Zaburzenia gospodarki wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej - ebook

PRZEDMOWA

Gospodarka wodno-elektrolitowa i kwasowo-zasadowa w stanach fizjologicznych i patologii doczekała się sześciu wydań obszernych (wydanie szóste ukazało się w 2005 r.) oraz dwóch skróconych (ostatnie ukazało się w 2007 r.). Już te fakty dowodzą, jak bardzo potrzebna jest wiedza w tej dziedzinie medycyny dla praktycznie wszystkich specjalności medycznych oraz jak bardzo jest to dynamicznie rozwijająca się dyscyplina medyczna. Dowodzi tego chociażby fakt podwojenia się w ostatnich sześciu latach liczby opublikowanych prac jej poświęconych, w porównaniu z analogicznym okresem dzielącym skrócone wydanie drugie od wydania aktualnego. W obecnym wydaniu uwzględniono szczególnie te postępy, które wzbogaciły w istotnym stopniu patogenezę i terapię zaburzeń gospodarki wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej. To sprawiło, że mimo usilnych starań, by temu zapobiec, objętość publikacji zwiększyła się. Wyrażamy nadzieję, że książka ta spełni swoje zadanie, stanowiąc katechizm wiadomości, które przyczynią się do ratowania życia wielu milionów chorych.

Realizacja wydania podręcznika nie byłaby możliwa bez życzliwej pomocy i harmonijnej współpracy z Redaktorami Wydawnictwa Lekarskiego PZWL.

Franciszek KokotWSTĘP

Zaburzenia równowagi wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej nie należą do zagadnień lubianych przez lekarzy; powiązanie tych zaburzeń z biochemią, fizyką i matematyką leży zapewne u podstaw nieuzasadnionej niechęci do tej dziedziny medycyny. Tymczasem niewielu lekarzy zdaje sobie sprawę z ogromnych korzyści leczniczych wynikających z gruntownej znajomości patofizjologii wymienionych zaburzeń. Wystarczy wspomnieć, że dzięki nowoczesnej terapii płynami śmiertelność z powodu biegunki wśród dzieci zmniejszyła się z powyżej 30% przed II wojną światową do poniżej 1% oraz że poznanie kotransportu sodowo-glukozowego w jelitach zaowocowało opanowaniem ogromnych zaburzeń gospodarki wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej u chorych na cholerę. Czy można sobie dzisiaj wyobrazić racjonalne zwalczanie wstrząsu, dializoterapię lub transplantację serca i wątroby bez znajomości podstawowych praw rządzących homeostazą wodno-elektrolitową i kwasowo-zasadową? Takich przykładów można oczywiście przytoczyć wiele. Nie jest zatem przesadą stwierdzenie, że dzięki postępom wiedzy w dziedzinie patofizjologii zaburzeń gospodarki wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej w ciągu minionych 75 lat uratowano więcej istnień ludzkich niż za pomocą chemioterapii.

Należy też wspomnieć, że postępy farmakoterapii są przyczyną pojawienia się nowej, nieznanej dotychczas farmakopatologii, która nie ominęła również homeostazy wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej. Chodzi tu o niepożądane objawy spowodowane stosowaniem leków diuretycznych, kortykosteroidów, leków nefrotoksycznych lub wpływających na przezbłonowy transport elektrolitów. Lekarz nieświadomy działań ubocznych takich leków może się przyczynić do wystąpienia u pacjenta groźnych dla życia powikłań sercowo-naczyniowych. Chociaż w organizmie ludzkim funkcjonują wspaniałe mechanizmy wyrównawcze, przeciwdziałające jatrogennym zaburzeniom równowagi wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej, nie powinno to jednak stanowić pocieszenia, lecz zachętę dla lekarzy do pogłębiania tej dziedziny wiedzy medycznej. Należy bowiem zawsze pamiętać, że wszelkie mechanizmy kompensacyjne mają swoje granice, a ich przekroczenie może się zakończyć zgonem chorego.

Mamy nadzieję, że dla wielu Czytelników opanowanie zagadnień patofizjologii zaburzeń równowagi wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej uwieńczone zostanie poczuciem satysfakcji wynikającym z uratowania licznych pacjentów, dla których leczenie przez lekarza niedysponującego taką wiedzą oznaczałoby wyrok śmierci.

