‹#› 1 * ‹#› 2 V O D A I O N T Y © Biochemický ústav LF MU (V.P.) 2010 ‹#› 3 ECT ICT celková tělesná voda CTV 60 % hmotnost Celková tělesná voda : (méně obvykle: u žen počítáno s 55 % hmotností) ‹#› 4 ECT ICT extracelulární tekutina intracelulární tekutina celková tělesná voda 1/3 2/3 ECT a ICT : ‹#› 5 IST ICT extracelulární tekutina intracelulární tekutina IVT 1/4 z ECT Intravazální tekutina (IVT) : = plazma krevní, = ¼ objemu ECT. Zbylé ¾ objemu ECT tvoří intersticiální tekutina (IST) 3/4 z ECT ‹#› 6 Rekapitulace objemů tekutin vzhledem k hmotnosti : hmotnost (100 %) 70 kg CTV (60 %) 42 l ECT (20 %) 14 l ICT (40 %) 28 l plazma krevní = IVT (5 %) 3,5 l „transcelulární“ tekutina (viz dále) nepočítá se do CTV intersticiální tekutina = IST (15 %) 10,5 l ‹#› 7 „Transcelulární“ tekutina - poznámka : Trávicí šťávy: sliny 0,75 l . d-1 žaludeční šťáva 2,5 l . d-1 žluč 0,7 l . d-1 pankreatická šťáva 0,7 l . d-1 střevní šťáva 3 l . d-1 (7,85 l . d-1) Transcelulární prostor (také „terciární“ prostor) zahrnuje tekutinu ve střevech, v močových a žlučových cestách a v tělních dutinách. U dospělého za normálních podmínek ® cca 2 l tekutiny ® cca 2 - 3% tělesné hmotnosti. Transcelulární tekutina nabývá významu za některých patologických stavů (výpotek atd.), kdy event. může být po určitou dobu nerozpoznána. Údaje o transcelulární tekutině (aktuální údaj pro daný okamžik) je nutno odlišit od (dynamických) údajů, týkajících se „obratu“ za 24 h – viz příklad: ‹#› 8 CTV – změny s věkem : % tělesné hmotnosti novorozenec ~ 79 (!) 1 rok ~ 65 10 – 50 let ~ 60 nad 50 let pokles o 4 - 6 Pro značně vysoký obsah vody jsou malé děti extrémně citlivé na ztráty/nedostatek tekutin, které mohou poměrně snadno ohrozit jejich život ! ‹#› 9 Na+ = 140 mmol . l-1 K+ = 4,4 mmol . l-1 Cl- = 100 mmol . l-1 Na+ = 10 mmol . l-1 K+ = 155 mmol . l-1 Cl- = 8 mmol . l-1 ICT ECT Ionty v ECT a ICT : Ca2+ = 0,001 mmol . l-1 (cytosol) Mg2+ = 15 mmol . l-1 HCO3- = 10 mmol . l-1 HPO42- + H2PO4- = 65 mmol . l-1 (větší část v org. formě) SO42- = 10 mmol . l-1 org. kyseliny = 2 mmol . l-1 proteiny = 6 mmol . l-1 pH = 7,20 Cacelkový = 2,5 mmol . l-1 Mg2+ = 1 mmol . l-1 HCO3- = 24 mmol . l-1 HPO42- + H2PO4- = = 1 mmol . l-1 SO42- = 0,5 mmol . l-1 org. kyseliny = 4 mmol . l-1 proteiny = 2 mmol . l-1 pH = 7,40 ‹#› 10 Na+Nejedlý ‹#› 11 K+Nejedly ‹#› 12 Cl-Nejedlý ‹#› 13 0,7 – 1 „1“ Mg2+ mmol . l-1 2 – 3 2,5 Catotal mmol . l-1 21 – 27 24 95 -107 101 (100) 4,0 – 5,5 4,4 130 – 143 137 (140) rozpětí průměr HCO3- mmol . l-1 Cl- mmol . l-1 K+ mmol . l-1 Na+ mmol . l-1 Krevní plasma Koncentrace elektrolytů v plasmě : ‹#› 14 pH K+ pH = 6,8 ~ 7,0 mmol K+ / l pH = 7,4 ~ 4,4 mmol K+ / l pH = 7,7 ~ 3,5 mmol K+ / l Koncentraci K+ lze hodnotit jen se znalostí pH : Uvedeny jsou krajní dosažitelné hodnoty pH a jeho normální hodnota. Zásoba K+ v těle při změně pH zůstává zpočátku shodná, mění se však distribuce K+ v kompartmentech. Hyperkalemie