雷佩特谈水
水:肿胀、紧张、疼痛、疲劳、衰老
我与许多人交谈过,他们认为除了正常的食物外,应该每天喝“8 杯水”,即使不感到口渴。许多医生仍然背诵这个危险的口号,但加上限定词“或其他液体”已变得很普遍。
一个人需要的水量变化很大,这取决于代谢率、活动以及气温和湿度等因素。在炎热干燥的天气里努力工作,可以在超过 8 小时内每小时饮用超过 2 升的水,而不会形成尿液,因为所有的水都会因蒸发而流失。但是在非常炎热、潮湿的天气中,代谢率低的人可能会受到最小量水的危害(例如《尼日利亚拉各斯的子痫气象关系》Agobe 等人,1981 年)。
大多数食物都含有相当数量的水分,通常超过重量的 70%,一些水分是在细胞中通过代谢产生的。由于有机体性质及其细胞构成的一些根深蒂固的传统形象,水在有机体中的功能一直被神秘化和忽视。
学校和教科书一直在流传的一个愚蠢的形象是,生物化学由溶解在水中的物质发生的化学反应组成的,水被细胞保留是因为被油性膜包围,由于产生的渗透力通过溶解的物质。大多数小学生都见过用鸡蛋制成的渗透压计,鸡蛋会导致水柱上升,据说这与细胞的工作方式有关。膜泵被用来解释细胞内外溶质浓度和“渗透压”的差异。这隔故事是细胞表面(在其“膜”中)不可见的东西迫使溶解的分子以不会扩散自发运动方式移动,水被动地跟随“主动运输”的溶质。但有证据表明,水及其溶质均受细胞体相的调节,而不是其表面。
在某些文化背景下,万物有灵论具有某种魅力(水精灵等等),但在医学和生物学文化中,万物有灵论对细胞及其机制的概念化具有很大的破坏性,因为妨碍了连贯理解生理学。如果允许水和离子的生理学超越主流医学的有灵论学说,例如“膜泵”,那么几乎每种疾病都会以不同的方式处理。如果考虑到所谓通过泵“主动运输”进出细胞的物质,那么操作泵所需的能量至少是细胞可用总能量的 15 倍。即使是新型合成化学品,通常也会调用“特定”泵,解释其在细胞内外分布不均。在许多生物情况下,水被忽略了,但当水成为一个问题时,水的分布通常在机械上从属于其主动“泵送”的溶质。
就像教科书所说的,细胞不是渗透压计,确实控制了含水量,但不需要“膜泵”。将细胞的水想象为“溶解在细胞中”更准确,有点像果冻或煮鸡蛋中的水。细胞通过控制其结构、代谢和运动的过程来控制其水合作用,因为水是细胞最深层结构和基本功能的一部分。细胞对水合作用和体积变化的调整似乎受到收缩蛋白和能量代谢的调节(Minkoff 和 Damadian,1976)。
扰乱细胞结构或功能的任何压力或能量不足都会扰乱水、蛋白质和细胞其他成分之间的相互作用。激发导致细胞吸收额外的水,不是由于细胞中溶质浓度增加导致的渗透作用,也不是因为膜变得多孔,而是因为细胞的结构蛋白暂时增加了对水的亲和力。
这种增加的亲和力类似于导致凝胶在碱性状态下膨胀的过程,与称之为电渗的过程有关,其中水向更高的负电荷移动。强烈的激发或压力会增加细胞的负电荷,使其变得更加碱性并膨胀。膨胀和碱性导致细胞开始合成 DNA,为细胞分裂做准备。有丝分裂原和致癌物,包括雌激素,会导致细胞变成碱性并膨胀,而阻碍细胞碱化的物质(如利尿剂乙酰唑胺和阿米洛利)会抑制细胞分裂。单独的长期碱性压力可导致肾细胞的恶化(Oberleithner,等,1991)。
“压力”的一般概念是有用的,因为包括疲劳、渗透压变化、pH 值紊乱和随后的酶变化等过程,产生乳酸、一氧化氮、多胺、雌激素、血清素等物质更具体的介质。但是,如果从整体上看待有机体,而不是作为“特定生物机制”的集合,则关注压力反应中涉及的物理因素很重要,这些“特定生物机制”涉及诸如微小驱动的“膜泵”之类。