Franciszek Kokot

Edward FranekWYKAZ SKRÓTÓW

-------- ----- -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
ACTH – hormon adrenokortykotropowy,kortykotropina (ang. adrenocorticotropic hormone)
ADH – hormon antydiuretyczny (ang. antidiuretic hormone)
ADMA – asymetryczna dimetyloarginina (ang. asymmetric dimethylarginine)
AIDS – zespół nabytego niedoboru odporności (ang. acquired immune deficiency syndrome)
AKI – ostre uszkodzenie nerek (ang. acute kidney injury)
AKIN – ang. Acute Kidney Injury Network
AlAT – aminotransferaza alaninowa (ang. alanine aminotransferase)
ALI – zespół ciężkiego (ostrego) uszkodzenia płuc (ang. acute lung injury)
AME – zespół pozornego nadmiaru mineralokortykosteroidów (ang. apparent mineralocorticoid excess)
AMP – adenozynomonofosforan (ang. adenosine monophosphate)
ANF – przedsionkowy czynnik natriuretyczny (ang. atrial natriuretic factor)
ANP – przedsionkowy peptyd natriuretyczny (ang. atrial natriuretic peptide)
AQP2 – akwaporyna-2 (ang. aquaporin-2)
ARDS – zespół ostrej niewydolności oddechowej (ang. acute respiratory distress syndrome)
ASIC1 – inhibitor czujnika kwasowego (ang. acid-sensing ion channel-1a)
ATP – adenozyno- 5’-trifosforan (ang. adenosine triphosphate)
AVP – arginino-wazopresyna (ang. arginine-vasopressin)
BB – zasady buforujące osocze (ang. buffer base)
BE – nadmiar zasad (ang. base excess)
BMP – białko morfogenetyczne kości (ang. bone morphogenetic protein)
BNF – mózgowy czynnik natriuretyczny (ang. brain natriuretic factor)
BNP – mózgowy peptyd natriuretyczny (ang. brain natriuretic peptide)
BP – ciśnienie krwi (ang. blood pressure)
cAMP – 3’,5’-cykliczny adenozynomonofosforan (ang. cyclic 3’-5’ adenosine monophosphate)
CAPD – ciągła ambulatoryjna dializa otrzewnowa (ang. continuous ambulatory peritoneal dialysis)
CFTR – gen kodujący przezbłonowy regulator (ang. cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)
CNP – naczyniowy peptyd natriuretyczny (ang. C-type natriuretic peptide)
CP – ciśnienie koloidoosmotyczne osocza (ang. colloid-osmotic pressure)
CPK – kinaza fosfokreatynowa (ang. creatine phosphokinase).
CSF – czynniki stymulujące tworzenie kolonii (ang. colony stimulating factor)
CSW – zespół mózgowej utraty soli (ang. cerebral salt wasting)
DECF – niedobór płynu pozakomórkowego (ang. deficit of extracellular fluid)
DMP – białko macierzy zębiny (ang. dentin matrix protein)
DOC – deoksykortykosteron (ang. deoxycorticosterone)
DRA – gen o ekspresji zmniejszonej w gruczolakach (ang. down regulated in adenoma)
ECMO – pozaustrojowe natlenowanie krwi (ang. extracorporeal membrane oxygenation)
eGFR – obliczony GFR (ang. estimated glomerular filtration rate)
EMT – przekształcenie komórek nabłonkowych w komórki mezenchymalne (ang. epithelial-to-mesenchymal transition)
ENaC – cewkowy kanał sodowy (ang. epithelial natrium channel)
ET-1 – endotelina
FEK – frakcyjne wydalanie potasu (ang. fractional excretion of potassium)
FGF – czynnik wzrostowy fibroblastów (ang. fibroblast growth factor)
FGF-23 – czynnik wzrostowy fibroblastów 23 (ang. fibroblast growth factor-23)
FRP4 – ang. frizzled-related protein 4
GAG – glikozaminopoliglikany (ang. glycosaminoglycan)
GFR – wskaźnik przesączania kłębuszkowego (ang. glomerular filtration rate)
GPCR – receptory sprzężone z białkiem G (ang. G protein coupled receptors)
GRA – hiperaldosteronizm podatny na leczenie glikokortykosteroidami (ang. glucocorticoid remediable aldoteronism)
GSH – hiperaldosteronizm podatny na leczenie glikokortykosteroidami (ang. glucocorticoid suppressible hyperaldosteronism)
IGF – insulinopodobny czynnik wzrostu (ang. insulin-like growth factor)
IP – ciśnienie wewnątrztorebkowe (ang. intracapsular pressure)
iPTH – ang. intact PTH, intact parathyroid hormone (cała cząsteczka 1–84 PTH)
MELAS – miopatia mitochondrialna, encefalopatia, kwasica mleczanowa, występowanie incydentów podobnych do udarów (ang. mitochondrial myopathy, encephalopathy, lactic acidosis, stroke-like episodes)
MEPE – pozakomórkowa fosfoproteina macierzy (ang. matrix extracellullar phosphoglycoprotein)
Napwp – stężenie sodu w przestrzeni wodnej pozakomórkowej
NBB – normalne stężenie zasad buforujących (ang. normal buffer base)
NFAT – jądrowy czynnik aktywowanych limfocytów T (ang. nuclear factor of activated T cells)
NHE1 – wymieniacz sodowo-wodorowy (ang. sodium/hydrogen exchanger 1)
NSIAD – zespół nefrogennej, nieadekwatnej antydiurezy (ang. nephrogenic syndrome of inappropriate antidiuresis)
OPG – osteoprotegeryna (ang. osteoprotegerin)
OUN – ośrodkowy układ nerwowy
PEEP – dodatnie ciśnienie w końcowej fazie wydechowej (ang. positive end expiratory pressure)
PGI2 – prostacyklina
PHEX – ang. phosphate regulating gene with homology to endopeptidases located on the X-chromosome
PIGF – czynnik wzrostowy indukowany łożyskiem (ang. placenta induced growth factor)
POChP – przewlekła obturacyjna choroba płuc
PRA – aktywność reninowa osocza (ang. plasma renin activity)
PTH – parathormon (ang. parathyroid hormone)
PTHrP – peptyd parathormonopodobny (ang. PTH – related peptide)
RAA – układ renina–angiotensyna–aldosteron (ang. renin–angiotensin–aldosterone system)
RANKL – ligand receptora aktywującego czynnik jądrowy kappa B (ang. receptor activator of nuclear factor kappa B ligand)
RBF – przepływ krwi przez nerki (ang. renal blood flow)
RET – gen ulegający rearanżacji podczas transfekcji (ang. rearranged during transfection)
RIFLE – ang. Risk, Injury, Function Loss, End stage renal failure
ROMK – nerkowy kanał potasowy w zewnętrznym odcinku rdzenia nerki (ang. outer medulary potassium channel)
RUNX – czynnik transkrypcyjny związany z genem runt (ang. runt-related transcription factor)
SIADH – zespół nieadekwatnej sekrecji ADH (ang. syndrome of inappropriate secretion of ADH)
SID – różnica silnych jonów (ang. strong ion difference)
TGF – transformujący czynnik wzrostu (ang. transforming growth factor)
Tm – maksymalna pojemność kanalików bliższych do przenoszenia określonej substancji ze światła kanalika do krwi lub odwrotnie (ang. tubular maximum)
TRPV5 – ang. transient receptor vaniloid 5
VEGF – czynnik wzrostowy śródbłonka naczyniowego, inaczej śródbłonkowy czynnik wzrostu (ang. vascular endothelial growth factor)
-------- ----- -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 ZAGADNIENIA OGÓLNE