při acidóze později vede k renálním ztrátám K+. Je to deplece K+ při současné hyperkalemii (!!!) ‹#› 15 K2HPO4 K+ H+ KH2PO4 H+ K+ Směna K+ / H+ mezi buňkou a ECT (1) : • formálně antiport v buněčné membráně • zachování elektroneutrality • homeostasa pH v ECT (viz dále) ‹#› 16 Směna K+ / H+ mezi buňkou a ECT (2) : [HPO42-] [H2PO4-] 4 1 = (pro pH = 7,40) K2HPO4 K+ H+ KH2PO4 � znázorněná směna je podporována alkalémií OH- neutralizace H2O ‚ důsledek bude hypokalemie � porucha je „hypokalemická alkalóza“ „ opačně: za acidémie/acidózy bude hyperkalemie (viz následující přednášky) ‹#› 17 pH = 7,4 ~ 1,25 mmol Ca2+ / l pH Ca2+ [Ca2+] ≈ 1/2 [Catotal] Ionizovaný vápník a pH (1) : ‹#› 18 Ionizovaný vápník a pH (2) : kyselé prostředí („nadbytek“ H+ iontů) : H+ se váží na všechny funkční skupiny, kde je to dle rovnovážných konstant možné → nedostává se vazebných míst pro Ca2+ → [Ca2+] je vysoká . zásadité prostředí („nedostatek“ H+ iontů) : H+ disociují z funkčních skupin, kde byly navázány → na takto uvolněná vazebná místa se váží Ca2+ → [Ca2+] je nízká . Při stanovení ionizovaného vápníku se proto často provádějí korekce na pH a na koncentraci albuminu v plasmě . ‹#› 19 Zákon elektroneutrality : ® shoda v součtu kladných a záporných nábojů (krevní plazma, zjednodušeně). Pokud jsou přítomny ionty s více náboji, není součet molárních koncentrací totožný se součtem nábojů ! kation molarita (mmol . l-1) anion molarita (mmol . l-1) kation (+) náboj anion (-) náboj Na+ K+ Ca2+ Mg2+ - - 140 4 2,5 1 140 4 5 2 Cl- HCO3- prot - HPO42- SO42- org. kyseliny 100 24 2 1 0,5 4 100 24 ~ 20 2 1 4 celkový kladný náboj: 151 celkový záporný náboj: 151 ‹#› 20 Anionty v plazmě krevní: chloridy 100 mmol . l-1 hydrogenuhličitany 24 mmol . l-1 (proteináty ~ 16 mmol . l-1) (reziduální anionty ~ 10 mmol . l-1) S = cca 150 mmol . l-1 znázorněny jsou látkové koncentrace záporného náboje ! ‹#› 21 CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- Hydrogenuhličitan („bikarbonát“): svojí koncentrací rychle „přizpůsobitelný“ anion NaHCO3 + H2O H2CO3 + Na+ + OH- v důsledku hydrolýzy zásaditě reagující látka (Kyselina uhličitá v elipse symbolizuje slabý, tedy prakticky nedisociovaný elektrolyt. Hydroxid sodný je silný, tj. téměř zcela disociovaný elektrolyt - ve vodném roztoku vzniká přebytek OH- iontů, podmíňující zásaditou reakci.) ‹#› 22 Hypochlor(id)emická alkalóza: normální stav hypochlor(id)émie úbytek chloridů (žlutě) kompenzován zvýšením zásaditých hydrogenuhličitanů (modře), ostatní anionty nezměněny ( např. pooperační odsávání žaludeční šťávy = ztráta HCl ) ‹#› 23 Hyperchlor(id)emická acidóza: normální stav hyperchlor(id)émie nadbytek chloridů (žlutě) kompenzován snížením zásaditých hydrogenuhličitanů (modře), ostatní anionty nezměněny ( např. delší podávání fyziologického roztoku ) ‹#› 24 Normochlor(id)emická acidóza: nadbytek reziduálních aniontů (zeleně) kompenzován snížením