当细胞在高渗条件下收缩时,代谢变成分解代谢,分解蛋白质和糖原,有时会产生乳酸,这会导致碱化,增加细胞对水的亲和力,使其恢复正常大小。轻微的高渗性会增加细胞的代谢率。
低渗条件下的膨胀(例如水过量)是合成代谢的,导致细胞增殖,抑制蛋白质和糖原的分解。
呼吸细胞总是通过将氢从燃料分子转移到氧来产生一些水。呼吸也会产生二氧化碳,本身就是一种路易斯酸(意味着结合电子,而不是释放质子),与细胞蛋白质结合,在此过程中酸化。大量的二氧化碳以结合形式存在于细胞内。酸化的细胞质(像其他主要为酸性的聚合物凝胶一样)释放水和钠。(这个过程在物理上类似于用盐冲洗软水剂、或用酸冲洗除盐剂,以重新激活的过程。)
除了与细胞质结合外,二氧化碳还可以通过与水的化合转化为碳酸。碳酸是亲水的,因此会迅速离开细胞,带走一些带相反电荷的离子,例如钙和钠。不断从呼吸细胞中碳酸的形成流出,导致一些水和一些带正电的金属离开细胞,这是一个“主动”的过程,不需要任何神秘的泵。
当血液通过肺部时,二氧化碳离开系统,当碳酸转化为二氧化碳时,水与反离子(碱金属或矿物质)一起留在血液中,导致 pH 值略有不同,以及血流和组织细胞之间的渗透压。一些实验表明,各种组织的正常渗透压比血液高 2 或 3 倍,称为“等摩尔”或等渗。
肾脏通过允许水和溶质离开血流来调节血液的渗透压,其比例通常使体液与细胞保持平衡。肾脏能够补偿由压力和不当饮食产生的许多不平衡,例如通过形成氨和二氧化碳,以补偿由其他器官输送到血液中的碱酸失衡。由于肾脏具有调节血液和形成尿液之间溶质流动的强大能力,“膜泵”对于医学肾病学家来说非常重要。但是“主动运输”越极端,“膜泵”以外的过程就越明显。
有些蜥蜴和海鸟的鼻子附近有一种腺体,称为盐腺,因为能够分泌盐分。盐腺可能是主动运输最极端的例子,但其生理学与任何其他分泌腺或膜的生理学非常相似,例如泪腺和汗腺。这些腺体中的盐排泄机制应该真正解决主动运输如何工作的问题,但大多数肾病学家、眼科医生和医学研究人员通常对盐腺不感兴趣。
二氧化碳是盐腺的驱动力。二氧化碳的不断形成,排放到空气中,使得高浓度的盐分被排出体外。用乙酰唑胺阻断 二氧化碳 和碳酸的交换,或抑制二氧化碳 的形成,防止盐的排出。
由于由甲状腺激素控制的呼吸代谢是体内二氧化碳的主要来源,因此很明显,甲状腺功能低下会损害身体调节水和溶质(例如盐)的能力。说明甲状腺功能的有机体是年轻的鲑鱼,当鲑鱼离开淡水河流开始在海洋中生活时,转变生理机能以耐受咸味环境时,甲状腺激素会激增。当鲑鱼成熟,回到淡水产卵时,催乳素急剧上升。在对啮齿动物的实验中,发现喝大量的水会增加催乳素,但同样量的水加盐不会增加。
甲减通常与催乳素分泌增加有关。甲减患者通常会保留水分,同时会失去盐分,因此甲减的状态类似于回到河流的鲑鱼,以及喝太多无盐水的小鼠。
典型的甲减患者在尿液中会迅速失盐(也可能在汗液中失盐,尽管这通常被诊断为囊性纤维化),并且会保留水分,稀释尿液的程度低于正常水平。二氧化碳的产生减少,产生乳酸和铵的敏感性增加,导致细胞比正常细胞更具碱性,增加对水的亲和力。通常伴随甲减的雌激素升高也会增加细胞内的 pH 值、钠流失和血液的过度水合。
甲减患者肌肉通常会保留过多的水分,容易疲劳,在运动时会比正常情况下吸收更多的水分。在儿童时期,轻度甲减通常会导致腿部肌肉在晚上肿胀和疼痛,这就是所谓的“生长痛”。当变得更严重时,由于过度水合的合成代谢作用,所有骨骼肌都会变得非常大(霍夫曼综合症)。任何肌肉的增大都可能是由甲状腺功能缺乏引起的过度水合作用引起的,但当其发生在眼睛后面肌肉时(Itabashi 等人,1988 年),通常会导致诊断为甲亢,而不是甲减。
