Podstawowe informacje nt. osmolalności (toniczności) oraz gospodarki wodno-mineralnej odnajdziesz w moich wcześniejszych opracowaniach. Dzisiaj wzbogacę tę opowieść o garść istotnych konkretów, leżących na przecięciu obu problematyk. Chodzi mianowicie o bilans wodny organizmu i zaburzenia w jego nawodnieniu (oraz o istotę odwodnień/przewodnień).
Przypomnijmy sobie czym są przestrzenie organizmu:
Osocze krwi i płyn śródmiąższowy komunikują się ze sobą bez przeszkód (poprzez błony naczyń włosowatych), wspólnie tworząc jedną przestrzeń: pozakomórkową. Barierą dość istotną są natomiast błony komórkowe, dlatego wnętrza komórek stanowią odrębną przestrzeń – wewnątrzkomórkową.
Przemieszczanie się wody pomiędzy tymi dwoma przestrzeniami ma bardzo duże znaczenie, więc na potrzeby dzisiejszego opracowania posłużę się pewnym schematem wizualizacji. Przestrzeń wewnątrzkomórkową, a więc płyn wewnątrzkomórkowy (PWK) symbolizować będzie kropla żółta. Otoczymy ją kroplą niebieską – kroplą płynu pozakomórkowego (PPK). Taka wizualizacja pokaże też to, co dzieje się z każdą odrębną komórką, tj. czy się kurczy, czy pęcznieje.
W warunkach normalnych obieg wody w organizmie charakteryzuje równowaga poboru i wydalania (poniżej zestawienie uśrednionych ilości dobowych).
Zwróć uwagę na to, że wszystkie ogniwa poboru i wydalania wody są labilne. Ilości pary wodnej wydychanej przez płuca codziennie są różne i zależą od dziesiątek nieprzewidywalnych okoliczności. To samo dotyczy wody wydalanej wraz z potem, moczem czy kałem, a także wody przyjmowanej w postaci płynów czy pokarmu. Nawet ilości wody będącej produktem ubocznym utlenień różnią się w zależności od diety (proporcji tłuszczów, białek i węglowodanów w posiłkach).
Jest to więc relacja o wielu zmiennych. Relacjom takim równowagę mogą zapewnić jedynie mnogie zaawansowane mechanizmy regulacyjne – kontrolujące liczne parametry i wzajemnie ze sobą współpracujące. Do mechanizmów tych należą m.in. układ RAA (Renina-Angiotensyna-Aldosteron), którego aktywację analizowaliśmy w poprzednim opracowaniu.
Ostatnio pominęliśmy jednak mechanizmy działania aldosteronu. Dlaczego? Gdyż zanim zaczniemy zaglądać aldosteronowi przez ramię konieczne jest (!) wyrobienie sobie właściwego dystansu do relacji pomiędzy wodą a elektrolitami.
Zasadnicze pytanie brzmi: Czym tak naprawdę jest gospodarka wodno-mineralna? Tzn. w czym tkwi jej istota? Tkwi ona w tym, że w naszym organizmie…
NIE MA (!) Wody Wolnej od Elektrolitów
Wodę i elektrolity łączy relacja… n-i-e-r-o-z-r-y-w-a-l-n-a. Każda zmiana ilości wody w organizmie, a więc jej utrata lub pobór prowadzi do zmian składu elektrolitowego płynów ustrojowych. I odwrotnie: każda podaż lub utrata elektrolitów – wpływa na molalność (toniczność) płynów ustrojowych, a więc i na ich rozmieszczenie w przestrzeniach organizmu (przemieszczanie się wody pomiędzy przestrzeniami).
Dlaczego? Wynika to z prawa izotonii:
Zwiększenie molalności płynu pozakomórkowego (ppk), tzn. jego hipertoniczność – niejako ‘wysysa’ wodę z wnętrz komórek, czyli prowadzi do przemieszczania się wody z komórek do osocza i płynu śródmiąższowego.
Dobrze to ilustruje stan krwinek czerwonych*, które w takim przypadku zmniejszają swoją objętość (‘kurczą się’). W sytuacji odwrotnej (hipotoniczność ppk) krwinki ‘pęcznieją’, zwiększając swoją objętość. Dzieje się tak, gdyż teraz wnętrze komórek jest hipertoniczne, więc teraz ono ‘wsysa’ wodę z (hipotonicznego) otoczenia.
*) Parametry stanu krwinek czerwonych i stężenie białka w osoczu stanowią wskaźnik zagęszczenia lub rozcieńczenia krwi, a więc i nawodnienia ppk.
Trzeba pamiętać, że błony plazmatyczne komórek są bardziej przepuszczalne dla wody niż dla substancji w niej rozpuszczonych. Dlatego zmiany toniczności (i objętości) wnętrz komórek zależą od toniczności ppk, a za toniczność ppk w największym stopniu odpowiedzialny jest sód – główny kation przestrzeni pozakomórkowej. W większości przypadków to właśnie zmiany stężenia Na+ decydują o ‘nawodnieniu’ organizmu.
