controllo del liquido

Acqua, elettroliti ed equilibrio acido-base
L’adattamento dei mammiferi alla vita terrestre ha comportato lo sviluppo di
complessi meccanismi fisiologici di controllo dell’omeostasi che includono
diversi sistemi tampone 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:
 attraverso il trasporto di sostanze nutritive, elettroliti ed ossigeno alle cellule;
 attraverso l’escrezione di cataboliti;
 attraverso la regolazione della temperatura corporea.
Distribuzione dell’acqua nell’organismo
Uomo 70 kg: in media possiede 42 litri di acqua (60-70% del peso corporeo)
ICF, LIC
ECF, LEC
BILANCIO IDRICO
BILANCIO ELETTROLITICO
Il mantenimento dell’omeostasi dell’acqua è fondamentale per la
sopravvivenza di tutti gli organismi. Nei mammiferi la preservazione della
costanza della PRESSIONE OSMOTICA e della distribuzione dell’acqua nei
diversi compartimenti corporei è intimamente associata alla regolazione di
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.
Distribuzione degli elettroliti nell’organismo
 Il sodio (Na+) è il principale catione extracellulare;
Presenti
in forma
‘libera’
 Il potassio (K+) è il principale catione intracellulare;
 I principali anioni extracellularI sono il cloruro (Cl-) e bicarbonato (HCO3-)
 I principali anioni intracellulari sono le proteine e il fosfato;
Gli anioni non misurabili
direttamente costituiscono
l’anion gap (fosfato, solfato,
proteine, acidi organici)
PROFILO ELETTROLITICO
[Na+] + [K+] = [Cl-] + [HCO3-] + [gap anionico]
BILANCIO IDRO-ELETTROLITICO
I reni svolgono un ruolo chiave nel bilancio dei fluidi corporei e degli elettroliti anche se
essi possono solo conservare liquidi ma non possono rigenerare il volume perduto.
BILANCIO IDRO-ELETTROLITICO
 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.
Quando due soluzioni con composizione diversa sono separate da una membrana permeabile,
soluti e solvente la possono attraversare liberamente ed abbiamo il fenomeno della Diffusione; se
invece la membrana è semipermeabile, i soluti non la possono attraversare ed abbiamo il
fenomeno dell’Osmosi
L’OSMOSI è il processo attraverso il quale molecole di solvente liquido passano attraverso una
membrana con fori di dimensioni tali da impedire il passaggio del soluto
La PRESSIONE OSMOTICA è la pressione π che si deve esercitare per raggiungere l’equilibrio
osmotico (cioè per FERMARE il flusso di solvente)
 Osmolalità = numero di molecole disciolte in 1Kg di solvente. È una misura della
concentrazione di una soluzione, sottolineando il numero di particelle disciolte in un
liquido, indipendentemente dalla carica e dalle dimensioni: una soluzione 1 Osm
contiene il numero di particelle di una mole di sostanza non dissociabile disciolta in 1 Kg
di acqua distillata. Indipendente dalla t. Preferibile nei sistemi biologici, per le soluzioni
fisiologiche si esprime in mOsm/Kg H2O.
 Osmolarità (Osm/L) = pressione osmotica generata dalle molecole di soluto disciolte
in 1L di solvente. Dipende dalla temperatura che modifica il volume (↑T
↑V).
Per soluzioni molto diluite - come quelle corporee - le differenze quantitative
tra osmolarità ed osmolalità sono al di sotto dell'1% (perché solo una piccola
parte del loro peso deriva dal soluto). Per questo i due termini sono spesso
usati indifferentemente come sinonimi
Osmolarità dei fluidi biologici
Sia la membrana capillare che quasi tutte le membrane cellulari sono liberamente
permeabili all’acqua, ma sono permeabili solo ad alcuni soluti.
I soluti che non
possono entrare liberamente nelle membrane dei compartimenti
vengono chiamati sostanze osmolari effettive mentre quelle che possono attraversare
liberamente la membrana cellulare vengono chiamate non effettive.
Le sostanze osmolari effettive determinano la distribuzione dell’acqua tra i
compartimenti.
Un
qualsiasi
cambiamento
nella
concentrazione
di
soluti
osmoticamente attivi su di un lato della membrana crea un gradiente osmotico: ne
consegue che l’acqua verrà ridistribuita tra i compartimenti finché sarà nuovamente
raggiunta la medesima osmolarità (isosmolarità) tra i compartimenti.
(Nelle soluzioni diluite, come i fluidi corporei, dove il volume occupato dai soluti è piccolo, si
preferisce calcolare la concentrazione delle particelle in termini di osmolarità)
La composizione dei compartimenti liquidi regola gli scambi di acqua e soluti
La pressione osmotica del plasma è dunque: P = 0.30 [osmol/l]· 0.082 [atm·l/mol·K] · (273 + 37 °)[K] = 7.6 atm
La P oncotica del plasma (+ ~20 mmHg), determinata dalle proteine che non diffondono attraverso
la parete capillare, è solo un duecentesimo della totale, ma è fondamentale per gli scambi con
l’interstizio.
