1、1第 16 章 体液的渗透平衡和失常渗透力(osmotic forces)是体内水分布的主要决定因素。因之，保持细胞内、外液于正常的渗透力平衡状态，在维持人体细胞正常状态和功能方面起到重要作用。为此，在处理危重病人时必须熟知渗透效应的生理概念，以便能合理地选用静脉输液，避免和纠正血浆渗透克分子浓度(Posm) 的失常。第 1 节 有关渗透的一些概念一、渗透现象和渗透压渗透(osmosis)是一种物理现象。产生渗透现象和渗透压必须具备两个条件：一是在溶剂(例如水) 中必须有溶质存在，构成溶液；二是需存在只能透过溶剂而不能透过溶质或只能透过小分子而不能透过大分子的半透膜。如图 16-1 所示，在一
2、容器中盛以蒸馏水，以半透膜分隔成两半，最初因水分子的随机运动处于平衡状态，透过膜两侧的水分子数相等(图 16-1a)；若在左侧的水中溶入葡萄糖，则该侧水分子随机运动(活性)降低，水分子即从活性较高的右侧向含葡萄糖的左侧不休止地转移。这种水分子(溶质)的单方向转移称为“渗透” 。若容器的容积不能随之膨胀，势必使含葡萄糖左侧的静水压增高(图 16-1b)，静水压升高到一定程度，水分子转移即终止，而又达平衡状态。所以，终止( 或对抗 )水分子单方向转移的静水压就是该溶液的“渗透压” 。另一方面，也可把渗透压理解为阻止水分子单方向转移所需施加的压力，或渗透压就是半透膜两侧的静水压梯度。溶液的渗透压与单
3、位容积溶剂中所含溶质分子颗粒的多少(颗粒浓度)成正比例，而与溶质分子颗粒的形式、大小、原子(或分子)价或重量无关。(a)在半透膜两边只有溶剂 H2O，H 2O 分子等量转移，不产生渗透压(b)在半透膜的左边加入葡萄糖后，因葡萄糖不能透过半透膜，只有 H2O 分子自右向左的方向转移，因而在左侧产生渗透压二、血浆渗透克分子浓度的单位图 16-1 产生渗透压原理的图解2在溶液中，任何不离解或不能再进一步离解的溶质，其每一摩尔(mole，以下简写成 mol)都含有 6.0231023 个颗粒(即 Avogadro 常数)。因血浆和其他体液所含起渗透作用的溶质克分子数(osmole)较低，故均以它的千分
4、之一，即毫渗透克分子数(milliosmole, 简写为 mOsm)计量。血浆渗透克分子浓度(Posm)有两种单位，一是重量渗克分子浓度 (osmolality)，另一是容积渗克分子浓度(osmolarity)。两种名称常被混用，其实前者是指每公斤纯水中所含渗透克分子数，在其中不仅包括 1L 纯水，还得加上溶质所占的相对较小的容积，以 mOsm/kg 作单位；后者是指在每升血浆中所含的渗透克分子数，其中纯水的容积不足 1L，其余容积被溶质所占据，以 mOsm/L 作单位。由于溶剂的容积永远小于溶液的实际容积，所以重量渗克分子浓度的数值总是大于容积渗克分子浓度。例如血浆含水 93%左右，若 Po
5、sm 为280mOsm/kg，换算成容积克分子浓度则必须乘以 0.93，即2800.93260mOsm/L；若其容积克分子浓度为 280mOsm/L，则重量克分子浓度为 2800.93301mOsm/kg。在实际应用中，由于体液中溶质浓度极低，两者的差别常予不计，但在概念上必须明确区别。利用下式可将某一溶质的 mmol/L 换算成为 mOsm/kg：mOsm/kgnmmol/L(1)n 为每 1 分子溶质所能离解成的颗粒数，例如 Na+、Cl -、Ca 2+、尿素和葡萄糖的 n 均等于 1，mOSm/kg 的数值就等于 mmol/L。但如果某一溶质的分子能离解成一个以上或更多的颗粒，则 1mm
6、ol/L 所发挥的渗透效应将大于1mOsm/kg。例如 NaCl 在溶液中 75%离解成 Na+及 Cl-，25% 仍保留 NaCl 原形，那么一分子 NaCl 将离解成为 0.75+0.75+0.251.75 个颗粒，其 n=1.75，则1mmol/L NaCl 将形成渗透效应 1.75mOsm/kg。目前，应用超冻(supercooling)原理所测的 Posm 或尿渗透克分子浓度 (Uosm)都是以 mOsm/kg(H2O)作单位，mOsm/L 已日趋少用。三、渗透克分子浓度和渗透压根据 Vant Hoff 定律(1882 年)，渗透压的关系式如下：CRT (2)：渗透压(以大气压为单位
