2. BILANCIO IDROELETTROLITICO IN BIOCHIMICA CLINICA Lo studio dei parametri biochimici correlati al bilancio idroelettrolitico si applica ad una vasta gamma di condizioni patologiche [ipertensione, alterata funzione renale, diabete, iperventilazione, vomito, diarrea, sudorazione, diuretici, etc.] Il Bilancio Idroelettrolitico complessivo risiede nell’equilibrio tra ‘intake’ (cibo, liquidi) e ‘loss’ (urine, feci, sudore, espirato) di acqua ed elettroliti

REGOLAZIONE DELL’ EQUILIBRIO ACIDO BASE E pH Filtrare il sangue per produrre urine Escrezione di scorie Creatinina Urea Acido urico Regolare il bilancio idrico Conservare: Elettroliti Glucosio Aminoacidi Mantenere il bilancio acido-base Funzioni ormonali 25(OH) vit D  Tubulo / PTH  1,25 (OH)2 vit D Ipossia  tubulo  eritropoietina Iponatriemia / ipoperfusione  apparato iuxtraglomerulare  secrezione renina MANTENIMENTO ENTRO STRETTI LIMITI FISIOLOGICI DEL VOLUME E DELLA COMPOSIZIONE DEI LIQUIDI CORPOREI REGOLAZIONE DELL’ EQUILIBRIO ACIDO BASE E pH

Distribuzione dell’acqua corporea nell’adulto % del peso % dell’acqua corporeo totale corporea Plasma 4.5 7.5 Interstiziale 12.0 20.0 Connettivo/cartilagine 4.5 7.5 Osso 4.5 7.5 Extracellulare totale 27 45 Intracellulare totale 33 55

Assunzione e perdita giornaliera di acqua nel soggetto adulto Assunzione ml Perdita ml Bevande 1500 Urine 1500 Alimenti 750 Feci 50 Metabolismo dei cibi 250 Perspirazione 950 Totale 2500 2500

Totale CEC CIC Corporeo Sodio (mmol) 2800 2300 500 Potassio (mmol) 3000 60 2840 Acqua (L) 40 14 26

La concentrazione degli elettroliti è indicata in meq/l (milliequivalenti/litro); il milliequivalente è la millesima parte del peso atomico di uno ione, espresso in grammi, diviso per il numero di cariche elettriche presenti nello ione stesso. In tal modo 1 meq contiene sempre lo stesso numero di ioni, indipendentemente dalla sostanza.

Liquido interstiziale Cellula muscolare scheletrica mEq/L Composizione elettrolitica media dei liquidi corporei Plasma mEq/L Liquido interstiziale Cellula muscolare scheletrica mEq/L CATIONI Sodio Potassio Calcio Magnesio ANIONI Cloro Bicarbonato Fosfato Proteine 143 4 2 1 105 24 14 145 117 27 12 150 34 40 50

ATP + H2O ADP + Pi + H+ + energia POMPA SODIO POTASSIO Na+, K+, Mg++ ATP + H2O ADP + Pi + H+ + energia

OSMOSI L’Osmosi è il processo passivo che determina il movimento del solvente tra due soluzioni separate da una membrana semi-permeabile, permeabile al solvente ma non al soluto (il solvente passa dalla soluzione meno concentrata a quella più concentrata fino al raggiungimento dell’equilibrio). L’Osmosi dipende dal numero delle particelle disciolte in soluzione indipendentemente dalla loro forma, dimensione o carica elettrica, purchè non permeabili attraverso la membrana. Questo processo è di particolare importanza fisiologica perché da esso dipende la distribuzione dell’acqua tra CEC e CIC ma anche tra settore interstiziale e plasmatico.

Legge di Gibbs-Donnan Stabilisce le modalità di ripartizione degli elettroliti e delle proteine quando si trovano in due compartimenti separati da una membrana dializzante (es. plasma-liquido interstiziale): la concentrazione degli ioni diffusibili è uguale ai due lati della membrana da entrambi i lati la somma degli ioni positivi è uguale alla somma degli ioni negativi dal lato dove è presente la proteina (plasma) la concentrazione degli elettroliti è minore rispetto all’altro (liquido interstiziale)

PRESSIONE OSMOTICA La distribuzione dell’acqua nei vari compartimenti corporei (intracellulare, interstiziale e vascolare) è regolata dalla OSMOLALITA’ e dalla PRESSIONE ONCOTICA. Tre sono i fattori principali che regolano questo fenomeno: La concentrazione relativa degli ioni nei compartimenti; Il gradiente di concentrazione fra le membrane; Le dimensioni delle molecole.