Osmolalitàplasmatica(mmoli/kg): 1,863 x Na (mmol/l)
glicemia(mg/dl) urea (mg/dl)

18
2,8
Per il calcolo dell’osmolalità è possibile usare questa formula. Si noti che, nella formula, il sodio si
moltiplica x 2, perché l’effetto osmotico esercitato da una mole di cloruro di sodio è doppio (2
osmoli), in quanto sodio e cloro si dissociano.
Il glucosio viene diviso per 18 e l’azoto ureico per 2,8 per convertire i valori da mg/decilitro a
mEq/Litro; infatti, il peso molecolare del glucosio è 180 e il peso atomico dell’azoto è 28 e, come è
noto, la conversione in mEq/Litro utilizza la seguente formula: mEq/Litro = (mg/Litro) × Valenza/Peso
atomico.
Dal momento che i valori di glucosio e azoto ureico vengono di norma forniti in mg/decilitro, il loro
impiego nella formula in mg/Litro richiede che entrambi vengano divisi per 10. Alla necessità di
questa conversione si deve il fatto che il peso molecolare del glucosio venga espresso nella
formula come 18 (e non 180) e quello atomico dell’azoto ureico come 2,8 (e non 28). Applicando
la formula riportata, l’osmolalità del LEC risulta essere pari a 290 mOsm/kg H2O.
Il parametro ‘calcolato’ STIMA l’osmolalità, ma non ne riflette il reale valore globale,
in quanto non considera le eventuali altre sostanze attive presenti in soluzione (oltre
a sodio, glucosio e urea)
GAP OSMOLALE
Riassumendo:
 L’acqua si muove rapidamente tra i diversi compartimenti liquidi dell’organismo.
 Il movimento di acqua attraverso le membrane cellulari dipende dalla differenza di
osmolalità tra LIC e LEC.
 Osmolalità di ciascun compartimento ~280 mOsm/Kg H2O.
 Nel LEC (liquido interstiziale e plasma), l’osmolalità è determinata per il 90% da ioni
Na+ Cl- e HCO3-.
 Nel LIC l’osmolalità è determinata per il 50% da ioni K+ e per il resto da altre sostanze
presenti nelle cellule..
PRESSIONE OSMOTICA DEI LIQUIDI BIOLOGICI: SOLUZIONI ISOTONICHE
Una soluzione che ha la stessa pressione osmotica totale del sangue si definisce
isotonica. Sono esempi di soluzioni isotoniche la soluzione di NaCl allo 0,9%
peso/volume (soluzione fisiologica) o quella di glucosio al 5% peso/volume
(soluzione glucosata); entrambe hanno concentrazione pari a 0,28 - 0,30 OsM e π
= 7,6 atm a 37 ℃. Soluzioni a concentrazione maggiore sono definite ipertoniche, a
concentrazione minore ipotoniche. Soltanto soluzioni isotoniche o molto prossime
all'isotonicita' possono essere impiegate per l'infusione endovenosa: infatti le
cellule ematiche confrontate con soluzioni ipotoniche si rigonfiano d'acqua fino a
scoppiare (flusso osmotico dall'esterno verso l'interno della cellula); confrontate
con soluzioni ipertoniche perdono acqua, si raggrinziscono e diventano non
funzionali (questo danno e' in genere reversibile).
I meccanismi atti a mantenere l’omeostasi dell’acqua originano nell’ipotalamo: in presenza di
aumenti dell’osmolarità, in primo luogo viene indotta la sensazione della sete, che induce un
maggior consumo di acqua ed una relativa espansione dei fluidi extracellulari, con conseguente
diluizione delle sostanze ad attività osmotica. Secondariamente, l’ipotalamo induce la secrezione di
ormone antidiuretico (AVP o 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’osmolarità plasmatica (e produzione di urine concentrate).
ADH (ormone antidiuretico), o AVP
 E’ un peptide (9 aa) sintetizzato dall’ipotalamo
ed immagazzinato nell’ipofisi posteriore, da cui
viene rilasciato;
 un’osmolalità plasmatica aumentata (anche
solo
del
2%)
stimola
gli
osmorecettori
dell’ipotalamo a produrre ADH, che viene
rilasciato verso il rene e che favorisce il
riassorbimento dell’acqua nei reni (le cellule dei
dotti collettori distali dei reni, normalmente
impermeabili all’acqua, divengono permeabili);
 con osmolalità diminuita, avvengono eventi
opposti
Aumento osmolalità
plasmatica
Diminuzione osmolalità
plasmatica
Uno squilibrio tra quantità di acqua e Na+
nel fluido extracellulare porta a variazioni
di osmolalità e 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 dalla vasopressina (AVP) o
ADH (ormone antidiuretico), visto prima,
mentre i livelli di sodio sono regolati dal
sistema renina-angiotensina, che a sua
volta regola la secrezione di aldosterone,
e da un terzo fattore, il peptide atriale
natriuretico
SODIO
Valori normali nell’ECF : 135-145 mmoli/l
 Assunzione variabile: 120mmoli - 300 mmoli/die
(4-6 g al giorno)
 In una persona sana, il sodio totale corporeo
non cambia, anche se l’assunzione diminuisce
fino a 5 mmoli o aumenta fino a 750 mmoli
 Perdite:
 urine
 sudorazione
 gastrointestinale (nei malati)
 L’escrezione di Na+ urinario è regolata da:
 aldosterone
 peptide natriuretico (ANP)
Funzioni del Sodio
 Regola l'osmolarità del plasma e del liquido extracellulare: se presente in
concentrazioni eccessive, richiama, per ragioni di osmosi, notevoli quantità di
acqua, causando edema ed ipertensione (a causa dell'aumento di volume
ematico); al contrario, in presenza di deficit di sodio, si assiste ad una diminuzione del
volume di sangue e di liquido interstiziale.
