РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА НАТРИЯ И ВОДЫ
РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА НАТРИЯ И ВОДЫ
Минерально-солевой обмен — это процессы поступления и распределения ионов солей и воды во внутренней среде организма и выведения их из него. Главным фактором, поддерживающим необходимое равновесие между внеклеточным и внутриклеточным объемами жидкости, является осмотическое давление крови, играющее исключительно важную роль в обеспечении метаболического гомеостаза и поддержании уровня кровяного давления. Осмотическое давление во внеклеточной жидкости поддерживает Na+. Баланс Na+ тесно связан с обменом ионов К+ и некоторых других ионов. Постоянство электролитного состава в организме обеспечивают альдостерон и антидиуретический гормон гипофиза вазопрессин. Все расстройства солевого обмена неразрывно связаны с обменом общей, внеклеточной и внутриклеточной воды. На электролитный баланс воздействует и кортизол, который является стрессовым гормоном, защищающим организм от любых резких изменений физиологического равновесия, воздействуя на метаболизм углеводов, белков и липидов. В сложной цепи регулирования минерально-солевого баланса участвуют также АКТГ, вызывающий моментальное увеличение секреции кортикостероидов (кортизола и др.) надпочечниками, и ренин, выделяемый почками в ответ на снижение кровяного давления или возбуждения симпатической системы. О гормонах коры надпочечников альдостероне, АКТГ и кортизоле см. раздел «Гормоны коры надпочечников».
В настоящее время изучены и принимают непосредственное участие в регуляции баланса воды и натрия в организме следующие системы:
- антидиуретический гормон или аргининовый вазопрессин;
- ренин-ангиотензин-альдостероновая система;
- натрийуретические пептиды
Главной функцией этих регуляторных гормональных систем является поддержание постоянства объема циркулирующей крови через их влияние на движение натрия и воды в почки. Эти же гормональные системы определяют количество натрия и воды в экстрацеллюлярной жидкости. Нарушения секреции гормонов, обеспечивающих гомеостаз натрия и воды, приводят к следующим заболеваниям: несахарному диабету, нефрогенному несахарному диабету, синдрому неадекватной продукции антидиуретического гормона, первичному и вторичному альдостеронизмам, гипоальдостеронизму.
Натрий в сыворотке
Натрий – минеральный элемент, являющийся важной частью тканей тела человека. Это основной внеклеточный катион, поддерживающий осмотическое давление и регулирующий кислотно-основное состояние, нервно-мышечную возбудимость и передачу электрического импульса.
Синонимы русские
Ионы натрия, натрий в крови.
Синонимы английские
Sodium, Na, Sodium serum.
Метод исследования
Ионселективные электроды.
Единицы измерения
Ммоль/л (миллимоль на литр).
Какой биоматериал можно использовать для исследования?
Венозную кровь.
Как правильно подготовиться к исследованию?
- Не принимать пищу в течение 12 часов перед исследованием.
- Не курить в течение 30 минут до исследования.
Общая информация об исследовании
Натрий – жизненно важный микроэлемент, который необходим для передачи импульсов в нервной системе и мышечных сокращений. Ион натрия взаимодействует с другими электролитами (калием, хлором, карбонат-анионом) и регулирует водно-солевой баланс организма. Вместе они обеспечивают нормальную работу нервных окончаний – передачу слабых электрических импульсов и, как следствие, сокращение мышц.
Натрий присутствует во всех жидкостях и тканях организма, но в наибольшей концентрации – в крови и во внеклеточной жидкости. Уровень внеклеточного натрия контролируется почками.
Для людей источник натрия – столовая соль. Большинство получает суточную норму этого элемента.
На всасывание натрия в кишечнике оказывают влияние гастрин, секретин, холецистокинин, простагландины. Организм забирает часть поступившего натрия на свои нужды, а остальное почки выделяют, поддерживая концентрацию электролита в очень узком диапазоне.
Механизмы поддержания натрия:
- производство гормонов, которые повышают или понижают потерю натрия с мочой (натрийуретический пептид и альдостерон),
- производство гормона, предупреждающего потерю жидкости с мочой (антидиуретический гормон),
- контроль жажды (антидиуретический гормон).
Выходящая за пределы нормы концентрация натрия в крови обычно связана с одним из перечисленных механизмов. При изменении уровня натрия в крови меняется и количество жидкости в тканях организма. Чаще всего это приводит к обезвоживанию или отечности (особенно ног).
Из всех электролитов натрия в человеческом организме больше всего. Он играет главную роль в распределении жидкости между внеклеточным и внутриклеточным пространствами. Кроме того, он участвует в передаче нервного импульса и сокращении сердечной мышцы. Без определенного количества натрия организм не способен функционировать, поэтому так важно, чтобы его уровень был стабилен и не подвергался значительным колебаниям.
Натрий выделяется почками, а его концентрация регулируется гормоном альдостероном, синтезирующимся в надпочечниках. Другими факторами, поддерживающими натрий на постоянном уровне, являются активность фермента карбоангидразы, действие гормонов из передней доли гипофиза, секреция фермента ренина, АДГ, вазопрессин.
Для чего используется исследование?
- Для определения степени гипонатриемии и гипернатриемии, часто возникающей при дегидратации, отеках и других заболеваниях.
- Для диагностики патологии головного мозга, легких, печени, сердца, почек, щитовидной железы, надпочечников, являющейся следствием или причиной дефицита или избытка натрия.
- Для контроля за эффективностью лечения пациентов с нарушением состава электролитов, например при приеме диуретиков.
Когда назначается исследование?
- При стандартном лабораторном обследовании в рамках биохимического анализа крови у большинства людей (вместе с группой других электролитов: хлором, калием, магнием).
- При неспецифических жалобах для контроля результатов лечения артериальной гипертензии, сердечной недостаточности, заболеваний почек и/или печени.
- При подозрении на обезвоживание.
- При симптомах гипонатриемии (слабости, вялости, спутанности сознания) и гипернатриемии (жажде, снижении количества выделяемой мочи, судорогах, возбуждении).
При резком падении уровня натрия человек может почувствовать слабость и утомляемость, в некоторых случаях возникает спутанность сознания вплоть до коматозного состояния. При более медленном снижении концентрации натрия симптомов может вообще не быть, поэтому его уровень все равно проверяют даже при отсутствии симптомов.
Что означают результаты?
Референсные значения: 136 — 145 ммоль/л.
Пониженный уровень натрия говорит о гипонатриемии, возникающей из-за чрезмерной потери электролита, избыточном поступлении жидкости в организм или ее задержке с отеками или без них.
Гипонатриемия редко возникает при недостатке поступления электролита извне. Наиболее часто она является следствием его возросшей потери (из-за болезни Аддисона, диареи, повышенного потоотделения, приема диуретиков или заболевания почек). Уровень натрия может снижаться в ответ на увеличение общего объема жидкости в организме (при чрезмерном потреблении воды, сердечной недостаточности, циррозе, заболеваниях почек, вызывающих чрезмерную потерю белка с мочой, например нефротическом синдроме). Иногда (особенно при заболеваниях головного мозга и легких, многих раковых поражениях и при употреблении некоторых лекарств) организм продуцирует много антидиуретического гормона, задерживающего жидкость в теле.
Высокий уровень натрия подразумевает гипернатриемию, в большинстве случаев возникающую из-за обезвоживания при недостаточном поступлении жидкости. Среди ее симптомов сухость слизистых, жажда, беспокойство, беспорядочные движения, судороги и кома. В редких случаях гипернатриемию вызывает синдром Кушинга или состояние с низким уровнем АДГ (несахарный диабет).
Причинами высокого уровня натрия могут быть кетоацидоз, синдром Кушинга, дегидратация, заболевание почек, несахарный диабет, большое поступление натрия, гиперальдостеронизм и др, низкого – постоянная жажда, сердечная недостаточность, рвота, диарея, несахарный диабет, цирроз, заболевания почек.
Снижение уровня натрия свидетельствует чаще о переизбытке жидкости, чем о нехватке натрия. Оно может быть вызвано:
- застойной сердечной недостаточностью (отеками нижних конечностей и скоплением жидкости в естественных полостях организма),
- чрезмерной потерей жидкости (тяжелой диареей, рвотой, сильным потоотделением),
- введением гипертонического раствора глюкозы (накоплением жидкости в кровяном русле для разбавления получившегося состава крови),
- тяжелым нефритом,
- непроходимостью пилорического отдела желудка (рвотой желудочным содержимым с высоким содержанием электролитов),
- мальабсорбцией – нарушением первичного всасывания натрия, поступающего с пищей, и адсорбцией натрия, выделившегося в просвет ЖКТ,
- диабетическим ацидозом,
- передозировкой лекарственных препаратов, например диуретиков (повышенным выделением электролита с мочой),
- отеками,
- большим поступлением жидкости,
- гипотиреозом,
- повышенной выработкой АДГ (задержкой жидкости в организме),
- надпочечниковой недостаточностью (нехваткой альдостерона, отвечающего за обратное всасывание натрия в почках),
- ожоговой болезнью (разбавлением крови за счет межклеточной жидкости).
Уровень натрия повышается при следующих состояниях:
- обезвоживание,
- синдром и болезнь Кушинга (чрезмерная выработка кортикостероидов, повышающих содержание натрия в организме),
- первичный и вторичный гиперальдостеронизм,
- кома,
- несахарный диабет (недостаток выработки антидиуретического гормона),
- трахеобронхит.
Что может влиять на результат?
- Недавно полученная травма, хирургическое вмешательство, шоковое состояние способствуют увеличению концентрации натрия.
- На уровень натрия влияют многие лекарства. Повышают его анаболические стероиды, кортикостероиды, кальций, соединения фтора, андроген, эстрогены, метилдопа, слабительные, оральные контрацептивы, бикарбонат натрия, понижают – гепарин, сульфаты, диуретики, карбамазепин, трициклические антидепрессанты.
Важные замечания
Гипернатриемией нередко страдают младенцы, находящиеся на искусственном вскармливании, так как молочные смеси содержат намного больше натрия, чем материнское молоко. Из организма детей натрий выводится хуже, чем из организма взрослых, поэтому большое количество натрия в продуктах детского питания опасно для ребенка и может привести к обезвоживанию.
Также рекомендуется
Кто назначает исследование?
Терапевт, уролог, нефролог, инфекционист, эндокринолог, кардиолог, гастроэнтеролог, диетолог, травматолог, онколог, невролог.
Натрий в сыворотке
Натрий в сыворотке
Общая информация об исследовании
Натрий – жизненно важный микроэлемент, который необходим для передачи импульсов в нервной системе и мышечных сокращений. Ион натрия взаимодействует с другими электролитами (калием, хлором, карбонат-анионом) и регулирует водно-солевой баланс организма. Вместе они обеспечивают нормальную работу нервных окончаний – передачу слабых электрических импульсов и, как следствие, сокращение мышц.
Натрий присутствует во всех жидкостях и тканях организма, но в наибольшей концентрации – в крови и во внеклеточной жидкости. Уровень внеклеточного натрия контролируется почками.
Для людей источник натрия – столовая соль. Большинство получает суточную норму этого элемента.
На всасывание натрия в кишечнике оказывают влияние гастрин, секретин, холецистокинин, простагландины. Организм забирает часть поступившего натрия на свои нужды, а остальное почки выделяют, поддерживая концентрацию электролита в очень узком диапазоне.
Механизмы поддержания натрия:
- производство гормонов, которые повышают или понижают потерю натрия с мочой (натрийуретический пептид и альдостерон),
- производство гормона, предупреждающего потерю жидкости с мочой (антидиуретический гормон),
- контроль жажды (антидиуретический гормон).
Выходящая за пределы нормы концентрация натрия в крови обычно связана с одним из перечисленных механизмов. При изменении уровня натрия в крови меняется и количество жидкости в тканях организма. Чаще всего это приводит к обезвоживанию или отечности (особенно ног).
Из всех электролитов натрия в человеческом организме больше всего. Он играет главную роль в распределении жидкости между внеклеточным и внутриклеточным пространствами. Кроме того, он участвует в передаче нервного импульса и сокращении сердечной мышцы. Без определенного количества натрия организм не способен функционировать, поэтому так важно, чтобы его уровень был стабилен и не подвергался значительным колебаниям.
Натрий выделяется почками, а его концентрация регулируется гормоном альдостероном, синтезирующимся в надпочечниках. Другими факторами, поддерживающими натрий на постоянном уровне, являются активность фермента карбоангидразы, действие гормонов из передней доли гипофиза, секреция фермента ренина, АДГ, вазопрессин.
