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水与电解质平衡的理论概述
水与电解质平衡的理论概述
第一节体液的分布和组成
一、体液总量
水是构成机体的最基本的物质，也是所有体液的基础，正常成年男性机体内的总体液量（TBW）占体重的55%-60%，成年女性的占其体重的45%-50%。
正常新生儿和未成熟儿约占其体重的70%和80%，青少年约占体重的65%。
正常情况下，体液中的水及其内各种溶质成分通过细胞内外的交换保持一种动态的平衡，使其总容量和成分保持在一定的正常范围内，使机体的生命得以延续。
如果机体的体液容量和成分由于某种原因偏离了这一范围，而机体无能力进行调节或超过了机体可能代偿的程度，就会发生水与电解质平衡的紊乱。
影响机体总体液量的因素除去年龄和性别以外，还有机体内脂肪的含量。
由于脂肪组织中不含水分，故体内脂肪组织所占的比重愈大，体液的含量相对愈少。
因此，对肥胖患者发生脱水时应高度注意，以防产生严重的后果。
普通男性：
非脂肪22%、脂肪18%、体液60%
肥胖男性：
非脂肪22%、脂肪35%、体液43%
瘦削男性：
非脂肪22%、脂肪8%、体液70%
体内脂肪含量对总体液量的影响
二、体液的分布
分为细胞内液和细胞外液两大部分，其中2/3为细胞内液（占体重的30%-40%），另外1/3为细胞外液（约占体重的20%）。
细胞外液又可分为组织间液（约占体重的15%）和流动于血管和淋巴管中的血浆和淋巴液（占体重的4.5%-5%）。
细胞外液还包括一部分由细胞分泌而来的液体，即胃肠道分泌液、脑脊液、腹腔液、胸膜液、滑膜液、唾液、胰液、胆汁、房水等。
三、体液的组成
体液的主要成分是水，另外包含有两大类溶质成分。
一类是无机物，如钠（Na+）、钾（K+）、钙（Ca2+）、镁（Mg2+）、氯（Cl-）、碳酸氢盐（HCO3_）、硫酸根、磷酸根离子等。
另一类是有机物，如蛋白质、脂肪、碳水化合物、激素、酶、维生素、各种中间代谢产物及代谢废物。
此外还有氧气及二氧化碳等物质。
第二节水的平衡
一、水的需要量
一般正常成人每日需水量为30-40ml/Kg，儿童需水量要大于成人，为50-90ml/Kg。
体重为60Kg的成人每日需水量约为2500ml，这其中饮水占1000-1500ml，食物中含水为700-1000ml，机体内新陈代谢可产生约300ml水。
每日机体的摄入水量相当于同日从肾脏（1000-1500ml）、皮肤（350-500ml）、消化道（100-200ml）及肺脏（250-350ml）排出的水的总和。
在正常状态下，机体通过神经及内分泌等系统的调节使总出入量维持持久的平衡，使人无不适之感。
在摄入水量不足时会刺激渴觉中枢，产生口渴的感觉并减少肾脏对尿的排出，使人采取饮水的措施补充水分的不足。
健康成人每日对水的需要量随工作的性质、劳动强度、饮水的习惯，以及环境温度和湿度的不同而有较大的差异。
内生水指每克食物氧化后的产水量和代谢后排水量，每克脂肪、蛋白质、糖类分别在氧化代谢后产生1.1、0.3、0.6ml的水。
正常成人每日可产生内生水200-300ml。
临床上对于急性肾功能衰竭的患者（少尿及无尿期），必须将这部分液体计入总摄入量，以便控制补液总量，防止长期补充过多的液体，造成水肿、肺水肿，甚至充血性心力衰竭。
成人24H平均水出入量（ml）
项目入量项目出量
饮水1300尿1500
食物含水900大便200
不显性丢失125-800
