biochemia 19

Telesná voda

Úvodné poznámky

  • Na ľudský organizmus sa možno dívať ako na systém buniek suspendovaných v extracelulárnej tekutine.
  • Roztoky v ľudskom organizme sú kompartmentalizované.
    • Najdôležitejšie kompartmenty:
    • extracelulárny
    • intracelulárny
  • Obličky sú spojené transportným systémom obsahujúcim krvné cievy, ktoré neustále pumpujú živiny do tkanív a odstraňujú metabolický odpad.
  • Choroby obličiek, vodnej a elektrolytovej rovnováhy sú významnou súčasťou medicíny.

Poznámky k biochemickým princípom

  • Voda
    • Tvorí približne 60 % váhy tela.
    • Voda sa ako substrát podieľa na mnohých reakciách intermediárneho metabolizmu.
  • Proteíny
    • Vytvárajú vo vode koloidné roztoky, tuky, micely.
  • Nadbytok aj nedostatok vody poškodzujú funkcie tkanív a orgánov.

Telesné kompartmenty

  • Intracelulárny priestor
    • Tvorí jednu tretinu celkovej telesnej vody.
  • Extracelulárny priestor
    • Tvorí dve tretiny celkovej telesnej vody.
    • Pozostáva z:
    • intersticiálneho priestoru
    • plazmy
    • transcelulárneho priestoru.
  • Kapilárna stena
    • Delí plazmu od intersticiálnej tekutiny.
    • Je voľne priestupná pre vodu a elektrolyty, nepriestupná pre bielkoviny.

Koncentrácie iónov v plazme

  • Katióny
    • V plazme je 150 mmol/l.
    • Hlavný katión je sodík s koncentráciou 140 mmol/l v extracelulárnom priestore.
  • Anióny
    • Hlavný anión plazmy je chlorid (100 mmol/l) a bikarbonát (25 mmol/l).
    • Zvyšok aniónov (Anion gap): obsahuje fosfáty, sulfáty, bielkoviny a organické kyseliny.
    • Vypočítame ho zo vzorca:
      AG = (Na + K) - (Cl + HCO_3) = 12 ext{ mmol/l}
  • Draslík
    • Hlavný katión intracelulárnej tekutiny.
    • Aniónmi sú fosfáty a proteíny.
  • Voda prechádza cez bunkovú membránu voľne; pohyb iónov a neutrálnych molekúl je obmedzený.
  • Elektrochemický gradient na membráne sa udržiava pomocou aktívneho transportu - sodíkovo-draslíkovou ATP-ázovou pumpou.
  • Objem extra- a intracelulárnej tekutiny závisí od množstva osmoticky aktívnych látok v jednotlivých kompartmentoch.
    • 1 mmol látky rozpustenej v 1 kg vody má tlak asi 20 mm Hg.

Distribúcia vody

  • V rámci extracelulárnej tekutiny:
    • Distribúcia vody medzi intra- a extravaskulárnym kompartmentom závisí od koncentrácie plazmatických proteínov.
  • Pohyb tekutín medzi plazmou a intersticiálnym kompartmentom reguluje rovnováha medzi onkotickým a hydrostatickým tlakom.

Regulácia bunkovej osmolality a objemu

Osmolalita a objem telesných tekutín

  • Ak neexistuje osmotický gradient na bunkovej membráne, objem bunkovej tekutiny udržiava sodíkovo-draskíková pumpa.
    • Inhibícia pumpy vedie k vzostupu sodíka a poklesu draslíka v bunke, pričom aktivitu pumpy reguluje intracelulárna koncentrácia sodíka.

Vodná rovnováha

  • Telo si za normálnych okolností vymieňa vodu s vonkajším prostredím.
  • Hlavným zdrojom príjmu je perorálny príjem.
  • Hlavná cesta strát je močom.
    • Dychom sa organizmus zbaví asi 500 ml vody za deň.
    • Straty kolíšu podľa okolností a môžu dosahovať až niekoľko litrov za deň.

Hlavná funkcia obličiek

  • Obličky udržiavajú objem a osmolality extracelulárnej tekutiny.
  • Udržiavajú acidobázickú rovnováhu.
  • Vylučujú katabolity dusíkatého metabolizmu a ďalšie toxíny.
  • Šetria celý rad cenných a potrebných látok pre telo.
  • Hrajú významnú endokrinnú funkciu - vylučujú renín, angiotenzín, erytropoetín a D vitamín.

