Warszawski Uniwersytet Medyczny

Katedra i Zakład Patologii

Ogólnej i Doświadczalnej

www.pathology.wum.edu.pl

Kierownik:

Prof. dr hab. n. med. Dariusz Szukiewicz

Patofizjologia

zaburzeń jonowych

Lek. Piotr Wojdasiewicz

Funkcja jonów w organizmie

• Anaboliczne i kataboliczne procesy regulacji

przemiany materii na poziomie komórkowym

• Odgrywają rolę w mechanizmie krzepnięcia krwi

• Odgrywają rolę w procesach odpornościowych

• Odgrywają rolę przy transporcie tlenu

• Są elementami strukturalnymi tkanki kostnej i

tkanek miękkich

Składniki mineralne tworzą

4-5% masy ciała

Makroelementy

• Wapń

• Potas

• Siarka

• Sód

• Chlor

• Magnez

Mikroelementy

• Żelazo

• Selen

• Mangan

• Cynk

• Miedź

• Jod

• Cyna

• Krzem

Hipowolemia

Ze zmniejszoną ilością

płynów • Poza nerkowa

• Nerkowa

Z normalną lub

zwiększoną

ilością płynów • Zmniejszona minutowa

pojemność serca

• Redystrybucja

• Zwiększona reaktancja żylna

Hipowolemia ze zmniejszeniem ilości płynów przestrzeni zewnątrzkomórkowej

Poza nerkowa utrata kationu sodowego i

wody

• Przez układ żołądkowo-jelitowy

• Przez skórę / układ oddechowy

• Krwotok

Hipowolemia ze zmniejszeniem ilości płynów przestrzeni zewnątrzkomórkowej

Nerkowa utrata kationu sodowego i wody

• Leki moczopędne

• Diureza osmotyczna

• Hipoaldosteronizm

• Nefropatie przebiegające z utratą wody

Hipowolemia ze zmniejszeniem ilości płynów przestrzeni zewnątrzkomórkowej

Nerkowa utrata wody

• Moczówka prosta ( ośrodkowa lub nerko-

pochodna )

Hipowolemia ze zwiększoną lub normalną ilością płynów przestrzeni poza komórkowej

Zmniejszona minutowa pojemność serca

• Choroby m. sercowego

• Choroby zastawek

• Choroby osierdzia

Hipowolemia ze zwiększoną lub normalną ilością płynów przestrzeni poza komórkowej

Redystrybucja

• Hipoalbuminemia (marskość wątroby,

zespół nerczycowy)

• Przeciek włośniczkowy (ostre zapalenie

trzustki, niedokrwienie jelit, rabdomioliza)

Hipowolemia ze zwiększoną lub normalną ilością płynów przestrzeni poza komórkowej

Zwiększona żylna reaktancja

pojemnościowa

• posocznica

Objawy kliniczne hipowolemii

• Zmęczenie, osłabienie

• Kurcze mięśni

• Pragnienie

• Zależne od pozycji zawroty głowy

• Oliguria, sinica, bóle klatki piersiowej i jamy brzusznej, splątanie, dezorientacja

• Spadek szyjnego ciśnienia żylnego, podciśnienie ortostatyczne, częstoskurcz ortostatyczny

• Wstrząs hipowolemiczny

Sód ( Na )

• Jest głównym kationem przestrzeni zewnątrzkomórkowej

• Warunkuje pobudliwość tkanki nerwowej, mięśni poprzecznie prążkowanych i błon komórek gruczołowych

• Bierze udział w wydalaniu CO2 z organizmu

• Utrzymują ciśnienie osmotyczne

• Utrzymują krystaliczną strukturę kości

Sód ( Na ) • Jego zawartość w ustroju człowieka wynosi 58 –

60 mmol/kg masy ciała • 91 % znajduje się w przestrzeni zewnątrzkomórkowej - 11% osocze - 30% płyn międzykomórkowy - 50% tkanka łączna i kości • 2/3 ogólnej puli ulega stałej wymianie • 1/3 jest zgromadzona w apatytach kostnych • 140 mmol/l to średnie stężenie Na w płynie zewnątrz

komórkowym • 10-20 mmol/l wahania stężenia Na w płynie

wewnątrzkomórkowym

Sód ( Na )

