Натрий

Натрий (лат. – Natrium, Na) относится к макроэлементам. Он влияет на соотношение кислот и щелочей, обеспечивает функционирование сердечно-сосудистой и нервной систем. Присутствуя в организме в относительно большом количестве, он регулирует кровяное давление, объем выделяемой мочи. От него зависит баланс жидкости и других макроэлементов в организме, прежде всего, калия.

Когда был открыт?

Натрий был открыт в 1807 г. английским химиком Дэви вместе с другим щелочным металлом, калием. Исходными продуктами для синтеза металлов были едкий натр, NaOH, и едкое кали, КОН.

Путем гидролиза Дэви удалось разложить едкий натр и едкое кали. Полученные при этом металлы обладали интересными свойствами. Оба были мягкими, и настолько легкими, что плавали по поверхности воды. При этом выделялся водород.

Как часто бывает в подобных случаях, с соединениями вновь открытых металлов человечество сталкивалось всю историю своего существования.

Это поваренная соль NaCl, а также натрия карбонат Na₂CO₃ и натрия гидрокарбонат, NaHCO₃. Карбонаты натрия называли содами. Соду использовали в пищевой промышленности, а также как моющее и отбеливающее средство.

Второе название соды – натрон. Это название является производным от древнегреческих, древнеегипетских, и древнееврейских слов, означающих мыло, мыльную жидкость. От этого термина и произошло название вновь открытого элемента. Хотя в некоторых языках этот элемент получил название содий или содиум.

Физические и химические свойства

В периодической таблице элементов Менделеева натрий расположен под № 11 в 1 группе 3 периода. Это серебристо-белый легкий и легкоплавкий металл с атомной массой 23. Его плотность 0,968г/см3, а температура плавления 97,83⁰С. Он нетолько легкий, но и мягкий металл, и с легкостью режется ножом.

Наряду с литием, калием, цезием, рубидием натрий относится к щелочным металлам. Металлические свойства у него выражены. Na – сильный восстановитель.

Как и у всяких щелочных металлов, у него на внешней орбите находится 1 неспаренный электрон. Этот электрон он сравнительно легко отдает при взаимодействии с неметаллами. Поэтому макроэлемент всегда одновалентен.

Макроэлемент способен реагировать со всеми неметаллами. Он легко окисляется с образованием оксида натрия, Na₂O. Его основание — едкий натр NaOH, является одним из наиболее агрессивных химических соединений. Помимо поваренной соли и соды существует множество других натрий содержащих минералов. Многие из них растворены в воде морей и озер.

Дело в том, что из-за высокой химической активности он в природе в чистом виде никогда не встречается, а лишь только в соединениях. Содержание Na в земной коре составляет 2,5 %. По этому показателю он занимает 6 место среди всех элементов периодической системы Менделеева.

Физиологическое действие

Натрий по праву относят к макроэлементам. На его долю приходится  0,15% от общей массы тела. Таким образом, в организме человека со средней массой 70 кг содержится примерно 100 г Na. Наряду с другими макроэлементами, калием, хлором, фосфором, он формирует гомеостаз или постоянство внутренних сред организма.

В этом плане примечательная его тесная взаимосвязь с другим макроэлементом, калием (К). Точно так же, как и натрий, калий является одновалентным щелочным металлом. Оба элемента присутствуют в жидкостных средах в виде положительно заряженных ионов (катионов).

Но концентрация Na и К по обе стороны клеточной мембраны неодинакова. Калий – это внутриклеточный элемент. Концентрация катионов калия внутри клетки намного выше, чем снаружи.

У натрия все наоборот. Его катионы сосредоточены снаружи клетки. Присутствуют они и внутри клетки, но в 10-15 раз меньше, чем во внеклеточной среде. Разумеется, такая разница или градиент концентраций не может складываться естественным образом – она поддерживается искусственно.

Немаловажную роль здесь играют свойства самой мембраны. Дело в том, что мембрана неодинаково проницаема для ионов калия и натрия. Если проницаемость для К взять за 1, то проницаемость для Na будет 0,04 – в 25 раз меньше!

В итоге ему проникнуть внутрь клетки намного сложнее, чем калию. Но суть не только в различной проницаемости для Na и K.

Основной механизм поддержания градиента концентраций – это натрий-калиевый насос. Так называют фермент натрий-калиевую АТФ-азу. Это фермент «выталкивает» ионы Na из клетки наружу.