 Forma gradienti elettrochimici a livello della membrana cellulare, che sono molto
importanti per la trasmissione dell'impulso nervoso, per la contrazione muscolare e
per gli scambi cellulari (nutrienti, ioni, acqua ecc.).
 Regola l’equilibrio acido-base
 Il sodio è completamente filtrato dai glomeruli
 Una frazione variabile fra il 70 e l’80% del sodio presente nella preurina è RIASSORBITA
dal tubulo contorto prossimale, insieme ad acqua e cloruro
 Una frazione del 20-25% è riassorbita a livello dell’ansa di Henle ascendente
 A livello del tubulo contorto distale viene riassorbito il rimanente 5-10% del sodio
filtrato. A questo livello 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.
Il rene ha una capacità molto ampia di gestire il meccanismo e il grado di
concentrazione delle urine, da 50 mOsm/l a 1200 mOsm/l, a seconda delle necessità
Sistema RENINA-ANGIOTENSINA
Angiotensinogeno
(452 aminoacidi)
Renina
Angiotensina I
ACE
(10 aminoacidi)
Angiotensina II
(8 aminoacidi)
vasocostrittore
Angiotensin converting enzyme
Il ruolo fisiopatologico di tale sistema è quello di mantenere entro limiti
normali la pressione del sangue, agendo sul volume plasmatico, sul
bilancio salino, sulla pressione di perfusione renale, eventualmente
modificandoli
Surrenali
(…ma anche: stimola rilascio di catecolamine,
norepinefrina e vasopressina)
Aldosterone
 Pressione
ACE inibitori, anti-ipertensivi
Lisinopril
Benazepril
Ramipril
Enalaprilat
Captopril
Aldosterone
 Ormone steroideo (mineralcorticoide) prodotto nelle surrenali;
 Diminuisce la secrezione di Na+ urinario, aumentandone il riassorbimento nei tubuli
renali distali, a spese degli ioni H+ e K+
 Uno stimolo importante alla secrezione di aldosterone è il volume ECF:
Un calo di pressione viene avvertito dalle cellule iuxtaglomerulali che secernono renina e viene
innescata la sequenza che porta alla secrezione di aldosterone
 Target: epitelio del dotto collettore renale:
 attività di Na/K-ATPasi
 riassorbimento di Na+
 escrezione di K+ e H+
 Patologie correlate:
 Iperaldosteronismo (sindrome di Conn): produzione di renina e ipertensione
 Morbo di Addison: distruzione delle ghiandole surrenali, aldosterone, secrezione renale di K, iperkalemia
 Tumore delle ghiandole surrenali: aldosterone, secrezione renale di K, ipokalemia
RITENZIONE DI ACQUA
ESCREZIONE DI ACQUA
Uno stimolo importante per la secrezione di aldosterone è il volume di ECF
Peptide natriuretico atriale (ANP, terzo fattore)
 Ormone polipeptidico prodotto da cellule specializzate dell’atrio destro del cuore
 Viene secreto come conseguenza di un eccessivo aumento della pressione sanguigna.
 Antagonista dell'aldosterone, ne inibisce la sintesi.
 A livello dei reni, fa aumentare l’escrezione di sodio urinario per ridurre l'acqua e i carichi adiposi nel sistema
circolatorio, abbassando per questo la pressione sanguigna
Pro-ANP
ANP
(126 aminoacidi)
(28 aminoacidi)
Rene
escrezione Na
Muscolo liscio
contrazione
Ipertensione
Valutazioni di laboratorio
 Pressione osmotica: metodo diretto, effettuato mediante osmometri, basato sulla
misura dell’innalzamento della tensione di vapore o sull’abbassamento del punto di
congelamento (tecnica crioscopica);
 Renina-angiotensina: dopo incubazione del plasma a 37° si misura con tecnica RIA
l’angiotensina I;
 Aldosterone: si misura con tecnica RIA o con tecnica immunometrica con marcatori
non radioattivi;
 Ormone
antidiuretico
(ADH):
si
misura
con
immunometrica con marcatori non radioattivi;
tecnica
RIA
o
con
tecnica
Sodio:
 I campioni in cui è possibile dosare il sodio sono siero, plasma eparinato, sangue
intero, sudore, urine, feci, liquidi gastroenterici e liquor.
