《生物化学》电子教案水和电解质代谢(人卫版)

1、第十四章水和电解质代谢【授课时间】2 学时【目的要求】1 熟悉钙、磷的吸收与排泄，血钙2 了解钙、磷的调节，3 了解水、钠、钾的代谢【教学内容】1一般介绍：体液2 一般介绍：水平衡3 一般介绍：电解质平衡4 一般介绍：钙、磷代谢【授课学时】2 学时第十四章水和电解质代谢第一节体液 第二节水平衡第三节电解质平衡第四节钙、磷代谢第一节体液教学内容一、体液的含量与分布（一）体液的含量与分布组织间液还包括淋巴液、渗出液、漏出液、关节滑液、 脑脊液和胸、腹膜腔液等。（二）影响体液含量和分布的因素体液的含量和分布随年龄、性别和身体胖瘦程度的不同 而异。新生儿、婴儿和儿童的体液总量分别占其体重的 80%、

2、70 %和 65 %，而老年人的体液总量占其体重的 55 %以下， 可见年龄愈小，体液所占体重的百分比愈大。不同组织含水量也各不相同：脂肪组织含水量为 15 % 30 %，而肌肉组织含水量达 75 %80 %。故女性和肥胖者 因脂肪组织较多，体液含量占体重的百分比较小，对失水性 疾病的耐受力较差；肌肉发达而脂肪组织较少的男性体液含 量占体重的百分比较大，对失水性疾病的耐受力较好。二、体液电解质的组成、含量及其分布特点（一） 体液电解质的含量体液电解质常按含量分为主要电解质和微量元素两类， 前者主要包括K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、HPO42-、 有机酸根和蛋白质负离子等

3、，后者含量较少，主要有铁、铜、 锌、硒、碘、钻、锰、钼、氟、硅等。（二） 体液电解质分布的特点1 体液电解质的含量若以毫克当量/升（mEq/L）表示， 无论细胞外液或细胞内液阴、阳离子总量相等而呈电中性。2.细胞内、外液中各种电解质的含量差异很大。细胞外液的阳离子以 Na+为主，阴离子以 Cl-和 HCO3-为主；细胞体液（占体重的 60%）细胞内液（占体重的 40%）细胞外液（占体重的 20%）25-血浆（占体重的 5%）.组织间液（占体重的 15%）时间内液的阳离子以 K+为主，阴离子以 HPO42-和蛋白质负离子 为主。3.以毫克当量/升表示，细胞内液的电解质总量较细胞 外液咼，但细胞内

4、液与细胞外液的渗透压仍基本相等。这是 因为细胞内液含大分子蛋白质和二价离子较多，而这些电解 质产生的渗透压较小。4血浆与组织间液二者的电解质组成及含量比较接近， 但血浆中蛋白质的含量远远大于组织间液，这种差别有利于 血浆与组织间液之间水的交换。第二节水平衡教学内容备注一、水的生理功能水是人体含量最多、也最重要的无机物，大部分水与蛋 白质、多糖等物质结合，以结合水的形式存在，另一部分水 以自由状态存在。水具有很多特殊的理化性质，是维持人体 正常代谢活动和生理功能的必需物质之一。（一） 调节体温水的比热大， 1g 水从 15C升至 16C时， 需吸收 4.2J （1cal）热量，比等量固体或其它液

5、体所需的热量多，水分能吸收或释放较多的热量而本身的温度却无明显升降，从而 使体温不致因机体产热或外界温度的变化而剧变。水的蒸发 热大，1g水在 37C时，完全蒸发需吸收 2 415J（575cal）热 量，故蒸发少量汗液就能散发大量热量，这在高温环境时尤 为重要。水的流动性大，导热性强，循环血液能使代谢产生 的热在体内迅速均匀分布并通过体表散发。（二） 促进并参与物质代谢水是体内的良好溶剂，能使物质溶解，促进化学反应的 发生；水分子还直接参与体内物质代谢反应（水解、水化、 加水脱氢等），在代谢过程中起着重要作用。（三） 运输作用水不仅是良好的溶剂，而且粘度小、易流动，有利于运 输营养物质和代谢

