HC44: Osmoregulatie

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt besproken hoe de osomolaliteit in de nieren geregeld wordt
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Zout in eten

Keukenzout is natriumchloride (NaCl). 100 mmol NaCl bevat:

• 100 mmol natrium = 2,3 gram natrium
• 100 mmol chloor = 3,4 gram chloor

100 mmol NaCl bevat dus 5,84 gram NaCl. De gezonheidsraad adviseert maximaal 6 gram zout per dag te eten. Dit komt dus overeen met 100 mmol NaCl per dag.

Waterverdeling over de compartimenten

Een lichaam bestaat voor gemiddeld 60% uit water:

• 2/3 in de intracellulaire vloeistof (0,4 x lichaamsgewicht)
  • Alle cellen bij elkaar
  • Hier zit naast water ook elektrolyten in
• 1/3 in de extracellulaire vloeistof (0,2 x lichaamsgewicht)
  • 75% in de intersistiële vloeistof (0,2 x 0,75 x lichaamsgewicht)
  • 25% in het plasma (0,2 x 0,25 x lichaamsgewicht)

De nier produceert 150-200 L voorurine per dag. Dit wordt niet allemaal uitgescheiden → 198 L wordt geresorbeerd en 2 L wordt urine.

Transport van water en elektrolyten

Verschillende krachten spelen een rol bij het transport van water en elektrolyten:

• Elektrochemische gradiënt
• Kristalloïd osmotische druk
• Colloïd osmotische/oncotische druk → beïnvloedt het transport van water
• Hydrostatische druk → beïnvloedt het transport van deeltjes

Ook de permeabiliteit van het endotheel en celmembraan spelen een rol:

• Endotheel
  • Elektroyten kunnen vrij bewegen
  • Water kan vrij bewegen door loose junctions
• Celmembraan
  • Elektrolyten kunnen niet vrij bewegen door de lipiden laag → wordt via kanalen getransporteerd
  • Water kan via aquapurine kanalen door de lipiden laag gaan

Osmose:

Osmose is de beweging van water als gevolg van een concentratiegradiënt. Deze vorm van gefaciliteerde diffusie loopt via aquapurinekanalen. Het membraan is semi-permeabel en dus impermeabel voor de stof zelf. Osmose veroorzaakt een verandering in de grootte van het compartiment.

Toevoegen van zout en/of water:

Het toevoegen of weghalen van NaCl heeft voornamelijk invloed op de grootte van het ECF (extracellulaire vloeistof). NaCl 0,9% is een oplossing van 9 gram zout per liter water. Dit komt overeen met de osmolaliteit van het bloed → het is iso-osmotisch. Na het toevoegen van 1,5 L NaCl 0,9% neemt het volume van de ECF met 1,5 liter toe. Het volume van het ICF blijft gelijk omdat de osmolaliteit gelijk is. Als er een verschil zou zijn in osmolaliteit, zou het water verplaatsen naar het intracellulaire compartiment.

Als alleen water (dus zonder NaCl) wordt toegevoegd komt het eerst in de ECF. Hier wordt de osmolaliteit lager: het aantal deeltjes blijft hetzelfde maar er is meer water. Het water gaat door osmotische krachten naar het andere compartiment, totdat de osmolaliteit in beide compartimenten gelijk aan elkaar is.

Als alleen natrium wordt toegevoegd (bijv. bij het eten van een pizza) neemt de osmolaliteit in de ECF toe. Hierdoor gaat het water van de ICF naar de ECF, waardoor de osmolaliteit in het geheel hoger wordt. Na het drinken van water zal de osmolaliteit weer dalen en zal het volume van alle compartimenten weer groeien.