Wchłanianie

• Dwunastnica

• Jelito cienkie

Wydalanie

• Nerki (95% )

• Układ

pokarmowy (4,5% )

• Pot ( 0,5% )

Wydalanie sodu przez nerki

Regulowane jest przez:

• Wielkość filtracji kłębuszkowej

• Sprawności pompy sodowo-potasowej kom. nabłonkowych cewek nerkowych

• Współczulny układ nerwowy

• Stężenia moczu pierwotnego w okolicy plamki gęstej

• Aldosteron

• Pośrednio przez inne glikokortykosteroidy, peptydy natriuretyczne.

Reabsorbcja sodu

• 55% kanaliki kręte nerki –wchłanianie ma charakter izoosmotyczny i elektroobojętny

• 30% wstępujące ramię pętli Henlego – za pośrednictwem Na -K -2Cl kotransportera (elektroobojętnie)

• 4% dystalne kanaliki kręte nerkowe – za pośrednictwem wrażliwego na tiazydy Na –Cl kotransportera

• Korowe i rdzeniowe przewody zbiorcze

Hiponatremia

• Z pierwotną utratą jonu sodowego

• Pierwotnie z gromadzeniem wody

• Z gromadzeniem jonu sodowego

Hiponatremia

Przebiegająca pierwotnie z utratą kationu sodowego

• Utrata poprzez powłoki ciała

• Utrata poprzez przewód pokarmowy

• Utrata poprzez nerki

Hiponatremia

Przebiegająca pierwotnie z gromadzeniem wody

• Pierwotna polidypsja • Zmniejszona podaż substancji rozpuszczonych w wodzie • Uwalnianie hormonu antydiuretycznego w następstwie bólu,

nudności, niektórych leków • Zespól nieprawidłowego wydzielania hormonu antydiuretycznego • Niedobór glikokortykosteroidów • Niedoczynność tarczycy • Przewlekła niewydolność nerek

Hiponatremia

Przebiegająca pierwotnie z

gromadzeniem kationu sodowego

• Niewydolność serca

• Marskość wątroby

• Zespół nerczycowy

Objawy kliniczne hiponatremii

• Spadek objętości wyrzutowej i ciśnienia tętniczego krwi, tachykardia i obwodowy skurcz naczyń

• Obrzęk kom. mózgowych lub obrzęk mózgu, przesączanie wody do erytrocytów

• Spadek stężenia kationu sodowego poniżej 120 mmol/l powoduje stupor, drgawki i śpiączkę

Hipernatremia

• Przebiegająca ze zwiększeniem ilości jonu

sodowego w przestrzeni zewnątrzkomórkowej

• Przebiegająca bez zmian ilości jonu sodowego

w przestrzeni zewnątrzkomórkowej

• Przebiegająca ze spadkiem ilości jonu

sodowego w przestrzeni zewnątrzkomórkowej

Hipernatremia

z ogólnym wzrostem ilości sodu w ustroju

• Nadmierna sekrecja lub podaż

mineralokortykoidów

(hiperaldosteronizm pierwotny/wtórny )

• Nadmierna podaż NaCl

Hipernatremia bez zmian ilości sodu w ustroju

• Nadmierna utrata wody

(moczówka prosta)

• Niedostateczna podaż wody

(pierwotna hipodypsja)

Hipernatremia wtórnie ze spadkiem ilości sodu w organizmie

• Diureza osmotyczna

- wywołana hiperglikemią lub glikozurią

- wywołana zwiększoną endogenną

produkcją mocznika

(dieta wysokobiałkowa)

Objawy kliniczne hipernatremii

• Zmiany stanu psychicznego

• Osłabienie

• Zwiększona pobudliwość nerwowo-

mięśniowa

• Ogniskowe objawy ubytkowe

• Poliuria lub wzmożone pragnienie

Potas ( K )

• Główny kation wewnątrzkomórkowy

• Stężenie referencyjne w osoczu krwi to 3,5 do 5 mmol/l

• Stężenie kationu potasowego w płynie wewnątrzkomórkowym

wynosi 150 mmol/l

• Odpowiada za wytwarzanie spoczynkowego potencjału błonowego

(elektroobojętność i osmolarność kom.)

