FUNCTIA RINICHIULUI IN MENTINEREA HOMEOSTAZIEI MEDIULUI INTERN

Rinichii indeplinesc rolul de mentinere a homeostaziei mediului intern prin formarea si eliminarea de urina in cantitati si cu compozitie adecvata fata de necesitatile organismului.

Nefronul, unitatea morfo functionala a rinichiului, asigura formarea urinii prin 3 procese fundamentale: filtrarea glomerulara (FG), reabsorbtia (R) si secretia tubulara (S).

Nefronul este alcatuit din corpuscul renal si tubulul renal.

(a) Corpusculul renal cuprinde:

glomerulul renal - ghem de capilare dispus intre arteriola aferenta (aa) si cea eferenta (ae), care asigura filtrarea glomerulara si formarea urinii primare

capsula Bowman - inveleste ghemul vascular si are o foita interna - viscerala, care adera la capilarele glomerulare, si o foita externa - parietala, care se continua cu tubul contort proximal, in care se acumuleaza urina primara

(b)Tubulul renal este adaptat pentru procesele de reabsorbtie si secretie tubulara, prin care se asigura transformarea filtratului glomerular renal (urina primara) in urina finala. Tubulul renal prezinta mai multe segmente:

Tubul contort proximal (TCP) - localizat in cortexul renal, primeste tot filtratul glomerular (urina primara) si asigura o rata inalta de reabsorbtie si secretie tubulara

Ansa Henle (AH) - prezinta un segment descendent subtire (SSD) care coboara in medulara si se continua cu un segment ascendent, initial subtire (SSA), si apoi gros (SGA), care revine in corticala. In raport cu marimea AH se descriu 2 tipuri de nefroni:

nefroni cu AH scurta (80%) = NEFRONI CORTICALI cu rol principal in economisirea apei si substantelor necesare organismului, respectiv epurarea catabolitilor azotati si altor substante care nu sunt necesare organismului

nefroni cu AH lunga (20%) = NEFRONI JUXTAMEDULARI cu rol de disociere a reabsorbtiei apei de reabsorbtia electrolitilor, foarte importanta pentru mecanismele de concentrare si dilutie a urinei

Tubul contort distal (TCD) - continua AH si este localizat in cortexul renal. Prima 1/3 formeaza, impreuna cu SGA, segmentul de dilutie al urinii, iar restul de 2/3 formeaza, impreuna cu TC, segmentul de finalizare a urinei

Tubul colector (TC) - localizat in medulara renala, are rol in definitivarea urinei, fiind sediul actiunii hormonilor care intervin in reglarea homeostaziei mediului intern (hormonul antidiuretic ADH, aldosteronul - ALD, parathormonul - PTH)

Procesul formarii urinii incepe prin ultrafiltrarea plasmei la nivel glomerular, proces selectiv numai in ceea ce priveste macromoleculele, si in special proteinele. In rest, in ultrafiltratul glomerular se gasesc toti constituientii plasmatici in concentratii similare cu cele din plasma. Ulterior, pe masura ce urina strabate segmente tubulare ale nefronului, au loc multiple procese de reabsorbtie si secretie. Unii dintre constituientii filtrati sunt reabsorbiti in totalitate si nu mai apar in urina definitiva (ex: glucoza, aminoacizii), altii sunt reabsorbiti partial (ex: ureea), iar altii sunt reabsorbiti in ceea mai mare parte in segmentul tubular proximal si apoi sunt secretati in segmentul tubular distal in cantitati adecvate pentru mentinerea compozitiei lichidelor organismului (ex: K⁺).

In concluzie, filtrarea glomerulara, reabsorbtia si secretia tubulara sunt perfect corelate cu starea echilibrului hidro electrolitic, osmotic si acido bazic care, impreuna, definesc homeostazia mediului intern.

