L’acqua è quantitativamente il componente predominante dell’organismo umano: infatti rappresenta circa il 60% del peso di un individuo adulto. Tale percentuale è maggiore

nell’infanzia (alla nascita è circa il 77% del peso corporeo), e diminuisce progressivamente con l’età e/o

con l’aumentare dei depositi adiposi. Il metabolismo dell’acqua è strettamente legato a quello del sodio

(Janssen, 1990).

Fra tutti i nutrienti è sicuramente quello più soggetto a movimento fra

esterno e interno. La perdita giornaliera di acqua corrisponde a circa il

4% della massa corporea e deve quindi essere riassunta con la dieta.

Questa percentuale è molto più elevata nei bambini (circa il 15%) che

sono quindi più soggetti a disidratazione.

-15% -4%

Oltre all’acqua introdotta con gli alimenti (500-700 ml) e con le bevande (800-1500 ml), che

viene assorbita nell’intestino, bisogna considerare l’acqua metabolica (circa 350 ml/die) prodotta dalla respirazione cellulare, tenendo conto che

l’ossidazione di 1 g di proteina produce 0,39 g di acqua, quella di 1 g di amido 0,56 g di acqua e

quella di 1 g di grasso 1,07 g di acqua. È il metabolismo dei carboidrati che maggiormente

contribuisce alla produzione di acqua metabolica essendo questi la fonte energetica principale

della nostra alimentazione.

ENTRATE

Le perdite fisiologiche di acqua da parte dell’organismo sono dovute soprattutto alla

respirazione e perspirazione (circa 1250 ml/die) e alla produzione di urina (800-1500 ml/die) e di

feci (100-150 ml/die). Elevate perdite di acqua si possono però avere anche con il sudore, il vomito e la diarrea. In condizioni fisiologiche basali e di

riposo, ed alla temperatura ambiente di 18-20 °C, le perdite di acqua sono inferiori ad 1 ml/min; con

l’attività fisica e l’aumento della temperatura ambiente queste perdite, dovute alla

perspirazione ed alla sudorazione, possono arrivare a valori di 14-17 ml/min.

USCITE

L'entrata di acqua deve compensarne a breve termine l'uscita (bilancio idrico)

perché la perdita di solo il 10% di acqua provoca l'insorgenza di gravissimi disturbi funzionali; e se raggiunge il 20% porta alla morte. Si può sopravvivere anche per un

paio di mesi senza mangiare, ma non più di 5-6 giorni senza bere.

BILANCIO IDRICO

DehydrationWater Loss Effects

1-2% Thirst

5% Discomfort, fatigue, loss of appetite

7% (DANGER) Above symptoms worsen, difficulty swallowing

10% Above symptoms, loss of muscle contractions

15% Above symptoms, delirium, shriveled skin

20% (DEATH) Above symptoms, organ shutdown (kidneys)

Acqua corporea Totale = Fluido Extracellulare & Fluido Intracellulare

60% = 24% + 36%

Acqua corporea Totale = Fluido Extracellulare & Fluido Intracellulare

60% = 24% + 36%• IntraCellular Fluid (ICF)• ~36% del peso del corpo: 25 Litri in un uomo di 70 Kg

• ExtraCellular Fluid (ECF)• ~24% del peso del corpo: 17 Litri in un uomo di 70 Kg

I compartimenti secondari dell’ECF (6 Litri di ECF)• Osso e tessuto connettivo• Acqua Transcellulare (secrezioni)

– digestive– Fluido intraoculare– Fluido cerebrospinale– Sudore– Fluido sinoviale

I compartimenti principali dell’ECF (11 Litri di ECF)• Plasma

– ~3 L in un Uomo di 70 Kg (~4.5% del peso)

• Spazio interstiziale (tra le cellule degli organi)– ~8 L in un Uomo di 70

Kg (~11.5% del peso)

La regolazione dei compartimentiTra i settori plasmatici e interstiziali, a

livello dei capillari, il trasporto dell'acqua dipende da un processo diffusivo e

dall'equilibrio tra la pressione oncotica (che trattiene l'acqua) e la pressione di

filtrazione (che la fa uscire)..

BILANCIO INTERNO DELL’ACQUA

Cause di edema: ritenzione di liquidi nell’interstizio

• Aumento della pressione idrostatica capillare

• Aumento della permeabilità capillare (infiammazioni, infezioni)

• Blocco linfatico• Diminuzione di

proteine totali e pressione colloidale del plasma

REGOLAZIONE LIC

Con

cent

raz.

