Современные методы исследования гомеостатических параметров

Организм человека представляет собой открытую систему, нормальное состояние которой обеспечивается за счет соблюдения равновесия между поступлением и выведением веществ, в частности воды и электролитов [4].
Функциональной единицей любого живого организма, включая человеческий, является клетка, которая для нормального выполнения своих физиологических функций должна быть обеспечена постоянством внутренней среды путем стабильного поступления питательных веществ и постоянного выведения продуктов метаболизма [5]. Другими словами, для постоянного приспособления к изменяющейся окружающей среде клетка должна находится в условиях гомеостаза. Гомеостаз внутренней среды характерен не только для каждой отдельной клетки, но и для всего организма в целом.
Таким образом, гомеостаз можно определить, как способность организма воспринимать происходящие в нем изменения и активировать механизмы, препятствующие этим изменениям, и, тем самым, поддерживать относительное постоянство внутренней среды [5].
Сохранению гомеостаза способствуют относительное постоянство химического состава, осмотического давления, устойчивости основных физиологических функций. Реакции гомеостаза могут быть направлены как на поддержание нормальных для организма уровней стационарного состояния и устранение или ограничение действия негативных факторов, так и на выработку или сохранение оптимальных форм взаимодействия организма и среды в изменившихся условиях его существования [6].
Сохранению стабильности внутренней среды способствует тонкое регулирование уровня жидкости в организме [4]. Все жидкости организма представляют собой разбавленные водные растворы различных веществ. Вода в свою очередь является основным компонентом, обеспечивающим большой спектр процессов, протекающих в организме. Таким образом, жидкости организма способны поддерживать жизнеспособность путем сохранения гомеостаза. На это могут повлиять различные факторы, среди которых температура, уровни соли, кислотности, кислорода, глюкозы, различных ионов, углекислого газа, мочи [4]. Перечисленные параметры оказывают влияние на химические реакции, обеспечивающие сохранение жизнеспособности организма, поэтому существуют физиологические механизмы поддержания их на необходимом уровне.
Такие контролируемые гомеостатической системой параметры (показатели), отражающие её нормальное функциональное состояние называют гомеостатическими константами [7].
1.1 ГОМЕОСТАТИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ
При отклонении любой из гомеостатических констант от заданных пределов (нормы или оптимума) система стремится к восстановлению прежнего значения данной константы [7]. Это может быть достигнуто с помощью включения внутренних (вегетативных) и внешних (поведенческих) реакций системы. Включение происходит благодаря наличию обратных связей между каждой отдельной гомеостатической константой и центральными элементами, ответственными за восстановительные ответные реакции [5]. Обратные связи обеспечивают автоматическую отладку системы и восстановление отклонившейся константы до её прежнего заданного значения. Необходимым элементом саморегуляции гомеостаза являются внутренние сенсорные рецепторы (интерорецепторы), реагирующие возбуждением на отклонение той гомеостатической константы, на восприятие которой они настроены. Благодаря работе интероцепторов запускаются восстановительные ответные реакции организма, способствующие восстановлению нормальных значений гомеостатических констант [6].
Важным критерием признания какого-либо параметра в качестве гомеостатической константы является наличие специальных рецепторов, воспринимающих и реагирующих на отклонение данного параметра от его оптимума [6]. Рецепторы передают информацию в гомеостатические центры управления, работа которых обеспечивает нормализацию состояния организма.
Отклонение гомеостатической константы от нормы, характерной для организма, вызывает различные ответные реакции гомеостатической системы [6].
Во-первых, это реакция сопротивления, замедляющая отклонение константы и ослабляющая процессы, которые вызывали это отклонение [6]. Примером являются буферные системы крови, сопротивляющиеся изменению уровня pH крови.
Во-вторых, это реакция противодействия, замедляющая отклонение константы путем включения механизмов, смещающих константу в противоположную сторону [6]. В итоге такое противодействие приводит к нормализации константы.
В-третьих, это реакция компенсации, порождающая реакции, уменьшающие значение отклонения константы для всего организма (всей гомеостатической системы) [6].
В-четвертых, это построение нового равновесного функционального состояния системы. При этом значение константы меняется, а поддержание гомеостаза происходит уже на новом уровне [6]. Такой вариант характерен как в положительном ключе, например, в случае адаптации, так и в отрицательном, например, вследствие хронического заболевания.
Основные гомеостатические константы организма и механизмы их регуляции представлены в таблице 1.1, информация о содержании важных веществ во внеклеточной жидкости представлены в таблице 1.2. В дополнение к таблице 1.1, еще одной гомеостатической константой является СОЭ – скорость оседания эритроцитов, отражающая суспензионные свойства крови. Норма СОЭ для мужчин – 4-10 мм/ч, для женщин – 5-12 мм/ч.
 