La pressione osmotica è proporzionale alla concentrazione osmolare. L’unità di misura della concentrazione osmolare è l’Osmole (Osm): corrisponde a 1 mole della sostanza se questa rimane indissociata (il glucosio e l’urea) mentre una mole di NaCl è pari a due Osmoli e una mole di CaCl2 corrisponde a tre Osmoli. La concentrazione osmolare influenza le proprietà colligative della soluzione [punto di ebollizione e congelamento]

OSMOLARITA’: n° di osmoli per unità di volume di soluzione (mmol /L) OSMOLALITA’: n° di osmoli per unità di volume di solvente (mmol/Kg)* *non è influenzata dalla temperatura tiene conto del numero effettivo di particelle che si formano in soluzione (per es. una mole di NaCl è pari a 1863 milli-osmole) le sostanze osmoticamente attive nel plasma sono principalmente gli elettroliti le proteine a causa dell’elevato peso molecolare contribuiscono in maniera molto ridotta alla osmolalalità totale (pressione colloidoosmotica).

Pressione colloido-osmotica La pressione osmotica delle proteine del plasma è di poco più di 1mOsm/Kg ed è pari a 22 mmHg. Il maggiore apporto (oltre l’80%) allla pressione colloido-osmotica del sangue è dato dall’albumina: elevata concentrazione basso peso molecolare Le variazioni delle concentrazioni dell’albumina nel sangue: - modificano sensibilmente la pressione colloido-osmotica - quindi anche gli scambi di acqua tra plasma e spazio interstiziale.

La tecnica più diffusa per la misura dell’Osmolarità si basa sulla misura della diversa temperatura di congelamento della soluzione: Nelle soluzioni acquose 1 Osm di qualsiasi soluto in 1 Kg di acqua abbassa il punto di congelamento dell’acqua di 1.86°. L’osmolalità plasmatica è compresa tra 275 –295 mOsm/Kg di H2O.

Contributo approssimativo dei costituenti del plasma al mantenimento dell’osmolalità Sostanza osmolalità mOsm/kg Sodio 135 Potassio 3.5 Calcio ione 1.5 Magnesio 1 Urea* 5 Glucosio 5 Proteine 1 *liberamente diffusibile attraverso la membrana cellulare e quindi non genera pressione osmotica

420mEq NaCl 1.5 L NaCl fisiol 1.5 L H2O ICF ECF ICF ECF Volume ICF 280 mOsm/Kg H2O Na+= 140mEq/L 17 litri 290 mOsm/Kg H2O Na+= 145mEq/L 17.9 litri 280 mOsm/Kg H2O K+=140mEq/L 25 litri 290 mOsm/Kg H2O K+=145mEq/L 24.1 litri Volume 1.5 L NaCl fisiol 1.5 L H2O ICF ICF ECF 270 mOsm/Kg H2O Na+= 135mEq/L 17.6 litri 280 mOsm/Kg H2O Na+= 140mEq/L 18.4 litri 270 mOsm/Kg H2O K+=135mEq/L 25.9 litri 280 mOsm/Kg H2O K+=140mEq/L 25 litri

La regolazione del bilancio idrico avviene con due meccanismi: la sete, stimolo originato dalla regione talamo-ipotalamica, che regola grossolanamente la quantità di liquido ingerito, e l'ormone antidiuretico (ADH), secreto dalla neuroipofisi, che regola la permeabilità del tubulo distale del rene. La stimolazione dell’ADH è intorno a 280 mOsm/Kg L’insorgenza della sete si manifesta intorno a 290 mOsm/Kg acqua (aumento del 2-3%).

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

MECCANISMO DI REGOLAZIONE DELL’ACQUA. 1 Meccanismo esclusivamente renale: ultrafiltrazione (175 l/die) riassorbimento tubulare (99%): 80% t. contorto prossimale (H2O e Na) tratto discendente di Helne (H2O) tratto ascendente di Henle (Na e Cl) t. contorto distale (ADH*H2O) *in mancanza di ADH (diabete insipido) diuresi acquosa massiva a bassa osmolalità (fino a 20 mOsm/Kg)

MECCANISMO DI REGOLAZIONE DELL’ACQUA. 2 diminuzione del volume dell’acqua (1-2%) aumento dell’osmolalità  centro della sete** (nervo vago, glosso faringeo, nuclei ipot.) stimolazione degli osmorecettori ipotalamici aumentata produzione di ADH aumentato riassorbimento di acqua nel neurone distale stimolazione dei barorecettori inibizione della secrezione di renina (aldosterone) **il centro della sete è localizzato nell’area pre-ottica e la parte anteroventrale del terzo ventricolo. La sete interviene quando l’osmolarità supera 295 mOsm/Kg e comunque dopo lo stimolo alla secrezione di ADH.

Hyperosmolarity

Osmolarità ovvero Volume plasmatico Sete ADH Apporto H2O Eliminazione H2O Ritenzione di H2O Osmolarità ADH SETE

DISIDRATAZIONE disidratazione grave: perdita di acqua superiore all'8-10% del peso corporeo. I sintomi sono molto gravi. La possibilità di sopravvivenza è intorno al 50%. La reidratazione per via parenterale è indispensabile. disidratazione media: perdita di acqua dal 5% all'8% del peso corporeo. I sintomi non sono allarmanti come nel primo caso. La possibilità di sopravvivenza è più elevata. Dopo le prime 12 ore, durante le quali deve essere effettuata la terapia per via parenterale, il paziente può essere trattato per via orale. disidratazione lieve: perdita di acqua inferiore al 5% del peso corporeo. In questo caso si può effettuare solo la reidratazione per via orale.

