Elektrolyty Na+ K+ Ca++ Mg++ Chloridy Fosfáty Sulfáty Organické kyseliny Proteiny Kationty: Kationty celkově: Anionty Bikarbonáty Anionty celkově: Pla

Transkript

1 Obecná patofyziologie metabolismu vody a elektrolytů. Poruchy intravaskulárního objemu a tonicity Tělesné kompartmenty tekutin Voda je v organismu kompartmentalizovaná do několika oddílů. Intracelulární tekutina (ICF) zahrnuje /3 celkové vody. Primárně se jedná o roztok K+ a organických aniontů, proteinů etc. Regulace: buněčné membrány + buněčný metabolismus. Tělesné kompartmenty tekutin Extracelulární tekutina (ECF) zahrnuje zbývající /3 tělesné vody. ECF je primárně roztok NaCl a NaHCO3. ECF se dále dělí na 3 subkompartmenty: Intersticiální tekutina (ISF) obklopuje buňky, ale necirkuluje. Zahrnuje asi 3/4 ECF. Plasma cirkuluje jako extracelulární komponenta krve. Je to /4 ECF. Transcelulární tekutina je tekutina mimo tyto kompartmenty (- litry- cerebrospinální tekutina, trávicí šťávy, hlen etc.). Speciální poznámky: Všechny kompartmenty jsou v osmotické rovnováze (s výjimkou přechodných změn). Ionty a malé molekuly roztoků, které tvoří ECF, jsou v rovnováze, při podobných koncentracích v každém subkompartmentu. Objem ECF je proporcionální celkovému obsahu Na+. 40% x 70 kg = 8 l vody Intracelulární tekutina =40% Intersticiální tekutina 0 l Extracelulární tekutina=0% Celková tělesná tekutina = 60% hmotnosti P T l a r s a Pravidlo : mn a s 60 % tělesné hmotnosti je,, voda 4 L 40% tělesné hmotnosti L jsou intracelulární tekutiny 0% tělesné hmotnosti je extracelulární tekutina Iontové složení tělesných tekutin: Plasma obsahuje cca 7 volumových % proteinů a lipidů. Aktivita iontů je limitovaná obsahem vody v roztoku. Některé ionty se vážou na proteiny nebo jiné ionty.

2 Elektrolyty Na+ K+ Ca++ Mg++ Chloridy Fosfáty Sulfáty Organické kyseliny Proteiny Kationty: Kationty celkově: Anionty Bikarbonáty Anionty celkově: Plasma, (meq/l) [molarita] Plasmatická voda (meq/l) [molalita] Intersticiální tekutina (meq/l) Intracelulární tekutina (meq/l) Výměna mezi intracelulárními a extracelulárními kompartmenty: V buňkách se objevují osmotické toky, pokud vzniká osmotický gradient mezi intracelulárními a extracelulárnímu tekutinami. V celém těle jsou tyto kompartmenty vždy v osmotické rovnováze přesto, že složení tekutin v těchto kompartmentech může být velmi odlišné. Přidání nebo odebrání vody nebo solutů jednomu nebo několika tělesným kompartmentům povede k výměně vody mezi ICF a ECF, pokud došlo k narušení osmotické rovnováhy Výměna mezi intracelulárními a extracelulárními kompartmenty: ICF a ECF jsou odděleny membránami buněk. Bílkovinné komponenty buněčných membrán zaručují podstatnou část permeability membrán pro vodu při pozorném řízení selektivní permeability pro ionty. Buněčné membrány jsou flexibilní. Jestliže voda teče dovnitř (ven) do (z) buněk, roztahují se (kontrahují). Hydrostatické tlaky proto nehrají signifikantní roli a osmóza vede spíše k tokům než ke změnám tlaku. Osmóza se objevuje, pokud vzniká gradient nepropustného solutu přes membránu permeabilní pro vodu. Membránové transportní mechanismy Póry v buněčné membráně dané strukturou transmembranózních bílkovin umožňují pasáž malých iontů (H +, K +, Na + ) přes membránu pasivní difuzí p es tuto bílkovinu (= iontový kanál). Nebo transmembránový protein může investovat energii obyčejně z ATP do aktivace přesunu iontů přes buněčnou membránu. V tom případě se chová jako jako iontová pumpa. Nejobvyklejší transportní mechanismy: jednoduchá difúze usnadněná difúze aktivní transport Transportní mechanismy Pohyb tekutin je umožněn primárně působením tlaku. Hydrostatický tlak způsobuje pohyb tekutin a látek v nich rozpuštěných přes póry v plasmatické membráně. Tento pohyb je úměrný tlakovému gradientu, ploše a propustnosti této bariéry. Difúze Náhodný pohyb molekul z místa s vyšší koncentrací do místa s nižší koncentrací. Difúze různých látek spolu neinterferují. Látky mohou překročit membrány difúzí, pouze pokud jsou hydrofobní nebo přestupují přes tight junctions. Difúze vody podle koncentračního gradientu se nazývá osmóza.

