Минеральный состав плазмы крови. Его значение для жизнедеятельности

Нормальная физиология — СПбГПМУ, Стоматологический факультет

Введение. Определение и общая характеристика

Плазма крови — жидкая часть крови (55–60% общего объема), представляющая собой сложный водный раствор электролитов, белков, органических и неорганических соединений. Её минеральный (ионный) состав — совокупность неорганических катионов и анионов, находящихся в строго определенных концентрациях. Постоянство этого состава — один из важнейших параметров гомеостаза, обеспечивающий нормальное функционирование клеток всех органов и тканей.

Основные компоненты: вода (≈90–92%), белки (7–8%), органические вещества (глюкоза, липиды, аминокислоты, гормоны) и электролиты (≈0,9–1,0%). Именно электролиты, создавая осмотическое, онкотическое давление и электрические градиенты, имеют решающее значение для жизнедеятельности клеток.

---

Минеральный состав плазмы крови

Основные катионы и анионы

| Катионы | Концентрация (ммоль/л) | Анионы | Концентрация (ммоль/л) |

|---------|------------------------|--------|------------------------|

| Na⁺ | 135–148 | Cl⁻ | 98–108 |

| K⁺ | 3,5–5,3 | HCO₃⁻ | 22–26 |

| Ca²⁺ | 2,2–2,6 (общий) / 1,1–1,3 (ионизированный) | HPO₄²⁻ | 0,8–1,4 |

| Mg²⁺ | 0,7–1,1 | SO₄²⁻ | 0,3–0,6 |

Также в плазме присутствуют микроэлементы (Fe²⁺/Fe³⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, I⁻, Mn²⁺, Se⁴⁺ и др.) в следовых концентрациях (мкмоль/л).

Важная особенность: сумма зарядов катионов всегда равна сумме зарядов анионов (принцип электронейтральности), хотя распределение отдельных ионов по обе стороны клеточной мембраны кардинально различается.

Формы существования

• Свободные (ионизированные) – Na⁺, K⁺, Cl⁻, часть Ca²⁺ и Mg²⁺.
• Связанные с белками – около 40% Ca²⁺, 30% Mg²⁺ (преимущественно с альбумином, глобулинами).
• В составе комплексов – Ca²⁺ с цитратом, HCO₃⁻, HPO₄²⁻.

> [!simple] Простыми словами

> Минеральный состав – это «бульон» из ионов (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻ и др.), растворённых в плазме. Их концентрации не случайны: они жёстко поддерживаются организмом, потому что любое отклонение нарушает работу каждой клетки – от возбуждения нейрона до сокращения мышц.

---

Физиологическое значение минерального состава для жизнедеятельности клеток

1. Поддержание осмотического давления и объема клеток

Осмотическое давление плазмы (≈280–300 мОсм/л) на ≈92% определяется концентрацией Na⁺ и ассоциированных с ним анионов (Cl⁻, HCO₃⁻). Na⁺ – главный осмотически активный ион внеклеточной среды.

• Изменение концентрации Na⁺ в плазме немедленно вызывает перераспределение воды между клеткой и интерстицием.
• Гипонатриемия → вода входит в клетки → набухание (особенно опасно для нейронов).
• Гипернатриемия → вода выходит из клеток → сморщивание (дегидратация клеток).

> [!example] Пример

> При острой потере воды (обильное потоотделение, несахарный диабет) концентрация Na⁺ в плазме возрастает. Клетки мозга теряют воду, сморщиваются, что может вызвать судороги и кому.

Ключевая роль: Na⁺-K⁺-АТФаза постоянно выкачивает Na⁺ из клетки, тем самым поддерживая осмотический баланс и клеточный объем.

2. Участие в генерации мембранного потенциала и возбудимости

Все возбудимые клетки (нервные, мышечные) обладают мембранным потенциалом покоя (МПП) и способностью генерировать потенциал действия (ПД) благодаря неравномерному распределению ионов.

| Ион | Внутри клетки (ммоль/л) | Снаружи клетки (ммоль/л) | Равновесный потенциал (Нернста, 37°C) |

|-----|------------------------|--------------------------|---------------------------------------|

| K⁺ | 140 | 4 | ≈ –95 мВ |

| Na⁺ | 12 | 145 | ≈ +60 мВ |

| Ca²⁺ | <0,0001 | 1,2 | ≈ +125 мВ |

• Потенциал покоя (≈ –70…–90 мВ) формируется главным образом за счет диффузии K⁺ из клетки наружу через калиевые каналы утечки.
• Потенциал действия – результат лавинообразного входа Na⁺ в клетку (фаза деполяризации) и последующего выхода K⁺ (реполяризация).
• Ca²⁺ играет роль второго посредника (внутриклеточный сигнал) и участвует в медленной деполяризации (пейсмекерные потенциалы сердца).

> [!formula] Уравнение Нернста (для одного иона)

>

> R – универсальная газовая постоянная, T – абсолютная температура, z – валентность, F – число Фарадея. Показывает, какой потенциал установился бы на мембране, если бы она была проницаема только для данного иона.

Значение: Без строгого поддержания концентрации K⁺ и Na⁺ в плазме невозможны проведение нервных импульсов, сокращение скелетных и сердечной мышц.