1. EHILIBRUL HIDRO-ELECTROLITIC SI OSMOTIC

Echilibrul hidro-electrolitic si osmotic este definit prin urmatoarele aspecte:

mentinerea constanta a volumelor timentelor lichidiene ale organismului

mentinerea constanta a concentratiei ionilor si a egalitatii dintre suma anionilor si suma cationilor din plasma

mentinerea constanta a osmolaritatii lichidelor organismului

1.1. ECHILIBRUL HIDRIC

Echilibrul hidric - reprezinta mentinerea in limite normale a cantitatii de apa din organism si a volumelor sectoarelor si timentelor lichidiene ale organismului.

Apa totala - reprezinta continutul in apa al organismului uman, cu limite largi de variatie in functie de: greutatea corporala (60%), sex, starea de nutritie a organismului si varsta.

Repartitia apei in organism se face in 2 sectoare hidrice.

Sectorul hidric intracelular (40% din greutatea corporala), alcatuit din:

apa structurala - de constitutie, nemobilizabila, fixata de componentele citoplasmei

apa libera - cu rol de mediu de dispersie in citoplasma, mobilizabila, participa la procesele metabolice si la schimburile transcelulare

Sectorul hidric extracelular (20% din greutatea corporala), constituit din:

timentul hidric interstitial reprezentat de ultrafiltratul plasmatic interstitial, delimitat de sectorul hidric intracelular prin membrana celulara, iar de timentul hidric intravascular prin membrana capilara. Reprezinta din apa extracelulara. Este rapid mobilizabil si participa la schimburile dintre sange si celule. Asigura schimburile dintre acestea si mediul extern, prin intermediul suprafetelor externe de schimb (pielea) si a suprafetelor interne de aport exogen (digestive, pulmonare) si de epurare (hepatica, renala, pulmonara).

timentul hidric intravascular - este reprezentat de plasma sanguina si este separat de lichidul interstitial prin membrana capilara. Este sistemul de legatura intre mediul intern si mediul extern al organismului, care permite aportul de substante nutritive si eliminarea catabolitilor. Reprezinta din apa extracelulara.

Volemia - reprezinta volumul sanguin total (VST), respectiv suma dintre volumul plasmatic (VP) si volumul globular (VG).

Valoarea normala (normovolemia) 3 l/m²s.c. sau 70 ml/kg corp, ceea ce reprezinta 7 - 8% din greutatea corporala.

Hipovolemia reprezinta scaderea volumului sanguin total sub valorile normale. Aceasta poate aparea prin:

scaderea VP in deshidratari (ex: varsaturi incoercibile, diaree severa, arsuri)

scaderea simultana a VP si VG (ex: hemoragii)

Hipervolemia - reprezinta cresterea volumului sanguin total peste valorile normale. Aceasta poate aparea prin:

cresterea VP (ex: hiperhidratari, hiperaldosteronism)

cresterea simultana a VP si VG (ex: hipertiroidism, leucemii)

1.2. ECHILIBRUL ELECTROLITIC (izoionia)

Izoionia reprezinta mentinerea in limite normale a concentratiei principalilor electroliti plasmatici. Echilibrul electrolitic poate fi apreciat cu ajutorul ionogramei plasmatice.

Ionograma plasmatica reprezinta exprimarea cantitativa (mEq/l) a concentratiei in plasma sanguina a principalilor electroliti (Tab.nr.1).

Tabel nr.1. Valori normale si modificari ale ionogramei plasmatice

Legenda: ALD = aldosteron, PTH = parathormon

1.3. ECHILIBRUL OSMOTIC (izotonia)

Izotonia reprezinta mentinerea constanta a numarului de particule dizolvate in unitatea de volum din toate timentele lichidiene ale organismului.

Conditia de echilibru osmotic poate fi exprimata prin:

presiunea osmotica presiunea mecanica necesara stoparii osmozei

concentratia osmotica numarul de particule osmotic active dizolvate in unitatea de volum

Presiunea osmotica variaza invers proportional cu volumul solutiei, conform relatiei:

P_osm (atm) = = C_osm RT

unde: P_osm = presiunea osmotica, n = numarul de particule solvite, R = constanta generala a gazelor (0,082), T = temperatura absoluta (273 + tC), V = volumul solutiei, C = concentratia osmotica a solutiei.