Для чего используется исследование?
- Для определения степени гипонатриемии и гипернатриемии, часто возникающей при дегидратации, отеках и других заболеваниях.
- Для диагностики патологии головного мозга, легких, печени, сердца, почек, щитовидной железы, надпочечников, являющейся следствием или причиной дефицита или избытка натрия.
- Для контроля за эффективностью лечения пациентов с нарушением состава электролитов, например при приеме диуретиков.
Когда назначается исследование?
- При стандартном лабораторном обследовании в рамках биохимического анализа крови у большинства людей (вместе с группой других электролитов: хлором, калием, магнием).
- При неспецифических жалобах для контроля результатов лечения артериальной гипертензии, сердечной недостаточности, заболеваний почек и/или печени.
- При подозрении на обезвоживание.
- При симптомах гипонатриемии (слабости, вялости, спутанности сознания) и гипернатриемии (жажде, снижении количества выделяемой мочи, судорогах, возбуждении).
При резком падении уровня натрия человек может почувствовать слабость и утомляемость, в некоторых случаях возникает спутанность сознания вплоть до коматозного состояния. При более медленном снижении концентрации натрия симптомов может вообще не быть, поэтому его уровень все равно проверяют даже при отсутствии симптомов.
Нарушения кислотного равновесия крови
Кислотно-щелочное равновесие является важным параметром, который поддерживается в крови человека в определенных пределах. Это необходимо для нормального функционирования различных систем организма, протекания биохимических реакций, оптимального функционирования ферментов.
Кислотами называются вещества, которые могут отдавать ионы водорода, а основаниями (щелочами) вещества, присоединяющие данные ионы. Кислотность и щелочность растворов оценивается по шкале рН от 0 (растворы сильных кислот) до 14 (растворы сильных щелочей). По шкале рН нейтральная кислотность равна 7.
Нормальная кислотность крови составляет 7,35 – 7,45 по шкале рН. Смещение данного показателя ниже 7,35 свидетельствует об ацидозе (смещении кислотно-щелочного баланса крови в сторону увеличения кислотности). При отклонении рН выше 7, 45 возникает алкалоз (избыток веществ со свойствами щелочей в крови).
В процессе обмена веществ в организме в больших количествах образуются продукты, которые способны вызывать изменение данного параметра. Главную роль в регуляции кислотно-щелочного равновесия принадлежит легким, почкам и буферным системам крови.
Во время дыхания через легкие осуществляется выделение углекислого газа, который образуется в процессе обмена веществ в организме. Углекислый газ при соединении с водой образует углекислоту, поэтому в случае его избытка в крови развивается ацидоз, а при недостаточной концентрации углекислого газа возникает алкалоз.
Почки выводят с мочой из организма избыток кислот и щелочей. При этом данные органы в определенных пределах могут регулировать количество выделяемых и всасываемых обратно кислот и оснований, за счет чего происходит регуляция уровня рН в крови.
Буферными системами крови называют растворы слабых кислот и щелочей, которые соединяясь с избыточными количествами кислот или оснований (в зависимости от наличия ацидоза или алкалоза) осуществляют их нейтрализацию, чем достигается выравнивание уровня рН.
Причиной ацидоза и алкалоза в большинстве случаев является тяжелое течение основного заболевания, при котором возникающие изменения рН крови превышают возможности механизмов регуляции данного параметра.
Синонимы русские
Нарушения кислотно-щелочного равновесия крови, нарушения кислотно-щелочного гомеостаза.
Синонимы английские
Acid-Base Disorders, Acid–base homeostasis.
Симптомы
Проявления ацидоза и алкалоза часто маскируются проявлениями основного заболевания, которое вызвало изменение кислотно-щелочного баланса крови.
При ацидозе могут быть следующие симптомы:
- тошнота, рвота
- учащение частоты дыхания
- головная боль
- нарушение сознания (вплоть до комы)
- падение артериального давления (при тяжелых формах ацидоза)
- нарушения ритма сердца.
Проявления алкалоза могут включать в себя:
- головные боли
- головокружение
- угнетение сознания (вплоть до комы)
- судороги в различных группах мышц
- нарушения сердечного ритма
Общая информация о заболевании
Кислотно-щелочное равновесие в крови является жизненно важным параметром, нормальные значения которого составляют 7,35 – 7,45 по шкале рН.
Отклонение рН ниже 7,35 свидетельствует об ацидозе. При смещении рН выше 7,45 возникает алкалоз.
В зависимости от причин развития ацидоз и алкалоз делятся на метаболический (обменный) и респираторный (дыхательный).
Респираторный ацидоз развивается в результате накопления в крови большого количества углекислого газа, который соединяясь с водой, образует углекислоту. Это вызывает повышение кислотности крови. Данное состояние может развиваться при нарушениях дыхания, которые вызывают снижение легочной вентиляции.
Это может быть следствием заболеваний легких (например, при бронхиальной астме), поражений нервной системы (например, при травмах головного мозга), заболеваниях, мышц и нервов, которые приводят к потере способности совершать эффективные дыхательные движения (например, при боковом амиотрофическом склерозе).
Противоположным состоянием является респираторный алкалоз, который возникает при избыточном выведении легкими углекислого газа из организма. В основе механизма развития данного вида алкалоза лежит увеличение ритма и глубины дыхания.
Такое нарушение дыхания может возникать при наличии патологии со стороны различных органов и систем (например, при травмах, опухолях головного мозга, заболеваниях легких, сердечно – сосудистой недостаточности).
Метаболический ацидоз может развиваться по следующим причинам:
- повышение продукции кислот в организме. Повышение продукции кислот в организме может наблюдаться при состояниях, сопровождающихся нарушениями процессов обмена веществ. Например, при сахарном диабете нарушается использование глюкозы клетками по причине недостатка гормона инсулина.
При этом организм начинает вырабатывать энергию не из глюкозы, а из жиров – альтернативный путь получения энергии. Расщепление жиров в печени сопровождается образованием больших количеств кетоновых кислот, что приводит к возникновению ацидоза.
- нарушение функционирования почек. Почки выполняют важную роль в регуляции кислотно-щелочного баланса в крови. При заболеваниях почек, приводящих к нарушению их функций, могут нарушаться процессы выделения кислот и всасывания веществ со щелочной реакцией, что может быть причиной ацидоза.
- потеря больших количеств щелочей с пищеварительными соками. Данное состояние может наблюдаться при выраженной диарее, проведении хирургических вмешательств на кишечнике.
- отравление ядами и токсическими веществами. Процессы расщепления данных веществ в организме могут протекать с образованием большого количества кислот, что может стать причиной ацидоза.
Основными причинами метаболического алкалоза являются следующие:
- потеря больших количеств кислого желудочного содержимого. Может наблюдаться при обильной рвоте, аспирации содержимого желудка с помощью специального зонда.
- применение мочегонных препаратов
- усиленное выведение ионов водорода почками. Такие процессы могут наблюдаться при избытке гормона надпочечников – альдостерона. Альдостерон участвует в регуляции водно-электролитного баланса в организме. Повышение его уровня может быть как при заболеваниях надпочечников, так и при патологии других органов (например, при сердечной недостаточности).
Таким образом, развитие ацидоза или алкалоза часто связано с протеканием патологических процессов, при которых возникающие изменения кислотно-щелочного равновесия превышают компенсационные возможности организма. При этом важную роль в лечении занимает нормализация состояния пациента по основному заболеванию, вызвавшему отклонение рН крови.
Кто в группе риска?
К группе риска развития нарушений кислотно-щелочного баланса крови относятся:
- лица, страдающие заболеваниями легких (например, бронхиальной астмой)
- лица, имеющие заболевания почек с нарушением их функции
- лица, страдающие сахарным диабетом
- лица, имеющие поражения нервной системы (например, травмы головного мозга, инсульты)
- лица, перенесшие большие потери содержимого желудочно – кишечного тракта (например, при обильной рвоте, частом жидком стуле)
- лица, принимающие некоторые препараты (например, мочегонные, аспирин)
- лица, злоупотребляющие алкоголем.
Диагностика
Важную роль в диагностике имеют лабораторные методы исследования, которые позволяют установить уровень рН крови, ее газовый состав, параметры водно-электролитного обмена и другие жизненно важные показатели, мониторинг и коррекция которых необходимы при данных состояниях.
Лабораторные исследования:
- Определение рН крови, газового состава крови. Определение данных параметров может быть проведено с помощью специальных аппаратов – газоанализаторов. Материалом для исследования служит артериальная кровь.
- Общий анализ крови. Данный анализ позволяет оценить основные характеристики состава крови: количество эритроцитов, гемоглобина, лейкоцитов, тромбоцитов. Данное исследование неспецифично для диагностики ацидоза или алкалоза, но является необходимым для выявления причин изменений рН крови.
- Общий анализ мочи с микроскопией осадка. Данный анализ показывает основные физико-химические свойства мочи, уровень ее рН, наличие патологических и физиологических продуктов обмена веществ.
- Глюкоза в плазме крови. Глюкоза является основным источником энергии в организме человека. Повышение уровня глюкозы в крови наблюдается при сахарном диабете. Нарушения обмена веществ, возникающие при этом заболевании, могут приводить развитию ацидоза.
- Калий, натрий, хлор в сыворотке. Калий, натрий, хлор являются основными электролитами в организме человека, которые выполняют множество функций. Среди них участие в транспорте веществ внутрь клетки и выведение из нее продуктов обмена, поддержание водного и кислотно-щелочного баланса в организме.
- Аланинаминотрансфераза (АЛТ). Аланинаминотрансфераза фермент, находящийся во многих клетках организма Большая часть его сосредоточена в печени. При поражении печени уровень данного фермента в крови возрастает. Нарушение функционирования печени может приводить к изменениям кислотно-щелочного баланса в крови.
- Креатинин и мочевина в сыворотке крови. Креатинин и мочевина являются конечными продуктами белкового обмена в организме человека. Они выводятся из организма почками. При нарушении функционирования почек может наблюдаться повышение данных показателей. Поражение почек может приводить к изменениям кислотно-щелочного баланса в организме.
В зависимости от конкретной клинической ситуации может потребоваться проведение других лабораторных анализов для выявления причин ацидоза или алкалоза (например, определение уровня кетоновых тел в крови и в моче, концентрации лактата в крови и других).
Исследования:
- Рентгенография. С помощью рентгенографии органов грудной клетки можно выявить патологические изменения в легких (например, воспаление легких), вследствие которых возникли изменения ритма и глубины дыхания.
- Ультразвуковое исследование (УЗИ). Метод основан на свойствах ультразвука. С помощью УЗИ можно визуализировать внутренние органы, выявить изменения в их структуре наличие объемных образований (например, кист, опухолей), что может быть необходимо для установления причин нарушений кислотно-щелочного баланса в крови.
- Компьютерная томография (КТ). Метод позволяет получить послойные
высокоинформативные изображения внутренних органов. Это имеет большое значение для выявления заболевания, ставшего причиной возникновения ацидоза или алкалоза (например, нарушение дыхания, возникшие вследствие кровоизлияния в мозг).
Лечение
Лечение расстройств кислотно-щелочного баланса в крови направлено на терапию основного заболевания, которое привело к развитию ацидоза или алкалоза. Для нормализации уровня рН может проводиться внутривенное введение растворов, нейтрализующих кислоты (при ацидозе) или щелочи (при алкалозе).
Лечение респираторного ацидоза направлено на восстановление ритма и глубины дыхания с возможным переводом пациента на искусственную вентиляцию легких (дыхание с помощью специального аппарата в случаях неэффективности деятельности легких).
При респираторном алкалозе может быть использовано вдыхание воздушных смесей, содержащих углекислый газ.
Профилактика
Специфической профилактики изменений кислотно-щелочного баланса в крови не существует. Пациентам, страдающим заболеваниями, которые могут вызывать изменение рН крови (например, сахарным диабетом) следует строго соблюдать рекомендации лечащего врача, регулярно проходить обследования и лечение.