(m

Eq/

l)

0

100

200

300

Acquaplasmatica

Na+

Cl-

Proteine

HCO3-

AcquaInterstiziale

Na+

Cl-

HCO3-

Proteine

OrganiciInorganici

Calcio

AcquaCellulare

K+

fosfatiPro

teine

Magnesio

La regolazione del volume del LIC è in parte dipendente dalla regolazione dell’osmolarità

plasmaticaL’osmolarità plasmatica è compresa in condizioni fisiologiche tra i 275 e i 290

mosmol/kg.

Tra i compartimenti extracellulare e cellulare, l'acqua

passa attraversando la membrana per diffusione, nei due sensi, a seconda dello stato osmotico dei compartimenti

COMPARTIMENTO EXTRACELLULARE

COMPARTIMENTO INTRACELLULARE

•La quantità e l’osmolarità del liquido nel compartimento intracellulare NON DEVE cambiare

Variazioni dell’osmolarità esterna può causare gravi problemi per il

funzionamento delle cellule, in quanto le permeabilità osmotiche all’acqua delle

membrane cellulari sono sufficientemente elevate

(10-2 - 10-3 cm/s)

da permettere flussi attraverso la membrana tali da alterare l’attività

dell’acqua cellulare nel giro di msec

Disturbo primario: Aumento dell’osmolarità di

ECF• Acqua abbandona la cellula

– Volume ICF diminuisce (Cells shrink)– Osmolarità ICF aumenta

H20 H20

•L’osmolarità Totale dell’organismo rimane più alta del normale

• Acqua entra in cellula– Volume ICF aumenta (Cells swell)– Osmolarità ICF diminuisce

H20

Disturbo primario: Decremento dell’osmolarità

di ECF

•L’osmolarità Totale dell’organismo rimane più bassa del normale

H20

La dimostrazione classica della pressione osmotica e dell’osmosi: eritrociti posti in soluzioni a

osmolarità variabile

osm

ECF I CF

H20

VOLUMEECF I CF

VOLUME

osmH20

hypoosmoticsweat

Remember...Osmotic equilibrium between ECF & ICF ECF osm = ICF osm. Normally 275-290 mosm/kg.

Example: Exercise. Hyperosmolality due to loss of dilute ECF (sweat) ECF volume and ECF osmolality.The osmotic gradient drives water movement from ICF ECF.Consequence: ICF volume and ICF osmolality.Responses: excrete small volume of more concentrated urine, thus reabsorb more-dilute fluid to restore osmolality (mediated by ADH); restore volume by drinking (thirst response to ECF vol).The thirst response is critical to correct hypovolemia.

Na è confinato al compartimento exracellulare per cui il fattore principale che regola l’Osmolarità e il Volume

extracellulare è la quantità di Na presente nell’organismo

VEC – OSMOLARITA’

INTAKEEscrezione

(Rene)

Na presente nell’organismo

IMPORTANTE

MANTENERE COSTANTE VOLUME E OSMOLARITA’ DEL LEC

Regolazione riassorbimento Na + acqua

REGOLAZIONE DEI LIQUIDI

La funzione renale è fondamentale nel regolare il contenuto salino ed idrico dei liquidi corporei

Pressione osmotica e il Volume totale dei liquidi corporei

Questo è reso possilbile dalla capacità dei tubuli renali di:

1-riassorbire e secernere sali da un lato e di 2-riassorbire o eliminare acqua dall'altra

 Nel riassorbimento dell'acqua bisogna distinguere:

quello isoosmotico (obbligatorio) Recupera l'80% dell'acqua dall'ultrafiltrato che avviene nei tubuli

contorti prossimali e nell'ansa di Henle

quello non-isoosmotico (facoltativo) che avviene nei tratti distali dei tubuli renali

 

Glomerulo:

(filtrazione)

Tubulo contorto prossimale:

Ansa di Henle:

(concentrazione)

Tubulo contorto distale:

Dotto collettore

L’unità funzionale

del rene è il nefrone

Na F

Na R

Na U< 1% quota filtrata

Na R

Na R

NaU=NaF-NaR

Acqua facoltativo ADH

Tubulo contorto prossim. è il più attivo elabora l’80% del filtrato glomerulare. In esso vengono riassorbiti:i 2/3 del Na+ del filtrato a questo segue il riassorbimento di Cl- H2O quasi tutti i HCO3

¯ K+, poi Ca2+ e Mg2

+

  glucosio e aminoacidi (meccanismo attivo Tm limitante)  vitamine e altri composti   

300 300 300

300 300 300

300 300 300

300 300 300

300 300 300

300300 300

Na

H2O

Na

H2O

Na

H2O

Na

H2O

Na

H2O

Na

Na

Na

MECCANISMO A CONTRO CORRENTE:

condizioni iniziali

Il gradiente osmotico responsabile è nella midollare dove l'osmolarità media tissutale cresce progressivamente con la profondità

Responsabili di questo gradiente sono concentrazioni sempre più elevate di NaCl e di urea.

