Ισοζύγιο και κατανομή του ύδατος και του νατρίου του οργανισμού. Επιθηλιακή

μεταφορά του ύδατος και των ηλεκτρολυτών. Φυσιολογική σημασία της

πίεσης του διάμεσου χώρου και της ιστικής πίεσης. Ωσμωρύθμιση

Λιάμης ΓεώργιοςΛέκτορας Παθολογίας

Πανεπιστημίου Ιωαννίνων

Εισαγωγή

• Η ανθρώπινη ζωή εξαρτάται σε σημαντικό βαθμό από το νερό

• Η στέρηση πρόσληψης νερού για λίγες μόνο ημέρες είναι ασύμβατη με τη ζωή

• Η στέρηση τροφής μπορεί να γίνει ανεκτή για τουλάχιστον ένα μήνα

• Στα βρέφη το 80% του σωματικού βάρους (ΣΒ) αποτελείται από νερό

• Στους ενήλικες το νερό αποτελεί το 60% του ΣΒ στους άνδρες και το 50% του ΣΒ στις γυναίκες

KATANOMH TOY ΟΛΙΚΟΥ H2O ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ

Εξωκυττάριο (1/3)

Ενδοκυττάριο (2/3)

Ενδαγγειακό ή πλάσμα

(1/5)

Διάμεσο ή μεσοκυττάριο

(4/5)

Η ρύθμιση του ισοζυγίου του νερού

• Εσωτερικές μετακινήσεις νερού μεταξύ των διαφόρων χώρων του οργανισμού (ενδοκυττάριου-εξωκυττάριου και πλάσματος-διάμεσου υγρού)

• Μεταβολές του προσλαμβανόμενου και αποβαλλόμενου νερού (εξωτερικό ισοζύγιο του ύδατος)

Η κινητήρια δύναμη για τη μετακίνηση

νερού μεταξύ ενδοκυττάριου-

εξωκυττάριου χώρου είναι η δραστική

ωσμωτικότητα του πλάσματος και

γενικότερα του εξωκυτάριου υγρού

Ώσμωση – Ωσμωτική Πίεση (Posm)

• Ώσμωση καλείται η μετακίνηση Η2Ο διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης, λόγω διαφοράς στη συγκέντρωση διαλυτών ουσιών που δεν μπορεί να περάσουν την κυτταρική μεμβράνη

• Η πίεση η οποία αντιτίθεται στην ωσμωτική διακίνηση του ύδατος από το ένα διαμέρισμα στο άλλο ονομάζεται Ωσμωτική Πίεση

Οι κύριοι καθοριστικοί παράγοντες της Posm

είναι το Na+ και τα ανιόντα που το

συνοδεύουν (κατά κύριο λόγο το Cl- και τα

HCO3-), η γλυκόζη και η ουρία

Posm=2 X Na+ γλυκόζη (mg/dl) ουρία (mg/dl)

18 6+ +

(mosmol/kg) (mmol/L)

Posm= 275-290 mosmol/kg

Τονικότητα (δραστική ωσμωτικότητα)

• Η τονικότητα καθορίζει τη μετακίνηση του Η2Ο διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών

• Η τονικότητα του πλάσματος εξαρτάται από τη συγκέντρωση των ωσμωτικά δραστικών ουσιών (π.χ. Νa+, γλυκόζης, μαννιτόλης κλπ)

• Διαλυτές ουσίες (π.χ. ουρία, αλκοόλη) που διέρχονται ελεύθερα από τις κυτταρικές μεμβράνες δεν ασκούν σημαντικό ρόλο στη διακίνηση του Η2Ο

γλυκόζη (mg/dl)

18 +

(mosmol/kg)

Τονικότητα= 270-285 mosmol/kg

Τονικότητα = 2 X Na+

(mmol/L)

Τονικότητα

Posm ≈ 2 X Na+

Το Να+ του ορού ουσιαστικά καθορίζει την

τονικότητα των υγρών του οργανισμού,

δηλαδή καθορίζει τη διακίνηση του H2O

διαμέσου των κυτταρικών μεμβρανών και

επομένως τον ενδοκυττάριο όγκο

Μετακίνηση νερού μεταξύ πλάσματος-διάμεσου υγρού

Δυνάμεις Starling• Η υδροστατική πίεση του πλάσματος ωθεί

τον ορό προς το διάμεσο χώρο

• Η υδροστατική πίεση του μεσοκυττάριου χώρου τείνει να μετακινεί υγρό προς το πλάσμα μέσα από την τριχοειδική μεμβράνη όταν είναι θετική και προς την αντίθετη κατεύθυνση όταν είναι αρνητική