7、)C：溶质总浓度(以 mol/L 为单位)R：为一常数，与气体常数(0.082/mol)相同T：绝对温度 以 K(kelvin)为单位此式在医学上应用有一定局限性。理由是：只适用于溶质颗粒间无相互作用的极稀薄溶液“理想溶液” ；只适用于非电解质溶液。为此需作必要3的修改。(2)式中 C 虽已代表溶液中溶质的颗粒浓度，但对于不是稀薄的实际溶液和电解质溶液，以起渗透效应的克分子浓度 Os(Osm/kg)来代替溶质总浓度C(mol/L)更为合适，故式(2)可改写为：OsRT(3)设在体温条件下(37，即 273+37310K) ，在 1kg(1,000ml)纯水中，1mOsm 溶质所产生的渗透压为：
8、0.00010.0823102.5410 -2 大气压若大气压为 760mmHg(101.3kPa)(1ATA) ，那么 1mOsm/kg(H2O)相当于：2.5410-276019.4mmHg(7.57kPa)在以往的医学书籍中以及目前有些临床医师都习惯地说：人体血浆渗透压的正常值是“280mOsm/kg”或“人体血浆的总渗透压是 280mOsm/kg”，这样显然是混淆了压力与浓度两个不同性质的单位概念。对这种说法有予以更正的必要。若将血浆渗透克分子浓度(Posm)280mOsm/kg 换算成压力，结果是：28019.35,404mmHg(720.5kPa)7.11ATA所以正确的说法应是：
9、“人体血浆的渗透压是 5,404mmHg(720.5kPa)或7.11ATA”。在正常情况下，Posm 处于相对稳定的数值范围内，和体温、pH、电解质浓度等因素一起构成了维持细胞正常生命活动的相对稳定的内环境。在临床医学上，尤其在处理危重病人时测定和了解 Posm(或尿的渗克分子浓度，Uosm) 是判断水、盐代谢的重要标志，故而，一般并无必要将 Posm 或 Uosm 换算成渗透压( 蛋白质除外，见下述)。四、晶体渗透压和胶体渗透压所谓晶体渗透压是小分子颗粒，如无机离子和不离解的溶质(如尿素、葡萄糖等) 所产生渗透压的总和。其中 98%压力是由电解质提供的，钠几乎占一半。胶体渗透压则是由分子量
10、大于 30,000 的大分子所提供。在生理上，血浆中的蛋白质是以蛋白盐的形式存在，Pr -和随伴的阳离子一同起渗透作用，所以可理解为“实际的血浆蛋白质盐渗透压”(称为 plasma oncotic pressure 或 colloidal osmotic pressure，简写为 COP)，血浆 COP 的 5/6 左右由白蛋白提供。目前尚不能用简单方法实际测定晶体渗透压，只能先用超冻原理测出体液的渗透克分子浓度(以下简称渗透浓度)的总和(包括晶体和胶体渗透浓度)，再测定 COP，然后间接算出晶体渗透压。例如：Posm 为 280mOsm/kg，血浆蛋白质4浓度为 6070g/L，其实测渗透浓
11、度约为 1.3mOsm/kg，因数值过小，平时都以压力 mmHg(kPa)作单位。计算血浆渗透压的步骤如下：1.总渗透压0.2800.082(273+37)7.117ATA5,408mmHg2.胶体渗透压0.00130.082(273+37)0.033ATA25mmHg(3.3kPa)3.晶体渗透压5,408255,383mmHg(717.7kPa)从上可知胶体渗透压在总渗透压中所占分量极小，但在保留血管内水时却起很大作用(见后 )。晶体渗透压与总渗透压的差别较小，平时也很少应用。五、有效渗透分子与无效渗透分子在正常人体中，细胞膜对不同溶质的通透性是不完全相同的。例如 Na+和葡萄糖都不易通过
