2. BILANCIO IDROELETTROLITICO IN BIOCHIMICA CLINICA

•Lo studio dei parametri biochimici correlati al bilancio idroelettrolitico si applica ad una vasta gamma di condizioni patologiche [ipertensione, alterata funzione renale, diabete, iperventilazione, vomito, diarrea, sudorazione, diuretici, etc.]

•Il Bilancio Idroelettrolitico complessivo risiede nell’equilibrio tra ‘intake’ (cibo, liquidi) e ‘loss’ (urine, feci, sudore, espirato) di acqua ed elettroliti

Filtrare il sangue per produrre urine

• Escrezione di scorie– Creatinina – Urea – Acido urico

• Regolare il bilancio idrico• Conservare:

– Elettroliti– Glucosio– Aminoacidi

MANTENIMENTO ENTRO STRETTI LIMITI FISIOLOGICI DEL VOLUME E DELLA COMPOSIZIONE DEI LIQUIDI CORPOREI

REGOLAZIONE DELL’ EQUILIBRIO ACIDO BASE E pH

Mantenere il bilancio acido-baseFunzioni ormonali

25(OH) vit D Tubulo / PTH 1,25 (OH)2 vit DIpossia tubulo eritropoietinaIponatriemia / ipoperfusione

apparato iuxtraglomerulare secrezione renina

Distribuzione dell’acqua corporea nell’adulto

% del peso % dell’acqua

corporeo totale corporea

Plasma 4.5 7.5

Interstiziale 12.0 20.0

Connettivo/cartilagine 4.5 7.5

Osso 4.5 7.5

Extracellulare totale 27 45

Intracellulare totale 33 55

Assunzione e perdita giornaliera di acqua nel soggetto adulto

Assunzione ml Perdita ml

Bevande 1500 Urine 1500

Alimenti 750 Feci 50

Metabolismo dei cibi 250 Perspirazione 950

Totale 2500 2500

Totale CEC CIC

Corporeo

Sodio (mmol) 2800 2300 500

Potassio (mmol) 3000 60 2840

Acqua (L) 40 14 26

La concentrazione degli elettroliti è indicata in meq/l (milliequivalenti/litro);

il milliequivalente è la millesima parte del peso atomico di uno ione, espresso in grammi, diviso per il numero di cariche elettriche presenti nello ione stesso. In tal modo 1 meq contiene sempre lo stesso numero di ioni, indipendentemente dalla sostanza.

Plasma

mEq/L

Liquido interstiziale

mEq/L

Cellula muscolare scheletrica

mEq/L

CATIONI

Sodio

Potassio

Calcio

Magnesio

ANIONI

Cloro

Bicarbonato

Fosfato

Proteine

143

4

2

1

105

24

2

14

145

4

2

1

117

27

2

0

12

150

4

34

4

12

40

50

Composizione elettrolitica media dei liquidi corporei

ATP + H2O ADP + Pi + H+ + energia

POMPA SODIO POTASSIO

Na+, K+, Mg++

OSMOSI

•L’Osmosi è il processo passivo che determina il movimento del solvente tra due soluzioni separate da una membrana semi-permeabile, permeabile al solvente ma non al soluto (il solvente passa dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata fino al raggiungimento dell’equilibrio).

•L’Osmosi dipende dal numero delle particelle disciolte in soluzione indipendentemente dalla loro forma, dimensione o carica elettrica, purchè non permeabili attraverso la membrana.

•Questo processo è di particolare importanza fisiologica perché da esso dipende la distribuzione dell’acqua tra CEC e CIC ma anche tra settore interstiziale e plasmatico.

Legge di Gibbs-Donnan

Stabilisce le modalità di ripartizione degli elettroliti e delle proteine quando si trovano in due compartimenti separati da una membrana dializzante (es. plasma-liquido interstiziale):

1. la concentrazione degli ioni diffusibili è uguale ai due lati della membrana

2. da entrambi i lati la somma degli ioni positivi è uguale alla somma degli ioni negativi

3. dal lato dove è presente la proteina (plasma) la concentrazione degli elettroliti è minore rispetto all’altro (liquido interstiziale)

PRESSIONE OSMOTICA

La distribuzione dell’acqua nei vari compartimenti corporei (intracellulare, interstiziale e vascolare) è regolata dalla OSMOLALITA’ e dalla PRESSIONE ONCOTICA.

