Gi R li i Giuseppe Regolisti - Sito AcEMC · 2015. 1. 23. · della volemia efficace > 10% causano...

Fisiologia del metabolismo Fisiologia del metabolismo

Gi R li i

ggdell’acqua e del sodiodell’acqua e del sodio

Giuseppe RegolistiDipartimento di Clinica Medica, Nefrologia

e Scienze della Prevenzionee Scienze della PrevenzioneUniversità di Parma

Acqua totale corporeaL’acqua rappresenta il principale costituente dell’organismo, sia inL acqua rappresenta il principale costituente dell organismo, sia intermini di volume che di peso.

Rappresenta il 60% del peso corporeo nell’uomo, circa 50% nella donna

E’ distribuita principalmente nel tessuto non adiposo e costituisce circail 72% della massa magra

E’ distribuita in due compartimenti principali, intra- (2/3) edextracellulare (1/3) (rispettivamente 40% e 20% del peso corporeo)

’ ll l è dd d lL’extracellulare è suddiviso in due compartimenti: plasmatico (1/4, 5%del peso corporeo) e interstiziale (3/4, 15% del peso corporeo)

H2O ESEMPIO:H2Oextracellulare

ica

zial

eESEMPIO:Uomo di 70 Kg

H20 l 42 LH2Ointracellulare

H20

pla

smat

i

H20

inte

rsti

z H20 totale 42 LH20 intracellulare 28 LH20 extracellulare 14 L

H2O totale corporea

H H

•H20 plasmatica 3.5 L

•H2O interstiziale 10.5 L

I soluti contenuti nell’acqua corporeaL’acqua corporea non è “pura” ma è in realta’ una soluzione(solvente + soluti), nella quale il solvente è l’acqua stessa, e i solutisono rappresentati principalmente da elettroliti e altre sostanzesono rappresentati principalmente da elettroliti e altre sostanze(ad es aminoacidi, vitamine, proteine etc.)

I i i li l tt liti d l t i il di (N ) ilI principali elettroliti del nostro organismo sono il sodio (Na), ilpotassio (K), il cloro (Cl), il bicarbonato (HCO3), il calcio (Ca), ilmagnesio (Mg), il fosforo (P)

Non tutti i compartimenti idrici corporei hanno la stessaconcentrazione di elettroliti e in particolare:p

Extracellulare:•Sodio 140 mmol/L

Intracellulare•Sodio 10 mmol/L•Sodio 140 mmol/L

•Potassio 4 mmol/L•Cloro 104 mmol/L

•Sodio 10 mmol/L•Potassio 140 mmol/L•Cloro 4 mmol/L

•HCO3 24 mmol/L •HCO3 10 mmol/L

Compartimentalizzazione dei principali cationi: Ruolo della pompa Na/K-ATPasip p

Distribuzione dei fluidi corporei

• La distribuzione e la composizione dei fluidii t tt t l t icorporei sono strettamente regolate, in

modo da assicurare condizioni costantill’ t i l d ll’ iall’omeostasi generale dell’organismo

• Presupposto fondamentale di taleregolazione è costituito dal mantenimentogdel bilancio dell’acqua e del sodio

Bilancio dei fluidi: 2 tipi di bilanciop

• Interno (distribuzione dei fluidi tra iInterno (distribuzione dei fluidi tra icompartimenti): basato sugli scambi tra i differenticompartimenti idrici corporei. E’ governato da:

a) forze di Starling scambi tra compartimentointravascolare capillare e compartimentointerstizialeb) variazioni di tonicità scambi di H2O tra extraed intracellulare

• Esterno: basato sugli scambi tra organismo edambiente esterno (introduzione e perdite di H O)ambiente esterno (introduzione e perdite di H2O)

Bilancio dei fluidi: 2 tipi di bilanciop

• Interno (distribuzione dei fluidi tra iInterno (distribuzione dei fluidi tra icompartimenti): basato sugli scambi tra i differenticompartimenti idrici corporei. E’ governato da:

a) forze di Starling scambi tra compartimentointravascolare capillare e compartimentointerstizialeb) variazioni di tonicità scambi tra extra edintracellulare

• Esterno: basato sugli scambi tra organismo edambiente esterno (introduzione e perdite di H2O)ambiente esterno (introduzione e perdite di H2O)

Mole (M): peso molecolare (o ionico o atomico) espresso in grammi.