Podstawowe prawa rządzące gospodarką wodno-elektrolitową i kwasowo-zasadową

Równowagą wodno-elektrolitową i kwasowo-zasadową rządzą dwa prawa fizykochemiczne i jedno prawo fizjologiczne. Są nimi:

- prawo elektroobojętności płynów ustrojowych;
- prawo izomolalności (izoosmolalność) płynów ustrojowych;
- prawo izojonii (dążność ustroju do utrzymywania stałego stężenia jonów, w tym również jonów wodorowych).

Prawo elektroobojętności głosi, że płyny ustrojowe – obojętnie, w jakich przestrzeniach wodnych się znajdują – są elektrycznie obojętne. Znaczy to, że w danym płynie ustrojowym suma stężeń anionów (ładunków ujemnych) musi się równać sumie stężeń kationów (ładunków dodatnich). Na przykład w surowicy krwi suma stężeń kationów wynosi 153 mEq/l i równa się sumie stężeń anionów (ryc. 1.1).

Prawo izomolalności płynów ustrojowych mówi, że ciśnienie osmotyczne płynów ustrojowych wszystkich przestrzeni wodnych jest jednakowe. Jeżeli molalność osocza wynosi przeciętnie 290 mmol/kg H₂O, to taką samą wartość otrzymuje się dla płynu pozakomórkowego pozanaczyniowego oraz dla płynu śródkomórkowego. Po wprowadzeniu do krwiobiegu określonej ilości 20-procentowego roztworu mannitolu (substancji nieprzenikającej przez błony komórkowe) ciśnienie osmotyczne płynu pozakomórkowego istotnie wzrośnie. Wzrost ten spowoduje „ściąganie” wody śródkomórkowej do przestrzeni pozakomórkowej aż do chwili wyrównania się molalności w obu przestrzeniach. Jest to praktycznie wykorzystywane np. w leczeniu obrzęku mózgu.

Powiązanie równowagi wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej. Diagram Gamble’a

W niniejszym rozdziale stężenia elektrolitów w płynach ustrojowych są podane w mEq/l, a nie w mmol/l, jak tego wymaga SI. Wynika to z uwarunkowania wszelkich zaburzeń elektrolitowych przesunięciami w zakresie liczby anionów i/lub kationów, co najlepiej można wyrazić, posługując się równoważnikowym systemem określania stężenia poszczególnych elektrolitów.

