Минеральным обменом называют динамику химических элементов, находящихся в организме преимущественно в форме неорганических соединений, К ним следует отнести натрий, калий, магний, кальций, которые представлены преимущественно хлористыми, углекислыми, фосфорнокислыми электролитами. Некоторые другие элементы, имеющие важное биологическое значение, содержатся в организме в значительно меньших количествах, и после всасывания вступают в соединение с белками и другими органическими веществами, подчиняясь закономерностям их обмена. К ним следует отнести железо, медь, цинк и микроэлементы.

Нарушения обмена натрия. Значение натрия в обмене веществ определяется тем, что натрий как главный катион плазмы и внеклеточной жидкости участвует в регуляции водного баланса и в регуляции кислотно-щелочного равновесия, о чем шел разговор выше.

Гипернатриемия, возникающая алиментарно, корригируется мобилизацией внутриклеточной воды и чувством жажды с последующим уменьшением реабсорбции натрия в почечных канальцах. Патология может возникнуть при снижении выведения натрия из организма при усиленней реабсорбции почками в результате расстройства кровообращения или гормонального влияния (первичный или вторичный гиперальдостеронизм). Гипернатриемия может развиться вторично, в результате недостаточного поступления воды в организм или при обезвоживании, а также при переходе воды из кровеносных сосудов в ткани при повышении в них онкотического давления (например, усиленный распад белка при голодании).

Поскольку натрий является ионом, участвующим в формировании мембранных потенциалов, то повышение его концентрации в межклеточной среде приводит к возрастанию нервно-мышечной возбудимости и развитию гиперкинетических расстройств вплоть до судорог. Это хорошо иллюстрирует эксперимент с подергиванием мышц нервно-мышечного препарата лягушки при перфузии гипертоническим раствором. Возможно проявление дегидратации клеток вследствие перемещения воды из клеток во внеклеточное пространство. Наиболее частый и нередко единственный симптом гипернатриемии — это угнетение сознания в той или иной степени в первую очередь вследствие обезвоживания нейронов головного мозга. Когда концентрация натрия в сыворотке крови становится большей, чем 160 ммоль/л, следует ожидать субарахноидальные и интрацеребральные кровоизлияния и кому. Часто повышается артериальное давление как результат увеличения чувствительности сосудистой стенки к вазоконстрикторным влияниям и задержки воды в кровеносном русле. Возможно развитие некоронарогенного инфаркта миокарда. Гипернатриемия может сопровождаться алкалозом, иногда повышается температура.

Гипонатриемая может быть относительной от разведения жидкостью (водное растворение) и абсолютной от потери натрия из организма. Последнее наблюдается при недостаточности коры надпочечников, гипоальдостеронизме, черепно-мозговой травме, осмотическом диурезе (при назначении диуретиков, почечной недостаточности, диабетической коме), ацидозе, синдроме солевой потери, при потере с потом (муковисцидоз), при потере через желудочно-кишечный тракт (неукротимая рвота, фистульный дренаж, диарея, пункции).

Выделяют три вида гипонатриемии: гиповолемический (с дефицитом объема циркулирующей крови и ее плазмы), эуволемический (указанные объемы находятся в пределах нормы) и гиперволемический.

Среди проявлений этого состояния следует выделить снижение нервно-мышечной возбудимости, расстройства ЦНС (астеническое состояние), снижение артериального давления и развитие тахикардии, снижение аппетита, падение выделения мочи.

Нарушения обмена калия. Калий является основным катионом внутриклеточной жидкости.

