Compatimentele lichidiene ale organismului; lichidul extracelular, intracelular, interstitial. Edemul

Lichidul din organism (60% din greutatea corporala, adica aprox. 42 l la un individ de 70 kg, variaza in functie de varsta, sex si gradul de obezitate) este distribuit in principal in doua comapartimente, denumite lichidul extracelular si lichidul intracelular. Lichidul extracelular este reprezentat de lichidul interstitial si de plasma sanguina.

Exista, de asemenea, un alt compartiment lichidian mic, denumit lichidul transcelular. Acest compartiment include lichidul sinovial, lichidul peritoneal, lichidul pericardic, lichidul intraocular, lichidul cefalorahidian. Lichidul transcelular (1-2 l) este considerat a fi un tip specializat de lichid extracelular, desi in unele cazuri compozitia sa poate fi semnificativ diferita de cea a plasmei sau a lichidului interstitial.

Compartimentul lichidului intracelular

Lichidul intracelular (din celula, vast compartiment lichidian) reprezinta 40% din grutatea corpului.

In fiecare celula exista o asociere particulara heterogena de constituienti, dar concentratia acestor substante este similara in toate celulele.

Compartimentul lichidului extracelular

Lichidul extracelular (in afara celulei, 20% din greutatea corporala, aprox. 14 l).

Cele mai mari compartimente ale lichidului extracelular sunt lichidul interstitial (peste din lichidul extracelular si plasma (aproape din lichidul extracelular, aproape 3 l).

Plasma este componenta fara cellule a sangelui; intre plasma si lichidul interstitial exista un schimb permanent de substante, desfasurat prin porii membranei capilare. Acesti pori sunt foarte permeabili pentru toti solvatii din lichidul extracelular cu exceptia proteinelor.

Plasma si lichidele interstitiale prezinta aproape aceeasi compozitie, cu exceptia proteinelor care au o concentratie mai mare in plasma.

Volumul sanguin

Sangele contine atat lichid extracelular (lichidul plasmatic) cat si lichid intracelular (lichidul din eritrocit). Sangele este considerat a fi un compartiment lichidian separate, deoarece este bine delimitat (continut in sistemul circulator).

Volumul sanguin (la adult este aprox. 7% din greutatea corpaorala, cca. 3-5 l) este important in special pentru controlul dinamicii cardiovasculare.

Aprox 60% din sange este reprezentat de plasma si 40% de celulele sanguine (variatii inter-individuale si intraindividuale in functie de sex, greutate, etc.).

Hematocritul

Hematocritul este componenta sangelui reprezentata de eritrocite (la sexul masculine, este de aprox. 0 , iar la cele de sex feminin este de aprox. 0,36).

In caz de anemie severa hematocritul poate scadea pana la 0 (valoarea limita pentru mentinerea functiilor vitale).

Exista afectiuni associate cu hiperproductie de eritrocite (policitemie, hematocritul poate creste pana la valoarea de 0 ).

Compozitia lichidului extracelular si intracelular

Compozitia ionica a plasmei este similara cu cea a lichidului interstitial.

Plasma si lichidul intracelular sunt separate prin membrane capilare foarte permeabile (compozitia ionica a acestora este similara). Diferenta intre aceste compartimente este concentratia mai mare de proteine in plasma (capilarele prezinta permeabilitate redusa pentru proteinele plasmatice), trec in spatiile interstitiale numai cantitati scazute de proteine.

Datorita efectului Donnan, concentratia ionilor cu sarcina electrica pozitiva (cationilor) este usor mai mare (cu aprox. 2%) in plasma decat in lichidul interstitial.

Sarcina electrica neta a proteinelor plasmatice este negativa, in consecinta acestea au tendinta de a lega cationi (ionii de sodiu si de potasiu), care sunt retinuti in plasma in cantitati suplimentare.

Invers, sarcinile electrice negative ale proteinelor plasmatice resping ionii incarcati negativ (anionii), concentratia anionilor este usor mai mare in lichidul interstitial in comparatie cu plasma.

Lichidul extracelular (plasma si lichidul interstitial) contine cantitati mari de ioni de sodiu si de clor, cantitati moderate de ioni de bicarbonat si cantitati reduse de ioni de potasiu, calciu, magneziu, fosfat si de ioni ai acizilor organici.

