Transcript Lezione 6 - DiSTABiF

Equilibrio idro-elettrolitico ed acido-base
Diagnostica biochimico-clinica
Lezione 6
L’equilibrio dei fluidi corporei
I liquidi presenti nell’organismo sono raccolti in due distretti principali:
l’interno delle cellule: circa i 2/3 rappresentano il liquido intracellulare
l’esterno delle cellule: circa 1/3 è il liquido extracellulare e comprende tutti i fluidi
corporei
L’equilibrio dei fluidi corporei
L’adattamento dei mammiferi alla vita terrestre ha comportato lo sviluppo di complessi
meccanismi fisiologici di controllo 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
ENTRATE
USCITE
L’equilibrio dei fluidi corporei
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.
L’equilibrio dei fluidi corporei
I processi di filtrazione, riassorbimento, diffusione e osmosi permettono lo scambio
continuo di acqua.
Cellula Fluido interstiziale
Vaso sanguigno
Plasma
Fluido extracellulare
Bilancio idrico
Normalmente la perdita e l’introduzione quotidiana di acqua ammontano a circa 2500 mL.
Il bilancio idrico giornaliero è normalmente in pareggio.
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.
Equilibrio elettrolitico
L’omeostasi della pressione osmotica e della distribuzione dell’acqua nei diversi
compartimenti corporei è intimamente associata alla regolazione dei principali ioni
presenti nei fluidi corporei (e.g. 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.
Elettroliti
I
fluidi
extracellulari
hanno
concentrazioni relativamente alte di ioni
sodio, calcio, cloruro e bicarbonato.
I
fluidi
intracellulari
hanno
concentrazioni relativamente alte di ioni
potassio, magnesio, fosfato e solfato.
Bilancio dei fluidi e degli elettroliti
I reni svolgono un ruolo chiave nel bilancio dei fluidi corporei e degli elettrolito anche se
essi possono solo conservare liquidi ma non possono rigenerare il volume perduto.
Bilancio dei fluidi e degli elettroliti
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.
L’escrezione di acqua dal rene è
controllata dall’ADH,
ADH mentre i livelli di
sodio sono regolati dal sistema reninaangiotensina-aldosterone,
aldosterone e da un terzo
fattore, il peptide atriale natriuretico.
natriuretico
Bilancio dei fluidi e degli elettroliti
Se viene persa un’eccessiva quantità di fluido extracellulare le cellule si disidratano per
osmosi.
Bilancio dei fluidi e degli elettroliti
Se viene aggiunto un eccesso di acqua al fluido del compartimento extracellulare le cellule
aumentano di volume per osmosi.
Bilancio dei fluidi
I meccanismi atti a mantenere l’omeostasi originano nell’ipotalamo che in presenza di
aumenti dell’osmolalità, oltre ad indurre la sensazione della sete, induce la secrezione
di adiuretina (ADH) 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’osmolalità plasmatica.
Bilancio dei fluidi e degli elettroliti
ADH (adiuretina, o ormone antidiuretico
o vasopressina o arginina vasopressiona)
Peptide (9 amminoacidi) sintetizzato
dall’ipotalamo
ed
immagazzinato
nell’ipofisi
Un’osmolalità plasmatica aumentata
(anche solo del 2%) stimola gli
osmorecettori dell’ipotalamo a produrre
ADH che determina il recupero di fluidi
attraverso la formazione di urine più
concentrate.
La
diminuzione
dell’osmolalità
plasmatica blocca la secrezione di ADH
Bilancio dei fluidi e degli elettroliti
Bilancio dei fluidi e degli elettroliti
La quantità di NaCl eliminato con l’urina è il fattore principale che determina il volume dei fluidi
corporei. Il sodio filtrato dai glomeruli è riassorbito dai tubuli prossimali (70-80%), a livello
dell’ansa di Henle (20-25%) e del tubulo contorto distale (5-10%).
Bilancio dei fluidi e degli elettroliti
Il meccanismo di riassorbimento è governato dalle pompe Na+/K+ e Na+/H+, regolate
dall’aldosterone.
aldosterone Il riassorbimento distale è la componente maggiormente implicata nel
determinare la quantità di sodio escreta nelle urine.
Bilancio degli elettroliti
Il malfunzionamento dei reni è spesso associato ad alterazioni plasmatiche degli
elettroliti.
Na+ (v.n. 135-145 mmol/L): 98% extracellulare, 2% intracellulare
K+ (v.n. 3.5-5.5 mmol/L): 98% intracellulare, 2% extracellulare
Cl- e HCO3-, strettamente associato a Na+
Bilancio degli elettroliti: sodio
Il sodio rappresenta lo ione con la maggiore capacità di veicolare gli spostamenti di acqua
a causa della sua copiosa abbondanza nel plasma sanguigno.