Взамен этот же фермент «заталкивает» внутрь ионы К. Процесс этот противоестественный – ионы перемещаются против градиента, в направлении большей концентрации.

Поэтому для его осуществления нужна энергия. Эта энергия высвобождается при распаде молекул АТФ, когда от них отщепляется остатки фосфорной кислоты.

Что же будет, если натрий-калиевый насос перестанет функционировать? Концентрации Na и К по обе стороны клеточной мембраны уравняются, и клетка погибнет. Именно это происходит в организме после гибели. Поэтому не будет преувеличением утверждение, что натрий вместе с калием поддерживают саму жизнь.

Следует заметить, что обмен Na на К между клеткой и внеклеточной средой не равноценный. Вместо 3 переместившихся наружу ионов Na внутрь поступает всего лишь 2 иона К. Из-за этого внутренняя сторона клеточной мембраны становится отрицательно заряженной по отношению к ее внешней стороне.

Именно так формируется трансмембранный потенциал покоя клетки. Таким образом, он вместе с калием формирует электрическую активность клетки.

Данный механизм присущ абсолютно всем типам клеток. В качестве примера можно привести одинаковый отрицательный заряд эритроцитов и клеток эндотелия (внутренней оболочки сосудов).

Благодаря одинаковому заряду эритроциты отталкиваются друг от друга и от клеток эндотелия, и кровь пребывает в текучем состоянии, а внутри сосудов не формируются тромбы.

Трансмембранный потенциал играет ключевую роль в проведении нервных импульсов. Нервные волокна по сути своей являются отростками нервных клеток или нейронов.

На различных участках нервного волокна проницаемость для ионов натрия и калия изменяется. Соответственно, изменяется и потенциал – вместо потенциала покоя генерируется потенциал действия.

Это та движущая сила, которая сокращает миокард, скелетные мышцы, гладкую мускулатуру ЖКТ (желудочно-кишечного тракта). Благодаря нервным импульсам железы синтезируют и выделяют секрет, в легких осуществляется газообмен. Мышление, зрение, слух, обоняние – все это совокупность биоэлектрических процессов в ЦНС (центральной нервной системе) и в органах чувств.

Без влияния нервной системы не обходится ни один процесс, ни одна реакция в организме. И во всем участвует натрий.

Еще одна значимая функция на – этот макроэлемент формирует осмотическое или концентрационное давление. Осмос – это разница в количестве и в давлении жидкости по обе стороны полупроницаемой мембраны.

Жидкость – это вода, а полупроницаемая мембрана – мембрана клеток. По законам осмоса вода устремляется по осмотическому градиенту,  в сторону большей концентрации ионов.

Поскольку Na – основной внеклеточный макроэлемент, то именно ионы Na формируют осмотическое давление во внеклеточных средах. Поступая внутрь клетки, ионы натрия увлекают за собой воду. Когда он под действием натрий-калиевого насоса перемещается наружу, за ним перемещается и вода.

Вместе с водой циркулируют растворенные в ней вещества. Так осуществляется обмен веществ между клеткой и внеклеточной средой: внутрь клетки поступает глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, а наружу удаляются продукты жизнедеятельности.

В масштабах всего организма осмотически активный он обеспечивает функцию сердечно-сосудистой и мочевыделительной систем. Его катионы регулируют один из жизненно важных показателей – артериальное давление (АД).

Уровень АД зависит от ряда других величин – от объема циркулирующей крови (ОЦК) и от объема выделенной мочи (диуреза). Чем выше объем ОЦК, тем сильнее кровь давит на сосудистые стенки, и тем выше АД.

Осмотически активный натрий, находясь в плазме крови, «тянет» жидкость  из тканей в сосудистое русло. Благодаря этому сосуды наполнены кровью (нормоволемия), АД поддерживается на стабильном уровне, и органы и ткани полноценно кровоснабжаются. Процесс тканевого кровоснабжения именуют перфузией.

Если бы не он, осмотическое давление в сосудах было бы низким. Точно так же были бы низкими ОЦК и АД, и тканевая перфузия была бы неудовлетворительной. Соответственно, ткани бы не получали с кровью необходимый им кислород.

Справедливости ради следует заметить, что натрий – не единственный фактор, поддерживающий на должном уровне осмотическое давление плазмы крови. Не менее важную роль в этом процессе играют плазменные белки.