Compozitia lichidului extracelular este reglata in special de rinichi. Celulele se gasesc in permanenta intr-un mediu lichid care contine concentratii optime de electroliti si elemente nutritive necesare pentru functia adecvata a celulei

Constituientii lichidului intracelular

Lichidul intracelular este separat de lichidul extracelular prin membranele celulare (inalt permeabile pentru apa, dar nu si pentru majoritatea electrolitilor organismului).

Lichidul intracelular contine cantitati mici de ioni de sodiu si de clor si nu contine aproape deloc ioni de calciu. In schimb, contine cantitati mari de ioni de potasiu si de ioni de fosfat, la care se adauga cantitati moderate de ioni de magneziu si de ioni sulfat (in cantitati scazute lichidul extracelular). Celulele contin o cantitate mare de proteine (aproape de 4x mai mare decat cea din plasma).

Masurarea volumului diferitelor compartimente lichidiene ale organismului - principiul dilutiei substantei indicatoare

Volumul unui compartiment lichidian al organismului poate fi masurat prin introducerea unei substante indicatoare in compartimentul respective, urmata de dispersia omogena a acestei substante in intregul volum lichidian, dupa care se analizeaza gradul de dilutie.

Metoda dilutiei substantei indicatoare are la baza principiul conservarii masei (masa totala a substantei, masurata dupa dispersia acesteia in compartimentul lichidian, este egala cu masa substantei introdusa in compartiment). Aceasta metoda poate fi folosita pentru a masura volumul oricarui compartiment lichidian al organismului.

Determinarea volumelor compartimentelor lichidiene specifice ale organismului

Masurarea volumului apei corporale totale

Pentru a masura apa totala din organism se poate utiliza apa radioactiva (tritium ³H₂O) sau apa grea (deuteriu ²H₂O). O alta substanta utilizata pentru a masura volumul apei totale este antipirina (inalt liposolubila, traverseaza rapid membranele celulare, distribuindu-se uniform la nivelul compartimentelor lichidiene intracellular si extracelular).

Masurarea volumului de lichid extracelular

Volumul lichidului extracelular poate fi estimat utilizand substante care se disperseaza in plasma si in lichidul interstitial, dar care nu traverseaza cu usurinta membrana celulara (sodiul radioactiv, clorul radioactiv, iotalamatul radioactive, ionul tiosulfat si inulina). Ca urmare se vorbeste despre volumul de dispersie al sodiului sau despre volumul de dispersie al inulinei in loc de a se considera ca s-a masurat volumul real al lichidului extracelular.

Calcularea volumului intracelular

Volumul intracelular poate fi calculat aplicand formula:

Volum inracelular Volumul apei corporale totale - Volumul extracelular

Masurarea volumului plasmatic

Pentru masurarea volumului plasmatic trebuie utilizata o substanta care nu traverseaza cu endoteliul capilar (ramane in sistemul vascular dupa injectare, ex. albumina serica marcata cu iod radioactiv, ¹²⁵I-albumina), de asemenea, se pot folosi coloranti care se leaga de proteinele plasmatice (ex. albastru Evans, denumit si T-1824).

Calcularea volumului lichidului interstitial.

Calcularea volumului lichidului interstitial se face aplicand formula:

Volumul lichidului interstitial Volumul lichidului extracelular - Volumul plasmatic

Masurarea volumului de sange

Daca se masoara volumul plasmatic si se cunoaste hematocritul, atunci se poate calcula volumul sanguin aplicand formula:

Volumul total de sange Volumul plasmatic / (1-hematocritul)

Reglarea schimburilor lichidiene si a echilibrului osmotic intre lichidul intracelular si extracelular

In practica medicala o problema importanta este mentinerea nivelului adecvat al lichidului din compartimentul intracelular si extracelular.

Cantitatile relative de lichid extracelular, distribuite intre plasma si spatiile interstitiale sunt determinate pe de o parte de echilibrul fortelor hidrostatice si coloid-osmotice, iar pe de alta parte de membranele capilare.

Distributia lichidului intre compartimentul intracelular si extracelular este determinata de efectul osmotic al solvatilor cu molecula mica (in special ionii de sodiu, clor si alti electroliti), care isi exercita influenta de o parte si de alta a membranei celulare (inalt permeabile pentru apa, dar relativ impermeabile pentru alte substante, inclusiv pentru ionii cu molecula mica, precum sodiul si clorul). Apa strabate rapid membrana celulara, in consecinta lichidul intracelular ramane izotonic cu kichidul extracelular.