• Ma wpływ na poziom pH organizmu (kwasica/zasadowica)

• Aktywuje wiele enzymów

• Uczestniczy w transporcie tlenu i dwutlenku węgla w organizmie

• Pobudza czynność wydzielniczą kom. warstwy kłębuszkowej

nadnerczy

Rozmieszczenie potasu w

tkankach

• erytrocyty 85mmol/kg

• mm. poprzecznie prążkowane 100mmol/kg

• skóra 23,7mmol/kg

• m. sercowy 66,5mmol/kg

• wątroba 75mmol/kg

• nerki 57mmol/kg

• tk. mózgowa 84,6mmol/kg

Potas ( K )

Wchłanianie

• 90% z górnego odc. jelita

cienkiego

• Stymulowane przez

insulinę

• Ściśle zależne od

przemian sodu

• Transport do komórki

odbywa się na zasadzie

aktywnego transportu

Wydalanie

• Przez nerki 85-95%

(aldosteron) 200-

350mmol/dobę

• Układ pokarmowy (10-

15%)

• Pot (5%)

• Wysiłek fizyczny uwalnia

potas z mięśni do krwi

Wydalanie potasu przez nerki

• Przesączanie kłębuszkowe

• Resorbcja zwrotna potasu z

ultraprzesączu na poziomie cewek

proksymalnych

• Aktywna sekrecja potasu w cewce

dystalnej i wymiana na obecne w moczu

pierwotnym jony sodu (aktywacja pompy

sodowo-potasowej)

Reabsorbcja potasu

• 90% przefiltrowanego jonu potasowego resorbowane jest w proksymalnych kanalikach krętych (razem z jonem sodowym i wodą)

• Pętla Henlego (przez kotransporter Na-K-2Cl)

• Utrata jonu potasowego przez nerki zależy od prędkości przepływu moczu

Hipokaliemia Stężenie potasu we krwi < 3,5 mmol/l

Spowodowana

• Zmniejszeniem podaży netto

• Transmineralizacja – redystrybucja do

komórek

• Zwiększona utrata

Zmniejszenie podaży

• Głodzenie

• Geofagia

Transmineralizacja

• Powodowana zaburzeniami kwasowo-zasadowymi

–alkaloza metaboliczna

• Pow. zab. hormonalnymi

–insulina

–agoniści receptora b2 adrenergicznego

–antagoniści receptora a adrenelgicznego

• Stany anaboliczne

–witamina B12 lub kwas foliowy

– czynnik stymulujący tworzenie kolonii granulocytów-makrofagów GM-CSF

–żywienie parenteralne

• Inne

-Hipokaliemia rzekoma (zesp. Gamstorp)

-Hipotermia

-Napadowe porażenie hipokaliemiczne

-Zatrucie związkami baru

Zwiększona utrata potasu

• Poza nerkowa

–biegunka

–pocenie się

• Nerkowa

–zwiększony przepływ przez cewki dystalne (nadmierna wymiana na jony sodu )

-zwiększone wydzielanie potasu

a) nadmiar mineralokortykosteroidów

b) obecność niezreabsorbowanych

anionów w kanaliku dystalnym

c) inne: amfoterycyna B,

zespół Liddle’a, hipomagnezemia

Objawy hipokaliemii

• Znużenie, zmęczenie

• Bóle i słabość mm. kończyn dolnych

• Postępujące osłabienie, hipowentylacja, paraliż

• Ryzyko rozpadu mm. prążkowanych oraz

upośledzenie mm. gładkich

• Zmiany w EKG na skutek przedłużonej

repolaryzacji komór

• Powstawanie metabolicznej zasadowicy

Hiperkaliemia stężenie > 5 mmol/l

Spowodowana

• Niewydolność nerek

• Zmniejszony przepływ przez kanaliki dalsze

• Zmniejszona sekrecja kationu potasowego

- pogorszenie reabsorbcji sodu (pierwotny i

wtórny hipoaldosteronizm, oporność na

aldosteron)