Hlavná funkčná jednotka obličiek

  • Nefrón sa skladá z:
    • Glomerulu, arteriol a Bowmanovho puzdra.
    • Proximálneho tubulu.
    • Henleho kľučky.
    • Distálneho tubulu.
    • Zberných kanálikov.

Energetický metabolizmus obličiek

  • Obličky spotrebujú približne rovnaké množstvo kyslíka ako myokard a trikrát viac kyslíka ako mozog.
  • 70 % energie ide na tubulárnu reabsorpcie a na udržiavanie aktivity púmp - hlavne sodíkovo-draslíkových.

Proces tvorby moču

  • Plazma sa filtruje v glomerule.
    • Glomerulárny filtrát sa vytvára hydrostatickým tlakom glomerulárnych kapilár vo výške asi 50 mmHg.
    • Onkotický tlak plazmy je asi 10 mm Hg.
  • Protiprúdový multiplikačný systém umožňuje obličke vytvárať vysokoosmolárne prostredie v dreni.
    • Tento proces sa veľmi podobá rozdielnej permeabilite zostupného a vzostupného ramena Henleho kľučky.
    • Zostupné rameno: voda prechádza, vzostupné rameno: pumpuje sodík a chloridy do interstícia, zvyšujúce osmolalitu drene.
    • Kortex obličky má osmolalitu 300 mmol/l, zatiaľ čo v dreni dosahuje až 1 300 mmol/l.
    • Vysoká osmolalita drene urýchľuje reabsorpciu vody v zberných kanálikoch.

Objem a zloženie glomerulárneho filtrátu

  • Množstvo krvi pretečenej glomerulom tvorí 20 % kardiálneho výdaja.
  • 70 % filtrátu sa reabsorbuje v proximálnom tubule.
  • Mechanizmy reabsorpcie sodíka:
    • Špecifické iónové kanály
    • Kotransport s glukózou, aminokyselinami a ďalšími iónmi
    • Sodíkovo-draslíková ATP-ázová pumpa

Zloženie definitívneho moču

  • Proximálny tubulus opúšťa glomerulárny filtrát izotonický, Henleho kľučku hypotonický.
  • V distálnom tubule a zberných kanálikoch sa hlavne reabsorbuje voda, čím sa vytvára definitívny moč.
  • Priemerný objem moču za deň je 1 - 2 litre, osmolalita moču je okolo 900 mmol/l.

Diagnostika podľa moču

  • Napriek obmedzenej reabsorpčnej kapacite sa v moči nachádza len veľmi málo aminokyselín, bielkovín a glukózy.
  • Vyšetrenie moču na tieto látky pomáha pri diagnostike aminoacidúrií, diabetu a poškodenia obličiek.

Renín a angiotenzínový systém

  • Renín je proteáza, ktorá sa tvorí v juxtaglomerulárnom aparáte obličky a štiepi angiotenzinogén na angiotenzín I.
    • Angiotenzín I sa účinkom angiotenzin konvertujúceho enzýmu mení na angiotenzín II.
    • Angiotenzín II je najsilnejší vazokonstriktor a zvyšuje tlak aj sekréciu aldosterónu v kôre nadobličky.
    • Aldosterón spôsobuje vylučovanie draslíka a zadržiavanie sodíka obličkami.

Metabolizmus vody a sodíka

  • Metabolizmus vody a sodíka sú úzko spojené.
  • Účinok ADH a aldosterónu sú vzájomne komplementárne, čo vyúsťuje do spoločného riadenia a regulácie systému, ktorý je zodpovedný za hospodárenie vody a sodíka v obličkách.

Glomerulárna filtrácia

  • Predstavuje významný parameter obličkovej funkcie.
    • Rozumieme pod ňou objem plazmy, ktorá sa prefiltrovala cez obličky.
  • Obličkový klírens
    • Rozumieme pod ním množstvo látky, ktoré sa prefiltrovalo cez obličky a vylúčilo do moču.
    • Vp imes Cp = Vu imes Cu
    • Kde:
    • $V_p$ = objem prefiltrovanej plazmy
    • $C_p$ = koncentrácia látky v prefiltrovanej plazme
    • $V_u$ = objem moču
    • $C_u$ = koncentrácia látky v moči.
  • Trojčlenka
    • Vp = rac{Vu imes Cu}{Cp}

Kreatinín a jeho klírens

  • Meranie kreatinínu v sére je jednoduchý test na posúdenie renálnej funkcie, ktorý nevyžaduje zber moču.
  • Kreatinín je látka, ktorá sa v moči len filtruje, ani sa nevylučuje, ani sa nevstrebáva.
  • Inulín je podobná látka, avšak ho treba dodať do organizmu infúziou.
  • Ak kreatinín stúpne na dvojnásobné hodnoty, glomerulárna filtrácia klesne na 50 % pôvodnej hodnoty.