6 23Contiene N di Avogadro (6.022 x 1023) di molecole (o di ioni o di atomi)

Osmole (Osm): unità equivalente alla quantità di soluto che si( ) q qdissocia per dare N di Avogadro di particelle disciolte in soluzione

• Osmolarità: è data dal numero di particelle osmoticamente• Osmolarità: è data dal numero di particelle osmoticamenteattive formate in soluzione Osm/L = moles x n / L (n, numero di particelle in soluzione)

• Assumendo una dissociazione completa di un composto:– 1 mole of glucosio in 1 L = soluzione 1 osmolare– 1 mole of NaCl in 1 L = soluzione 2 osmolare

1 l f C Cl i 1 L l i 3 l– 1 mole of CaCl2 in 1 L = soluzione 3 osmolare• Concentrazioni fisiologiche:

ità illi l i iù t i i t– unità milliosmolari più comunemente impiegate– 1 mOSM = 10-3 osmoli/L

Il concetto di tonicità• Il termine tonicità definisce le

forze che determinano movimentodi fluidi tra due soluzioni separated b bilda una membrana permeabileall’acqua ma impermeabile aisoluti in soluzione

• Poiché le membrane sonoliberamente permeabili all’acqua,variazioni di concentrazione disoluti non permeabili ai due lati disoluti non permeabili ai due lati diuna membrana provocherannomovimenti di acqua dalla soluzionepiù diluita a quella meno diluita,variando la concentrazione deivariando la concentrazione deisoluti all’interno ed all’esternodelle cellule ed anche il volume diesse

• La pressione idrostaticanecessaria ad impedire lospostamento di acqua tra i duep qcompartimenti equivale allatonicità (osmolarità efficace) diuna soluzione

Tonicità o osmolarità efficace

• L’osmolarità è data dal numero di particelle disciolte in soluzione,indipendentemente dalla carica elettrica e dalle dimensioni.indipendentemente dalla carica elettrica e dalle dimensioni.

• L’osmolarità fornisce informazioni sul numero totale di particellecontenute in una soluzione ma non sul numero di particelle checontenute in una soluzione, ma non sul numero di particelle che,non potendo attraversare le membrane liberamente, sonorealmente in grado di determinare movimenti di acqua

• Una quota dell’osmolarità è costituita da particelle (come adesempio l’urea nei fluidi corporei) che sono liberamente permeabilitt l b ll l iattraverso le membrane cellulari

• La tonicità corrisponde invece all’osmolarità efficace, cioè alp ff ,numero di particelle che realmente sono in grado di determinarespostamento di acqua tra i due lati di una membranasemipermeabile

Tonicità dell’extracellulare ed effetti delle sue variazioni sul volume cellulare

Soluzione ipotonica

Soluzione isotonica

Soluzione ipertonica

La tonicità nell’extracellulare e’ minore che nell’intracellulare:

l’acqua passera’ all’interno della cellula che aumenta di

La tonicità nell’intracellulare e’ minore che

nell’extracellulare: l’acqua passera’ dalla cellula (che si

La tonicità e’ uguale nei due compartimenti: non

ci sara’ movimento di acqua (la cellula non della cellula che aumenta di

volumepassera dalla cellula (che si riduce di volume) all’esterno

acqua (la cellula non cambia di volume)

L’osmolarità efficace di ECF e ICF ll’ ilib i d lall’equilibrio deve essere uguale

ECF ICFECF ICF

H2O

ECF Osm = ICF Osm

• Osmolarità plasmatica: p2[Na+ ] (mmol/L) + [Urea] (mg/dL)/2.8 + [Glucosio] (mg/dL)]/18

• Tonicità plasmatica (o osmolarità efficace):2[Na+] (mmol/L) + [Glucosio] (mg/dL)/182[Na ] (mmol/L) [Glucosio] (mg/dL)/18

• Volume ICF: determinato dalla tonicità Volume ICF: determinato dalla tonicità plasmatica sodiemia (in rapporto inverso)inverso)

V l ECF d i d l di • Volume ECF: determinato dal contenuto di Na+ nel fluido extracellulare

Aumento della sodiemia

ECF ICFECF

H 0

ICF

H20

[Na[Na++]][Na[Na++]]

