Metabolismo idrico salino: bilancio, elettroliti e pressione osmotica

Università San Raffaele Roma

Docente Federica Limana

Lezione Metabolismo idrico salinoU Università San Raffaele Roma Federica Limana METABOLISMO IDRICO-SALINO

Sistema respiratorio e ghiandole esocrine

Ghiandole esocrine

Bilancio idrico e elettroliti

= Sodio Cuore Sistema digerente Liquido Sistema escretorio Potassio Sistema circolatorio Cloruro transcellulare Metabolismo idrico salino 2 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana METABOLISMO IDRICO-SALINO

Composizione organismo umano

Acqua 60 - 70 % Lipidi 10 - 15 % Proteine 15 - 20 % Minerali 4 - 6 % Glicogeno 1 % Metabolismo idrico salino 3 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana L'acqua del nostro organismo, in realtà, contiene soluti rappresentati essenzialmente da:

• elementi primari (che vanno a costituire le principali macromolecole presenti nelle cellule, ovvero proteine, carboidrati, lipidi, fosfolipidi e acidi nucleici) 97-98 %
• elettroliti (sodio, potassio, cloro, bicarbonato, calcio, magnesio, fosforo) 2-3 %
• oligoelementi (presenti in piccole quantità ma necessari per il funzionamento dell'intero organismo)

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Componenti inorganici

Elementi primari e elettroliti

Elementi primari (97-98%) CHONSP Cationi K+ Na+ Ca2+ Mg2+ elettroliti Anioni Cl- HCO3- PO43- SO43- Oligoelementi Mn Fe Co Cu Mo I Br V Al Se Tabella 2.1 Contenuto di alcuni elementi chimici nel corpo di un individuo maschio adulto di corporatura media (peso corporeo 70 kg) Elemento Contenuto (g) Acqua 42.000 Idrogeno (non di H20) 2000 Ossigeno (non di H20) 2900 Carbonio 16.000 Azoto 1800 Calcio 1200 Fosforo 500 Sodio 100 Potassio 140 Cloro 95 Magnesio 18 Ferro 4 Fluoro 2,6 Zinco 2,3 Rame 0,07 Iodio 0,01 EdiSES EdiSES PRINCIPI DI FISIOLOGIA Luciano Zocchi Metabolismo idrico salino 5 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Pressione osmotica

Concentrazione dell'acqua e dei soluti

Pressione applicata al pistone per impedire l'ascesa del livello Dipende dalla concentrazione dell'acqua, quindi dalla concentrazione dei soluti. Acqua più soluto Acqua pura Membrana selettivamente permeabile Molecola di soluto Molecola di acqua Per la pressione osmotica è importante non tanto la concentrazione assoluta della soluzione ma il numero di particelle presenti nel soluto. Due soluzioni diverse ma con ugual numero di particelle di soluto sono ISOSMOTICHE. Se messe a contatto con una membrana semipermeabile (passa solo acqua) saranno anche ISOTONICHE La forza che deve essere applicata al pistone per impedire l'ascesa del livello del fluido è uguale alla pressione osmotica della soluzione. Metabolismo idrico salino 6 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Osmosi

Condizioni ipotoniche, ipertoniche e isotoniche

Soluzione di saccarosio 2 M a. Condizioni ipotoniche b. Condizioni ipertoniche c. Condizioni isotoniche L'acqua diffonde verso l'interno; le cellule si rigonfiano. L'acqua diffonde verso l'esterno; le cellule si raggrinziscono. Acqua distillata Soluzione di saccarosio 10 M Soluzione di saccarosio 2 M Condizioni ipotoniche Condizioni ipertoniche Condizioni isotoniche Nessun movimento netto di acqua; le cellule non modificano né la forma né il volume. Metabolismo idrico salino 7 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Osmolalità