Уровень АД в немалой степени зависит от диуреза. По сути своей моча – это плазма крови, профильтрованная в почках, в клубочках нефронов. Некоторая часть фильтруется или секретируется в первичную мочу через почечные канальцы. Здесь же его определенное количество реабсорбируется, обратно всасывается из первичной мочи.

Чем больше секретируется или меньше реабсорбируется макроэлемента, тем больше его теряется с мочой. По всем правилам осмоса натрий увлекает за собой воду, и диурез увеличивается. Вместе с мочой при участии Na из организма удаляются продукты жизнедеятельности, т.н. шлаки.

Напротив, чем сильнее реабсорбция и ниже секреция, тем меньше диурез. Элемент остается в организме, и задерживает жидкость. Влияние на диурез – это один из механизмов регуляции АД натрием. Он не только регулирует электрическую активность клеток и жидкостный баланс – он оказывает непосредственное влияние на кислотно-щелочное равновесие (КЩР) в органах и тканях.

Основные обменные процессы в организме протекают со сдвигом этого равновесия в кислую сторону. Данное состояние называют ацидозом (лат. acidum – кислота).

Кислую реакцию дают промежуточные продукты распада глюкозы, молочная и пировиноградная кислоты (лактат и пируват). Многие обменные нарушения, воспалительные реакции и другие патологические процессы сопровождаются накоплением недоокисленных продуктов. Выраженный ацидоз несовместим с жизнью – клетки не способны существовать в кислой среде.

К счастью, не все так фатально, и есть механизмы, способные восстановить КЩР. Эти механизмы – буферные системы, или просто, буферы. Они состоят из двух компонентов – кислого и щелочного. Благодаря этому при ацидозе они сдвигают баланс кислот и щелочей в щелочную сторону, а при алкалозе – в кислую.

В нашем организме функционируют несколько буферов. И один из них – бикарбонатный. В быту натрия бикарбонат (он же – натрия гидрокарбонат) – это не что иное, как пищевая сода, NaНСО3. В крови бикарбонат диссоциирует на катионы Na и анионы НСО₃, (бикарбонат-ионы).

Последние связываются с ионами водорода. Образуется угольная кислота, которая распадается на углекислый газ и на воду. Углекислый газ удаляется из плазмы через легкие.

Таким образом, сода регулирует не только кислотно-щелочное равновесие (КЩР) , но и газообмен в легких. Бикарбонатный буфер формирует щелочной резерв крови – возможность связывать в плазме кислые продукты и устранять ацидоз.

Кроме того, он непосредственно влияет на функцию ЖКТ. Он входит в состав желудочного сока и панкреатического сока (сока поджелудочной железы). Щелочной бикарбонат нейтрализует соляную кислоту желудочного сока, и таким способом защищает слизистую оболочку желудка от ее агрессивного действия и от самопереваривания.

Прямо или опосредовано сода активирует панкреатические ферменты, амилазу слюны, желчеобразование в печени, расщепление и всасывание пищи в тонком кишечнике.

Натриевые соли входят в состав пота. Посредством образования пота и его испарения кожа осуществляет выделительную функцию и теплоотдачу. Он регулирует состав пота, количество и виды выделяемых продуктов. Наравне с другими факторами он участвует в увлажнении кожи, защищает ее от пересыхания, а организм – от перегревания.

Макроэлемент содержится во многих ферментах. Они обеспечивают синтез гормонов, нейромедиаторов, и других биологически активных соединений, регулируют обмен белков, углеводов, липидов (жиров), и минералов.

Суточная потребность

Потребность в различных возрастных категориях:

Категория	Суточная потребность, мг
Дети 0-3 мес.	200
Дети 4-6 мес.	280
Дети 7-12 мес.	350
Дети 1-3 лет	500
Дети 4-7 лет	700
Дети 8-11 лет	1000
Подростки 12-14 лет	1100
Подростки 15-18 лет	1300
Взрослые мужчины и женщины	1300

 

Интенсивное потоотделение, прием мочегонных средств, интоксикации, другие состояния, сопровождающиеся рвотой и поносом – все это повышает потребность в натрии.

Причины и признаки дефицита

Пищевой фактор вряд ли приведет к дефициту макроэлемента в организме.  И даже т.н. бессолевая диета едва ли снизит количество NaCl до критического уровня. Современные пищевые продукты  содержат достаточное, а порой даже избыточное количество поваренной соли NaCl.

