Физиологическая роль основных ионов в организме

Введение

ион электролитный физиологический

Биологические жидкости организма человека (внутриклеточные и внеклеточные) представляют собой растворы, содержащие электролиты. Электролит - вещество, распадающееся при растворении на ионы. Определенный ионный состав жидкостей необходим для поддержания многих жизненных процессов. Например, функция некоторых ферментов оптимальна только в условиях определенной концентрации ионов и величины рН. Эффект многих гормонов осуществляется благодаря изменению проницаемости клеточной мембраны для некоторых ионов. Ионный состав внутри клетки значительно отличается от ионного состава внеклеточной жидкости.

Электролиты выполняют в организме следующие функции: отвечают за осмолярность жидкостей тела, образуют биоэлектрический потенциал, катализируют процессы обмена веществ, определяют рН жидкостей тела, стабилизируют костную ткань, служат в качестве «энергетического депо», участвуют в свертывании крови, обладают иммунотропной активностью.

Для постановки окончательного диагноза и выбора метода терапии необходимо установить вид и степень изменений обмена воды и электролитов, поскольку клиническая картина отдельных нарушений не имеет характерных признаков. Для определения концентрации электролитов используют следующие методы исследования: пламенная фотометрия, ионометрический (потенциометрический) и фотометрический.

Физиологическая роль основных ионов в организме

Роль отдельных электролитов в жизнедеятельности организма многообразна и неоднозначна.

Натрий

В организме взрослого человека содержится 70-100 г. натрия, у детей его содержание ниже. Содержание натрия в плазме крови 130-150 ммоль / л. Во внеклеточных жидкостях находится около 40% всего натрия, в костях и хрящах около 50%, внутри клеток менее 10%. Около 85% ионов натрия представлено в свободной форме и приблизительно 15% его удерживается белками.

Функции натрия в организме:

создает и поддерживает осмотическое давление жидкостей организма (преимущественно внеклеточной);

задерживает воду в организме;

участвует во всасывании в кишечнике и обратном всасывании в почках глюкозы и аминокислот;

участвует в регуляции кислотно-щелочного баланса организма, является щелочным резервом крови;

является активатором некоторых ферментов;

определяет величину мембранного потенциала и, соответственно, возбудимость клеток;

стимулирует АТФазную активность фракций клеточных мембран, стабилизирует симпатический отдел нервной системы, принимает участие в регуляции тонуса сосудов.

Основное количество натрия поступает в организм с поваренной солью, небольшое количество потребляется в виде бикарбоната натрия, цитрата, сульфата и глутамата натрия, которые встречаются в продуктах питания как добавки. Суточная потребность ребенка в натрии составляет в среднем 1,5 - 2,0 ммоль / л. Около 95% поступившего натрия всасывается в желудочно-кишечном тракте. Около 95% выводится почками с мочой в виде натриевых солей, фосфорной, серной, угольной и других кислот. Натрий выводится также с потом и через кишечник. Дефицит или избыток натрия вызывают серьезные изменения в организме ребенка.

Калий

У взрослых содержание калия составляет приблизительно 53 ммоль / кт и 95% его обменивается. Уровень калия в организме ребенка ниже. 90% калия находится внутри клеток в соединении с белками, углеводами и фосфором. Часть калия содержится в клетках в ионизированном виде и обеспечивает мембранный потенциал.

Менее 10% калия содержится внеклеточно:

-5% находится в плазме и межклеточной жидкости;

наиболее богата калием мышечная ткань;

в эритроцитах калия примерно 100 ммоль / л;

в плазме содержится 4-5 ммоль / л калия.

Во внеклеточной среде небольшое количество калия находится в ионизированном виде. Суточная потребность взрослого человека в калии 2 - 3 г, ребенка 1,5 - 2,0 ммоль / л. Основным пищевым источником калия являются продукты растительного происхождения. Из организма 80-90% калия выводится почками, остальное пищеварительным трактом и потовыми железами.

Калий участвует в ряде жизненно важных физиологических процессов:

создает и поддерживает осмотическое давление жидкостей организма (преимущественно внутриклеточной);

участвует в регуляции кислотно-щелочного состояния организма;

является активатором ряда ферментов;

генерирует электрохимический потенциал в мембранах клеток;

играет важнейшую роль в деятельности сердечно-сосудистой, мышечной, нервной систем, в секреторной и моторной функциях пищеварительного тракта, экскреторной функции почек.

Выход калия из клеток зависит от увеличения их биологической активности, распада белка и гликогена, недостатка кислорода. Концентрация зависит от состояния кислотно-щелочного баланса: при накоплении кислот количество калия увеличивается, при повышении содержания щелочей количество калия снижается. Дефицит и избыток калия вызывают серьезные изменения в организме ребенка.

Кальций

Кальций в различных тканях содержится внутриклеточно и почти исключительно в соединении с белками. Лишь в костной ткани, включающей до 97% всех запасов кальция в организме, он находится внеклеточно. Содержание кальция в организме у детей составляет около 200 ммоль / л, у взрослых 475 ммоль / л. У взрослого человека поддерживается нулевой баланс кальция, у детей - положительный. Содержание кальция в крови составляет 2,5-2,8 ммоль / л, приблизительно 40% из них связано с белком. Основной источник кальция - продукты питания: молоко и молочные продукты, яйца, бобовые, сухофрукты и др. Для детей грудного возраста основной источник кальция - молоко. Ежесуточное выделение кальция через почки составляет 100 - 200 мг, через кишечник 150 мг, с потом до 20 мг. Потери кальция с мочой увеличиваются при нарушении кислотно-щелочного баланса в плане накопления кислот, и при потреблении больших количеств белка.