Definizione e esempi

Come si definisce l'osmolalità? È la concentrazione di soluto osmoticamente utile (non diffusibile e che quindi determina una pressione osmotica), rappresenta cioè il numero di osmoli di soluto (non diffusibile) per chilogrammo di solvente. Una soluzione è 1 OSMOLALE quando esercita una pressione osmotica uguale a quella di una soluzione in cui a 1 Kg di H2O viene aggiunta 1 mole di soluto che non si dissoci. Se a 1 Kg di acqua aggiungiamo 1 mole di: Glucosio 1 osmolale NaCl 2 osmolale CaCl2 3 osmolale Metabolismo idrico salino 8 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Equilibrio osmotico e composizione dei fluidi

Se l'osmolalità plasmatica aumenta, l'equilibrio viene ristabilito con: 1. l'ingresso del soluto nelle cellule, se il soluto può attraversare la membrana 2. lo spostamento dell'acqua tra i compartimenti se il soluto non può passare liberamente attraverso la membrana Anche se la pressione osmotica dei fluidi intra- ed extra-cellulari è uguale, la loro composizione è diversa in quanto: 1. K+ è maggiormente presente nei fluidi intracellulari 2. Na+ e Ca++ sono maggiormente presenti nei fluidi extracellulari Metabolismo idrico salino 9 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Distribuzione dei liquidi nell'organismo

Compartimenti idrici

Sistema respiratorio Ghiandole esocrine Ghiandole esocrine 67% Compartimento liquido intracellulare (LIC) 33% Compartimento liquido extracellulare (LEC): Sistema circolatorio Cuore Sistema digerente liquido interstiziale 8% liquido plasmatico interni Sistema escretorio in continuità con l'ambiente esterno - Fluidi secretori: bile, succo gastroenterico, muco, lacrime, fluido cerebrospinale Figura 2.1 Rappresentazione schematica dei compartimenti idrici dell'organismo. L'endotelio dei capillari sanguigni separa le due frazioni del liquido extracellulare: plasma e liquido interstiziale. Le membrane cellulari separano quest'ultimo dal liquido intracellula- re. La linfa (in arancione) si considera parte del liquido interstiziale. Il liquido transcellulare, la cui composizione non è sottoposta a rego- lazione omeostatica, è contenuto nelle cavità sierose e nei lumi degli organi dei sistemi digerente, urinario e riproduttivo e delle ghiando- le esocrine. Luciano Zocchi PRINCIPI DI FISIOLOGIA U 1% Compartimenti liquidi transcellulari: Liquido transcellulare EdiSES EdiSES Metabolismo idrico salino 10 di 25 24%U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Contenuto di acqua, sostanze solide e grassi

Tabella 2.2 Contenuto di acqua, sostanze solide e grassi nell'organismo umano e nei suoi compartimenti idrici nel neonato e nell'adulto Neonato Maschio adulto Femmina adulta Peso corporeo (kg) 3,5 70 55 Acqua corporea totale (L) 2,5 (75%) 42 (65%) 33 (60%) Acqua del LIC (% Pc) 30 40 40 Acqua del LEC (% Pc) 47 25 20 Sostanze solide (% Pc) 23 35 40 Grassi (% Pc) 14 16 26 Il volume di acqua corporea totale è espresso in litri e, tra parentesi, in percentuale del peso corporeo (Pc), mentre i volumi dei compartimenti intracellulare (LIC) ed extracellulare (LEC) e il contenuto di sostanze solide e grassi sono espressi soltanto in % del peso corporeo. EdiSES Luciano Zocchi PRINCIPI DI FISIOLOGIA EdiSES Metabolismo idrico salino 11 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Composizione dei liquidi nell'organismo