Riduzione della sodiemia

ECF ICFECF

H 0

ICF

H20

[Na[Na++]]Cell

Swelling[Na[Na++]] Swelling

Il mantenimento del patrimonio dei fluidi corporei è garantitodal controllo del bilancio esterno di H2O (entrate ed uscite) …

… e dal controllo del bilancio esterno di Na+(entrate ed uscite)

• Il contenuto corporeo di Na+ dipende dal bilancio tra l’apporto e l’escrezione pprenale di Na+

• All’equilibrio, l’escrezione renale di Na+deve essere uguale all’apporto di Na+

• L’escrezione renale di Na+ è regolata dalle variazioni del volume dell’ECF

BilancioBilancio dell’acquadell’acqua e dele del sodiosodioBilancioBilancio dell acquadell acqua e del e del sodiosodio

BilancioBilancio del del sodiosodio

ApportoApporto non non regolatoregolatoBilancioBilancio dell’acquadell’acqua

ApportoApporto regolatoregolato ((setesete)) EscrezioneEscrezione urinariaurinaria didi

NaNa++ governatagovernata dallodallo EscrezioneEscrezione urinariaurinaria didi HH22O e O e

setesete governategovernate dalledalle ggstatostato del volume dell’ del volume dell’ ECFECF e e dalladalla volemiavolemiaffiffi

ggvariazionivariazioni didi volume volume cellularecellulare

EscrezioneEscrezione urinariaurinaria didi HH22O eO e efficaceefficace EffettoriEffettori multiplimultipli

EscrezioneEscrezione urinariaurinaria didi HH22O e O e setesete influenzateinfluenzate dallodallo statostatodeidei volumivolumi (ECF e (ECF e volemiavolemiaefficaceefficace))

EffettoreEffettore: ADH : ADH ((vasopressinavasopressina) )








EscrezioneEscrezione urinariaurinaria didi HH22O eO e efficaceefficace MediatoriMediatori multiplimultipli


MediatoreMediatore: ADH : ADH ((vasopressinavasopressina) )

Meccanismi di controllo delbilancio esterno dell’acqua

• Introduzione di H2O: Meccanismo della sete sete

• Conservazione ed eliminazione renale dell’H2Odell H2O(meccanismi di concentrazione e diluizione delle urine)delle urine)

gradiente osmotico midollare ADH

Stimoli in grado di indurre il meccanismo della seteStimoli in grado di indurre il meccanismo della sete

Volume circolante “efficace”

osmolalità plasmatica

Secchezza delle fauciefficace plasmatica delle fauci

B tt i O tt i Barocettori Osmocettori (OVLT, SFO)

SeteAngiotensina II(+) (+)(+)

Seteg(+)

Fattori necessari per la concentrazione e la diluizione delle urine

• Generazione e mantenimento

diluizione delle urine

mantenimento dell’ipertonicità midollare:

a) Adeguato delivery di sodio al nefrone distale

b) Riassorbimento di sodio a livello dell’ansa di Henle elivello dell’ansa di Henle e del tubulo contorto distale

c) Impermeabilità all’acqua del THAL

d) Moltiplicazione in controcorrente

e) Ricircolo dell’ureaf) Fl id ll lf) Flusso midollare normale

• Variabile permeabilità ll’ (ADHall’acqua (ADH-

dipendente) del dotto collettore

Generazione renale di acqua libera

Riassorbimento di NaCl senza HRiassorbimento di NaCl senza H OO

Generazione renale di acqua libera

Riassorbimento di NaCl senza HRiassorbimento di NaCl senza H22OO

RiassorbRiassorb. . NaClNaCl

diluiscediluisceilil fluidofluido

endoluminaleendoluminale

H RM i Th Kid B & R t d 1976Hays RM in The Kidney, Brenner & Rector, eds, 1976

Generazione renale di acqua liberaGenerazione renale di acqua libera

Riassorb NaCl Riassorb NaCl crea uncrea uncrea uncrea un

gradiente di gradiente di concentrazioneconcentrazioneconcentrazione concentrazione

midollaremidollare

Hays RM in The Kidney, Brenner & Rector, eds, 1976

ArgininArginin--Vasopressina (AVP o ADH)Vasopressina (AVP o ADH)ArgininArginin Vasopressina (AVP o ADH)Vasopressina (AVP o ADH)