6、产物。即使是某些难溶或不溶于水的物质 （如脂类），也能与亲水性的蛋白质分子结合而分散于水相 中通过血液运输。（四） 润滑作用唾液有利于食物吞咽及咽部湿润，泪液能防止眼球干 燥，关节滑液有助于关节活动，胸腔与腹腔浆液、呼吸道与 胃肠道粘液都有良好的润滑作用。（五） 结合水的作用结合水（bound water）是指与蛋白质、核酸和蛋白多糖 等物质结合而存在的水。它与自由状态的水不同，无流动性， 因而对保持组织、器官的形态、硬度和弹性起到一定的作用。 如心肌含水量约为 79 %，比血液含水量仅少约 4 % （血液平 均含水量为83 %），但由于心肌主要含的是结合水，故能维 持一定的形态；而血液中主要

7、含的是自由水，故能循环流动。二、水平衡水的摄入与排出（一）水的摄入人体每天所需的水量约为 2500ml ,主要来源有三:一是 饮水（包括饮料），饮水量随个人习惯、气候条件和劳动强 度的不同而有较大差别。成人一般每天饮水约1200ml。二是食物水， 各种食物含水量各不相同， 成人每天随食物摄入 的水量约 1000ml。三是代谢水（内生水），指糖、脂肪和蛋 白质等营养物质在氧化过程中生成的水，称为代谢水 （metabolism water）。成人每天 体内生成的代 谢水约300ml。（二）水的排出1 肺排水 肺呼吸时可以以水蒸气形式排出水，成人每 天由此蒸发的水约 350ml。肺排水量的变化取决于

8、呼吸的深 度和频率，如高热时呼吸加深、加快，排水量增多。2 .皮肤排水皮肤排水有两种方式：非显性出汗即 体表水分的蒸发。成人每天由此蒸发水约 500ml，因其中电 解质含量甚微，故可将其视为纯水。显性出汗 为皮肤汗 腺活动分泌的汗液，出汗量与环境温度、湿度及活动强度有关。 汗液是低渗溶液， 其中 Na+ 为 4080mmol/L ， Cl-为 3570mmol/L ,K+为 35mmol/L，故高温作业或强 体力劳动大量出汗后，除失水外也有 Na+、K+、Cl-等电解质 的丢失，此时在补充水分的基础上还应注意电解质的补充。3.消化道排水 各种消化腺分泌进入胃肠道的消化液， 平均每天约 8000

9、ml，其中含有大量水分和电解质（见表 14-3 ）。正常情况下，这些消化液绝大部分被肠道重吸收， 只有 150ml 左右随粪便排出。但在呕吐、腹泻、胃肠减压、 肠痿等情况下，消化液大量丢失，导致不同性质的失水、失 电解质，故临床补液时应根据丢失消化液的性质决定其应补 充的电解质种类。4 .肾排水 正常成人每天尿量约为 1500ml，但尿量受 饮水量和其它途径排水量的影响较大。成人每天约由尿排出 至少 35g 左右的固体代谢废物，每1g 固体溶质至少需要 15ml 水才能使之溶解，故成人每天至少须排尿 50Oml才能 将代谢废物排尽，因此500ml 称为最低尿量（minimalurine）。尿量

10、少于 500ml 时称为少尿，此时代谢废物将潴留 在体内，造成尿毒症。正常成人每天水的进出量大致相等，约为 2500ml。为 满足正常生理需要，成人每天应供给 2500ml 水（含代谢水 3O0ml ）以维持水的进出平衡，故 2500ml 称为生理需水量。 但在缺水情况下，人体每天仍须经肺、皮肤、消化道和肾（按 每天最低尿量 500ml 计）排出水约 1500ml，除 300ml 代 谢水外，成人每天至少应补充 1200ml 水，才能维持最低限时间25度的水平衡，因此1200ml 称为最低需水量 (minimalrequirement for water)。此外，儿童、孕妇和恢复期病人，需保留

11、部分水作为组 织生长、修复的需要，故他们的摄水量略大于排水量。婴幼 儿新陈代谢旺盛，每天水的需要量按公斤体重计算比成人约 咼 24 倍，但因其神经、内分泌系统发育尚不健全，调节 水、电解质平衡的能力较差，所以比成人更容易发生水、电 解质平衡失调。第三节电解质平衡时间20 /教学内容备注一、电解质的生理功能（一） 维持体液渗透压和酸碱平衡（二） 维持神经、肌肉兴奋性（三） 构成组织细胞成分（四） 参与物质代谢二、钠、氯代谢（一） 含量与分布人体内钠含量为 4050mmol（0.9 1.1g） /kg 体重。 其中约 40 %结合于骨骼的基质，约 5O %存在于细胞外液， 约 10 %存在于细胞内