L’Ansa di Henle costituisce un meccanismo capace di rendere la pressione osmotica all'esterno dei tubuli

ancora più elevata di quella presente al loro interno.

E' necessario che nei tratti dei tubuli dove si attua la concentrazione dell'urina

l'estrazione di H2O dal liquido intratubulare

avvenga ancora secondo gradiente osmotico. ADH

Tubulo e dotto collettore riassorbimento di Na+ (con Cl-) aldosterone

dipendente riassorbimento di H20 dipendente dall’ ADH  

Tubulo contorto distale riassorbimento attivo di Na+ (aldosterone

dipendente) 

Riassorbimento Distale e Collettore Na

Karl T. Weber, M.D. NEJM 345,1689, 2001

Kidney

Adrenal gland

BrainHeart

CELLULE JUXTAGLOMERULARI

tonaca media dell' arteriola afferente

Antidiuretic Hormone (ADH)

hypothalamus

pituitary

Paraventricular nucleus

• ADH is synthesised within

the Paraventricular Nucleus of the hypothalamus.

• ADH is stored in the posterior pituitary.

• ADH stimulates H2O reabsorption by

stimulating insertion of aquaporin 2 into the

apical membrane of the tubular epithelial

cells.

Synthesis - 22 kD precursor synthesized on membrane bound ribosomes in the cell body and transported via Golgi derived granules to the nerve terminals for storage. Processed to nona-peptide during transport along axon.

Regulation of ADH release:

Usual stimulus is Posm - as little as 3 mOsm. Causes osmoreceptors to shrink.

Unusual is a crisis of blood volume (~ 10% ) sensed by atrial baroreceptors, or serious pain or nausea.

Regolazione idrico-salina tramite ADH

la regolazione osmotica e volemica interagiscono

(Vasopressin)

Osm Plasm

Osmocettori (ipotalamo)

ADH (ipofisi)

Riassorbimento di acqua tubuli

collettori (acquaporine)

Volume plasmatico

e/o pressione arteriosa

(ECV)

Vasocostrizione

nicotina, dolore

Malattie correlate: 1. Diabete insipido centrale2. Diabete insipido nefrogenico

Pinzani- Medicina Intersistemica – 2003 Regolazione dell’equilibrio idro-salino

CollectingDuct/ DistalTubule Epithelial Cell

Peritubular fluid

Peritubularcapillaryorvasa recta

Apical membrane Basolateral membrane

Aquaporin 3

Aquaporin 2

ADH

ADH

H2O

H2O

H2O

H2O H2O

Glomerulo:

(filtrazione)

Tubulo contorto prossimale:

(riass. obbligatorio)

Ansa di Henle:

(concentrazione)

Tubulo contorto distale:

(riass. Facoltativo)

Dotto collettore:

(riass. acqua)

L’unità funzionale

del rene è il nefrone

300 300

1200 1200

100

Aldosterone

150-300

ADH

150 -1200

Marples et al, Am.J.Physiol March, 1999

From earlier lecture

La maggior parte degli stimoli che provocano secrezione di ADH

provoca anche sete, attraverso la stimolazione del centro della

sete (parete anteroventrale del terzo ventricolo (area AV3V).

La sete è indotta da:

• Iperosmolarità LEC (attraverso stimolazione dei neuroni del

centro della sete)

• < Pa e < volume LEC (attraverso segnali nervosi dai volocettori

e barocettori)

• Angiotensina II (agisce sul centro della sete)

• Secchezza cavo orale e mucose esofagee

Soglia della sete: Aumenti della concentrazione del Na+ di 2

mEq/l rispetto al valore normale attivano il meccanismo della sete

INTAKE

Il centro ipotalamico

regola la secrezione dell’ormone antidiuretico (ADH), che aumenta il riassorbimento di acqua nel rene eregola la quantità di acqua da ingerire (SETE).

Minime alterazioni dell’osmolarità plasmatica (1-2%) vengono avvertite dagli osmorecettori ipotalamici, che

provvedono a stimolare o inibire la sete e la secrezione di ADH a seconda che l’osmolarità plasmatica aumenti o

diminuisca. Il rilascio di ADH può essere inoltre determinato da una

riduzione del LEC, tramite l’effetto sui barocettori del seno carotideo.

Sumit Kumar & Tomas Berl

Thirst – regulation of water intake

Angiotensin II