zásaditých hydrogenuhličitanů (modře), ostatní anionty nezměněny ( z reziduálních aniontů např. zvýšení laktátu nebo ketolátek = acetoacetát, hydroxybutyrát ) normální stav zvýšení reziduálních aniontů ‹#› 25 iontogrmy1 Blood plasma ‹#› 26 iontogramy2 (význam: pro ev. odhad ztrát sondou neb drénem) (significance: for the possible estimate of losses by sound or drain) Složení trávicích šťáv: The composition of digestive juices : stomach pancreas bile intestine ‹#› 27 „Silné ionty“ (1): Jsou to ionty (většinou silných) kyselin a zásad, které nemají za fyziologického pH krve (~ 7,4) pufrační schopnost. „Silné“ kationty: Na+, K+, Ca2+, Mg2+ „Silné“ anionty: Cl-, SO42-... Mezi „silné anionty“ patří rovněž tak zv. neměřené/nestanovované anionty – UA- *). Ty zahrnují anionty kyselin (zvýšené) za metabolické acidózy (MAc) : • anionty organických kyselin: laktát -, acetoacetát -, 3-hydroxybutyrát -, při intoxikacích ev. formiát -, salicylát -, ... • anionty silných anorganických kyselin: sulfát- (u chronické ledvinové insuficience...) *) UA- = unidentified anions ['anai,dentifaid ,aen'aiəns] ‹#› 28 „Silné ionty“ (2): pKA hodnoty organických kyselin (ze skupiny UA-) jsou zpravidla o 3 řády (~ 1.000násobek !) nižší než je pH krve. Kyseliny jsou tedy v krvi disociovány > 99,9 % a jejich anionty tak splňují vlastnosti „silných iontů“. Tím, že jsou organické kyseliny „drženy“ (v prostředí krve) ve stavu úplné disociace, „ztratily“ své vlastnosti slabých kyselin (jak je známe z vodného prostředí) a tedy i pufrační schopnost. (Pufrační schopnost je vodném prostředí dána pH = pKA ± 1 . V krvi jsme při pH ~ 7,4 v oblasti, která pro organickou kyselinu přesahuje pKA + 3 !! - viz tabulku dále). Původní rovnováha disociace slabé organické kyseliny (známá z jejího vodného roztoku) v prostředí krve zanikla - pufrační systémy krve udržují pH, které má za následek prakticky úplnou disociaci organické kyseliny. ‹#› 29 „Silné ionty“ (3): kyselina pKA pH = 7,40 disociace salicylová +) 3,00 pKA + 4,40 > 99,9 % acetoctová 3,52 pKA + 3,92 > 99,9 % mravenčí +) 3,75 pKA + 3,65 > 99,9 % mléčná 3,86 pKA + 3,54 > 99,9 % β-hydroxymáselná 4,70 pKA + 2,7 Při pH = pKA , je kyselina disociována z 50 % , je-li pH > (pKA + 3) , je kyselina disociována z > 99,9 % +) kyseliny přítomné při při intoxikaci ‹#› 30 „Silné ionty“ (4): (- ještě jinak, „nechemicky“:) ● „dobře vychovaná“ organická kys. „ví“, že nemá své okolí zbytečně obtěžovat uvolňováním H+ iontů. Byla ovšem „vychována“ v neutrálním vodném prostředí (kde má opravdu jen malou disociaci, odpovídající její disociační konstantě Ka pro slabou kyselinu) ! ● pokud se kyselina ocitne v pufračním systému krve, zapomene svého „dobrého vychování“ a „utrhne se ze řetězu“: vzhledem k rozdílu svého pKa a pH krve úplně uvolní své H+ ionty tj. chová se jako silná kyselina (úplná disociace) ! Proto (chemicky vzato „hodné“, tj.) slabé nebo středně silné kyseliny