016章.体液的渗透平衡

1第16章体液的渗透平衡和失常渗透力(osmoticforces)是体内水分布的主要决定因素。因之，保持细胞内、外液于正常的渗透力平衡状态，在维持人体细胞正常状态和功能方面起到重要作用。为此，在处理危重病人时必须熟知渗透效应的生理概念，以便能合理地选用静脉输液，避免和纠正血浆渗透克分子浓度(Posm)的失常。第1节有关渗透的一些概念一、渗透现象和渗透压渗透(osmosis)是一种物理现象。产生渗透现象和渗透压必须具备两个条件：一是在溶剂(例如水)中必须有溶质存在，构成溶液；二是需存在只能透过溶剂而不能透过溶质或只能透过小分子而不能透过大分子的半透膜。如图16-1所示，在一容器中盛以蒸馏水，以半透膜分隔成两半，最初因水分子的随机运动处于平衡状态，透过膜两侧的水分子数相等(图16-1a)；若在左侧的水中溶入葡萄糖，则该侧水分子随机运动(活性)降低，水分子即从活性较高的右侧向含葡萄糖的左侧不休止地转移。这种水分子(溶质)的单方向转移称为“渗透”。若容器的容积不能随之膨胀，势必使含葡萄糖左侧的静水压增高(图16-1b)，静水压升高到一定程度，水分子转移即终止，而又达平衡状态。所以，终止(或对抗)水分子单方向转移的静水压就是该溶液的“渗透压”。另一方面，也可把渗透压理解为阻止水分子单方向转移所需施加的压力，或渗透压就是半透膜两侧的静水压梯度。溶液的渗透压与单位容积溶剂中所含溶质分子颗粒的多少(颗粒浓度)成正比例，而与溶质分子颗粒的形式、大小、原子(或分子)价或重量无关。(a)在半透膜两边只有溶剂H2O，H2O分子等量转移，不产生渗透压(b)在半透膜的左边加入葡萄糖后，因葡萄糖不能透过半透膜，只有H2O分子自右向左的方向转移，因而在左侧产生渗透压二、血浆渗透克分子浓度的单位图16-1产生渗透压原理的图解2在溶液中，任何不离解或不能再进一步离解的溶质，其每一摩尔(mole，以下简写成mol)都含有6.023×1023个颗粒(即Avogadro常数)。因血浆和其他体液所含起渗透作用的溶质克分子数(osmole)较低，故均以它的千分之一，即毫渗透克分子数(milliosmole,简写为mOsm)计量。血浆渗透克分子浓度(Posm)有两种单位，一是重量渗克分子浓度(osmolality)，另一是容积渗克分子浓度(osmolarity)。两种名称常被混用，其实前者是指每公斤纯水中所含渗透克分子数，在其中不仅包括1L纯水，还得加上溶质所占的相对较小的容积，以mOsm/kg作单位；后者是指在每升血浆中所含的渗透克分子数，其中纯水的容积不足1L，其余容积被溶质所占据，以mOsm/L作单位。由于溶剂的容积永远小于溶液的实际容积，所以重量渗克分子浓度的数值总是大于容积渗克分子浓度。例如血浆含水93%左右，若Posm为280mOsm/kg，换算成容积克分子浓度则必须乘以0.93，即280×0.93＝260mOsm/L；若其容积克分子浓度为280mOsm/L，则重量克分子浓度为280÷0.93＝301mOsm/kg。在实际应用中，由于体液中溶质浓度极低，两者的差别常予不计，但在概念上必须明确区别。利用下式可将某一溶质的mmol/L换算成为mOsm/kg：mOsm/kg＝n×mmol/L……………………(1)n为每1分子溶质所能离解成的颗粒数，例如Na+、Cl-、Ca2+、尿素和葡萄糖的n均等于1，mOSm/kg的数值就等于mmol/L。但如果某一溶质的分子能离解成一个以上或更多的颗粒，则1mmol/L所发挥的渗透效应将大于1mOsm/kg。例如NaCl在溶液中75%离解成Na+及Cl-，25%仍保留NaCl原形，那么一分子NaCl将离解成为0.75+0.75+0.25＝1.75个颗粒，其n=1.75，则1mmol/LNaCl将形成渗透效应1.75mOsm/kg。目前，应用超冻(supercooling)原理所测的Posm或尿渗透克分子浓度(Uosm)都是以mOsm/kg(H2O)作单位，mOsm/L已日趋少用。