Principiile de baza ale osmozei si presiunea osmotica

Osmoza reprezinta difuziunea neta a apei printr-o membrana cu permeabilitate selectiva care separa doua compartimente, sensul fiind de la compartimentul care contine solutia mai diluata (concentratia mai mare a apei) catre compartimentul care contine solutia mai concentrata (concentratia mai mica a apei). Rata de difuziune a apei este denumita rata osmozei.

Relatia dintre presiunea osmotica si osmolaritate

Presiunea osmotica a unei solutii este direct proportionala cu concentratia de particule osmotic active din solutia respectiva. Presiunea osmotica a unei solutii este proportionala cu osmolaritatea solutiei respective.

Aproximativ 80% din osmolaritatea totala a lichidului interstitial si a plasmei se datoreaza ionilor de sodiu si de clor. In cazul lichidului intracelular aprox. din osmolaritate se datoreaza ionilor de potasiu, iar restul multor alte substante intracelulare.

Osmolaritatea totala a fiecaruia dintre cele trei compartimente lichidiene este de aprox. 300 mOsm/l, osmolaritatea plasmei fiind cu aprox. 1 mOsm/l mai mare decat cea a lichidului interstitial si intercelular (diferenta se datoreaza activitatii osmotice a proteinelor plasmatice, datorita careia la nivel capilar, presiunea osmotica este cu aprox. 20 mmHg mai mare in comparatie cu spatiile interstitiale inconjuratoare.

Intre lichidul intracelular si extracelular este mentinut echilibrul osmotic

Cand intre lichidul intracelular si extracelular nu exista echilibrul osmotic este generata o forta foarte puternica care deplaseaza apa prin membrana celulara.

Echilibrul osmotic intre lichidul intracelular si extracelular se realizeaza rapid

Difuziunea transmembranara a apei se realizeaza atat de rapid incat orice diferenta de osmolaritate intre aceste doua compartimente este corectata de obicei in cateva secunde sau cel mult in cateva min.

Volumul si osmolaritatea lichidului extracelular si intracelular in stari patologice

Factorii care pot sa determine variatia marcata a volumului extracelular si intracelular includ ingestia de apa, deshidratarea, perfuzia intravenoasa a diferitelor tipuri de solutii, pierderea unor cantitati mari de lichid la nivelul tractului gastrointestinal si pierderea unor cantitati anormale de lichid prin sudoratie sau la nivel renal.

Apa strabate rapid membranele celulare, in consecinta, osmolaritatile lichidului intracelular si extracelular ramane aproape egale.

Membranele celulare sunt aproape complet impermeabile pentru numerosi solvati.

Efectul adaugarii de solutie salina in lichidul extracelular

Daca in compartimentul lichidian extracelular este introdusa o solutie salina izotonica (creste volumul de lichid extracelular), osmolaritatea lichidului extracelular nu se modifica (nu se realizeaza transferul transmembranar al apei prin osmoza). Ionii de sodiu si clor raman in mare parte in lichidul extracelular (membrana celulara se comporta ca si cand ar fi impermeabila pentru clorura de sodiu).

Daca in lichidul extracelular este adaugata o solutie hipertonica (creste volumul de lichid extracelular, cu un volum mai mare decat cel al lichidului adaugat), osmolaritatea extracelulara creste si determina deplasarea apei din celule spre compartimentul extracelular prin osmoza. In aceasta situatie aproape toata cantitatea de clorura de sodiu adaugata ramane in compartimentul extracelular, in timp ce lichidul difuzeaza din celule in spatiul extracelular pentru realizarea echilibrului osmotic. In aceasta situatie are loc scaderea volumului intracelular si cresterea osmolaritatii la nivelul ambelor compartimente.

Daca in lichidul extracelular se adauga o solutie hipotonica (cresc atat volumul intracelular cat si volumul extracelular), osmolaritatea lichidului extracelular scade, iar o parte din apa extracelulara difuzeaza in celule pana cand compartimentele intracelular si extracelular au aceeasi osmolaritate.

Glucoza si alte solutii administrate pentru sustinerea nutritiva a organismului

Sunt frecvent utilizate solutiile de glucoza, iar aminoacizii si solutiile de lipide omogenizate sunt mai rar folosite. Cand se administreaza astfel de solutii, concentratia substantelor osmotic active pe care le contin este de obicei ajustata astfel incat solutia sa fie aproape izotonica sau solutiile sunt introduse suficient de lent pentru a nu deregla echilibrul osmotic al lichidelor organismului.