Tre sono i fattori principali che regolano questo fenomeno:

1. La concentrazione relativa degli ioni nei compartimenti;

2. Il gradiente di concentrazione fra le membrane;

3. Le dimensioni delle molecole.

•La pressione osmotica è proporzionale alla concentrazione osmolare.

•L’unità di misura della concentrazione osmolare è l’Osmole (Osm): corrisponde a 1 mole della sostanza se questa rimane indissociata (il glucosio e l’urea) mentre una mole di NaCl è pari a due Osmoli e una mole di CaCl2 corrisponde a tre Osmoli.

•La concentrazione osmolare influenza le proprietà colligative della soluzione [punto di ebollizione e congelamento]

OSMOLARITA’: n° di osmoli per unità di volume di soluzione (mmol /L)

OSMOLALITA’: n° di osmoli per unità di volume di solvente (mmol/Kg)**non è influenzata dalla temperatura

•tiene conto del numero effettivo di particelle che si formano in soluzione (per es. una mole di NaCl è pari a 1863 milli-osmole)•le sostanze osmoticamente attive nel plasma sono principalmente gli elettroliti•le proteine a causa dell’elevato peso molecolare contribuiscono in maniera molto ridotta alla osmolalalità totale (pressione colloidoosmotica).

Pressione colloido-osmotica

La pressione osmotica delle proteine del plasma è di poco più di 1mOsm/Kg ed è pari a 22 mmHg.

Il maggiore apporto (oltre l’80%) allla pressione colloido-osmotica del sangue è dato dall’albumina:

elevata concentrazionebasso peso molecolare

Le variazioni delle concentrazioni dell’albumina nel sangue:

- modificano sensibilmente la pressione colloido-osmotica- quindi anche gli scambi di acqua tra plasma e spazio interstiziale.

•La tecnica più diffusa per la misura dell’Osmolarità si basa sulla misura della diversa temperatura di congelamento della soluzione:

•Nelle soluzioni acquose 1 Osm di qualsiasi soluto in 1 Kg di acqua abbassa il punto di congelamento dell’acqua di 1.86°.

•L’osmolalità plasmatica è compresa tra 275 –295 mOsm/Kg di H2O.

Contributo approssimativo dei costituenti del plasma al mantenimento dell’osmolalità

Sostanza osmolalità

mOsm/kg

Sodio 135

Potassio 3.5

Calcio ione 1.5

Magnesio 1

Urea* 5

Glucosio 5

Proteine 1

*liberamente diffusibile attraverso la membrana cellulare e quindi non genera pressione osmotica

280 mOsm/Kg

H2O

K+=140mEq/L

25 litri

280 mOsm/Kg

H2O

Na+=140mEq/L

17 litri

ICF ECF

290 mOsm/Kg

H2O

K+=145mEq/L

24.1 litri

290 mOsm/Kg

H2O

Na+=145mEq/L

17.9 litri

ICF ECF

420mEq NaCl

Volume

270 mOsm/Kg

H2O

K+=135mEq/L

25.9 litri

270 mOsm/Kg

H2O

Na+=135mEq/L

17.6 litri

ICF

1.5 L H2O

280 mOsm/Kg

H2O

K+=140mEq/L

25 litri

280 mOsm/Kg

H2O

Na+=140mEq/L

18.4 litri

ICF ECF

1.5 L NaCl fisiol

La regolazione del bilancio idrico avviene con due meccanismi:

la sete, stimolo originato dalla regione talamo-ipotalamica, che regola grossolanamente la quantità di liquido ingerito,

e

l'ormone antidiuretico (ADH), secreto dalla neuroipofisi, che regola la permeabilità del tubulo distale del rene.