三、渗透克分子浓度和渗透压根据Van’tHoff定律(1882年)，渗透压的关系式如下：π＝CRT…………………………………(2)π：渗透压(以大气压为单位)C：溶质总浓度(以mol/L为单位)R：为一常数，与气体常数(0.082/mol)相同T：绝对温度[以K(kelvin)为单位]此式在医学上应用有一定局限性。理由是：①只适用于溶质颗粒间无相互作3用的极稀薄溶液——“理想溶液”；②只适用于非电解质溶液。为此需作必要的修改。(2)式中C虽已代表溶液中溶质的颗粒浓度，但对于不是稀薄的实际溶液和电解质溶液，以起渗透效应的克分子浓度Os(Osm/kg)来代替溶质总浓度C(mol/L)更为合适，故式(2)可改写为：π＝OsRT………………………………(3)设在体温条件下(37℃，即273+37＝310K)，在1kg(1,000ml)纯水中，1mOsm溶质所产生的渗透压为：π＝0.0001×0.082×310＝2.54×10-2大气压若大气压为760mmHg(101.3kPa)(＝1ATA)，那么1mOsm/kg(H2O)相当于：2.54×10-2×760＝19.4mmHg(7.57kPa)在以往的医学书籍中以及目前有些临床医师都习惯地说：人体血浆渗透压的正常值是“280mOsm/kg”或“人体血浆的总渗透压是280mOsm/kg”，这样显然是混淆了压力与浓度两个不同性质的单位概念。对这种说法有予以更正的必要。若将血浆渗透克分子浓度(Posm)280mOsm/kg换算成压力，结果是：280×19.3＝5,404mmHg(720.5kPa)＝7.11ATA所以正确的说法应是：“人体血浆的渗透压是5,404mmHg(720.5kPa)或7.11ATA”。在正常情况下，Posm处于相对稳定的数值范围内，和体温、pH、电解质浓度等因素一起构成了维持细胞正常生命活动的相对稳定的内环境。在临床医学上，尤其在处理危重病人时测定和了解Posm(或尿的渗克分子浓度，Uosm)是判断水、盐代谢的重要标志，故而，一般并无必要将Posm或Uosm换算成渗透压(蛋白质除外，见下述)。四、晶体渗透压和胶体渗透压所谓晶体渗透压是小分子颗粒，如无机离子和不离解的溶质(如尿素、葡萄糖等)所产生渗透压的总和。其中98%压力是由电解质提供的，钠几乎占一半。胶体渗透压则是由分子量大于30,000的大分子所提供。在生理上，血浆中的蛋白质是以蛋白盐的形式存在，Pr-和随伴的阳离子一同起渗透作用，所以可理解为“实际的血浆蛋白质盐渗透压”(称为plasmaoncoticpressure或colloidalosmoticpressure，简写为COP)，血浆COP的5/6左右由白蛋白提供。目前尚不能用简单方法实际测定晶体渗透压，只能先用超冻原理测出体液的渗透克分子浓度(以下简称渗透浓度)的总和(包括晶体和胶体渗透浓度)，再测定COP，然后间接算出晶体渗透压。例如：Posm为280mOsm/kg，血浆蛋白质浓4度为60~70g/L，其实测渗透浓度约为1.3mOsm/kg，因数值过小，平时都以压力mmHg(kPa)作单位。计算血浆渗透压的步骤如下：1.总渗透压＝0.280×0.082×(273+37)＝7.117ATA＝5,408mmHg2.胶体渗透压＝0.0013×0.082×(273+37)＝0.033ATA＝25mmHg(3.3kPa)3.晶体渗透压＝5,408－25＝5,383mmHg(717.7kPa)从上可知胶体渗透压在总渗透压中所占分量极小，但在保留血管内水时却起很大作用(见后)。晶体渗透压与总渗透压的差别较小，平时也很少应用。五、有效渗透分子与无效渗透分子在正常人体中，细胞膜对不同溶质的通透性是不完全相同的。例如Na+和葡萄糖都不易通过细胞膜进入细胞内液(ICF)，当其在细胞外液(ECF)中的浓度发生变化时，能直接造成ECF与ICF之间的渗透(浓度)梯度，而引起水的转移。