第17章水-电解质代谢与酸碱平衡

《生物化学》国家卫生和计划生育委员会“十二五”国家级规划教材全国高等医药教材建设研究会规划教材全国高职高专学校规划教材生物化学《生物化学》国家卫生和计划生育委员会“十二五”国家级规划教材全国高等医药教材建设研究会规划教材全国高职高专学校规划教材第十七章水、电解质代谢与酸碱平衡吉林医药学院李妍生物化学学习目标1.掌握：水摄入与排出，生理需水量，每日最低需水量；体液含量和分布及电解质的分布特点；掌握钙磷的吸收、排泄及其影响因素；钙磷代谢的调节；血液的缓冲作用及肾对酸碱平衡的调节作用。2.熟悉：水的生理功能；电解质的生理功能及电解质含量；各种微量元素的主要生理功能及代谢；体内酸性、碱性物质的来源；肺对酸碱平衡的调节作用；判断酸碱平衡的主要生化指标及其临床意义。3.了解：水和电解质平衡的调节；钙磷的含量、分布和主要生理功能；酸中毒与碱中毒的概念和特点。4.能够运用人体中水、电解质及酸碱平衡的知识及理论为临床相应病例的正确诊断与治疗服务。5.培养学生尊重科学、求真务实的工作态度，提高对疾病本质的认识、分析和治疗能力。生物化学第十七章水、电解质代谢与酸碱平衡第一节水代谢第二节电解质代谢第三节钙磷代谢第四节微量元素代谢第五节酸碱平衡生物化学水和电解质既是人体的重要组成成分，也是构成体液（bodyfluid）的主要成分。体液是指体内的水分及溶解于水中的无机盐和有机物的总称。体液中的无机盐、某些小分子有机化合物和蛋白质等常以离子状态存在，称为电解质。水和电解质代谢（waterelectrolytemetabolism）又称为水、电解质平衡（waterelectrolytebalance）。引言生物化学机体在生命活动过程中不断地从食物中摄取酸性物质和碱性物质，同时自身又不断地产生酸碱物质。机体通过一系列的调节作用，最后将多余的酸性或碱性物质排出体外，使体液pH值维持在相对恒定的范围内，这一过程称为酸碱平衡（acid-basebalance）。正常人血浆的pH值总是维持在7.35～7.45之间。生物化学第一节水的代谢生物化学一、水的生理功能二、水的平衡第一节水代谢生物化学一、水的生理功能(一)调节体温水的比热大：当1g水从15℃升至16℃，需吸收4.2J（1cal）的热量；水能吸收或释放较多的热量而本身的温度却无较大改变。水的蒸发热大：1g水从37℃至完全蒸发需吸收2415J（575cal）的热量，故蒸发少量汗液就能散发大量热量。水的流动性大，导热性强：血液循环能使各组织器官代谢产生的热在体内迅速均匀分布并通过体表散发。生物化学(二)促进并参与物质代谢(三)运输作用水是体内的良好溶剂，能溶解物质，促进化学反应的发生。水分子还直接参与体内的代谢反应（水解、水化、加水脱氢等），在物质及能量代谢过程中起着重要作用。水的黏度小、流动性大，有利于运输各种营养物质和代谢产物。生物化学唾液有利于食物吞咽及咽部湿润，泪液能防止眼球及结膜干燥，关节滑液有助于关节活动，呼吸道与胃肠道黏液、胸腔与腹腔浆液等都是良好的润滑剂。(四)润滑作用(五)结合水的作用结合水是指与蛋白质、核酸和蛋白多糖等物质结合而存在的水。它与自由水不同，无流动性，因而对维持生物大分子构象，保持细胞、组织、器官的形态、硬度和弹性起到一定的作用。生物化学(一)水的摄入二、水的平衡饮水(1200ml)食物水(1000ml)代谢水(300ml)成人每天需水(2500ml)生物化学3.消化道排水各种消化腺分泌的消化液，每日约8000ml，其中绝大部分被肠道重吸收，只有150ml左右随粪便排出。(二)水的排出1.肺排水成人每日由肺以水蒸气形式排出水约350ml。2.皮肤排水成人每天非显性出汗500ml；显性出汗量与环境温度、湿度及活动强度有关。