Acqua, elettroliti ed equilibrio acido-base

L’adattamento dei mammiferi alla vita terrestre ha comportato lo sviluppo di

complessi meccanismi fisiologici di controllo dell’omeostasi che includono

diversi sistemi tampone e di regolazione dell’acqua, degli elettroliti e del pH a

livello intracellulare ed extracellulare.

L’acqua svolge un ruolo essenziale nel mantenimento di tale omeostasi:

✓ attraverso il trasporto di sostanze nutritive, elettroliti ed ossigeno alle cellule

✓ attraverso l’escrezione di cataboliti

✓ attraverso la regolazione della temperatura corporea

Distribuzione dell’acqua nell’organismo

Uomo 70 kg: in media possiede 42 litri di acqua (~60% del peso corporeo)

ICF, LIC

ECF, LEC

Si parla di equilibrio dei fluidi quando nell’organismo sono presenti le quantità necessarie

di acqua e di soluti e sono distribuite equamente nei vari compartimenti.

EQUILIBRIO IDRICO

BILANCIO IDRICO

BILANCIO IDRICO

Un meccanismo omeostatico induce l’introduzione di liquidi

quando si verifica una eccessiva perdita di acqua.

Un’area dell’ipotalamo, chiamata centro della sete, regola l’impulso di bere. Quando

la perdita di acqua è maggiore dell’assunzione, si va incontro a disidratazione con

diminuzione del volume e aumento della pressione osmotica del sangue, che provoca

lo stimolo della sete.

Il mantenimento dell’omeostasi dell’acqua è fondamentale per la sopravvivenza di tutti

gli organismi. Nei mammiferi la preservazione della costanza della PRESSIONE

OSMOTICA e della distribuzione dell’acqua nei diversi compartimenti corporei è

intimamente associata alla regolazione di SODIO, POTASSIO, CLORURO e BICARBONATO

Anche per gli elettroliti, l’equilibrio si instaura quando la quantità di elettroliti assunta da

tutte le fonti è uguale alla quantità persa.

BILANCIO ELETTROLITICO

❖ Il sodio (Na+) è il principale catione extracellulare;

❖ Il potassio (K+) è il principale catione intracellulare;

❖ I principali anioni extracellulari sono il cloruro (Cl-) e bicarbonato (HCO3-)

❖ I principali anioni intracellulari sono le proteine e il fosfato;

Gli anioni non misurabili

direttamente costituiscono

l’anion gap (fosfato, solfato,

proteine, acidi organici)

[Na+] + [K+] = [Cl-] + [HCO3-] + [gap anionico]

Presenti

in forma

‘libera’

PROFILO ELETTROLITICO

I fluidi extracellulari hanno concentrazioni

relativamente alte di ioni sodio, cloruro e

bicarbonato.

I fluidi intracellulari hanno concentrazioni

relativamente alte di ioni potassio,

magnesio e fosfato.

I reni svolgono un ruolo chiave nel bilancio dei fluidi corporei e degli elettroliti anche se

essi possono solo conservare liquidi, ma non possono rigenerare il volume perduto.

BILANCIO IDRO-ELETTROLITICO

✓ Uno squilibrio tra quantità di acqua e Na+ nel fluido extracellulare porta a variazioni di osmolalità.

✓ Il movimento di acqua che ne consegue determina la contrazione o l’espansione del volume

cellulare ed è causa di alcuni disordini clinici.

BILANCIO IDRO-ELETTROLITICO

Quando due soluzioni con composizione diversa sono separate da una membrana permeabile,

soluti e solvente la possono attraversare liberamente ed abbiamo il fenomeno della Diffusione; se

invece la membrana è semipermeabile, i soluti non la possono attraversare ed abbiamo il

fenomeno dell’Osmosi

L’OSMOSI è il processo attraverso il quale molecole di solvente liquido passano attraverso una

membrana con fori di dimensioni tali da impedire il passaggio del soluto

La PRESSIONE OSMOTICA è la pressione π che si deve esercitare per raggiungere l’equilibrio

osmotico (cioè per FERMARE il flusso di solvente)

Molecole di solvente

Molecole di soluto

➢ Osmolalità = numero di molecole disciolte in 1Kg di solvente. È una misura della

concentrazione di una soluzione, sottolineando il numero di particelle disciolte in un

liquido, indipendentemente dalla carica e dalle dimensioni: una soluzione 1 Osm

contiene il numero di particelle di una mole di sostanza non dissociabile disciolta in 1 Kg

di acqua distillata; indipendente dalla t; preferibile in riferimento ai sistemi biologici; per

le soluzioni fisiologiche si esprime in mOsm/Kg H2O.

➢ Osmolarità (Osm/L) = pressione osmotica generata dalle molecole di soluto disciolte

in 1L di solvente. Dipende dalla temperatura, che modifica il volume (↑T ↑V).

Per soluzioni molto diluite - come quelle corporee - le differenze quantitative

tra osmolarità ed osmolalità sono al di sotto dell'1% (perché solo una piccola

parte del loro peso deriva dal soluto). Per questo i due termini sono spesso

usati indifferentemente come sinonimi

Sia la membrana capillare che quasi tutte le membrane cellulari sono liberamente

permeabili all’acqua, ma sono permeabili solo ad alcuni soluti.

I soluti che non possono entrare liberamente nelle membrane dei compartimenti

vengono chiamati sostanze osmolari effettive, mentre quelle che possono

attraversare liberamente la membrana cellulare vengono chiamate non effettive.

Le sostanze osmolari effettive determinano la distribuzione dell’acqua tra i

compartimenti. Un qualsiasi cambiamento nella concentrazione di soluti

osmoticamente attivi su di un lato della membrana crea un gradiente osmotico: ne

consegue che l’acqua verrà ridistribuita tra i compartimenti finché sarà nuovamente

raggiunta la medesima osmolarità (isosmolarità) tra i compartimenti.