Sprawę dodatkowo komplikuje fakt, ze zaburzenia wodno-sodowe rzadko występują w postaci izolowanej; zwykle towarzyszą im zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej. Jednak w niniejszym opracowaniu pominiemy wpływy pH, ograniczając się do gospodarki sodowo-potasowej.
Tak więc omawiając bilans wodny organizmu ani na chwilę nie można zapomnieć o tym, że
A) mamy do czynienia z dwoma przestrzeniami organizmu: wewnątrz- i pozakomórkową, oraz
B) nie ma wody wolnej od elektrolitów. Dlatego
C) woda przemieszcza się pomiędzy przestrzeniami zgodnie z ich tonicznością, czyli – przede wszystkim – podążając za stężeniem sodu, gdyż
D) sód jest głównym kationem ppk.
Przypomnijmy sobie rozmieszczenie jonów w obu przestrzeniach:
A właśnie!
Sód dominuje w ppk, ale wewnątrz komórek – króluje potas.
Przyjrzyjmy się jonom sodu pod kątem nawodnienia organizmu oraz przesunięć wody pomiędzy przestrzeniami.
SÓD
Nawodnienie a Toniczność PPK
Ilościowy charakter nawodnienia opisują słowa: odwodnienie/przewodnienie (czyli niedobór/nadmiar wody w organizmie). Zarówno przewodnienia jak i odwodnienia bywają hiper- hipo- i izotoniczne. (Określenia hiper- / hipo- dotyczą toniczności ppk).
Zacznijmy od odwodnień:
Przypadek pierwszy to norma, czyli nawodnienie idealne. Z odwodnieniem mamy do czynienia wtedy, gdy – globalnie – organizm zawiera mniej wody niż powinien. I tak jest we wszystkich trzech przypadkach na rysunku powyżej: suma obu przestrzeni jest mniejsza niż w proporcji idealnej. I teraz, przy tym ubytku wody, rozpatrujemy trzy możliwe przypadki.
Odwodnienie Izotoniczne
IZOtonia mówi, że woda nie ma powodu, aby się przemieszczać pomiędzy przestrzeniami. Na razie (!), bo za chwilę organizm zacznie się nawadniać lub odwadniać. Odwodnienie izotoniczne jest więc najczęściej stanem przejściowym, będącym efektem utraty jakiejś części płynu pozakomórkowego (tj. i wody i rozpuszczonych w niej elektrolitów).
Przyczyną mogą być np. biegunki, krwotoki lub oparzenia.*
*) Ewentualnie – przyczyną może być przesunięcie płynu do przestrzeni transcelularnej (transkomórkowej), np. światła przewodu pokarmowego, jamy opłucnej czy otrzewnej. Przestrzeni transcelularna – jak sama nazwa wskazuje – komunikuje się jedynie z przestrzenią celularną (schemat poniżej). Jest to więc odrębny rodzaj odwodnienia o niejednorodnej naturze, zależnej od charakteru zaburzenia.
W każdym z przypadków odwodnienia IZOtonicznego stężenie Na+ w ppk i stężenie K+ w pwk nie uległy zmianie (toniczności ppk i pwk są zgodne), a więc woda (na razie!) nie przemieszcza się pomiędzy przestrzeniami.
Odwodnienie Hipertoniczne
Wyobraźmy sobie jednak co dzieje się dalej. Jeśli organizm jest np. nieprzytomny i gorączkujący, to oznacza, że traci wodę przez płuca (oddychając) i płyn hipotoniczny przez gruczoły potowe (pocąc się). Są to tzw. ‘straty nieuniknione wody’; szacuje się, że wynoszą one ~500 ml/dobę na każdy 1o C wzrostu temperatury ciała. Podobny efekt dają wodniste biegunki lub nadmierna diureza (cukrzyca, moczówka prosta).
W takich wypadkach odwodnienie IZOtoniczne przechodzi w HIPERtoniczne.* Mamy tu bowiem sytuację nadmiernej utraty wody przy jakimkolwiek braku jej podaży. Jeśli z ppk znika sama woda, to ppk staje się HIPERtoniczny, a więc ‘wysysa’ wodę z wnętrz komórek.
Czyli nie dość, że w ogóle – wody jest zbyt mało, to teraz jest jej zbyt mało nie tylko poza komórkami, ale i wewnątrz nich.
*) W przypadku odwodnienia HIPERtonicznego – stężenie Na+ w ppk (w osoczu) jest zbyt duże.
Odwodnienie Hipotoniczne
A teraz wyobraźmy sobie, że ubytek ppk uzupełniamy czystą wodą (zarówno przy odwodnieniu IZOtonicznym jak i HIPERtonicznym). Przykładem może być picie czystej wody po utracie krwi. W takim przypadku ppk zostaje rozwodniony. To oznacza, że staje się hipotoniczny w stosunku do wnętrz komórek, a wnętrza komórek – hipertoniczne w stosunku do ppk. Komórek będą więc ‘pęcznieć’, wsysając wodę z ppk.