氧化水300肺丢失300
（内生水）皮肤丢失500
总量25002500
肾脏的排尿量有较大的变动范围，正常成人每日尿量介于500-4000ml之间，若少于500ml会影响代谢废物的清除，多于4000ml则易导致水及电解质平衡紊乱。
另外，正常人消化道中每日分泌大量消化液，但几乎全部被吸收，很少在粪便中排出。
若发生大量呕吐及腹泻时，可丢失大量水分，补液时需予以重视。
二、水的排出
水的排泄途径有肾脏、胃肠道、呼吸道及皮肤等，其中除肾脏可以通过复杂机理加以调节外，其他途径的可调节性甚差。
1、肾脏肾脏在正常功能状态下，尿的排泄量可随水的摄入量的多少而增减。
一般情况下，肾脏每日排尿量为1000ml-1500ml（尿比重在1.010-1.020之间）。
因每天机体进行新陈代谢要产生约40g的废物和无机盐，而排出这些物质至少需要溶于500ml左右的水中，否则会引起废物在体内的蓄积，导致尿毒症的发生。
因此，成人每日尿量不能少于500ml,此时尿液浓缩，尿比重可达1.030-1.035之间。
在脱水和肾功能障碍的情况下，可引起尿少，严重者出现少尿（每日尿量小于400ml），多种电解质及有机溶质的排出发生障碍，可导致氮质血症及水与电解质平衡紊乱的发生。
2、消化道正常成人消化道每日分泌的消化液总量为8000-10000ml，包括唾液、胃液、胆汁、胰液及小肠液等。
其中胃液中的电解质以H+为主要阳离子，Cl-为主要阴离子。
在胰液、胆汁及小肠液中以Na+为主要阳离子，除Cl-以外HCO3-也成为主要阴离子。
在正常情况下，这些消化液中的水和电解质的绝大部分在小肠及结肠上段被机体重吸收，每日仅有100-200ml液体随粪便排出体外。
3、肺及皮肤正常成人因肺的呼吸及皮肤的不显性出汗每日蒸发的水为600-900ml。
皮肤和肺排水的多少与体温和肺的通气量有密切的关系。
在机体发热时，由于体温调节中枢的作用，使呼吸加快，皮肤血管舒张，汗腺排汗功能增强，导致呼吸丧失的水分及出汗量明显增加。
出汗有两种，一种为非显性，一种为显性。
非显性出汗指即使在寒冷季节仍继续而不觉的出汗，每日蒸发300-500ml水分。
显性出汗是机体调节体温的重要机理之一，此种汗液改变很大，在特殊情况下，每日可达14L以上。
显性出汗的汗液中含0.2%-0.5%的氯化钠（NaCl）及少量的钾，中度出汗每日可损失钠40mmol（相当于氯化钠2-3g）,钾约2mmol（相当于氯化钾0.15g）.大量出汗时，每日可损失钠80mmol（相当于4-6g氯化钠或500ml生理盐水），钾损失约4mmol（相当于氯化钾0.3g）。
体温在38℃以上时，每增高1℃，成人每日可多排出10%的水分，婴儿则可高达13%。
因此，对从事高温作业或剧烈运动的人员，必须按需补水分及适量电解质。
成人24小时排出汗液中水及钠的含量
出汗情况水（ml）钠（mmol）
正常体温，无显性出汗600-10000
体温38℃以上，中汗1000-150025-50
显著出汗＞2000＞50
三、水平衡的调节
（一）渴觉中枢
正常人在渴觉中枢保护下，只要水的来源无限制且水分吸收无障碍，可以通过增加饮水纠正任何程度的失水。
渴觉中枢位于视丘的前侧部，与产生血管加压素的部位相近，血浆渗透压升高是引起渴觉中枢兴奋的最主要刺激，一般当血浆渗透压上升到295mmol/（kg.H2O）时即有明显口渴的感觉。
另外，循环血流动力学改变亦可引起渴觉，低血压、低容量时，可通过动脉系统的压力感受器（如颈动脉窦、主动脉弓）等引起渴觉中枢的兴奋。