1. La stimolazione dell’ADH è intorno a 280 mOsm/Kg

2. L’insorgenza della sete si manifesta intorno a 290 mOsm/Kg acqua (aumento del 2-3%).

ADH (vasopressina)Ipotalamo Neuroipofisi

La formazione e la secrezione è regolata da gli osmorecettori ipotalamici (var. 2%) e barorecettori nell’atrio destro e nel seno carotideo (var 10%).FUNZIONE: Riassorbimento di acqua a livello dei dotti collettori distali

MECCANISMO DI REGOLAZIONE DELL’ACQUA. 1

Meccanismo esclusivamente renale:• ultrafiltrazione (175 l/die)• riassorbimento tubulare (99%): 80% t. contorto prossimale (H2O e Na)

• tratto discendente di Helne (H2O)• tratto ascendente di Henle (Na e Cl)• t. contorto distale (ADH*H2O)

*in mancanza di ADH (diabete insipido) diuresi acquosa massiva a bassa osmolalità (fino a 20 mOsm/Kg)

• diminuzione del volume dell’acqua (1-2%)• aumento dell’osmolalità centro della sete** (nervo vago, glosso faringeo, nuclei ipot.)

1. stimolazione degli osmorecettori ipotalamici2. aumentata produzione di ADH3. aumentato riassorbimento di acqua nel neurone distale4. stimolazione dei barorecettori5. inibizione della secrezione di renina (aldosterone)

**il centro della sete è localizzato nell’area pre-ottica e la parte anteroventrale del terzo ventricolo. La sete interviene quando l’osmolarità supera 295 mOsm/Kg e comunque dopo lo stimolo alla secrezione di ADH.

MECCANISMO DI REGOLAZIONE DELL’ACQUA. 2

Hyperosmolarity

Osmolarità ovvero Volume plasmatico

Sete ADH

Apporto H2O Eliminazione H2O

Ritenzione di H2O

Osmolarità

ADH

SETE

DISIDRATAZIONE

disidratazione grave: perdita di acqua superiore all'8-10% del peso corporeo. I sintomi sono molto gravi. La possibilità di sopravvivenza è intorno al 50%. La reidratazione per via parenterale è indispensabile.

disidratazione media: perdita di acqua dal 5% all'8% del peso corporeo. I sintomi non sono allarmanti come nel primo caso. La possibilità di sopravvivenza è più elevata. Dopo le prime 12 ore, durante le quali deve essere effettuata la terapia per via parenterale, il paziente può essere trattato per via orale.

disidratazione lieve: perdita di acqua inferiore al 5% del peso corporeo. In questo caso si può effettuare solo la reidratazione per via orale.

DDISIDRATAZIONE ISOTONICA ( Volume extracellulare)

1. Emorragie

2. Ustioni estese

3. Perdita urinaria di liquidi isotonici e isoelettrici

4. Perdita isotonica di liquidi gastroenterici

• Diminuzione dei volumi extracellulari senza variazione di quelli intracellulari

• Sintomatologia : sete, oliguria, secchezza

• Terapia: soluzione fisiologica o plasma

DISIDRATAZIONE IPERTONICA (deficienza di acqua):

1. Mancanza d’acqua

2. Difficoltà di ingestione (coma, bambini, lesioni cerebrali)

3. Sudorazione, iperventilazione, febbre

4. Poliuria ipotonica (diabete insipido)

5. Poliuria osmotica (diabete scompensato, nefrite cronica, morbo di Addison)

•Ipernatriemia, aumento dell’ematocrito, delle proteine plasmatiche e dell’urea.•Sintomatologia : sete, oliguria•Terapia: acqua, glucosata

DISIDRATAZIONE IPOTONICA (deplezione di sodio):

1. Iatrogena (diete prive di Na)

2. Vomito, diarrea, sudorazione (seguite da assunzione di liquidi con scarso contenuto di Na)

3. Deficit di ritenzione di Na (morbo di Addison)

•Iponatriemia, ridotta osmolalità,•aumento dell’ematocrito e delle proteine plasmatiche .Sintomatologia : oliguria senza sete •Terapia: acqua, glucosata