患有霍夫曼综合症的孩子没有通常与甲减有关的肿胀粘液性水肿外观,看起来运动到可笑的程度,就像小健美运动员一样。但经过几周的甲状腺治疗后,恢复正常的苗条外观。肿胀状态实际上支持肌肉的增大,而细胞过程可能与运动产生的肌肉肿胀和生长密切相关。在细胞蛋白质周转减少的情况下,肿胀期间肌肉细胞的生长似乎是正常修复过程的结果。
相信通过主动运输维持正常溶质分布的膜泵的人,知道膜泵需要能量(远远超过细胞可以产生的能量,但他们不面对这个问题),因此他们的观点要求分配细胞资源的很大一部分只是用于维持离子稳态,结果是往往忽略了细胞的实际能量经济,这主要致力于细胞结构和酶系统的适应性更新,而不是驱动不存在的系统。
肿胀细胞的“合成代谢”平衡是细胞成分更新减少的结果。由充足的甲状腺功能产生的较高的代谢率维持细胞系统的高更新率,使细胞不断调整以适应生物体需求的微小变化。高骨转换率的证据有时被视为甲状腺能导致骨质疏松症的证据。
后来,一个成人曾经被诊断为风湿病的长期疲劳和疼痛的肌肉可能被诊断为纤维肌痛。大多数医生不愿意为这个问题开出甲状腺补剂,但现在普遍认为催乳素升高与肌肉疾病有关。
甲减症的低渗性血液,增加血管内皮和平滑肌的兴奋性,可能是导致甲减症高血压的机制。低渗透血浆在血管内皮中产生的肿胀导致这些细胞吸收脂肪,从而导致动脉粥样硬化的发展。全身渗漏影响所有细胞(参见“渗漏”通信内容),并可能导致血容量减少和直立性低血压等问题。膨胀的内皮更粘稠,可能支持癌细胞的转移。包括 CRP 在内的炎症相关蛋白会因甲减过度水合而增加。心肌本身会膨胀,导致充血性心力衰竭。
一些与甲减相关的神经问题(例如腕管综合征和“足下垂”)被归咎于周围组织肿胀导致的神经受压,但有证据表明甲减症会导致神经细胞本身肿胀。例如,在甲减症中,神经对刺激的反应很慢,冲动传导很慢。这些变化与其他方式引起的过度水合作用所产生的变化相同。甲减的神经很容易疲劳,疲劳的神经会吸收大量的水分。脊髓肿胀可能是家畜和人常见的“椎管狭窄”的原因;脊髓受压患者细胞内水分子的流动性明显增加(Tsuchiya等,2003;Ries等,2001)。
众所周知,甲减的过度水合会导致软骨肿胀和软化,伴有关节变形,但不知何故,外科医生从未意识到这一过程会导致椎间盘变形。
长期以来,人们就知道过度水合会导致癫痫发作。有一段时间,神经科医生会通过让病人喝一品脱水来检测癫痫。尽管有很多理由认为甲减产生的水合过多是癫痫的一个因素,但医生们一直很不愿意考虑这种可能性,因为他们普遍认为甲状腺激素是一种兴奋剂,认为“兴奋剂”不一定适合癫痫患者。
虽然甲状腺激素确实会增加对肾上腺素的敏感性,但其最显著的效果是提高放松的能力,包括安然入睡的能力。增加去甲肾上腺素(大脑局部产生的肾上腺素)有助于预防癫痫发作(Giorgi 等人,2004 年)。
细胞膨胀增加了神经的敏感性,而高渗性收缩降低了敏感性。增加二氧化碳有助于减少组织的水合作用(例如,当二氧化碳增加时,角膜的水合作用和厚度会减少),已知增加二氧化碳可以抑制癫痫发作。神经科医生的另一个诊断技巧是让患者过度换气,经常会引起癫痫发作。利尿剂乙酰唑胺可增加体内二氧化碳并减少水分潴留,对预防癫痫发作非常有效。
咸味食物的睡眠诱导作用可能与高渗性、充足的甲状腺功能和二氧化碳的抗兴奋作用有关。