Sintesi e secrezione ADH

• Sintesi nei neuroni secretori nuclei SO e PVipotalamo

• Trasporto assonale lungo il peduncolo ipofisario

Ril i d ll t i i i i h ll i fi i• Rilascio dalle terminazioni assoniche nella ipofisiposteriore

Regolazione della secrezione di ADHg

Vi ff ti ti h t d li• Vie afferenti osmotiche a partenza dagliosmorecettori ipotalamici (OVLT e SFO, regioneantero-ventrale 3° ventricolo)

• Vie afferenti non-osmotiche a partenza daibarocettori arteriosi e di volume (nn.glossofaringeo e vago)glossofaringeo e vago)

•Gli inputs della via osmotica e della via non-osmotica convergono sulla stessa popolazione dig p pneuroni secretori

Osmoregolazione vs Regolazione da volume della secrezione di ADH

•Relazione lineare fra P i diPosm e secrezione di ADH: variazioni della osmolarità dell’1-2%osmolarità dell 1-2% modificano la secrezione di ADH

•Relazione esponenziale fra volemia e secrezione di ADH: solo riduzioni della volemia efficace > 10% causano incrementi marcati della secrezione di ADHsecrezione di ADH

Fattori che influiscono sulla secrezione di ADH

Stimoli InibitoriIperosmolarità Ipo osmolaritàIperosmolarità Ipo-osmolarità

Ipovolemia Ipervolemia

Nausea Etanolo

Dolore FenitoinaStress (es. perioperatorio)

IpoglicemiaIpoglicemiaIL-6GravidanzaGravidanza

Nicotina

Farmaci

Stimolazione ed effetti ADH

Vol. Intravasc.Vol. Intravasc.++PosmPosm ++

ADHADHVV22 Recettori Recettori VV1a1a RecettoriRecettori

Regolano riassorbimento Regolano riassorbimento HH22O nel reneO nel rene

Regolano Tono Regolano Tono VascolareVascolare

V2-RV2 R

Meccanismo d’azione dell’ormone antidiuretico a livello delle cellule del tubulo collettore renale

Effetto dell’ ADH sull’ escrezione di acqua libera

Livelli soppressiLivelli soppressidi ADH:di ADH:dottodotto

collettore collettore impermeabileimpermeabile

ad Had H22OO HH22OOHH22OO


Effetto dell’ ADH sull’ escrezione di acqua libera

LivelliLivelliLivelli Livelli elevati di ADH:elevati di ADH:dotto collettoredotto collettoredotto collettoredotto collettore

permeabile permeabile ad Had H OOad Had H22OO

(interstizio(interstizioipertonico)ipertonico)ipertonico)ipertonico) H2OH2O


ADH e UADH e Uosm

Uosm varia da 50 mOsm/kg amOsm/kg a1200 mOsm/kg

Robertson, GLJ Lab Clin Med 1983; 101:351J Lab Clin Med 1983; 101:351

Effetti renali dell’ADH

Incremento della permeabilità all’acqua d ll’i t CDdell’intero CD

Incremento della permeabilità all’urea del CD midollaredel CD midollare

Riduzione del flusso ematico nei vasa Riduzione del flusso ematico nei vasa recta

Aumento del’espressione del trasportatore Na/K/2Cl nel THAL








EscrezioneEscrezione urinariaurinaria didi HH22O eO e efficaceefficace MediatoriMediatori multiplimultipli


MediatoreMediatore: ADH : ADH ((vasopressinavasopressina) )

Bilancio esterno del Na+Bilancio esterno del Nagh

t (k

g)

72

Wei 71

150A t E i

mEq

)

100

Apporto = Escrezione

odiu

m (

m

50 Intake

So

Excretion DaysExcretion

Bilancio del Na+: i ll i i di risposta alla variazione di apporto

ght

(kg)

72

71 I t kW

eig 71

Eq) 150

Intakeiu

m (

mE

100Apporto > Escrezione

Intake

Sod 50 Intake

DaysExcretion


ght

(kg)

72Intake

Wei

g

71

150

Intake

(mEq

)

150

100L’escrezione di Na+

aumenta E tiExcretion

Sodi

um (

50

nell’arco di alcuni ggExcretionExcretionExcretion

S

DaysDays


(kg

) 72Intake

Weight Gain

Wei

ght 71

150 Nuovo equilibrio:

Intake

Positive Balance

(mEq

)