 L’emolisi non induce alterazioni rilevanti nella concentrazione plasmatica di Na+
poiché gli eritrociti contengono solo un decimo del Na+ presente nel plasma
 Si usa la fotometria a fiamma o la potenziometria con elettrodi iono-selettivi (ISE)
 Un siero lipemico può risultare una significativa fonte di errore quando non vengono
utilizzati elettrodi ioni-selettivi (pseudoiponatriemia)
Intervalli di riferimento
Siero: 135-145 mmol/l
Urine: 80 – 250 mEq/l in 24h
Liquor: 136-150 mmol/l
Feci: <10 mmol in 24h
Alterazioni del metabolismo idrico e del sodio
IPONATRIEMIA (o iposodiemia): La concentrazione di Na+ <135-145 mmoli/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 di iponatriemia:
 Iponatremia ipovolemica: causata da assunzione di
diuretici,
perdita
mineralcorticoidi,
renale
diarrea,
di
sali,
vomito,
deficit
ustioni
di
gravi,
pancreatite, traumatismi
 Iponatriemia euvolemica: causata da sindrome da
ipersecrezione inappropriata dell'ormone antidiuretico
(SIADH), ipotiroidismo, insufficienza surrenalica, polidipsia
 Iponatriemia ipervolemica: causata da insufficienza
cardiaca
congestizia,
malattie renali
insufficienza
epatica,
cirrosi,
La pseudoiponatremia risulta da un artefatto nel quale la concentrazione di sodio risulta falsamente ridotta dallo
‘spiazzamento’ della fase acquosa del plasma da parte di lipidi (per es. ipertrigliceridemia severa) o proteine (per
es. mieloma multiplo e macroglobulinemia di Waldenström). Questo problema può essere evitato con l’utilizzo di un
elettrodo selettivo per il sodio, che ne misura la concentrazione direttamente senza essere influenzato da
cambiamenti nella proporzione relativa della fase acquosa e non acquosa del plasma.
Valutata solo
la frazione
acquosa
Sul siero intero: con metodi
spettrofotometrici ho problemi
dalle alte conc. di trigliceridi o
proteine, che occupano un
certo volume
Sulla fase acquosa si procede
con elettrodi iono-selettivi, che
mi danno un risultato univoco
in entrambi i casi (campioni
normali/campioni iperlipemici)
Valutato tutto
il siero
Valutato
tutto il siero
Valutazione clinica e trattamento dell’iponatriemia
 Per valori di sodiemia minori di 135 mmol/L, ma superiori a 125 mmol/L (iponatriemia
lieve) i sintomi sono leggeri, vaghi, o del tutto assenti (essenzialmente di natura
gastrointestinale, specie nausea e vomito).
 A concentrazioni inferiori di sodio, i sintomi si accentuano: allucinazioni, convulsioni,
crampi
muscolari,
debolezza
muscolare,
epilessia,
secchezza
delle
fauci,
rallentamento dei riflessi, ecc ecc.
 Nei casi più gravi, l'iponatriemia può indurre coma, depressione respiratoria e morte.
 Trattamenti:
› Senza edema (valori normali di urea, creatinina, pressione sanguigna):
 Riduzione apporto di fluidi
› Con edema (sovraccarico di acqua e Na+):
 Diuretici
 Riduzione apporto fluidi
IPERNATRIEMIA (> 145 mmol/l)
Sviluppato o per incremento del sodio o per perdita di acqua (molto meno comune)
Trattamento dell’ipernatriemia:
 Ipernatriemia ipovolemica: correzione del deficit
di
volume
mediante
somministrazione
di
soluzioni saline ipotoniche
 Ipernatriemia ipervolemica: occorre rimuovere il
sodio in eccesso tramite diuretici (furosemide)
associati a reintegro con liquidi ipotonici;
POTASSIO
 Principale
mmoli/l)
catione
variabile
intracellulare
(98%,
in
dell’attività
funzione
160
metabolica);
 Concentrazione
extracellulare
:
2%
(4-5
mmol/l)(poco influenzata dall’equilibrio idrico)
Valori riferimento (siero):
3.5-5.2 mmoli/l
 Assunzione variabile: 50 mmoli-150 mmoli/die
(4-6 g al giorno)
 Perdite:
 urine (30-90 mmol/die)
 feci e sudore (5 mmol/die)
 Riserve
modeste
deplezione)
(soggette
a
rapida
Funzioni del Potassio
 Regolazione dell’osmolalità e del volume intracellulare;
 Ruolo nell’equilibrio acido-base (spostamento attraverso le membrane cellulari);
 Cofattore di enzimi in diversi processi metabolici;
 Il rapporto tra potassio intracellulare ed extracellulare 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;
 Il potassio extracellulare, pur essendo una piccola frazione del totale, influenza
notevolmente la funzione neuromuscolare;
RENE fulcro dell’omeostasi del potassio nell’organismo
 Il potassio filtrato è quasi completamente riassorbito (60-70%) nei segmenti prossimali
 Il potassio nelle urine deriva quasi interamente dal potassio escreto a livello del
tubulo contorto distale e del tubulo collettore, sotto regolazione aldosteronica e
scambiato con Na+ riassorbito.
Dosaggio del Potassio:
 Le piastrine possono rilasciare potassio durante la formazione del coagulo, dando per il
siero risultati da 0,2 a 0,5 mmol/l maggiori rispetto al plasma ed al sangue intero, per cui il
plasma è il campione di scelta per il dosaggio del K+
 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 potassiemia di 0,5 mmol/l
 Se utilizzati elettrodi iono-selettivi (ISE) su sangue intero c’è rischio di sovrastima della
potassiemia in quanto non monitorabile macroscopicamente l’emolisi
Intervalli di riferimento
Siero: 3,5 - 5 mmol/l
Plasma: 3,4 – 4,8 mEq/l in 24h
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 [H+] aumenta (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.