• Η κολλοειδωσμωτική πίεση του πλάσματος συγκρατεί το ύδωρ μέσα στα αγγεία

• Η κολλοειδωσμωτική πίεση του διάμεσου χώρου τείνει να προκαλεί ωσμωτική μετακίνηση νερού προς το μεσοκυττάριο διαμέρισμα

Mετακίνηση νερού μεταξύ πλάσματος-διάμεσου υγρού

(Pc + i ) – (Pi +p )

• Pc = Η υδροστατική πίεση των τριχοειδών

• i = Η κολλοειδωσμωτική πίεση του διάμεσου χώρου

• Pi = Η υδροστατική πίεση του μεσοκυττάριου χώρου

• p = Η κολλοειδωσμωτική πίεση του πλάσματος

fluid out fluid in

• H υδροστατική και η κολλοειδωσμωτική πίεση του διάμεσου χώρου διαδραματίζουν λιγότερο σημαντικό ρόλο σε σύγκριση με τις αντίστοιχες πιέσεις του πλάσματος στη ρύθμιση της μετακίνησης υγρών μεταξύ πλάσματος και διάμεσου χώρου

• Μικρή αύξηση της υδροστατικής πίεσης ή μικρή μείωση της κολλοειδωσμωτικής πίεσης του πλάσματος δεν οδηγεί σε μετακίνηση υγρού στο διάμεσο χώρο και στη δημιουργία οιδήματος

Παράγοντες ασφάλειας έναντι του οιδήματος

• Η αύξηση της ροής της λέμφου που συμβάλλει στην απομάκρυνση της περίσσειας του διηθήματος

• Η αύξηση της υδροστατικής πίεσης του διάμεσου χώρου που προκαλεί η μετακίνηση υγρού προς το διαμέρισμα αυτό

• • Η μείωση της κολλοειδωσμωτικής

πίεσης του διάμεσου χώρου διαμέσου αραίωσης αλλά και εξαιτίας της απομάκρυνσης πρωτεϊνών του διάμεσου χώρου με τα λεμφαγγεία

Εξωτερικό ισοζύγιο ύδατος

Απώλειες• 1000 ml περίπου

απαιτούνται για τη θερμορρύθμιση διαμέσου της άδηλης αναπνοής

• 500-700 ml για την απέκκριση δια των νεφρών των άχρηστων προϊόντων του μεταβολισμού υπό συνθήκες έντονης αντιδιούρησης

• 100-200 ml αποβάλλονται με τα κόπρανα.

Πρόσληψη• αυτούσιο νερό ή με τα

διάφορα ποτά και αναψυκτικά

• από το νερό των τροφών (το κρέας περιέχει 70% νερό, ενώ τα φρούτα και τα λαχανικά 95-100%)

• από το ενδογενές ύδωρ που προέρχεται από τον οξειδωτικό μεταβολισμό των υδατανθράκων, λιπών και πρωτεϊνών (300-400 ml/24ωρο)

Οι υποχρεωτικές απώλειες δια των ούρων (1)

Σχετίζονται άμεσα με:

• Το ωσμωτικό φορτίο που πρέπει να αποβληθεί (κυρίως μόρια ουρίας και άλατα Na+ και K+)

• Μέγιστη συμπυκνωτική ικανότητα των ούρων

Οι υποχρεωτικές νεφρικές απώλειες (2)

• Ελάχιστη ποσότητα ούρων =

ημερήσιο φορτίο ωσμωλίων: μέγιστη συμπύκνωση ούρων

• Για παράδειγμα αν ένα άτομο οφείλει να αποβάλλει 600 mOsm/24ωρο και η μέγιστη ωσμωτική πίεση των ούρων είναι 1200 mOsm/L τότε απαιτούνται τουλάχιστον 500ml/24ωρο