Рекомендуемые анализы
- Определение рН крови
- Определение газового состава крови
- Общий анализ крови
- Общий анализ мочи с микроскопией осадка
- Глюкоза в плазме крови
- Калий, натрий, хлор в сыворотке
- Аланинаминотрансфераза (АЛТ)
- Креатинин в сыворотке
- Мочевина в сыворотке
Гормональные системы регуляции обмена натрия и водыДля нормального функционирования клетки необходимо, чтобы её объём и осмолярность внутриклеточной жидкости поддерживались в
Гормональные системы регуляции обмена натрия и воды
Для нормального функционирования клетки необходимо, чтобы её объём и осмолярность внутриклеточной жидкости поддерживались в очень узких пределах. Эти параметры частично регулируются через факторы, которые определяют градиент концентрации, раствора электролитов (прежде всего натрия) на уровне плазматической мембраны клетки. Механизмы, определяющие градиент концентраций, включают в себя пассивную диффузию воды и некоторых электролитов через клеточную мембрану и активный транспорт ионов с помощью энергопотребляющих насосов, расположенных в мембране. Постоянство объёма клетки и осмолярности определяется также в некоторой степени осмолярностью экстрацеллюлярной жидкости, которая, в свою очередь, регулируется действием АДГ, влияющего на дистальные канальцы почек и определяющего экскрецию воды в мочу.
В норме преобладающий внеклеточный катион — натрий, который в значительной мере определяет осмотическое давление внеклеточной жидкости. Оно зависит от концентрации и изменяется при колебаниях скорее относительных (а не абсолютных) величин содержания воды и натрия.
Если бы поддержание осмолярности экстрацеллюлярной жидкости зависело только от АДГ, то объём крови (объём плазмы) изменялся бы в широких пределах в течение дня, так как человек потребляет спорадически различное количество воды и солей. Из-за этих флюктуаций в приёме пищи и воды относительное постоянство объёма крови должно контролироваться целым комплексом регуляторных механизмов. В настоящее время установлено, что непосредственное участие в регуляции баланса воды и натрия в организме принимают следующие системы.
- АДГ (аргинин-вазопрессин).
- Ренин-ангиотензин-альдостероновая система.
- Система натрийуретических пептидов.
Главная функция этих регуляторных гормональных систем заключается в поддержании постоянства объёма циркулирующей крови через их влияние на движение натрия и воды в почках. Эти же гормональные системы определяют количество натрия и воды в экстрацеллюлярной жидкости.
Заболевания, сопровождающиеся нарушением секреции гормонов, обеспечивающих гомеостаз натрия и воды
- Несахарный диабет (недостаточность АДГ).
- Первичный ночной энурез (недостаточность АДГ).
- Нефрогенный несахарный диабет (несахарный диабет, не чувствительный к АДГ).
- Синдром неадекватной продукции АДГ (гиперсекреция вазопрессина).
- Первичный гиперальдостеронизм.
- Вторичный гиперальдостеронизм.
- Гипоальдостеронизм.
Лабораторная диагностика нарушений функционирования гормональных систем регуляции обмена натрия и воды в организме сложна — в большинстве случаев необходимо проведение целого комплекса исследований, основные из них следующие.
- Суточный объём мочи и её удельный вес.
- Анализ мочи по Зимницкому.
- Осмолярность плазмы крови и мочи.
- Концентрация натрия в плазме крови и моче.
- Концентрация калия в плазме крови и моче.
- Концентрация АДГ в плазме крови.
- Концентрация ренина в плазме крови.
- Концентрация ангиотензина I и II в плазме крови.
- Концентрация альдостерона в плазме крови.
- Концентрация натрийуретических пептидов в плазме крови.
- Содержание эндотелина в плазме.
Гормональная регуляция репродуктивной системы
Репродуктивная система состоит из определённых структур гипоталамуса и гипофиза, гонад, органов мишеней (маточные трубы, матка и др.). Элементы репродуктивной системы связаны между собой информационными сигналами, позволяющими ей функционировать как единое целое.
Важнейшая роль в регуляции репродуктивной системы отводится гормонам. Гормоны репродуктивной системы классифицируются по их химическому строению и месту секреции. Точное определение концентрации этих гормонов в биологических жидкостях человека имеет крайне важное значение для оценки функционального состояния гормональных систем регуляции репродуктивной системы и диагностики заболеваний, вызывающих их нарушения. Определение содержания гормонов широко используют для установления причин как женского, так и мужского бесплодия, при которых во многих случаях на первом месте стоит нарушение гормональной регуляции.
Классификация важнейших гормонов, регулирующих репродуктивную функции, по месту их синтеза
- Гипоталамус: ГРГ, ПРГ, ГРИГ, ПРИГ.
- Гипофиз: Лг (лютропин), ФСГ (фоллитропин), пролактин.
- Яичники: эстрогены, гестагены, андрогены, ингибин.
- Плацента: эстрогены, гестагены, ХГ, пролактин.
- Семенники: андрогены, ингибин.
- Кора надпочечников: андрогены, эстрогены.
Гормональные системы регуляции эритропоэза
Органы гемопоэза составляют наибольший по объёму и активности орган человеческого организма, локализованный главным образом в костях. Приблизительно 20-30% красного костного мозга приходится на эритропоэтическую ткань. У здорового человека количество циркулирующих эритроцитов в крови составляет 25-30х1012 клеток. Созревающие в течение 12 сут клетки эритрона проделывают 11-12 делений. Продолжительность жизни эритроцитов 120 сут; ежесуточно в организме взрослого человека вырабатывается и разрушается 2х1011 эритроцитов.
Функционирование красного костного мозга как органа, обеспечивающего постоянство концентрации Hb и количества эритроцитов в крови, зависит от многих факторов, среди которых основная роль принадлежит наличию и концентрации витамина В12 и фолиевой кислоты, железа для синтеза Hb, а также регуляции специфическими (цитокины — ИЛ-3, эритропоэтин) и неспецифическими (андрогены) гормонами. Центральная роль в гормональной регуляции эритропоэза принадлежит эритропоэтину.
Оценка гормонального статуса щитовидной железы
Оценка гормонального статуса щитовидной железы позволяет выявить три её функциональных статуса: гиперфункция, гипофункция и эутиреоидное состояние. Определение ТТГ совместно с сТ4 — один из ведущих «стратегических» маркёров при оценке гормонального статуса щитовидной железы.
ТТГ считают наиболее чувствительным индикатором функции щитовидной железы. Увеличение его содержания в сыворотке крови — маркёр первичного гипотиреоза, а снижение или полное отсутствие — наиболее существенный показатель первичного гипертиреоза. Определение сТ4 является наиболее информативно у больных с подозрением на аномалии связывающих протеинов и позволяет оценивать истинное содержание Т4 в организме.
Совместное определение ТТГ и сТ4 имеет важное значение для подбора адекватной терапии выявленных нарушений функции щитовидной железы. Дозу препаратов тиреоидных гормонов, которые используются в лечении гипотиреоза, подбирают соответственно концентрации ТТГ в крови (адекватное лечение сопровождается её нормализацией).
Определение сТ4 особенно важно для мониторинга терапии гипертиреоза, поскольку для восстановления функции гипофиза может потребоваться 4-6 мес. На этой стадии выздоровления концентрация ТТГ в крови может быть снижена, несмотря на то что содержание сТ4 нормально или понижено и лечение гипертиреоза адекватно.
Гормональные исследования в диагностике врождённых и наследственных заболеваний
В настоящее время разработаны программы пренатальной диагностики синдрома Дауна, дефектов нервной трубки. Программы постнатального скрининга включают в себя раннюю диагностику врождённого АГС, гипотиреоза.
Гормональная система зимой
Зимой наша гормональная система функционирует иначе, чем летом, она находится в состоянии стресса. В холодное время года для организма важно поддерживать температуру тела. Особенно активна в условиях холода симпатическая нервная система, то есть возбуждающая нервная система, которая включается и под воздействием стресса. Чтобы стимулировать обмен веществ и тем самым вырабатывать больше тепла, надпочечники зимой, как под холодным душем, в возрастающих количествах выбрасывают в кровь гормоны стресса, борьбы и бегства — кортизол, адреналин и норадреналин. Эти гормоны предоставляют организму дополнительные резервы энергии. Щитовидная железа в условиях холода также начинает усиленно выделять гормоны, чтобы затопить печь организма и поддерживать температуру тела. Под воздействием гормонов стресса и щитовидной железы усиливается основной обмен веществ, сжигается больше калорий. Во время прогулки на холоде расходуется примерно на 50 калорий в час больше, чем летом. «Разжигание печи» стоит нашему организму дополнительной жизненной энергии.
Обновлено: 2019-07-10 00:53:29
Гипонатриемия — снижение концентрации натрия в плазме крови менее 135 ммоль/ л. Различают четыре вида гипонатриемии. ■ Эуволемическая гипонатриемия
Гипонатриемия — снижение концентрации натрия в плазме крови менее 135 ммоль/л. Различают четыре вида гипонатриемии.
■ Эуволемическая гипонатриемия (объём циркулирующей крови и плазмы в нормальных пределах, объём внеклеточной жидкости и общее содержание натрия в пределах нормы).
■ Гиповолемическая гипонатриемия (дефицит объёма циркулирующей крови; снижение содержания натрия и внеклеточной жидкости, причём дефицит натрия превышает дефицит воды).
■ Гиперволемическая гипонатриемия (увеличение объёма циркулирующей крови; общее содержание натрия и объём внеклеточной жидкости увеличены, но воды в большей степени, чем натрия).
■ Ложная (изоосмолярная гипонатриемия), или псевдогипонатриемия (ложные результаты лабораторных анализов).
При эуволемической гипонатриемии у больных отсутствуют как признаки дефицита внеклеточной жидкости и объёма циркулирующей крови, так и периферические отёки, то есть признаки задержки воды в интерстици-альном пространстве, однако общее количество воды в организме обычно повышено на 3-5 л. Это наиболее частый вид диснатриемии у госпитализированных больных.
Основная причина эуволемической гипонатриемии — синдром неадекватной секреции антидиуретического гормона (АДГ), то есть состояние, характеризующееся постоянным автономным высвобождением АДГ или усиленной реакцией почек на АДГ в крови. Избыток воды в организме никогда не возникает как результат её избыточного употребления до тех пор, пока не нарушена регуляция водного баланса. АДГ принадлежит ведущая роль в регуляции обмена натрия. В норме АДГ секретируется при высокой осмолярности плазмы. Его секреция приводит к увеличению канальце-вой реабсорбции воды, в результате чего осмолярность плазмы снижается и секреция АДГ ингибируется. Секрецию АДГ считают неадекватной, когда она не прекращается несмотря на низкую осмолярность плазмы (280 мосм/л).
При эуволемической гипонатриемии в результате действия АДГ на клетки собирательных канальцев увеличивается осмолярность конечной мочи и концентрация в ней натрия становится больше, чем 20 ммоль/л.
Гипотиреоз может сопровождаться гипонатриемией. В результате недостатка тиреоидных гормов (T4, T3) снижается сердечный выброс и клубоч-ковая фильтрация. Снижение сердечного выброса приводит к неосмотической стимуляции секреции АДГ и ослаблению клубочковой фильтрации. В результате экскреция свободной воды падает и развивается гипонатри-емия. Назначение препаратов T4 приводит к устранению гипонатриемии.
Аналогичные механизмы задействованы при первичной или вторичной глюкокортикоидной недостаточности надпочечников.
Применение с лечебными целями аналогов АДГ или ЛС, стимулирующих секрецию или потенцирующих действие вазопрессина, также может приводить к развитию гипонатриемии.
Гиповолемическая гипонатриемия возможна у пациентов с большой потерей воды и электролитов или при вливании гипотонических растворов. Патогенетические механизмы гиповолемической гипонатриемии связаны с неосмотической стимуляцией секреции АДГ. Уменьшение объёма циркулирующей крови вследствие потерь воды воспринимается барорецептора-ми дуги аорты, каротидных синусов и левого предсердия и поддерживает секрецию АДГ на высоком уровне, несмотря на гипоосмолярное состояние плазмы крови.
Гиповолемическая гипонатриемия может быть разделена на два вида: с избыточной потерей натрия с мочой и внепочечной потерей натрия. Среди основных причин гипонатриемии истощения, связанной с потерей через почки, выделяют следующие.
■ Форсированный диурез:
□ приём диуретиков;
□ осмотический диурез;
□ сахарный диабет с глюкозурией;
□ гиперкальциурия;
□ введение контрастных веществ при рентгенологических исследованиях.
■ Заболевания почек:
□ ХПН;
□ острый и хронический пиелонефрит;
□ обтурация мочевыводящих путей;
□ поликистоз почек;
□ канальцевый ацидоз;
□ применение антибиотиков группы аминогликозидов (гентамицина).
■ Недостаточность коры надпочечников (болезнь Аддисона).
Внепочечные потери натрия связаны с болезнями ЖКТ (рвота, фистула
тонкой кишки, илеостома, билиарная фистула, хроническая диарея и др.). Избыточные потери натрия через кожу возможны обильном потении, например, при работе в жарких помещениях, в жарком климате, при замедленном заживлении ожогов. В таких условиях концентрация натрия в моче составляет менее 20 ммоль/л.