Quando la concentrazione di sodio plasmatico diminuisce, l’acqua si sposta all’interno
della cellula e vengono messi in moto dei trasporti, generalmente non attivi, che
trasportano sodio e cloro all’interno del citoplasma per bilanciare la presenza esterna del
sodio (RDV, regulatory volume decrease).
Bilancio degli elettroliti: sodio
Quando la concentrazione di sodio plasmatico aumenta, l’acqua tende ad uscire dalla
cellula e sono attivati meccanismi di RDI (regolatory volume increase), grazie ai quali
vengono espulsi ioni cloro e potassio. L’osmolarità cellulare si adatta al corrispondente
liquido plasmatico.
Bilancio degli elettroliti: sodio
Regola l’equilibrio acido-base
Assunzione variabile: 4-6 g al giorno
In una persona sana, il sodio totale
corporeo non cambia, anche se
l’assunzione diminuisce fino a 5 mmol o
aumenta fino a 750 mmol
La maggior parte dell’escrezione
avviene attraverso i reni ed una piccola
parte mediante sudorazione e nelle feci
In condizioni patologiche il tratto
gastrointestinale è spesso la vi principale
di perdita di sodio
L’escrezione di sodio urinario è regolata
da due ormoni: l’aldosterone ed il peptide
natriuretico (ANP)
Sistema renina-angiotensina-aldosterone
L’aldosterone
diminuisce
l’escrezione di sodio urinario
aumentando il riassorbimento
nei tubuli renali a spese di ioni
idrogeno e potassio.
Cellule
specializzate
dell’apparato iuxtaglomerulare
avvertono il calo della pressione
sanguigna che si verificano in
seguito a diminuzione dell’ECF e
secernono renina.
renina
Una sequenza di eventi porta
alla secrezione di aldosterone
nella zona glomerulare della
corteccia surrenale
ADH
Angiotensina II
Angiotensina I
Angiotensina II
Angiotensinogeno
Aldosterone
Renina
Bilancio degli elettroliti: sodio
Uno stimolo importante per la secrezione di aldosterone è il volume di ECF
Aldosterone
L'aldosterone è un ormone
steroideo (mineralcorticoide)
mineralcorticoide che si
lega al recettore MRα nel
citoplasma,
Segue una cascata di fosforilazioni
e l'attivazione di fattori di
trascrizione che aumentano la sintesi
di
proteine
che
aumentano
l'assorbimento
di
ioni
Na+
(Diminuisce la secrezione di Na+
urinario) nei tubuli renali e acqua dal
filtrato a spese dell’escrezione nel
filtrato di ioni H+ e K+
Alterazioni della secrezione di aldosterone
Iperaldosteronismo (sindrome di Conn): ↑produzione di renina e quindi
aldosterone. Tra i sintomi oltre all'ipertensione vi possono essere stanchezza,
debolezza muscolare ed aumentata emissione di urine (poliuria), specie di notte
(nicturia).
Morbo di Addison: insufficienza corticosurrenale cronica che porta alla distruzione
delle ghiandole surrenali, ↓aldosterone, ↓secrezione renale di K.
Tumore delle ghiandole surrenali: ↑aldosterone, ↑secrezione renale di K.
Peptide atriale natriuretico
L'ormone antagonista dell'aldosterone è il fattore natriuretico atriale (ANF) secreto
dai cardiomiociti del cuore che inibisce la sintesi di aldosterone.
aldosterone L'ANF viene secreto in
risposta ad elevato volume plasmatico, ipokaliemia, ipernatriemia.
Dosaggio del sodio
Su siero, plasma eparinato, sangue intero, sudore, urine, feci, liquidi gastroenterici
e liquor
L’emolisi non induce alterazioni rilevanti nella concentrazione plasmatica di Na+
Si usa la fotometria di emissione:
emissione il campione viene nebulizzato su una fiamma a
candela
eccitazione orbitali esterni
rilascio di energia nel tornare allo stato
fondamentale emissione colore giallo
Intervalli di riferimento
Siero: 135-145 mmol/L
Urine: 80 – 250 mmol/L in 24h
Liquor: 136-150 mmol/L
Feci: <10 mmol in 24h
Iponatriemia
L’iponatriemia (o iposodiemia)
iposodiemia si verifica quando la concentrazione di Na+ <135 mmol/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
Iponatriemia ipovolemica:
ipovolemica causata da
assunzione di diuretici, perdita renale di
sali, deficit di mineralcorticoidi, diarrea,
vomito.