12、细胞膜进入细胞内液(ICF)，当其在细胞外液 (ECF)中的浓度发生变化时，能直接造成 ECF 与 ICF 之间的渗透(浓度)梯度，而引起水的转移。尿素能自由通透细胞膜，在膜的两侧不能产生渗透梯度，故是“无效”渗透分子；而 Na+和葡萄糖都是“有效”渗透分子。血液与组织间液之间，由微血管壁相隔，后者也属半透膜，除能允许水通过外，小分子颗粒如 Na+、葡萄糖等也能自由通过，而大分子颗粒如蛋白质则不易通过。因此，血浆的蛋白质浓度得以保持高于组织间液，而形成 COP 梯度。在正常情况下血浆蛋白质的胶体渗透压虽仅占总渗透压的 0.4+%，但在将水保留在血管内，维持有效循环量方面却占有重要作用。在此部位
13、因 Na+和葡萄糖都不能产生渗透梯度，故属“无效”渗透分子，只有蛋白质是“有效”渗透分子。六、渗透浓度的测定与计算利用溶质能降低水冰点的“超冻”原理，来直接测定溶液的(重量)渗透浓度 mOsm/kg，但不能测定其总渗透压。不含溶质的净水的冰点为 0。如果将某一溶质(或几种溶质)1osm 加入 1kg净水中，水的冰点将降低 1.86。含溶质的血浆水的冰点在正常时约为-0.521，则其渗透浓度：0.5211.860.280Osm/kg(H 2O)280mOsm/kg(H 2O)因所有溶质(包括无效渗透分子尿素及大分子蛋白质在内)的颗粒都参与降5低冰点的作用，所以用超冻原理可测得各种体液的总渗透浓度
14、(osmolality)。在缺乏实测渗透浓度条件的场合，可凭血浆Na +、葡萄糖、和尿素氮用下式计算 Posm 的近似值：Posm2Na+ (4)BUN(mg/dl)或 Posm17.5Na +2.8血糖(mg/dl) +18 (5)以上计算所得的数值为(容积)渗透浓度近似值，要除以血浆含水的比率0.93 方为( 重量 )渗透浓度的近似值，但一般可不再换算。因为以上算式中只包括血浆的Na +、葡萄糖和BUN，而其他物质都未考虑在内，故计算值总是小于实测值，两者的差值称为“渗透量空隙”(osmolar gap)，正常时约在 10mOsm/kg 范围内。如果超过 2030mOsm/kg，则提示存在
15、有高脂血症或高蛋白血症；也可能由于输入高渗溶液或存在内源性有毒物质(如乳酸) 所致，若超过 40mOsm/kg，即可致死。后者可见于脓毒血症和休克病人中，这对判断危重病人的预后有重要的参考价值。七、等张溶液和等渗溶液根据等渗浓度规律，所有 ECF(包括血浆)的渗透浓度必然与 ICF 相同。因此，静脉输入溶液的渗透浓度高低至关重要。凡输入的溶液与 ICF 间不存在渗透梯度，细胞容积和形状都不发生改变者，是为等张溶液(isotonic solution)；渗透浓度低于 ICF，使水向细胞内转移，从而使细胞肿胀者，为低张溶液(hypotonic solution)；渗透浓度高于 ICF，使细胞内水向
16、外转移，从而使细胞容积收缩者，为高张溶液(hypertonic solution)。常用的等张溶液有 5%葡萄糖及 0.9% NaCl 溶液，可用下式计算其毫渗浓度(以 mOsm/kg 为单位)：mg/dl10毫渗浓度(mOsm/kg)=n分子量 (6)(1)5%葡萄糖溶液的 n=1，分子量=180500010 1180 =277.78mOsm/kg(2)0.9%NaCl 溶液的 n=1.75 分子量=58.590010 1.7558.5 =269.23mOsm/kg如果要使以上溶液的渗透浓度等于 280mOsm/kg，那么两者的浓度也可以利用式(6)算出：(1)设葡萄糖浓度为 xg/dl6x
17、10那么： 1 180 =280mOsm/kgX =5040mg/dl5.04g/dl(2)设氯化钠溶液浓度为 yg/dly10那么： 1.7558.5 =280mOsm/kgy =936mg/dl=0.936g/dl以上计算结果说明葡萄糖和氯化钠的浓度都得适当提高，方能达到280mOsm/kg。虽然等张溶液都是等渗溶液，等张葡萄糖液和 NaCl 溶液也都可以算作等渗溶液，但等渗溶液并不都是等张溶液。例如 1.68%尿素溶液的渗透浓度为280mOsm/kg，虽为等渗溶液，但因它能自由通过半透膜，在红细胞膜两侧不能形成张力梯度，水随尿素进入红细胞内，红细胞膨胀而破裂(溶血)，其效应与蒸馏水相似，
