Решение: Вопросы по физиологии (Na+/K+ и водный баланс)

Раздел 1. Введение в нормальную физиологию Вопрос №1. В цитоплазме клетки в покое много ионов калия и мало – натрия. Почему? Ответ: Асимметричное распределение ионов между цитоплазмой и межклеточной жидкостью является фундаментальным свойством живой клетки, обеспечивающим наличие потенциала покоя. Основными причинами такого распределения являются: 1. Работа натрий-калиевого насоса (Na+/K+-АТФазы). Это белок-переносчик, осуществляющий активный транспорт ионов против градиента концентрации с затратой энергии АТФ. За один цикл работы насос выводит из клетки 3 иона натрия \( Na^{+} \) и вводит внутрь 2 иона калия \( K^{+} \). Уравнение реакции гидролиза АТФ для работы насоса: \[ ATP + H_{2}O \rightarrow ADP + P_{i} + Energy \] 2. Селективная проницаемость клеточной мембраны. В состоянии покоя мембрана клетки содержит открытые каналы утечки для калия и практически не имеет открытых каналов для натрия. Это позволяет ионам калия стремиться выйти из клетки по химическому градиенту, но удерживаться внутри за счет отрицательного заряда недиффундирующих анионов цитоплазмы (белков, фосфатов). 3. Роль внутриклеточных анионов. Внутри клетки находится высокая концентрация крупных органических молекул, имеющих отрицательный заряд. Они создают электростатическое поле, которое удерживает катионы калия \( K^{+} \) внутри цитоплазмы для соблюдения принципа электронейтральности. Таким образом, высокая концентрация \( K^{+} \) внутри клетки поддерживается сопряженным действием активного транспорта и электрохимического равновесия. Вопрос №2. Пациент может ситуативно не пить воду и не есть, но при этом объём суточного диуреза изменится мало. Откуда появляется вода в организме? Ответ: Поддержание диуреза при отсутствии поступления жидкости извне обеспечивается за счет внутренних ресурсов организма. Основными источниками воды в данном случае являются: 1. Эндогенная (метаболическая) вода. Это вода, которая образуется непосредственно внутри клеток в результате окисления макронутриентов (жиров, углеводов и белков). Наибольшее количество воды выделяется при окислении жиров. Пример окисления глюкозы: \[ C_{6}H_{12}O_{6} + 6O_{2} \rightarrow 6CO_{2} + 6H_{2}O + Energy \] При окислении 100 г жира образуется около 107 мл воды, 100 г углеводов — 55 мл, 100 г белка — 41 мл. В среднем за сутки у взрослого человека образуется около 300–400 мл эндогенной воды. 2. Мобилизация воды из интерстициального пространства. При снижении объема циркулирующей крови (ОЦК) включаются механизмы перераспределения жидкости. Жидкость из межклеточного пространства перемещается в сосудистое русло для поддержания артериального давления и адекватной фильтрации в почках. 3. Действие антидиуретического гормона (АДГ или вазопрессин). При отсутствии поступления воды повышается осмолярность плазмы крови, что стимулирует осморецепторы гипоталамуса. Это приводит к секреции АДГ из задней доли гипофиза. АДГ увеличивает реабсорбцию воды в собирательных трубочках почек, что позволяет организму выделять максимально концентрированную мочу, сохраняя воду для жизненно важных процессов. Благодаря этим механизмам почки продолжают выполнять экскреторную функцию, выводя продукты метаболизма (мочевину, креатинин) даже в условиях временного голодания и отсутствия питья.