Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Особенности электролитного обмена у жителей Архангельской области

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Айвазова, Елена Анатольевна, Архангельск

Архангельская Государственная Медицинская Академия

АЙВАЗОВА Елена Анатольевна

ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТНОГО ОБМЕНА У ЖИТЕЛЕЙ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

03.00.13- физиология человека и животных

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

На правах рукописи

Научный руководитель доктор медицинских наук, профессор Добродеева Л.К.

кандидат химических наук, доцент Сычёва Л.Н.

Научный консультант

Архангельск 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ........................................... 4

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.......................... 9

1.1. Медико-биологическая роль электролитов.......... 9

1.2. Влияние климатических факторов, сезонов года и пола

на уровни электролитов.......................... 27

1.3. Понятие «норма» в медицине..................... 30

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ......... 33

2.1. Характеристика исследуемого материала........... 33

2.2. Методики определения электролитов в сыворотке крови............................................. 34

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ... 40

3.1. Содержание электролитов в сыворотке крови жителей г. Архангельска в зависимости от возраста и половой принадлежности........................................ 41

3.2. Зависимости уровня электролитов от фотопериода и среднегодовые показатели содержания электролитов

в сыворотке крови у жителей г. Архангельска........ 45

3.3. Концентрации электролитов в сыворотке крови жителей Архангельской области....................... 47

3.3.1. Уровни электролитов в сыворотке крови жителей Холмогорского района Архангельской области..... 48

3.3.2. Содержание электролитов в сыворотке крови жителей Онежского района Архангельской области . 50

3.3.3. Концентрация электролитов в сыворотке крови жителей Котласского района Архангельской области 52

3.3.4. Содержание электролитов в сыворотке крови ненцев, коренных жителей Ненецкого автономного округа....................................... 54

3.3.5. Зависимость концентрации электролитов от фотопериодов года и среднегодовые уровни электролитов у жителей Архангельской области.......... 59

3.3.6. Нормативы содержания электролитов в сыворотке крови практически здоровых жителей Архангельской области.............................. 63

Глава 4. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ..... 65

ВЫВОДЫ............................................ 73

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ...................... 75

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................ 76

ПРИЛОЖЕНИЕ........................................ 93

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

К настоящему времени у большинства исследователей не вызывает сомнения факт зависимости состояния здоровья человека от клима-тогеографических особенностей места проживания и влияния их на го-меостаз человека (Вустянюк Э.В., Панин Л.Е., 1981; Серебряков Е.П., 1982; Дёгтева Г.Н., 1986; Бойко Е.Р., Ткачёв A.B., 1995; Козырева Т.В., Верхогляд Л.А., 1997; Афанасьева С.А., 1997; Vilson V., 1965). Климат Севера с его отрицательным радиационным балансом, повышенной геомагнитной активностью, необычным фотопериодизмом, дефицитом тепла и солнечной инсоляции является дискомфортным для человека и формирует своеобразный региональный уровень жизнеобеспечения, незнание которого может привести к ошибкам при оценке состояния здоровья населения данного региона и определении потребностей в лечебно-профилактических мероприятиях. По мнению Л.С. Панина (1979) у людей, проживающих на Севере, изменяется белковый, липидный спектр крови, содержание некоторых гормонов, витаминов, макро- и микроэлементов. В результате накопления в процессе адаптации количественных изменений организм со временем приобретает новое качество, т.к. каждая конкретная среда обитания формирует наиболее оптимальную адекватную для этой среды "полносвязную, действующую как механизм с однозначным действием систему" (Петров A.B., Быков Э.Г., 1987; Пастухов Ю.Ф., 1992; Агаджанян H.A., 1994; Горяшкиева Н.Б., 1996).

Несомненна роль электролитов в поддержании относительного постоянства состава и свойств крови. Изменение их содержания сопровождается сдвигом осмотического давления в жидкостях организма, кислотно-щелочного и ионного равновесия. Не существует ни одного жизненно важного процесса, в котором не принимали бы участие электролиты. Они

играют ведущую роль в создании биоэлектрических мембранных потенциалов, участвуют в обмене веществ, утилизации кислорода, переносе и сохранении энергии, деятельности органов и клеток, выполняют свои биологические функции.