- wzmożony proces reabsorbcji anionu

chlorkowego (zesp. Gordona, cyklosporyna)

Objawy hiperkaliemii

• Osłabienie pobudliwości błonowej mogąca prowadzić do porażenia wiotkiego i hipowentylacji

• Kwasica metaboliczna (zablokowanie reabsorbcji kationu amonowego NH4)

• Zaburzenia rytmu serca, powstawanie fali sinusoidalnej w EKG > asystolia > migotanie komór

Wapń (Ca)

• Ciało dorosłego człowieka zawiera 1100-1400g wapnia

• 99% w tkance kostnej

• 1% tkanki miękkie i krew

• Stężenie w osoczu 2,25- 2,75mmol/l (9-11mg%)

• 35-50% związane z białkami

• 45-53% wolny wapń zjonizowany (cytoplazma komórek 100nmol/l, osocze i pł. tkankowy 1,3mmol/l)

• 5-12% związki kompleksowe z anionami (wodorowęglanowym, fosforanowym, cytrynianowym)

Wapń ( Ca )

• Wpływa do komórki przez błonowe kanały wapniowe

• Usuwany jest przez pompę jonową ( ATPaza zależna od Ca i H)

• W cytoplazmie komórki wapń znajduje się w mitochondriach oraz siateczce śródplazmatycznej

• Białka wiążące to kalmodulina i troponina C

• Gospodarka wapniowa regulowana jest przez kalcytriol (gg.przytarczyczne >parathormon>nerki) i kalcytonina (g.tarczowy)

Regulacja ilości wapnia

Kalcytriol

• Powstaje w nerkach

• Syntetyzuje w kom. jelita

białek wiążących wapń

• Zwiększa wchłanianie

zwrotne Ca i fosforanów w

kanalikach bliższych nerek

• Uwalnia Ca i PO4 z kości

Kalcytonina

• Powstaje w kom. około pęcherzykowych gruczołu tarczowego (stężenie Ca i gastryna)

• Zmniejsza poziom Ca i fosforanów w osoczu

• Zwiększa wydalanie z moczem Ca i fosforanów

• Hamuje osteoklasty i pob. osteoblasty

Wapń (Ca)

• Stabilizuje potencjał błonowy komórek

• Wpływa na odnowę tkanki kostnej

• Bierze udział w przekaźnictwie nerwowo-

mięśniowym

• Aktywacja enzymów komórkowych

• Krzepnięcie krwi, uszczelnianie ścian

naczyń krwionośnych

Hiperkalcemia

• Jony wapnia konkurują z jonami sodu w

procesie przepuszczania przez błonę

komórkową

• Nadmiar Ca powoduje zmniejszenie

przepuszczalności błony kom. dla sodu

podwyższając próg pobudliwości dla komórek

mięśniowych

• Nadmierne wydzielanie parathormonu (PTH) lub

peptydu pokrewnego parathormonowi (PTHrP)

Hipokalcemia

• Zmniejszenie progu pobudliwości dla komórek

• Zaburzenia czynności komórkowych układów

enzymatycznych

• Stężenie Ca <1,5 mmol/l wyzwala objawy

tężyczki hipokalcemicznej

• Tężyczkę może powodować zasadowica

oddechowa (zmniejszenie ilości jonów wodoru

>> zwiększenie wiązania Ca przez białka

osocza)

Magnez ( Mg )

• Obok potasu jest głównym kationem przestrzeni wewnątrzkomórkowej

• Jest aktywatorem enzymów • Uczestniczy w agregacji rybosomów przy biosyntezie białek • Jest integralnym składnikiem receptorów b-adrenergicznych (ATP

>> cAMP) • Gromadzenie noradrenaliny w synapsach • 65% mineralna struktura kości • 34% znajduje się w przestrzeni wewnątrzkomórkowej • 1% w przestrzeni poza komórkowej • Wymianie ulega 16% ustrojowego magnezu • Stężenie w osoczu 0,75-1 mmol/l (55-60% w formie zjonizowanej,

30% związany z białkiem,10-15% połączone z fosforanami i cytrynianami)

