水与电解质的功能和动态平衡

(一)水的功能

水是机体含量最多的组成成分,是维持人体正常生命活动的重要物质之一。

1.促进物质代谢 水既是生化反应的媒介,又是良好的溶剂,能使许多物质溶解,加速化学反应;同时,水在营养物质的消化、吸收、运输和代谢废物排泄的过程中具有重要作用。

2.调节体温 水的比热大,能吸收代谢过程中产生的大量热能,蒸发少量的汗就能散发大量的热;加之水的流动性大,能随血液迅速分布全身,而且交换非常迅速,使得物质代谢中产生的热量能够在体内迅速均匀分布,因此水可以调节体温,维持产热和散热平衡。

3.润滑作用 泪液、涎液、关节囊的滑液、胸膜腔和腹腔的浆液等均可减少组织间的摩擦而起润滑作用。

4.结合水的特殊功能 结合水是水在体内的存在状态之一,是吸附和结合在有机固体物质上的水,主要是依靠氢键与蛋白质的极性基(羧基和氨基)相结合形成水胶体。它的存在可使机体外表和组织器官保持正常的形态,并发挥其复杂的生理功能。例如,心肌中的水大部分以结合水的形式存在,流动性小,使之成为坚实有力的组织。

(二)水平衡

正常人每日水的摄入量和排出量处于动态平衡。水的来源包括饮水、食物水和代谢水。代谢水是糖、脂肪、蛋白质等营养物质在体内氧化生成的水,又称内生水,每日约300ml。组织分解代谢加强,内生水可增多。如挤压综合征时,每1kg受损肌肉约释放850ml水。

皮肤、呼吸道、消化道和肾是机体排出水分的主要器官。每日由皮肤蒸发的水(非显性汗)仅含少量电解质;通过呼吸蒸发的水分不含电解质,故这两种不显性蒸发排出的水分可以当作纯水来看待。汗液是一种低渗溶液,含有少量的Na+和K+。消化道每日分泌大量含电解质的消化液,其中随粪排出的水约150ml/d。肾是排水的最主要器官,正常成年人每日尿液中的固体物质(主要是蛋白质代谢终产物与电解质)一般约35g,尿液最大浓度为6%~8%,所以每日排出35g固体物质的最低尿量需要500ml,再加上非显性汗和呼吸蒸发以及粪便排水量,则机体每日最低需要排出1500ml。所以,要维持水分出入的平衡,每日需水1500~2000ml,称日需要量(表3-1)。

表3-1　正常成年人每日水的摄入和排出量

(三)电解质的功能

机体内的电解质包括有机电解质和无机电解质两部分。前者包括蛋白质和多种有机酸等,后者主要是无机盐,包括氯化物、磷酸盐、碳酸氢盐、硫酸盐和含量微小的碘化物与氟化物等。形成无机盐的主要金属阳离子有Na+、K+、Ca2+和Mg2+等;主要阴离子为Cl-、和等,它们的主要生理功能如下:

1.构成组织的成分 体内所有组织细胞都含有无机盐成分。骨骼、牙齿中含钙、磷和镁等较多;肌肉和红细胞中含铁较多;骨、软骨、皮肤和角膜等组织都具有含硫酸根的黏多糖。

2.维持生理功能 ①维持内环境的稳态:K+、Na+、Cl-、和等离子是维持体液的容量、渗透压平衡和酸碱平衡的主要因素;②维持神经、肌肉与心肌细胞的静息电位,并参与其动作电位的形成。

3.参与代谢 K+和Mg2+参与多种代谢过程,是一系列酶的激活剂或辅助因子。Ca2+与肌钙蛋白结合能激发心肌和骨骼肌的收缩;Mg2+、K+和Mn2+参与糖代谢的某些步骤并起催化作用。

4.构成身体必需维生素、激素和酶的原料 如铁、铜、锌和锰等金属元素是体内某些酶的组成成分;维生素B12和促红细胞生成素含钴;碘参与甲状腺激素的合成。

(四)电解质平衡

1.钠、氯的代谢平衡

(1)含量与分布:正常成年人体内含钠和氯的总量依次为40mmol/kg和50mmol/kg,其中60%~70%的钠是可交换的,20%~40%是不可交换的(主要结合于骨骼的基质)。钠总量的50%存在于细胞外液,10%存在于细胞内液。血清钠浓度为130~150mmol/L。氯是血浆及组织间液中的主要阴离子,血清氯离子浓度为104mmol/L,细胞内含量很少。

(2)吸收与排泄:成年人每日从饮食中摄取NaCl 4.5~9.0g(相当于Na+75mmol和Cl-150mmol),全部经小肠黏膜吸收,因此正常膳食很少缺钠。Na+和Cl-主要经肾随尿液排出体外,肾排Na+的特点为“多食多排、少食少排、不食不排”。此外,排出的汗液和粪便中也含有少量的Na+和Cl-。

2.钾的代谢平衡

(1)钾在体内的含量与分布:钾是体内最重要的阳离子之一。正常人体每千克体重的含钾量约为50mmol(1.95g)。其中98%存在于细胞内液,浓度为140~160mmol/L;其余2%存在于细胞外液,浓度为3.5~5.5mmol/L。细胞内、外钾离子浓度相差近30倍,主要是由细胞膜上Na+-K+-ATP酶的主动转运过程来保证。

(2)吸收与排泄:正常膳食中都含有较丰富的钾。成年人平均每日从食物中摄入的钾量波动于50~200mmol,即每日钾摄入量常大于其细胞外液的总钾量,因此机体必须有完善的排钾机制,才能防止钾在体内潴留。机体通过肾、消化道及汗腺排出钾。其中约90%的钾经肾排出,肾排钾的特点是“多食多排、少食少排、不食也排”。只要有尿液生成,就有钾的排泄。约10%的钾由消化道随粪便排出,汗液中亦含有极少量的钾。

3.镁的代谢平衡

(1)含量与分布:成年人体内镁的总含量约为15mmol/kg,其中50%存在于骨骼中,其余部分大多存在于骨骼肌和其他器官的组织中。镁主要位于细胞内,只有1%左右位于细胞外。细胞内Mg2+浓度为27mmol/L,其中2/3与脂蛋白或核蛋白等结合,另1/3呈游离状态。血清镁浓度为0.25~1.25mmol/L。

(2)吸收与排泄:成年人每日从饮食中摄取镁约10mmol,其中约1/3在小肠内被吸收,其余随粪便排出体外。体液中的镁主要经肾排出,当镁摄入不足时,肾则显示出明显的保镁作用,此时尿镁的排出量每日可低于0.5mmol。