Omawiając mechanizmy regulujące objętość płynów ustrojowych zwykle zapominamy o rzeczy elementarnej, która dzisiaj dla wielu z nas brzmi jak bajka: Dawno, dawno temu, kiedy jeszcze żywiliśmy się właściwie, naszym problemem nie było ani nadciśnienie, ani nadmiar soli w każdym kęsie… Tak. Na co dzień borykaliśmy się raczej z niedostatkiem soli, czego dowodem jest fakt, że nasz najważniejszy detektor minerałów – smak słony – zlokalizowany jest… na czubku języka.
Wiem, nie brzmi to dostojnie, ale przez tysiące lat poszukiwaliśmy – językiem – chlorku sodu gdzie tylko się dało. Dlaczego? Bo sód jest naszym najważniejszym pozakomórkowym kationem, a chlor – najważniejszym pozakomórkowym anionem. Zgodnie z prawem izotonii – woda podąża za minerałami, a najbardziej za tymi, których jest najwięcej. Kiedy więc zaczyna nam brakować soli, tracimy też wodę, a odwodnienie jest dla nas – dosłownie – śmiertelnie niebezpieczne. W związku z tym w naszym organizmie – nad mechanizmami usuwania sodu i chloru przeważają mechanizmy oszczędzające te minerały, a więc przeciwdziałające utracie wody. (I właśnie dlatego dieta ‘słonego dobrobytu’ z taką łatwością wpędza nas w nadciśnienie).
Tak więc… nie ma w tym nic dziwnego, że mechanizmy regulujące ciśnienie naszej krwi i objętość płynów ustrojowych opierają się na detekcji stężenia NaCl i wpływie na gospodarkę mineralną. Widać to wyraźnie w mechanizmie działania układu RAA (renina-angiotensyna-aldosteron), którego kluczowym aktywatorem jest stężenie NaCl w świetle kanalika dalszego. Przypomnijmy ten schemat:
Omawiając aktywację układu RAA, nieprzypadkowo pominąłem mechanizmy działania aldosteronu. Zrobiłem to nie tylko dlatego, że jest to zagadnienie wymagające odrębnego ‘śledztwa’ i wyrysowania odrębnego schematu graficznego (czym zajmiemy się dzisiaj), ale też z innego powodu: Należało się wcześniej przyjrzeć gospodarce wodno-elektrolitowej, w szczególności relacji stężenia sodu z tonicznością przestrzeni pozakomórkowej.
Mam nadzieję, że opracowanie ‘Nawodnienie a Toniczność PPK’ przekonało Cię, że to właśnie stężenia SODU są najważniejszym wskaźnikiem stanu nawodnienia organizmu (stąd gospodarka wodno-mineralna zwana jest czasem ‘wodno-sodową’). Dzieje się tak, gdyż to właśnie sód jest głównym kationem przestrzeni pozakomórkowej:
Powyższe zestawienie pokazuje, że Cl– jest z kolei głównym anionem płynu pozakomórkowego (ppk).
Prawo zachowania elektrobojętności płynów ustrojowych wymaga, aby pozbywając się kationów, nerki pozbyły się też anionów – w ilości równoważącej ich ładunek. Jeśli więc nerka wydala Na+, musi też wydalać Cl–. To oznacza, że z ppk ubędzie dwa razy więcej jonów, za którymi – zgodnie z prawem izotonii – musi podążać woda.
Ot i cała filozofia.
Organizm traktuje to jako regułę: tam gdzie sód, tam też woda. Można wręcz powiedzieć, że – w pewnym sensie – organizm utożsamia wodę z sodem: Mam w sobie zbyt dużo wody? (= zbyt dużą objętość płynów ustrojowych = zbyt duże ciśnienie krwi). No to usuwam sód, bo wraz z sodem zniknie też woda. Mam w sobie zbyt mało wody? (= zbyt małe ciśnienie krwi). No to oszczędzam i zdobywam sód, zwiększając jego ilość w ppk (bo wraz z nim pojawi się woda, a to poniesie ciśnienie krwi).
* *
Zanim przyjrzymy się mechanizmom działania aldosteronu, musimy wspomnieć o potasie – najważniejszym kationie przestrzeni wewnątrzkomórkowej. Interesować nas jednak będzie jego obecność… poza komórkami.