3 Usnadněná difúze Proteiny fungují jako nosiče nebo póry, které dovolují průnik látek, které nemohou projít přímo, bez pomoci. Tento pohyb je ještě pasivní, z místa vyšší koncentrace do místy nižší koncentrace difundující látky Funguje jen přes buněčné membrány. Příbuzné látky mohou soutěžit o stejného nosiče nebo póry. Maximální transport je charakterizován jako Tm (transportní maximum). Usnadněná difúze Usnadněná difúze využívá membránových proteinových kanálů k tomu, aby molekuly s nábojem (které jinak nemohou proniknout přes membránu) volně difundovaly dovnitř a ven z buňky. Časté jsou zejména kanály pro transport K +, Na + a Cl -. Rychlost usnadněné difúze je limitována počtem dostupných molekul kanálů na rozdíl od difúze, jejíž rychlost je závislá pouze na koncentračním gradientu. Rozdíly v transportní rychlosti mezi pasivním transportem, usnadněnou difúzí a aktivním transportem Výměna tekutin mezi plasmou a intersticiální tekutinou Vodné roztoky plasmy a intersticiální tekutiny se vyměňují přes stěny kapilár. Primární síly, které řídí tuto výměnu, jsou: Hydrostatický tlak Osmóza Osmóza: Osmóza je difúze vody podél jejího koncentračního gradientu. Čistá voda má molekulární váhu 8 g/m, takže její koncentrace je asi 55 M!

4 Osmóza Soluty zabírají místo, které by za jiných okolnosti vyplňovala voda v roztoku, a jsou často asociovány s molekulami vody, což snižuje jejich aktivitu (efektivní koncentrace). Buněčné membrány jsou pro vodu propustné, ale nepropouštějí všechny nebo žádné rozpuštěné látky. Za těchto podmínek znamená gradient této látky také gradient v koncentraci volné vody. Osmóza Hydrostatický tlak může také způsobovat pohyb vody. Pokud působí proti osmotickému gradientu, může být osmotický tok zpomalen nebo dokonce zastaven. Pokud je hydrostatický tlak tak velký, že je schopen zastavit osmózu, dochází k rovnováze. Osmolarita versus tonicita: Osmolarita měří efektivní gradient pro vodu za předpokladu, že osmoticky účinné látky nikam neprostupují. Je to jednoduše počet rozpuštěných částic. Proto 300 mm roztok glukózy, 300 mm roztok urey a 50 mm roztok NaCl mají stejnou osmolaritu. Buňka se v těchto roztocích chová různě: Ve 50 mm roztoku NaCl budou stejné osmotické síly na obou stranách buněčné mebrány (NaCl neprochází přes buněčnou membránu) a buňka si podrží svůj objem. Urea velmi dobře prochází přes buněčné membrány. Proto buňka v 300 mm roztoku urey rychle oteče, protože urea i voda rychle do buňky vstoupí. Osmolarita versus tonicita: Tonicita je funkční termín, který popisuje tendenci roztoku odolat expanzi extracelulárního objemu. Dva roztoky jsou izoosmotické, pokud obsahují stejný počet rozpuštěných částic bez ohledu na to, jak mnoho vody proteče přes danou membránu. Dva roztoky jsou izotonické, pokud nedojde k žádnému pohybu vody přes membránovou bariéru bez ohledu na to, jak mnoho částic je v nich rozpuštěných. 50 mm roztok NaCl bude izoosmotický a zároveň i izotonickýbuňka v něm nebude otékat ani se nebude svrašťovat. V izoosmotickém roztoku 300 mm urey dojde k otoku buňky až k jejímu prasknutí, protože tento roztok urey se bude chovat jako hypotonický. Aktivní transport Aktivní transport jako jediný umožňuje přesun po i proti koncentračnímu gradientu. Je limitován počtem přítomných molekul transportérů. Primární-membránový protein sám spotřebovává energii (obvykle získanou hydrolýzou ATP) ke konformační změně, která umožňuje transport molekuly přes tento protein ( Na + -K + pumpu). Primární aktivní transport Sekundární

5 Sekundární aktivní transport Regulace volumu a tonicity Voda: asi l,5 l se vyměňuje denně nezbytně (z toho moče musí být min. 0,5 l), zbytek obratu je fakultativní. Reguluje se příjmem (žízní) a vylučováním moče (adiuretinem). Tonicita se reguluje vodou, cirkulující objem v poslední instanci sodíkem. Regulace volumu a tonicity Kombinace poruch volumu a tonicity v extracelulárním prostoru (9 teoreticky možných kombinací) 5 6 Přehled poruch volumu a tonicity včetně příčin Poruchy tonicity poruchy vody: stavy, 4, 6, 9 Poruchy volumu poruchy sodíku: stavy, 3, 8, 7 8