Общеизвестна распространенность на Севере заболевании сердечно-сосудистой системы, нарушений выведения солей с мочой, заболеваний щитовидной железы и др., одной из причин которых может являться дисбаланс электролитов. Коррекция электролитного обмена широко распространена в экстренной медицине, профилактической работе и является важным звеном региональных медико-социальных программ. И только знание региональных особенностей содержания электролитов, нормативы пределов их колебаний, позволяет объективно и наиболее рационально использовать препараты, содержащие биоэлементы. Особую значимость подобные методы биокоррекции приобретают в условиях дискомфортного климата и социального неблагополучия.

Цель исследования

Целью настоящей работы является выявление особенностей обмена электролитов у практически здоровых лиц в зависимости от возраста, пола, сезонов года, фотопериодики и места проживания.

Задачи исследования

Выполнение данной цели достигнуто решением следующих задач:

1) выявить региональные особенности в содержании электролитов в крови жителей Архангельской области;

2) выявить зависимость уровня электролитов в сыворотке крови от возраста и пола исследуемых;

3) выявить содержание электролитов у жителей Архангельской области в зависимости от района проживания;

4) исследовать влияние сезонов года на обмен электролитов у практически здоровых жителей Архангельской области;

5) выработать нормативные показатели уровня электролитов в сыворотке крови жителей Европейского Севера.

Научная новизна

1. Проведены исследования на содержание магния и хлоридов у северян, в том числе у жителей Ненецкого автономного округа.

2. Получены новые данные о концентрации электролитов в сыворотке крови жителей Европейского Севера в зависимости от возраста и пола.

3. Впервые получены данные о содержании электролитов в различных районах Архангельской области, что является особенно важным при разработке критериев и систем компенсации в различных зонах дискомфортности.

4. Разработаны региональные нормативы содержания электролитов у жителей Европейского Севера.

Научно-практическая значимость работы

Данные, полученные в работе позволяют установить закономерности обмена электролитов у здоровых лиц, адаптированных к суровым климатическим условиям Севера и предложить пути коррекции выявленных нарушений. Определение нормативов в содержании электролитов в сыворотке крови северян позволит использовать их в клинической практике для правильной оценки состояния здоровья и заболевания.

Положения, выносимые на защиту

1.Содержание электролитов в сыворотке крови северян зависит от сезонности.

2. Разная степень выраженности в изменении уровня электролитов зависит от региона и степени его дискомфортности.

3. На Севере регистрируются региональные нормативы в содержании электролитов; отмечено расширение границ спорных суждений о норме.

Внедрение в практику

Методические рекомендации для врачей "Особенности электролитного обмена у жителей Архангельской области" и "Особенности электролитного обмена у жителей Ненецкого автономного округа" (акт внедрения 11.12.98 г.). Материалы исследования используются в учебной работе со студентами АГМА на кафедре биомедицинской химии на практических занятиях, а также в самостоятельной внеаудиторной работе студентов (акт внедрения от 17.11.98 г.).

Апробация работы

Положения диссертации доложены и обсуждены на зональной конференции "Региональная специфика патологии и особенности адаптации больных в условиях Севера (Архангельск, 1985); зональной конференции "Медико-биологические проблемы Европейского Севера (Архангельск, 1986); научном совещании "Нарушение минерального обмена и пути его коррекции при различных физиологических и патологических состояниях" (Архангельск, 1987); XI Всесоюзной конференции "Микроэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медицине (Самарканд, 1990); научной конференции "Актуальные проблемы состояния здоровья Ненецкого автономного округа" (Нарьян-Мар, 1991), итоговой научной конференции АГМА (1998).

По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объём и структура диссертации

Диссертация изложена на 108 страницах машинописного текста и состоит из введения, главы 1 — обзор литературы, главы 2 — материалы и методы исследования, глав 3,4 — результаты собственных исследований, заключения, выводов, практических рекомендаций и списка литературы, который включает в себя 139 отечественных и 38 работ зарубежных исследователей. Диссертация содержит 15 таблиц и 1 рисунок.