Iponatriemia euvolemica:
euvolemica causata da
sindrome da ipersecrezione inappropriata
dell'ormone antidiuretico, ipotiroidismo,
insufficienza surrenalica.
Iponatriemia ipervolemica:
ipervolemica causata da
insufficienza cardiaca, cirrosi, insufficienza
epatica, malattie renali.
Iponatriemia
Sintomi
Trattamento
Allucinazioni,convulsioni, crampi muscolari,
Senza edema (accumulo di liquidi negli
debolezza muscolare, epilessia, secchezza spazi interstiziali): riduzione apporto di
delle fauci, rallentamento dei riflessi.
fluidi.
Nei casi gravi, l'iponatriemia può indurre
Con edema (sovraccarico di acqua e Na+):
coma, depressione respiratoria e morte.
Diuretici e riduzione apporto fluidi
Edema da pressione: dopo
aver premuto la pelle per
pochi secondi si osserva
una rientranza.
Ipernatriemia
L’ipernatriemia (o ipersodiemia)
ipersodiemia si verifica quando la [] di Na+>135 mmol/L. Può
insorgere o perché c’è una perdita di acqua o per un incremento di ioni sodio.
Trattamento
Somministrazione di acqua libera da sali
(via endovena: con molta cautela, rischio di
edema polmonare)
Diuretici
Bilancio degli elettroliti: potassio
Ruolo nell’equilibrio acido-base, del
volume cellulare e dell’osmolarità dei
liquidi dell’organismo
Assunzione variabile: 4-6 g al giorno
La maggior parte dell’escrezione
avviene attraverso le urine (30-90
mmol/die), feci e sudore (5 mmol/die)
Il rapporto tra potassio intra-cellulare
ed extra-cellulare 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
Bilancio degli elettroliti: potassio
Il K+ filtrato è quasi completamente riassorbito nei segmenti prossimali. Il K+ nelle urine deriva
quasi interamente da quello secreto a livello del tubulo distale e del tubulo collettore, sotto
regolazione aldosteronica. Il rene costituisce il fulcro dell’omeostasi del K+ nell’organismo.
Bilancio degli elettroliti: potassio
Dosaggio del potassio
Le piastrine possono rilasciare potassio durante la formazione del coagulo, per cui
il plasma è il campione di scelta per il dosaggio.
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 potassio di
0.5 mmol/L.
Si usa la fotometria di emissione:
emissione il campione viene nebulizzato su una fiamma a
candela
eccitazione orbitali esterni
rilascio di energia nel tornare allo stato
fondamentale emissione colore rosso
Intervalli di riferimento
Siero: 3,5 - 5 mmol/L
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 loro [ ] aumenta con lo 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.
Vaso sanguigno
Vaso sanguigno
Normale
Acidosi
Iperpotassemia
L’iperpotassemia (o iperkaliemia)
iperkaliemia si verifica quando la concentrazione di K+ > 5.2
mmol/L. Gli effetti tossici più importanti dell'iperkaliemia sono le aritmie cardiache:
nelle fasi finali si può avere fibrillazione atriale e arresto cardiaco. Esiste un serio rischio
di arresto cardiaco quando il potassio raggiunge >7 mmol/L.
Iperpotassemia
Pseudoiperpotassemia (o iperpotassemia spuria)
Prima di interpretare come patologico un elevato valore della potassemia occorre
escludere le cause di pseudo-iperpotassemia 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
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 (perdita di K+ dal muscolo)
Ipopotassemia
L’ipopotassemia (o ipokaliemia)
ipokaliemia si verifica quando la concentrazione di K+ < 3.5 mmol/L.
Sintomi
Debolezza muscolare, mancanza di riflessi,
alterazioni neuromuscolari fino alla paralisi
ipokaliemica
Compromissione della funzione del tubulo
renale
Aritmie cardiache, arresto cardiaco
Trattamento
Somministrazione di sali di potassio per
via endovenosa sotto monitoraggio ECG
Equilibrio acido-base
Uno degli scopi fondamentali dell’omeostasi è di mantenere il pH
nei fluidi corporei fra 7.35 e 7.45
I tamponi sono sostanze che agiscono in modo rapido per legare
temporaneamente gli ioni H+ rimuovendone l’eccesso da una
soluzione corporea.
Equilibrio acido-base
L’organismo utilizza sistemi tampone chimici che agiscono rapidamente e sistemi
tampone fisiologici che possono richiedere alcuni minuti o giorni per iniziare a resistere
ai cambiamenti di pH.