3. Влияние на свертываемость крови

Ca²⁺ (ионизированный) – фактор свертывания IV. Он абсолютно необходим для:

• Активации протромбиназы (фактор Xa + фактор Va + Ca²⁺ + фосфолипиды).
• Превращения протромбина в тромбин.
• Агрегации тромбоцитов.

Снижение концентрации Ca²⁺ в плазме (гипокальциемия) → замедление свертывания, повышенная кровоточивость. Однако полного удаления Ca²⁺ (например, цитратом натрия) достаточно, чтобы полностью блокировать свертывание in vitro.

4. Участие в буферных системах и регуляции pH

Кислотно-щелочное равновесие (pH крови = 7,35–7,45) поддерживается тремя системами, ключевую роль в которых играют ионы плазмы:

• Бикарбонатная буферная система: H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃⁻. Соотношение [HCO₃⁻]/[H₂CO₃] ≈ 20:1 определяет pH по уравнению Гендерсона-Гассельбальха.
• Фосфатная буферная система: H₂PO₄⁻ ↔ H⁺ + HPO₄²⁻. Играет большую роль в внутриклеточной среде.
• Белковая буферная система (альбумины, глобулины) – благодаря амфотерным свойствам.

> [!example] Пример

> При накоплении молочной кислоты (анаэробная работа мышц) дополнительный H⁺ связывается с HCO₃⁻, превращаясь в H₂CO₃, который распадается на H₂O и CO₂ – последний удаляется легкими. Так плазма предотвращает резкое закисление среды.

5. Роль кофакторов ферментов

Многие ионы металлов входят в активные центры ферментов или активируют их:

• Mg²⁺ – кофактор АТФаз (в т.ч. Na⁺-K⁺-АТФазы), креатинкиназы, гексокиназы. Без Mg²⁺ невозможен синтез АТФ.
• Ca²⁺ – активатор тропонина C (сокращение мышц), киназ, фосфорилаз.
• Zn²⁺ – компонент многих металлопротеиназ, участвует в иммунных реакциях.
• Cu²⁺ – необходим для цитохромоксидазы (дыхательная цепь митохондрий).

6. Участие в транспорте веществ и межклеточных взаимодействиях

• Ca²⁺ регулирует экзоцитоз (выброс нейромедиаторов, гормонов, пищеварительных ферментов).
• Mg²⁺ стабилизирует липидный бислой мембран, снижая их текучесть.
• Na⁺ обеспечивает вторичный активный транспорт (например, Na⁺-глюкозный котранспорт в кишечнике и почках) – энергия градиента Na⁺, созданного Na⁺-K⁺-АТФазой, используется для переноса веществ внутрь клетки.

---

Регуляция минерального состава плазмы

Концентрации ионов в плазме поддерживаются на постоянном уровне за счет скоординированной работы почек, гормонов и костной ткани (для Ca²⁺ и фосфатов).

| Ион | Орган-регулятор | Основные гормоны | Механизм |

|-----|----------------|-------------------|----------|

| Na⁺ | Почки | Альдостерон (кора надпочечников), АДГ (гипофиз), предсердный натрийуретический пептид (ПНП) | Альдостерон ↑ реабсорбцию Na⁺, АДГ ↑ реабсорбцию воды (разведение), ПНП ↓ реабсорбцию Na⁺ |

| K⁺ | Почки | Альдостерон | ↑ секрецию K⁺ в мочу |

| Ca²⁺ | Почки, кости, кишечник | Паратгормон (ПТГ), кальцитонин (щитовидная железа), кальцитриол (активная форма витамина D₃) | ПТГ ↑ Ca²⁺ в крови (мобилизация из костей, ↑ реабсорбция в почках, ↑ всасывание в кишечнике). Кальцитонин ↓ Ca²⁺ |

| Mg²⁺, HCO₃⁻, HPO₄²⁻ | Почки | ПТГ, кальцитриол | Реабсорбция/секреция в канальцах |

---

Клиническое значение нарушений

Нарушение минерального состава – частый патологический синдром:

• Гипонатриемия (<135 ммоль/л) – тошнота, головная боль, спутанность сознания, судороги, кома.
• Гипернатриемия (>148 ммоль/л) – жажда, сухость кожи, лихорадка, неврологические расстройства.
• Гиперкалиемия (>5,3 ммоль/л) – аритмии, остановка сердца (жизнеугрожающее состояние).
• Гипокальциемия (<2,2 ммоль/л) – парестезии, тетания, судороги (симптом Хвостека, Труссо).
• Гиперкальциемия (>2,6 ммоль/л) – слабость, запоры, полиурия, кома.

> [!critical] Ключевой факт

> Na⁺ и K⁺ – главные ионы, определяющие электрические свойства возбудимых тканей (нерв, мышца); Ca²⁺ – универсальный внутриклеточный сигнал и обязательный участник свертывания. Концентрации этих трех ионов в плазме жестко регулируются почками и гормонами; их изменение немедленно влияет на жизнедеятельность каждой клетки.

---

Итог. Минеральный состав плазмы крови представляет собой строго сбалансированный набор электролитов, который поддерживает осмотическое давление, электрические потенциалы мембран, работу ферментов, свертывание и кислотно-щелочное равновесие. Любое значимое отклонение концентраций этих ионов ведет к клеточной дисфункции и развитию системных нарушений.

Все вопросы раздела: Подготовка к экзамену по Нормальной физиологии