Rycina 1.1. Diagram Gamble’a dla surowicy krwi.

Jak widać na diagramie Gamble’a (ryc. 1.1), jon Na+ jest dominującym kationem w osoczu krwi (140–145 mEq/l). Suma stężeń pozostałych kationów (wapnia, potasu i magnezu) wynosi 11 mEq/l. Suma więc wszystkich kationów wynosi 153 mEq/l. Spośród anionów największe stężenie ma Cl– (101 mEq/l), a potem anion wodorowęglanu (26 mEq/l).

Białczany surowicy stanowią ok. 16 mEq/l. Pozostałe aniony (fosforany, siarczany, kwasy organiczne, takie jak kwas mlekowy, pirogronowy i acetooctowy) stanowią tzw. resztkowe aniony, wynoszące w sumie ok. 10 mEq/l.

Zgodnie z prawem elektroobojętności płynów ustrojowych suma stężeń anionów równa się sumie stężeń kationów. Jeżeli pominąć niewielkie stężenie fosforanów, suma stężeń zasad buforujących (BB) składa się praktycznie ze stężeń wodorowęglanów i białczanów i wynosi 42 mEq/l. Zasady buforujące są tym parametrem, który wiąże równowagę kwasowo-zasadową z wodno-elektrolitową.

W kwasicy metabolicznej, np. w kwasicy mocznicowej, stężenie wodorowęglanów ulega znacznemu zmniejszeniu. Aby zachowane zostało zjawisko elektroobojętności, musi się zwiększyć stężenie innego anionu (są to z reguły aniony fosforanowe i siarczanowe) lub musi ulec zmniejszeniu stężenie jakiegoś kationu. Zarówno nadmierne wytwarzanie kwasów, jak i egzogenna ich podaż oddziałują na równowagę kwasowo-zasadową, zmieniając stężenie anionów HCO₃–. Inaczej mówiąc, zmiany elektrolitowe w zakresie anionów wpływają na równowagę kwasowo-zasadową przez zmianę stężenia wodorowęglanów (zob. równanie Hendersona–Hasselbalcha).2 ZABURZENIA GOSPODARKI WODNO-ELEKTROLITOWEJ

Przestrzenie wodne – ich wielkość i skład jonowy

Zawartość wody w ustroju

Woda stanowi przeciętnie 60% masy ciała dorosłego, nieotyłego człowieka, pozostałe 40% to sucha masa tkanek. Zawartość wody w ustroju zależy od wieku, płci oraz procentowej zawartości tłuszczu. Największa jest zawartość wody u noworodka (75–80% masy ciała, przy czym 45% znajduje się w przestrzeni pozakomórkowej, a 35% – w śródkomórkowej). Po ukończeniu 1. roku życia wartość ta obniża się do 65% masy ciała (głównie kosztem przestrzeni pozakomórkowej), osiągając w okresie dojrzewania płciowego wielkość spotykaną u osób dorosłych. U mężczyzn po ukończeniu 60. roku życia zawartość wody ustrojowej wynosi przeciętnie 54% masy ciała, a u kobiet 46%.

Mniejsza zawartość wody u kobiet oraz u osób otyłych związana jest z małą zawartością wody w tkance tłuszczowej (której jest więcej u kobiet niż u mężczyzn).

Woda ustrojowa jest rozmieszczona głównie w dwóch przestrzeniach wodnych: w przestrzeni wodnej pozakomórkowej oraz śródkomórkowej (tab. 2.1). Przestrzeń wodna pozakomórkowa składa się z wody pozakomórkowej pozanaczyniowej (zwanej również wodą śródmiąższową – stanowi ona 15% masy ciała dorosłego człowieka) oraz z wody pozakomórkowej śródnaczyniowej (zawartej w osoczu – stanowi ona 5% masy ciała). Całkowita przestrzeń wodna pozakomórkowa wynosi ok. 20% masy ciała dorosłego człowieka.

Tabela 2.1. Rozmieszczenie wody w poszczególnych przestrzeniach wodnych u mężczyzn i kobiet w wieku 20–40 lat oraz u dzieci do 1. miesiąca życia (podane liczby wyrażają procent całkowitej masy ciała)

--------------------------------------------------------------- ----------- --------- ---------------------------------
Rozmieszczenie wody Mężczyźni Kobiety Niemowlęta do 1. miesiąca życia
Woda całkowita 60 54 75
Przestrzeń wodna pozakomórkowa 20 20 35
• Przestrzeń wodna pozakomórkowa śródnaczyniowa (osocze krwi) 5 5 5
• Przestrzeń wodna pozakomórkowa i pozanaczyniowa 15 15 30
• Przestrzeń „trzecia” (woda transcelularna) < 2–3 < 2–3
Przestrzeń wodna śródkomórkowa 40 34 40
--------------------------------------------------------------- ----------- --------- ---------------------------------

Jak wynika z tabeli 2.1, udział przestrzeni wodnej pozakomórkowej w wodzie ogólnoustrojowej u dzieci w 1. miesiącu życia jest znamiennie większy niż u dorosłych.