退行性疾病,尤其是癌症、心脏病和脑部疾病,在生活在高海拔地区的人群中不太普遍。当氧气压力低时,肺排出二氧化碳的速度更慢,因此保留在体内的二氧化碳量更多。如果甲减症的根本问题是二氧化碳产生不足导致盐分流失过多和水分潴留,导致体液渗透性低下,那么期望高海拔地区的人有更好的盐分保留,更多的水分流失,以及更多的高渗体液。这已在许多研究中观察到。在高海拔地区增加的代谢率将与轻微高渗状态的相对活跃的“分解代谢”相一致。
在 1950 年代后期,制药公司开始销售一些新发现的(噻嗪类)利尿剂,这些利尿剂会导致钠在尿液中流失,他们的广告宣传创造了一种歪曲信仰,即盐会导致高血压。他们说服了整整一代的医生,孕妇应该限制饮食中的盐分,预防性地服用利尿剂,限制热量以防止“过度”增加体重。数以百万计的妇女及其婴儿受到这种歪曲伤害。
先兆子痫和妊娠毒血症已通过增加膳食蛋白质和增加盐分得到纠正(Shanklin 和 Hodin,1979),这可以改善循环、降低血压和预防癫痫发作,同时减少血管渗漏。在先兆子痫中增加盐分的有效性,使我建议将其用于经前水肿的女性,因为这两种情况通常都涉及高雌激素、低钠血症和低渗透压倾向。雌激素本身会导致钠流失、渗透压降低和毛细血管渗漏增加。结合高蛋白饮食,多吃一点盐通常有助于纠正包括水肿、血液循环不良和高血压在内的各种问题。
大多数医生几乎没有认识到怀孕期间限盐的危险,而在类似的生理情况下,其危险也远远超出了他们的考虑。
饮食中钠含量不足时发生的一件事是合成更多的醛固酮。醛固酮导致尿液和汗液中钠的流失减少,但是以增加钾、镁和可能的钙的流失为代价来实现的。钾的流失会导致血管收缩,从而导致心脏和肾脏衰竭以及高血压。镁的流失会导致血管收缩、炎症和骨质流失。缺镁极为常见,但饮食中多一点盐就会更容易保留住食物中的镁。
黑暗和甲减都会降低细胞色素氧化酶的活性,使细胞更容易受到压力。兴奋性毒性的促进剂、哇巴因或缺盐,在重置生物节律时可以起到相当于黑暗的作用(Zatz, 1989, 1991)。
骨质流失几乎全部发生在夜间,皮质醇和催乳素的夜间升高具有强烈的分解代谢作用,但许多其他促炎物质也在夜间升高,这可能是分解代谢增加的根本原因。当饮食缺钙时,增加饮食中的盐似乎可以改善钙代谢的某些方面,例如减少甲状旁腺激素和增加离子钙(Tordoff,1997)。
在防止电解质流失的过程中,肾脏会产生大量的二氧化碳和氨,同时让酸从尿液中流失。氨是由蛋白质分解产生的。在压力或乏食期间,可以通过补充矿物质、钾、钠、镁和钙来最大限度地减少组织蛋白的损失。限盐会导致醛固酮增加,过量的醛固酮会导致钾流失,增加蛋白质的使用以形成氨(Norby 等人,1976;Snart 和 Taylor,1978;Welbourne 和 Francoeur,1977)。
醛固酮分泌在夜间增加,在抑郁和压力大的人群中上升幅度更大,抑制能量代谢,增加胰岛素抵抗,增加脂肪细胞中促炎物质的形成(Kraus 等,2005)。在衰老过程中,限盐会导致醛固酮夜间过度升高。
在夜间,有许多变化表明甲状腺功能正在受阻,例如促甲状腺激素激增,T4 和 T3 在晚上 11 点到凌晨 3 点之间最低(Lucke 等人,1977),而体温度和能量产生处于最低水平。这表明甲减的问题在夜间最为明显。
类风湿性关节炎和哮喘是众所周知的夜间恶化的两种炎症。据报道,严重哮喘和类风湿性关节炎患者的褪黑激素含量较高,促进多种其他促炎物质的分泌。褪黑激素分泌高峰之后是醛固酮高峰,接着是皮质醇高峰。
使用强光(抑制褪黑激素)治疗抑郁症可能有助于抑制与抑郁症密切相关的醛固酮的产生。
醛固酮和褪黑激素都可以促进血管平滑肌的收缩。肾脏血管的收缩有助于保存水分,如果血容量因缺钠而减少,这是适应性的。当血管收缩不当时,血压会升高,而器官则无法获得所需的血液循环。这种循环受损似乎是导致与高血压相关的肾脏损伤的原因,最终可能导致心力衰竭和多器官衰竭。
