальцитонин, в свою очередь, ингибирует канальцевую реабсорбцию фосфатов и усиливает выделение их с мочой.

Гиперфосфатемия представляет собой увеличение концентрации фосфатов в плазме крови свыше 1,4 ммоль\л. Главными причинами являются :

1) повышенное поступление фосфатов с пищей;

2) увеличение всасывания их в кишечнике, например, при гипервитаминозе D;

3) деструкция костной ткани;

4) разрушение соматических клеток (например, в результате химиотерапии лимфом);

5) массивный гемолиз эритроцитов;

6) гипопаратиреодизм;

7) почечная недостаточность;

8) избыток соматотропного гормона (акромегалия);

9) ацидоз.

Патогенез. Ведущим патогенетическим механизмом является установление положительного баланса фосфатов путем повышенного их поступления в организм, недостаточного выделения или перемещения электролитов в различных секторах. Острая массивная гиперфосфатемия может возникнуть в случае внутривенного введения препаратов, содержащих соли фосфорной кислоты. При этом развивается и гипокальцемия с вторичной тетанией, вплоть до летального исхода. При ацидозе происходит выход фосфатов из клетки в плазму, что компенсируется выделением фосфатов с мочой (вследствие закисления канальцевого фильтрата).

Иногда гиперфосфатемия обнаруживается при диабетическом кетоацидозе. При хронической почечной недостаточности значительно снижается почечная экскреция кислых фосфатов (однозамещенных), особенно - при снижении скорости клубочковой фильтрации до 25 мл\мин. Задержка фосфатов в крови наблюдается и при острой почечной недостаточности (гиперфосфатемия в таких случаях может достигать уровня 2,5 ммоль\л).

Гипопаратиреоидизм значительно снижает экскрецию фосфатов с мочой из-за устранения ингибирующего эффекта паратгормона на их почечную реабсорбцию. Избыток гормона роста стимулирует абсорбцию фосфатов в кишечнике и реабсорбцию их в почках.

Проявления гиперфосфатемии. Гиперфосфатемия неизбежно сочетается с гипокальциемией, при этом возможн развитие тетании, кальцификации почек. Вторично ингибируется синтез витамина D в почках.

Гипофосфатемия обозначается как снижение уровня фосфатов в сыворотке крови менее 0,8 ммоль\л. Гипофосфатемия может развиваться при:

1) недостаточном поступлении фосфатов с пищей (мальнутриция);

2) нарушение их абсорбции в кишечнике;

3) в процессе лечения рахита витамином D;

4) гиперпаратиреоидизме;

5) лечении сахарного диабета инсулином;

6) газовом алкалозе;

7) тяжелых поносах;

8) наследственном дефекте канальцевой реабсорбции (синдром Фанкони).

Патогенез. Патогенетические механизмы гипофосфатемии представлены как отклонениями ионного баланса в целом, так и перераспределением электролитов в различных отделах организма. Так, при недостаточности витамина D в кишечнике образуются нерастворимые соединения, что снижает всасывание фосфатов. При лечении рахита витамином D уменьшение сывороточных фосфатов является результатом улучшения минерализации костей. После паратиреоидэктомии, в свою очередь, возрастает депонирование фосфатов и кальция в костях (после продолжительного периода, предшествующему гиперпаратиреоидизму). При кетоацидозе увеличивается почечная экскреция фосфатов из-за наличия в моче осмотически активных веществ (глюкоза, кетоновые тела). Кроме того, при лечении инсулином увеличивается поступление фосфатов в клетку. Все это способствует снижению уровня сывороточных фосфатов при сахарном диабете. Подобное наблюдается и при введении глюкозы. Дыхательный алкалоз, вызывая перемещение ионов бикарбоната в клетку, способствует активации фосфофруктокиназы, увеличивая тем самым интенсивность фосфорилирования глюкозы. Это приводит к снижению уровня фосфатов в сыворотке, а выделение их почками снижается практически до нуля. При синдроме Фанкони отмечается наследственный дефект канальцевой реабсорбции аминокислот, глюкозы, бикарбонатов, фосфатов с развитием тяжелой дегидратации организма и гипофосфатемического рахита, резистентного к терапии витамином D.

Основными проявлениями гипофосфатемии являются :

1) неврологические нарушения (парестезии, параличи, судороги);

2) нарушения функций дыхательных мышц и миокарда;

3) остеомаляция ( или тяжелый рахит);

4) гемолитическая анемия;

5) гиперкальциурия и гипокалиемия.

20.6. Нарушение гомеостаза хлора.

Ионы хлора вместе с ионами калия участвуют в формировании мембранного потенциала возбудимых клеток. Ионы хлора распределяются по обеим сторонам клеточной мембраны противоположно калию. Потенциал, рассчитанный по уравнению Нернста для данного распределения хлора, равен потенциалу калия. Это означает, что в клетках с повышенной проницаемостью для хлора (например, мышечных) ионы калия и хлора практически в одинаковой мере участвуют в создании потенциала покоя. Корреляция между концентрацией внутри- и внеклеточных ионов хлора может регулироваться уровнем мембранного потенциала, что не характерно для ионов калия. При дефиците кислорода и/или энергии распределение ионов изменяется, снижается потенциал покоя, общая концентрация анионов в клетке снижается (главным образом хлора), в клетку входит вода и происходит набухание клеток; затем падает внутриклеточное содержание калия и потенциал покоя также продолжает снижаться, вплоть до смерти клетки.