Około 2,4% masy ciała stanowi woda transcelularna, zajmująca przestrzeń transcelularną. Składają się na nią płyny ustrojowe w jamach opłucnej, w świetle jelit i innych odcinków przewodu pokarmowego, dróg żółciowych, trzustkowych i moczowych, płyn mózgowo-rdzeniowy oraz płyn w komorach oka. W warunkach prawidłowych wielkość tej przestrzeni nie ma większego znaczenia w gospodarce wodno-elektrolitowej, jednak w niektórych stanach chorobowych odgrywa ona główną rolę przy obliczaniu bilansu wodno-elektrolitowego i jest określana jako „trzecia przestrzeń” (ang. third space). Jej objętość zwiększa się u chorych z niedrożnością porażenną jelit, z rozległymi oparzeniami skóry lub zmiażdżeniem mięśni.

Woda w przestrzeni śródkomórkowej stanowi 40% masy ciała (nieco mniej u kobiet niż u mężczyzn). Składa się z wody śródkomórkowej pozanaczyniowej (38% masy ciała) oraz wody śródkomórkowej śródnaczyniowej, zawartej w krwinkach (2% masy ciała).

Z powyższego wynika, że przestrzeń pozakomórkową tworzą: osocze, chłonka (bez elementów morfotycznych), płyn śródmiąższowy, chrząstki kości oraz woda transcelularna. Przestrzeń wodna śródkomórkowa stanowi różnicę między wodą ogólnoustrojową a przestrzenią wodną pozakomórkową.

Skład elektrolitowy płynów ustrojowych

Płyny ustrojowe są roztworami różnych substancji organicznych i nieorganicznych. Jak widać w tabeli 2.2, skład elektrolitowy osocza i płynu pozakomórkowego pozanaczyniowego jest bardzo podobny. Istniejące różnice są uwarunkowane występowaniem w osoczu białek, nieprzechodzących w zasadzie przez barierę naczyń krwionośnych. Głównym kationem osocza i płynu śródmiąższowego (czyli pozakomórkowego pozanaczyniowego) jest sód, głównymi anionami zaś są chlor i wodorowęglany. Duże podobieństwo w składzie elektrolitowym wymienionych dwóch płynów sprawia, że znając zmiany stężenia któregoś z elektrolitów w osoczu, można łatwo obliczyć jego niedobór lub nadmiar w całej przestrzeni pozakomórkowej. W praktyce identyfikuje się skład elektrolitowy osocza ze składem płynu śródmiąższowego.

Skład elektrolitowy płynu śródkomórkowego różni się istotnie od składu płynu pozakomórkowego. Jak przedstawiono w tabeli 2.2, głównym kationem płynu śródkomórkowego jest potas, a nie sód, głównymi zaś anionami – fosforany i białczany. Ze zmian zachodzących w jonogramie osocza nie można więc bezpośrednio wyciągnąć wniosków dotyczących wewnątrzkomórkowych zmian elektrolitowych.

Tabela 2.2. Średnie stężenie różnych składników nieorganicznych i białka w osoczu, w płynie pozakomórowym pozanaczyniowym oraz w płynie śródkomórkowym

Składniki nieorganicznei białko
Osocze
Płyn pozakomórkowy pozanaczyniowy
Płyn śródkomórkowy
mEq/l
mmol/l
mEq/l
mmol/l
mEq/l H2O
mmol/l H2O
Sód
142
142
146,5
146,5
10
0
Potas
4,0
4,0
4,0
4,0
160
160
Wapń
5,0
2,5
2,5
1,25
2
1,0
Magnez
2,0
1,0
2,0
1,05
26
13
Chlor
101
101
113
113
3

Wodorowęglany
27
27
31
31
10
10
Siarczany
1,0
0,5
1,0
0,5
20
10
Fosforany
2,0
1,1
2,0
1,1
100
55,7
Kwasy organiczne
6,0
*
7,0
*
?
?
Białka (g/l)
70 (~16 mEq/l)
**
1,5–3,0 (~1 mEq/l)
**
200–300 (~65 mEq/l)
**
Suma kationów
153

155

198

Suma anionów
153

155

198

* Ponieważ wśród kwasów organicznych znajdują się kwasy mono-, di- i trikarboksylowe, wyrażenie ich stężenia w mmol/l wymaga znajomości stężenia każdego z nich.
** Białka są mieszaniną różnych białek, o bardzo zróżnicowanej masie cząsteczkowej. Ich udział w molalności osocza i płynu śródkomórkowego oraz płynu śródmiąższowego jest znikomy.