При низкой секреции альдостерона и обладающего свойствами мине-ралокортикоида кортизола вследствие снижения реабсорбции натрия в нефронах увеличивается осмотический клиренс и падает водный диурез. Это приводит к снижению концентрации натрия в организме, тем самым вызывая дефицит объёмов интерстициальной жидкости и циркулирующей крови. Одновременное падение водного диуреза вызывает гипонатриемию. Гиповолемия и падение минутного объёма кровообращения снижают СКФ, которая также ведёт к гипонатриемии за счёт стимуляции секреции АДГ.
При неконтролируемом сахарном диабете повышается осмолярность плазмы крови (вследствие увеличения концентрации глюкозы), что приводит к переходу воды из клеточной жидкости во внеклеточную жидкость (кровь) и, соответственно, к гипонатриемии. Содержание натрия в крови снижается на 1,6 ммоль/л при повышении концентрации глюкозы на 5,6 ммоль/л (на 2 ммоль/л у больных с гиповолемией).
Гиперволемическая гипонатриемия возникает в результате патологического «наводнения» интерстициального пространства, которое обусловлива
ют застойная сердечная недостаточность, нефротический синдром, цирроз печени и другие состояния. Общее содержание в организме воды растёт в большей степени, чем содержание в нём натрия. В результате развивается гиперволемическая гипонатриемия.
Ложная, или псевдогипонатриемия возможна в том случае, когда концентрация натрия в плазме не уменьшена, но при проведении исследования была допущена ошибка. Это может произойти при высокой гиперлипи-демии, гиперпротеинемии (общий белок выше 100 г/л) и гипергликемии. В таких ситуациях повышается неводная, не содержащая натрия фракция плазмы (в норме 5-7% её объёма). Поэтому для правильного определения концентрации натрия в плазме лучше применять ионоселективные анализаторы, более точно отражающие реальную концентрацию натрия. Осмолярность плазмы при псевдогипонатриемии в пределах нормальных величин. Такая гипонатриемия коррекции не требует.
Снижение содержания натрия в плазме крови вследствие гиперлипи-демии и гиперпротеинемии можно вычислить следующим образом: снижение Na (ммоль/л) = концентрация ТГ в плазме (г/л)х0,002; снижение Na (ммоль/л) = количество общего белка в сыворотке свыше 80 г/л х 0,025.
У большинства пациентов с содержанием натрия в сыворотке крови выше 135 ммоль/л клинические симптомы отсутствуют. Когда концентрация натрия находится в диапазоне 125-130 ммоль/л превалирующие симптомы включают апатию, потерю аппетита, тошноту, рвоту. Симптомы со стороны нервной системы превалируют, когда содержание натрия становится ниже 125 ммоль/л, в основном они возникают из-за отёка мозга. Они включают головную боль, сонливость, обратимую атаксию, психозы, судороги, нарушения рефлексов, кому. Жажды у таких больных, как правило, не наблюдают. При концентрации натрия в сыворотке крови 115 ммоль/л и ниже у пациента появляются признаки спутанности сознания, он жалуется на усталость, головную боль, тошноту, рвоту, анорексию. При концентрации 110 ммоль/л нарушения сознания усиливаются и пациент впадает в кому. Если это состояние своевременно не купируют, то развивается гиповолемический шок и наступает смерть.
Обновлено: 2019-07-09 21:44:57
Регулирование уровней натрия в спинномозговой жидкости и тканях головного мозга барьерами кровь-спинномозговой жидкости и кровь-мозг во время мигрени.
AbstractУровни натрия в спинномозговой жидкости (CSF) и тканях головного мозга повышаются во время мигрени. Однако мало что известно о механизмах, лежащих в основе нарушения гомеостаза натрия в головном мозге во время возникновения и распространения мигрени. Изучение причины нарушения регуляции натрия в головном мозге важно, поскольку коррекция измененного гомеостаза натрия потенциально может лечить мигрень.Исходя из гипотезы о том, что нарушения в механизмах транспорта натрия через гематоэнцефалический барьер (BCSFB) и / или гематоэнцефалический барьер (BBB) являются основной причиной повышенных уровней натрия в спинномозговой жидкости и тканях головного мозга во время мигрени, мы разработали механизм: модель дифференциального уравнения мозга крысы для сравнения значимости BCSFB и BBB в контроле уровня натрия в спинномозговой жидкости и тканях мозга. Модель включает желудочковую систему, субарахноидальное пространство, ткань мозга и кровь. Транспорт натрия из крови в CSF через BCSFB и из крови в ткань мозга через BBB моделировался с помощью коэффициентов проницаемости P BCSFB и P BBB соответственно, в то время как перемещение натрия из CSF в кровь через BCSFB и из ткани мозга в кровь. через BBB были смоделированы коэффициентами проницаемости для истока PBCSFB ‘и PBBB’, соответственно.Затем мы выполнили общий анализ чувствительности, чтобы исследовать чувствительность концентраций натрия в спинномозговой жидкости желудочков, субарахноидальной спинномозговой жидкости и тканях мозга к патофизиологическим вариациям P BCSFB, P BBB, PBCSFB ‘и PBBB’. Наши результаты показывают, что на концентрацию натрия в спинномозговой жидкости в желудочках сильно влияют нарушения P BCSFB и в гораздо меньшей степени — нарушения PBCSFB ‘. Концентрации натрия в тканях мозга и субарахноидальном СМЖ более чувствительны к патофизиологическим вариациям P BBB и PBBB ‘, чем к вариациям P BCSFB и PBCSFB’ в течение 30 минут от начала нарушений.Тем не менее, P BCSFB является наиболее чувствительным параметром модели, за которым следуют P BBB и PBBB ‘, в контроле уровней натрия в тканях мозга и субарахноидальной спинномозговой жидкости в течение 3 часов от начала нарушения.
Многие научные публикации, созданные UC, находятся в свободном доступе на этом сайте из-за политики открытого доступа UC. Сообщите нам, насколько этот доступ важен для вас.
Границы | Регулирование уровней натрия в спинномозговой жидкости и тканях головного мозга с помощью барьеров кровь-CSF и кровь-мозг во время мигрени
Введение
Мигрень входит в пятерку основных причин инвалидности в мире (Steiner et al., 2018). Хотя точные основные причины мигрени неизвестны, общие триггеры мигрени включают обезвоживание, стресс, нарушения сна, голод и т. Д. Понимание патофизиологии мигрени является сложной задачей, потому что запуск мигрени у всех разный. Многие триггеры мигрени изменяют баланс натрия в головном мозге. Исследования на животных и людях (Harrington et al., 2006, 2011; Abad et al., 2018a; Meyer et al., 2019) показали, что у людей, страдающих мигренью, более высокий уровень спинномозговой жидкости (CSF) и интерстициальной жидкости мозга (ISF) натрия. по сравнению с контрольными группами, в то время как нет существенной разницы между концентрацией натрия в крови у людей с мигренью и здоровых людей.Исследования показали, что повышенные уровни натрия ISF увеличивают возбудимость нейронов (Hodgkin and Katz, 1949; Arakaki et al., 2011), что впоследствии приводит к мигрени. Уровни натрия в головном мозге в конечном итоге зависят от периферического кровообращения. Натрий обменивается между кровью и мозгом через два основных интерфейса кровь-мозг, а именно через гематоэнцефалический барьер (BBB) и барьер между кровью и спинномозговой жидкости (BCSFB). ГЭБ образован специализированными эндотелиальными клетками, выстилающими микрососуды головного мозга и контролирующими обмен натрия между ISF и кровью, в то время как BCSFB формируется эпителиальными клетками сосудистого сплетения и регулирует транспорт натрия между ЦСЖ желудочков и кровью.Перенос натрия через ГЭБ и BCSFB преимущественно происходит через активные, следовательно, трансклеточные механизмы. Однако натрий может быть способен пересекать BCSFB и BBB параклеточным путем через плотные соединения между эпителиальными клетками в BCSFB и между эндотелиальными клетками в BBB (Hladky and Barrand, 2016).
Считается, что BCSFB и BBB в высшей степени ответственны за поддержание ионного гомеостаза в головном мозге. Таким образом, нарушение механизмов транспорта натрия в BCSFB и / или BBB может изменить концентрацию натрия в спинномозговой жидкости и тканях мозга.Однако относительный вклад двух интерфейсов в регуляцию гомеостаза натрия в головном мозге еще предстоит определить. В этой работе мы используем механистическое моделирование, чтобы изучить значение BCSFB и BBB в контроле уровня натрия в тканях мозга и в спинномозговой жидкости. Мы разрабатываем математическую модель, состоящую из четырех частей: желудочковой системы, субарахноидального пространства, ткани мозга и крови. Чистое перемещение натрия через BCSFB и BBB посредством различных активных и пассивных транспортных механизмов моделируется коэффициентами проницаемости для притока и оттока на границах раздела для натрия.Коэффициенты проницаемости притока BCSFB и BBB для натрия относятся к перемещению натрия из крови в CSF и ткань головного мозга, соответственно, тогда как коэффициенты проницаемости оттока BCSFB и BBB для натрия представляют перемещение натрия из CSF и ткани мозга в кровь соответственно. Мы изучаем динамику распределения натрия в головном мозге после нарушения проницаемости притока и оттока BCSFB и BBB для натрия. Затем мы выполняем глобальный анализ чувствительности (GSA), чтобы оценить значение BCSFB и BBB в контроле концентрации натрия в ткани мозга, спинномозговой жидкости желудочков и субарахноидальной спинномозговой жидкости.Наши результаты показывают, что коэффициент проницаемости BCSFB для притока натрия является наиболее чувствительным параметром модели при контроле концентрации натрия в спинномозговой жидкости желудочков. В зависимости от времени, прошедшего с момента нарушения коэффициентов проницаемости, уровни натрия в спинномозговой жидкости в тканях мозга и субарахноидальном пространстве могут в значительной степени контролироваться с помощью BCSFB и / или BBB.
Вычислительная модель, представленная в этом исследовании, может не только пролить свет на динамику обмена натрия между спинномозговой жидкостью, тканями мозга и кровью, но также может дать представление о будущих экспериментальных исследованиях.Кроме того, эта работа потенциально может предложить новую стратегию нормализации повышенных уровней натрия в головном мозге у страдающих мигренью и потенциально лечить мигрень.
Методы
Разработка модели
Мы смоделировали мозг крысы с помощью трех концентрических сфер, представляющих желудочковую систему, ткань мозга и субарахноидальное пространство (рис. 1). Ткань мозга моделировалась как единый отсек. Мы предположили, что кровеносные сосуды распределены случайным образом, следуя равномерному распределению по всей ткани мозга.
Рисунок 1 . Схема модели. (A) Трехмерная модель мозга крысы. (B) 2D вид поперечного сечения 3D-модели. Внутренний круг, показанный синим цветом, представляет желудочковую систему, а внешнее кольцо, показанное синим цветом, представляет собой субарахноидальное пространство. Белая область между двумя пунктирными кругами — ткань мозга. Кровеносные сосуды, показанные красными закрашенными кружками, равномерно распределены в ткани мозга. Зеленая круглая граница, отделяющая кровь от ткани мозга, — это ГЭБ.BCSFB, изображенный желтым эллипсоидом, отделяет кровь от спинномозговой жидкости желудочков. Цифры на рисунке указывают типы и места транспорта натрия: 1. капиллярно-мозговой транспорт через ГЭБ; 2. обмен между CSF и ISF; 3. обмен кровь-CSF через BCSFB; 4. диффузионный транспорт в радиальном направлении в ткани мозга; 5. транспортировка ликвором из желудочковой системы в субарахноидальное пространство; 6 перенос спинномозговой жидкости из субарахноидального пространства в кровь.Стрелки 5 и 6 указывают направление потока ликвора из желудочковой системы в субарахноидальное пространство и из субарахноидального пространства в кровь. Хотя поток спинномозговой жидкости был смоделирован (уравнения 1 и 2), модель не включает реальных каналов для передачи спинномозговой жидкости между желудочковой системой, субарахноидальным пространством и кровью. Следует отметить, что размер и количество графических символов кровеносных сосудов, а также размер графического символа сосудистого сплетения (он же BCSFB) не соответствуют их реальным значениям, приведенным в таблице 1.