Исторически сложилось так, что жители отдаленных регионов Африки, Латинской Америки, т.н. дети природы, питались  растительной или животной пищей, но не знали поваренной соли. И когда путешественники угощали их поваренной солью, счастливые туземцы буквально кусками поглощали этот продукт.

Сейчас, пожалуй, такого не встретишь – цивилизация проникла даже в отдаленные уголки. Поэтому в нормальном физиологическом состоянии даже при всевозможных ограничительных диетах баланс его существенно не пострадает. Другая ситуация при некоторых заболеваниях, эндокринных и обменных нарушениях.

В этих случаях элемент будет усиленно теряться с потом, калом или с мочой. Поскольку он неразрывно связан с водой, то наряду с его дефицитом будет отмечаться дефицит жидкости в организме (дегидратация), хотя и не всегда. Вместе с Na часто теряются другие макроэлементы: калий, кальций, хлор, магний.

Одна из частых причин – необоснованное применение диуретиков. Эти препараты часто используют в лечении гипертонической болезни – увеличение диуреза влечет за собой снижение ОЦК и АД. А принцип действия большинства диуретиков основан на снижении реабсорбции его и на увеличении выделения с мочой.

Некоторые эндокринные заболевания также стимулируют выведение натрия с мочой (натрийурез). Среди конкретных причин – гипокортицизм, слабая гормонпродуцирующая функция надпочечников. Кора надпочечников синтезирует глюкокортикоиды (основной – кортизол) и минералокортикоиды (основной – альдостерон).

Эти гормоны, задерживают его и воду. При их недостатке ионы Na вместе с водой выводятся с почками. Причины гипокортицизма: болезнь Аддисона, повреждения коры надпочечников в результате опухолевого процесса, туберкулеза, других видов инфекций. Иногда гипокортицизм носит вторичный характер, и развивается вследствие заболеваний гипоталамо-гипофизарной системы.

Примечательно, что синтетические аналоги натуральных кортикостероидов опосредовано снижают Na. При длительном приеме этих средств кора надпочечников перестает продуцировать собственные гормоны. Недостаточная функция щитовидной железы (гипотиреоидизм) тоже проявляется дефицитом макроэлемента.

Еще одна причина натриевого дефицита – обширные ожоги. Через ожоговую поверхность теряется большое количество воды и минералов, в т.ч. и натрия. То же самое происходит при многократной рвоте, диарее, частом приеме слабительных средств. После операций на ЖКТ Na вместе с другими электролитами выводится в составе дренируемой жидкости, застойного желудочного и кишечного содержимого.

В этой связи кишечная непроходимость со скоплением больших объемов жидкости в просвете кишечника сопровождается существенными потерями электролитов, в т.ч. и Na.

Макроэлемент теряется с потом при физических нагрузках, пребывании в жарком климате, в помещениях с высокой температурой. При интенсивной физической работе в условиях горячих цехов, шахт (металлурги, шахтеры) дегидратация и дефицит натрия могут принять угрожающий жизни характер.

Когда утоляют жажду питьевой водой, проблема усугубляется. Ведь дефицит жидкости восполняется, а дефицит натрия – нет. Происходит т.н. гемодилюция или разведение плазмы крови.

В результате концентрация Na  в крови еще больше снижается ниже нормы 135-145 моль/л. Данное состояние именуют гипонатриемией. Чтобы его избежать при усиленном потоотделении, рекомендуют утолять жажду подсоленной водой.

Гипонатриемия сопровождается снижением АД. Чтобы его компенсировать, развивается тахикардия – учащение сердечных сокращений. Диурез снижается, а концентрация азотистых шлаков в моче повышается. Страдает пищеварение, появляются жалобы на отсутствие аппетита, тошноту. Возможна рвота, которая усугубляет дефицит Na.

Если гипонатриемия сочетается с дегидратацией, отмечается сухость во рту, снижение тургора (эластичности, упругости, тонуса) кожи, энофтальм (западение глазных яблок). Пациенты заторможены, сонливы.

При выраженной гипонатриемии с концентрацией Na ниже 120 ммоль/л появляются галлюцинации, резкое падение АД (коллапс), мышечные судороги. Смерть может наступить от паралича дыхательного и сосудодвигательного центра в ЦНС.