Z tabeli 2.2 wynika, że w obrębie danej przestrzeni wodnej suma kationów jest równa sumie anionów. Jest to zgodne z prawem elektroobojętności płynów ustrojowych.

Mimo istnienia różnic w łącznej ilości kationów oraz anionów między płynami śródkomórkowym i pozakomórkowym ich molalność pozostaje jednakowa. Jest to uwarunkowane tym, że wielkocząsteczkowe białczany wywierają tylko niewielkie ciśnienie osmotyczne (określane jako ciśnienie onkotyczne).

Regulacja składu i objętości płynów ustrojowych

Regulacja stałości środowiska wewnętrznego, czyli homeostaza ustrojowa, polega na utrzymywaniu:

- izohydrii (stałego stężenia jonów wodorowych);
- izotonii (fizjologicznego efektywnego ciśnienia osmotycznego);
- izojonii (fizjologicznego składu jonów płynów ustrojowych);
- fizjologicznych wielkości przestrzeni wodnych.

Stałość środowiska wewnętrznego jest wynikiem interakcji wielu mechanizmów.

Podstawową rolę w utrzymywaniu homeostazy ustrojowej odgrywają nerki i płuca. Narządy te mają zdolność bezpośredniego reagowania na zaburzenia wodno-elektrolitowe i kwasowo-zasadowe przed otrzymaniem jakichkolwiek sygnałów nerwowych lub humoralnych (jest to tzw. autoregulacja). Ich czynność może jednak ulec modyfikacji pod wpływem bodźców nerwowych albo osmoreceptorów, chemoreceptorów lub baroreceptorów.

Homeostaza ustrojowa polega przede wszystkim na utrzymywaniu izotonii i fizjologicznych wielkości przestrzeni wodnych. Mimo że regulacje obu wymienionych czynników są ze sobą ściśle połączone, będą one ze względów dydaktycznych omawiane oddzielnie.

Regulacja izotonii płynów ustrojowych

Regulacja izotonii płynów ustrojowych jest realizowana dzięki działaniu dwóch mechanizmów:

- wytwarzaniu „wolnej” wody (czyli wody niezawierającej osmolitów) – na poziomie nerek;
- powstawania lub zaniku pragnienia.

Dzięki zmianie klirensu „wolnej” wody ustrój ma możność utrzymywania efektywnej molalności (osmolalności) płynów na jednakowym poziomie. Przez pojęcie efektywnej molalności płynu należy rozumieć molalność (osmolalność) uwarunkowaną nieprzenikającymi lub słabo przenikającymi przez błony komórkowe osmolitami (np. sodu, mannitolu). W tej osmoregulacji pośredniczy wazopresyna. Wzrost efektywnej molalności osocza o zaledwie 2% stymuluje wytwarzanie oktapeptydu arginino-wazopresyny (ang. arginine-vasopressin, AVP) w podwzgórzu (w okolicy nuclei supraoptici i paraventriculares). Wazopresyna po przemieszczeniu się do krwi zwiększa resorpcję zwrotną wody w kanalikach dalszych neuronów za pośrednictwem akwaporyny-2 (ang. aquaporin-2, AQP2). W ten sposób hipertonia osocza się normalizuje. Przywrócenie izotonii osocza następuje w wyniku zmiany klirensu „wolnej” wody (tj. wody niezawierającej osmolitów). Pobudzenie ośrodka osmoregulacji w podwzgórzu odbywa się również za pośrednictwem bodźców nerwowych, powstałych w osmoreceptorach zatoki szyjnej i wątroby oraz wolumoreceptorach lewego i prawego przedsionka serca, żył płucnych i dużych naczyń żylnych. Zmniejszenie efektywnej objętości krwi krążącej (termin ten opisuje tę objętość krwi, która znajduje się w monitorowanych przez wolumo- i chemoreceptory obszarach naczyniowych, stanowi ona zwykle 15–20% całkowitej objętości krwi krążącej) jest silniejszym bodźcem do wydzielania wazopresyny niż hipertonia osocza!

Pobudzenie wolumoreceptorów pod wpływem oligowolemii zwiększa wydzielanie wazopresyny nawet wówczas, gdy osocze jest hipotoniczne.

Drugi mechanizm czuwający nad izotonią płynów ustrojowych polega na regulacji pragnienia. Zwiększa się ono pod wpływem hipertonii osocza i oligowolemii, czyli tych samych bodźców, które stymulują wydzielanie wazopresyny. Ponadto pragnienie wzmaga się u chorych z hipokaliemią, z hiperkalcemią oraz hiperangiotensynemią II.