（二）抗利尿激素（ADH）
人类的抗利尿激素为精氨酸血管加压素，由下丘脑视上核及室旁核分泌，血管加压素的基因位于第20对染色体上，刺激其合成和分泌的因素有渗透性和非渗透性两大类。
血浆渗透压的升高可以刺激血管加压素的合成和分泌。
非渗透性刺激包括容量性及其他一些非容量性机理，其中前者为主。
抗利尿激素主要是通过和肾脏中相应的受体结合而发生作用的，其受体可分为V1和V2两组。
其中V1受体在肾小球系膜细胞中表达最多，作用后影响肾小球滤过率及亨氏襻对NaCl的重吸收。
V2受体主要分布在集合管，其作用与水的通透性和尿素的通透性密切相关。
（三）肾脏的稀释浓缩功能
是调节水平衡的重要机理之一，肾脏通过对尿液的浓缩（尿比重增高伴尿量减少）和稀释来调节水的出入平衡。
这一功能主要是依靠亨氏襻对水和NaCl的重吸收而完成的。
在亨氏襻上升之处，对水的通透性很低，NaCl重吸收后管腔内尿液为低渗透状态；而亨氏襻下降支对水的通透性较高，小管中原尿在该段下行中由于水分被重吸收，NaCl的浓度逐渐上升。
这样，上升支和下降支并行排列而走向相反进行，从而产生了逆流倍增的效果，当血浆渗透压过低时，肾脏排出低渗尿，将血中相对过多的水分排出体外，相反，当血浆渗透压过高时，肾脏排出高渗尿，保存了相对不足的水分，使渗透压较高的血液得以稀释。
第三节电解质平衡
一、电解质平衡概述
电解质平衡是指体液中阴离子和阳离子之间的平衡。
人体体液中所含的碳酸、盐酸、氯化钠、碳酸氢钠、葡萄糖等物质中，除葡萄糖外的酸、碱、盐成分皆为电解质。
电解质在水中解离后按照所带电荷的不同又分为阴离子和阳离子。
正常情况下，细胞内液和细胞外液的电解质成分和含量有着很大的区别，但体液中阴离子和阳离子之间经常保持平衡状态，这主要依靠电解质的活动和交换来维持。
细胞外液中的主要阳离子是钠（Na+），其含量为142mmol/L，主要阴离子为Cl-和HCO3-,其含量分别为102mmol/L和27mmol/L。
细胞内液的主要阳离子是钾（K+），含量为140mmol/L，细胞内的主要阴离子是HPO42-，含量为50mmol/L。
细胞外液的Na+浓度是细胞内液Na+的浓度的10倍多，而细胞内液的钾浓度比细胞外液钾浓度大20-30倍。
成人体液电解质成分（mmol/L）
电解质血浆组织间液细胞内液
阳离子
Na+14214410
K+44150
Ca2+2.51.52
Mg2+1.50.520
阴离子
Cl-10311410
HCO3-273010
SO42-1.51.570
PO43-1145
二、钠离子平衡
钠离子是体液（特别是细胞外液）中的主要阳离子，对保持细胞外液容量、调节酸碱平衡、维持正常渗透压和细胞的生理功能起着重要的作用。
正常人体可交换钠总量平均37-41mmol/Kg，其中大部分在细胞外液和骨骼中，临床上通常测定的血清中的钠含量，其正常值平均为142mmol/L。
（一）钠的摄入、分布和排泄
正常人每日需钠量为100-170mmol（相当于氯化钠6-10g），随气温、劳动强度等变化。
正常成人每日所摄入的钠几乎全部被胃肠道所吸收，其中少量在胃部，大量在空肠吸收，吸收的过程主要依靠Na+—K+激活的三磷酸腺苷（ATP）酶系统来进行。
体内钠的50%存在于血液和组织间液中，细胞内液的钠约占10%，骨骼和结缔组织约占40%。
（二）钠离子的调节
肾脏对钠的吸收和排泄作用基于以下两种假说。