Concentratia osmotica - se obtine din suma concentratiilor particulelor osmotice din solutia respectiva. Particulele osmotice din lichidele organismului sunt reprezentate de electroliti in proportie de 93% si de componentele organice nedisociate (glucoza, uree, proteine), in proportie de 7%. Concentratia osmotica data de electroliti si a substantele organice nedisociate se determina cu ajutorul formulelor:

Osm _electroliti = Osm _{subst. org.} = =

Practic, concentratia osmotica a plasmei se poate aprecia cunoscand concentratia pentru Na⁺, uree si glucoza.

mOsm/l = (Na⁺ mEq/l 2) + +

In mod normal, concentratia glucozei in sange = 70 110 mg%, iar cea a ureei sanguine = 15 45 mg%. Considerand glucoza = 90 mg%, iar ureea = 30 mg%, rezulta ca fiecare dintre ele contribuie la concentratia osmotica totala cu cate 5 mOsm/l. De exemplu, daca valoarea concentratiei Na⁺ plasmatic = 140 mEq/l, glicemia = 90 mg%, iar ureea sanguina = 30 mg%, concentratia osmotica a plasmei = 290 mOsm/l.

Valoarea normala a concentratiei osmotice este 285 - 295 mOsm/l si corespunde unei presiuni osmotice de 7,6 atm (la 37sC) sau 5776 mm Hg, unei rezistivitati plasmatice de 0,70 - 0,74 Ωm si unui punct crioscopic de -0,56 0,01sC.

Cresterea osmolaritatii plasmei se numeste stare hiperosmolara si apare in dezechilibrele hidro-electrolitice hipertone (hipernatremie), in hiperglicemie (diabet zaharat) si in uremie (cresterea ureei plasmatice in insuficienta renala)

Scaderea osmolaritatii plasmei se numeste stare hipoosmolara si apare in dezechilibrele hidro-electrolitice hipotone (hiponatremie)

TULBURARI ALE ECHILIBRULUI HIDRO-ELECTROLITIC

In functie de cantitatea de apa din organism si de concentratia ionilor de sodiu, exista doua tipuri de tulburari ale echilibrului hidro-electrolitic: deshidratarea si hiperhidratarea, evidentiate prin modificari biochimice schematizate in Tab.nr.2 si Tab.nr.3.

Valori normale: Ht_venos = 45 7% la sexul M, 42 5% la sexul F, proteinemia = 6 8 g/dl

Tabel nr.2. Tipuri de deshidratare extracelulara.

Tabel nr.3. Tipuri de hiperhidratare extracelulara

2. ECHILIBRULUL ACIDO-BAZIC

Echilibrul acido-bazic reprezinta mentinerea in limite normale a pH-ului, ca rezultat al unor procese complexe legate de homeostazia gazelor sanguine si de compozitia electrolitica a organismului.

Definirea exacta a echilibrului acido-bazic necesita cunoasterea a cel putin patru parametri:

(a) pH-ul sanguin = logaritmul cu semn schimbat din concentratia H⁺.

pH = -log [H⁺]

Descrierea clasica a echilibrului acido-bazic se bazeaza pe ecuatia Henderson-Hasselbach:

pH = pK_a + log [baza] / [acid]

pH = pK_a + log [HCO₃^-] / [H₂CO₃]

pK_a se numeste constanta de ionizare sau constanta de disociere a acidului din sistemul tampon. Pentru sistemul tampon [HCO₃^-] / [H₂CO₃] valoarea constantei de disociere este 6,1.

Valoarea normala a pH-ului sanguin = 7,35 si 7,45.

scaderea pH-ului sangelui arterial sub 7,35 defineste acidoza decompensata

cresterea pH-ului sanguin peste 7,45 defineste alcaloza decompensata

(b) Concentratia acidului carbonic [H₂CO₃], calculata utilizand valoarea presiunii partiale a dioxidului de carbon in sangele arterial ( PCO₂) cu formula:

[H₂CO₃] = PCO₂0,03

unde: 0,03 este coeficientul de solubilitate al CO₂ in apa

Valoarea normala a PCO₂ = 38 - 42 mm Hg, deci [H₂CO₃] in sangele arterial este 1,14 1,26 mmol/l. Este componenta respiratorie a sistemului tampon, concentratia sa modificandu-se prin interventia plamanului.