DISIDRATAZIONE ISOTONICA ( Volume extracellulare) Emorragie Ustioni estese Perdita urinaria di liquidi isotonici e isoelettrici Perdita isotonica di liquidi gastroenterici Diminuzione dei volumi extracellulari senza variazione di quelli intracellulari Sintomatologia : sete, oliguria, secchezza Terapia: soluzione fisiologica o plasma

DISIDRATAZIONE IPERTONICA (deficienza di acqua): Mancanza d’acqua Difficoltà di ingestione (coma, bambini, lesioni cerebrali) Sudorazione, iperventilazione, febbre Poliuria ipotonica (diabete insipido) Poliuria osmotica (diabete scompensato, nefrite cronica, morbo di Addison) Ipernatriemia, aumento dell’ematocrito, delle proteine plasmatiche e dell’urea. Sintomatologia : sete, oliguria Terapia: acqua, glucosata

DISIDRATAZIONE IPOTONICA (deplezione di sodio): Iatrogena (diete prive di Na) Vomito, diarrea, sudorazione (seguite da assunzione di liquidi con scarso contenuto di Na) Deficit di ritenzione di Na (morbo di Addison) Iponatriemia, ridotta osmolalità, aumento dell’ematocrito e delle proteine plasmatiche .Sintomatologia : oliguria senza sete Terapia: acqua, glucosata

ESPANSIONE ISOTONICA ( aumento dell’acqua e del sodio) Espansione di liquidi extracellulari Edema generalizzato (arti, versamenti pleurici, ascite) Insufficienza cardiaca Cirrosi Malassorbimento proteico Ridotta eleminazione di Na e H2O (oliguria) Diminuzione dei volumi extracellulari senza variazione di quelli intracellulari Sintomatologia : sete, secchezza Terapia: soluzione fisiologica o plasma

Sistema renina-angiotensina Na - K plasma Sistema simpatico Pressione arteriosa  renina (app. iuxtaglomerulare) angiotensinogeno  angiotensina I  angiotensina II vasocostrizione aldosterone

Aldosterone è il principale mineral-attivo Riassorbimento attivo di Na+ Escrezione di K+ e H+

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

PRINCIPALI FUNZIONI DEL SODIO e POTASSIO . mantenimento dell’equilibrio osmotico . mantenimento dell’acqua e della sua distribuzione . mantenimento dell’elettroneutralità . concorrono alla regolazione dell’equilibrio acido base . mantengono, insieme al Ca, l’eccitabilità neuromuscolare . funzionano da attivatori e cofattori per numerosi enzimi chiave

Sodio (Na+) La sua concentrazione plasmatica si trova intorno a 140 meq/l (135-145). Quando la concentrazione del Na+ sierico oltrepassa i 150 meq/l si ha l'ipernatriemia (deplezione idrica). Le cause sono in genere la disidratazione provocata da vomito e diarrea oppure eccessiva secrezione di aldosterone. I sintomi sono analoghi a quelli della disidratazione. Quando la concentrazione di Na+ sierico scende sotto i 125 meq/l si ha I'iponatriemia. Le cause sono molteplici: le più frequenti sono iperidratazione, vomito incoercibile, diarrea irrefrenabile, nefropatie. La terapia consiste nella somministrazione cloruro di sodio per via orale o endovenosa

Potassio (K+) Nelle cellule la sua concentrazione è in media di 150 meq/l, mentre nei liquidi extracellulari la sua concentrazione è di 3.4-5.2 meq/l. Quando la concentrazione di potassio sierico scende sotto i 3 meq/l si ha ipopotassiemia. Le cause sono: vomito, diarrea, squilibri ormonali (iperaldosteronismo, s.di Cushing) I sintomi sono: astenia, tetania, segni ECG. Quando la concentrazione del potassio sierico supera i 6 meq/l si ha iperpotassiemia. Le cause possono essere: insufficienza renale, disidratazione, ipoaldosteronismo (m. di Addison). I sintomi sono: scompensi cardiaci e fibrillazione ventricolare.

Significato clinico della concentrazione plasmatici del potassio.2 Iperkalemia diversa velocità di redistribuzione/eliminazione eccesso di somministrazione diminuita escrezione (ipoaldosteronismo) redistribuzione (lesioni, denutrizione) ridotta escrezione renale (chetoacidosi diabetica con deficit della pompa sodio-potassio). Sintomi effetti tossici del potassio alterazioni dell’ECG bradicardia, asistolia

L’identificazione di appropriati parametri biochimici per lo studio della distribuzione dell’acqua e dei principali elettroliti può essere così schematizzata: 1° livello diagnostico Sodio (95% extracellulare) Potassio (95% intracellulare) Cloro (extracell.) Magnesio (intracell.) Fosfati (intracell.) 2° livello diagnostico Renina o Attività Reninica Aldosterone Catecolamine Ormone Antidiuretico (ADH)