Badania ostatnich lat ujawniły, że mononuklearne komórki fagocytujące tkanki śródmiąższowej odgrywają istotną rolę w regulacji przepływu sodu z przestrzeni śródnaczyniowej do przestrzeni śródmiąższowej pozakomórkowej, co oznacza, że wywierają istotny wpływ na wolemię i, co za tym idzie, na ciśnienie tętnicze krwi. Wykazano, że sód, wnikając do przestrzeni śródmiąższowej, może ulec czasem osmotycznej immobilizacji, wiążąc się z glikozaminopoliglikanami (ang. glycosaminoglycan, GAG) oraz pobudzając napływ monojądrzastych fagocytów wytwarzających śródbłonkowy czynnik wzrostu (ang. vascular endothelial growth factor, VEGF). Z kolei ten ostatni, stymulując limfangiogenezę i sieć naczyń włosowatych, reguluje przepływ sodu pozakomórkowego śródmiąższowego do przestrzeni śródnaczyniowej, przez co zwiększa wolemię. Wyniki tych badań sugerują występowanie znaczącej roli układu immunologicznego w regulacji ciśnienia tętniczego krwi.

W tym miejscu należy wspomnieć o istotnej roli izotonii nie tylko w regulacji wielkości poszczególnych przestrzeni wodnych, w szczególności w efektywnej wolemii, lecz także o roli poszczególnych jonów osocza w kształtowaniu sztywności naczyń krwionośnych, mającej istotne znaczenie w regulacji ciśnienia tętniczego (np. wzrost stężenia sodu zwiększa, a wzrost stężenia potasu zmniejsza sztywność naczyń krwionośnych). Stwierdzono, że wzrost natremii, stymulując przekształcenia globularnej postaci aktyny komórek śródbłonkowych w postać fibrylarną, w istotnym stopniu zwiększa sztywność naczyń krwionośnych. Powyższe fakty tłumaczą, dlaczego spożycie większej ilości sodu może być przyczyną gwałtownych wzrostów ciśnienia tętniczego.

Regulacja fizjologicznych wielkości przestrzeni wodnych

Na początku należy przypomnieć, że objętość krwi krążącej stanowi zaledwie ¹/₃–¹/₄ objętości przestrzeni wodnej pozakomórkowej. Ponadto tylko 15% krwi krążącej znajduje się w obszarze tętniczym (wysokociśnieniowym), co wyrażone w wartościach bezwzględnych odpowiada ok. 0,7 l u mężczyzn o masie ciała 70 kg. Pozostała ilość (czyli 85% ogólnej objętości krwi krążącej) znajduje się w obszarze naczyniowym niskociśnieniowym. Z biologicznego punktu widzenia największe znaczenie ma objętość krwi obszaru wysokociśnieniowego. Zależy ona od objętości minutowej serca i oporu naczyń krwionośnych. Objętość krwi tego obszaru określana jest jako efektywna objętość krwi krążącej. W jej regulacji udział biorą wolumoreceptory tętniczego obszaru naczyniowego (umiejscowione w zatoce szyjnej, łuku aorty, aparacie przykłębuszkowym w nerkach oraz lewej komorze serca) i niskociśnieniowego obszaru naczyniowego (receptory te znajdują się w przedsionkach serca, prawej komorze serca oraz naczyniach płucnych), a także chemoreceptory serca, płuc i wątroby.

Zmniejszenie efektywnej objętości krwi krążącej jest przyczyną aktywacji wolumoreceptorów oraz stymulacji:

- retencji sodu i wody przez nerki (mechanizm autoregulacji);
- sekrecji AVP (zwiększa resorpcję wody w cewkach dystalnych);
- systemowego układu renina–angiotensyna–aldosteron (ang. renin-angiotensin-aldosterone system, RAA), pobudzającego zatrzymanie sodu i wody przez nerki;
- układu współczulnego, pobudzającego retencję sodu przez nerki.

Natomiast powoduje ono hamowanie sekrecji:

- peptydów natriuretycznych (ANP, BNP, CNP);
- urodylatyny;
- innych czynników o działaniu natriuretycznym i diuretycznym, m.in. bradykininy, prostacykliny oraz uroguaniliny.

W następstwie aktywacji wymienionych mechanizmów wyrównawczych dochodzi do zatrzymywania w ustroju wody i sodu oraz przywrócenia izowolemii.

Wzrost efektywnej objętości krwi krążącej (hiperwolemia) jest przyczyną hamowania sekrecji AVP, układu RAA i układu współczulnego, natomiast powoduje wzmożenie natriurezy ciśnieniowej oraz sekrecji powyższych czynników natriuretycznych.