scaderea PCO₂ < 38 mm Hg defineste alcaloza respiratorie

cresterea PCO₂ > 42 mm Hg defineste acidoza respiratorie

(c) Concentratia anionului bicarbonat in sangele arterial [HCO₃^-]

Valoarea normala a [HCO₃^-] in sangele arterial este 23 - 27 mEq/l (mmol/l). Este componenta metabolica a sistemului tampon, concentratia sa modificandu-se prin interventia rinichiului.

cresterea [HCO₃^-] > 27 mEq/l defineste alcaloza metabolica

scaderea [HCO₃^-] < 23 mEq/l defineste acidoza metabolica

(d) Raportul dintre [HCO₃^-] si [H₂CO₃]

Valoarea normala a raportului [HCO₃^-]/[H₂CO₃] = 20 (18 22) si determina valoareapH-ului plasmatic conform ecuatiei Henderson-Hasselbach.

valori mai mici sau mai mari fata de valoarea normala a acestui raport indica starea de decompensare a tulburarii de echilibru acido-bazic

valoare normala a acestui raport, rezultata din impartirea unor valori modificate patologic in acelasi sens ale [HCO₃^-] si [H₂CO₃], indica starea de compensare a tulburarii de echilibru acido-bazic

Parametrii sistemului tampon [HCO₃^-] / [H₂CO₃] sunt:

pH = pK_a + log [HCO₃^-] / [H₂CO₃] = 7,40 (7,35-7,45)

PCO₂ = 40 mm Hg (38 - 42 mm Hg)

[HCO₃^-] = 24 mEq/l (23 - 27 mEq/l)

[H₂CO₃] = PCO20,03 = 1,2 mmol/l (1,14 - 1,26 mmol/l)

[CO₂] total = [HCO₃^-] + [H₂CO₃] = 25,2 mmol/l (24,14-28,26 mmol/l)

[HCO₃^-] / [H₂CO₃] = 20 (18-22)

TULBURARI ALE ECHILIBRULUI ACIDO-BAZIC

Se cunosc patru modificari primare ale echilibrului acido-bazic: acidoza/alcaloza respiratorie si acidoza/alcaloza metabolica. In majoritatea cazurilor modificarea primara este urmata de modificari secundare compensatorii, pentru readucerea pH-ul plasmatic la valori normale.

(a) Acidoza respiratorie cresterea PCO₂ > 42 mm Hg

apare in afectiunile respiratorii care se insotesc de hipoventilatie (BPOC, fumatori)

este urmata de scaderea pH-ului sanguin sub valoarea normala

compensarea se face renal prin cresterea productiei si reabsorbtiei HCO₃^-, respectiv a eliminarii de H⁺

(b) Alcaloza respiratorie scaderea PCO₂ < 38 mm Hg

apare datorita eliminarii in exces de CO₂, prin hiperventilatie (sindrom febril, in special la copii)

este urmata de cresterea pH-ului sanguin peste valoarea normala

compensarea se face renal prin scaderea secretiei de H⁺ si cresterea eliminarii de HCO₃^-

(c) Acidoza metabolica - scaderea [HCO₃^-] < 23 mEq/l

HCO₃^- este utilizat pentru tamponarea acizilor (acid lactic in efortul fizic, sau corpi cetonici in diabetul zaharat decompensat);

este urmata de scaderea pH-ului sanguin sub valoarea normala

compensarea se poate face:

respirator prin stimularea centrului respirator bulbar pentru a elimina CO₂ in exces

renal (in afara afectiunilor renale) prin reabsorbtia crescuta de HCO₃^- si cresterea excretiei de H⁺ si NH₄⁺

(d) Alcaloza metabolica - cresterea [HCO₃^-] > 27 mEq/l

poate avea trei cauze: reabsorbtia crescuta de HCO₃^- (in hiperaldosteronism), pierdere de [H⁺] sub forma de HCl (in varsaturi incoercibile) sau aport excesiv de substante alcaline (ingestie de antiacide)

este urmata de cresterea pH-ului sangelui arterial peste valoarea normala

compensarea se poate face:

respirator prin reducerea ventilatiei cu retentie de CO₂

renal prin scaderea reabsorbtiei de HCO₃^-

Analiza tulburarii de echilibru acido-bazic parcurge trei etape:

examinarea pH-ului stabileste daca tulburarea de echilibru este de tip acidoza sau alcaloza

stabilirea cauzei primare a tulburarii de echilibru acido-bazic (respiratorie sau metabolica)

identificarea mecanismului de compensare (Tab.nr.5).