Osmolaliteit

Osmol:

De osmol is een eenheid die weergeeft hoeveel mol van een stof bijdraagt aan de osmotische druk in een oplossing:

• 1 mol = 6,02 x 10²³deeltjes (atomen)
• Molariteit = aantal mol/liter van de oplossing
• Molaliteit = aantal mol/kg van het oplosmiddel
• Osmolariteit = aantal osmolen /liter van de oplossing
• Osmolaliteit = aantal osmolen/kg van het oplosmiddel
• Toniciteit: in hoeverre een stof evenveel deeltjes bevat als de lichaamsvloeistof

Bij natrium is dit:

• 1 mol natrium = 6,02 x 10²³ natriumatomen
• 1 mol natrium opgelost in 1 liter = 1 osmol → 1000 mosmol
• 1 mol NaCl = 6,02 x 10²³ moleculen NaCl
• 1 mol NaCl = 2 osmol (1 mol Na en 1 mol Cl, omdat het is opgelost in water)

De grootte van de deeltjes speelt hier geen rol, het aantal wel.

Plasma osmolaliteit:

Osmolaliteit is de concentratie van osmotische actieve deeltjes per kg water. De osmolaliteit van plasma is 290 mOsm/kg. Een grove schatting van de osmolaliteit is 2x de osmolaliteit van natriumionen. Dit kan gemeten worden met een osmometer, die aan de hand van het vriespunt van een stof bepaalt waar de osmolaliteit ligt (hoe hoger de osmolaliteit, hoe lager het vriespunt).

In de ECF (plasma en intersistiële ruimte) wordt veruit het grootste deel van de osmolaliteit bepaald door natrium en chloor. De hoeveelheid is hier in het plasma en de intersisitiële ruimte bijna gelijk omdat de deeltjes zich vrij kunnen bewegen door het endotheel. Tussen alle compartimenten is de totale osmolische activiteit gelijk omdat water zich vrij kan verplaatsen. Er is wel een verschil in eiwitten: in het plasma is de osmotische druk hoger omdat eiwitten in de bloedbaan blijven. Hierdoor gaat het filtraat na het passeren van de weefsels terug naar de bloedbaan. In de ICF is kalium het meest prevalente deeltje. De drijvende kracht achter filtratie en reabsorptie in de gewone capillairen is de verhouding tussen de hydrostatische druk en de oncotische druk, zoals beschreven in de formule van de starlingkrachten.

De osmolaliteit wordt onder strenge controle gehouden en moet niet verder afwijken dan 1-2% van de 290 mOsm/kg. Er treedt schade op als de osmolaliteit snel of veel verandert. Omdat water vrij tussen alle compartimenten in het lichaam beweegt, is de osmolaliteit overal behalve in de medulla van de nieren gelijk.

Onderstaande tabel geeft veranderingen in de compartimenten weer:

In het plasma moet de natriumconcentratie stabiel blijven voor o.a.:

• Celfysiologie
  • Impulsgeleiding
  • Spiercontractie
• Vormgeving van structuren (cel integriteit)
  • Cellen kunnen tot op een bepaalde hoogte opzwellen of krimpen
  • Bijv. de hersenen

Stoffen van invloed:

Bepaalde stoffen hebben invloed op de osmolaliteit. Deze beïnvloeden soms wel en soms niet het serum natrium. Of een stof dit wel of niet doet, hangt af van het vermogen van de stof om zich goed te verdelen over de compartimenten:

• Stoffen die de osmolaliteit doen verhogen in de ECF zonder het serum Na⁺te veranderen → niet osmotisch actieve deeltjes
  • Ureum
    • Komt binnen in de ECF en gaat zich over beide compartimenten verdelen
  • Ethanol
  • Ethylene glycol
  • Isopropyl alcohol
  • Methanol
• Stoffen die de osmolaliteit in de ECF doen verhogen en het serum Na⁺laten afnemen → effectieve osmolen
  • Glucose
  • Mannitol
  • Glycine
  • Maltose

Effectieve osmolaliteit:

Voor de osmolaliteit van het bloed kan men twee formules opstellen:

• Totale osmolaliteit in het bloed: 2 x [Na⁺] + [glucose] + [ureum]
• Effectieve osmolaliteit = 2 x [Na⁺] + [glucose]

Casus

Een vrouw van 20 jaar is op een houseparty geweest:

• Veel gedanst en gezweet
• Veel gedronken
• Ecstasy gebruikt → leidt tot een lage osmolaliteit

Dit heeft geleid tot bewustzijnsverlies en een epileptisch insult. Ze is met de eerste hulp meegegaan. Hier bleek dat:

• Lichaamsgewicht: 50 kg
• Coma
• RR: 110/70
• Natrium: 112 mmol/L in het plasma → normaal is dit 140 mmol/L
• Osmolaliteit plasma
  • Haar normale osmolaliteit is 290 mOsmol/L x 30 L = 8700 osmol
  • Nu is dit 230 mOsmol/L en 8700 osmol, dus heeft ze 37,8 L

Door de grote hoeveelheid ingenomen water kreeg de patiënte een hyponatriëmie. Hyponatriëmie reflecteert hypo-osmolaliteit en is een teken van een waterintoxicatie. Hierbij probeert het lichaam de osmolaliteit van het bloed te waarborgen door water naar het ICF te pompen, wat leidt tot opzwellen van de hersencellen → hersenoedeem.

Risicofactoren voor een insult bij deze persoon zijn:

• Acute hyponatriëmie
• Jonge leeftijd
• Vrouw met geringe spiermassa

Osmoregulatie

Osmoregulatie wordt geregeld door de waterbalans te beïnvloeden:

• Waterinname → dorst als mediator
• Waterexcretie → ADH/AVP als mediator
  
  • ADH (anti-diuretisch hormoon) = AVP (arginine vasopressine)

Waterretentie:

Waterretentie treedt als volgt op:

1. Als de osmolaliteit in het plasma stijgt, zijn de cellen in de hypofyse gekrompen
   • In hypotone toestand (te veel water) gaan de cellen in de hypofyse opzwellen waardoor de stretchreceptoren gaan uitstaan. Er wordt geen water geproduceerd
2. ADH/AVP wordt geproduceerd in de achterkwab van de hypofyse
3. ADH/AVP bindt aan V2-receptoren in de verzamelbuis
4. Via een cascade van G-eiwitten wordt PKA gestimuleerd
5. PKA zwengelt de productie van AQP aan
6. Waterretentie in de tubuluslumen treedt op

Dit moet bij een overschot aan water worden voorkomen, zodat water wordt geloosd. Het systeem werkt niet goed bij SIADH (syndrome of inappropratie ADH production). Dit kan veroorzaakt worden door ecstasy en kan hyponatriëmie veroorzaken. Er wordt dan te veel ADH aangemaakt waardoor urine niet wordt verdund. 

Het behandelen van een waterintoxicatie begint met het aanleggen van een hypertoon infuus (bijv. 3,0% NaCl). Hier wordt water onttrokken uit de cellen. Dit mag alleen snel gedaan worden bij acute hyponatriëmie. Bij chronische hyponatriëmie hebben de hersencellen hebben zich tegen waterintoxicatie beschermd door bepaalde stofjes (bijv. aminozuren) minder aan te maken waardoor de osmolariteit laag is. Als er dan te snel water wordt onttrokken gaan de hersencellen te veel krimpen.

Sommige AQP-kanalen worden wel en sommige AQP-kanalen worden niet beïnvloed door ADH:

• AQP1 kanalen niet
• AQP2 kanalen wel
• AQP3 kanalen wel
• AQP4 kanalen niet

Daling van de bloeddruk leidt ook tot ADH-afgifte. Het lichaam wil water retineren om zo min mogelijk volume te verliezen. Er is dus ook een volumeprikkel voor ADH-afgifte.

Diabetes Insidipus

Bij diabetes insidipus moet iemand heel veel plassen omdat het maximaal concentreren van de urine niet lukt. Dit komt door een overschot aan osmolen als gevolg van:

• Een verlaagde ADH-productie → centrale diabetes insidipus
• Niet kunnen aangrijpen op V2-receptoren van ADH/AVP → nefrogene diabetes insidipus

Diabetes insidipus kan leiden tot extreme uitdroging.