• Poziom w osoczu nie odzwierciedla poziomu Mg w ustroju

Stężenie magnezu w

poszczególnych tkankach nie jest

jednakowe

• Erytrocyty 2,5 mmol/l

• Mięsień sercowy 17mmol/kg

• Mm. szkieletowe 8mmol/kg

• Substancja szara mózgu 16mmol/kg

• Biała substancja mózgu 22mmol/kg

• Rdzeń kręgowy 32mmol/kg

Magnez (Mg)

Wchłanianie

• Przez aktywny transport w jelicie cienkim

• 18-40% ulega wchłanianiu

• Współzawodniczy kompetencyjnie z wapniem i fosforem

Wydalanie

• Nerki

–94-96% Mg ulega

biernej resorbcji

–3-5% jest wydalane

• Aldosteron nasila

wydalanie z moczem

Niedobór magnezu

Przyczyny • Zespoły upośledzonego wchłaniania • Stany chorobowe z towarzyszącymi wymiotami i

biegunkami • Stosowanie leków moczopędnych • Pacjenci z nadczynnością kory nadnerczy

(aldosteronizm pierwotny) • Spożycie alkoholu (wielomocz + kwasica mleczanowa

i ketonowa) • Stan zapalny trzustki (upośledzone trawienie

tłuszczów) • Pierwotna nadczynność gruczołów przytarczycznych

Niedobór magnezu

Objawy

• Przy zmniejszeniu stężenia do 0,7mmol/l

• Nadwrażliwość nerwowo-mięśniowa

• Depresja, halucynacje, majaczenia

• Tężyczka (z prawidłowym poziomem Ca)

• Drgawki epileptyczne

• Zmniejszona zdolność do zatrzymywania potasu w komórkach

• Obniżenie stężenia Ca w osoczu (Mg utrudnia działanie parathormonu w nerkach)

Nadmiar magnezu

Przyczyny

• Choroby nerek

• Podawanie soli magnezu (nadkwaśność żołądka)

Nadmiar magnezu

• Hamuje uwalnianie acetylocholiny i

hamuje przewodzenie we włóknach

cholinergicznych

• Utrudnia działanie wapnia

• Zmniejsza pobudliwość błon komórkowych

• Hamuje kurczliwość mm. gładkich i

szkieletowych

Nadmiar magnezu

Objawy

• Przy stężeniu powyżej 4mmol/l

- Senność

- Rozszerzenie naczyń

- Osłabienie przewodnictwa przedsionkowo-komorowego i obniżenie c. krwi

• Powyżej 6mmol/l

– osłabienie czynności CUN

– osłabienie mm.

• Powyżej 8,2mmol/l

– głęboka narkoza

– porażenie mm.

Chlor ( Cl )

• Stężenie chloru w tkankach jest różne (odwrotnie proporcjonalne do ilości białek) - ok. 33mmol/kg

• Chłonka 126mmol/l

• Płyn międzykomórkowy 113mmlo/l

• Osocze 101mmol/l

• Erytrocyty 28-64mmol/l

• Płyn wewnątrzkomórkowy 12mmol/l

• Znaczna ilość znajduje się w komórkach okładzinowych żołądka i w kom. gruczołów potowych

• Jony chloru związane są najczęściej z białkami włókien kolagenowych tk. łącznej

Chlor ( Cl )

Wchłanianie

• Jelito kręte wraz z

sodem

• Jelito czcze

Wydalanie

• 98% nerki razem z

Na, K i gr. amonową

• Układ trawienny

• Skóra

Reabsorbcja nerkowa łącznie z sodem >>w ramieniu wstępującym

pętli Henlego wchłanianie aktywne<<aldosteron

Chlor ( Cl )

• Wpływa na izotonię płynów poza

komórkowych

• Transport CO2 i pH

• Jest składnikiem kwasu solnego

• Aktywuje pepsynę

• Ułatwia przyswajanie żelaza

Zmiany ilości chloru

• Powodują zachwianie działania

mechanizmu stabilizującego równowagę

elektrochemiczną

• Na skutek zwiększenia ilości jonów

wodorowęglanowych zmniejsza się ilość

anionów chloru