Гиперкалиемия может возникнуть за счет большего перехода калия в кровь из клеток или же в случаях чрезмерного введения калия извне (при внутривенном введении при нарушениях выведения почками, при переливании старых консервантов), при сниженном выведении почками (острая и хроническая почечная недостаточность, недостаточность коры надпочечников — криз болезни Аддисона). Перераспределение калия наблюдается при распаде клеток в связи с травмой, инфекцией, ацидозом, при гемолитических кризах, а также при натриевом дефиците,

Гиперкалиемия приводит к изменению сократительной функции мышц Это обусловлено тем, что при повышении содержания калия в крови и межклеточной жидкости происходит снижение градиента по отношению к его внутриклеточной концентрации в микрофибриллах, т.е. изменение потенциала на их мембране и ослабление выхода калия из клеток при их сокращении. (В норме в период расслабления мышечных клеток происходит поляризация мембран микрофибрилл и возникновение потенциала на этих мембранах благодаря тому, что концентрация натрия выше во внеклеточном пространстве, калия же — внутри клетки. При сокращении микрофибрилл калий выходит из клетки, натрий устремляется вовнутрь. Данный процесс сопровождается изменением диэлектрических свойств среды, что является условием соединения актина и миозина в единый сократительный комплекс — актомиозин). Кроме того, при гиперкалиемии нарушается его соотношение в среде с другими ионами, в частности, Ca2+ и Mg2+ и ионами H+, что понижает нервно-мышечную возбудимость. При уровне гиперкалиемии более 6 м-экв/л нарушается функция миокарда (на ЭКГ зубец T высокий и острый, комплекс QRS расширен, зубец P снижен), 10 м-экв/л — наступает внутри-желудочковая блокада с мерцанием желудочков, а при 3 3 м-экв/л наступает остановка сердца в диастоле.

Гипокалиемия может возникнуть при алиментарной недостаточности, при потере иона через почки (хронический пиелонефрит или гломерулонефрит. ренально-тубулярный ацидоз, синдром Кушинга, первичный или вторичный гиперальдостеронизм, послеоперационный период, рентгеновское облучение, AKTГ, стероиды, диуретики, тяжелые поражения паренхимы печени), при потере через желудочно-кишечный тракт (рвота, диарея, слабительные средства, фистульный дренаж [желчного пузыря, поджелудочной железы, тонкого кишечника]), при прочих потерях (ожоги, алкалоз, лечение диабетической комы). Умеренное калиевое истощение — потеря 10% общего содержания иона у здоровых лиц — не вызывает патологических явлений. При снижении общего содержания калия на 10—30% наступают явления его недостаточности.

В этих условиях также происходит изменение соотношения ионов калия с другими катионами как на мембранах мышечных клеток, так и во внеклеточной среде, что вызывает нарушение нервно-мышечной возбудимости и сократительного акта — мышечная слабость, чувство покалывания и даже преходящие параличи На ЭКГ — удлиняется интервал P-Q, увеличивается зубец P, уплощается Р.

При длительной недостаточности калия или при снижении содержания калия более чем на 30% наступает внутриклеточный ацидоз. В мышечных волокнах и почках наблюдается при этом развитие ограниченных некрозов с последующей инфильтрацией и фиброзным замещением ткани.

Говоря о патологии калиевого обмена, следует помнить, что в водном балансе калий является своеобразным антагонистом натрия. Натрий легко задерживается в организме и удерживает вследствие этого воду; калий легко выводится из организма и, следовательно, способствует диурезу. Вместе с тем избыточное введение калия вытесняет из организма натрий, а с ним и воду. Это позволяет использовать диету, богатую калием и калийными солями, в терапии отечных состояний.

Нарушения обмена кальция и фосфора. Взаимосвязь обмена кальция и фосфора обусловлена тем, что они образуют нерастворимые комплексы (соли). Отложение в костях скелета Ca3(PO4)2 определяет процесс окостенения этой опорной ткани. Эта соль в составе костей составляет 80—85% от всех разновидностей солей кальция, входящих в минеральную часть.

Около 50% кальция крови связано в комплексе с альбумином, остальное его количество находится в ионизированном состоянии. Свободный кальций принимает участие в свертывании крови (фактор свертывания), кроме того, соотношение ионизированного кальция с другими катионами в межклеточной жидкости определяет проницаемость клеточных, в частности мышечных, мембран. Благодаря этому ионы кальция участвуют в регуляции нервно-мышечной возбудимости.

Фосфаты являются донорами фосфора для построения макроэргических соединений (аденозинтрифосфата, гуанозинтрифосфата, креатинфосфата), а в форме неорганических соединений участвуют как буферные системы (фосфатный буфер) в регуляции КОС и других процессах обмена веществ в клетках.