Функции кальция:

необходимый участник процесса мышечного сокращения;

важнейший компонент свертывающей системы крови;

активатор в работе многих ферментов;

входит в состав костей и хрящей;

является стабилизатором клеточных мембран;

регулирует возбудимость нервов и мышц;

внутриклеточный посредник в действии некоторых гормонов на клетку;

универсальный пусковой элемент многих секреторных процессов.

Кальций участвует в физиологических процессах только в ионизированном виде. Ионизация кальция зависит от кислотно-щелочного баланса крови. При чрезмерном увеличении кислот содержание ионизированного кальция повышается, а при увеличении содержания щелочей падает. Увеличение щелочей и снижение уровня кальция ведут к резкому повышению нейромышечной возбудимости и судорожным приступам.

Магний

Концентрация магния в клетках значительно выше, чем во внеклеточной среде. Примерно половина всего магния находится в костях, примерно половина в мышцах и печени, около 1% во внеклеточном пространстве. Общее количество магния в организме детей составляет 11 ммоль / л, у взрослых 14 ммоль / л. Уровень магния в крови составляет 0,75 - 0,9 ммоль / л, при этом более 60% находится в ионизированном виде. Суточная потребность в магнии взрослого человека составляет около 300 мг. Овощи с зелеными листьями, фрукты, бобовые, злаки, мясо являются основными пищевыми источниками магния. При недостатке магния в организме он полностью обратно всасывается почками, которые являются главным регулятором содержания магния в организме. Если же есть избыток магния, то он удаляется через желудочно-кишечный тракт.

Функции магния:

структурный элемент костной ткани;

стабилизатор биологических мембран, уменьшает их текучесть и проницаемость;

входит в состав более 300 разных ферментных комплексов, обеспечивая их активность;

играет существенную роль в активации АТФазы;

стабилизирует структуры ДНК;

уменьшает возбудимость нервно-мышечной системы, сократительную способность миокарда и гладких мышц сосудов;

оказывает депрессивное действие на психические функции.

При дефиците магния повышается возбудимость центральной нервной системы, что проявляется слабостью и расстройством психики (путанность сознания, беспокойство, агрессивность), возникновением судорог. Повышение уровня магния вызывает тошноту и рвоту. Высокие концентрации магния могут вызвать сильное снижение артериального давления.

Хлор

90% хлора находится во внеклеточной жидкости. Общее количество его в организме составляет 33 ммоль / кг. В организме он находится преимущественно в ионизированном состоянии в форме солей натрия, калия, кальция, магния и т.д. Распределение хлора в жидкостях организма определяется главным образом распределением ионов натрия. В частности изменение концентрации хлора в крови происходит соответственно изменению концентрации натрия. В норме концентрация хлора в плазме крови составляет 90-105 ммоль/л. Суточная потребность в хлоре составляет 2-4 г., и полностью покрывается поваренной солью, добавляемой в пищу.

Функции хлора:

участвует в создании и поддержании осмотического давления жидкостей организма;

участвует в синтезе соляной кислоты в желудке;

участвует в генерации электрохимической разницы на плазматических мембранах клеток;

является активатором ряда ферментов;

Избыток хлора ведет к нарушению кислотно-щелочного баланса в плане избыточного накопления кислот.

Фосфор

Фосфор входит в состав межклеточной жидкости и каждой клетки организма. Внутри клеток концентрация фосфора выше в 40 раз, чем во внеклеточной среде. Около 70% фосфора сосредоточено в костной ткани. Содержание фосфора в крови составляет 0,94-1,60 ммоль / л, у детей первого года жизни 1,26-2,26 ммоль / л. Потребность в фосфатах взрослого человека составляет около 1200 мг / сут. Фосфор в достаточном количестве присутствует в пищевом рационе, т.к. содержится практически во всех пищевых продуктах. Удаление фосфора из организма осуществляется почками и через кишечник. Выделение фосфатов с мочой может быть усилено белковым гормоном паращитовидной железы. Выделение возрастает также и при увеличении уровня неорганического фосфора в плазме крови.

Фосфор имеет исключительно большое биологическое значение для растущего организма:

необходимый компонент клеточных мембран;

играет ключевую роль в метаболических процессах, входя в состав многих коферментов, нуклеиновых кислот и фосфопротеидов;

структурный компонент костей и зубов;

участвует в регуляции концентрации водородных ионов;

важнейший компонент фосфор-органических соединений организма: нуклеотидов, нуклеиновых кислот, фосфопротеидов, фосфолипидов, фосфорных эфиров углеводов, коферментов, 3-ФКГ и др.;

органические соединения фосфора составляют основу энергетического обмена.

Избыток фосфора в организме встречается редко и наблюдается при нарушении функции почек или паращитовидной железы. Избыток приводит к гипокальциемии и нарушению созревания костной ткани. Проявлениями недостатка фосфора являются ломкость костей, нарушение распада оксигемоглобина, слабость, миопатия, кардиомиопатия.

Сульфаты

Сульфаты в большом количестве содержатся во внутриклеточном пространстве, входят в состав многих биологически активных веществ. В плазме крови неорганических сульфатов содержится 0,3-1,5 ммоль / л. Они необходимы для обезвреживания токсических соединений в печени.

Бикарбонат

Бикарбонат в наибольшем количестве содержится во внеклеточной жидкости. Он находится в динамическом равновесии с угольной кислотой и является компонентом буферной системы организма, которая поддерживает определенную концентрацию ионов водорода. Средняя концентрация бикарбоната в сыворотке крови 27 мэкв / л. Концентрация бикарбоната у недоношенных новорожденных колеблется в пределах 11-29 ммоль / л, у доношенных новорожденных она составляет 21 ммоль / л.