Концентрация ионов хлора в плазме поддерживается такими гомеостатическими механизмами, как секреция соляной кислоты желудочными железами, секреция кишечного сока, почечная фильтрация и реабсорбция, интенсивность потоотделения. Париетальные клетки слизистой желудка секретируют соляную кислоту высокой концентрации. При обмене хлоридов в процессе желудочной секреции в плазму переносится бикарбонат. Затем ионы хлора желудочного сока быстро реабсорбируются из кишечника в кровь. В кишечнике, где секретируется сок с щелочной реакцией, богатый бикарбонатами, плазма пополняется ионами водорода (в составе соляной кислоты). Этот механизм имеет большое значение в регуляции КЩС.

Суточная потребность в хлоре составляет 215 ммоль\л. Нормальный уровень хлоридов в плазме крови составляет около 96-106 ммоль\л (1ммоль хлора равен 1 мэкв), в клетке – 2 мэк\л. Ежедневное выделение хлора с мочой - 8-16 гр. Эти показатели зависят от режима питания, состава внутренней среды организма, изменений КЩС, функций почек. Хлориды совместно с натрием играют важную роль в поддержании и регулировании осмолярности жидкостей организма. Ввиду того, что хлор (как и натрий, вода) имеет малую молекулярную массу и не связывается с белками, он свободно фильтруется в клубочках и затем реабсорбируется (около 99%); в норме хлор не секретируется в канальцах. Реабсорбция хлора осуществляется как пассивно (межклеточная диффузия), так и активно (трансклеточная диффузия). Необходимо отметить, что реабсорбция хлора прямо или косвенно связана с реабсорбцией натрия. Прохождение ионов хлора через люминальную мембрану создает высокую концентрацию хлора, что обеспечивает перемещение хлора по градиенту концентрации из клетки через базолатеральную мембрану. Специфические транспортеры люминальной мембраны выполняют в отношении хлора такую же роль, как и Na,K-АТФ-азные насосы - для натрия.

Минералокортикоиды (альдостерон, дезоксикортикостерон), уменьшая выделение натрия, не снижают одновременно потерю хлора. Подобным образом действуют и глюкокортикоиды Антагонисты альдостерона (альдактон) в меньшей степени ингибируют реабсорбцию натрия, чем хлора; натрий интенсивно выделяется с мочой в форме хлоридов и бикарбонатов, приводя к ощелачиванию мочи и закислению плазмы.

В плазме крови ионы хлора способны к обмену с ионами бикарбоната, которые выходят из эритроцитов при снижении рН крови. В эритроцитах образуется KCL, который способствует компенсации отклонений КЩС. Быстрый обмен ионов хлора и бикарбоната обеспечивается высокой проницаемостью мембраны эритроцитов для анионов.

Гиперхлоремия характеризуется увеличением концентрации хлоридов в плазме крови свыше 144 мэкв\л. Избыток хлоридов в организме возникает при :

1) повышенном потреблении с пищей хлорида натрия;

2) остром гломерулонефрите;

3) обтурации мочевыводящих путей;

4) хронической недостаточности кровообращения;

5) гипофизарной кахексии;

6) продолжительной гипервентиляции легких (газовый алкалоз).

Основными механизмами гиперхлоремии являются:

1) снижение экскреции хлоридов (или состояние, когда их поступление в организм превышает выделение, например, при почечной недостаточности) – абсолютная гиперхлоремия;

2) перераспределение ионов в организме в случае дегидратации (главным образом при гиперосмолярной дегидратации).

При газовом алкалозе из эритроцитов выходят в плазму ионы хлора, которые соединяются с натрием из бикарбонатов (с образованием двуокиси углерода). Это является одним из важных компенсаторных механизмов, при котором происходит уменьшение ощелачивания крови. Одновременно усиливается выделение бикарбонатов с мочой. В то же время, при негазовом ацидозе ионы водорода переносятся в клетку в обмен на ионы калия, а бикарбонаты плазмы частично замещаются ионами хлора. Это ведет к возрастанию осмотического давления внеклеточной жидкости, развивается внеклеточная гипергидратация.

Гипохлоремия представляет собой снижение уровня хлоридов плазмы крови менее 96 ммоль\л. Главными причинами являются:

1) бессолевая диета;

2) длительные поносы;

3) повторная рвота;

4) обильное потоотделение;

5) полиурия;

6) острая кишечная непроходимость;

7) острый панкреатит;

8) гипопаратиреоидизм.

Механизмы гипохлоремии и ее проявления во многом определяются сопутствующими нарушениями КЩС и изменениями водных секторов организма. При значительной потере содержимого желудка развивается гипохлоремический алкалоз, сочетающийся с гипокалиемией и развитием тяжелой дегидратации организма. Потеря значительного количества хлоридов с мочой способствует снижению осмолярности внеклеточной жидкости, развитию гипоосмолярной дегидратации.