 Equilibrio acido-base:
• Acidosi: iperpotassiemia (IPERKALIEMIA)
• Alcalosi: ipopotassiemia (IPOKALIEMIA)
Alterazioni del metabolismo del potassio
IPERPOTASSIEMIA (o IPERKALIEMIA): la concentrazione di K+ >5.2 mmoli/l
Cause:
 Ridotta escrezione urinaria:
 Insufficienza renale, acuta e cronica (quando la velocità di filtrazione glomerulare è
molto bassa);
 Farmaci
possono
come antiinfiammatori non steroidei (FANS), beta-bloccanti o spironolattone
ridurre
l’escrezione
urinaria;
ACE-inibitori
(angiotensin-converting-enzyme
inhibitors), sartani (antagonisti del recettore per l'angiotensina II); anti-aldosteronici
 Funzione renale normale o lievemente compromessa:
 Diuretici
risparmiatori di potassio possono far aumentare il livello plasmatico di K+
(spironolattone, amiloride, triamterene);
 Deficienza mineralcorticoide
antagonisti dell’aldosterone)
(malattia di Addison (ipoaldosteronismo), o con l’uso di
 Ridistribuzione (fuoriuscita del potassio dai tessuti/cellule):
 Acidosi (ridistribuzione di K+ dal fluido intracellulare a quello extracellulare)
 Rilascio di K+ da cellule danneggiate (versamento di K+ intracellulare: tumori, traumi,
sindrome da schiacciamento muscolare, emolisi intra- vascolare, emorragia interna
ecc.)
 Iperosmolarità
 Deficit di insulina (viene a mancare l'azione dell'insulina che favorisce lo
spostamento del potassio verso l'interno delle cellule muscolari);
 Farmaci (alterando la captazione tissutale di potassio)
 Eccesso di somministrazione (terapia con dosaggi eccessivi). La gravità dell'iper-
kaliemia causata da eccessivo apporto di potassio, per via orale o endovenosa, è
influenzata da fattori che modulano la captazione tissutale e l'escrezione renale del
potassio.
PSEUDOIPERPOTASSIEMIA (o iperpotassemia spuria)
Prima di interpretare come patologico un elevato valore della potassiemia occorre
escludere le cause di pseudo-iperpotassiemia 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 a causa dell'elevato
numero di leucociti neoplastici che vanno incontro a lisi intra-vascolare
 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; ciò è dovuto alla perdita di potassio dal muscolo
in esercizio).
CONSIDERAZIONI CLINICHE NELL’IPERKALIEMIA
 Gli effetti tossici più importanti dell'iperkaliemia sono le aritmie cardiache: nelle fasi
finali si può avere fibrillazione atriale e arresto cardiaco. Serio rischio di arresto
cardiaco quando K+
raggiunge
>7mmoli/l
(alterazioni dell’ECG). Importante
controllare la conc. K+ dopo l’arresto cardiaco.
 Talvolta l'iper-kaliemia moderata o grave ha effetti diretti sui muscoli periferici: ci può
essere astenia muscolare ascendente che può arrivare alla quadriplegia flaccida e
alla paralisi respiratoria
Trattamento:




Infusione di insulina e glucosio (spingere K+ nelle cellule)
Somministrazione di gluconato di calcio (controbilanciare K+)
Dialisi (casi molto gravi)
Somministrazione orale di una resina a scambio cationico
IPOPOTASSIEMIA (o IPOKALIEMIA): la concentrazione di K+ < 3.5 mmoli/l
Cause:
 Assunzione inadeguata
 Perdite gastrointestinali (vomito, diarrea, adenomi villosi, fistole)
 Perdite renali (alcalosi metabolica, diuretici, diuresi osmotica, eccessivi effetti
mineralcorticoidi
(iper-aldosteronismo
primario,
secondario
ed
ingestione
di
liquirizia), eccesso di glucocorticoidi (morbo di Cushing, steroidi esogeni, produzione
ectopica di ACTH), malattie tubulari renali, deplezione di magnesio)
 Spostamento all’interno delle cellule (effetto insulinico, paralisi periodica ipokaliemica, alcalosi, aumento attività α-adrenergica)
Sintomi:
 Debolezza muscolare, mancanza di riflessi, alterazioni neuromuscolari fino alla
paralisi ipo-kaliemica
 Compromissione della funzione del tubulo renale
 Aritmie cardiache: cambiamenti nell’ ECG; arresto cardiaco
Trattamento:
Somministrazione di K+ per endovena (casi gravi) e non deve essere somministrato a
una velocità maggiore di 20 mmoli/ora, eccetto in casi gravissimi e sotto monitoraggio
ECG.