Tabel nr.5. Tulburarile de echilibru acido-bazic

Atunci cand tulburarea de echilibru acido-bazic este compensata (raportul [HCO₃^-] / [H₂CO₃] = 20), identificarea dezechilibrului primar trebuie sa tina seama de contextul clinic si paraclinic al pacientului.

EXEMPLE

1. pH=7,40, PCO₂ =33 mm Hg, [HCO₃^-] = 20 mEq/l, pacientul a prezentat un sindrom febril prelungit. Analiza:

circumstante clinice: febrahiperventilatietulburare de echilibru primara respiratorie

↓PCO₂ tulburare de echilibru de tip alcaloza respiratorie (prin hiperventilatie)

↓[HCO₃^-] compensare metabolica (prin scaderea reabsorbtiei renale)

raport [HCO₃^-]/[H₂CO₃] = 20/(33x0,03) = 20 (normal) pH=7,4 (normal) dezechilibru acido-bazic compensat

Interpretare: alcaloza respiratorie primara compensata metabolic datorita starii febrile

2. pH = 7,30, PCO₂ = 30 mm Hg [HCO₃^-] =16 mEq/l; glicemia = 300 mg%; corpii cetonici plasmatici =12 mg% (normal 1- 6 mg%). Analiza:

circumstante paraclinice: glicemia=300 mg% (normal 70-l10 mg%) si corpi cetonici = 12 mg% (normal 1-6 mg%) tulburare de echilibru primara metabolica

↓[HCO₃^-] tulburare de echilibru de tip acidoza metabolica

PCO₂ = 30 mm Hg ↓ pentru compensare (prin hiperventilatie)

[HCO₃^-]/[H₂CO₃] = 16/(40 x 0,03) = 13 (↓)pH = 7,30 (↓) dezechilibru acido-bazic decompensat

Interpretare: acidoza metabolica decompensata datorita cresterii productiei de cetoacizi in diabetul zaharat decompensat metabolic

EXERCITII

1. Sa se calculeze si sa se interpreteze concentratia osmotica totala a plasmei, cunoscand:Na⁺ = 140 mEq/l, glucoza = 2,52 g/l, ureea = 0,6 g/l.

2. Sa se aprecieze tipul de dezechilibru hidro-electrolitic pentru un subiect de sex F, care prezinta diaree, cunoscand: Na⁺ = 140 mEq/l, Ht_venos = 30%, proteinemia = 5 g/dl.

3. Sa se interpreteze starea echilibrului acido-bazic, stiind ca: pH = 7,4; PCO₂ = 20 mm Hg; HCO₃^- = 12 mEq/l. Recoltarea sangelui pentru analize s-a facut dupa ce subiectul a efectuat p proba de efort pana la epuizare.

4. Sa se interpreteze starea echilibrului acido-bazic, stiind ca: pH = 7,4, PCO₂ = 60 mm Hg HCO₃^- = 36 mEq/l. Parametrii ionogramei plasmatice sunt: Na⁺ = 155 mEq/l, K⁺ = 3 mEq/l, Ca²⁺= 2,5 mEq/l, Mg²⁺ = 2 mEq/l, Cl^- = 100 mEq/l, HPO₄^2- = 2 mEq/l, SO₄^2- = 1 mEq/l, R-COO^- = 6 mEq/l, Pr^- = 16 mEq/l.

5. Sa se interpreteze starea echilibrului acido-bazic, stiind ca: pH = 7,4, PCO₂ = 60 mm Hg, HCO₃^- = 36 mEq/l, iar pacientul fumeaza de 30 de ani, 20 de tigari pe zi.