(Nelle soluzioni diluite, come i fluidi corporei, dove il volume occupato dai soluti è piccolo, si

preferisce calcolare la concentrazione delle particelle in termini di osmolarità)

Osmolarità dei fluidi biologici

La composizione dei compartimenti liquidi regola gli scambi di acqua e soluti

La P oncotica del plasma (+ ~20 mmHg), determinata dalle proteine che non diffondono attraverso

la parete capillare, è solo un duecentesimo della totale, ma è fondamentale per gli scambi con

l’interstizio.

La pressione osmotica del plasma è dunque: P = 0.30 [osmol/l]· 0.082 [atm·l/mol·K] · (273 + 37 °)[K] = 7.6 atm

Per il calcolo dell’osmolalità è possibile usare questa formula. Si noti che, nella formula, il sodio si

moltiplica x 2, perché l’effetto osmotico esercitato da una mole di cloruro di sodio è doppio (2

osmoli), in quanto sodio e cloro si dissociano.

Il glucosio viene diviso per 18 e l’azoto ureico per 2,8 per convertire i valori da mg/decilitro a

mEq/Litro; infatti, il peso molecolare del glucosio è 180 e il peso atomico dell’azoto è 28 e, come è

noto, la conversione in mEq/Litro utilizza la seguente formula: mEq/Litro = (mg/Litro) × Valenza/Peso

atomico.

Dal momento che i valori di glucosio e azoto ureico vengono di norma forniti in mg/decilitro, il loro

impiego nella formula in mg/Litro richiede che entrambi vengano divisi per 10. Alla necessità di

questa conversione si deve il fatto che il peso molecolare del glucosio venga espresso nella

formula come 18 (e non 180) e quello atomico dell’azoto ureico come 2,8 (e non 28). Applicando

la formula riportata, l’osmolalità del LEC risulta essere pari a 290 mOsm/kg H2O.

2,8

(mg/dl) urea

18

(mg/dl) glicemia (mmol/l) Na x 1,863 :(mmoli/kg)plasmatica Osmolalità

Il parametro ‘calcolato’ STIMA l’osmolalità, ma non ne riflette il reale valore globale,

in quanto non considera le eventuali altre sostanze attive presenti in soluzione (oltre

a sodio, glucosio e urea) GAP OSMOLALE

❖ L’acqua si muove rapidamente tra i diversi compartimenti liquidi dell’organismo.

❖ Il movimento di acqua attraverso le membrane cellulari dipende dalla differenza di

osmolalità tra LIC e LEC.

❖ Osmolalità di ciascun compartimento ~280 mOsm/Kg H2O.

❖ Nel LEC (liquido interstiziale e plasma), l’osmolalità è determinata per il 90% da ioni

Na+ Cl- e HCO3-.

❖ Nel LIC l’osmolalità è determinata per il 50% da ioni K+ e per il resto da altre sostanze

presenti nelle cellule..

Riassumendo:

PRESSIONE OSMOTICA DEI LIQUIDI BIOLOGICI: SOLUZIONI ISOTONICHE

Una soluzione che ha la stessa pressione osmotica totale del sangue si definisce

isotonica. Sono esempi di soluzioni isotoniche la soluzione di NaCl allo 0,9%

peso/volume (soluzione fisiologica) o quella di glucosio al 5% peso/volume

(soluzione glucosata); entrambe hanno concentrazione pari a 0,28 - 0,30 OsM e π

= 7,6 atm a 37 ℃. Soluzioni a concentrazione maggiore sono definite ipertoniche, a

concentrazione minore ipotoniche. Soltanto soluzioni isotoniche o molto prossime

all'isotonicita' possono essere impiegate per l'infusione endovenosa: infatti le

cellule ematiche confrontate con soluzioni ipotoniche si rigonfiano d'acqua fino a

scoppiare (flusso osmotico dall'esterno verso l'interno della cellula); confrontate

con soluzioni ipertoniche perdono acqua, si raggrinziscono e diventano non

funzionali (questo danno e' in genere reversibile).

I meccanismi atti a mantenere l’omeostasi dell’acqua originano nell’ipotalamo: in presenza di

aumenti dell’osmolarità, in primo luogo viene indotta la sensazione della sete, che induce un

maggior consumo di acqua ed una relativa espansione dei fluidi extracellulari, con conseguente

diluizione delle sostanze ad attività osmotica. Secondariamente, l’ipotalamo induce la secrezione di

ormone antidiuretico (ADH o AVP) da parte dell’ipofisi posteriore, che a sua volta stimola il

riassorbimento di acqua da parte delle cellule dei dotti collettori renali, con conseguente riduzione

dell’osmolarità plasmatica (e produzione di urine concentrate).