Внутренняя сфера, представляющая желудочковую систему, включает BCSFB. ЦСЖ секретируется клетками BCSFB, также известными как эпителиальные клетки сосудистого сплетения, протекает в желудочковую систему, а затем проходит через небольшие отверстия (отверстия) в субарахноидальное пространство, где всасывается через кровеносные сосуды в кровоток. Также было высказано предположение, что часть субарахноидальной CSF перемещается в мозг по параваскулярным путям, окружающим мозговые артерии, где она смешивается с ISF мозга и покидает мозг по венам (Iliff et al., 2012; Nedergaard, 2013). В текущей модели мы проигнорировали поток CSF из субарахноидального пространства в ISF мозга (см. Раздел «Обсуждение» для дальнейшего обсуждения этой темы). Таким образом, мы предположили, что скорость секреции CSF равна скорости абсорбции CSF из субарахноидального пространства в кровь. Мы также предположили, что натрий может легко обмениваться между тканью головного мозга и спинномозговой жидкости на границе ткани головного мозга и желудочковой системы, а также на поверхности контакта субарахноидального пространства и ткани головного мозга (пунктирные круги на рисунке 1B).Это связано с ничтожной проницаемостью контактных поверхностей. Этот перенос можно рассматривать как диффузионный перенос с очень большим коэффициентом диффузии, и он отличается от конвективного потока CSF из субарахноидального пространства в ISF, который в данной работе игнорируется. Натрий также обменивается между кровью и тканями мозга через ГЭБ, а также может диффундировать в ткани мозга вниз по градиенту концентрации.
Формулировка модели
Концентрации натрия в желудочковой и субарахноидальной спинномозговой жидкости моделировались обыкновенными дифференциальными уравнениями (ODE), представленными уравнениями (1) и (2), в то время как изменение уровня натрия в ткани мозга моделировалось уравнением в частных производных (PDE), представленным уравнением (3).
∂Cv (t) ∂t = PBCSFBABCSFBVvCblood-PBCSFB′ABCSFBVvCv + PvbAvλVv (Cbr (t, ri) fd-Cv) -QcsfVvCv (1) ∂Cs (t) ∂t = PsbAsλVs (Cbr (t, ro) fd-Cs) + QcsfVsCv-QcsfVsCs (2) ∂Cbr (t, r) ∂t = PBBBABBBCblood-PBBB′ABBBfdCbr + λρfdr2∂∂r (Dr2∂Cbr∂r), ri, где C ISF и f d — концентрация натрия в ISF и коэффициент распределения натрия соответственно.Параметры модели определены в таблице 1.
Таблица 1 . Физиологические значения параметров модели взрослой крысы.
Параметры r i и r o , которые определяют границы мозговой ткани в уравнении (3) и на рисунке 1B, были получены с помощью соотношений
и
Vv + Vb = 43πro3, (6), где V v и V b представляют объем желудочковой системы и объем ткани мозга, соответственно. r i — это радиус внутренней сферы, представляющей желудочковую систему, в то время как r o — радиус средней сферы, которая представляет внешнюю границу мозговой ткани (Рисунок 1B). Члены в левой части Уравнений (1) и (2) представляют скорость изменения концентрации натрия ( моль мл -1 ) в желудочковой и субарахноидальной спинномозговой жидкости соответственно, в то время как член слева -сторонняя сторона уравнения (3) представляет скорость изменения уровня натрия ( моль г, -1 ) в ткани мозга.Четыре члена в правой части уравнения (1) представляют перенос натрия из крови в ЦСЖ желудочков, перемещение натрия из ЦСЖ желудочков в кровь, обмен натрия между ЦСЖ желудочков и тканью мозга и потерю натрия. из желудочковой системы за счет объемного потока спинномозговой жидкости из желудочковой системы в субарахноидальное пространство слева направо соответственно. Три члена в правой части уравнения (2) обозначают обмен натрия между субарахноидальным СМЖ и тканью мозга, поступление натрия в субарахноидальный СМЖ из-за большого потока СМЖ и потерю натрия из субарахноидального пространства из-за Поглощение спинномозговой жидкости в кровь слева направо соответственно.Три члена в правой части уравнения (3) представляют перенос натрия из крови в ткань мозга, перемещение натрия из ткани мозга в кровь и диффузионный перенос натрия через ткань мозга слева направо, соответственно.
Начальные условия для ОДУ (уравнения 1 и 2) даны в (Kawano et al., 1992; Gomes et al., 2017)
Cv = Cs = 145 мМ. (7)Мы также предположили, что C кровь составляет 140 мМ в устойчивом состоянии (Kawano et al., 1992).
Скорость обмена натрия на границах Уравнения (3) определяется
Qv = PvbAvλ (Cv-Cbr (t, r) fd) r = ri (8) Qs = PsbAsλ (Cs-Cbr (t, r) fd). г = ро (9)Мы использовали большие значения для P sb и P vb из-за высокой проницаемости контактных поверхностей для натрия. Таким образом, концентрация натрия в ISF находится примерно в равновесии с концентрациями натрия в желудочках и субарахноидальном пространстве на границе ткани мозга и спинномозговой жидкости.Важно отметить, что пассивный транспорт натрия через границы ткани мозга и CSF регулируется градиентом концентрации между CSF и ISF мозга (уравнения 8 и 9). Концентрация натрия ISF в головном мозге оценивается по уровню натрия в тканях мозга по уравнению (4). A v и A s в уравнениях (8) и (9) представляют площадь контактной поверхности ткани мозга и желудочковой системы, а также площадь контактной поверхности ткани мозга и субарахноидальное пространство соответственно.Контактные поверхности моделировались концентрическими сферами с радиусами r i и r o (рисунок 1). A v и A s были получены
и
, где r i и r o были рассчитаны по уравнениям (5) и (6) с использованием физиологических значений V v и V b (таблица 1).В этой модели A v и A s были получены равными 1 и 5,5 см 2 , соответственно, что согласуется с экспериментальными оценками площадей контактных поверхностей (Levinger, 1971 ; Дике и Рот, 2016).
PBCSFB ‘и PBBB’ были рассчитаны исходя из предположения, что уровень натрия в спинномозговой жидкости находится в равновесии с концентрацией натрия в тканях мозга при t = 0 (устойчивое состояние):
Cbr (t, r) = Cv × fd = Cs × fd.для ri≤r≤ro (12)Это предположение подразумевает отсутствие обмена натрия между CSF и тканью мозга на двух контактных поверхностях ткани мозга и CSF при t = 0 (Olsen и Rudolph, 1955; Bito and Davson, 1966). Полученные значения для PBCSFB ‘и PBBB’ составили 6,9 × 10 −7 см с −1 и 1,35 × 10 −7 см с −1 , соответственно. Чтобы оценить достоверность полученного значения для PBBB ‘, мы вычислили константу скорости общего оттока натрия из ткани мозга в кровь, определяемую PBBB’ABBBfd (Cserr et al., 1981). Среднее значение PBBB′ABBBfd составило 5,5 × 10 −5 с −1 в этой работе, что согласуется со значением 1 × 10 −4 с −1 , сообщенным Cserr. и другие. (1981).
В разделе «Результаты» мы выполняем анализ локальной чувствительности, чтобы исследовать, как возмущения в P BCSFB , P BBB , PBCSFB ‘или PBBB’ влияют на концентрации натрия в мозге и спинномозговой жидкости.Мы также проводим глобальный анализ чувствительности (GSA) для дальнейшего анализа значимости вариаций коэффициентов проницаемости при контроле уровня натрия в спинномозговой жидкости и ткани мозга. Чтобы решить систему дифференциальных уравнений, описываемую уравнениями (1) — (3), мы дискретизируем уравнение (3) относительно переменной r , используя аппроксимацию центральной разности, и мы аппроксимируем производные по времени с помощью обратных разностей. Главное преимущество этой полностью неявной схемы: a.k.a. обратное время центральное пространство состоит в том, что оно безусловно устойчиво.
Анализ глобальной чувствительности
Анализ глобальной чувствительности (GSA) — это численный метод, предназначенный для анализа влияния неопределенных параметров на выходные данные модели. По сравнению с анализом локальной чувствительности, который оценивает изменения отклика модели путем внесения небольших возмущений в каждый параметр, сохраняя при этом неизменными остальные параметры, GSA анализирует вариации выходных данных модели, когда все параметры модели могут изменяться одновременно в определенных диапазонах.Другими словами, GSA исследует, как неопределенность выходных данных модели распределяется на вариации нескольких входных данных модели. Эта функция делает GSA полезным для понимания вкладов неопределенных параметров модели в вариации выходных данных модели. В этой работе мы используем GSA для сравнения важности P BCSFB , P BBB , PBCSFB ‘и PBBB’ в контроле концентрации натрия в тканях мозга и в спинномозговой жидкости, принимая во внимание межпредметная изменчивость по всем параметрам модели.Мы используем набор инструментов MATLAB для GSA, который называется SAFE (Pianosi et al., 2015). Мы выполняем анализ чувствительности Соболя, который количественно оценивает относительную важность параметров, разлагая выходную дисперсию модели на вклады, связанные с входными данными каждой модели. Метод Соболя, широко применяемый в сложных моделях системной биологии и фармакологии (Kim et al., 2010; Sumner et al., 2012; Zhang et al., 2014, 2015; Arabghahestani, Karimian, 2017; Biliouris et al., 2018; Ghaffari, Petzold, 2018; Ghaffari et al., 2019b), рассчитывает индексы чувствительности первого порядка и общего эффекта для каждого параметра модели. Индексы первого порядка ( S i ) измеряют индивидуальный вклад каждого входа в дисперсию выходных данных модели, а индексы общего эффекта ( S Ti ) представляют собой общий вклад входных данных, включая его эффект первого порядка и все взаимодействия более высокого порядка. Индексы чувствительности к общему эффекту могут быть использованы для выявления неважных параметров модели.Невлиятельные параметры могут быть зафиксированы на любом значении в пределах их диапазона изменчивости без значительного влияния на отклик модели. В методике анализа чувствительности Соболя параметры модели, которые имеют индексы чувствительности к общему эффекту ниже 0,01, часто считаются не влияющими (Tang et al., 2006; Sin et al., 2011) (см. Дополнительную информацию для получения дополнительной информации).
Результаты
Считается, что гомеостаз натрия в мозге сильно регулируется BCSFB и BBB.Повышенные уровни натрия в спинномозговой жидкости и ткани головного мозга страдающих мигренью могут быть связаны с вариациями коэффициентов проницаемости притока и / или оттока BCSFB и / или BBB для натрия. С эвристической точки зрения можно ожидать, что повышенная концентрация натрия в спинномозговой жидкости связана с повышенным транспортом натрия из крови в спинномозговую жидкость и / или сниженным захватом натрия из спинномозговой жидкости в кровь. На рисунке 2 показаны изменения концентраций натрия в мозговой ткани, желудочковой и субарахноидальной спинномозговой жидкости в течение 2 часов после 20% увеличения коэффициента проницаемости BCSFB для натрия ( P BCSFB ) или снижения на 20%. в коэффициенте проницаемости оттока БКПС по натрию (ПБКСФ ′).
Рисунок 2 . Варианты (A) C v после увеличения P BCSFB на 20%, (B) C s после увеличения P BCSFB на 20%, (C) C br после увеличения P BCSFB на 20%, (D) C v после уменьшения PBCSFB ′ на 20%, (E) C s после уменьшения PBCSFB ′ на 20%, (F) C br после уменьшения PBCSFB ′ на 20%.
Концентрация натрия в спинномозговой жидкости в желудочках увеличивается после 20% повышения P BCSFB или 20% снижения PBCSFB ‘(Рисунки 2A, D). Мы предположили, что обмен натрия между кровью и СМЖ существенно не изменяет концентрацию натрия в крови из-за большого объема крови по сравнению с СМЖ. Таким образом, C кровь остается неизменной после изменения коэффициентов проницаемости для притока или оттока BCSFB на натрий. Рисунки 2C, F показывают, что повышенные уровни натрия в спинномозговой жидкости желудочков приводят к диффузии натрия из спинномозговой жидкости в ткань головного мозга и распределению натрия в ткани головного мозга с течением времени (Smith and Rapoport, 1986; Murphy and Johanson, 1989).Натрий перемещается с помощью объемного потока спинномозговой жидкости из желудочковой системы в субарахноидальное пространство, где он может обмениваться между спинномозговой жидкостью и тканью мозга. Субарахноидальная концентрация натрия в спинномозговой жидкости увеличивается после увеличения P BCSFB или уменьшения PBCSFB ‘на 20% (Рисунки 2B, E). Наши результаты показывают, что значения концентрации натрия в спинномозговой жидкости желудочков и субарахноидальной спинномозговой жидкости в любой заданный момент времени более чувствительны к вариациям P BCSFB , чем PBCSFB ‘.Аналогичным образом, значения концентрации натрия в тканях головного мозга в любой данный момент времени и в любом месте в пространстве более чувствительны к изменениям P BCSFB , чем PBCSFB ‘. Такое поведение можно объяснить наблюдением, что стабильная потеря натрия в спинномозговой жидкости желудочков в значительной степени обусловлена объемным потоком спинномозговой жидкости из желудочковой системы в субарахноидальное пространство, а не поглощением натрия кровью через BCSFB (уравнение 1 и физиологические данные в таблице 1). Однако единственным источником натрия в желудочковой системе являются эпителиальные клетки сосудистого сплетения, a.k.a клетки BCSFB в устойчивом состоянии. Таким образом, 20% -ное снижение PBCSFB ‘оказывает менее значительное влияние, чем 20% -ное увеличение P BCSFB на содержание натрия в CSF. Следует отметить, что мы предполагаем, что обмен натрия между ЦСЖ желудочков и тканью мозга в устойчивом состоянии отсутствует ( t = 0). В дополнительных видеороликах 1, 2 показаны изменения концентраций ISF в головном мозге, желудочковых и субарахноидальных концентраций натрия в течение 2 часов после увеличения P BCSFB или уменьшения PBCSFB ‘на 20% соответственно.