POTAS
Stężenie potasu w osoczu niewiele mówi o jego zasobach w organizmie, gdyż kation ten znajduje się głównie w przestrzeni wewnątrzkomórkowej. Najważniejsze są jednak nie tyle ogólne zasoby organizmu, ale aktualny (!) poziom potasu we krwi. Dlaczego? Gdyż zarówno jego niedobór jak i nadmiar – szybko doprowadzają do śmierci z powodu wpływu na serce: Stężenie potasu poniżej 2 mmol/l i powyżej 7 mmol/l – powoduje zatrzymanie czynności serca.
Hiperkaliemia (zwiększone stężenie K+ w osoczu) jest efektem przemieszczania się potasu z wnętrza komórek do ppk (np. z powodu kwasicy), najczęściej przy upośledzonym usuwaniu potasu z moczem. Generalnie – z hiperkaliemią związane są wszelkie stany przebiegające z rozpadem komórek (np. zespół zmiażdżenia, hemoliza wewnątrznaczyniowa po przetoczeniu obcej grupowo krwi) oraz niewydolnością nerek. Leczenie hiperkaliemii wymaga stałego monitorowania stężeń potasu w osoczu, gdyż przy skutecznej terapii leczonemu grozi (równie niebezpieczna dla życia) hipokaliemia.
Zilustrujmy to (poniżej schemat rozmieszczenia kationów).
W płynie pozakomórkowym potasu jest stosunkowo niewiele, przy czym istnieje określona – ‘idealna’ – proporcja pomiędzy sodem i potasem, którą organizm monitoruje. Wydobywający się ze zniszczonych komórek potas zasila zasoby pozakomórkowe zmieniając proporcję Na+/K+.
Przyczyną hipokaliemii (niedoboru K+ w osoczu) bywa utrata potasu przez przewód pokarmowy lub z moczem (rzadziej – niedobór potasu w pożywieniu). Często wiąże się z przemieszczeniem potasu do komórek (np. podczas leczenia śpiączki cukrzycowej bez uzupełniania potasu.) Hipokaliemię pogłębia zasadowica (np. w przypadku przewlekłych wymiotów lub odsysania treści żołądkowej).
Tzw. ‘hipokaliemia rzekoma’ to fałszywe duże stężenie potasu w osoczu, której przyczyną jest hemoliza krwi spowodowana niewłaściwym przechowywaniem próbek (które wpływa na zanik aktywnego transportu sodu i potasu przez błony krwinek, przez co poziom potasu w osoczu rośnie).
* *
Działanie Aldosteronu
Wiedząc jak na organizm wpływają zmiany stężeń sodu i potasu w ppk – nareszcie możemy przyjrzeć się mechanizmom działania ALDOSTERONU.
Kora nadnerczy wydziela hormony steroidowe (powstające z cholesterolu), do których należą m. in. mineralokortykosteroidy. ‘Mineralo’ – bo działają na gospodarkę mineralną, gł. na transport komórkowy elektrolitów; ‘kortyko’ – bo wytwarza je kora nadnerczy (łać. cortex suprarenalis), a ‘steroidy’ – bo mają szkielet steranu.
95% aktywności mineralokortykosteroidów przypada na aldosteron.
Najsilniejszym bodźcem prowokującym wydzielanie aldosteronu jest angiotensyna II, ale mocno działają na niego też spadek objętości ppk oraz zaburzenie proporcji stężeń Na+/K+ we krwi przepływającej przez nadnercze, a konkretnie spadek stężenia sodu i wzrost stężenia potasu.
Właściwa proporcja sodu i potasu we krwi nie tylko czuwa nad niebezpiecznymi dla życia wahaniami poziomu potasu, ale jest też ‘markerem’ IZOtoniczności obu przestrzeni organizmu. Jeśli we krwi proporcja Na+/K+ jest idealna, to znaczy, że idealne jest rozmieszczenie jonów zarówno w PPK jak i PWK, czyli obie przestrzenie są ze sobą IZOtoniczne.
Aldosteron jest Strażnikiem Proporcji Na+/K+.