尿素能自由通透细胞膜，在膜的两侧不能产生渗透梯度，故是“无效”渗透分子；而Na+和葡萄糖都是“有效”渗透分子。血液与组织间液之间，由微血管壁相隔，后者也属半透膜，除能允许水通过外，小分子颗粒如Na+、葡萄糖等也能自由通过，而大分子颗粒如蛋白质则不易通过。因此，血浆的蛋白质浓度得以保持高于组织间液，而形成COP梯度。在正常情况下血浆蛋白质的胶体渗透压虽仅占总渗透压的0.4+%，但在将水保留在血管内，维持有效循环量方面却占有重要作用。在此部位因Na+和葡萄糖都不能产生渗透梯度，故属“无效”渗透分子，只有蛋白质是“有效”渗透分子。六、渗透浓度的测定与计算利用溶质能降低水冰点的“超冻”原理，来直接测定溶液的(重量)渗透浓度mOsm/kg，但不能测定其总渗透压。不含溶质的净水的冰点为0℃。如果将某一溶质(或几种溶质)1osm加入1kg净水中，水的冰点将降低1.86℃。含溶质的血浆水的冰点在正常时约为-0.521℃，则其渗透浓度：0.521÷1.86＝0.280Osm/kg(H2O)＝280mOsm/kg(H2O)因所有溶质(包括无效渗透分子尿素及大分子蛋白质在内)的颗粒都参与降低冰点的作用，所以用超冻原理可测得各种体液的总渗透浓度(osmolality)。5在缺乏实测渗透浓度条件的场合，可凭血浆[Na+]、[葡萄糖]、和[尿素氮]用下式计算Posm的近似值：Posm≌2×[Na+]………………………(4)或Posm≌17.5×[Na+]+BUN(mg/dl)2.8+血糖(mg/dl)………………(5)18以上计算所得的数值为(容积)渗透浓度近似值，要除以血浆含水的比率0.93方为(重量)渗透浓度的近似值，但一般可不再换算。因为以上算式中只包括血浆的[Na+]、[葡萄糖]和[BUN]，而其他物质都未考虑在内，故计算值总是小于实测值，两者的差值称为“渗透量空隙”(osmolargap)，正常时约在10mOsm/kg范围内。如果超过20~30mOsm/kg，则提示存在有高脂血症或高蛋白血症；也可能由于输入高渗溶液或存在内源性有毒物质(如乳酸)所致，若超过40mOsm/kg，即可致死。后者可见于脓毒血症和休克病人中，这对判断危重病人的预后有重要的参考价值。七、等张溶液和等渗溶液根据等渗浓度规律，所有ECF(包括血浆)的渗透浓度必然与ICF相同。因此，静脉输入溶液的渗透浓度高低至关重要。凡输入的溶液与ICF间不存在渗透梯度，细胞容积和形状都不发生改变者，是为等张溶液(isotonicsolution)；渗透浓度低于ICF，使水向细胞内转移，从而使细胞肿胀者，为低张溶液(hypotonicsolution)；渗透浓度高于ICF，使细胞内水向外转移，从而使细胞容积收缩者，为高张溶液(hypertonicsolution)。常用的等张溶液有5%葡萄糖及0.9%NaCl溶液，可用下式计算其毫渗浓度(以mOsm/kg为单位)：毫渗浓度(mOsm/kg)=n×mg/dl×10…………(6)分子量(1)5%葡萄糖溶液的n=1，分子量=180∴1×5000×10=277.78mOsm/kg180(2)0.9%NaCl溶液的n=1.75分子量=58.5∴1.75×900×10=269.23mOsm/kg58.5如果要使以上溶液的渗透浓度等于280mOsm/kg，那么两者的浓度也可以利用式(6)算出：(1)设葡萄糖浓度为xg/dl6那么：1×x×10=280mOsm/kg180X=5040mg/dl＝5.04g/dl(2)设氯化钠溶液浓度为yg/dl那么：1.75×y×10=280mOsm/kg58.5y=936mg/dl=0.936g/dl以上计算结果说明葡萄糖和氯化钠的浓度都得适当提高，方能达到280mOsm/kg。虽然等张溶液都是等渗溶液，等张葡萄糖液和NaCl溶液也都可以算作等渗溶液，但等渗溶液并不都是等张溶液。例如1.68%尿素溶液的渗透浓度为280mOsm/kg，虽为等渗溶液，但因它能自由通过半透膜，在红细胞膜两侧不能形成张力梯度，水随尿素进入