mohou být při svém nahromadění děsivým acidifikujícím problémem pro organismus … (hypoxická laktátová acidóza, diabetická ketoacidóza, intoxikace….) ‹#› 31 Titrační křivka a schopnost pufrace „pKA ± 1“ ‹#› 32 Nezávisle proměnné veličiny určující stav ABR (1): 1/ pCO2 2/ diference silných iontů ( SID ) Je to rozdíl mezi sumou všech silných kationtů (plně disociovaných , chemicky nereagujících) ( Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+ ) a všemi silnými anionty ( Cl- + další silné anionty ) 3/ celková koncentrace netěkavých slabých kyselin ( Atot ) tj. suma látkových koncentrací negativních nábojů albuminu (Alb-) a anorganického fosforu ( Pi- ) nezávisle proměnné veličiny se mohou měnit primárně a navzájem nezávisle ‹#› 33 Nezávisle proměnné veličiny (2) : mění se nezávisle na sobě systém ABR 1/ ovlivňují systém zvenčí X 2/ X 3/ jsou nezávislé na změnách uvnitř systému 4/ ovlivňují (určují) veličiny závisle proměnné. (Pouze změny v nezávisle proměnných veličinách mohou změnit veličiny závislé!) závisle proměnné veličiny: [H+], pH [HCO3-], BE nezávisle proměnné veličiny: pCO2 , SID , [Alb-], [Pi-] 144424443 „netěkavé slabé kyseliny“ ( Toto je zcela abstraktní model sestavený pro systém acidobazické rovnováhy ! Zobrazuje výhradně vztahy jednotlivých veličin) ‹#› 34 Nezávisle proměnné veličiny určující stav ABR (3): SID = ( [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] ) – ( [Cl-] + [UA-] ) Atot = [Alb-] + [Pi-] 1/ pCO2 2/ diference silných iontů ( SID ) 3/ celková koncentrace netěkavých slabých kyselin ( Atot ) ‹#› 35 [UA-] = ( [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] ) – ( [Cl-] + [Alb-] + [Pi-] + [HCO3-] ) Neměřené / nestanovované anionty UA- : 6447448 ~ 12 ~ 2 „ 3 “ Do některých vzorců jsou (pro zjednodušení) za součet [Ca2+] + [Mg2+] dosazovány 3 a oba kationty tak nemusí být měřeny. U [Alb-] a [Pi-] pro informaci uvádíme průměrné normální hodnoty látkové koncentrace jejich záporného náboje . Všechny rozměry: mmol . l-1 ‹#› 36 Žádná z dalších acidobazických proměnných (tj. pH, [HCO3-], BE ) se nemůže změnit primárně. Jsou to závislé hodnoty („závisle proměnné“) , které se mění pouze v závislosti na změně nezávisle proměnných veličin. Mohou se měnit všechny současně, ale pouze pokud se změní jedna/více nezávisle proměnných. Závisle proměnné veličiny určující stav ABR : zdokonalený postup hodnocení parametrů ABR vypracovali : Peter A. Stewart (Kanada) Vladimír Fencl (ČR) ‹#› 37 Poznámka: 1/ u následujících „modrých grafů“ není zachována proporcionalita jednotlivých složek ve sloupci. Je použito pouze schematické znázornění. 2/ je rozdíl mezi způsobem výpočtu určitého ukazatele a mezi jeho obsahem (a tedy i významem): Např. rozdíl silných iontů (SID): • vypočítá se: SID = [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] - [Cl-] - [UA-] • jeho obsah tvoří: SID = [HCO3-] + [Alb-] + [Pi-] ‹#› 38 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ HCO3- Alb- UA- Pi- Diference silných iontů - SID SID = [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] – ([Cl-] + [UA-]) SID = [HCO3-] + 0,28 . [Alb-] g.l-1 + 1,8 .