До края на този раздел ще можете да:

  • Обяснете значението на водата в тялото
  • Контрастирайте състава на вътреклетъчната течност със състава на извънклетъчната течност
  • Обяснете значението на протеиновите канали в движението на разтворените вещества
  • Идентифицирайте причините и симптомите на оток

Химичните реакции на живота протичат във водни разтвори. Разтворените вещества в разтвор се наричат ​​разтворени вещества. В човешкото тяло разтворените вещества се различават в различните части на тялото, но могат да включват протеини - включително тези, които транспортират липиди, въглехидрати и, много важно, електролити. Често в медицината се нарича минерал, отделен от сол, която носи електрически заряд (йон) и електролит. Например натриевите йони (Na +) и хлоридните йони (Cl -) често се наричат ​​електролити.

В тялото водата се движи през полупропускливи мембрани на клетките и от едно отделение на тялото в друго чрез процес, наречен осмоза. Осмозата е основно дифузия на вода от области с по-висока концентрация към области с по-ниска концентрация, по осмотичен градиент през полупропусклива мембрана. В резултат на това водата ще се придвижва в и извън клетките и тъканите, в зависимост от относителните концентрации на водата и разтворените вещества, открити там. Трябва да се поддържа подходящ баланс на разтворените вещества във и извън клетките, за да се осигури нормална функция.

Съдържание на вода в тялото

отделения

Фигура 1. Съдържанието на вода варира в различните телесни органи и тъкани, от едва 8 процента в зъбите до 85 процента в мозъка.

Човешките същества са предимно вода, варираща от около 75 процента от телесната маса при бебета до около 50–60 процента при възрастни мъже и жени, до едва 45 процента в напреднала възраст. Процентът на водата в тялото се променя с развитието, тъй като пропорциите на тялото, предадени на всеки орган и на мускулите, мазнините, костите и други тъкани, се променят от ранна детска възраст до зряла възраст. Мозъкът и бъбреците ви имат най-високи пропорции на вода, която съставлява 80–85 процента от техните маси. За разлика от тях, зъбите имат най-нисък дял на вода, 8-10%.

Отделения за течности

Фигура 2. Вътреклетъчната течност (ICF) е течността в клетките. Интерстициалната течност (IF) е част от извънклетъчната течност (ECF) между клетките. Кръвната плазма е втората част на ECF. Материалите се движат между клетките и плазмата в капилярите през IF.

Телесните течности могат да бъдат обсъждани от гледна точка на тяхната специфичност отделение за течности, място, което е до голяма степен отделено от друго отделение с някаква форма на физическа бариера. The вътреклетъчна течност (ICF) compartment е системата, която включва цялата течност, затворена в клетките от техните плазмени мембрани. Извънклетъчна течност (ECF) обгражда всички клетки в тялото. Извънклетъчната течност има две основни съставки: течният компонент на кръвта (наречен плазма) и интерстициална течност (IF) който обгражда всички клетки, които не са в кръвта.

Вътреклетъчна течност

ICF се намира в клетките и е основният компонент на цитозола/цитоплазмата. ICF съставлява около 60% от общата вода в човешкото тяло, а при възрастен мъж със среден размер ICF представлява около 25 литра (седем галона) течност. Този обем на течността има тенденция да бъде много стабилен, тъй като количеството вода в живите клетки е тясно регулирано. Ако количеството вода в клетката падне до твърде ниска стойност, цитозолът става твърде концентриран с разтворени вещества, за да продължи нормалната клетъчна дейност; ако в клетката попадне твърде много вода, клетката може да се спука и да бъде разрушена.

Фигура 3. По-голямата част от водата в тялото е вътреклетъчна течност. Вторият по големина обем е интерстициалната течност, която заобикаля клетки, които не са кръвни клетки.

Извънклетъчна течност

ECF отчита останалата една трета от водното съдържание на тялото. Приблизително 20% от ECF се намира в плазмата. Плазмата пътува през тялото в кръвоносните съдове и транспортира редица материали, включително кръвни клетки, протеини (включително фактори на кръвосъсирването и антитела), електролити, хранителни вещества, газове и отпадъци. Газовете, хранителните вещества и отпадъчните материали преминават между капилярите и клетките през ИФ. Клетките са отделени от IF чрез селективно пропусклива клетъчна мембрана, която помага да се регулира преминаването на материали между IF и вътрешността на клетката.