Аналогичным образом, можно ожидать, что повышенные уровни натрия в тканях мозга во время мигрени связаны с повышенным транспортом натрия из крови в ткань мозга и / или снижением поглощения натрия из ткани мозга в кровь. На рисунке 3 изображены изменения в СМЖ желудочков, субарахноидальном СМЖ и уровне натрия в тканях мозга в течение 2 часов после увеличения коэффициента проницаемости притока ГЭБ по отношению к натрию ( P BBB ) на 20% или уменьшения проницаемости оттока. коэффициент ГЭБ к натрию (PBBB ′) на 20%.
Рисунок 3 . Варианты (A) C v после увеличения P BBB на 20%, (B) C s после увеличения P BBB на 20%, (C) C br после увеличения P BBB на 20%, (D) C v после уменьшения PBBB ′ на 20%, (E) C s после уменьшения PBBB ′ на 20%, (F) C br после уменьшения PBBB ′ на 20%.
Увеличение на 20% P BBB или снижение на 20% PBBB ‘приводит к накоплению натрия в ткани мозга (рисунки 3C, F). Повышенные уровни натрия в ткани головного мозга увеличивают транспорт натрия из ткани головного мозга в желудочковую систему и субарахноидальное пространство (Рисунки 3A, B, D, E). Наши результаты показывают, что уровни натрия в мозговой ткани, спинномозговой жидкости желудочков и субарахноидальной спинномозговой жидкости почти одинаково чувствительны к изменениям в P BBB и PBBB ‘.В дополнительных видеороликах 3, 4 показаны изменения концентраций натрия ISF в головном мозге, желудочковых и субарахноидальных натрия в течение 2 часов после увеличения P BBB или уменьшения PBBB ‘на 20% соответственно.
На рисунке 4 показан поток натрия между мозговой тканью и спинномозговой жидкостью на границе мозговой ткани и желудочковой системы, а также на контактной поверхности мозговой ткани и субарахноидального пространства после возмущения P BCSFB , P BBB , PBCSFB ′ или PBBB ′ на 20%.Наши результаты показывают, что поток натрия из желудочковой системы в ткань мозга больше, чем поток натрия из субарахноидального пространства в ткань мозга.
Рисунок 4 . Сравнение потока натрия на границе мозговой ткани и желудочковой системы с потоком натрия на границе мозговой ткани и субарахноидального пространства после (A) увеличения P BCSFB , (B) уменьшение PBCSFB ′, (C) увеличение P BBB , (D) уменьшение PBBB ′ на 20%.Положительный знак потока указывает на то, что натрий диффундирует из спинномозговой жидкости в ткань мозга, в то время как отрицательный знак указывает на то, что натрий диффундирует из ткани мозга в спинномозговую жидкость.
На рисунках 2, 3 сравниваются вариации в C v , C s и C br , когда один параметр (например, P BCSFB , P BBB , PBCSFB ′ или PBBB ′) нарушается, а остальные параметры остаются неизменными.Однако в случае мигрени все коэффициенты проницаемости притока и оттока потенциально могут варьироваться. Дополнительно в таблице 1 приведены средние значения параметров физиологической модели. Эти значения могут меняться в популяции крыс одного типа. Таким образом, мы использовали GSA (Pianosi et al., 2015) для рассмотрения эффектов вариаций всех параметров модели. В связи с этим мы предположили, что физиологическая концентрация натрия в спинномозговой жидкости и крови может колебаться в пределах 5% от значений in vitro (т.е.е., C v = C s = 145 мМ, C кровь = 140 мМ ), а остальные независимые параметры модели ( P BCSFB , A BCSFB , V s , V v , V b , P BBB , A BBB , f d , D , Q csf , λ, ρ) могут изменяться в пределах 25% от значений in vitro (Таблица 1 ).Это связано с учетом влияния внутренних вариаций между популяцией крыс одного типа и влияния ошибок измерения при оценке параметров физиологической модели на наши модели. Следуя равномерному распределению, мы отобрали 10 5 наборов параметров в пределах их диапазонов изменчивости. Затем мы рассчитали зависимые параметры, то есть PBCSFB ‘и PBBB’ для каждого набора параметров, предполагая, что модель находится в устойчивом состоянии при t = 0.Каждый из этих 10 5 наборов параметров характеризует одну здоровую крысу с различными физиологическими параметрами. Затем мы предположили, что P BCSFB , PBBB, PBCSFB ‘и PBBB’ могут подвергаться патофизиологическим изменениям в пределах 50% от их контрольных значений из-за триггеров мигрени. Мы выполнили GSA для исследования значимости патофизиологических вариаций P BCSFB , PBBB, PBCSFB ‘и PBBB’ в влиянии на концентрацию натрия в желудочках во время эпизодических мигреней.Выход модели был определен как процентное изменение общей концентрации натрия в желудочках в течение 2 часов после физиологических нарушений P BCSFB , PBBB, PBCSFB ‘и PBBB’:
Выход модели = (∫0tmaxCv dttmax) — Cv (t = 0) Cv (t = 0)Наши результаты показывают, что патофизиологические вариации P BCSFB гораздо более важны, чем PBBB, PBCSFB ‘и PBBB’ в влиянии на концентрацию натрия в спинномозговой жидкости желудочков (рис. 5).Важно отметить, что каждый коэффициент проницаемости определяется в двух состояниях: физиологическом и патофизиологическом. Данный коэффициент проницаемости (например, P BCSFB ) в физиологическом и патофизиологическом состоянии показан как P BCSFB ( физиологический ) и P BCSFB ( патофизиологический ) соответственно. Вариации в P BCSFB ( физиологический ) объясняют внутренние различия между популяцией крыс одного типа и / или ошибки измерения при оценке коэффициентов проницаемости.Однако триггеры мигрени могут вызывать нарушение механизмов транспорта натрия в BCSFB и / или BBB (Harrington et al., 2010; Gross et al., 2019). Это означает, что триггеры мигрени могут изменять физиологические коэффициенты проницаемости. P BCSFB ( патофизиологический ) представляет собой степень изменений в P BCSFB ( физиологический ) из-за триггеров мигрени. Для данной крысы с данным P BCSFB ( физиологический ) разные триггеры мигрени могут по-разному изменять P BCSFB ( физиологический ); эти изменения представлены P BCSFB ( патофизиологический ).Наши результаты показывают, что вариации P BCSFB ( физиологический ) и P BBB ( физиологический ) гораздо менее важны, чем вариации P BCSFB ( патофизиологический ) и P BBB ( патофизиологический ) в влиянии на процентное изменение общей концентрации натрия в желудочках во время мигрени. Это главным образом связано с тем, что выходные данные модели были определены как процентное изменение общей концентрации натрия в спинномозговой жидкости желудочков между патофизиологическим и физиологическим состояниями.Эти результаты предполагают, что концентрация натрия в спинномозговой жидкости желудочков более чувствительна к изменению гомеостаза транспортеров, которые опосредуют приток натрия в спинномозговую жидкость через BCSFB, чем к изменению гомеостаза переносчиков, которые регулируют захват натрия из спинномозговой жидкости через BCSFB. Кроме того, эти результаты показывают, что BBB играет гораздо менее важную роль, чем BCSFB в регулировании концентрации натрия в спинномозговой жидкости желудочков. Важно отметить, что индексы чувствительности к общему эффекту, которые учитывают общий вклад входных данных в вариации отклика модели, должны использоваться для сравнения значимости входных данных модели в управлении выходными данными модели. P BCSFB имеет больший S Ti , чем PBBB, PBCSFB ‘и PBBB’, что указывает на то, что P BCSFB является более важным параметром в модели.
Рисунок 5 . Рейтинг чувствительности параметров модели. Выход модели был установлен на интеграл по времени C v в течение 2 часов после возмущения параметров модели. Синие столбцы представляют индексы чувствительности первого порядка, а зеленые столбцы — индексы чувствительности к общему эффекту.Столбики ошибок, показанные красным, указывают доверительные интервалы начальной загрузки (95% доверительные интервалы) средних значений.
Показатели чувствительности к общему эффекту некоторых параметров меньше 0,01 (Рисунок 5). Это означает, что вариации этих параметров не влияют существенно на дисперсию выходных данных модели; таким образом, эти параметры могут быть зафиксированы на произвольных значениях в пределах их диапазона (Tang et al., 2006; Sin et al., 2011). На рисунке 6 показан порядок ранжирования параметров модели, когда выход модели был определен как процентное изменение общей концентрации субарахноидального натрия в течение 2 часов после возмущений физиологических P BCSFB , PBBB, PBCSFB ‘и PBBB’ из-за к триггерам мигрени:
Выход модели = (∫0tmaxCs dttmax)
Как они регулируют уровень сахара в крови
Поджелудочная железа секретирует инсулин и глюкагон.Оба гормона работают в равновесии и играют жизненно важную роль в регулировании уровня сахара в крови. Если уровень одного гормона выше или ниже идеального диапазона, уровень сахара в крови может резко возрасти или упасть.
Вместе инсулин и глюкагон помогают поддерживать состояние, называемое гомеостазом, при котором условия внутри тела остаются стабильными. Когда уровень сахара в крови слишком высок, поджелудочная железа выделяет больше инсулина. Когда уровень сахара в крови падает, поджелудочная железа высвобождает глюкагон, чтобы поднять его.
Этот баланс помогает обеспечить клетки достаточной энергией, предотвращая повреждение нервов, которое может возникнуть в результате постоянного высокого уровня сахара в крови.
В этой статье мы объясняем функции и процессы инсулина и глюкагона, а также их влияние на диабет.
Организм превращает углеводы из пищи в глюкозу, простой сахар, который служит жизненно важным источником энергии.
Уровень сахара в крови — это показатель того, насколько эффективно организм использует глюкозу.
Они меняются в течение дня. Однако в большинстве случаев инсулин и глюкагон поддерживают эти уровни в нормальном диапазоне.
Когда организм не перерабатывает достаточное количество глюкозы, уровень сахара в крови остается высоким.Инсулин помогает клеткам абсорбировать глюкозу, снижая уровень сахара в крови и обеспечивая клетки глюкозой для получения энергии.
Когда уровень сахара в крови слишком низкий, поджелудочная железа вырабатывает глюкагон. Глюкагон заставляет печень высвобождать накопленную глюкозу, что вызывает повышение уровня сахара в крови.
Островковые клетки поджелудочной железы ответственны за высвобождение как инсулина, так и глюкагона. Поджелудочная железа содержит множество кластеров этих клеток. Существует несколько различных типов островковых клеток, включая бета-клетки, которые выделяют инсулин, и альфа-клетки, выделяющие глюкагон.
Как работает инсулин
Клеткам нужна глюкоза для получения энергии. Однако большинство из них не могут использовать глюкозу без инсулина.
Инсулин дает глюкозе доступ к клеткам. Он прикрепляется к рецепторам инсулина на клетках по всему телу, заставляя клетки открываться и предоставлять доступ глюкозе.
Низкий уровень инсулина постоянно циркулирует по организму. Скачок инсулина сигнализирует печени о высоком уровне глюкозы в крови. Печень поглощает глюкозу, а затем превращает ее в запасную молекулу, называемую гликогеном.
Когда уровень сахара в крови падает, глюкагон инструктирует печень преобразовать гликоген обратно в глюкозу, в результате чего уровень сахара в крови возвращается к норме.