Таблица 1.1. – Основные гомеостатические константы организма [8]
Константа Норма Пределы Регуляция
рН крови
7,3-7,4 слабощелочная реакция 6,8-7,8; артериальная – 7,36-7,42; венозная – 7,26-7,36 Регулируется буферными системами крови
pH лимфы 7,35-7,40
pH межклеточной жидкости 7,26-7,38, примерно 7,4
pH желудочного сока: нормальная кислотность в просвете тела желудка натощак 1,5–2,0 рН Минимальная теоретически возможная кислотность в желудке 0,86 рН.
Максимальная – 8,3 рН.
pH сока ДПК: луковица двенадцатиперстной кишки 5,6–7,9 рН
рСО2 (парциальное давление углекислого газа) в крови
35,8-46,6 мм.рт.ст. (4,8-6,3 кПа) – артериальная; 46,0-58,0 мм.рт.ст. (6,1-7,7 кПа) – венозная Регулируется частотой и глубиной дыхания, буферными системами крови
рО2 (парциальное давление кислорода) в крови
95-100 мм.рт.ст. (12,6-13,3 кПа) артериальная; 46,0-58,0 мм.рт.ст. (6,1-7,7 кПа) венозная Регулируется частотой и глубиной дыхания

 
Продолжение таблицы 1.1
Константа Норма Пределы Регуляция
Газовый состав альвеолярного воздуха
О2 - 14,5%
СО2 - 5,5%
N2 - 80% Регулируется процессами диффузии газов через альвеолярно-капиллярную мембрану
Концентрация (уровень) глюкозы в крови
0,9 г/л 0,7-1,1 г/л, 80-120 мг%, 4,44-6,66 ммоль/л Регулируется секрецией инсулина и глюкагона
Концентрация (уровень) жиров в крови 4,5-7,0 г/л
Концентрация (уровень) молочной кислоты в крови 0,3-0,7 г/л артериальная
0,5-2,0 г/л венозная
Онкотическое давление 25-30 мм.рт.ст. в плазме крови
4-5 мм.рт.ст. в тканевой жидкости
Осмотическое давление крови 7,6 атм.
Давление крови (кровяное давление, артериальное давление) 120 мм.рт.ст. систолическое
80 мм рт.ст. диастолическое
ЧСС 72 уд./мин.

 
Продолжение таблицы 1.1
Константа Норма Пределы Регуляция
Кровоток в почках 4-5 мл/мин на 1 г ткани Миогенная ауторегуляция
Температура 36,6 ºС
Концентрация Na+ 138,0-148,0 ммоль/л Регулируется проницаемостью почечных канальцев к этим ионам
Концентрация K+ 3,70-5,30 ммоль/л
Концентрация Ca2+ в крови 1,13-1,32 ммоль/л

Таблица 1.2. – Содержание важных веществ во внеклеточной жидкости [9]
Параметр Нормальное значение Границы нормы Предельные границы
O2, мм рт.ст. 40 35-45 10-1000
CO2, мм рт.ст. 40 35-45 5-80
Na+, ммоль/л 142 138-146 115-175
K+, ммоль/л 4,2 3,8-5,0 1,5-9,0
Ca2+, ммоль/л 1,2 1,0-1,4 0,5-2,0
Cl-, ммоль/л 108 103-112 70-130
HCO3-, ммоль/л 28 24-32 8-45
Глюкоза, мг% (ммоль/л) 85 (3,58-6,05) 75-95 20-1500
Температура тела, ºС 37 37 18,3-43,3
рН 7,4 7,3-7,5 6,9-8,0
 
2. ВОДНО-СОЛЕВОЙ (ВОДНО-ЭЛЕКТРОЛИТНЫЙ) ГОМЕОСТАЗ
Водно-солевой (водно-электролитный) гомеостаз – это совокупность процессов поступления воды и электролитов в организм, распределение их во внутренней среде и выделения из оргазма [10].
Водно-электролитный гомеостаз требует равновесия между поступлением и выделением воды и электролитов, отсутствие данного равновесия приводит к нарушению водно-электролитного баланса.
Вода в организме находится в трёх состояниях [11]:
• свободная, или мобильная вода является средой, в которой растворены соли и белки;
• связанная вода находится в комплексе с коллоидами;
• конституциональная, или структурная вода входит в состав молекул белков, жиров и углеводов.
Процентное содержание воды в организме человека разница в зависимости от возраста [11]: у ребёнка 3-х месяцев – 70%, ребёнок 15-ти лет – 58%, взрослый мужчина – 60%, взрослая женщина – 55%.
В нормальных условиях количество потребляемой жидкости и образующейся в процессе метаболизма воды равно количеству удаляемой из организма воды через почки, кожу, лёгкие и ЖКТ [10].
Электролиты включают в себя соли, кислоты, основания, которые в водном растворе диссоциируют на свободные подвижные ионы, которые в свою очередь делятся на катионы, создающие в растворе положительный заряд, и анионы, создающие в растворе отрицательный заряд [11].
Важнейшие катионы: натрий (Na+), калий (K+), кальций (Ca2+), магний (Mg2+). Важнейшие анионы: хлор (Cl-), гидрокарбонат (НСО3), фосфаты (Н2РО4), сульфат (SO4). К анионам относят также радикалы органических кислот – уксусной, пировиноградной, молочной, ацетоуксусной и т.д.
Содержание электролитов в клеточной и внеклеточной жидкостях различны. Na+, Cl- и НСО3 в основном представлены во внеклеточной жидкости в то врем, как более высокие концентрации K+, Mg2+, Н2РО4 и SO4 характерны для внутриклеточной жидкости [11].
Важность стабильности концентраций электролитов определяется их функциями [11]. Электролиты отвечают за осмолярность жидкостей тела, участвуют в образовании биоэлектрического потенциала, катализируют процессы обмена веществ, определяют рН жидкостей тела, стабилизируют костные ткани, служат в качестве депо, участвуют в свёртывании крови, обладают иммуномодулирующей активностью.