12、液。血清钠浓度平均为 142mmol/L。 氯主要存在于细胞外液，血清氯浓度平均为103mmol/L。（二） 吸收与排泄人体的钠与氯主要来自食盐（NaCl），成人每天 NaCI 的 需要量为 4.59.0g，其摄入量因个人饮食习惯不同而差别 很大。低盐饮食 NaCl 每天的摄入量也不应少于 0.51.0g， NaCl 几乎全部被消化道吸收。Na+、Cl-主要经肾随尿排出。肾对 Na+排出有很强的调 控能力，即“多吃多排、少吃少排、不吃不排” 。此外，汗 液和粪便亦可排出极少量的 Na+、Cl-，但如大量出汗或腹泻， 丢失的 Na+、Cl-也相当可观。三、钾代谢（一）含量与分布人体内钾的含量为

13、3157mmol（1.2 2.2g） / kg 体 重。其中约 98 %分布于细胞内，约 2%存在于细胞外液。血 清钾浓度为3.55.5mmol/L ，细胞内液钾浓度为 150mmol/L。K+、Na+在细胞内、外分布极不均匀，主要是由于细胞 膜上钠泵的作用。此外，还受物质代谢和酸碱平衡等的影响。1糖代谢的影响每合成 1g 糖原需要 0.15mmolK+进入细胞内；而分解 1g 糖原又可释放等量的 K+到细胞外。 因此，当大量补充葡萄糖时，细胞内糖原合成作用增强，钾 从细胞外进入细胞内，可引起血浆钾浓度降低，故应注意适 当补钾。对于高血钾患者，可采用注射葡萄糖溶液和胰岛素的方法，加速糖原合成，

14、促使 K+由细胞外液进入细胞内，以 降低血钾。2 .蛋白质代谢的影响 每合成 1g 蛋白质，需0.45mmolK+进入细胞内；而分解 1g 蛋白质，又可释放等 量的K+到细胞外。因此，在组织生长或创伤恢复期等情况下， 蛋白质合成代谢增强，钾进入细胞内，可使血钾浓度降低， 此时应注意钾的补充；而在严重创伤、感染、缺氧以及溶血 等情况下，蛋白质分解代谢增强，细胞内钾释放到细胞外，如超过肾排钾能力时，则可导致咼血钾。3 .细胞外液 H+浓度的影响 酸中毒时细胞外液 H+浓度 增高，部分 H+与体细胞和肾小管上皮细胞内的 K+进行交换， 可以引起高血钾；碱中毒则可以引起低血钾。（二） 吸收与排泄成人每

15、天钾的需要量为 23g。体内钾主要来自食物，疏采和肉类均含有丰富的钾，故一般食物即可满足钾的生理 需要。钾90 %被消化道吸收，未被吸收部分随粪便排出体外。约 80 %90 %的钾经肾由尿排出， 肾对钾的排泄特点 是“多吃多排，少吃少排，不吃也排”。禁食或大量输液者 常常出现缺钾现象，此时应注意适当补钾。约 10 %左右的钾 由粪便排出，严重腹泻时粪便中钾的丢失量可达正常时的 1020 倍之多，故应注意钾的补充。此外，汗液也可排出 少量钾。（三） 低血钾与高血钾1 .低血钾血钾浓度低于 3.5mmol/L 时，称为低血钾。 其原因主要有：摄入过少，见于摄食障碍、禁食等；丢 失过多，见于严重腹泻

16、、呕吐和钾利尿剂过多应用等；细 胞内、外分布异常，见于治疗糖尿病酸中毒时，应用大量葡 萄糖和胰岛素，促进血浆 K+随葡萄糖进入细胞内，又未及时 补钾。此外，碱中毒也能使钾转入细胞内导致低血钾。2.高血钾 血钾浓度高于 5.5mmol/L 时，称为高血钾。 其主要原因为：输入钾过多，如输钾过多过快（错误地静 脉推注钾）或输入大量库存血液；排泄障碍，常见于肾功 能衰竭或肾上腺皮质功能低下；细胞内钾外移，当大面积 烧伤或呼吸障碍引起缺氧以及酸中毒时均可导致高血钾。第四节钙、磷代谢教学内容备注一、钙磷在体内的分布与功能(一) 钙磷的体内分布钙和磷是人体含量最丰富的无机元素。 人体内钙约占体 重的 1.