K+ plasmatico dovrebbe essere monitorato nei pazienti in terapia insulinica
Omeostasi degli ioni idrogeno nell’organismo – Gas ematici
La concentrazione di ioni H+ nel sangue si mantiene entro ristretti margini:
 35-45 nmoli/l (pH compreso tra 7,35 - 7,43)
 >120 nmoli/l e < 20nmoli/l sono incompatibili con la vita (range di sopravvivenza: pH 6,8 - 8,0)
Il pH del sangue, così come altri parametri dell’equilibrio acido-base, sono influenzati
dall’età, dal sesso, dalla posizione del corpo, dall’alimentazione, dalla digestione, ecc.
L’organismo umano è capace di produrre ogni giorno elevate quantità di composti
acidi:
 ACIDI VOLATILI: acido carbonico (20.000 mmol/die);
 ACIDI FISSI (NON VOLATILI): 80 mmol/die, prodotti dal metabolismo delle proteine
introdotte con la dieta, degli zuccheri e dei grassi, dai composti organici fosforati,
dalle nucleoproteine:
• Acido solforico (metabolismo proteico: metionina, cisteina)
• Acido lattico (acido organico)
• Acido fosforico (metabolismo fosfolipidi)
• Corpi chetonici (Acido acetoacetico,
• Acido cloridrico (conversione cloruro di ammonio in urea)
β-idrossibutirrico)
Sistemi tampone nell’organismo
Sistemi tampone nei liquidi corporei (si combinano istantaneamente con acidi e basi per
impedire variazioni consistenti del pH): risposta immediata
Sistemi tampone nel sangue:
Il plasma (ECF/LEC) contiene 4 sistemi tamponi importanti:
 Acido carbonico-Bicarbonato di sodio (H2CO3 - NaHCO3);
 Fosfato monosodico-Fosfato bisodico (NaH2PO4 - Na2HPO4);
 Proteina-Proteinato di sodio (HProt- NaProt);
 Acidi organici-Sali di sodio degli acidi organici.
Gli eritrociti (ICF/LIC) contengono 4 sistemi tamponi importanti:
 Acido carbonico-Bicarbonato di potassio (H2CO3 - KHCO3);
 Fosfato monopotassico-Fosfato bipotassico (KH2PO4 - K2HPO4);
 Proteina-Proteinato di potassio (HHb- KHb; HHbO2-KHbO2);
 Acidi organici-Sali di potassio degli acidi organici.
Equazione di Henderson-Hasselbach per il bicarbonato
La concentrazione del bicarbonato è sotto controllo renale, mentre la pressione parziale di CO2
nell’ECF è sotto controllo del sistema respiratorio: TALE TAMPONE HA IL VANTAGGIO DI ESSERE SOTTO IL
CONTROLLO DI DUE SISTEMI NELLA REGOLAZIONE DEL pH.
Gli H+ generati dal metabolismo cellulare (ICF) sono quindi:
• Immediatamente tamponati dalle proteine cellulari :
H+ + Prot.- → H-Prot.
(nell’ICF)
• Successivamente, gli H+ passano ai liquidi extracellulari e vengono intercettati dai
bicarbonati:
H+ + HCO3- → H2CO3 ⇄ CO2 + H2O
(in TESSUTI/ECF)
PCO2 45 mmHg
PCO2 40 mmHg nel sangue arterioso
Diffusione
nel
plasma di HCO3- in
scambio con ioni
Cl- nei GR (shift dei
cloruri)
gradiente pressorio
Se la CO2 penetra nel sangue, in presenza di acqua avviene la reazione:
CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3-
(nell’ECF, plasma) (8% CO2)
Nel plasma tale reazione è molto lenta (8% CO2 totale), e solo una piccola parte di CO2 forma
H2CO3 che, decomponendosi, libera H+ tamponati poi da proteine.
Negli eritrociti, invece, tale reazione è molto rapida per la presenza di ANIDRASI CARBONICA :
CO2 + H2O ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3-
(nell’ICF, per diffusione di CO2 negli eritrociti) (65% CO2)
Gli H+ prodotti vengono tamponati dall’emoglobina:
H+ + O2Hb ⇄ H-Hb + O2
(nell’ICF dei GR)
(dal 65% CO2)
L’emoglobina possiede capacità tamponante, che aumenta quando si libera O2, per
la presenza di gruppi acidi e basici:
O2Hb- + CO2 + ⇄ CO2 -Hb (carbaminoemoglobina, nell’ICF) (27% CO2)
L'EMOGLOBINA (HB) È RESPONSABILE DEL TRASPORTO DELLA CO2 DAI TESSUTI PERIFERICI AI
CAPILLARI ALVEOLARI DA DOVE VIENE POI ESPULSA ATTRAVERSO L'ESPIRAZIONE
(65%+27% di CO2 eliminata) (ovviamente, distribuisce O2 ai tessuti!!!!)
Attraverso il meccanismo respiratorio (O2 dai polmoni ai tessuti e CO2 dai tessuti ai
polmoni) sia l’aumento che la diminuzione del pH sono compensati rapidamente
modificando la frequenza respiratoria, e il pH del sangue, in condizioni normali, è
costante.