Význam plazmatickej koncentrácie draslíka

  • Draslík ovplyvňuje kontraktilitu myokardu.
    • Hyperkaliémia (viac ako 6 mmol/l) a hypokaliémia (menej ako 3,5 mmol/l) môžu ohrozovať život.

ADH a renín-angiotenzíny pri poruchách vodnej a elektrolytovej rovnováhy

  • Osmolalita séra je udržiavaná pomocou osmoreceptorov a ADH.
  • Izovolémia je udržiavaná pomocou baroreceptorov a renínového systému.
    • Súhrou oboch systémov sa udržiava izoosmia a izovolémia.

Klinické vyšetrenie

  • Z praktického hľadiska má význam vyšetrenie:
    • sodíka, draslíka, urey, kreatinínu, chloridov a bikarbonátov v sére,
    • pH, pCO2 a po2 v kapilárnej krvi,
    • albumínu a osmolality v sére,
    • objemu a osmolality moču.

Poznámky ku klinickému kontextu

  • Zloženie telesných tekutín ovplyvňuje poruchy vyplývajúce z ich strát z organizmu.
  • Klinické problémy sú spôsobené stratami telesných tekutín, napríklad:
    • potom, zvratkami a hnačkovitými stolicami.
    • Znížia onkotický tlak v plazme.
    • Tekutina prestupuje z ciev do interstícia a vytvára edémy.
  • Straty bielkovín obličkami: môžu viesť k závažným klinickým problémom.
    • Napríklad cholera vedie k ťažkým stratám telesných tekutín.
  • Diabetes: zvýšená koncentrácia glukózy vedie k intenzívnejšej glykolyzácii tkanív a poškodeniu (diabetická mikro- a makroangiopatia).
  • Príklady endokrinnej hypertenzie: aldosterón spôsobuje hypertenziu,
    • zvýšené sekrécie katecholaminov pri feochromocytóme.

Esenciálna hypertenzia

  • Znížený srdcový výdaj vedie k aktivácii renino-angiotenzino-aldosterónového systému, čo je hlavný mechanizmus pri vývoji a udržiavaní kardiálneho zlyhania.
  • Existujú lieky na liečbu edémov, kardiálnej insuficiencie a hypertenzie.

Syndróm neadekvátnej sekrécie ADH

  • Zriedkavý typ ochorenia, ktorý sa vyznačuje zvýšenou sekréciou ADH.
  • Môže sa vyskytnúť po veľkej traume alebo chirurgickom zákroku, vedie k obrovskej retencii vody.
  • Typická je:
    • zníženie objemu vylučovaného moču
    • vysoká urea a kreatinín.
    • Môže viesť k ťažkej dehydratácii a alkalóze.

Príznaky renálneho zlyhania

  • Pri poruchách vodnej a elektrolytovej rovnováhy závisia od typu strát telesných tekutín.
    • Zmenená koncentrácia draslíka.

Zhrnutie a závery

  • Obličky predstavujú hlavný orgán, ktorý riadi rovnováhu vody a elektrolytov.
  • Reabsorpcia sodíka, draslíka a vody je riadená hormonálne.
  • Renino-angiotenzinový systém je primárnym regulátorom sekrécie draslíka.
  • ADH reguluje exkréciu a príjem vody.
  • Stanovenie koncentrácie elektrolytov je významnou súčasťou klinického vyšetrenia.
  • Voda predstavuje prostredie pre väčšinu chemických reakcií v organizme.
  • Dehydratácia alebo hyperhydratácia vedie k závažným klinickým problémom.
  • Vodná rovnováha je úzko spätá s rovnováhou elektrolytov - najmä sodíka a draslíka.
  • Stav hydratácie organizmu závisí od rovnováhy medzi príjmom a výdajom.

Najdôležitejšie vzorce a schémy

  • ECT, ICT, distribúcia vody a elektrolytov
  • Osmotický tlak
  • Hydrostatický tlak
  • Distribúcia vody medzi plazmou a intersticiom