17、5 %2.2 %， 总量约 7001 400g， 磷约占体重的 0.8 %1.2 %，总量约 400800g。其中 99 %以上的钙和 85 %以上的磷以羟磷灰石的形式构成骨盐，存在于骨、牙齿 中；其余则以溶解状态分布于体液和软组织中。血液中的钙、磷含量很少，但它既可反映骨质代谢状况，又能反映肠道、肾对钙、磷的吸收和排泄状况。(二) 钙磷的生理功能1 构成骨盐 体内绝大部分的钙和磷共同参与构成骨 骼组织的无机盐成分，即骨盐。骨盐的化学成分主要为羟磷 灰石。骨盐赋以骨骼硬度，使骨骼能作为身体的支架，负荷 体重；同时又可作为钙的储存库。2 .钙的功能虽然软组织和体液中钙含量仅占总钙量 的0.3%，

18、但它却与体内多种生理机能和代谢过程密切相关。 Ca2+参与血液凝固过程；Ca2+可增强心肌收缩力；Ca2+有降 低神经、肌肉兴奋性的作用；Ca2+是许多酶的激活剂或抑制 剂；Ca2+参与神经递质的合成与分泌；Ca2+降低血管壁通透 性等。3 .磷的功能(1 )磷是体内许多重要化合物的组成成分， 如核苷酸、核酸、磷蛋白、磷脂等，磷脂是细胞膜的基本组分。(2)在物质代谢中以其有机化合物的形式参与反应，如磷酸葡萄糖、磷酸甘油和氨基甲酰磷酸等是葡萄糖、脂类和氨基酸代谢的重要中间产物。(3)参与体内能量生成、储存及利用，如ATP、ADP 和磷酸肌酸等，都是含高能磷酸键的化合物。(4) 参与物质代谢的调节

19、，蛋白质磷酸化和脱磷酸化是 酶共价修饰调节最重要、最普遍的调节方式，以此改变酶的 活性对物质代谢进行调节。(5)参与酸碱平衡的调节，血浆中的 HPO42-与 H2PO4-构成缓冲对，调节体液酸碱平衡。二、钙、磷的吸收与排泄(一)钙的吸收与排泄需要量和吸收量随年龄和生理状态的不同有较大差异，且易 导致缺乏症。十二指肠和空肠上段为钙最有效的吸收部位。钙的吸收率一般为 25 %40 %，当体内缺钙或钙需要量增加时，吸 收率可随之增加。钙吸收受多种因素影响：(1) 维生素 D 是影响钙吸收的最重要因素。(2) 降低肠道 pH 值能促进钙的吸收。(3) 食物成分：过多的草酸、植酸、脂肪酸、碱性磷酸盐 等

20、可与钙形成难溶性钙盐，阻碍钙的吸收；镁盐过多也可抑 制钙的吸收。(4) 与年龄呈反比，年龄越大，吸收率越低。2 钙的排泄 人体每天摄入的钙，约有 80 %从粪便排 出、20 %从肾排出。肠道排出的钙主要为食物中未被吸收和 消化液中未被重吸收的钙。肾排钙比较恒定，不受食物钙含量的影响，但随血钙水平升降而增减。成人每天进出体内的 钙量大致相等，多吃多排，少吃少排，保持动态平衡。(二)磷的吸收与排泄磷在食物中分布很广，可随钙一同吸收，且能在体内保 存，不易缺乏。其每天需要量为 800900mg。磷的吸收部 位及其影响因素与钙大致相同，食物中的 Ca2+、Fe2+和 Mg2+过多时，易与磷酸根结合成不

21、溶性的盐而影响其吸收。体内的磷约 60 %80 %由尿排出；其余由粪便排出。 故肾功能不全时可引起血浆无机磷升高，使磷与血浆钙结合 而在组织中沉积，从而导致某些软组织发生异位钙化。三、血钙与血磷(一)血钙血液中的钙几乎全部存在于血浆中，称为血钙。血钙浓 度为 2.252.75mmol/L(9 11mg/dl)。血浆钙有三种存在 形式：1 蛋白结合钙占血钙总量的 46%，是指与血浆蛋白结合的钙，不能通过半透膜或细胞膜，称为非扩散性钙。2 扩散结合钙 是指与柠檬酸、乳酸、HCO3-、HPO42-、 SO42-和 Cl-等结合在一起，形成可溶性钙盐的钙。这种钙为 量较少，易于解离，可通过半透膜。3