Il rene nella omeostasi degli H+
Si è visto che gli ioni H+ provenienti dal metabolismo sono tamponati dai bicarbonati:
H+ + HCO3- → H2CO3 ⇄ CO2 + H2O
(nell’ECF)
E’ un sistema tamponante molto efficiente, sia per l’elevata concentrazione di questi
anioni rispetto ad altri (fosfati e proteine), e poi perché la CO2 prodotta è efficacemente
eliminata tramite il sistema respiratorio.....TUTTAVIA.....
Elevate quantità di H+ prodotti dal metabolismo, anche non ‘volatili’.....
...... quindi sistema bicarbonato destinato ad esaurirsi.....
NECESSITA’ DI RIGENERAZIONE DI HCO3-, DI RIASSORBIMENTO DEL BICARBONATO
ESISTENTE E DI ELIMINAZIONE DI H+
COMPITO SVOLTO DAI RENI
pH URINA: 6.0
pH PLASMA: 7.4
Urina consente di eliminare sostanze acide
Tragitto.......
1. H+ + HCO3- → H2CO3 ⇄ CO2 + H2O
(nel PLASMA, ECF)
Passa nelle cellule tubulari renali
2. CO2 + H2O ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3-
4400 mmol/die SECRETI
nel lume
Una parte (80 mmol/die) è
ESCRETA
nel lume tubulare
N.B. Il Na+
è scambiato con H+
(nel TUBULO PROSSIMALE, dove c’è molta AC)
passa nel plasma:
RIGENERAZIONE
HCO3-
Tragitto.......
1. H+ + HCO3- → H2CO3 ⇄ CO2 + H2O
(nel PLASMA, ECF)
Passa nelle cellule tubulari renali
2. CO2 + H2O ⇄ H2CO3 ⇄ H+ + HCO3-
4400 mmol/die SECRETI
nel lume
Una parte (80 mmol/die) è
ESCRETA
nel lume tubulare
(nel TUBULO PROSSIMALE, dove c’è molta AC)
passa nel plasma:
RIGENERAZIONE
HCO3-
Risultato netto:
riassorbimento HCO3- nel
La gran parte (4320 mmol/die)
reagisce con HCO3- filtrato
nel lume tubulare
per RIASSORBIRE HCO3-
plasma, con ripristino della
capacità tamponante
H+ + HCO3- ⇄ H2CO3 ⇄ CO2 + H2O nel lume
dell’ECF
Dal fegato
Interessante è anche il ruolo svolto dal fegato..........
ALTERAZIONI EQUILIBRIO ACIDO-BASE
ACIDOSI
Condizione patologica che produrrebbe un abbassamento del pH (per aggiunta di
acidi o rimozione di alcali) del sangue, qualora non intervengano meccanismi di
compensazione per riportare alla normalità il pH dei fluidi biologici.
Acidosi metabolica
Processo eziologico primario, in cui l’alterazione principale è a carico della
concentrazione di HCO3-.
Cause (acidosi acute e croniche):
 Aumentata produzione di acidi fissi (chetoacidi, acido acetacetico e acido betaidrossibutirrico nell’acidosi diabetica; acido lattico nell’ipossia severa);
 Perdita di alcali e generale diminuzione di bicarbonati ematici;
 Aumentata ingestione di NH4+, ad es. come sale di ammonio, (a livello epatico
l’ammonio è metabolizzato producendo urea, con formazione di una mole di H+
per ogni mole di NH4+);
 Diarrea o perdita di liquidi intestinali attraverso fistole comportano perdite di
bicarbonati o di altre basi coniugate;
 Nelle malattie renali croniche si ha deficienza di secrezione di ammoniaca o scarso
riassorbimento di bicarbonati delle urine
Meccanismi di compensazione: il sistema neurale, che controlla la ventilazione
alveolare, è sensibile all’aumento di H+ e di PCO2 e determina rapidamente (minuti)
l’aumento nella frequenza e nel volume del respiro
Dati di laboratorio:
 Riduzione del bicarbonato plasmatico (al di sotto di 24 mEq/l);
 Riduzione del pH ematico (valori inferiori a 7,4);
 Riduzione (compensatoria) della PCO2 (valori inferiori a 40 mmHg);
 Iperpotassiemia;
 Con
funzione
renale
normale,
in
acidosi
metabolica
si
ha
un
aumento
dell’escrezione di H+, che inizialmente coinvolge il fosfato urinario, e che poi
comporta l’aumentata produzione di ioni ammonio
Acidosi respiratoria
Processo eziologico primario, in cui l’alterazione principale è a carico della ventilazione
alveolare. Tale diminuzione provoca l’aumento della PCO2, e dell’acido carbonico: la
CO2 in eccesso, infatti, diffonde nelle emazie, dove, idratata, diventa ac. carbonico.
 L’ac. respiratoria acuta si manifesta per improvvisa depressione del centro respiratorio
(per overdose di narcotici, anestesia, disordini del SNC, paralisi dei muscoli respiratori,
ostruzione delle vie aeree da corpo estraneo, asma, trauma toracico).
Dati di laboratorio:
•
Riduzione del pH ematico (valori inferiori a 7,4)
•
Aumento della PCO2 (valori superiori a 40 mmHg)
•
Bicarbonato plasmatico normali (al di sopra di 24 mEq/l)
 L’ac. respiratoria cronica si manifesta nelle malattie polmonari croniche (enfisema);
l’aumento di PCO2 a livello renale determina un aumento dei bicarbonati. Il rene
tende a compensare aumentando l’escrezione con fosfati e ione ammonio.
