Лабораторная диагностика нарушений водно-электролитного обмена: Учебное пособие, страница 13

Иное состояние для иона Na⁺ , концентрация которого выше во внеклеточной среде, чем в клетке. Градиент концентрации и мембранный потенциал будут совместно способствовать входу Na⁺ в клетки. Для поддержания внутри- и внеклеточного градиента ионов Na⁺ используется энергия АТФ, которая обеспечивает работу "Na⁺"-насоса или Na⁺-помпы, представленной на клеточной мембране Na,K-ATФазой. Именно работа Na,K-ATФазы по удалению Na⁺ из клетки и внесение взамен К⁺ (возможно сопряжение с переносом других катионов, в частности, иона Н⁺ или анионов Cl^- и других) обеспечивает внутри- и внеклеточный градиент для ионов Na⁺ (рис.10).

Рис. 10. Градиент концентрации между клеткой и внеклеточной средой достигается за счет активной работы Na,K-ATФазы по удалению Na⁺  из клетки против градиента концентрации.

Несмотря на активную работу Na-насоса, градиент концентрации для Na⁺ возможно удерживать только в том случае, если клеточная мембрана для Na⁺ будет барьером, препятствующим его свободному входу в клетку. Действительно мембрана большинства клеток в организме человека плохо проницаема для иона Na⁺. Это связано в первую очередь с существующей вокруг Na⁺ гидратной оболочкой. На рисунке 11 представлена модель взаимодействия Na⁺ и К⁺ с диполями воды в растворе.

Несмотря на то, что молекулярный радиус Na⁺ меньше, чем К⁺ из-за образования вокруг Na⁺ устойчивой водной оболочки эффективный его радиус в водном растворе существенно больше, чем у К⁺ вокруг которого водная рубашка рыхлая и практически нет устойчивого взаимодействия. Поэтому для гидрофильного иона Na⁺ фосфолипидная клеточная мембрана представляет значительный барьер, для К⁺ который легко сбрасывает водную оболочку клеточная мембрана свободно проницаема.

Рис.11.

А - Схематическое изображение размеров молекулы воды и катионов Na⁺ и К⁺  (А – размерность в ангстремах = 10^–10 м)

Б – Сольватация ионов Na⁺ полярными молекулами воды и катион К⁺, у которого отсутствует гидратная оболочка.

Таким образом, ион К⁺ является основным в организме потенциалообразующим ионом. От его распределения между клетками и внеклеточной средой зависят электрофизиологические свойства – проводимость, возбудимость, автоматия, нервно-мышечная передача. Ион Na⁺ тесно связан с обменом воды в организме, это основной ион, который ответственен за реабсорбцию воды в почках, объем внутриклеточного пространства, его распределение в значительной мере определяет развитие отеков и дегидратацию.

БАЛАНС НАТРИЯ В ОРГАНИЗМЕ

Концентрация Na в плазме в норме колеблется в пределах от 135 до 144 ммоль/л. Это постоянство поддерживается функцией ряда органов, включая гипофиз, надпочечники, почки. При заболеваниях этих и других органов может изменяться концентрация Na в плазме. На долю Na приходится примерно 90 % всех внеклеточных катионов, это катион внеклеточного пространства. Его много в плазме, к нему мало чувствительны клетки, поэтому физиологический раствор - это 0,9 % NaCI. У Na очень большая гидратная оболочка. Это чрезвычайно гидрофильный ион (рис. 11). Перемещение воды в организме контролируется движением Na. Из-за большой гидратной оболочки движение Na через липидный бислой клеточной мембраны затруднен. Градиент Na через клеточную мембрану важен для образования мембранного потенциала, однако, вклад Na в его величину значительно меньше, чем вклад градиента К. Быстрые токи Na через клеточную мембрану при формировании потенциала действия могут блокироваться ядом тетродотоксином, тогда возникает нервно-мышечный паралич. Первостепенную роль играет Na в поддержании осмотического давления. Гипо- и гипернатрийемии приводят к изменениям осмотичности среды. Натрий имеет определяющее значение в поддержании нормального значения рН плазмы. Он опосредованно через Сl влияет на бикарбонатный буфер. Na защищает клетки почечных канальцев от повреждения анионами сильных кислот. При накоплении этих анионов в больших количествах они экскретируются с мочой в виде Na-солей, а не как кислоты, что предупреждает чрезмерное закисление мочи.