Источники поступления

Натрий поступает к нам в состав растительных и животных продуктов. Его много в зерновых, в рыбе и в морепродуктах, в сырах и в копченостях.

Содержание Na в 100 г пищевых продуктов:

Продукт	Содержание, мг/100 г
Камбала	200
Креветки	150
Сардины	140
Мидии	290
Кальмары	110
Морские раки	380
Твердые сорта сыра	998
Колбаса копченая	2180
Колбаса вареная	1050
Сардельки свиные	962
Свинина	80
Тушенка говяжья	440
Говядина	78
Шпроты в масле	629
Тунец в масле	502
Оливки маринованные	1145
Майонез Провансаль	510
Молоко коровье	120
Капуста квашеная	800
Горошек консервированный	360
Фасоль стручковая	400
Хлеб ржаной	620
Хлеб белый	435

Следует заметить, что основным источником является поваренная соль. Даже в небольших количествах она значительно увеличивает количество этого макроэлемента в пищевых продуктах. Это следует учитывать лицам, страдающим гипертонической болезнью, другими сердечнососудистыми заболеваниями, а также заболеваниями почек.

 

Метаболизм

Поступивший в организм в составе поваренной соли Na частично всасывается в желудке, и большей частью – в тонком кишечнике. Далее он из плазмы крови распределяется по жидкостным секторам организма, и включается в метаболические процессы.

Около 95% натрия выводится с мочой, остальное – с потом и калом. При физической работе, перегревании, некоторых патологических состояниях это отношением может изменяться. На выделение почками натрия влияет РААС – ренин-ангиотензин-альдостероновая система. Действие этой системы направлен на повышение АД.

Механизмов несколько, и один из них – задержка натрия, а вместе с ним и воды, под действием надпочечникового гормона альдостерона.  Усиление секреции АДГ (антидиуретического гормона) задней долей гипофиза тоже снижает диурез и задерживает воду в организме.

Другие гормоны, глюкокортикостероиды, тоже продуцируются корой надпочечников, и тоже усиливают натриевую реабсорбцию. Функция надпочечников, в свою очередь, регулируется гипоталамусом и гипофизом. Регуляторные механизмы сложны, а некоторые из них до сих пор недостаточно изучены.

Взаимодействие с другими веществами

Принцип действие многих мочегонных средств (петлевые диуретики, антагонисты альдостерона) основан на усилении выведения его, а вместе с ним и воды почками. Повышение реабсорбции макроэлемента в почечных канальцах сопровождается ускоренным выведением калия с мочой. Вместе с калием теряется кальций и магний.

Он лучше всасывается в щелочной среде. Некоторые витамины, в частности, вит. К и вит. D улучшают всасывание. Натрий хорошо сочетается с продуктами, богатыми хлором, фосфором, и серой.

Признаки избытка

Избыток макроэлемента встречается гораздо чаще, чем его дефицит.  Это сложилось исторически. Наши предки вынужденно придерживались бессолевой диеты – растительная и животная пища не была соленой. Основной источник Na, поваренная соль, была в дефиците вплоть до позапрошлого столетия, пока не началась ее добыча в промышленных масштабах.

Природа учла эту проблему, и создала приспособительный механизм – РААС. Действие этой системы направлено на то, чтобы, увеличивая реабсорбцию, сохранить натрий, свести его потерю с мочой к минимуму.

Но за долгие тысячелетия жизнь изменилась, и, во многом – к лучшему. Во всяком случае, современный человек не испытывает нужду в поваренной соли, а многие пищевые продукты явно «пересолены».

В этой связи пищевой или алиментарный фактор является ведущей причиной избытка натрия. Попросту говоря, мы слишком много едим соли. Из-за этого  повышается количество Na в плазме крови – развивается гипернатриемия.

Данное состояние является ключевым фактором гипертонической болезни и связанных с ней инфарктов, инсультов, сахарного диабета. Ведь, чем больше натрия в плазме крови, тем выше ОЦК и АД.

В редких случаях к гипернатриемии приводят эндокринные расстройства в гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системе с повышением уровня глюкокортикостероидов и альдостерона. Все это факторы хронического избытка натрия. С острым избытком, пожалуй, сталкивался каждый, употребляя пересоленную пищу.

После этого появляется сухость во рту, жажда. В норме прием воды вызывает гемодилюцию, и стимулирует диурез. В итоге избыток Na удаляется с мочой.