W tym miejscu należy wspomnieć o znaczącej roli renalazy, enzymu wytwarzanego przez nerki, a inaktywującego aminy katecholowe nie tylko te wytwarzane przez nerki, ale i te zawarte w krwi systemowej, przez co narząd ten stanowi istotne ogniwo regulacji nie tylko wolemii, lecz także oporu naczyń krwionośnych.

Istotny wpływ na wolemię ma aktywność autokrynna i parakrynna śródbłonka naczyniowego. Ten ostatni jest miejscem syntezy substancji o działaniu zarówno rozszerzającym naczynia (prostaglandyna PGI₂, bradykinina, tlenek azotu, adrenomedulina, naczyniowy czynnik natriuretyczny – CNP, medullipina), jak i kurczącym naczynia (adrenalina, noradrenalina, endotelina, neuropeptyd Y, angiotensyna II). Wymienione hormony, oddziałując na stan napięcia naczyń krwionośnych, wykazują istotny wpływ na ciśnienie tętnicze krwi i, co za tym idzie, na systemowe mechanizmy nerwowej, hormonalnej oraz nerkowej regulacji wolemii i oporu naczyń krwionośnych.

Rola nerek polega nie tylko na wydalaniu z ustroju końcowych produktów przemiany materii, ale przede wszystkim na utrzymywaniu stałego bilansu wodno-elektrolitowego oraz izohydrii. Izohydria jest przedmiotem bliższej analizy na s. 161.

Jednostką czynnościową nerek jest nefron. Jedna nerka zawiera około 1 mln nefronów. Istnieje duże zróżnicowanie strukturalne i czynnościowe nefronów korowych i przyrdzeniowych, nie zostanie ono jednak dokładniej omówione, ponieważ nie ma praktycznie znaczenia przy analizie bilansu wodno-elektrolitowego. Nefron składa się z:

- kłębuszka nerkowego;
- kanalika bliższego (proksymalnego);
- cienkiego odcinka pętli nefronu (pętli Henlego);
- kanalika dalszego (dystalnego);
- kanalików zbiorczych.

Kłębuszek nerkowy jest miejscem powstawania przesączu pierwotnego. Przesącz jest wynikiem efektywnego ciśnienia filtracyjnego (ang. effective filtration pressure, EFP), które stanowi różnicę ciśnienia panującego w naczyniach kłębuszka nerkowego (ang. blood pressure, BP) oraz ciśnienia koloidoosmotycznego osocza (ang. colloid-osmotic pressure, CP) i wewnątrztorebkowego (ang. intracapsular pressure, IP) zgodnie z równaniem EFP = BP – (IP + CP).

Pomiar GFR przy użyciu inuliny jest złotym standardem przy ocenie przesączania kłębuszkowego. W praktyce lekarskiej używa się tzw. obliczonego GFR (ang. estimated glomerular filtration rate, eGFR) opartego na stężeniu kreatyniny lub/i cystatyny C w surowicy. Poniżej podano różne używane do tego celu równania (cyt. za: Schaeffner et al.):

1) BIS 1 : 3736 × kreat.–0,87 × wiek–0,95 × 0,82 (dla kobiet)

2) BIS 2 : 767 × cystat.–0,61 × kreat.–0,40 × wiek – 0,57 × 0,87 (dla kobiet)

3) CKD-EPI

a) dla kobiet z kreat. < 62 μmol/l lub < 0,7 mg/dl:

b) dla kobiet z kreat. > 62 μmol/l lub 0,7 mg%:

c) dla mężczyzn z kreat. ≤ 80 μmol/l lub ≤ 0,9 mg%:

d) dla mężczyzn z kreat. > 80 μmol/l lub > 0,9 mg%:

4) Cockroft–Gault:

a)

b) (140 – wiek) × 55,7 × kreat–0,79 (model l)

5) Stevens et al.

a) 221 × kreat.–1,12 × wiek–0,27 × 0,76 (u kobiet)

b) 61,6 × cystat.–0,67 × kreat.–0,29 × 0,76 (model 2)

6) Stevens et al.

80,6 × cystat.–0,82 × kreat.–0,41

7) Cystat. 1:

76,7 × cystat.–1,19

8) Cystat. 2:

127,7 × cystat.–1,17 × wiek 0,13 × 0,91 (u kobiet)

9) Cystat. 3:

177,6 × kreat.–0,63 × cystat.–0,57 × wiek–0,20 × 0,82 (u kobiet)

10) 63 × cystat.–0,97 (model 7)

11) 493 × cystat.–0,95 × wiek–0,46 × 0,93 (u kobiet; model 8)

12) MDRD:

175 × kreat.–1,154 × wiek–0,203 × 0,742 (u kobiet)

Cystat. – stężenie cystatyny, kreat. – stężenie kreatyniny w mg%, wiek w latach.