Załóżmy, że we krwi spadło stężenie sodu lub wzrosło stężenie potasu. (Zwróć uwagę, że dla proporcji Na+/K+ te dwie rzeczy są tożsame.) Nieme założenia naszego organizmu będą takie:
| W osoczu jest zbyt mało Na+ | oraz | W osoczu jest zbyt dużo K+ |
to ŹLE(!) Zapewne spadło ciśnienie, a więc za chwilę stracę przytomność. Muszę oszczędzać Na+, aby podnieść ciśnienie (sód ‘zwiąże’ wodę w ppk). | to ŹLE(!) Trzeba pozbyć się K+, wymieniając go na Na+ w kanalikach nerkowych. Ewentualnie: Być może jestem ranny, bo K+ wydostał się z wnętrz komórek. Trzeba usuwać go z krwi (bo za chwilę jego nadmiar zatrzyma serce). Przy okazji podniosę objętość ppk, bo skoro jestem ranny, to zapewne też tracę krew. |
Pokażmy te zależności na schemacie, dokładając – starym zwyczajem – kolejne elementy. Przy okazji uwzględnimy też niektóre aspekty działania angiotensyny II (pominięte na wcześniejszym schemacie) i wazopresyny, gdyż wszystko jest ze sobą zazębione. Będzie to też znakomitą okazją do przedstawienia antagonistów układu RAA, a więc mechanizmów przeciwdziałających nadmiernej objętości ppk.
Jak się rzekło, najsilniejszymi bodźcami stymulującymi korę nadnerczy do wydzielania aldosteronu są angiotensyna II, zaburzone proporcje sodu i potasu w ppk* oraz spadek ciśnienia krwi.
*) Chodzi o proporcje sodu i potasu w osoczu przepływającym przez nadnercza. Bodźcem 2-krotnie zwiększającym wydzielanie aldosteronu jest 10% spadek Na+ = 10% nadmiar K+.
Zwróć uwagę na to, że – w zasadzie – wszystkie te bodźce są pokrewne, gdyż pokazują nierozrywalną więź pomiędzy wodą a elektrolitami. Jeśli w organizmie brakuje płynów ustrojowych i spada ciśnienie krwi, to (pomijając przypadki nienaturalne*) oznacza, że brakuje w nim wody, która – niedawno – została usunięta wraz z sodem i chlorem. A skoro tak, to niski poziom NaCl w kanalikach dalszych uruchomił układ renina-angiotensyna.
*) Chodzi o odwodnienia i przewodnienia będące efektami stanów chorobowych lub błędów terapeutycznych. Omówiono je w poprzednim opracowaniu.
Powyżej – uzupełniona relacja pomiędzy niskim poziomem ciśnienia (i sodu) a angiotensyną II. Renina zamienia angiotensynogen osocza w angiotensynę I, która w krążeniu płucnym napotyka na konwertazę (ACE) przekształcającą ją w angiotensynę II.
Wydzielanie reniny wzmaga impulsacja współczulna z odbarczonych niskim ciśnieniem baroreceptorów naczyń krwionośnych. Równolegle do tych zdarzeń osmodetektory podwzgórza – alarmowane wzrostem gęstości krwi już o 1-2% – stymulują tylny płat przysadki do wydzielania wazopresyny (ADH). Innymi bodźcami dla wydzielania ADH są angiotensyna II i spadek ciśnienia tętniczego o 5-10% (wpływ poprzez receptory objętościowe przedsionków serca oraz przez baroreceptory aortalne i zatokowe).
Zwróć uwagę na różnice pomiędzy gospodarką wodno-sodową (oraz proporcjami sodu i potasu w osoczu) a globalną kontrolą ciśnienia osmotycznego krwi poprzez podwzgórze.
Zależność WODA-SÓD odpowiada za globalną OBJĘTOŚĆ płynów ustrojowych. W kwestii ciśnienia osmotycznego ppk jest to więc nieprecyzyjna regulacja ‘z grubsza’, gdyż układ RAA przede wszystkim reguluje ciśnienie krwi. Tonicznością natomiast zajmuje się podwzgórze.
Osmodetektorami podwzgórza są neurony jądra nadwzrokowego, które ulegają ‘obkurczeniu’ już przy wzroście osmolalności osocza o 1-2%. Zakończenia włókien tych neuronów zlokalizowane są w tylnym płacie przysadki, więc ich impulsacja wywołuje wydzielanie ADH.
