Equilibrio idro-elettrolitico. ed acido-base. Diagnostica biochimico-clinica. clinica Lezione 6

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1 Equilibrio idro-elettrolitico ed acido-base Diagnostica biochimico-clinica clinica Lezione 6

2 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

3 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

4 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.

5 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

6 Bilancio idrico Normalmente la perdita e l introduzione quotidiana di acqua ammontano a circa 2500 ml. Il bilancio idrico giornaliero è normalmente in pareggio.

7 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.

8 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.

9 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.

10 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.

11 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, mentre i livelli di sodio sono regolati dal sistema renina- angiotensina-aldosterone aldosterone, e da un terzo fattore, il peptide atriale natriuretico.

12 Bilancio dei fluidi e degli elettroliti Se viene persa un eccessiva quantità di fluido extracellulare le cellule si disidratano per osmosi.

13 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.

14 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.

15 Bilancio dei fluidi e degli elettroliti ADH (adiuretina( 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

16 Bilancio dei fluidi e degli elettroliti

17 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%).

18 Bilancio dei fluidi e degli elettroliti Il meccanismo di riassorbimento è governato dalle pompe Na + /K + e Na + /H +, regolate dall aldosterone. Il riassorbimento distale è la componente maggiormente implicata nel determinare la quantità di sodio escreta nelle urine.

19 Bilancio degli elettroliti Il malfunzionamento dei reni è spesso associato ad alterazioni plasmatiche degli elettroliti. Na + (v.n mmol/l): 98% extracellulare, 2% intracellulare K + (v.n mmol/l): 98% intracellulare, 2% extracellulare Cl - e HCO 3-, strettamente associato a Na +

20 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).

21 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.

22 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)

23 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. Angiotensina II ADH Cellule specializzate dell apparatoapparato iuxtaglomerulare avvertono il calo della pressione sanguigna che si verificano in seguito a diminuzione dell ECF e secernono renina. Una sequenza di eventi porta alla secrezione di aldosterone nella zona glomerulare della corteccia surrenale Angiotensina I Angiotensinogeno Renina Angiotensina II Aldosterone

24 Bilancio degli elettroliti: sodio Uno stimolo importante per la secrezione di aldosterone è il volume di ECF

25 Aldosterone L'aldosterone è un ormone steroideo (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 +

26 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.

27 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. L'ANF viene secreto in risposta ad elevato volume plasmatico, ipokaliemia, ipernatriemia.

28 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: 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 Intervalli di riferimento Siero: mmol/l Urine: mmol/l in 24h Liquor: mmol/l Feci: <10 mmol in 24h

29 Iponatriemia L iponatriemia (o 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: causata da assunzione di diuretici, perdita renale di sali, deficit di mineralcorticoidi, diarrea, vomito. Iponatriemia euvolemica: causata da sindrome da ipersecrezione inappropriata dell'ormone antidiuretico, ipotiroidismo, insufficienza surrenalica. Iponatriemia ipervolemica: causata da insufficienza cardiaca, cirrosi, insufficienza epatica, malattie renali.

30 Iponatriemia Sintomi Allucinazioni,convulsioni, crampi muscolari, debolezza muscolare, epilessia, secchezza delle fauci, rallentamento dei riflessi. Nei casi gravi, l'iponatriemia può indurre coma, depressione respiratoria e morte. Trattamento Senza edema (accumulo di liquidi negli spazi interstiziali): riduzione apporto di fluidi. Con edema (sovraccarico di acqua e Na + ): Diuretici e riduzione apporto fluidi Edema da pressione: Edema da pressione: dopo aver premuto la pelle per pochi secondi si osserva una rientranza.

31 Ipernatriemia L ipernatriemia (o 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

32 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

33 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.

34 Bilancio degli elettroliti: potassio

35 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: 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 Intervalli di riferimento Siero: 3,5-5 mmol/l Liquor: 70% dei livelli plasmatici Urine: mmol/l in 24h Feci: 60 mmol in 24h (diarree)

36 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

37 Iperpotassemia L iperpotassemia (o 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.

38 Iperpotassemia

39 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)

40 Ipopotassemia L ipopotassemia (o 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

41 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.

42 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.

43 Equilibrio acido-base Il sistema tampone acido carbonicobicarbonato è basato sullo ione bicarbonato (HCO 3- ) Il sistema tampone fosfato presenta come componenti gli ioni diidrogeno fosfato (H 2 PO 4- ) e monoidrogenofosfato (HPO 4 2- ) Il sistema tampone proteico è costituito dall intero complesso delle proteine presenti nei fluidi corporei

44 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 CO 2. Se la concentrazione degli H + si riduce, il sistema si sposta verso la produzione di H +.

45 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 (CO 2 ) aumenta, aumenta anche la concentrazione di H + con conseguente diminuzione del ph e viceversa L espirazione di CO 2 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.

46 Sistema tampone bicarbonato 1) Le cellule del tubulo renale secernono H + in cambio di Na + ; 2) la CO 2 viene convertita di nuovo in H 2 CO 3 e HCO 3- 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 +.

47 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.

48 Disordini acido-base

49 Valutazione dello stato acido-base La valutazione dello stato acido-base è effettuata attraverso le misurazioni di [H + ], [HCO 3- ] e pco 2 e può essere ottenuta dalla relazione: [H + ]= pco 2 [HCO - 3 ]

50 Valutazione dello stato acido-base Acidosi metabolica: Il disordine primario è un calo della concentrazione di bicarbonato Alcalosi metabolica: Il disordine primario è un aumento del bicarbonato

51 Valutazione dello stato acido-base Acidosi respiratoria: Il disordine primario è una pco 2 aumentata Alcalosi respiratoria : Il disordine primario è un calo della pco 2

52 Risposta all acidosi

53 Risposta all alcalosi

54 Disordini acido-base

55 Disordini acido-base Acidosi respiratoria Acidosi metabolica

56 Equilibrio acido-base Alcalosi respiratoria Alcalosi metabolica

57 GAP ANIONICO Gap anionico = [Na[ + ] ([Cl - ]+[HCO - 3 ]) Il gap anionico viene calcolato sottraendo la somma delle concentrazioni del Cl - e del HCO 3- alla concentrazione plasmatica del Na + Le proteine plasmatiche cariche negativamente sono responsabili della maggior parte del gap anionico Valori normali Valori normali 6-18 nmoli/l

58 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.

59 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.

60 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).