Тялото има други ECF на водна основа. Те включват цереброспиналната течност, която къпе мозъка и гръбначния мозък, лимфата, синовиалната течност в ставите, плевралната течност в плевралните кухини, перикардната течност в сърдечната торбичка, перитонеалната течност в перитонеалната кухина и водната течност на окото. Тъй като тези течности са извън клетките, тези течности също се считат за компоненти на ECF отделението.

Състав на телесните течности

Съставите на двата компонента на ECF - плазма и IF - са по-сходни помежду си, отколкото на ICF. Кръвната плазма има високи концентрации на натрий, хлорид, бикарбонат и протеин. IF има високи концентрации на натрий, хлорид и бикарбонат, но относително по-ниска концентрация на протеин. За разлика от тях, ICF има повишени количества калий, фосфат, магнезий и протеини. Като цяло ICF съдържа високи концентрации на калий и фосфат ([латекс]> _ ^ [/ латекс]), докато и плазмата, и ECF съдържат високи концентрации на натрий и хлорид.

Фигура 4. Графиката показва състава на ICF, IF и плазмата. Съставите на плазмата и IF са сходни помежду си, но са доста различни от състава на ICF.

Практически въпрос

Гледайте това видео, за да научите повече за телесните течности, отделенията за течности и електролитите. Когато обемът на кръвта намалява поради изпотяване, от какъв източник се приема водата, поета от кръвта?

Повечето телесни течности са с неутрален заряд. По този начин катионите или положително заредените йони и анионите или отрицателно заредените йони са балансирани в течности. Както се вижда в предишната графика, натриевите (Na +) йони и хлоридните (Cl -) йони са концентрирани в ECF на тялото, докато калиевите (K +) йони са концентрирани вътре в клетките. Въпреки че натрият и калият могат да „изтекат“ през „порите“ съответно във и извън клетките, високите нива на калий и ниските нива на натрий в ICF се поддържат от натриево-калиевите помпи в мембраните на клетките. Тези помпи използват енергията, доставяна от АТФ, за да изпомпват натрий от клетката и калий в клетката.

Фигура 5. Натриево-калиевата помпа се захранва от АТФ за прехвърляне на натрий от цитоплазмата в ECF. Помпата също така пренася калий извън ECF и в цитоплазмата. (кредит: модификация на творбата на Мариана Руис Виляреал)

Движение на флуида между отделенията

Хидростатично налягане, силата, упражнявана от флуида върху стената, причинява движение на течността между отделенията. Хидростатичното налягане на кръвта е натискът, упражняван от кръвта върху стените на кръвоносните съдове чрез изпомпващото действие на сърцето. В капилярите хидростатичното налягане (известно още като капилярно кръвно налягане) е по-високо от противоположното „колоидно осмотично налягане“ в кръвта - „постоянно“ налягане, произведено основно от циркулиращия албумин - в артериоларния край на капиляра. Това налягане принуждава плазмата и хранителните вещества да излязат от капилярите и в околните тъкани. Течността и клетъчните отпадъци в тъканите навлизат в капилярите в края на венулата, където хидростатичното налягане е по-малко от осмотичното налягане в съда. Филтрационното налягане изстисква течността от плазмата в кръвта към IF, заобикалящ тъканните клетки. Излишната течност в интерстициалното пространство, която не се връща директно обратно в капилярите, се оттича от тъканите от лимфната система и след това отново навлиза в съдовата система в субклавиалните вени.

Фигура 6. Нетната филтрация се случва близо до артериалния край на капиляра, тъй като капилярното хидростатично налягане (CHP) е по-голямо от колоидното осмотично налягане в кръвта (BCOP). Няма чисто движение на течност близо до средната точка на капиляра, тъй като CHP = BCOP. Чистата реабсорбция се случва близо до венозния край на капиляра, тъй като BCOP е по-голям от CHP.

Практически въпрос

Гледайте това видео, за да видите обяснение на динамиката на течността в отделенията на тялото. Какво се случва в тъканта, когато капилярното кръвно налягане е по-малко от осмотичното налягане?

Хидростатичното налягане е особено важно при управлението на движението на водата в бъбречните нефрони, за да се осигури правилно филтриране на кръвта за образуване на урина. С увеличаване на хидростатичното налягане в бъбреците се увеличава и количеството вода, напускаща капилярите, и се образува повече филтрат на урината. Ако хидростатичното налягане в бъбреците падне твърде ниско, както може да се случи при дехидратация, функциите на бъбреците ще бъдат нарушени и по-малко азотни отпадъци ще бъдат отстранени от кръвния поток. Екстремната дехидратация може да доведе до бъбречна недостатъчност.