Dati di laboratorio:
•
pH ematico normale all’inizio (di compenso), diminuito successivamente
•
Aumento della PCO2 (valori superiori a 40 mmHg)
•
Bicarbonato plasmatico aumentati
ALCALOSI
Condizione patologica che produrrebbe un aumento del pH (per diminuzione di acidi
o aumento di alcali) del sangue, qualora non intervengano meccanismi di
compensazione per riportare alla normalità il pH dei fluidi biologici.
Alcalosi metabolica
L’alterazione principale è a carico della concentrazione di HCO3-.
Cause:
Diminuita concentrazione di H+ nell’ECF, causata da diminuzione di acidi fissi sia da un
aumento delle basi, per:
•
Diminuita produzione di acidi fissi (meno rilevante);
•
Aumentata perdita di acidi (molto più rilevante, ad es. col vomito);
•
Eccesso di bicarbonati o di altre basi coniugate.
Dati di laboratorio:
• Aumento del bicarbonato plasmatico (al di sopra di 24 mEq/l)
• Aumento della PCO2 (valori superiori a 40 mmHg)
• Ipopotassiemia
Alcalosi respiratoria
Ventilazione alveolare
in eccesso, rispetto al bisogno di eliminazione di CO2
dall’organismo. Sono svariate le cause che determinano iperventilazione:
Durante i primi minuti di iperventilazione si ha rapida perdita di CO2 dal sangue, con
innalzamento del pH; il tamponamento extracellulare viene attuato mediante
passaggio in senso inverso di Na+ e K+. Contemporaneamente, si ha aumento di
produzione di acido lattico e calo dei carbonati.
Persistendo per alcune ore, il rene compensa diminuendo l’escrezione urinaria di H+ ed
aumentando quella dei bicarbonati.
Emogasanalisi
 Perché fare il test?
Per valutare la funzionalità polmonare misurando il pH, l’ossigeno (O2) e l’anidride carbonica
(CO2); per monitorare il trattamento delle patologie polmonari; per determinare la presenza di
uno squilibrio acido-base nel sangue, che può indicare patologie respiratorie, metaboliche o
renali; per valutare l’efficacia dell’ossigenoterapia.
 Campione di scelta: è quasi sempre usato il sangue arterioso ma, in alcuni casi, come nei
bambini, viene raccolto al suo posto, sangue capillare dal tallone. Il sangue può essere raccolto
inoltre dal cordone ombelicale dei neonati. Un campione di sangue arterioso viene di solito
raccolto dalle arterie radiali del polso, localizzate all’interno del polso, sotto al pollice, dove si
può sentire il battito. Il test di circolazione, chiamato test di Allen, deve essere eseguito prima del
prelievo per essere sicuri che ci sia un’adeguata circolazione nel polso del soggetto. Dopo il
prelievo arterioso, deve essere applicata una pressione nella zona del prelievo per almeno 5
minuti. Dal momento che il sangue viene pompato attraverso le arterie, la puntura richiede un
pò di tempo per smettere di sanguinare. Se l’individuo sta prendendo dei fluidificanti del sangue
o l’aspirina, il sanguinamento può durare anche 10-15 minuti.
 pO2 sangue venoso inferiore di 60-70 mmHg rispetto a quello arterioso, mentre la pCO2 è
superiore di 2-8 mmHg
 Eliminare tutta l’aria dalla siringa (contiene un po’ di eparina).
 Minimo contatto con l’aria atmosferica (la PCO2 dell’aria è molto inferiore a quella del sangue, la
pO2 dell’aria è di 150 mmHg e supera di 60 mmHg quella del sangue arterioso e di 120 mmHg
quella del sangue venoso.
 Conservare in ghiaccio durante il trasporto.
 E’ sufficiente misurare H+ e la PCO2 (HCO3- si può ricavare dall’equazione di HendersonHasselbach).
METODI DI MISURA
pH
Valori di riferimento: 7.35-7.43
Tecnica potenziometrica (elettrodo a vetro combinato)
PCO2
Valori di riferimento: 35-45 mmHg
Tecnica potenziometrica: elettrodo a vetro, immerso in una soluzione salina
contenente bicarbonato e separato dal sangue da una membrana in teflon
permeabile alla CO2; all’equilibrio c’è una variazione di pH nella soluzione salina
proporzionale al valore della PCO2.
PO2
Valori di riferimento: 83-108 mmHg
Tecnica amperometrica (elettrodo di Clarke).
HCO3 Valori di riferimento: 22-26 mEq/L
I bicarbonati possono essere misurati o indirettamente o direttamente previa
alcalinizzazione del campione oppure misurando la CO2 rilasciata dopo acidificazione
I disordini acido-base vanno curati trattando la malattia che c’è alla base:
 Terapia idrica e insulina nella chetoacidosi diabetica
 Ventilazione artificiale nello stato asmatico acuto
 Miglioramento della GFR mediante ripristino del volume di sangue in un soggetto
che ha avuto gravi perdite di sangue
 Nei casi gravi può essere presa in considerazione la somministrazione di HCO3-