Equilibrio acido-base
Il sistema tampone acido carbonicobicarbonato
è
basato
sullo
ione
bicarbonato (HCO3-)
Il sistema tampone fosfato presenta
come componenti gli ioni diidrogeno
fosfato (H2PO4-) e monoidrogenofosfato
(HPO42-)
Il sistema tampone proteico è costituito
dall’intero complesso delle proteine
presenti nei fluidi corporei
Sistema tampone bicarbonato
Quando si verifica un aumento della concentrazione di H+, il sistema del bicarbonato
reagisce spostando l’equilibrio della reazione verso la produzione della CO2. Se la
concentrazione degli H+ si riduce, il sistema si sposta verso la produzione di H+.
Equilibrio acido-base
Il sistema del bicarbonato è sistema
tamponante molto efficiente per l’elevata
concentrazione di questi anioni rispetto ad
altri (fosfati e proteine)
La respirazione gioca un ruolo importante
nella regolazione del pH dei fluidi corporei
Se l’anidride carbonica (CO2) aumenta,
aumenta anche la concentrazione di H+ con
conseguente diminuzione del pH e viceversa
L’espirazione di CO2 abbassa la
concentrazione di ioni H+ nel sangue, cioè ne
aumenta la basicità
Tuttavia se la quantità di H+ prodotti dal
metabolismo è elevata il sistema
bicarbonato è destinato ad esaurirsi.
Sistema tampone bicarbonato
1) Le cellule del tubulo renale secernono H+ in cambio di Na+;
2) la CO2 viene convertita di nuovo in H2CO3 e HCO3- nelle cellule del tubulo renale.
Lume del tubulo renale
Cellula del tubulo
Vaso sanguigno
I reni sono dunque deputati alla rigenerazione del bicarbonato, la ritenzione di quello
esistente e l’eliminazione di ioni H+.
Disordini acido-base
Se il pH del sangue arterioso scende a 6.8 o sale fino a 8.0 per più di poche ore il
soggetto non sopravvive. Acidosi e alcalosi sono termini clinici per definire il disturbo
primario acido-base.
Disordini acido-base
Valutazione dello stato acido-base
La valutazione dello stato acido-base è effettuata attraverso le misurazioni di [H+], [HCO3-] e
pCO2 e può essere ottenuta dalla relazione:
[H+]=
pCO2
[HCO3-]
Valutazione dello stato acido-base
Acidosi metabolica:
metabolica Il disordine primario è un calo della concentrazione di
bicarbonato
Alcalosi metabolica:
metabolica Il disordine primario è un aumento del bicarbonato
Valutazione dello stato acido-base
Acidosi respiratoria:
respiratoria Il disordine primario è una pCO2 aumentata
Alcalosi respiratoria : Il disordine primario è un calo della pCO2
Risposta all’acidosi
Risposta all’alcalosi
Disordini acido-base
Disordini acido-base
Acidosi respiratoria
Acidosi metabolica
Equilibrio acido-base
Alcalosi respiratoria
Alcalosi metabolica
GAP ANIONICO
Gap anionico = [Na+] – ([Cl-]+[HCO3-])
Il gap anionico viene calcolato
sottraendo
la
somma
delle
concentrazioni del Cl- e del HCO3- alla
concentrazione plasmatica del Na+
Le proteine plasmatiche cariche
negativamente sono responsabili
della maggior parte del gap anionico
Valori normali
6-18 nmoli/L
GAP ANIONICO
Quando la concentrazione di bicarbonato aumenta o diminuisce altri anioni devono
prendere il suo posto per mantenere la neutralità elettrochimica. Un gap anionico
elevato è espressione di un flusso netto di acidi organici nel plasma.
Il bicarbonato neutralizza gli H+ in eccesso e libera le basi coniugate ad essi legate
(anioni). Poichè questi anioni non vengono misurati, si osserva un aumento di gap
anionico.
GAP ANIONICO
Un gap anionico normale si osserva in assenza di patologie oppure se associato a
ipercloremia è l’effetto di una perdita netta di bicarbonato (e.g. renale,
gastrointestinale). La perdita di bicarbonato è rimpiazzata dall’assorbimento di ioni
cloro.
GAP ANIONICO
Un abbassamento del gap anionico (raro) si può avere perchè aumenta la
concentrazione di anioni misurati. Ciò può avvenire per perdita o ridotta sintesi (e.g.
sindrome nefrosica o epatopatie) di albumina (uno dei principali anioni non misurati)
compensata da un aumento di anioni misurati (bicarbonato e cloro).