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Медико-биологическая роль электролитов

Относительная постоянство состава и свойств крови в значительной мере зависит от концентрации в ней минеральных веществ. Изменение их содержания сопровождаются сдвигом осмотического давления в жидкостях организма, кислотно-щелочного и ионного равновесия. Участие и роль электролитов в обмене веществ, в том числе и в обмене воды, огромны и определяются их осмотической активностью, электрическими свойствами, влиянием их на активность ферментных систем. Электролиты участвуют в создании биоэлектрических мембранных потенциалов, в обмене веществ, утилизации кислорода, переносе и сохранении энергии, деятельности органов и клеток, выполняют свои биологические функции. Существующая обширная литература подтверждает значимую роль электролитов для жизнедеятельности живых систем.

Биологические жидкости и ткани содержат много различных электролитов: NaCI, KCl, CaCI2, MgCI2, NaH2P04, NaHC03, которые в биологических средах находятся в ионном виде. Потому к основным электролитам можно отнести Na+, К+, Са2+, Mg2+, CI", которые относят также к макроэлементам по содержанию их в организме (0,08% и больше от массы тела человека).

Натрий.

Организм человека содержит приблизительно 60 ммоль/кг натрия (Ленский A.C.,1989). У человека с массой тела 70 кг это соответствует содержанию в организме в целом 4200 ммоль натрия. Около 40-45% от общего количества натрия (~1800 ммоль ) находятся в костях. Из остальных 2400 ммоль около 2100 ммоль натрия содержится во внеклеточной

жидкости, и только примерно 300 ммоль во внутриклеточной жидкости мягких тканей. Примерно 70% от общего натрия организма обменивается. Остальные 30%, вероятнее всего, адсорбируются на кристаллах гид-роксиапатита трубчатых костей. Обмениваемый натрий, таким образом, включает весь натрий, содержащийся во внеклеточной и внутриклеточной жидкости мягких тканей, и часть натрия, находящегося в костях. Обмениваемый натрий находится в подвижном равновесии с натрием внеклеточной жидкости и представляет собой резерв, способный частично компенсировать снижение концентрации натрия внеклеточной жидкости (Москалёв Ю.И., 1985). Клеточные мембраны, отделяющие внеклеточную жидкость от внутриклеточной, легко проницаемы для воды и эффективно вытесняют натрий благодаря функционированию натриевого насоса. Имеющиеся данные указывают на то, что движение воды через клеточные мембраны является пассивным, обусловленным разностью осмотического давления (Кравчинский БД, 1963; Болдырев A.A., 1985; Касымо-ва С.С., 1990). В норме общее осмотическое давление внеклеточной и внутриклеточной жидкости одинаково и общий ток воды через клеточные мембраны отсутствует. Общая осмоляльность зависит от общей концентрации частиц в этом растворе. Во внеклеточной жидкости на натриевые соли, особенно хлористый натрий и бикарбонат натрия, приходится 90-95 % от общей концентрации частиц. Изменение концентрации солей натрия является, таким образом, основной причиной изменения осмоляль-ности внеклеточной жидкости. Снижение концентрации хлористого натрия, например, вызывает уменьшение осмоляльности внеклеточной жидкости и общего тока воды из внеклеточной жидкости во внутриклеточную. Объем внеклеточной жидкости, следовательно, уменьшается, хотя общий объем воды в организме остается неизменным (Бай П.,1994; Williams 1993).

Средний уровень потребления натрия в странах западного мира составляет примерно 170 ммоль в день, из которых около 165 ммоль экс-кретируется с мочой и приблизительно 5 ммоль — с калом. Другими источниками, помимо поступления натрия через пищеварительный тракт, важными в клинической практике, являются внутривенное введение, пе-ритонеальный и экстракорпоральный диализ. Патологические потери натрия включают повышение экскреции натрия с мочой и калом, выведение с рвотой, через кожу (пот, транссудат), дренажи, фистулы, а также секвестрацию жидкости в физиологические или патологические полости (Клар С., 1987).