[Pi-] mmol.l-1 Cl- SID = strong ion difference : SID = [HCO3-] + [Alb-] + [Pi-] ‹#› 39 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ HCO3- Alb- UA- Pi- Diference silných iontů - SID SID = [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] – ([Cl-] + [UA-]) Cl- SID = strong ion difference : SID SID je nezávisle proměnná veličina. Proto se ji snažíme vypočítat co nej- přesněji. Pokud ji počítáme z rozdílu ve sloupcích iontů, pak zbylé aniontové veličiny ( [Cl-] a [UA-] ) korigujeme (na normální [Na+] ) ! korekce korekce ‹#› 40 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ HCO3- Alb- UA- Pi- Anion gap, „aniontové okénko“ - AG (výpočet) AG = [Na+] + [K+] – ( [Cl-] + [HCO3-] ) AG lze vypočítat i z upravené koncentrace Alb Cl- Anion gap AG : AG = [Alb-] + [Pi-] + [UA-] (obsah) Aniontové okénko je obvykle počítáno jako rozdíl mezi součtem dvou nejvíce zastoupených kationtů (Na+ + K+) a dvou nejvíce zastoupených aniontů (Cl- + HCO3-) v plazmě krevní (viz dole) AG = cca 18 mmol . l-1 AG > cca 25 mmol . l-1 ® MAc ‹#› 41 Na+ K+ Ca2+ Mg2+ HCO3- Alb- UA- Pi- Neměřené anionty UA- (výpočet) [UA-] = [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] – ( [Cl-] + SID ) Cl- Neměřené / nestanovované anionty UA- : SID (obsah) [UA-] ‹#› 42 Pufrové báze séra BBS : BBs < 38 ® metabolická acidóza hyperchlor(id)emická BBs > 46 ® metabolická alkalóza hypochlor(id)emická BBs = [Na+] + [K+] – [Cl-] = 42 ± 4 mmol . l-1 z těchto iontů se nejčastěji mění [Cl-], proto ‹#› 43 140 [Na+] Koncentrace plasmatických iontů, korigované na normální natrémii : 1/ pro hodnocení ABR (Stewart, Fencl) se koriguje • změřená koncentrace chloridů - [Cl-] • vypočítaná koncentrace nestanovovaných/neměřených aniontů - [UA-] 2/ korekce se provádí přenásobením hodnotou 140 / [Na+] 3/ ideální natrémie (střed normálního rozpětí) stanovená koncentrace Na+ v plasmě 4/ rozměr všech hodnot: mmol . l-1 ‹#› 44 Výpočet určuje, jak by se při aktuální hypo-, resp. hypernatrémii, změnila hodnota plazmatických (sérových) chloridů, kdyby došlo k normalizaci natrémie. Výpočtem se tedy zjišťuje, zda při aktuální dysbalanci natrémie je hodnota chloridů změněna více nebo méně, než odpovídá změně natrémie. Korigovaná koncentrace Cl- aniontu [Cl-]korig : [Cl-]korig = [Cl-] · 140 [Na+] ‹#› 45 Korigovaná koncentrace neměřených/nestanovovaných aniontů [UA-] korig : [UA-]korig. = ( [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] - [Cl-] - SID ) · 140 [Na+] ‹#› 46 AG = [UA-] + [Alb-] + [Pi-] SID = [HCO3-] + [Alb-] + [Pi-] Obsah (výpovědní hodnota) počítaných ukazatelů : netěkavé slabé kyseliny n e z á v i s l e p r o m ě n n é v e l i č i n y pCO2 [Alb-] ~ 12 [Pi-] ~ 2 [HCO3-] ~ 24 (mmol / l) ‹#› 47