Инсулин также поддерживает заживление после травм, доставляя аминокислоты в мышцы. Аминокислоты помогают наращивать белок, присутствующий в мышечной ткани, поэтому при низком уровне инсулина мышцы могут не зажить должным образом.
Как работает глюкагон
Печень хранит глюкозу для питания клеток в периоды низкого уровня сахара в крови.Пропуск приемов пищи и неправильное питание могут снизить уровень сахара в крови. Сохраняя глюкозу, печень обеспечивает постоянный уровень глюкозы в крови между приемами пищи и во время сна.
Когда уровень глюкозы в крови падает, клетки поджелудочной железы выделяют глюкагон. Глюкагон заставляет печень преобразовывать гликоген в глюкозу, делая глюкозу более доступной в кровотоке.
Оттуда инсулин прикрепляется к своим рецепторам в клетках тела и обеспечивает их способность усваивать глюкозу.
Инсулин и глюкагон работают в цикле.Глюкагон взаимодействует с печенью, повышая уровень сахара в крови, а инсулин снижает уровень сахара в крови, помогая клеткам использовать глюкозу.
Ряд факторов, включая резистентность к инсулину, диабет и несбалансированное питание, могут вызвать скачок или резкое падение уровня сахара в крови.
Стандартными единицами измерения уровня сахара в крови являются миллиграммы на децилитр (мг / дл). Идеальные диапазоны сахара в крови следующие:
Время | Уровень глюкозы в крови (мг / дл) |
Перед завтраком | Человек без диабета: 100 мг / дл Человек с диабетом: 70 –13 |
Через 2 часа после еды | Человек без диабета: менее 140 мг / дл Человек с диабетом: менее 180 мг / дл |
Перед сном | Человек без диабета: 120 мг / дл Человек с диабетом: 90–150 мг / дл |
A1C — это измерение, которое дает картину среднего уровня глюкозы за длительный период.Показания A1C должны быть ниже 7 процентов для людей с диабетом и менее 6 процентов для людей без диабета.
Чтобы узнать об оптимальном уровне сахара в крови, нажмите здесь.
Инсулин и глюкагон не оказывают немедленного действия, особенно у людей, у которых уровень сахара в крови чрезвычайно высок или низок.
Высокий уровень сахара в крови
Симптомы высокого уровня сахара в крови включают:
- Более частое мочеиспускание, чем обычно: Почки реагируют на высокий уровень сахара в крови, пытаясь избавиться от избытка глюкозы.
- Чрезмерная жажда, сопровождающая частое мочеиспускание: Почки могут вызывать обезвоживание и чувство сильной жажды при попытке отрегулировать уровень сахара в крови.
- Чувство чрезмерного голода: Высокий уровень сахара в крови не вызывает чувства голода напрямую. Однако падение уровня инсулина часто вызывает чувство голода, когда сопровождается повышенным уровнем сахара в крови.
Со временем чрезвычайно высокий уровень сахара в крови может вызвать следующие симптомы:
Низкий уровень сахара в крови
Задержки между приемами пищи, плохое питание, прием некоторых лекарств от диабета и определенные медицинские условия могут вызывать низкий уровень сахара в крови.
Симптомы низкого уровня сахара в крови включают:
- головокружение
- учащенное сердцебиение
- слабость
- покалывание, особенно в языке, губах, руках или ногах
- голод вместе с тошнотой
- обморок
- спутанность сознания и трудности с концентрацией внимания
- раздражительность
Без лечения низкий уровень сахара в крови может привести к судорогам или потере сознания.
Диабет развивается, когда инсулин становится неэффективным или когда организм не может его вырабатывать в достаточном количестве.Заболевание вызывает проблемы с регуляцией сахара в крови.
Существует несколько различных типов диабета:
Диабет 1 типа
Диабет 1 типа — это аутоиммунное заболевание, которое часто проявляется в молодом возрасте. По этой причине его иногда называют ювенильным диабетом.
Этот тип диабета включает атаки иммунной системы на некоторые из секретирующих инсулин бета-клеток поджелудочной железы.
Люди с диабетом 1 типа часто испытывают очень высокий уровень сахара в крови.Однако низкий уровень инсулина означает, что они не могут использовать большую часть глюкозы в крови.
Диабет 2 типа
Диабет 2 типа является наиболее распространенным типом диабета и обычно развивается из-за проблем, связанных с образом жизни, таких как избыточный вес.
Люди с диабетом 2 типа имеют инсулинорезистентность, что означает, что клетки не реагируют должным образом, когда инсулин дает им команду абсорбировать глюкозу из кровотока.
Гестационный диабет
Гестационный диабет — это форма диабета, которая развивается у некоторых женщин во время беременности.
Когда женщина беременна, плацента, поддерживающая развивающегося ребенка, может ухудшить способность ее организма использовать инсулин.
Результатом этого является инсулинорезистентность, которая вызывает симптомы, похожие на симптомы диабета 2 типа.
Гестационный диабет обычно проходит после рождения ребенка. Однако это фактор риска более позднего развития диабета 2 типа.
Инсулин и глюкагон жизненно важны для поддержания нормального уровня сахара в крови.
Инсулин позволяет клеткам поглощать глюкозу из крови, в то время как глюкагон вызывает высвобождение накопленной глюкозы из печени.
Каждому, кто страдает диабетом 1 типа, а также некоторым людям с диабетом 2 типа необходимо добавлять инсулин и контролировать уровень сахара в крови с помощью диеты и регулярных физических упражнений.
Q:
Существуют ли лекарства, которые лечат диабет путем устранения избытка глюкозы или снижения выработки глюкагона, а не путем добавления инсулина?
A:
Есть некоторые лекарства, которые снижают уровень глюкозы или блокируют глюкагон, но они могут только дополнять гликемический контроль и не могут заменять инсулин.
Примером является прамлинтид, лекарство, которое снижает секрецию глюкагона поджелудочной железой и которое врачи могут назначать как часть лечения диабета 1 типа. Препарат под названием метформин снижает количество сахара, выделяемого печенью, а также улучшает способность организма реагировать на инсулин у людей с диабетом 2 типа.
Ингибиторы натрий-глюкозного транспортного белка 2 (SGLT2) — это еще один класс лекарств, и они действуют, воздействуя на почки, чтобы они секретировали больше глюкозы.Примером SGLT2 является канаглифлозин. Помните, что, хотя существует несколько вариантов лечения, все они разные, поэтому важно вместе с врачом определить лучший план лечения для контроля вашего диабета.
Алан Картер, PharmD Ответы отражают мнение наших медицинских экспертов. Весь контент носит исключительно информационный характер и не может рассматриваться как медицинский совет.
Гормональная регуляция ионов натрия в организме
Ионы натрия очень важны с физиологической точки зрения из-за их роли в мониторинге функции нервной системы.Ионы натрия вместе с ионами калия регулируют функцию нервной системы, поддерживая электрический потенциал на клеточной мембране нейронов. Это осуществляется с помощью активного транспорта ионов, который создает и поддерживает градиент концентрации этих двух ионов через клеточную мембрану нервных клеток, а также других типов клеток.
Из-за его физиологического значения концентрация ионов натрия в крови контролируется специальным гормоном, который организм использует исключительно для регулирования этого иона.Этот гормон называется альдостероном. Альдостерон — это стероидный гормон, который секретируется корой надпочечников в ответ на гормон ренин, который, в свою очередь, секретируется клетками почек.
Альдостерон косвенно секретируется в ответ на гиповолемию, которая сначала стимулирует гормон ренин, который, в свою очередь, стимулирует секрецию альдостерона. Альдостерон обычно и при нормальных условиях стимулирует сохранение ионов натрия в кровотоке в обмен на калий, который выделяется с мочой.
При патологических состояниях коры надпочечников, при которых гормон альдостерон может секретироваться в избытке или в недостаточном количестве. В обоих случаях наблюдается заметное изменение концентрации натрия в организме, которое может быть восстановлено до нормальных значений только путем коррекции нарушения, связанного с секрецией альдостерона.
В случае гипоальдостеронизма наблюдается недостаточная секреция гормона альдостерона в основном из-за аутоиммунного заболевания, которое разрушает кору надпочечников.В этом случае наблюдается недостаточное сохранение ионов натрия в почечных канальцах, что вызывает низкий уровень натрия во внеклеточном пространстве.
В случае гиперальдостеронизма или чрезмерной секреции гормона альдостерона наблюдается заметное сохранение или реабсорбция натрия в почечных канальцах в обмен на калий, который выделяется с мочой. Чрезмерная секреция гормона альдостерона корой надпочечников может быть вызвана гиперплазией, например, коры надпочечников.
Чрезмерное введение ионов натрия, таких как поваренная соль, может вызвать повышение концентрации натрия в крови или гипернатриемию. Это может вызвать гипертонию и отек из-за одновременного сохранения воды в канальцах почек из-за высокой осмоляльности крови, вызванной чрезмерным количеством натрия в организме.
Другой важный гормон, который косвенно влияет на концентрацию ионов натрия в крови, уменьшая его концентрацию или концентрируя в зависимости от концентрации гормона, регулирующего количество воды в крови.Этот полипептидный гормон называется антидиуретическим гормоном.
Обычно он секретируется в физиологических количествах, позволяющих сохранить количество воды, необходимое для поддержания физиологической концентрации натрия в крови. Увеличение или уменьшение количества этого гормона в крови резко повлияет на концентрацию натрия в крови. Таким образом, вызывая гипонатриемию или гипернатриемию.
В случае недостаточной секреции этого гормона, как это происходит при несахарном диабете, наблюдается заметное увеличение потери воды с мочой.Таким образом, концентрация натрия в крови вызывает гипернатриемию. При чрезмерной секреции этого гормона, как это происходит при некоторых злокачественных новообразованиях в организме, таких как рак легких, наблюдается заметное удержание воды в организме из-за воздействия этого гормона на почечные канальцы. Таким образом, вызывая эффект разжижения концентрации натрия во внеклеточном пространстве.
Регулирование выделения натрия и воды
Выведение натрия: сердечно-сосудистая связь
Почки работают совместно с сердечно-сосудистой системой.Система CV создает давление, необходимое для клубочковой фильтрации, и обеспечивает высокий поток, необходимый для поддержания стабильного состава растворенных веществ коркового интерстициального пространства. В свою очередь, почки поддерживают объем крови, регулируют осмоляльность плазмы и выделяют медиаторы, которые влияют как на работу сердца, так и на тонус сосудов (рис. 7–1).
Рисунок 7–1.
Влияние почек на сердечно-сосудистую систему. Почки влияют на объем крови за счет выработки эритропоэтина, который стимулирует производство красных кровяных телец, а также за счет контроля над выделением соли и воды.Они также влияют на общее периферическое сопротивление через действие на ангиотензин II (подробности см. В тексте). Комбинация объема крови и общего периферического сопротивления влияет на артериальное давление.
| Печать
Почки взаимодействуют с системой CV. Система CV обеспечивает высокое давление, необходимое для клубочковой фильтрации; Почки поддерживают объем крови, необходимый для заполнения сосудистого дерева. |
Кровь состоит в основном из эритроцитов (примерно 45%) и плазмы крови (примерно 55%). Почки имеют решающее значение для обеих частей — они секретируют гормон эритропоэтин, который стимулирует выработку красных кровяных телец, и регулируют объем внеклеточной жидкости (ECF), значительную часть которой составляет плазма крови (см. Рис. 6–1). Хотя это и неточно, существует приблизительная пропорциональность между объемом крови и общим объемом ECF.Объем крови имеет тенденцию увеличиваться и уменьшаться по мере увеличения и уменьшения объема ECF из-за перемещений жидкости между плазмой и интерстициальным пространством ткани. Таким образом, поддержание объема крови во многом зависит от поддержания объема ECF.
Очевидно, почему вода имеет решающее значение для объема ECF, но почему так важен натрий? Ответ основан на двух фактах. Во-первых, осмоляльность ECF жестко регулируется, а во-вторых, осмотическое содержание ECF критически зависит от содержания в нем натрия.Мы можем аппроксимировать осмоляльность ECF следующим образом:
Путем перегруппировки это выражение становится:
Кроме того, поскольку почти все растворенные вещества ECF составляют натрий и эквивалентное количество анионов (в основном хлорид и бикарбонат), количество растворенного вещества ECF примерно в два раза превышает содержание натрия. Мы можем записать предыдущее выражение как:
Таким образом, в условиях жестко контролируемой осмоляльности ECF (см. Обсуждение ниже), объем ECF напрямую зависит от содержания натрия.