Течността също се движи между отделенията по осмотичен градиент. Спомнете си, че осмотичен градиент се получава от разликата в концентрацията на всички разтворени вещества от двете страни на полупропусклива мембрана. Величината на осмотичния градиент е пропорционална на разликата в концентрацията на разтворените вещества от едната страна на клетъчната мембрана спрямо тази от другата страна. Водата ще се движи чрез осмоза от страната, където нейната концентрация е висока (и концентрацията на разтвореното вещество е ниска) към страната на мембраната, където концентрацията му е ниска (и концентрацията на разтвореното вещество е висока). В тялото водата се движи чрез осмоза от плазмата към IF (и обратното) и от IF към ICF (и обратното). В тялото водата се движи непрекъснато във и извън отделенията за течности, когато условията се променят в различни части на тялото.

Например, ако се изпотявате, ще загубите вода през кожата си. Изпотяването изчерпва тъканите ви от вода и увеличава концентрацията на разтвореното вещество в тези тъкани. Когато това се случи, водата се дифузира от кръвта ви в потните жлези и околните кожни тъкани, които са дехидратирани поради осмотичния градиент. Освен това, тъй като водата напуска кръвта, тя се замества от водата в други тъкани в тялото ви, които не са дехидратирани. Ако това продължи, дехидратацията се разпространява в тялото. Когато дехидратиран човек пие вода и се рехидратира, водата се преразпределя със същия градиент, но в обратна посока, като попълва водата във всички тъкани.

Разтворено движение между отделенията

Движението на някои разтворени вещества между отделенията е активно, което консумира енергия и е активен транспортен процес, докато движението на други разтворени вещества е пасивно, което не изисква енергия. Активният транспорт позволява на клетките да преместват специфично вещество спрямо неговия градиент на концентрация през мембранен протеин, изискващ енергия под формата на АТФ. Например, натриево-калиевата помпа използва активен транспорт за изпомпване на натрий от клетките и калий в клетките, като и двете вещества се движат спрямо градиентите на концентрацията си.

Фигура 7. Молекулите на глюкозата използват улеснена дифузия, за да се придвижат надолу по концентрационен градиент през носещите протеинови канали в мембраната. (кредит: модификация на творбата на Мариана Руис Виляреал)

Пасивният транспорт на молекула или йон зависи от способността му да преминава през мембраната, както и от съществуването на градиент на концентрация, който позволява на молекулите да дифузират от област с по-висока концентрация в зона с по-ниска концентрация. Някои молекули, като газове, липиди и самата вода (която също използва водните канали в мембраната, наречени аквапорини), се плъзгат доста лесно през клетъчната мембрана; други, включително полярни молекули като глюкоза, аминокиселини и йони, не го правят. Някои от тези молекули влизат и излизат от клетките чрез улеснен транспорт, при което молекулите се движат надолу по градиент на концентрация през специфични протеинови канали в мембраната. Този процес не изисква енергия. Например, глюкозата се пренася в клетките от глюкозни транспортери, които използват улеснен транспорт.

Нарушения на течния баланс: Оток

Отокът е натрупване на излишна вода в тъканите. Най-често се среща в меките тъкани на крайниците. Физиологичните причини за оток включват изтичане на вода от кръвоносните капиляри. Отокът почти винаги се причинява от основно медицинско състояние, от употребата на някои терапевтични лекарства, от бременност, от локално увреждане или от алергична реакция. В крайниците симптомите на оток включват подуване на подкожните тъкани, увеличаване на нормалния размер на крайника и опъната, стегната кожа. Един бърз начин за проверка за подкожен оток, локализиран в крайник, е натискане на пръст в предполагаемото място. Отокът е вероятен, ако депресията продължи няколко секунди след отстраняване на пръста (което се нарича „издърпване“).

Белодробният оток е излишната течност във въздушните торбички на белите дробове, често срещан симптом на сърдечна и/или бъбречна недостатъчност. Хората с белодробен оток вероятно ще изпитат затруднено дишане и може да получат болка в гърдите. Белодробният оток може да бъде животозастрашаващ, тъй като компрометира газовия обмен в белите дробове и всеки, който има симптоми, трябва незабавно да потърси медицинска помощ.

При белодробен оток в резултат на сърдечна недостатъчност настъпва прекомерно изтичане на вода, тъй като течностите се „архивират“ в белодробните капиляри на белите дробове, когато лявата камера на сърцето не е в състояние да изпомпва достатъчно кръв в системната циркулация. Тъй като лявата страна на сърцето не е в състояние да изпомпва нормалния си обем кръв, кръвта в белодробната циркулация се „архивира“, започвайки от лявото предсърдие, след това в белодробните вени и след това в белодробните капиляри. Полученото повишено хидростатично налягане в белодробните капиляри, тъй като кръвта все още постъпва от белодробните артерии, води до изтласкване на течност от тях и в белодробни тъкани.