Хотя гипонатриемией обычно называют снижение концентрации натрия в крови ниже 135 ммоль/л, ее клинические симптомы развиваются редко до тех пор, пока концентрация не снизится ниже 130 ммоль/л. Развитие симптомов зависит в основном от быстроты наступления гипонат-риемического состояния. Когда гипонатриемия выражена, регистрируется повышенная сонливость, потеря аппетита, головные боли и мышечные спазмы; неврологическая симптоматика является следствием уменьшения количества внутриклеточного натрия и нарушения натрийзависимой метаболической активности. Гипернатриемия развивается при концентрации натрия в сыворотке крови более 150 ммоль/л. Признаки и симптомы гипернатриемии зависят от степени и скорости её развития; неврологические отклонения преобладают. Если гипернатриемия развивается быстро, начальные симптомы включают апатию, раздражительность, прогрессирующую мышечную ригидность, гиперрефлексию, атаксию и судороги. В патогенез симптомов, наблюдаемых в состоянии гипернатриемии, вовлекается несколько механизмов. Резкое повышение осмо-ляльности плазмы создает осмотический градиент между внутри- и внеклеточной жидкостью головного мозга и вызывает выход воды из клеток центральной нервной системы. Движение жидкости из внутриклеточного

пространства в сосуды изменяет динамику циркуляции и микроциркуляции в сосудах. Сосудистая недостаточность при этом является проявлением той или иной степени дегидратации.

Из общего количества натрия, содержащегося в организме, 44% находится во внеклеточной жидкости и 9% — во внутриклеточной. Остальное количество натрия находится в костной ткани, которая его депонирует. Натрий, депонированный в костной ткани, способствует поддержанию постоянной концентрации ионов во внеклеточной жидкости. Ионы натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды организма, участвуют в поддержании постоянного осмотического давления биожидкостей (Спиричев В.,1996). Натрий является одним из главных компонентов буферных систем крови, поддерживающих кислотно-основное равновесие в организме (Ленский A.C., 1989; Ершов Ю.А., 1993; Lever A.B., 1995). Ионы Na+ регулируют водный обмен, влияют на работу ферментов, а также на способность белковых коллоидов к набуханию.

Вместе с ионами К+, Мд2+, Са2+ и СГ ионы Na+ участвуют в передаче нервных импульсов через мембраны нервных клеток и поддерживают нормальную возбудимость мышечных клеток (Москалев Ю.И., 1985; Князев Д.А., 1990; Cowan J.А., 1993) При недостатке натрия в организме (гипонатриемия) наблюдается ухудшение общего состояния, нарушение работы сердца, желудочно-кишечного тракта, появление внутренних отёков. При большой потере натрия организмом могут появиться судороги, резкая головная боль, рвота. Повышение концентрации натрия в организме приводит к нарушению работы сердечно-сосудистой системы, повышению кровяного давления, появлению внешних отеков.

Калий

Суточное потребление калия составляет примерно 100 ммоль. Фактически весь поступающий калий всасывается в кишечнике, с калом

выводится менее 10 ммоль. Для поддержания внешнего баланса необходимо, чтобы количество выведенного с мочой, было идентично таковому, абсорбированному в желудочно-кишечном тракте. Калий является основным катионом внутриклеточной жидкости (Москалёв Ю.И.,1985; Ха-кимов Х.Х., Татарская А.З., 1985; Ленский A.C., 1989). Общее содержание калия в организме человека составляет примерно 3700 ммоль, из которых только 50-70 ммоль находятся во внеклеточной жидкости, остальная часть содержится внутриклеточно. Основная масса внутриклеточного калия находится в мышечных клетках (~2800 ммоль), значительно меньшие количества — в коже (~500 ммоль), в печени (~100 ммоль) и в эритроцитах (250 ммоль).

Преимущественно внутриклеточная локализация калия отражена тем фактом, что концентрация этого иона во внутриклеточной жидкости (около 150 ммоль/л) значительно превышает его конц