ADH (ormone antidiuretico), o AVP

❖ E’ un peptide (9 aa) sintetizzato dall’ipotalamo

ed immagazzinato nell’ipofisi posteriore, da cui

viene rilasciato;

❖ un’osmolalità plasmatica aumentata (anche

solo del 2%) stimola gli osmorecettori

dell’ipotalamo a produrre ADH, che viene

rilasciato verso il rene e che favorisce il

riassorbimento dell’acqua nei reni (le cellule dei

dotti collettori distali dei reni, normalmente

impermeabili all’acqua, divengono permeabili);

❖ con osmolalità diminuita, avvengono eventi

opposti

Aumento osmolalitàplasmatica

Diminuzione osmolalitàplasmatica

Uno squilibrio tra quantità di acqua e Na+

nel fluido extracellulare porta a variazioni

di osmolalità e il movimento di acqua che

ne consegue determina la contrazione o

l’espansione del volume cellulare ed è

causa di alcuni disordini clinici

L’escrezione di acqua dal rene è

controllata dalla vasopressina (AVP) o

ADH (ormone antidiuretico), visto prima,

mentre i livelli di sodio sono regolati dal

sistema renina-angiotensina, che a sua

volta regola la secrezione di aldosterone,

e da un terzo fattore, il peptide atriale

natriuretico

❖ Assunzione variabile: 120 mmoli - 300 mmoli/die

(4-6 g al giorno)

❖ In una persona sana, il sodio totale corporeo non

cambia, anche se l’assunzione diminuisce fino a

5 mmoli o aumenta fino a 750 mmoli

❖ Perdite:

✓ urine

✓ sudorazione

✓ gastrointestinale (nei malati)

❖ L’escrezione di Na+ urinario è regolata da:

✓ aldosterone

✓ peptide natriuretico (ANP)

SODIO Valori normali nell’ECF : 135-145 mmol/l

Funzioni del Sodio

❖ Regola l'osmolarità del plasma e del liquido extracellulare: se presente in

concentrazioni eccessive, richiama, per ragioni di osmosi, notevoli quantità di

acqua, causando edema ed ipertensione (a causa dell'aumento di volume

ematico); al contrario, in presenza di deficit di sodio, si assiste ad una diminuzione del

volume di sangue e di liquido interstiziale.

❖ Forma gradienti elettrochimici a livello della membrana cellulare, che sono molto

importanti per la trasmissione dell'impulso nervoso, per la contrazione muscolare e

per gli scambi cellulari (nutrienti, ioni, acqua ecc.).

❖ Regola l’equilibrio acido-base

❖ Il sodio è completamente filtrato dai glomeruli

❖ Una frazione variabile fra il 70 e l’80% del sodio presente nella preurina è RIASSORBITA

dal tubulo contorto prossimale, insieme ad acqua e cloruro

❖ Una frazione del 20-25% è riassorbita a livello dell’ansa di Henle ascendente

❖ A livello del tubulo contorto distale viene riassorbito il rimanente 5-10% del sodio

filtrato. A questo livello il meccanismo di riassorbimento è governato dalle pompe

Na+/K+ e Na+/H+, regolate dall’aldosterone. Il riassorbimento distale è la componente

maggiormente implicata nel determinare la quantità di sodio escreta nelle urine.

Il rene ha una capacità molto ampia di gestire il meccanismo e il grado di

concentrazione delle urine, da 50 mOsm/l a 1200 mOsm/l, a seconda delle necessità

Sistema RENINA-ANGIOTENSINA

Angiotensinogeno

(452 aminoacidi)

Angiotensina I

(10 aminoacidi)

Renina Angiotensina II

(8 aminoacidi)

vasocostrittore

Angiotensin converting enzyme

ACE

Il ruolo fisiopatologico di tale sistema è quello di mantenere entro limiti

normali la pressione del sangue, agendo sul volume plasmatico, sul

bilancio salino, sulla pressione di perfusione renale, eventualmente

modificandoli

Surrenali

Aldosterone(…ma anche: stimola rilascio di catecolamine,

norepinefrina e vasopressina) Pressione

ACE inibitori, anti-ipertensivi

CaptoprilEnalaprilat

Ramipril

LisinoprilBenazepril

Aldosterone

❖ Ormone steroideo (mineralcorticoide) prodotto nelle surrenali;

❖ Diminuisce la secrezione di Na+ urinario, aumentandone il riassorbimento nei tubuli

renali distali, a spese degli ioni H+ e K+

❖ Uno stimolo importante alla secrezione di aldosterone è il volume ECF:

Un calo di pressione viene avvertito dalle cellule iuxtaglomerulali che secernono renina e viene

innescata la sequenza che porta alla secrezione di aldosterone

❖ Target: epitelio del dotto collettore renale:

✓ attività di Na/K-ATPasi

✓ riassorbimento di Na+

✓ escrezione di K+ e H+

❖ Patologie correlate:

✓ Iperaldosteronismo (sindrome di Conn): produzione di renina e ipertensione

✓ Morbo di Addison: distruzione delle ghiandole surrenali, aldosterone, secrezione renale di K, iperkalemia

✓ Tumore delle ghiandole surrenali: aldosterone, secrezione renale di K, ipokalemia

RITENZIONE DI ACQUA ESCREZIONE DI ACQUA

Uno stimolo importante per la secrezione di aldosterone è il volume di ECF

Pro-ANP

(126 aminoacidi)

ANP

(28 aminoacidi)

Muscolo lisciocontrazione

Reneescrezione Na

Ipertensione

❖ Ormone polipeptidico prodotto da cellule specializzate dell’atrio destro del cuore

❖ Viene secreto come conseguenza di un eccessivo aumento della pressione sanguigna.

❖ Antagonista dell'aldosterone, ne inibisce la sintesi.

❖ A livello dei reni, fa aumentare l’escrezione di sodio urinario per ridurre l'acqua e i carichi adiposi nel sistema

circolatorio, abbassando per questo la pressione sanguigna

Peptide natriuretico atriale (ANP, terzo fattore)

❖ Pressione osmotica: metodo diretto, effettuato mediante osmometri, basato sulla

misura dell’innalzamento della tensione di vapore o sull’abbassamento del punto di

congelamento (tecnica crioscopica);

❖ Renina-angiotensina: dopo incubazione del plasma a 37° si misura con tecnica RIA

l’angiotensina I;

❖ Aldosterone: si misura con tecnica RIA o con tecnica immunometrica con marcatori

non radioattivi;

❖ Ormone antidiuretico (ADH): si misura con tecnica RIA o con tecnica

immunometrica con marcatori non radioattivi;

Valutazioni di laboratorio

Sodio:

❖ I campioni in cui è possibile dosare il sodio sono siero, plasma eparinato, sangue

intero, sudore, urine, feci, liquidi gastroenterici e liquor.