其一为渗透压假说，当肾血流量不变，如肾小球滤过增加，血浆的滤过部分加大，使肾小球输出小动脉中血容量减少，于是输出小动脉中蛋白质含量增高，导致肾小管周围渗透压升高，使近曲小管对盐和水的回吸收增加，从而维持着球-管平衡。
其二是认为在下丘脑或间脑组织分泌一种利钠激素，调节着近曲小管对钠的回吸收，肾脏会吸收钠的部位还包括远曲小管和亨氏襻，主要受肾上腺皮质分泌的醛固酮的影响，而醛固酮的分泌受肾素-血管紧张素系统及钠平衡的控制，血钠水平及肾灌注压变化可作用于肾脏的近球小体和致密斑，使其产生肾素。
三、钾离子平衡
钾离子是机体最重要的阳离子之一，用同位素稀释法测得正常人体内可交换钾的总量为34-45mmol/Kg，其中98%存在于细胞内，为细胞内液的主要阳离子。
细胞内钾的浓度平均为146mmol/L，大部分分布于肌肉、肝脏、骨骼及红细胞等中，可自由渗透。
细胞外液中的钾的含量仅占人体总钾量的2%，其中约1/4在血浆中。
正常人血浆钾浓度为3.5-5.0mmol/L。
（一）钾的摄入、分布和排泄
正常人每天需要钾3-4g，摄入的钾在小肠以消耗能量的主动弥散方式被动吸收，仅有5-10mmol/L的钾由粪便排出。
在心脏和骨骼肌的推动下，钾由血液和淋巴液转运全身各处，当机体靠细胞分解代谢提供能量时，少量的钾可由细胞内释出。
（二）钾离子的调节
体内钾的调节主要由肾脏来进行。
肾小球滤过的钾约有15%从尿中排出，当机体摄入大量钾剂时，尿中的排出量可达肾小球滤过液的2倍以上。
在肾脏调节钾离子平衡上，醛固酮起着重要的作用，它作用于远曲肾小管，以促进钾与钠交换的形式增加钾的分泌，而保留钠。
四、镁离子平衡
镁离子是细胞内液中的主要阳离子之一，是中枢神经系统中神经传导的重要递质，能保证心肌收缩，抑制神经肌肉兴奋的传导，是细胞内糖和蛋白质代谢的许多酶的金属辅酶，并能激活Na+—K+ATP酶的活性，尤其在糖原分解过程中起着很重要的作用。
（一）镁的摄入、分布和排泄
正常成人体内镁的总量500-1000mmol，其中50%-60%存在于骨骼中，其余储存于骨骼肌、心肌、肝、肾、脑等组织细胞内。
体内镁离子总量仅1%存在于血浆中，成人每日摄入镁在7.5-12.5mmol之间，仅有约1/3在小肠被重吸收。
（二）镁离子的调节
血清镁含量主要由肾脏调节，甲状旁腺素加强肾小管对滤液中镁的重吸收，甚至可以全部回吸收；低血清镁可以增加甲状旁腺素的分泌，减少尿中镁的排出，并升高血清钙含量，高钙血症时镁的排出增加，低钙血症时则相反。
五、钙离子平衡
钙是机体内含量最多的阳离子，钙能引起神经冲动的传导，使骨骼肌收缩，加强心脏的收缩，维持正常细胞的渗透性，使凝血酶原转变为凝血酶，并和磷一起形成骨和牙齿。
（一）钙的摄入、分布和排泄
正常成人钙总量约为500mmol/Kg，婴儿总量约为210mmol/Kg，其中，大于98%的钙与磷酸根结合构成骨骼，约1%钙在细胞外液中，还有少量的钙在细胞内。
食物中的钙主要在小肠上段吸收，只有溶解状态的钙离子才能被吸收。
（二）钙离子的调节
维生素D的活性形式—1,25（OH）2·D3能促进小肠对钙、磷的吸收，提高甲状旁腺素动员骨骼内钙解离回吸收入血，促进肾小管对钙、磷的回吸收。
第四节体液渗透压平衡
一、渗透压的概念
渗透压是由溶液中电解质及非电解质类溶质颗粒引起的，也即带电荷的离子对水产生的吸引力。
半透膜是渗透压产生并存在的基本条件之一。
体液渗透压的大小与体液中单位容量内溶质的微粒数有关，溶质微粒多则渗透压增高，反之则低。
这些溶质微粒也就是携带有阴、阳电荷的离子。