ADH zagęszcza mocz, wbudowując kanały wodne w ściany kanalików dalszych i zbiorczych nefronów. Czyli: działanie wazopresyny ogranicza się jedynie do wody, nie dotycząc elektrolitów. Otwarcie kanałów wodnych umożliwia wodzie przenikanie do hipertonicznego śródmiąższu nerki i dalej do krwi. Można wiec powiedzieć, że ADH zagęszczając mocz – rozcieńcza krew (albo że ‘przerzuca gęstość’ z krwi na mocz.)
Samo rozcieńczenie krwi – nie zmienia jednak proporcji Na+/K+ (!)
Uzupełnijmy teraz schemat o inne działania angiotensyny II. Wywołuje ona skurcz naczyń tętniczych, działa na ośrodek pragnienia sprawiając, że chce nam się pić, oraz nasila wchłanianie sodu w kanalikach nerkowych – jeszcze zanim zacznie to robić aldosteron.
Wreszcie dotarliśmy do ALDOSTERONU…
Jego podstawowym zadaniem jest przywracanie równowagi elektrolitowej (proporcja Na+/K+) oraz przywracanie pożądanej objętości płynów ustrojowych.
Receptory dla aldosteronu znajdują się w nerkach, jelicie, śliniankach i gruczołach potowych i na tych narządach wywiera swoje działanie, którym jest zwiększanie wchłaniania zwrotnego jonów sodu.
Tak więc sód zaczyna być nie tylko wchłaniany ze zdwojoną siłą przez nabłonek twojego jelita (przy okazji wchłaniasz więcej wody), ale też znika z twojego potu i śliny (w zamian za co pojawia się tam więcej potasu). Wszystko po to, aby przesunąć jak najwięcej sodu do przestrzeni wewnątrznaczyniowej, gdzie ‘zwiąże’ on wodę i podniesie ciśnienie.
Działanie aldosteronu rozpoczyna się dopiero po 60 minutach, gdyż tyle czasu zabiera mu uruchomienie syntezy białek. Jako hormon sterydowy wnika on do komórki, tworząc z białkiem receptorowym kompleks, który przemieszcza się do jądra komórkowego. Tu aktywuje geny indukując odpowiedni mRNA, nadzorujący syntezę białek. Ostatecznym efektem starań aldosteronu jest zwiększenie aktywności pompy sodowo-potasowej i zwiększenie przepuszczalności błon komórek dla jonów sodu. (Pompą sodową zajmiemy się omawiając transport kanalikowy, a więc zapewne już niebawem).
W kanalikach nerkowych zwrotnej resorpcji Na+ towarzyszy nie tylko wydalanie do światła kanalików jonów K+, ale i H+ (co może prowadzić do alkalozy).
Zakończmy sporządzanie schematu wizją sukcesu:
Wzrost stężenia sodu i zmniejszenie stężenia potasu przywraca równowagę elektrolitową, zwiększa objętość ppk, a więc i objętość wyrzutową serca. Czy jednak to zwiększanie objętości może trwać w nieskończoność?
Antagoniści układu RAA
Przedsionkowy Peptyd Natriuretyczny
‘Natrium’ to oczywiście łacińska nazwa sodu, ‘uresis’ to wydalanie moczu, a więc ‘natriureza’ to nic innego jak pozbywanie się sodu z moczem. Peptydy natriuretyczne to po prostu białka – hormony zwiększające wydalanie sodu przez nerki. Jest ich kilka (ANP, BNP, CNP), ale największe znaczenie wydaje się mieć ANP (Atrial Natriuretic Peptide), czyli natriuretyczny peptyd PRZEDSIONKOWY.
Jest to 28-aminokwasowy polipeptyd, wytwarzany przez komórki mięśniowe przedsionków serca. Sygnałem pobudzającym jego wydzielanie jest wzrost ciśnienia hydrostatycznego w obrębie przedsionków: zbyt duże ciśnienie krwi napływającej do serca – zbyt mocno ‘rozpycha’ ściany przedsionków.