ESPANSIONE ISOTONICA ( aumento dell’acqua e del sodio)

Espansione di liquidi extracellulariEdema generalizzato (arti, versamenti pleurici, ascite)

Insufficienza cardiacaCirrosiMalassorbimento proteico

Ridotta eleminazione di Na e H2O (oliguria) Diminuzione dei volumi extracellulari senza variazione di quelli

intracellulariSintomatologia : sete, secchezzaTerapia: soluzione fisiologica o plasma

Sistema renina-angiotensinaNa - K plasmaSistema simpaticoPressione arteriosarenina (app. iuxtaglomerulare) angiotensinogeno angiotensina I angiotensina II

vasocostrizione aldosterone

Aldosterone è il principale mineral-attivo

Riassorbimento attivo di Na+Escrezione di K+ e H+

Ormone natriureticoProdotto dalle miocellule dell’atrio sinistro.In caso di ipervolemia provoca una diminuzione del riassorbimento del Na nel tubulo prossimale e nel dotto collettore

PRINCIPALI FUNZIONI DEL SODIO e POTASSIO

. mantenimento dell’equilibrio osmotico

. mantenimento dell’acqua e della sua distribuzione

. mantenimento dell’elettroneutralità

. concorrono alla regolazione dell’equilibrio acido base

. mantengono, insieme al Ca, l’eccitabilità neuromuscolare

. funzionano da attivatori e cofattori per numerosi enzimi chiave

Sodio (Na+)

•La sua concentrazione plasmatica si trova intorno a 140 meq/l (135-145).

•Quando la concentrazione del Na+ sierico oltrepassa i 150 meq/l si ha l'ipernatriemia (deplezione idrica). •Le cause sono in genere la disidratazione provocata da vomito e diarrea oppure eccessiva secrezione di aldosterone.• I sintomi sono analoghi a quelli della disidratazione.

•Quando la concentrazione di Na+ sierico scende sotto i 125 meq/l si ha I'iponatriemia. •Le cause sono molteplici: le più frequenti sono iperidratazione, vomito incoercibile, diarrea irrefrenabile, nefropatie. •La terapia consiste nella somministrazione cloruro di sodio per via orale o endovenosa

Potassio (K+)

Nelle cellule la sua concentrazione è in media di 150 meq/l, mentre nei liquidi extracellulari la sua concentrazione è di 3.4-5.2 meq/l.

Quando la concentrazione di potassio sierico scende sotto i 3 meq/l si ha ipopotassiemia. Le cause sono: vomito, diarrea, squilibri ormonali (iperaldosteronismo, s.di Cushing) I sintomi sono: astenia, tetania, segni ECG.

Quando la concentrazione del potassio sierico supera i 6 meq/l si ha iperpotassiemia. Le cause possono essere: insufficienza renale, disidratazione, ipoaldosteronismo (m. di Addison). I sintomi sono: scompensi cardiaci e fibrillazione ventricolare.

Iperkalemia• diversa velocità di redistribuzione/eliminazione• eccesso di somministrazione• diminuita escrezione (ipoaldosteronismo)• redistribuzione (lesioni, denutrizione)• ridotta escrezione renale (chetoacidosi diabetica con deficit della

pompa sodio-potassio).

Sintomi• effetti tossici del potassio• alterazioni dell’ECG• bradicardia, asistolia

Significato clinico della concentrazione plasmatici del potassio.2

L’identificazione di appropriati parametri biochimici per lo studio della distribuzione dell’acqua e dei principali elettroliti può essere così schematizzata:

1° livello diagnostico

Sodio (95% extracellulare)

Potassio (95% intracellulare)

Cloro (extracell.)

Magnesio (intracell.)

Fosfati (intracell.)

2° livello diagnostico

Renina o Attività Reninica

Aldosterone

Catecolamine

Ormone Antidiuretico (ADH)