18、虽是等渗，但不是等张。此外，常用于抗酸的 5%NaHCO3 溶液，其渗透浓度为 1094.8mOsm/kg，因NaHCO3 含水的比率为 0.984，故实际数值为：1094.80.984=1112.6mOsm/kg可见 5%NaHCO3 溶液渗透浓度近乎 280 的 4 倍，显然属于高渗溶液，应用过量可导致高渗性昏迷(详见后)。第 2 节 渗透的生理一、ICF 与 ECF 的渗透平衡Na+和 K+虽都能透过细胞膜，但由于 Na+-K+ATP 泵的作用，把 Na+限制在ECF 中，Na +就成为保留水于 ECF 中的主要活性渗透颗粒。同样 K+被限制在ICF 中，成为保留细胞内水的主要活性渗透颗
19、粒(大部 Mg2+处于结合状态，不具渗透活性) 。因 ICF 中不能通透细胞膜的蛋白质浓度明显比 ECF 高，通过Gibbs-Donnan 效应，ICF 有较多的离子颗粒，但因多余的阳离子与 Pr-结合后失去其本身的渗透活性，并有 Na+泵在起作用，故 ICF 与 ECF 间仍能达到渗透平衡(图 16-2)。7(a)示原来半透膜两边的离子数相等，一边是 NaCl，另一边是 NaPr。(b)因 Pr 不可透过半透膜，达到 GibbsDonnan 平衡后因Na +1Cl 1=Na+2Cl 2 所以 66=123，以致含 Pr 一边的离子绝对数多于另边，因 Pr 被 Na+结合所失活，仍达到渗透平衡
20、。二、血浆与组织间液(ISF)的渗透平衡正常生理情况下，在毛细血管内外(血浆与 ISF)的电解质和小分子溶质浓度基本相同，不形成有效的渗透梯度。大分子的蛋白质在血浆中的浓度(6%7%)明显高于 ISF(1%以下)，在血浆中形成有效的胶体渗透压(COP)与毛细血管内的静水压相对抗，是为在血管内能保留水的主要因素。根据 Starling 学说，水在毛细血管内外的转移是由静水压和 COP 相互作用的结果。正常时毛细血管动脉端的静水压力为 40.5mmHg(5.4kPa)，高于血浆的COP25mmHg(3.3kPa)，两者压力梯度使水和电解质 (以及少量蛋白质)向 ISF 转移；由于毛细血管静脉端的静
21、水压降至 10mmHg， COP 因蛋白质浓缩而升高，渗透压明显大于静水压，使水和电解质又回到毛细血管内，渗出的小量蛋白质则通过淋巴管返流至血循环。据实验室测定，每分钟约有 3/4 血浆总量与 ISF进行交流。影响毛细血管与 ISF 间水转移的因素关系，见 Starling 定律：V=Kf(PcapP ISF)(p ISF)(7)V：净滤出量Kf：毛细血管膜通透系数Pcap：毛细血管静水压PISF：组织间液静水压p：血浆 COP ISF：组织间隙 COP正常时 PISF 和 ISF 的数值极小，若略去不计，式(7)可简化为：V=KfPcapp(8)若所得结果为正值，表示水由毛细血管向 ISF
22、转移；若为负值，则表示水图 16-2 GibbsDonnan 效应达到平衡状态后离子分布示意图8向毛细血管返流。从上式也可看出，若某些病理状态导致 p 或 Pcap 过度增高或降低，都足以造成毛细血管与 ISF 间的水分布异常。三、血浆渗透克分子浓度(Posm)的调节Posm 的正常范围为 275290mOsm/kg。在一般情况下，Posm 的变动范围极窄，只要发生 1%2%变异，就能触发下丘脑的渗透受体细胞，引起相应的渴感和垂体后叶的抗利尿激素(ADH)的分泌变化，从而调节水的摄入和排泄，使Posm 恢复正常。水负荷使 Posm 降低后，机体的主要反应是抑制 ADH 分泌，使肾形成稀释尿(低
23、 Uosm)，增多水排泄，以排出多余的水，利尿高峰要延迟到水负荷 90120分钟后才出现，相当于 ADH 在血内代谢失活所需的时间。因肾脏排水能力极强，除非病人的肾排水功能低下，Posm 持续性降低是极为罕见的。缺水所致的 Posm 增高，引起渴感增强和 ADH 分泌增多，前者使摄水增多，ADH 使肾产生浓缩尿，以减少肾排水量。但渴感是 Posm 增高的主要防御性反应，只有增多摄水量方能纠正缺水。若 Posm 增高是由于体液溶质增多 (例如 Na+负荷)，血容量增多与渗透调节系统都将发挥作用。有效循环量增加促使肾排出多余的 Na+。因刺激渴感，增多摄水量，既有助于 Posm 降至正常，又可促使