也有人提出渗透压机理是离子活动度的新概念。
例如，当氯化钠溶解于水中时，不仅有钠离子和氯离子活动度降低，而且水分子的活动度也降低。
氯化钠的浓度愈高，水的活动度下降愈大。
体液在血浆、组织间液和细胞内液的3个区间中，由于新陈代谢的结果，其浓度不断改变而产生渗压差，因此渗压现象不断地在各区间发生。
临床上渗透压的单位是毫摩尔分子量/升（mmol/L）。
需注意的是，有些溶质在水中不解离（如葡萄糖），有些溶质则解离。
在解离的溶质中，有的一个分子解离为两个离子，如NaCl；有的则一个分子解离成三个离子，如CaCl2。
溶液的渗透压取决于溶液中所含“离子颗粒”的多少，而不决定于颗粒的性质、大小和重量。
电解质解离后的离子，如Na+、Cl-、Ca2+和HCO3-等与不解离的非电解质分子如葡萄糖的性质和重量虽各不同，但它们在溶液中每颗粒所引起的渗透压是相同的。
二、体液渗透压平衡
正常情况下，体液在血浆、组织间液及细胞内液这3个区间，通过溶质的渗透作用，维持着一种动态的平衡状态，即渗透压平衡。
体液中的电解质在溶液中解离后，其阴阳离子的性质虽不同，但它们各自引起的渗透压效果完全相同。
因此，体液的总渗透压是由电解质离子和非电解质分子所组成的渗透压的总和。
正常范围是280-310mmol/L，在此范围内称为等渗，低于280mmol/L属于低渗，高于310mmol/L属于高渗。
钾是细胞内液主要成分之一，也是保持细胞内液渗透压的主要电解质。
正常情况下，细胞内液总渗透压为300mmol/L左右，其中阳离子约占180mmol/L，阴离子约占120mmol/L。
维持细胞内液和细胞外液的渗透压平衡，主要依靠水分子在细胞内外的自由渗透。
三、渗透压平衡的调节
1、神经系统的调节
当机体水摄入量不足，水丢失过多或者食入盐过多时，细胞外液的渗透压就会增高，从而刺激中枢神经系统的渗透压感受器，引起渴感。
机体饮水后，血浆被稀释，渗透压恢复正常，渴感消失。
2、激素调节
机体内分泌激素对渗透压的调节主要是通过影响肾脏的重吸收机理来实现的，参与调节的激素主要有抗利尿激素（ADH）和醛固酮（ADS）。
3、肾脏调节
肾脏通过肾小球的滤过作用、肾小管的重吸收及离子交换作用来调节水和电解质平衡，并维持体液的正常渗透压。
第五节体液酸碱平衡
一、酸碱平衡概述
正常人体液中维持着比较恒定的酸碱度，其PH值保持在7.35-7.45之间，平均约7.4，略偏碱性，此即体液的酸碱平衡。
体内的酸性和碱性物质主要来自于机体代谢，其次也有一部分来自食物、饮料和药物。
1、酸性物质
机体内的糖、蛋白质和脂肪在新陈代谢过程中不断产生酸性物质。
这些酸性物质分为两大类，一类为挥发性酸（如碳酸），一类为非挥发性酸。
2、碱性物质
机体代谢产生的碱性物质较少，主要是来自食物，特别是蔬菜、瓜果所含的有机酸盐，如乳酸钠（或乳酸钾）、柠檬酸钠（或柠檬酸钾）等。
二、酸碱平衡的调节
机体血液的PH值能够保持在比较恒定的范围内，保证正常的新陈代谢和生长发育，主要是依靠下面4方面的调节来维持酸钾平衡。
（一）缓冲系统的调节
1、碳酸氢盐-碳酸系统
是由碳酸氢钠（NaHCO3）与碳酸（H2CO3）所组成，是血液中最主要的一个缓冲系统，承担着机体缓冲能力的50%-55%。
2、磷酸盐缓冲系统
由弱碱磷酸氢二钠（Na2HPO4）与弱酸磷酸二氢钠（NaH2PO4）所组成。
Na2HPO2遇到强碱如HCl时，生成Na2HPO4和1分子NaCl，而Na2HPO4遇到强碱时，即生成Na2HPO4和水，均起到缓冲作用。