ANP drogą krwi dociera do swoich receptorów w nerkach – w kłębuszkach nerkowych i w części rdzennej nerek. Zwiększa przesączanie kłębuszkowe (zwiększając ładunek sodowy przesączu) i hamuje wchłanianie zwrotne sodu w kanalikach zbiorczych. Jednocześnie zmniejsza wydzielanie reniny, czyli hamuje układ RAA – a więc pośrednio hamuje wydzielanie aldoseronu.
Efektem działań ANP jest natriureza. Wraz z sodem organizm pozbywa się wody, co obniża objętość ppk, a więc obniża tez ciśnienie krwi …i wszystko zaczyna się od nowa.
* *
Na zakończenie warto pokusić się o podsumowanie.
Zauważ, że jeśli organizm znajdowałby się w błogim stanie doskonałej IZOtonii, IZOjonii i IZOelektryczności (elektroobojętności) – to nigdy nic by się w nim nie działo (bo i po co miałoby się coś dziać?). Tymczasem prawda jest zgoła odmienna: organizm NIGDY nie znajduje się w doskonałym stanie IZO, i właśnie dzięki temu ‘wie’ w którą stronę zmierzać.
Zgodnie z prawem izotonii woda podąża za stężeniami jonów – tym chętniej im jest ich więcej. Kationy sodu (wraz z towarzyszącymi im przyjacielsko anionami chloru) – stanowią znakomitą większość jonów ppk. Nasz organizm więc – dość rozsądnie – zauważył, że regulując samo stężenie sodu (tj. usuwając go z ppk lub przesuwając do ppk) jednocześnie reguluje globalną objętość ppk, a więc też ilości wody w łożysku naczyniowym, czyli ciśnienie krwi.
Toniczne podążanie wody za sodem posiada jednak pewną bezwładność – drobne opóźnienie (tj. zmiany stężenia sodu lekko wyprzedzają przesunięcia wody). Stanowi to swoistą zaleto-wadę układu i powoduje ‘falowanie’ objętości ppk: Najpierw spada, a gdy uruchomi się alarm, że spadło zbyt mocno – zaczyna rosnąć i tak rośnie – aż do alarmu, że pora spadać.
Przeanalizujmy dwa przypadki:
A) SPADEK CIŚNIENIA:
Jeśli organizm usuwa sód, to woda podąży za nim dopiero wtedy, kiedy zostanie już usunięty. To oznacza, że zmiana stężenia sodu wyprzedza przesunięcia wody. Ilość sodu spada, a w ślad za nim spada też ciśnienie krwi i szybkość przesączania kłębuszkowego. W końcu dochodzi do tego, że wydajność przesączania kłębuszkowego jest tak mała, że nie zaspokaja wydajności resorpcji NaCl w ramieniu wstępującym pętli nefronu. A więc włącza się ALARM: w kanalikach dalszych zaczyna brakować NaCl = ciśnienie hydrostatyczne przesączu jest zbyt niskie.
A więc – zanotujmy to – alarm został włączony nie przez zupełny brak sodu w przesączu, tylko przez ‘niedobór’ ciśnienia hydrostatycznego przesączu – w stosunku do ilości znajdującego się w przesączu sodu.
B) WZROST CIŚNIENIA:
Podnoszenie ciśnienia ma przebieg analogiczny, tj. zmiany stężenia sodu wyprzedzają przesunięcia wody, ale – i w tym przypadku – ALARM zostanie włączony przez ‘nadmiar’ ciśnienia hydrostatycznego.
Zaczyna się tym, że sód pozyskiwany w jelitach i odzyskiwany ze ślinianek, potu i kanalików nerkowych zasila ppk, co sprawia, że rośnie jego toniczność (co wyczuwają osmodetektory). To przyciąga do ppk wodę: Angiotensyna II pobudziła pragnienie, więc woda jest pobierana z przewodu pokarmowego. Jest też odzyskiwana w kanalikach zbiorczych – dzięki wazopresynie. Rośnie więc ciśnienie hydrostatyczne i rośnie…
Angiotensyna II hamuje wydzielanie reniny, a wkrótce znika też impulsacja z baroreceptorów i osmodetektorów. W pewnym momencie ciśnienie krwi rozciąga ściany przedsionków serca do tego stopnia, że ich komórki wydzielają ANP, a ANP kończy całą zabawę z odzyskiwaniem sodu.