❖ L’emolisi non induce alterazioni rilevanti nella concentrazione plasmatica di Na+

poiché gli eritrociti contengono solo un decimo del Na+ presente nel plasma

❖ Si usa la fotometria a fiamma o la potenziometria con elettrodi iono-selettivi (ISE)

❖ Un siero lipemico può risultare una significativa fonte di errore quando non vengono

utilizzati elettrodi ioni-selettivi (pseudoiponatriemia)

Intervalli di riferimento

Siero: 135-145 mmol/l

Urine: 80 – 250 mEq/l in 24h

Liquor: 136-150 mmol/l

Feci: <10 mmol in 24h

Alterazioni del metabolismo idrico e del sodio

IPONATRIEMIA (o iposodiemia): La concentrazione di Na+ <135-145 mmoli/l. Può

insorgere o perché c’è una perdita di ioni sodio o perché c’è ritenzione di acqua

(diluizione dei componenti dell’ECF).

Cause di iponatriemia:

✓ Iponatremia ipovolemica: causata da assunzione di

diuretici, perdita renale di sali, deficit di

mineralcorticoidi, diarrea, vomito, ustioni gravi,

pancreatite, traumatismi

✓ Iponatriemia euvolemica: causata da sindrome da

ipersecrezione inappropriata dell'ormone antidiuretico

(SIADH), ipotiroidismo, insufficienza surrenalica, polidipsia

✓ Iponatriemia ipervolemica: causata da insufficienza

cardiaca congestizia, insufficienza epatica, cirrosi,

malattie renali

Valutato tutto

il siero

Valutato

tutto il siero

Valutata solo

la frazione

acquosa

Sul siero intero: con metodi

spettrofotometrici ho problemi

dalle alte conc. di trigliceridi o

proteine, che occupano un

certo volume

Sulla fase acquosa si procede

con elettrodi iono-selettivi, che

mi danno un risultato univoco

in entrambi i casi (campioni

normali/campioni iperlipemici)

La pseudoiponatremia risulta da un artefatto nel quale la concentrazione di sodio risulta falsamente ridotta dallo

‘spiazzamento’ della fase acquosa del plasma da parte di lipidi (per es. ipertrigliceridemia severa) o proteine (per

es. mieloma multiplo e macroglobulinemia di Waldenström). Questo problema può essere evitato con l’utilizzo di un

elettrodo selettivo per il sodio, che ne misura la concentrazione direttamente senza essere influenzato da

cambiamenti nella proporzione relativa della fase acquosa e non acquosa del plasma.

Valutazione clinica e trattamento dell’iponatriemia

✓ Per valori di sodiemia minori di 135 mmol/L, ma superiori a 125 mmol/L (iponatriemia

lieve) i sintomi sono leggeri, vaghi, o del tutto assenti (essenzialmente di natura

gastrointestinale, specie nausea e vomito).

✓ A concentrazioni inferiori di sodio, i sintomi si accentuano: allucinazioni, convulsioni,

crampi muscolari, debolezza muscolare, epilessia, secchezza delle fauci,

rallentamento dei riflessi, ecc ecc.

✓ Nei casi più gravi, l'iponatriemia può indurre coma, depressione respiratoria e morte.

❖ Trattamenti:

› Senza edema (valori normali di urea, creatinina, pressione sanguigna):

Riduzione apporto di fluidi

› Con edema (sovraccarico di acqua e Na+):

Diuretici

Riduzione apporto fluidi

IPERNATRIEMIA (> 145 mmol/l)

Sviluppato o per incremento del sodio o per perdita di acqua (molto meno comune)

Trattamento dell’ipernatriemia:

✓ Ipernatriemia ipovolemica: correzione del deficit

di volume mediante somministrazione di

soluzioni saline ipotoniche

✓ Ipernatriemia ipervolemica: occorre rimuovere il

sodio in eccesso tramite diuretici (furosemide)

associati a reintegro con liquidi ipotonici;

POTASSIO

❖ Assunzione variabile: 50 mmoli-150 mmoli/die

(4-6 g al giorno)

❖ Perdite:

✓ urine (30-90 mmol/die)

✓ feci e sudore (5 mmol/die)

❖ Riserve modeste (soggette a rapida

deplezione)

❖ Principale catione intracellulare (98%, 160

mmoli/l) variabile in funzione dell’attività

metabolica);

❖ Concentrazione extracellulare : 2% (4-5

mmol/l)(poco influenzata dall’equilibrio idrico)

Valori riferimento (siero):

3.5-5.2 mmoli/l

Funzioni del Potassio

❖ Regolazione dell’osmolalità e del volume intracellulare;

❖ Ruolo nell’equilibrio acido-base (spostamento attraverso le membrane cellulari);

❖ Cofattore di enzimi in diversi processi metabolici;

❖ Il rapporto tra potassio intracellulare ed extracellulare è il fattore principale nel

determinare il potenziale di membrana nei tessuti suscettibili di stimolazione.

❖ Regolazione dell’eccitabilità delle fibrocellule in generale, e del miocardio e dei

muscoli in particolare, risultando essenziale per la contrazione delle stesse;

❖ Il potassio extracellulare, pur essendo una piccola frazione del totale, influenza

notevolmente la funzione neuromuscolare;

✓ Il potassio filtrato è quasi completamente riassorbito (60-70%) nei segmenti prossimali

✓ Il potassio nelle urine deriva quasi interamente dal potassio escreto a livello del

tubulo contorto distale e del tubulo collettore, sotto regolazione aldosteronica e

scambiato con Na+ riassorbito.