Возникает вопрос: как почки узнают, сколько натрия содержится в ЭКФ; другими словами, как они узнают, увеличивать или минимизировать выведение натрия? У организма нет механизма для определения содержания натрия как такового. Вместо этого определение содержания натрия является косвенным, основанным на комбинации оценки концентрации натрия и сосудистого давления. Глиальные клетки в областях мозга, называемых околожелудочковыми органами (описанными далее в этой главе), имеют сенсорные каналы (Nax), которые реагируют на внеклеточную концентрацию натрия и действуют как детекторы.Глиальные клетки модулируют активность соседних нейронов, участвующих в контроле натрия в организме. В гипоталамусе также есть нейроны, содержащие каналы Nax, которые реагируют на концентрацию натрия в спинномозговой жидкости. Таким образом, клетки в гипоталамусе или рядом с ним контролируют внеклеточную концентрацию натрия.
Как описано выше, объем ECF зависит от содержания натрия при любой данной концентрации. Объем влияет на давление в различных областях сосудистой сети.Поскольку сосудистое давление очень важно для экскреции натрия, мы кратко рассмотрим регуляцию сердечно-сосудистого давления, прежде чем описывать его роль в экскреции натрия.
Сосудистое давление оценивается с помощью барорецепторов — клеток, которые деформируются в ответ на изменения местного внутрисосудистого давления. Три набора барорецепторов важны для контроля экскреции натрия (рис. 7–2). Это (1) артериальные барорецепторы, нервные клетки, которые опосредуют классический барорецепторный рефлекс, (2) сердечно-легочные барорецепторы, которые также являются нервными клетками и работают параллельно с артериальными барорецепторами, и (3) внутрипочечных барорецепторов , которые не являются нервными клетками. .Мы вскоре опишем их работу. Артериальные барорецепторы расположены в сонных артериях и дуге аорты и ощущают давление на индивидуальной основе. Сердечно-легочные барорецепторы имеют сенсорные окончания, расположенные в предсердиях сердца и частях легочной сосудистой сети. Они, как и артериальные барорецепторы, отправляют афферентную нервную информацию в центральную нервную систему. Их часто называют барорецепторами низкого давления, потому что они оценивают давление в областях сосудистого дерева, где давление намного ниже, чем в артериях.Кардиопульмональные барорецепторы фактически служат детекторами объема крови в том смысле, что давление в предсердиях и легочных сосудах повышается, когда объем крови увеличивается, и падает, когда объем крови уменьшается.
Рисунок 7–2.
Барорецепторы и основные процессы, на которые они влияют. Артериальные барорецепторы воспринимают давление в аорте и сонных артериях и отправляют афферентную информацию в вазомоторный центр ствола мозга, который затем регулирует сердечно-сосудистые и почечные процессы через вегетативные эфференты.Сердечно-легочные барорецепторы воспринимают давление в предсердиях сердца и легочных артериях, тем самым реагируя на наполнение сосудистого дерева. Они отправляют афферентную информацию параллельно с артериальными барорецепторами. Хотя влияние двух наборов барорецепторов частично совпадает, сердечно-легочные барорецепторы имеют особенно важное влияние на гипоталамус, который регулирует секрецию АДГ. Внутрипочечные барорецепторы играют важную роль в ренин-ангиотензиновой системе (подробности см. В тексте).
Информация от нервных барорецепторов направляется в центр контроля сосудистого давления, состоящий из ядер в продолговатом мозге (нижняя область ствола мозга, расположенная рядом с местом слияния ствола со спинным мозгом). В совокупности эти ядра называются вазомоторным центром . Вазомоторный центр через симпатическую нервную систему стимулирует тонус сосудов (сужение сосудов) по всему телу. В артериолах периферической сосудистой сети этот симпатический тонус поддерживает общее периферическое сопротивление, а в периферической венозной системе он поддерживает центральное венозное давление за счет своей способности снижать эластичность крупных вен.Изменяя венозное сужение в разных сосудистых руслах, вазомоторный центр может перемещать объем крови между разными органами. Сосудодвигательный центр также посылает сердцу как симпатические стимулирующие, так и парасимпатические тормозящие сигналы.
Артериальные барорецепторы вызывают тоническое ингибирование медуллярного вазомоторного центра, что приводит к торможению симпатического влечения. Повышение артериального давления вызывает большее возбуждение барорецепторов, большее торможение и, следовательно, меньшее симпатическое влечение к периферии, в то время как снижение артериального давления снижает возбуждение барорецепторов и меньшее торможение, обеспечивая большее симпатическое влечение.В результате изменения тонуса сосудов изменяют общее периферическое сопротивление и помогают стабилизировать артериальное давление. Сердечно-легочные барорецепторы действуют таким же образом, но реагируют не на артериальное давление, а скорее на давление в предсердиях сердца и легочных сосудах.
Почки, будучи частью периферической сосудистой сети, реагируют на изменения симпатического влечения и вносят свой вклад в изменение общего периферического сопротивления. Однако, как мы опишем позже, изменения экскреции натрия в ответ на симпатическое влечение даже более важны, чем вклад почек в общее периферическое сопротивление.
Величина симпатического возбуждения в сердце, артериолах и крупных венах изменяется очень быстро, когда давление начинает изменяться в результате мышечной активности или простых изменений позы. Результатом является стабилизация артериального давления на его заданном уровне, среднем артериальном давлении, которое для большинства людей составляет чуть менее 100 мм рт. Однако уставка не является жестко фиксированной; он меняется в течение дня, в зависимости от активности и уровня возбуждения, и уменьшается примерно на 20% во время сна.2
Вышеописанная барорецепторная / симпатическая приводная система очень эффективна для поддержания артериального давления на заданном уровне. Основное осложнение и область неопределенности заключается в долгосрочном контроле артериального давления. На вопрос «что устанавливает заданное значение» нельзя ответить с уверенностью3. Однако очевидно, что нарушение почечной обработки натрия или нарушение почечной передачи сигналов могут привести к гипертензии. Любые соображения о долгосрочном контроле артериального давления должны включать в себя действие почек.
2 Как пример этой вариации, некоторые пациенты испытывают «гипертонию белого халата», повышение артериального давления, которое проявляется в ответ на стресс от пребывания в кабинете врача.
3Артериальное давление — одна из многих физиологических переменных, регулируемых в соответствии с заданным значением, например температура тела, парциальное давление диоксида углерода или концентрация глюкозы в плазме. Хотя многое известно о механизмах, которые удерживают эти переменные близко к их уставкам, вопрос «что устанавливает их уставки» остается неясным.
Основные регуляторы экскреции натрия
Многие сигналы контролируют выведение натрия. Учитывая предыдущее обсуждение, должно быть ясно, что большинство сигналов прямо или косвенно относятся к событиям в системе CV. Основными сигнальными системами, связанными с сердечно-сосудистой системой, являются симпатическая нервная система и система ренин-ангиотензин-альдостерон (РААС).
Симпатическая нервная система способна к экстренной реакции «сражайся или беги», но ее нормальная работа — это дифференциальная модуляция различных функций в разных органах.Сосудистая сеть и канальцы почек иннервируются постганглионарными симпатическими нейронами, которые выделяют норэпинефрин. В большинстве областей почек норадреналин распознается α-адренорецепторами. В почечной сосудистой сети активация α1-адренорецепторов вызывает вазоконстрикцию афферентных и эфферентных артериол. Это снижает RBF и GFR.
Совершенно очевидно, что СКФ является решающим фактором выведения натрия. Без фильтрации нет выделения. Однако, за исключением неотложных состояний организма, таких как гиповолемический шок, СКФ удерживается в довольно узких пределах из-за процессов ауторегуляции, которые подробно описаны ниже.Таким образом, хотя нервный контроль действительно влияет на СКФ, этот компонент симпатического контроля, вероятно, менее важен в нормальных обстоятельствах, чем его влияние на реабсорбцию натрия. Нервный контроль почечной сосудистой сети в первую очередь влияет на кровоток в коре головного мозга, что позволяет сохранить перфузию костного мозга даже при снижении коркового кровотока.
Эпителиальные клетки проксимальных канальцев иннервируются α1– и α2-адренорецепторами. Стимуляция этих рецепторов в проксимальных канальцах норадреналином активирует оба компонента основного трансклеточного пути реабсорбции натрия, то есть натрий-водородный антипортер NHE3 в апикальной мембране и Na-K-АТФазу в базолатеральной мембране.Этот путь активируется в ситуациях, когда целесообразно уменьшить выведение натрия, например, при истощении объема или низком кровяном давлении.
| Печать
Симпатическая стимуляция стимулирует реабсорбцию натрия в проксимальных канальцах и снижает почечный кровоток и СКФ. |
Эффекты симпатической стимуляции на клетки дистального нефрона менее очевидны.Другие агонисты, помимо норэпинефрина, влияют на другие типы рецепторов (например, АТФ, действующий на пуринергические рецепторы). Однако общий результат симпатической стимуляции почек явно снижается выведение натрия.
Основные регуляторы экскреции натрия
Ренин-ангиотензиновая система
Ренин-ангиотензиновая система сама по себе важнее для контроля экскреции натрия, чем симпатический ввод.Вскоре мы увидим, что ренин-ангиотензиновая система и симпатическая нервная система являются взаимодействующими системами и не могут рассматриваться как отдельные регуляторы. То, что традиционно называют , ренин-ангиотензиновая система на самом деле является набором и ренин-ангиотензиновых систем. Существует как системная циркулирующая ренин-ангиотензиновая система, так и отдельные органоспецифические ренин-ангиотензиновые системы во многих тканях, включая, помимо прочего, сердце, половые органы, мозг и почки.Кроме того, циркулирующая система ренин-ангиотензин непосредственно участвует в контроле стероидного гормона альдостерона. Циркулирующую систему ренин-ангиотензин уместно назвать РААС.
Ренин-ангиотензиновые системы — это пептидные сигнальные системы, которые регулируют множество процессов в почках и других местах. Они состоят из белкового субстрата (ангиотензиноген), фермента ренина, который отщепляет пептид из 10 аминокислот (ангиотензин I) от ангиотензиногена, нескольких дополнительных ферментов, которые расщепляют ангиотензин I на более мелкие пептиды, и, наконец, рецепторов для пептидов, которые активируют клеточные действия на привязка.Наиболее важным из этих пептидов меньшего размера является 8-аминокислотный пептид ангиотензин II (AII). Он образуется из ангиотензина I под действием ангиотензинпревращающего фермента (АПФ). ОКИ является посредником множественных эффектов в почках и других местах.
В циркулирующем РААС ангиотензиноген синтезируется в печени (рис. 7–3). Уровни ангиотензиногена в плазме обычно высоки и не ограничивают продукцию AII. Более того, АПФ, который экспрессируется на эндотелиальных поверхностях сосудистой системы, особенно в легочных сосудах, активно превращает большую часть ангиотензина I в AII.Следовательно, основным фактором, определяющим циркуляцию AII, является количество ренина, доступного для образования ангиотензина I. Как указано в главе 1 и показано на рисунке 7-4, ренин продуцируется юкстагломерулярным (jg) аппаратом. Клетки, секретирующие ренин, расположены в поздней афферентной артериоле непосредственно перед клубочком и называются юкстагломерулярными зернистыми клетками (поскольку ренин можно визуализировать как секреторные гранулы). Секреция ренина гранулярными клетками находится под контролем 3 основных регуляторов, описанных ниже.
Рисунок 7–3.
Основные компоненты системной РААС. Ренин, секретируемый почечными гранулярными клетками, воздействует на ангиотензиноген из печени с образованием ангиотензина I. Большая часть ангиотензина I превращается в ангиотензин II (AII) под действием ангиотензинпревращающего фермента (ACE). AII действует на сосудистую систему как сосудосуживающее средство и стимулирует выработку надпочечниками альдостерона. AII действует в почках, способствуя реабсорбции натрия.
Рис. 7–4.
Только золотые участники могут продолжить чтение. Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы продолжить
Нравится:
Нравится Загрузка …
Связанные
Роль почек в регуляции внутри- и экстраренального кровяного давления
- О нас
- Часто задаваемые вопросы
- Связаться
- Регистр
- Вход
Переключить навигацию
- Дом
- Около
- Редакторы
- Все выпуски
- Сначала онлайн
- Текущий выпуск
- Предыдущий выпуск
- Архив
- Специальные выпуски
- Предложение по специальному выпуску
- Приглашение к подаче предложений
- Заголовки предстоящих специальных выпусков
- Подтвержденные названия специальных выпусков
- Указания
- Часто задаваемые вопросы
- Роли и преимущества редактора