6 Vysvětlivky k obrázku: a přehnaná kompenzace hyperosmolality (stav 9) vodou b kompromis pomocí ADH: hypervolemie nestoupá při značném vzestupu Na EC tak výrazně, aby se udržela izoosmolalita c pokles efektivního krevního volumu d tři faktory retence Na (GFR, aldosteron, 3. faktor) e pomocí ADH f nesteroidní antiflogistika (acetylosalicylová kyselina, salicylát sodný, fenacetin, paracetamol) tlumí ochranné prostaglandiny v ledvině pokles GFR g SIADH je klinicky euvolemický, subklinicky hypervolemický h pomocí žízně a ADH, předpokládá se ovšem i jistá ztráta soli i ačkoliv může být dehydratace těla při ztrátě hypotonických tekutin značná, pokles cirkulujího volumu bývá při ní zanedbatelný (čistá ztráta vody hrazena z 90% nikoliv z cirkulujícího objemu) j je-li ztráta vody o dost vyšší než ztráta soli, může být snížení Na EC provázeno zvýšením P Na k organizmus masivně ztratil sůl i vodu, rychlou zpětnou vazbou přes žízeň a ADH se však v této extrémní situaci snaží zachovat spíš objem, což se mu zdaří jen zčásti, a ještě za cenu hypotonie (opět kompromis); ztráty soli jsou zde hrazeny pouze pitím l Na v moči < 0 mmol/l m Na v moči > 0 mmol/l příčinou ztráty Na je moč sama n při malém objemu moče Na v moči > 600 mmol/l STAV hyperhydratace hypoosmolální Tělo dostává (zadržuje) převážně vodu infuze glukózových roztoků, nefrotický sy cirhoza psychogenní polydipsie renální oligo/anurie při zvýš. tubul. rezorpci vody, SIADH, chlorpropamid selhání srdce renální oligo/anurie sníž. GFR, zvl. je-li podána voda nebo glukózový roztok STAV hyperhydratace izoosmolální Tělo dostává (zadržuje) vodu izoosmoticky iv. infuze izoosmotických tekutin nefrotický syndrom cirhoza selhání srdce nesteroidní antiflogistika selhávající ledvina (GFR ) akutně i chronicky, zvl. jsou-li podávány izoosmotické roztoky

7 Důsledky hypervolémie Hypervolémie zvýšené předtížení levé komory zvýšený srdeční výdej srdeční výdej * nezměněný perif. odpor = = arteriální tlak arteriální tlak hydrostatický kapilární tlak filtrace do IC prostoru edém STAV 3 hyperhydratace hyperosmolální Tělo dostává (zadržuje) převážně Na + masivní příjem Na + (per os, mořská voda, i.v.) primární nadbytek mineralokortikoidů akutní nemoci glomerulů oboustranná parench. onem. ledvin s chronickou ledv. nedostatečností (GFR < 0 ml/min) STAV 7 dehydratace hypoosmolální Tělo ztrácí převážně Na + aliment. nedost. soli v kombinaci se ztrátami primární nedostatek mineralokortikoidů renální ztráty soli: polyurie při akutním sehání ledvin ztráta hypotonických tekutin osmotická diuréza tlaková diuréza u extrémně TK BARTTERŮV sy abusus diuretik STAV 8 dehydratace izoosmolální Tělo propouští vodu izoosmoticky ztráta krve nebo plazmy, popáleniny punkce ascitu průjem, žlučový drén, píštěle únik do intersticia nebo 3. prostoru rozdrcení tkání, střevní obstrukce, pankreatitis STAV 9 dehydratace hyperosmolální Tělo nedostává (propouští) převážně vodu zvracení průjem pocení insenzibilní ztráty hyperventilace, horečka, horko hyperglykémie u diabetes mellitus mannitol snížená žízeň bezvědomí novorozenci diabetes insipidus (centrální) osmot. diuréza u diabetes mellitus diabetes insipidus (nefrogenní) polyurie při akutním selhání ledvin Není-li porušen přísun vody a Na + je normální, nemůže stav 9 dlouho přetrvat.

8 Přehled vlivu renální patologie na volum a osmolalitu EXKRECE Na a H O NA PŘÍKLADECH RŮZNÝCH PATOFYZIOLOGICKÝCH STAVŮ STAV AKUTNÍ SELHÁNÍ LEDVIN Na RETENCE H O RETENCE LEDVIN INICIÁL. FÁZE (ANURIE, OLIGURIE) STAV Na H O NEJČ. JAKO PREREN. AZOTÉMIE FÁZE RESTITUCE EXKRECE EXKRECE AKUTNÍ NEMOCI GLOMERULŮ RETENCE RETENCE (POLYURICKÁ) - LEDVINA ZTRÁCEJÍCÍ SŮL STENÓZA ART. RENALIS RETENCE RETENCE VELMI ZVÝŠENÝ TK EXKRECE EXKRECE TLAKOVÁ DIURÉZA PRERENÁLNÍ AZOTÉMIE RETENCE RETENCE Edematózní stavy ÚČELNÉ K ÚPRAVĚ TK NEBO VOLUMU CHRONICKÉ SELHÁNÍ LEDVIN BEZ BEZ (AŽ DO POKROČILÉHO STUPNĚ) PORUCH PORUCH GFR < 0-0 ml/min RETENCE RETENCE TUBULOINTERSTICIÁLNÍ NEMOCI, EXKRECE EXKRECE ADRENÁLNÍ INSUFICIENCE, DIURETI- KA, NEFROPATIE ZTRÁCEJÍCÍ SŮL (např. CHSL) 7 * s výjimkou primární renální retence