RENE fulcro dell’omeostasi del potassio nell’organismo

Dosaggio del Potassio:

❖ Le piastrine possono rilasciare potassio durante la formazione del coagulo, dando per il

siero risultati da 0,2 a 0,5 mmol/l maggiori rispetto al plasma ed al sangue intero, per cui il

plasma è il campione di scelta per il dosaggio del K+

❖ Necessario l’utilizzo di metodiche che minimizzino l’emolisi, in quanto il rilascio di potassio

anche solo da parte dello 0,5% degli eritrociti aumenta i valori di potassiemia di 0,5 mmol/l

❖ Se utilizzati elettrodi iono-selettivi (ISE) su sangue intero c’è rischio di sovrastima della

potassiemia in quanto non monitorabile macroscopicamente l’emolisi

Intervalli di riferimento

Siero: 3,5 - 5 mmol/l

Plasma: 3,4 – 4,8 mEq/l in 24h

Liquor: 70% dei livelli plasmatici

Urine: 25 – 125 mmol/l in 24h

Feci: 60 mmol in 24h (diarree)

POTASSIO ed EQUILIBRIO ACIDO-BASE:

Di particolare importanza è la relazione tra ioni potassio e idrogeno, tamponati

all’interno della cellula. Se la [H+] aumenta (sviluppo di acidosi), un certo numero di ioni

K+ viene escreto dalla cellula per mantenere la neutralità causando iperkaliemia.

L’opposto avviene in presenza di alcalosi metabolica.

✓ Equilibrio acido-base:

• Acidosi: iperpotassiemia (IPERKALIEMIA)

• Alcalosi: ipopotassiemia (IPOKALIEMIA)

Cause:

❖ Ridotta escrezione urinaria:

➢ Insufficienza renale, acuta e cronica (quando la velocità di filtrazione glomerulare è

molto bassa);

✓ Farmaci come antiinfiammatori non steroidei (FANS), beta-bloccanti o spironolattone

possono ridurre l’escrezione urinaria; ACE-inibitori (angiotensin-converting-enzyme

inhibitors), sartani (antagonisti del recettore per l'angiotensina II); anti-aldosteronici

➢ Funzione renale normale o lievemente compromessa:

✓ Diuretici risparmiatori di potassio possono far aumentare il livello plasmatico di K+

(spironolattone, amiloride, triamterene);

✓ Deficienza mineralcorticoide (malattia di Addison (ipoaldosteronismo), o con l’uso di

antagonisti dell’aldosterone)

Alterazioni del metabolismo del potassio

IPERPOTASSIEMIA (o IPERKALIEMIA): la concentrazione di K+ >5.2 mmoli/l

❖ Ridistribuzione (fuoriuscita del potassio dai tessuti/cellule):

➢ Acidosi (ridistribuzione di K+ dal fluido intracellulare a quello extracellulare)

➢ Rilascio di K+ da cellule danneggiate (versamento di K+ intracellulare: tumori, traumi,

sindrome da schiacciamento muscolare, emolisi intra- vascolare, emorragia interna

ecc.)

➢ Iperosmolarità

➢ Deficit di insulina (viene a mancare l'azione dell'insulina che favorisce lo

spostamento del potassio verso l'interno delle cellule muscolari);

➢ Farmaci (alterando la captazione tissutale di potassio)

❖ Eccesso di somministrazione (terapia con dosaggi eccessivi). La gravità dell'iper-

kaliemia causata da eccessivo apporto di potassio, per via orale o endovenosa, è

influenzata da fattori che modulano la captazione tissutale e l'escrezione renale del

potassio.

PSEUDOIPERPOTASSIEMIA (o iperpotassemia spuria)

Prima di interpretare come patologico un elevato valore della potassiemia occorre

escludere le cause di pseudo-iperpotassiemia dovuta a :

✓ Fenomeni di emolisi in vitro;

✓ Nella coagulazione in vitro, vi è rilascio nel siero di K+ dalle piastrine e dai globuli

bianchi (in caso di leucocitosi o trombocitosi, il fenomeno aumenta); il fenomeno è

più probabile in corso di terapia citotossica anti-leucemica a causa dell'elevato

numero di leucociti neoplastici che vanno incontro a lisi intra-vascolare

✓ Rilascio di K+ durante l’esercizio fisico;

✓ Prolungata applicazione del laccio emostatico (se il sangue viene prelevato dopo una

ripetuta chiusura del pugno della mano fatta eseguire per rendere prominenti i vasi venosi

durante l'applicazione del laccio emostatico; ciò è dovuto alla perdita di potassio dal muscolo

in esercizio).

CONSIDERAZIONI CLINICHE NELL’IPERKALIEMIA

❖ Gli effetti tossici più importanti dell'iperkaliemia sono le aritmie cardiache: nelle fasi

finali si può avere fibrillazione atriale e arresto cardiaco. Serio rischio di arresto

cardiaco quando K+ raggiunge >7mmoli/l (alterazioni dell’ECG). Importante

controllare la conc. K+ dopo l’arresto cardiaco.