Jeśli uzupełnimy ppk niedostateczną ilością wody (lub płynu hipotonicznego) – wciąż będziemy mieli stan odwodnienia, ale obecnie – HIPOtonicznego.* Jeśli uzupełnianie ppk wodą (lub płynem hipotonicznym) przekroczy normę nawodnienia – powstanie HIPOtoniczne przewodnienie (tzw. ‘zatrucie wodne’).
*) W przypadku odwodnienia HIPOtonicznego – stężenie Na+ w osoczu jest zbyt małe.
* *
Teraz przewodnienia.
Przypadek pierwszy to oczywiście norma, czyli nawodnienie idealne.
W przypadku przewodnienia organizm zawiera więcej wody niż w proporcji idealnej: suma obu przestrzeni przekracza normę.
Przewodnienia są zwykle wynikiem błędów w nawadnianiu organizmu.
Przewodnienie Izotoniczne
Przewodnienie IZOtoniczne przebiega z prawidłową tonicznością ppk, a więc woda nie przemieszcza się pomiędzy wnętrzami komórek a ppk. Przewodnienie takie zdarza się np. w przypadku upośledzenia wydalania nerkowego sodu i wody po dożylnym podaniu zbyt dużej ilości płynów izotonicznych.
Pojawiają się uogólnione obrzęki, gdyż płyn izotoniczny z naczyń penetruje przestrzeń śródmiąższową; wzrost ciśnienia żylnego (często spowodowane zmniejszeniem objętości wyrzutowej serca) ułatwia przemieszczanie się płynu przez naczynia włosowate.
Przewodnienie IZOtoniczne może też być efektem spadku stężenia albumin osocza krwi (np. w efekcie utraty albumin z moczem lub osłabienia ich syntezy). Prowadzi to do spadku ciśnienia tonicznego krwi co przesuwa wodę poza łożysko naczyniowe – do śródmiąższu.
Jeśli płyny zbyt mocno przesuną się z naczyń do śródmiąższu – może to doprowadzić do zmniejszenia objętości krwi krążącej, a więc i do osłabienia przepływu krwi przez nerkę i aktywacji układu renina-angiotensyna-aldosteron. Hiperaldosteronizm prowadzi do zwiększonego wchłaniania sodu w nerkach, co przy sprawnym odruchu pragnienia prowadzi do narastania przewodnienia (IZOtonicznego) i obrzęków.
Tak więc przewodnienie IZOtoniczne jest sumą zaburzenia sił utrzymujących wodę w łożysku naczyniowym i działania gospodarki wodno-mineralnej.
Przewodnienie Hipertoniczne
Przewodnienie HIPERtoniczne zdarza się po dożylnym podaniu nadmiaru płynów hipertonicznych (lub nawet izotonicznych). Zdarza się też po zabiegach chirurgicznych, gdy dochodzi do zwiększonego wydzielania ADH (zmniejszenie diurezy). Doustne podanie nadmiaru płynów hipertonicznych (np. rozbitek pijący morską wodę) też może prowadzić do przewodnienia HIPERtonicznego. Zwiększona toniczność ppk ‘wysysa’ wodę z wnętrz komórek.
Przewodnienie Hipotoniczne
Przewodnienie HIPOtoniczne (tzw. ‘zatrucie wodne’) jest efektem nadmiernej podaży płynów hipotonicznych lub bezelektrolitowych (zwłaszcza przy nadmiernym wydzielania ADH i zmniejszonej diurezie). Niska toniczność ppk przemieszcza wodę do wnętrz komórek, a więc w tym przypadku przewodnienie dotyczy i ppk i przestrzeni wewnątrzkomórkowej.
Podsumujmy całość:
Analiza sześciu powyższych przypadków dowodzi, że ocena stanu nawodnienia nie jest sprawą prostą i wymaga uważnej analizy. Pomagają w niej badania laboratoryjne dotyczące np. średniej objętości krwinek czerwonych, stężenia hemoglobiny w krwinkach* czy stężenia białka w osoczu. Od razu narzuca się spostrzeżenie, że popularne niegdyś badanie hematokrytu (tj. stosunku objętości krwinek do objętości pełnej krwi) miewa sens jedynie w przypadku zmian izotonicznych. Tymczasem – wykonując to badanie – najczęściej nie wiemy z jakim przypadkiem mamy do czynienia.
*) Hemoglobina nie przechodzi przez błony komórkowe krwinek, więc ‘pęcznienie’ lub ‘kurczenie się’ krwinek zmienia stężenie hemoglobiny w ich wnętrzach.
Jako że głównym kationem ppk jest SÓD, to właśnie jego stężenia we krwi są najważniejszym wskaźnikiem zaburzeń gospodarki wodno-mineralnej (zwanej czasem dlatego ‘wodno-sodową’). W większości przypadków* to właśnie stężenia sodu w ppk decydują o jej molalności (toniczności), a więc o tym, czy przewodnienie/odwodnienie kwalifikujemy jako izo- hiper- czy hipotoniczne.
*) Czasem jednak się zdarza, że samo stężenie sodu nie jest miarą molalności krwi. Np. w odwodnieniu hipertonicznym w cukrzycy obecna we krwi glukoza ‘wsysa’ do osocza wodę z komórek, a ta niejako rozcieńcza sód ppk.