Liquido extracellulare e intracellulare

Liquido extracellulare 33% Liquido intracellulare 67% Na+ Na+ Organuli citoplasmatici K K+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ K+ Plasma 3,5 L (8%) Liquido interstiziale 10,5 L (>24%) Ca2+ Liquido intracellulare 28 L (67%) cr CI Fosfati- cr Proteine Liquido transcellulare 1 L (1%) Proteine 300 mOsM 300 mOsM 300 mOsM Endotelio capillare Membrana cellulare Figura 2.2 Volume (in litri, L, e in % dell'acqua corporea totale), principali soluti e osmolarità totale dei compartimenti idrici del- l'organismo. Sono indicati anche i flussi passivi di soluti tra liquido interstiziale e plasma attraverso la parete capillare (frecce spesse blu sulla sinistra e i flussi "attivi" di soluti tra LEC e LIC attraverso la membrana cellulare, presenti soltanto se la membrana dispone di protei- ne di trasporto (frecce sottili e forme solide sulla destra). I rettangoli arancioni indicano impossibilità di transito attraverso la barriera per il soluto indicato. Pressione osmotica uguale in tutti i liquidi anche se la composizione varia Metabolismo idrico salino 12 di 25 Luciano Zocchi PRINCIPI DI FISIOLOGIA EdiSES EdiSES Na+U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Concentrazioni dei principali soluti

Tabella 2.3 Concentrazioni dei principali soluti nei compartimenti idrici dell'organismo, espresse in mosm/L Soluto LIC LEC Liquido interstiziale Plasma Na+ 14 139 140 K+ 150 4 4 Ca2+ ionizzato < 1×10-4 1,2 1,2 Ca2+ totale > 2,5 2,5 CI- 5 115 105 HCO3- 12 26 24 Fosfati inorganici 60 1 1 Proteine 6 < 0,5 1-2 Osmolarità totale 290-300 290-300 292-302 Sebbene le composizioni in elettroliti dei liquidi intra-cellulare ed extra-cellulare siano marcatamente differenti, essi si trovano sempre in equilibrio osmotico, perché l'acqua si muove rapidamente attraverso le membrane cellulari fino ad annullare ogni gradiente osmotico Luciano Zocchi PRINCIPI DI FISIOLOGIA EdiSES EdiSES Metabolismo idrico salino 13 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Soluti permeabili e impermeabili

La pressione osmotica deve essere uguale all'interno e all'esterno delle cellule altrimenti si ha entrata o uscita di acqua dalle cellule Per quanto riguarda i soluti, occorre fare una distinzione tra: soluti che entrano/escono con facilità dalle cellule e non comportano necessariamente anche un movimento di acqua soluti che non entrano/escono facilmente e che comportano uno spostamento di acqua L'osmolalità effettiva è esercitata da soluti non permeabili e quindi non diffusibili attraverso la membrana Un soluto può essere esercita un effetto osmotico solamente se è impermeabile attraverso la membrana (es. glucosio, mannitolo, sodio .... ) Metabolismo idrico salino 14 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Bilancio idrico quotidiano

Equilibrio idrico, entrate e perdite di H2O

EQUILIBRIO IDRICO mantenuto da: Senso della sete Attività renale per riportare a livelli normali l'osmolalità del plasma, il rene è capace di modificare l'osmolalità delle urine trattenendo o eliminando quantità variabili di soluti ENTRATE di H2O dovute a: Ossidazione cellulare (circa 10 ml ogni 100 Kcal di substrato metabolizzato) Assunzione di cibo e acqua (1500-3500 ml) PERDITE DI H2O dovute a: Urine > la cui osmolalità è controllata dal rene (1500 ml) Sudore > con una perdita di Na+ (50 mmoli/l) e K+ (5 mmoli/l) (100ml) Respiro > perdita di H2O pura (350 ml) Feci > notevole perdita in seguito a diarrea e vomito (250 ml) Metabolismo idrico salino 15 di 25U Università San Raffaele Roma Federica Limana

Elettroliti importanti

Sodio, cloro e potassio

Gli elettroliti ritenuti "più importanti" sono: sodio cloro Potassio Necessari: per un corretto bilancio idrico, per l'equilibrio acido-base e per il mantenimento della pressione osmotica dei liquidi corporei Metabolismo idrico salino 16 di 25