22、游离钙 即钙离子(Ca2+)，占血浆总钙的 47.5%， 易通过半透膜，它与上述两种钙处于动态平衡，其含量与血液 pH 值有关 H+ 下降时可出现 Ca2+ 的下降， 血浆 HCO3-或 HPO42-增高时，Ca2+同样会下降。当Ca2+降至 0.9mmol/L 时，神经肌肉兴奋性增强，可引起手足搐搦；如 Ca2+过高，则可引起精神神经症状或肌时间20无力。这种平衡也受血浆 pH 值的影响，H+升高（酸中毒）， 则离子钙增多；HCO3-升高（碱中毒），则离子钙减少。因 此当临床上出现碱中毒时，常伴有抽搐现象，即与碱中毒时 血浆中离子钙减少有关。血钙总量可受血浆蛋白浓度的影响。（二） 血磷磷在体

23、内以无机磷酸盐和有机磷酸酯形式存在，无机磷酸盐主要存在于血浆中，有机磷酸酯主要存在于红细胞中。 血磷系指血浆中无机磷酸盐的含量，其中80 %85 %是以HPO42-的形式存在，15 %20 %以 H2PO4-的形式存在， PO43-的含量极微。血磷含量与年龄有关，随年龄的增长而 下降。新生儿血磷浓度约 1.78mmol/L（5.5mg/dl），年龄增 大后渐降，15 岁左右达成人血磷水平，为 1.01.6mmol/L（3 5mg/dl）。（三）血浆中钙和磷含量的平衡血浆中钙、磷之间的关系密切，二者的浓度保持一定的 数量关系。如用Ca和P分别代表正常成人 100ml 血浆中 钙和磷的 mg 数（

24、即Ca和P分别是以 mg/dl 表示时钙和 磷的浓度），则二者之间有如下关系式：Ca XP=35 40即钙磷乘积为 3540。当钙磷乘积大于 40 时，钙、磷 以骨盐形式沉积于骨组织；而钙磷乘积小于35 时，骨组织钙化障碍，甚至骨盐溶解脱钙，影响正常的成骨作用，在儿 童和成人分别引起佝偻病和软骨病。该乘积数值可作为佝偻 病、软骨病临床诊断和疗效判断的参考指标。四、钙、磷与骨的关系一一钙化及脱钙骨是一种特殊的结缔组织，不仅可作为人体的支架组 织，而且是人体内钙、磷的最大储存库，因此骨骼的钙、磷 代谢是机体钙、磷代谢的重要部分。人体通过成骨与溶骨作 用，不断与细胞外液进行钙、磷交换，从而使血钙和血

25、磷浓 度维持动态平衡，促进骨的更新。（一）骨的组成与骨盐骨由骨盐、有机基质和骨细胞三部分组成。骨盐能增加 骨的硬度，骨基质决定骨的形状及韧性，骨细胞在代谢中起 主导作用。骨盐占骨干重的 65 %70 %， 其主要成分为磷酸钙，占骨盐总重的 84 %，其它还有碳酸钙占 10 %等。骨盐约有 60 %以柱状或针状的羟磷灰石结晶形式存在，称为骨晶。其 余 40 %为无定型的磷酸一氢钙。骨晶与吸附于其表面的Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-及 HCO3-等，不断地与细胞外液成分进行交换。骨盐中的 Ca2+还可与体液中的 H+交换，当体 液中H+增多（酸中毒）时，由于 Ca2+-H+交换，可致骨盐 溶解。骨基质包括胶原和少量细胞外液及蛋白多糖等非胶原 化合物。其中胶原约占 90 %以上，它由 3 条多肽链相互拧 成 3 股螺旋状结构，骨盐就沉积在胶原纤维之间的间隙之中。 非胶原蛋白中含量较多的是骨钙素和骨连接素。骨钙素为一 种依赖维生素 K 的小分子酸性蛋白质，与羟磷灰石、Ca2+有较高亲和力；骨连接素是附着于胶原