黄体酮有助于维持血容量(部分通过防止血管渗漏、防止过度钠流失和支持白蛋白合成)拮抗醛固酮。醛固酮拮抗剂现在被认为是高血压、水潴留、充血性心力衰竭、心律失常、糖尿病、肾病和多种炎症问题的有效治疗方法。(拮抗醛固酮的合成药物与天然黄体酮最相似时最有效。)由于醛固酮会导致心脏和肾脏纤维化(肾硬化),黄体酮(即“抗纤维瘤类固醇”)应该有助于解决认为不可逆转的问题。醛固酮似乎会导致糖尿病本身的高血糖,而不仅仅是并发症,
黄体酮的基本作用之一是使雌激素“受体”分解;在某些情况下,高渗性会产生这种影响。雌激素的影响主要是由增加的组织水合作用产生的。
醛固酮使细胞吸收钠,同时增加 pH 值,即提高碱性(Mihailidou 和 Funder,2005 年)。长期以来,人们都知道细胞内钠与膨胀和碱度一起是刺激细胞分裂的一个因素(Cone 和 Tongier,1971 年)。缺盐会刺激血清素的形成,进而刺激醛固酮的合成,也就是说,限钠饮食会激活导致细胞不适当摄取钠的过程,这种情况让人想起缺钙饮食导致不适当的钙化。
醛固酮与压力或低渗透压一样,会激活产生多胺的酶 (ODC),从而促进细胞分裂,这可能是醛固酮过量的一些有害影响的原因。
在睡前吃咸的食物通常具有诱导睡眠的作用,有助于维持血容量(夜间趋于减少),抑制醛固酮的夜间升高,以及其他压力或炎症指标。食用缺乏色氨酸的明胶会减少血清素的形成,并可能限制醛固酮的形成。
孕烯醇酮有时可以很快让肿胀的组织释放水分。该功能可能与其抗纤维瘤功能密切相关,因为肿胀和渗漏为纤维化奠定了基础。
高渗氯化钠溶液(如 7.5%)更常用于治疗创伤和休克,因为浓缩溶液通过从血管外空间除水来增加血容量,而“等渗”盐水(0.9% 氯化钠)通常会通过从血管中渗出而加重水肿。
5%氯化钠溶液可有效促进受损角膜愈合,5%至10%氯化钠溶液可有效加速伤口和溃疡愈合。其他高渗溶液,例如葡萄糖或尿素,已用于治疗,但氯化钠似乎在各种情况下最有效。
甲状腺激素通过产生二氧化碳来维持氧化代谢,对防止过多的水潴留和钠、镁的流失具有高度保护作用。
有时医生建议便秘的人应该多喝水“以软化大便”。结肠是从肠道内容物中去除水分的地方,发炎时会去除过多的水分。几十年前,人们认识到(Orr,等,1931)静脉内给予高渗盐水会刺激肠蠕动,可用于治疗麻痹性肠梗阻。
喝水之后,水在肠道中的高处吸收,远在到达结肠之前,所以建议喝水治疗便秘会产生一种与静脉注射高渗盐水相反的情况,稀释了血液。使用高渗盐溶液作为灌肠剂可以对肠道产生与静脉内治疗相同的有益效果。
便秘生理学可能类似于充血性心力衰竭的生理学,其中肌肉因肿胀而变弱和疲劳。
近几十年来,充血性心力衰竭的患病率急剧增加,因此现在通常被称为流行病。低钠血症(盐太少或水太多)是公认的充血性心力衰竭的“危险因素”。在衰竭的心脏中,肌肉细胞肿胀,导致心脏壁变硬,削弱其泵血能力。渗透性收缩细胞可以恢复其功能。
与任何肌肉一样,肿胀的心脏失去了快速完全放松的能力,因此在两次收缩之间不能充分填充。弹性组织,如动脉和肺,在水分过多时会变硬,失去正常功能。在小血管中,肿胀会使通道变窄,增加血液流动的阻力。
强迫自己每天喝一定量的水,即使不感到口渴,也在不必要地激活复杂的适应过程。口渴是确定所需液体量的最佳向导。
当额外的饮水量与低盐饮食相结合时,正如医生经常推荐的那样,一个健康的人可以很容易地采用,但对于甲减的人来说,可能会产生灾难性的影响。