❖ Talvolta l'iper-kaliemia moderata o grave ha effetti diretti sui muscoli periferici: ci può

essere astenia muscolare ascendente che può arrivare alla quadriplegia flaccida e

alla paralisi respiratoria

Trattamento:

✓ Infusione di insulina e glucosio (spingere K+ nelle cellule)

✓ Somministrazione di gluconato di calcio (controbilanciare K+)

✓ Dialisi (casi molto gravi)

✓ Somministrazione orale di una resina a scambio cationico

Cause:

❖ Assunzione inadeguata

❖ Perdite gastrointestinali (vomito, diarrea, adenomi villosi, fistole)

❖ Perdite renali (alcalosi metabolica, diuretici, diuresi osmotica, eccessivi effetti

mineralcorticoidi (iper-aldosteronismo primario, secondario ed ingestione di

liquirizia), eccesso di glucocorticoidi (morbo di Cushing, steroidi esogeni, produzione

ectopica di ACTH), malattie tubulari renali, deplezione di magnesio)

❖ Spostamento all’interno delle cellule (effetto insulinico, paralisi periodica ipo-

kaliemica, alcalosi, aumento attività α-adrenergica)

IPOPOTASSIEMIA (o IPOKALIEMIA): la concentrazione di K+ < 3.5 mmoli/l

Sintomi:

✓ Debolezza muscolare, mancanza di riflessi, alterazioni neuromuscolari fino alla

paralisi ipo-kaliemica

✓ Compromissione della funzione del tubulo renale

✓ Aritmie cardiache: cambiamenti nell’ ECG; arresto cardiaco

Trattamento:

Somministrazione di K+ per endovena (casi gravi) e non deve essere somministrato a

una velocità maggiore di 20 mmoli/ora, eccetto in casi gravissimi e sotto monitoraggio

ECG.

K+ plasmatico dovrebbe essere monitorato nei pazienti in terapia insulinica

La concentrazione di ioni H+ nel sangue si mantiene entro ristretti margini:

➢ 35-45 nmol/l (pH compreso tra 7,35 - 7,43)

➢ >120 nmol/l e < 20 nmol/l sono incompatibili con la vita (range di sopravvivenza: pH 6,8 - 8,0)

Il pH del sangue, così come altri parametri dell’equilibrio acido-base, sono influenzati

dall’età, dal sesso, dalla posizione del corpo, dall’alimentazione, dalla digestione, ecc.

Omeostasi degli ioni idrogeno nell’organismo – Gas ematici

L’organismo umano è capace di produrre ogni giorno elevate quantità di composti

acidi:

✓ ACIDI VOLATILI: acido carbonico (20.000 mmol/die);

✓ ACIDI FISSI (NON VOLATILI): 80 mmol/die, prodotti dal metabolismo delle proteine

introdotte con la dieta, degli zuccheri e dei grassi, dai composti organici fosforati,

dalle nucleoproteine:

• Acido solforico (metabolismo proteico: metionina, cisteina)

• Acido fosforico (metabolismo fosfolipidi)

• Acido cloridrico (conversione cloruro di ammonio in urea)

• Acido lattico (acido organico)

• Corpi chetonici (Acido acetoacetico,

β-idrossibutirrico)

Sistemi tampone nell’organismo

Il plasma (ECF/LEC) contiene 4 sistemi tamponi importanti:

✓ Acido carbonico-Bicarbonato di sodio (H2CO3 - NaHCO3);

✓ Fosfato monosodico-Fosfato bisodico (NaH2PO4 - Na2HPO4);

✓ Proteina-Proteinato di sodio (HProt- NaProt);

✓ Acidi organici-Sali di sodio degli acidi organici.

Sistemi tampone nei liquidi corporei (si combinano istantaneamente con acidi e basi per

impedire variazioni consistenti del pH): risposta immediata

Sistemi tampone nel sangue:

Gli eritrociti (ICF/LIC) contengono 4 sistemi tamponi importanti:

✓ Acido carbonico-Bicarbonato di potassio (H2CO3 - KHCO3);

✓ Fosfato monopotassico-Fosfato bipotassico (KH2PO4 - K2HPO4);

✓ Proteina-Proteinato di potassio (HHb- KHb; HHbO2-KHbO2);

✓ Acidi organici-Sali di potassio degli acidi organici.

Equazione di Henderson-Hasselbach per il bicarbonato

La concentrazione del bicarbonato è sotto controllo renale, mentre la pressione parziale di CO2

nell’ECF è sotto controllo del sistema respiratorio: TALE TAMPONE HA IL VANTAGGIO DI ESSERE SOTTO IL

CONTROLLO DI DUE SISTEMI NELLA REGOLAZIONE DEL pH.

Gli H+ generati dal metabolismo cellulare (ICF) sono quindi:

• Immediatamente tamponati dalle proteine cellulari :

H+ + Prot.- → H-Prot. (nell’ICF)

• Successivamente, gli H+ passano ai liquidi extracellulari e vengono intercettati dai

bicarbonati:

H+ + HCO3- → H2CO3 ⇄ CO2 + H2O (in TESSUTI/ECF)

Se la CO2 penetra nel sangue, in presenza di acqua avviene la reazione:

CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3- (nell’ECF, plasma) (8% CO2)

Nel plasma tale reazione è molto lenta (8% CO2 totale), e solo una piccola parte di CO2 forma

H2CO3 che, decomponendosi, libera H+ tamponati poi da proteine.

Negli eritrociti, invece, tale reazione è molto rapida per la presenza di ANIDRASI CARBONICA :

CO2 + H2O ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3- (nell’ICF, per diffusione di CO2 negli eritrociti) (65% CO2)

gradiente pressorio

Diffusione nel

plasma di HCO3- in

scambio con ioni

Cl- nei GR (shift dei

cloruri)

PCO245 mmHg PCO2

40 mmHg nel sangue arterioso

Gli H+ prodotti vengono tamponati dall’emoglobina:

H+ + O2Hb ⇄ H-Hb + O2 (nell’ICF dei GR) (dal 65% CO2)

L’emoglobina possiede capacità tamponante, che aumenta quando si libera O2, per

la presenza di gruppi acidi e basici:

O2Hb- + CO2 + ⇄ CO2 -Hb (carbaminoemoglobina, nell’ICF) (27% CO2)

Attraverso il meccanismo respiratorio (O2 dai polmoni ai tessuti e CO2 dai tessuti ai

polmoni) sia l’aumento che la diminuzione del pH sono compensati rapidamente

modificando la frequenza respiratoria, e il pH del sangue, in condizioni normali, è

costante.