3、还原血红蛋白与氧合血红蛋白系统
由还原血红蛋白（弱碱）与氧合血红蛋白（弱酸）组成，此缓冲系统的作用占体液缓冲系统能力的20%。
当组织中的CO2进入静脉血中时，由CO2形成的碳酸浓度比动脉血高，血液的PH值可稍下降0.02-0.03，但仍保持正常范围。
4、血浆蛋白缓冲系统
是由碱性蛋白钠（Na+PROTEIN-）与酸蛋白（H+PROTEIN-）组成的一个缓冲系统。
体液中蛋白质有两种存在形式，一为酸形式，一为碱形式，蛋白质在体内所起的生理性调节氢离子浓度的作用是通过运输CO2和水来完成的。
（二）肺的调节
CO2是糖、脂肪和蛋白质在体内分解代谢的产物之一。
正常情况下每日产生的CO2约为20000mmol（800-900g）,绝大多数由肺脏排出，以维持体内的酸碱平衡。
肺主要是通过CO2排出或保留来调节血液中H2CO3的浓度，以维持NaHCO3/H2CO3的正常比例关系。
肺对酸碱平衡的调节表现在以下两方面：
其一是把分解代谢所产生的CO2（包括体液缓冲系统所携带的）呼出体外，其二是在发生酸碱平衡紊乱时，通过呼出CO2的增多或减少，使NaHCO3与H2CO3的比例接近于正常范围，从而得到一定程度的代偿。
（三）肾脏的调节
肾脏的作用之一是排出新陈代谢过程中产生的酸（主要是硫酸、磷酸、酮体、乳酸、丙酮酸和乙酰乙酸等）及过多的碳酸氢钠以维持血中碳酸氢钠的正常含量，维持着NaHCO3/H2CO3=20:
1的正常比例，调节着酸碱平衡。
肾脏每天排出酸50-75mmol量的速度在体内蓄积，导致代谢性酸中毒的发生。
肾脏对酸碱平衡的调节主要通过以下4方面完成。
1、碳酸氢钠的重吸收
正常情况下，血液中的NaHCO3经肾小球滤出，在肾小管被重吸收。
NaHCO3的重吸收是通过Na+与H+的交换而进行的，肾小管的上皮细胞内，自血液弥散进入的CO2经碳酸酐酶的作用与H2O结合成H2CO3，而后H2CO3又解离成H+和HCO3-，肾小管细胞内的H+与肾小管腔内的Na+进行交换，Na+与HCO3-结合形成NaHCO3，返回血浆。
2、磷酸盐系统中缓冲盐的酸化作用
肾小管腔尿中的磷酸盐系统的Na+与肾小管细胞产生的H+交换，使肾小管腔尿中的磷酸氢二钠（碱性）变成磷酸二氢钠（酸性），故尿呈酸性。
3、氯化铵的排泄与氢钠交换
在肾小管细胞中，由于谷氨酸酶的作用，使细胞中的谷氨酸氧化分解而形成氨（NH3）。
NH3通过细胞膜进入肾小管腔尿中，与盐酸（HCl）结合，形成氯化铵（NH4Cl），而后者由尿中排出。
4、离子交换和排泄
肾脏远曲小管同时排泄H+和K+，K+和H+交换，如K+排泄增加，H+的排泄就减少，反之如K+排泄减少，H+排泄就增加。
（四）细胞的缓冲作用（离子交换调节系统）
1、氯离子（CL-）与碳酸氢根离子（HCO3-）交换
在红细胞中，当O2与CO2交换时，即发生CL-与HCO3-的交换。
对CO2增加的反应是阴离子的重新分布。
当HCO3-为了恢复离子平衡进入血浆时，Cl-即进入红细胞内。
2、氢、钠与钾之间的交换
血浆PH值升高时（即趋于碱中毒），细胞中的H+即外出与Na+进行交换，从而阻止细胞外液的PH值过度升高，相反，当血浆PH值下降时（即趋于酸中毒），约有50%的H+进入细胞内与K+、Na+进行交换，细胞中钾外出导致血钾升高，此为酸钾中毒时血钾增高的机理。
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