Στην καθημερινή ζωή προσλαμβάνεται κατά

κανόνα μεγαλύτερο ποσό νερού από

το υποχρεωτικά απαιτούμενο για την κάλυψη

των αναγκών

Η ρύθμιση του ισοζυγίου του ύδατος

• Δίψα: ρυθμίζεται το

προσλαμβανόμενο νερό

• Αντιδιουρητική ορμόνη (ADH): ρυθμίζεται το αποβαλλόμενο ύδωρ

Οι νεφροί μπορεί να αυξομειώσουν την ποσότητα

των ούρων από 0,5 έως 20 L/24ωρο,

μια λειτουργία που επιτυγχάνεται με το

μηχανισμό πύκνωσης και αραίωσης των ούρων

Ισοζύγιο Νατρίου (1)

• Το ολικό νάτριο του οργανισμού ανέρχεται σε 5500 mEq (40-50 mEq/KgΣΒ)

• Κατανομή: 50% στον εξωκυττάριο χώρο, 10% στον ενδοκυττάριο και 40% στα οστά

• Το 70% του ολικού νατρίου του οργανισμού είναι ανταλλάξιμο δηλ. συμβάλλει στη διατήρηση της ωσμωτικής πίεσης και του όγκου του εξωκυττάριου υγρού

Ισοζύγιο Νατρίου (2)• Η φυσιολογική του συγκέντρωση Να+ στον

ορό (137-142 mEq/L) δεν αντανακλά την απόλυτη ποσότητά του στον οργανισμό

• Στη διατήρηση των επιπέδων Να+ ασκεί μεγαλύτερη επίδραση το ισοζύγιο του νερού, παρά η συνολική ποσότητα Να+

• Οι διαταραχές του νατρίου του ορού αποτελούν ουσιαστικά διαταραχές της ομοιοστασίας του νερού

Νa+ ορού=

Να+e + K+

e

Ολικό H2O

Na+e + K+

e: ολικό ανταλλάξιμο Να+ και Κ+

Υπονατριαιμία

Υπερνατριαιμία

Posm Posm

Είσοδος Η2Ο στα κύτταρα

Έξοδος Η2O από τα κύτταρα

Oίδημα κυττάρων

Κυτταρική αφυδάτωση

Ισοζύγιο Νατρίου (3)

• Στους ενήλικες μέσης διηθούνται από τα σπειράματα 20000-24000 mEq νατρίου το 24ωρο

• Η αποβολή διαμέσου των ούρων περιορίζεται τελικά στο 0,5-1%, δηλ. όσο περίπου προσλαμβάνεται με τις τροφές

• Το υπόλοιπο επαναρροφάται, ενεργητικά ή παθητικά: 60-70% επαναρροφάται στα εγγύς σωληνάρια, το 25-30% στην αγκύλη του Henle και το υπόλοιπο 4-9% στον άπω νεφρώνα

Η νεφρική απέκκριση νατρίου ρυθμίζεται

από ένα σύστημα, στο

οποίο κεντρική θέση έχουν οι

μεταβολές του εξωκυττάριου όγκου

• H πρόσληψη νατρίου αυξάνει τον εξωκυττάριο όγκο διότι προάγει την κατακράτηση ύδατος (διαμέσου της δίψας και της υπερέκκρισης ΑDΗ)

• H στέρηση νατρίου τον ελαττώνει τον εξωκυττάριο όγκο

• Αύξηση ή η ελάττωση της νεφρικής απέκκρισης νατρίου σε έκπτυξη ή συστολή όγκου αντίστοιχα με αποτέλεσμα την αποκατάσταση του εξωκυττάριου όγκου

Ωσμωρύθμιση

Αποσκοπεί στη διατήρηση μέσα στα φυσιολογικά επίπεδα της Posm, η οποία εξαρτάται κυρίως από τη συγκέντρωση του Na+

Ογκορύθμιση

Αποσκοπεί στην εξασφάλιση της φυσιολογικής αιμάτωσης των ιστών

Ωσμωρύθμιση

Ωσμωϋποδοχείς

Ρυθμίζεται από τη δίψα και την ADH

Καθορίζεται από την απέκκριση H2O,

καθώς και από τη διαμέσου της δίψας πρόσληψη H2O

ΩσμωρύθμισηΠρόσληψη H2O

Posm

ADH

Απέκκριση H2O

ΝΟΡΜΟΝΑΤΡΙΑΙΜΙΑ

Αυξημένες άδηλες απώλειες

Posm

δίψα πρόσληψη H2O

ADH κατακράτηση H2O

ΝΟΡΜΟΝΑΤΡΙΑΙΜΙΑ +

Ογκορύθμιση

Ογκοϋποδοχείς

(στον καρωτιδικό κόλπο, στο προσαγωγό αρτηριόλιο)