L'EMOGLOBINA (HB) È RESPONSABILE DEL TRASPORTO DELLA CO2 DAI TESSUTI PERIFERICI AI

CAPILLARI ALVEOLARI DA DOVE VIENE POI ESPULSA ATTRAVERSO L'ESPIRAZIONE

(65%+27% di CO2 eliminata) (ovviamente, distribuisce O2 ai tessuti!!!!)

Si è visto che gli ioni H+ provenienti dal metabolismo sono tamponati dai bicarbonati:

H+ + HCO3- → H2CO3 ⇄ CO2 + H2O (nell’ECF)

E’ un sistema tamponante molto efficiente, sia per l’elevata concentrazione di questi

anioni rispetto ad altri (fosfati e proteine), e poi perché la CO2 prodotta è efficacemente

eliminata tramite il sistema respiratorio.....TUTTAVIA.....

Elevate quantità di H+ prodotti dal metabolismo, anche non ‘volatili’.....

...... quindi sistema bicarbonato destinato ad esaurirsi.....

NECESSITA’ DI RIGENERAZIONE DI HCO3-, DI RIASSORBIMENTO DEL BICARBONATO

ESISTENTE E DI ELIMINAZIONE DI H+

COMPITO SVOLTO DAI RENI

Il rene nella omeostasi degli H+

pH URINA: 6.0

pH PLASMA: 7.4

Urina consente di eliminare sostanze acide

Ricordarsi che il

bicarbonato non può

essere perso e per questo

è completamente

riassorbito (4320 mEq al

dì);

Gli H+ non utilizzati per il

riassorbimento del

bicarbonato non possono

allora essere eliminati in

forma libera ed allora si

utilizzano altri tamponi.

80 mEq= 80 mmol per gli H+

Tragitto.......

1. H+ + HCO3- → H2CO3 ⇄ CO2 + H2O (nel PLASMA, ECF)

Passa nelle cellule tubulari renali

2. CO2 + H2O ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3- (nel TUBULO PROSSIMALE, dove c’è molta AC)

Una parte (80 mmol/die) è

ESCRETAnel lume tubulare con

tampone fosfato o

ammoniaca

passa nel plasma:

RIGENERAZIONE

HCO3-

N.B. Il Na+

è scambiato con H+

4400 mmol/die SECRETI

nel lume

Tragitto.......

1. H+ + HCO3- → H2CO3 ⇄ CO2 + H2O (nel PLASMA, ECF)

Passa nelle cellule tubulari renali

2. CO2 + H2O ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3- (nel TUBULO PROSSIMALE, dove c’è molta AC)

passa nel plasma:

RIGENERAZIONE

HCO3-

La gran parte (4320 mmol/die)

reagisce con HCO3- filtrato

nel lume tubulare

per RIASSORBIRE HCO3-

H+ + HCO3-⇄ H2CO3 ⇄ CO2 + H2O nel lume

Risultato netto: riassorbimento

HCO3- nel plasma, con

ripristino della capacità

tamponante dell’ECF

4400 mmol/die SECRETI

nel lume

Dal fegato

Interessante è anche il ruolo svolto dal fegato..........

2-chetoglutarato

ALTERAZIONI EQUILIBRIO ACIDO-BASE

ACIDOSI

Condizione patologica che produrrebbe un abbassamento del pH (per aggiunta di

acidi o rimozione di alcali) del sangue, qualora non intervengano meccanismi di

compensazione per riportare alla normalità il pH dei fluidi biologici.

Acidosi metabolica

Processo eziologico primario, in cui l’alterazione principale è a carico della

concentrazione di HCO3-.

Cause (acidosi acute e croniche):

❖ Aumentata produzione di acidi fissi (chetoacidi, acido acetacetico e acido beta-

idrossibutirrico nell’acidosi diabetica; acido lattico nell’ipossia severa);

❖ Perdita di alcali e generale diminuzione di bicarbonati ematici;

❖ Aumentata ingestione di NH4+, ad es. come sale di ammonio, (a livello epatico

l’ammonio è metabolizzato producendo urea, con formazione di una mole di H+

per ogni mole di NH4+);

❖ Diarrea o perdita di liquidi intestinali attraverso fistole comportano perdite di

bicarbonati o di altre basi coniugate;

❖ Nelle malattie renali croniche si ha deficienza di secrezione di ammoniaca o scarso

riassorbimento di bicarbonati delle urine

Meccanismi di compensazione: il sistema neurale, che controlla la ventilazione

alveolare, è sensibile all’aumento di H+ e di PCO2e determina rapidamente (minuti)

l’aumento nella frequenza e nel volume del respiro

Dati di laboratorio:

✓ Riduzione del bicarbonato plasmatico (al di sotto di 24 mEq/l);

✓ Riduzione del pH ematico (valori inferiori a 7,4);

✓ Riduzione (compensatoria) della PCO2(valori inferiori a 40 mmHg);

✓ Iperpotassiemia;

✓ Con funzione renale normale, in acidosi metabolica si ha un aumento

dell’escrezione di H+, che inizialmente coinvolge il fosfato urinario, e che poi

comporta l’aumentata produzione di ioni ammonio

Acidosi respiratoria

Processo eziologico primario, in cui l’alterazione principale è a carico della ventilazione

alveolare. Tale diminuzione provoca l’aumento della PCO2, e dell’acido carbonico: la

CO2 in eccesso, infatti, diffonde nelle emazie, dove, idratata, diventa ac. carbonico.