生物化学各种消化液的pH、电解质含量(mmol/L)及每天分泌量(ml)消化液pHNa+K+Ca2+Cl-HCO3-分泌量唾液6.6～7.110～3015～251.5～410～3010～201000～1500胃液1.0～1.520～606～7-145-1500～2500胰液7.8～8.41487340～8080～1101000～2000胆汁6.8～7.7130～1407～103.5～7.511040500～1000小肠液7.2～8.2100～14210～50-80～10530～751000～3000生物化学成人每天水的摄入与排出量水的摄入(ml/天)水的排出(ml/天)饮水1200呼吸350食物水1000皮肤500代谢水300粪便150肾1500总计25002500正常需水量：2500ml；最低需水量：1200ml。正常尿量：1500ml；最低尿量：500ml。4．肾排水(2)成人由尿排出至少35g/d代谢废物，溶解1g需15ml水，故最低尿量为500ml。低于此值称少尿。(1)正常人尿量约1500ml/d，受饮、排水量影响。生物化学第二节电解质代谢生物化学一、电解质的生理功能二、体液电解质含量与分布第二节电解质代谢三、水和电解质平衡的调节生物化学代谢水正常成人每日体内代谢生成的内生水约300ml。每100g糖氧化分解时约产生55ml水；每100g脂肪氧化分解时约产生107ml水；每100g蛋白质氧化分解时可产生41ml水。在严重创伤（如挤压综合征）时，由于大量组织细胞破坏，体内可迅速生成大量代谢水，每破坏1kg肌肉组织可释放出约850ml代谢水。知识拓展生物化学一、电解质的生理功能(一)维持体液渗透压和酸碱平衡Na+、Cl-是维持细胞外液渗透压的主要离子，而K+、HPO42-是维持细胞内液渗透压的主要离子。体液中的电解质（如HCO3-、HPO42-等）及其相应的酸类可组成缓冲对，是维持体液酸碱平衡的重要缓冲物质。生物化学神经、肌肉兴奋性∝[Na+][K+][Ca2+][Mg2+][H+]+++心肌兴奋性∝[Na+][K+][Ca2+][Mg2+][H+]+++(四)构成组织细胞成分(二)维持神经、肌肉的兴奋性(三)参与物质代谢生物化学二、体液电解质的含量与分布(一)体液电解质的含量体液中所含电解质按含量可分为主要电解质和微量元素两类，它们在细胞内、外的分布各不相同。主要电解质包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、HPO42-、有机酸根和蛋白质负离子等。微量元素含量较少，主要有铁、铜、锌、硒、碘、钴、锰、钼、氟、硅离子等。生物化学电解质血浆组织间液细胞内液mmol/L血浆mEq/L血浆mmol/L水mEq/L水mmol/L水mEq/L水Na+1421421471471515K+5544150150Ca2+2.551.252.512Mg2+1.531213.527总计151155153.25155.5179.5194Cl-10310311411411HCO3-272730301010HPO42-111250100SO42-0.520.511020有机酸667.57.5--蛋白质2160.12517.8863总计139.5155153.125155.578.88194体液中各种主要电解质的含量生物化学(二)体液电解质的分布1.体液电解质含量以mEq/L表示，细胞内外阴、阳离子相等而呈电中性，以mmol/L表示无此特点。2.细胞外液阳离子以Na+为主，阴离子以Cl-和HCO3-为主；细胞内液阳离子以K+为主，阴离子以HPO42-和蛋白质负离子为主。3.以mEq/L表示，电解质总量细胞内液较外液高，但渗透压基本相等，是因为细胞内液含产生的渗透压较小的蛋白质和二价离子较多所致。4.血浆与组织间液的电解质组成及含量较接近，但血浆中蛋白质含量远大于组织间液，此差别有利于血浆与组织间液之间水的交换。生物化学(一)神经系统调节三、水和电解质平衡的调节下丘脑有口渴中枢，当机体因大量出汗、失水过多等原因引起细胞外液渗透压升高时，口渴中枢的渗透压感受器受刺激，产生兴奋并传至大脑皮层而产生口渴感。而饮水后血浆渗透压回降，因此渴感消失。