Гиперкальциемия как метаболическое нарушение была идентифицирована лишь в текущем столетии и на протяжении многих лет вне крупных медицинских центров ее выявляли лишь в редких случаях. Гиперкальциемия развивается при первичном гиперпаратиреозе, семейной гипокальцийурической гиперкальциемии и у больных со зпокачественными опухолями. В первом случае стимуляция паратиреоидным гормоном остеокластов приводит к развитию остеопороза, в отдельных случаях снижается функция почек, возрастает частота артериальной гипертонии. Семейная гипокальцийурическая гиперкальциемия или семейная доброкачественная гиперкальциемия на протяжении последних лет встречается все чаще и является аутосомным доминантным признаком, характеризующимся высокой частотой пожизненной гиперкальциемии. В ее основе лежит нарушение функции как почек, так и паращи товидных желез. Пониженный клиренс кальция, а также магния в почках свидетельствует о нарушении почечных канальцев (если исключить гипотетическую возможность аномального связывания кальция и магния в сыворотке). Обычно больные не имеют выраженных симптомов; когда же они возникают, то напоминают проявления типичного первичного гиперпаратиреоза, но протекают легче. Этиология заболевания неизвестна, но можно предположить, что клетки и почечных канальцев, и паращитовидных желез нечувствительны к присутствию во внеклеточной жидкости ионизированного кальция. Злокачественные опухоли являются самой частой причиной гиперкальциемии практически во всех больницах общего профиля. У многих больных с онкологической гиперкальциемией выявляются большие метастазы в костях. Однако костные метастазы сами но себе не могут объяснить все случаи онкологической гиперкальциемии, поскольку зачастую между этими явлениями нет корреляции. Целый ряд экспериментальных данных свидетельствует, что некоторые опухоли обладают большим потенциалом костной резорбции благодаря способности выделять локально действующие гуморальные факторы. В связи с этим большой интерес представляет тот факт, что продукты, высвобождаемые в процессе костной резорбции, способны вызывать хемотаксис как опухолевых клеток, так и моноцитов, которые являются предшественниками остеокластов. Из этого следует возможность того, что костная резорбция, раз начавшись, создает условия для прогрессирования и усиления этого процесса и появления все новых метастазов. В патогенезе нарушений обмена кальция может играть определенную роль такое явление, как эктопическая продукция опухолью паратиреоидного гормона, витамин D-подобных стеролов, постагландинов, а также активированными митогенами или антигенами лимфоцитов остеокласт-активирующего фактора.

Гипокальциемия может быть алиментарной природы вследствие как недостатка солей в пище, так и в результате нарушения усвоения кальция в кишечнике, всасывание осуществляется только в верхнем отделе тонкого кишечника в условиях слабо кислой среды (в щелочной среде соли кальция нерастворимы), что стимулируется витамином D и лимонной кислотой, содержащейся в стенке кишечника. На всасывание кальция влияет и концентрация в плазме крови неорганического фосфата. Патология может возникнуть при нарушении регуляции обмена кальция и фосфора паратгормоном, но эти нарушения будут рассмотрены в разделе курса, касающегося патологии паращитовидных желез.

При гипокальциемии увеличивается проницаемость ряда клеточных мембран и повышается нервно-мышечная возбудимость, клиническим проявлением чего служит возникновение тетании. Уменьшение концентрации ионизированного кальция в крови лежит в основе так называемого спазмофильного диатеза.

Гипокальциемия сопровождает гиперфосфатемию и гипопротеинемию.

Гипокальциемия вызывается избытком витамина D и паратгормона. Ее течение сопровождается отложением солей кальция в эпителиальных и интерстициальных тканях, т.е, развитием кальциноза. У человека кальциноз проявляется в форме кальцификации интерстициальной ткани мышц. Дистрофическая кальцификация происходит в очагах некроза и хронического воспаления с плохим кровоснабжением (тромбы, атеросклеротические бляшки, туберкулы и т.д.). Выпадению солей кальция в этих измененных тканях способствует, по-видимому, местный сдвиг реакции в щелочную сторону, в частности за счет недостаточного образования углекислоты.