24、肾排出多余的溶质。第 3 节 体液和渗透状态失常Posm 与总体液的渗透浓度(total body osmolality)保持平衡，所以 Posm 能代表总体液的渗透状态的情况。常见的体液渗透状态失常有以下两种：低渗透状态和高渗透状态。一、低渗透状态因为Na +是 Posm 的主要决定因素，故 低钠血症经常表现为低渗状态。(一)病因常见的病因见表 16-1，包括经胃肠道和经肾或皮肤(烧伤)丢失 Na+及 Cl 引起的有效循环量降低，不适当地应用利尿药，肾功能衰竭，肾上腺皮质功能不全及 ADH 分泌过多。其中 ADH 分泌失当综合征(SIADH)在本世纪 70 年代方引人注意，其实在临床上并不罕
25、见(见表 16-2)，处理不当常致严重后果。(二)症状Posm 一旦降低，血液与脑组织间即形成渗透梯度，结果是水向脑组织转移。脑含水量增多是为低渗状态出现中枢神经症状的主要原因，其严重性与 Posm降低的速度和程度有关。9一般当Na +p 降至 125mmol/L 以下时，病人即感恶心、不适；达 110120 mmol/L 时即出现头痛、乏力及神志迟钝；降至 110mmol/L(相当于 Posm 230 mOsm/kg)以下，即发生抽搐、昏迷等严重症状，有时后遗永久性脑神经细胞损害。表 16-1 低渗状态的常见病因(一) 有效循环量减少1. 经胃肠道丢失：呕吐、腹泻、胃、肠瘘、肠梗阻2. 经肾
26、丢失：利尿药，耗 Na+将性肾病3. 经皮肤丢失：烧伤4. 水肿状态：血管外水潴留，心力衰竭，肝硬化，肾病综合征5. K+丢失(二) 袢利尿药1. 呋喃苯胺酸2. 利尿酸钠3. 氯噻嗪(三) 肾功能衰竭(四) 肾上腺皮质功能不全(五) ADH 作用1. ADH 分泌失当综合征(SIADH)2. 有效循环量减少必须注意在低 Na+血症合并高 Posm(如高糖血症)病人中，症状乃是高渗状态所引起而非Na +降低所致，对此必须明确区别。治疗应着眼于降低 Posm 而不应反其道而行之。表 16-2 SIADH 的病因(一) 下丘脑分泌 ADH 增多1. 神经、精神疾病(1) 感染性：脑膜炎、大脑炎、脑
27、脓肿(2) 血管性：栓塞症、蛛网膜下腔出血、硬膜外血肿(3) 颅内新生物：原发性或转移性(4) 其他：Guillain-Barr 综合征急性精神病2. 药物(1) 氯磺丙脲 (Chlorpropamide)等(2) 其他3. 肺部感染(1) 肺结核病(2) 肺炎4. 手术后病人5. 内分泌紊乱甲状腺机能过低(二) 异位产生 ADH(不在下丘脑)1. 癌：肺燕麦细胞、支气管、十二指肠、胰、胸腺2. 肺结核( ？)(三) 强化 ADH 效应：氯磺丙脲及其他10(四) 外源性摄入 ADH1. 血管加压素(Pitressin)2. 催产素(Oxytocin)(三)诊断首先应了解病史，并作体检。明确诊断
28、需测定 Posm、Uosm 、Na +p、Cl -p、HCO 3-p、血糖、 BUN、尿Na +(UNa)等，然后进一步明确病因、发病过程，区别低钠血症所致的低渗状态属于急性(48 小时)，同时判断总体钠量( 间接反映 ECF 量)的多少，以便有的放矢，区别对待，稳妥处理(见图 16-3)。图 16-3 低渗状态的鉴别诊断和处理原则低渗状态(Posm30mmol/L (UNa400mOsm/kg) Uosm300mOsm/kg) 充血性心力衰竭(1) 经胃肠道 肝硬化(2) 经皮肤 2. 慢性肾衰(3) 第三间隙积液 肾病(nephrosis)(4) 饮食限钠而摄水过多 3. “水中毒”2. 经肾失 Na+ 4. 缺 K+ 2. 肾衰(UNa2030mmol/L (UNa30mmol/L)和 Uosm300-400mOsm/kg)(1) 应用利尿药(2) 肾衰(3) 盐皮质素缺乏【处理原则】1. 恢复血容量 1. 限制摄水 1. 限制 Na+、水摄入2. 消除失 Na 的病因 2. 应用袢利尿药，同时 2. 改善肾血液灌注补充经尿失 Na 量 (增加心排血量和