生物化学(二)激素调节1.抗利尿激素（antidiuretichormone，ADH）ADH可提高肾远曲小管及集合管对水的通透性，促进水的重吸收，从而维持体液渗透压的平衡。其主要作用机制为增强肾小管细胞膜上腺苷酸环化酶（AC）的活性，进而增加环一磷酸腺苷（cAMP）的生成。生物化学2.醛固酮（aldosterone）醛固酮的主要作用是促进肾远曲小管和集合管通过K+-Na+和H+-Na+交换促进K+和H+的排出及对Na+的主动重吸收，因此醛固酮有排钾、排氢、保钠的作用。同时，随着Na+主动重吸收的增加，Cl-和水的重吸收也增多，因此醛固酮也有保水的作用。生物化学3.心房利钠因子（atrialnatriureticfactor，ANF）急性的血容量增加可使ANP释放入血，从而引起强大的利钠和利尿作用。反之，限制钠、水摄入或减少静脉回心血量则能减少ANP的释放。ANP对水、电解质代谢的影响主要有①强大的利钠、利尿作用；②拮抗肾素-醛固酮系统的作用；③显著减轻失水或失血后血浆中ADH水平增高的程度；④舒张血管，降低血压的作用。生物化学4.其他激素甲状旁腺激素能促进肾远曲小管对Ca2+的重吸收，抑制近曲小管对磷酸盐的重吸收，抑制近曲小管对Na+、K+和HCO3-的重吸收。降钙素能抑制肾小管对Na+、K+、Mg2+及钙、磷的重吸收。甲状旁腺激素还能促进肾小管对Mg2+的重吸收。雌激素可促进Na+、水在体内潴留。胰岛素可促进K+进入细胞。甲状腺激素可引起K+移出细胞并从尿中排出。生物化学第三节钙磷代谢生物化学一、钙磷的含量与分布二、钙磷的吸收与排泄第三节钙磷代谢三、钙磷的生理功能四、血钙与血磷五、钙磷代谢的调节生物化学钙占体重1.5%～2.2%，总量700～1400g。磷占体重0.8%～1.2%，总量400～800g。一、钙磷的含量与分布(一)钙磷的含量生物化学(二)钙磷的分布钙磷的分布部位钙磷含量(g)占总钙的(%)含量(g)占总磷的(%)骨及牙细胞内液细胞外液12006199.30.60.16001000.285.714.00.0399％以上的钙和85％以上的磷以羟磷灰石[3Ca3（PO4）2·Ca（OH）2]的形式参与构成骨盐，存在于骨及牙齿中；其余则以溶解状态分布于体液和软组织中。生物化学二、钙磷的吸收与排泄（一）钙的吸收与排泄1.钙的吸收机体的不同生长发育阶段及生理状态对钙的需要量和吸收量有较大差异，且易导致缺乏症。年龄及生理状态需要量婴儿360～540mg／d儿童800mg／d青春期1200mg／d成人800mg／d孕妇或乳母1500mg／d吸收部位：十二指肠及小肠上端，吸收率25％～40％。生物化学影响吸收的因素(1)维生素D是促进小肠对钙吸收的最重要因素。(2)酸性环境钙盐易溶解，降低肠道pH值可促进钙的吸收，故常用乳酸钙、葡萄糖酸钙等补钙。(3)过多的草酸、植酸、脂肪酸、碱性磷酸盐等可与钙结合形成难溶性钙盐，阻碍钙的吸收；镁盐过多也可抑制钙的吸收。(4)钙的吸收率与年龄呈反比，这是老年人易于缺钙而发生骨质疏松的原因之一。生物化学2.钙的排泄人体每日摄入的钙，大约80％从粪便排出、20％经肾排出。成人每日进出体内的钙量大致相等，多吃多排，少吃少排，维持动态平衡。生物化学(二)磷的吸收与排泄1.磷的吸收磷在食物中广泛分布，可随钙一同吸收，并能在体内保存，因此不易缺乏。磷的每日需要量为800～900mg，主要来自食物中的磷脂、磷蛋白和某些磷酸酯。磷的吸收部位及其影响因素与钙大致相同。食物中的Ca2+、Fe2+和Mg2+过多时，可与磷酸根结合形成不溶性的盐而影响其吸收。生物化学2.磷的排泄尿磷排泄量常随食物含磷量的多少而变化，约60％～80％的磷由尿排出，其余随粪便排出。当肾功能不全时可引起血浆无机磷升高，磷与血浆钙结合而在组织中沉积，导致某些软组织发生异位钙化。生物化学三、钙磷的生理功能参与构成骨盐钙的生理功能参与血液凝固；增强心肌收缩力；降低神经、肌肉兴奋性；降低血管壁的通透性，减少渗出；参与细胞信号