100

Nuovo equilibrio:Escrezione = Apporto

Excretion

Sodi

um

50

Excretion

DaysDays


t (k

g)

72

ECF Volume

Wei

ght

71 Nuovo equilibrio:Contenuto di Na+ nell’ECFPeso corporeo

Eq)

150

100

Peso corporeoNon [Na+]

(P i hè i à t t

dium

(m

E 100

50

(Poichè vi sarà stato incremento nell’introito e nella ritenzione di H2O)

Sod 50

Days

Regolazione del volume dell’ ECF :meccanismi di segnale

L’escrezione renale di Na+L escrezione renale di Na+risponde allo stato del:“Volume circolante efficace”

FluidoFluidointerstizialeinterstizialesm

asm

a

interstizialeinterstiziale

Pla

sP

lasIl riempimento del sistema

arterioso (“volemia efficace”) è una funzione complessa di:

1/41/4 3/43/4

pVolume totale ECFGittata cardiacaResistenze periferiche

ECFECFResistenze perifericheCapacitanza venosaPressione oncoticaPermeabilità capillare CCPermeabilità capillare

Sensori di “volume”• Cardiopulmonary

– Atrial (distension)– Ventricles (distension)– Juxtapulmonary (interstitial

pressure)pressure)

• Arterial– Aortic arch (pressure)– Carotid sinus (pressure)

• Hepatic– Portal vein (pressure)Portal vein (pressure)

• Renal– Afferent arteriole (pressure)– Macula densa (NaCl delivery)

Cardiac atria

adapted from Guyton AC. Textbook of Medical Physiology, 2002.

Cardiac ventricles

Escrezione renale di Na+ : meccanismi effettori

I li• Intrarenali– GFR

A t g l i d l fl l– Autoregolazione del flusso renale– Bilancio glomerulo-tubulare– Feed-back tubuloglomerulareg– Attività dei nervi simpatici renali– Distribuzione intrarenale del flusso ematico

Relazione pressione/natriuresi– Relazione pressione/natriuresi

Neuroumorali– SNSSNS– SRAA– Peptidi natriuretici (ANP, BNP, C-type, urodilatina)– Composti digoxin-like– ADH– EndotelineEndoteline– Prostaglandine– NO

Regolazione della sodiemia vs regolazione d l t t di N + ll’ECFdel contenuto di Na+ nell’ECF

Concentrazione sierica di Na+ Contenuto di Na+ nell’ECF

• Variabile semplice• Un sensore principale

• Variabile complessa(“volume

(osmocettori, tonicità del plasma)

l

p (circolante eficace”)

• Sensori multipli (baro- e • Un singolo ormone (ADH)• Un singolo effetto

l ( i t i d

volocettori)• Multiple regolazioni

ormonale( sintesi ed inserzione di AQP2 nel DC)

ormonali + SNS• Multipli effetti di ciascun

di t lmediatore neuro-umorale

Errori concettuali frequentiq• La sodiemia correla con il contenuto corporeo di sodio

• I sistemi fisiologici di regolazione della sodiemia e del contenuto corporeo di• I sistemi fisiologici di regolazione della sodiemia e del contenuto corporeo disodio coincidono

Errori clinici frequenti’i i i è i i i i i• L’iposodiemia è espressione di deplezione di sodio

• Il trattamento razionale della iposodiemia consiste nella somministrazione disoluzione salina a concentrazione superiore a quella plasmaticasoluzione salina a concentrazione superiore a quella plasmatica

• La soluzione salina fisiologica è comunque in grado di correggereparzialmente l’iposodiemia indipendentemente dalle cause della iposodiemiap p p p

Approccio correttoppCorrispettivo clinico Terapia fisiologica appr.ta

Eccesso di sodio corporeo

Espansione ECFIpervolemia

Escrezione di Na+

pEdema

Deficit di sodio corporeo Deplezione ECF Ripristinare Ipovolemia il contenuto di Na+

Eccesso di H O (libera) Iposodiemia Escrezione H O (libera)Eccesso di H2O (libera) IposodiemiaAumento volume cell

Escrezione H2O (libera) Intake H2O (libera)

Deficit di H2O (libera) IpersodiemiaContrazione volume cell

Escrezione H2O (libera) Intake di H2O (libera)

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