Други причини за оток включват увреждане на кръвоносните съдове и/или лимфните съдове или намаляване на осмотичното налягане при хронично и тежко чернодробно заболяване, при което черният дроб не е в състояние да произвежда плазмени протеини. Намаляването на нормалните нива на плазмените протеини води до намаляване на колоидното осмотично налягане (което уравновесява хидростатичното налягане) в капилярите. Този процес причинява загуба на вода от кръвта към околните тъкани, което води до оток.

Фигура 8. Алергичната реакция може да доведе до изтичане на капилярите в ръката на излишната течност, която се натрупва в тъканите. (кредит: Джейн Уитни)

Лекият, преходен оток на краката и краката може да бъде причинен от седене или изправяне в една и съща позиция за дълги периоди от време, както при работата на събирач на пътни такси или касиер в супермаркет. Това е така, защото дълбоките вени в долните крайници разчитат на свиване на скелетните мускули, за да изтласкат вените и по този начин „изпомпват“ кръвта обратно към сърцето. В противен случай венозната кръв се обединява в долните крайници и може да изтече в околните тъкани.

Лекарствата, които могат да доведат до оток, включват вазодилататори, блокери на калциевите канали, използвани за лечение на хипертония, нестероидни противовъзпалителни лекарства, естрогенни терапии и някои лекарства за диабет. Основните медицински състояния, които могат да допринесат за оток, включват застойна сърдечна недостатъчност, увреждане на бъбреците и бъбречни заболявания, разстройства, които засягат вените на краката и цироза и други чернодробни заболявания.

Терапията за отоци обикновено се фокусира върху отстраняването на причината. Дейностите, които могат да намалят ефектите от състоянието, включват подходящи упражнения, за да поддържат кръвта и лимфата да текат през засегнатите области. Други терапии включват повдигане на засегнатата част за подпомагане на дренажа, масаж и компресиране на зоните за преместване на течността от тъканите и намален прием на сол за намаляване на задържането на натрий и вода.

Преглед на глава

Вашето тяло е предимно вода. Телесните течности са водни разтвори с различни концентрации на материали, наречени разтворени вещества. Трябва да се поддържа подходящ баланс на концентрациите на вода и разтворени вещества, за да се осигурят клетъчните функции. Ако цитозолът стане твърде концентриран поради загуба на вода, клетъчните функции се влошават. Ако цитозолът стане твърде разреден поради приема на вода от клетките, клетъчните мембрани могат да бъдат повредени и клетката може да се спука. Хидростатичното налягане е силата, упражнявана от флуида върху стената и причинява движение на течността между отделенията. Течността може също да се движи между отделенията по осмотичен градиент. Активните транспортни процеси изискват АТФ да премести някои разтворени вещества спрямо техните градиенти на концентрация между отделенията. Пасивният транспорт на молекула или йон зависи от способността му да преминава лесно през мембраната, както и от съществуването на градиент с висока до ниска концентрация.

Самопроверка

Отговорете на въпроса/ите по-долу, за да видите колко добре разбирате темите, разгледани в предишния раздел.

Въпроси за критично мислене

  1. Плазмата съдържа повече натрий, отколкото хлорид. Как може да стане това, ако отделни йони на натрий и хлорид точно се балансират, а плазмата е електрически неутрална?
  2. Как се премества течността от отделение в отделение?
  1. В плазмата освен хлорид има допълнително отрицателно заредени молекули. Допълнителният натрий балансира общите отрицателни заряди.
  2. Течността се движи чрез комбинация от осмотично и хидростатично налягане. Осмотичното налягане е резултат от разликите в концентрациите на разтворени вещества в клетъчните мембрани. Хидростатичното налягане се получава от налягането на кръвта, когато тя навлиза в капилярна система, принуждавайки малко течност да излезе от съда в околните тъкани.

Терминологичен речник

извънклетъчна течност (ECF): течност отвън на клетките; включва интерстициалната течност, кръвната плазма и течностите, открити в други резервоари в тялото

отделение за течности: течността във всички клетки на тялото представлява система от отделения, която е до голяма степен отделена от другите системи

хидростатично налягане: натиск, упражняван от флуид върху стената, причинен от собственото му тегло или сила на изпомпване

интерстициална течност (IF): течност в малките пространства между клетките, които не се съдържат в кръвоносните съдове

вътреклетъчна течност (ICF): течност в цитозола на клетките