Κινητοποίηση νευρορμονικών μηχανισμών:

Σύστημα ρενίνης –αγγειοτενσίνης

ΣΝΣ

Νατριουρητικά πεπτίδια

Καθορίζεται από την απέκκριση Να+ στα ούρα

Συστολή του εξωκυττάριου όγκου

• Διεγείρεται το σύστημα ρενίνης-αγγειοτενσίνης- αλδοστερόνης (αυξημένη άπω επαναρρόφηση Na+

• καταστέλλεται η έκκριση του κολπικού νατριουρητικού πεπτιδίου

• Όταν η υπογκαιμία είναι σημαντική, διαμέσου της αγγειοτενσίνης και της νοραδρεναλίνης επιτελείται μείωση του GFR και αυξημένη επαναρρόφηση νατρίου στα εγγύς σωληνάρια και στο ανιόν σκέλος της αγκύλης του Henle με αποτέλεσμα την περαιτέρω κατακράτηση νατρίου

Έκπτυξη του εξωκυττάριου όγκου

• Αυξάνεται η έκκριση του κολπικού νατριουρητικού πεπτιδίου και μειώνεται η απελευθέρωση αλδοστερόνης οδηγώντας σε έκκριση της περίσσειας νατρίου

• Σημαντική νατριούρηση προκαλεί η αύξηση της συστηματικής αρτηριακής πίεσης (pressure natriuresis phenomenon)

Ο ρόλος της ADH

• Η έκκριση της ADH λαμβάνει χώρα ως απάντηση στην αύξηση της τονικότητας (Posm) του πλάσματος ή στη μείωση του όγκου του πλάσματος

• Η υπογκαιμία είναι λιγότερο ισχυρό ερέθισμα για την έκκριση της ADH (σε σύγκριση με την αύξηση της Posm)

• Ενώ μια αύξηση της Posm κατά 1% αυξάνει την απελευθέρωση της ADH, μικρές μειώσεις του όγκου, ενώ είναι ικανές να αυξήσουν την έκκριση της νοραδρεναλίνης και της ρενίνης, έχουν μικρή επίδραση στην έκκριση της ADH

ADH και υπογκαιμία

• Για να αυξηθεί η έκκριση της ADH από την υπογκαιμία πρέπει να έχει επέλθει σημαντική ελάττωση του δραστικού κυκλοφορούντος όγκου αίματος (κατά 10% και πλέον), ώστε να προκληθεί μείωση της συστηματικής αρτηριακής πίεσης.

• Από τη στιγμή που θα εμφανισθεί υπόταση, απελευθερώνονται μεγάλες ποσότητες ADH ( ακόμη κι αν η δραστική Posm είναι χαμηλή)

• Τα επίπεδα της ορμόνης στην κυκλοφορία υπερβαίνουν σημαντικά τα αντίστοιχα που προκαλούνται από την υπερωσμωτικότητα

Ογκορύθμιση VS Ωσμωρύθμιση

Όταν συνυπάρχουν μεταβολές όγκου και τονικότητας, ο οργανισμός επιλέγει τη

διατήρηση του εξωκυττάριου όγκου

ΥΠΟΟΓΚΑΙΜΙΑ & ΥΠΟΝΑΤΡΙΑΙΜΙΑ ( Posm)