Нарушения баланса других ионов в организме по большей части обусловлены ограничением их поступления с пищей, реже с избыточным введением в организм. Клиническое значение имеет недостаточность тех или иных элементов в организме. Их избыточное содержание практически не изучено. Нарушения в обмене ионов в конце концов проявляются в патологии тех реакций, в которых они принимают участие либо непосредственно, либо через действие веществ, в состав которых они входят.

Железо. Железо входит в состав гемоглобина и при его недостатке возникают железодефицитные микроцитарные анемии. Другим видом патологии обмена железа, возникающим при нарушении его использования, при нарушении транспорта с белками плазмы крови и при усиленном гемолизе, является гемосидероз, т.е. избыточное отложение его в тканях.

Магний. При недостатке магния во внеклеточной жидкости возникает (так же, как при гипокальциемии) относительная гиперкалиемия, которая проявляется в повышении нервно-мышечной возбудимости. Кроме того, содержание магния в костях и мягких тканях находится в обратных соотношениях с содержанием в них кальция, поэтому при недостатке иона в организме увеличивается содержание кальция в стенках артерий, миокарде и почках; последнее сопровождается нефротическими явлениями.

Медь. Медь катализирует превращение неорганического железа в составную часть гемоглобина, ускоряет прохождение железа через стенку кишечника, мобилизацию железа, депонированного в печени, поэтому ее недостаток приводит к недостаточному образованию гемоглобина и эритроцитов. Кроме того, она необходимый компонент таких ферментов, как тирозиназа, бутирил-КоА-дегидрогеназа и цигохромоксидаза. Она входит в состав церулоплазмина.

Избыток меди в крови встречается при болях, инфекционных процессах, злокачественных новообразованиях, инфаркте миокарда, нефрите и циррозе печени.

Особый вид нарушения обмена меди в форме усиленной ее экскреции с мочой в комплексе с аминокислотами наблюдается при гепатолентикулярной дегенерации.

Кобальт. Недостаточность кобальта проявляется в развитии мегaлобластической анемии, поскольку кобальт входит в состав витамина B12.

Цинк. Значение цинка для организма определяется тем, что он участвует в ряде ферментативных реакций: активирует щелочную фосфатазу, карбоксипептидазу, определяет активность карбоангидразы, глютаматдегидрогеназы и алкогольдегицрогеназы, так как входит в состав этих ферментов. Он образует комплекс с инсулином. При недостатке цинка нарушается синтез инсулина. Содержание цинка в крови падает при циррозе печени.

Марганеи. При недостаточности нарушается образование костей, замедляется рост, дегенерация половых желез и понижение их функции. Объясняется это тем, что марганец активирует обмен цитрата в костях, он заменяет ионы магния при фосфорилировании и непосредственно активирует щелочную фосфатазу костной ткани, печени, почек, кишечника, селезенки. Марганец необходим для проявления активности таких ферментов, как фосфатаза, холинэстераза, аргиназа.

Молибден. Содержится в ферменте ксантиноксидазе, превращающем ксантин в мочевую кислоту, и в альдегидоксидазе печени. Оба эти фермента относятся к флавопротеидам. Значит, этот элемент участвует в процессах биологического окисления.

Фтор. Принимает участие в образовании костной ткани и зубной эмали. Избыток поступления фтора встречается при профессиональной патологии и проявляется в таком заболевании, как флюороз, при этом нарушается структура зубной эмали и костей — у молодых разрыхление костей (остеопороз), а у взрослых — усиление кальцинации костей с утолщением трабекул и периостальными отложениями (остеосклероз).

Йод. Недостаточность вызывает дисфункцию щитовидной железы с развитием эндемического зоба. Об этой патологии речь пойдет в разделе, посвященном эндокринной системе.

Лечение всех этих патологических состояний является однотипным — это восполнение дефицита того или иного элемента путем дополнительного его введения в организм в большинстве случаев с пищей.