Внутриклеточная жидкость (цитоплазма) составляет примерно 60–70 % массы клетки и представляет собой сложную, высокоорганизованную систему, включающую воду, растворённые ионы, низкомолекулярные соединения и макромолекулы. Основными компонентами цитоплазмы являются катионы калия (K⁺), магния (Mg²⁺) и анионы фосфатов и белков, создающие электрохимический баланс и поддерживающие структурную целостность органелл. Концентрация калия в цитоплазме значительно выше, чем натрия, что критично для функционирования мембранных потенциалов.
Внеклеточная жидкость делится на плазму крови, интерстициальную жидкость и транслокационные жидкости, каждая из которых имеет специфический ионный состав. Основными ионами внеклеточной жидкости являются натрий (Na⁺) и хлор (Cl⁻), а также значительное количество бикарбонатов (HCO₃⁻), обеспечивающих буферные свойства среды. Белки плазмы, главным образом альбумины, играют ключевую роль в поддержании осмотического давления.
Поддержание ионного состава внутри и вне клетки определяется активной и пассивной транспортной деятельностью мембран. Натрий-калиевый насос (Na⁺/K⁺-АТФаза) является центральным механизмом, обеспечивающим градиент концентраций, необходимый для проведения нервных импульсов, сокращения мышц и поддержания клеточного объёма. Осмотическое давление зависит от суммарной концентрации растворённых частиц и регулируется через транспортеры и ионные каналы. Нарушения этого равновесия приводят к отёкам, дегидратации или электролитным дисбалансам.
Буферные системы обеспечивают стабильность pH и зависят от наличия слабых кислот и оснований. В цитоплазме основным буфером является фосфатная система (HPO₄²⁻/H₂PO₄⁻), способная эффективно нейтрализовать изменения кислотности. В плазме крови и интерстициальной жидкости ключевую роль играет система бикарбонат/углекислый газ (HCO₃⁻/CO₂), обеспечивающая быструю адаптацию к метаболическим и дыхательным изменениям.
Цитоплазма обладает высокой вязкостью и проявляет свойства коллоидного раствора, где крупные белковые молекулы и нуклеотиды создают сетчатую структуру, влияющую на диффузию малых молекул. Внеклеточные жидкости характеризуются меньшей вязкостью, но высокое содержание белков плазмы поддерживает осмотическое давление и участвует в переносе липидов и гормонов. Коллоидные взаимодействия влияют на подвижность клеток и проницаемость сосудистых стенок.
Диффузия, осмос и активный транспорт составляют базу перемещения молекул и ионов между внутриклеточной и внеклеточной жидкостью. Прямой контакт через мембранные белки, такие как каналы, переносчики и насосы, обеспечивает селективность и скорость транспорта. Эндоцитоз и экзоцитоз играют роль в поглощении макромолекул и секреции веществ, создавая динамическое равновесие между различными компартментами.
Внутриклеточная жидкость служит средой для протекания биохимических реакций, в том числе ферментативных, энергетических и синтетических процессов. Концентрация ионов влияет на активность ферментов, структурную стабильность белков и транспортную функцию органелл. Внеклеточная жидкость выполняет роль среды для обмена веществ, удаления продуктов метаболизма и доставки питательных соединений к тканям.
Обмен веществ между этими компартментами осуществляется через плазматическую мембрану, капилляры и межклеточные контакты. Поддержание гомеостаза требует постоянного контроля концентраций ионов, объёма воды и осмотического давления. Нарушения баланса могут приводить к функциональным расстройствам органов и систем, включая гипо- или гипернатриемию, ацидозы и алкалозы, а также к клеточному стрессу.
Вода в этих жидкостях обеспечивает растворимость полярных соединений, транспорт тепла и участие в гидролитических реакциях. Внутриклеточная жидкость имеет слегка щелочную реакцию (pH 7,0–7,2), внеклеточная жидкость близка к нейтральной (pH 7,35–7,45). Вязкость, плотность и электропроводность зависят от концентрации ионов и коллоидных компонентов, что напрямую отражается на биологической активности клеток и тканей.