ADH ADH

ADH

Βελτίωση του ισοζύγιου του όγκου

Επιδείνωση της υπονατριαιμίας

Ωσμωτικότητα vs Όγκος Πλάσματος

Σε περίπτωση υποτονικότητας και

υπο-ογκαιμίας ταυτόχρονα, η

τονικότητα του πλάσματος

“θυσιάζεται” υπέρ της διατήρησης

του όγκου με συνέχιση της έκκρισης

της ADH

Επιθηλιακή μεταφορά του ύδατος και των ηλεκτρολυτών

Phospholipidbilayer

Hydrophobic regionsof protein

Hydrophilicregions of protein

Κυτταρική μεμβράνη

Κυτταρική μεμβράνηΚυτταρική μεμβράνη

Υδρόφοβα μόρια διέρχονται ευχερώς, τα υδρόφιλα όχι

Μικρά μόρια και μεγαλύτερα υδρόφοβα διέρχονται εύκολα π.χ O2,

CO2, H2O

Ημιδιαπερατή μεμβράνηΗμιδιαπερατή μεμβράνη

Παθητική μεταφορά

Απλή διάχυση

Δεν απαιτείται ενέργεια

Διακίνηση από υψηλή προς χαμηλή συγκέντρωση παραδείγματα: διάχυση Ο2 & Η2Ο

εντός κυττάρων και έξοδος του CO2

46

Διάχυση διαμέσου μιας μεμβράνηςΔιάχυση διαμέσου μιας μεμβράνης

Cell membrane

Solute moves DOWN concentration gradient (HIGH to LOW)

Διάχυση τουΔιάχυση του H H22O O διαμέσου μιας διαμέσου μιας μεμβράνηςμεμβράνης

Low solute concentration High solute concentration

Phospholipidbilayer

Hydrophobic regionsof protein

Hydrophilicregions of protein

Η ελεύθερη διάχυση των ιόντων περιορίζεται από τη λιπιδιακή διπλοστοιβάδα των κυτταρικών μεμβρανών

Επιθηλιακή μεταφορά των ηλεκτρολυτών

Η διακυτταρική μεταφορά ιόντων διαμέσου των

επιθηλιακών κυττάρων γίνεται με τη βοήθεια

αντλιών, καναλιών (διαύλων), μεταφορέων,

ανταλλαγέων και αντιμεταφορέων

Παθητική μεταφορά

Διευκολυνόμενη διάχυση

Δεν απαιτείται ενέργεια

Διακίνηση από υψηλή προς χαμηλή συγκέντρωση

Ενεργητική μεταφορά

Απαιτείται ενέργεια ή ATP

Διακίνηση από χαμηλή προς υψηλή συγκέντρωση

Επαναρρόφηση νατρίου και νερού

Νεφρικός χειρισμός Na+ και ύδατος

Active sodiumPassive water

Sodium only (no water)Makes dilute urine

Water:ADH-sensitive

Sodium: 25 mol/dWater: 150 L/d

Sodium: 100-200 mmol/dWater: 1-2 L/d

Sodium:Aldosterone-sensitive

Διακυτταρικά (διαμέσου των κυττάρων)

Παρακυτταρικά (μεταξύ των κυττάρων)

Επαναρρόφηση

Περιοχή αίματοςΈκκριση

Eπαναρρόφηση του Νa+ (1)

Η επαναρρόφησή του Νa+ επιτελείται

με μηχανισμούς ενεργητικής και

παθητικής μεταφοράς

Eπαναρρόφηση του Νa+ (2)

• Το Νa+ μεταφέρεται ενεργητικά (με τη δράση της Na+-K+-ATPάσης) δια της πλάγιας-βασικής μεμβράνης των σωληναριακών κυττάρων προς τον περισωληναριακό χώρο

• Πτώση της ενδοκυττάριας συγκέντρωσης του Νa+ & δημιουργία έντονα αρνητικής τιμής δυναμικού (-70 mV)

• Μετακίνηση του Νa+ από τον αυλό του σωληναρίου μέσα στο κύτταρο με διάχυση

Eπαναρρόφηση του Νa+ (3)

Η είσοδος του Νa+ στα σωληναριακά κύτταρα

επιτελείται με ποικίλους μηχανισμούς στα διάφορα

τμήματα του νεφρώνα π.χ. διαμέσου του Na+-H+

ανταλλαγέα και του συμμεταφορέα Na+-γλυκόζης

στα εγγύς σωληνάρια και του μεταφορέα Na+-K+-2Cl-

στην αγκύλη του Henle

Επαναρρόφηση νερού

• Ωσμωτική μετακίνηση του νερού προς

την ίδια κατεύθυνση που μεταφέρονται

ωσμωτικά δραστικές ουσίες

• Στις τελευταίες περιοχές του νεφρώνα η

επαναρρόφηση του νερού είναι

ανεξάρτητη από τη μεταφορά

ηλεκτρολυτών (ελέγχεται από την ADH)