❖ L’ac. respiratoria acuta si manifesta per improvvisa depressione del centro respiratorio

(per overdose di narcotici, anestesia, disordini del SNC, paralisi dei muscoli respiratori,

ostruzione delle vie aeree da corpo estraneo, asma, trauma toracico).

Dati di laboratorio:

• Riduzione del pH ematico (valori inferiori a 7,4)

• Aumento della PCO2(valori superiori a 40 mmHg)

• Bicarbonato plasmatico normali (al di sopra di 24 mEq/l)

Dati di laboratorio:

• pH ematico normale all’inizio (di compenso), diminuito successivamente

• Aumento della PCO2(valori superiori a 40 mmHg)

• Bicarbonato plasmatico aumentati

❖ L’ac. respiratoria cronica si manifesta nelle malattie polmonari croniche (enfisema);

l’aumento di PCO2a livello renale determina un aumento dei bicarbonati. Il rene

tende a compensare aumentando l’escrezione con fosfati e ione ammonio.

ALCALOSI

Condizione patologica che produrrebbe un aumento del pH (per diminuzione di acidi

o aumento di alcali) del sangue, qualora non intervengano meccanismi di

compensazione per riportare alla normalità il pH dei fluidi biologici.

Alcalosi metabolica

L’alterazione principale è a carico della concentrazione di HCO3-.

Cause:

Diminuita concentrazione di H+ nell’ECF, causata da diminuzione di acidi fissi sia da un

aumento delle basi, per:

• Diminuita produzione di acidi fissi (meno rilevante);

• Aumentata perdita di acidi (molto più rilevante, ad es. col vomito);

• Eccesso di bicarbonati o di altre basi coniugate.

Dati di laboratorio:

• Aumento del bicarbonato plasmatico (al di sopra di 24 mEq/l)

• Aumento della PCO2(valori superiori a 40 mmHg)

• Ipopotassiemia

Alcalosi respiratoria

Ventilazione alveolare in eccesso, rispetto al bisogno di eliminazione di CO2

dall’organismo. Sono svariate le cause che determinano iperventilazione:

Durante i primi minuti di iperventilazione si ha rapida perdita di CO2 dal sangue, con

innalzamento del pH; il tamponamento extracellulare viene attuato mediante

passaggio in senso inverso di Na+ e K+. Contemporaneamente, si ha aumento di

produzione di acido lattico e calo dei carbonati.

Persistendo per alcune ore, il rene compensa diminuendo l’escrezione urinaria di H+ ed

aumentando quella dei bicarbonati.

✓ Perché fare il test?

Per valutare la funzionalità polmonare misurando il pH, l’ossigeno (O2) e l’anidride carbonica

(CO2); per monitorare il trattamento delle patologie polmonari; per determinare la presenza di

uno squilibrio acido-base nel sangue, che può indicare patologie respiratorie, metaboliche o

renali; per valutare l’efficacia dell’ossigenoterapia.

✓ Campione di scelta: è quasi sempre usato il sangue arterioso ma, in alcuni casi, come nei

bambini, viene raccolto al suo posto, sangue capillare dal tallone. Il sangue può essere raccolto

inoltre dal cordone ombelicale dei neonati. Un campione di sangue arterioso viene di solito

raccolto dalle arterie radiali del polso, localizzate all’interno del polso, sotto al pollice, dove si

può sentire il battito. Il test di circolazione, chiamato test di Allen, deve essere eseguito prima del

prelievo per essere sicuri che ci sia un’adeguata circolazione nel polso del soggetto. Dopo il

prelievo arterioso, deve essere applicata una pressione nella zona del prelievo per almeno 5

Emogasanalisi

minuti. Dal momento che il sangue viene pompato attraverso le arterie, la puntura richiede un

pò di tempo per smettere di sanguinare. Se l’individuo sta prendendo dei fluidificanti del sangue

o l’aspirina, il sanguinamento può durare anche 10-15 minuti.

✓ pO2 sangue venoso inferiore di 60-70 mmHg rispetto a quello arterioso, mentre la pCO2 è

superiore di 2-8 mmHg

✓ Eliminare tutta l’aria dalla siringa (contiene un po’ di eparina).

✓ Minimo contatto con l’aria atmosferica (la PCO2dell’aria è molto inferiore a quella del sangue, la

pO2 dell’aria è di 150 mmHg e supera di 60 mmHg quella del sangue arterioso e di 120 mmHg

quella del sangue venoso.

✓ Conservare in ghiaccio durante il trasporto.

✓ E’ sufficiente misurare H+ e la PCO2(HCO3

- si può ricavare dall’equazione di Henderson-

Hasselbach).

METODI DI MISURA

pH

Tecnica potenziometrica (elettrodo a vetro combinato)

PCO2

Tecnica potenziometrica: elettrodo a vetro, immerso in una soluzione salina

contenente bicarbonato e separato dal sangue da una membrana in teflon

permeabile alla CO2; all’equilibrio c’è una variazione di pH nella soluzione salina

proporzionale al valore della PCO2.

PO2

Tecnica amperometrica (elettrodo di Clarke).

Valori di riferimento: 7.35-7.43

Valori di riferimento: 35-45 mmHg

Valori di riferimento: 83-108 mmHg

HCO3

I bicarbonati possono essere misurati o indirettamente o direttamente previa

alcalinizzazione del campione oppure misurando la CO2 rilasciata dopo acidificazione

Valori di riferimento: 22-26 mEq/L

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