Afectiuni clinice secundare tulburarilor de reglare a volumului lichidian: hiponatremia si hipernatremia

Analiza principala pe care medicul o poate efectua pentru evaluarea statusului compartimentului lichidian al pacientului este masurarea concentratiei plasmatice a sodiului (cand concentatia sodiului scade sub valoarea normala de aprox. 142 mEq/l se afima ca este hiponatremie si invers, hipernatremie).

Cauzele hiponatremiei: excesul de apa sau pierderea de sodiu

Scaderea concentratiei plasmatice a sodiului poate fi determinata de pierderea de clorura de sodiudin lichidul extracelular sau de aportul excesiv de apa la acest nivel.

Pierderea primara de clorura de sodiu (diaree si varsaturi) conduce la deshidratare hipoosmotica si se asociaza cu scaderea volumului lichidului extracelular.

Abuzul de diuretice saluretice, precum si diferite tipuri de afectiuni renale asociate cu pierdere de sodiu pot, de asemenea, conduce la hiponatremie moderata.

Boala Addison determinata de reducerea secretiei de aldosteron se caracterizeaza prin afectarea capacitatii rinichiului de a reabsorbi sodiul, iar pacientul poate prezenta un grad moderat de hiponatremie.

Hiponatremia poate fi insotita de retentie hidrica in exces, cu dilutia consecutiva a sodiului in lichidul extracelular, afectiune denumita hiperhidratare hipoosmotica (ex. secretia excesiva de hormon antidiuretic determina cresterea reabsorbtiei de apa la nivelul tubilor renali poate conduce la hiponatremie si hiperhidratare).

Cauzele hipernatremiei: pierderile hidrice sau excesul de sodiu

Cresterea concentratiei de sodiu care determina si cresterea osmolaritatii poate fi determinata de pierderea de apa din lichidul extracelular (conduce la cresterea concentratiei ionilor de sodiu) sau de aportul excesiv de sodiu la acest nivel.

Cand cauza este pierderea primara a apei din lichidul extracelular, afectiunea este denumita deshidratare hiperosmotica (lipsa secretiei de hormon antidiuretic necesar retinerii apei la nivelul rinichiului).

Secundar deficitului de hormon antidiuretic, rinichiul excreta cantitati foarte mari de urina diluata (afectiune denumita diabet insipid) ceea ce conduce la deshidratare si la cresterea concentratiei de clorura de sodiu in lichidul extracelular. In diabetul insipid nefrogen, rinichiul nu raspunde la actiunea hormonului antidiuretic.

O cauza mai frecventa a hipernatremiei asociate cu scaderea volumului lichidului extracelular este reprezentata de deshidratarea secundara unui aport hidric relativ redus (in timpul activitatilor fizice intense si prelungite, asociate cu sudoratie excesiva).

Hipernatremia poate fi determinata de aportul crescut de clorura de sodiu la nivelul lichidului extracelular (hiperhidratare hiperosmotica), excesul de clorura de sodiu din spatiul extracelular determina retentie hidrica moderata la nivelul rinichiului (ex. secretia crescuta de aldosteron, un hormon care produce retentie de sodiu, poate conduce la hipernatremie usoara si hiperhidratare. In acest caz, hipernatremia nu este marcata 8secretia crescuta de aldosteron determina si cresterea reabsorbtiei renale de apa pe langa reabsorbtia de sodiu).

Edemul: excesul de lichid la nivel tisular

Edemul inseamna prezenta unei cantitati excesive de lichid la nivelul tesuturilor. In majoritatea cazurilor, edemul se produce in principal la nivelul compartimentului extracelular, insa poate fi implicat si compartimentul lichidian intracelular.

Edemul intracelular

Exista doua cauze principale care conduc la edemul intracelular: 1) diminuarea activitatii sistemelor metabolice celulare si 2) nutritia inadecvata a celulelor. Daca sanguin scade prea mult (devine insuficient pentru sustinerea metabolismului tisular normal) este deprimata activitatea pompelor ionice membranare. In aceasta situatie, ionii de sodiu (difuzeaza pasiv prin celula) nu mai pot fi pompati in spatiul extracelular, iar apa patrunde prin osmoza in spatiul intracelular.

Edemul intracelular se poate produce si in tesuturile inflamate. Inflamatia determina de obicei prin mecanism direct cresterea permeabilitatii membranelor celulare, permitand astfel difuziunea ionilor de sodiu si a altor ioni catre spatiul intracelular, cu patrunderea consecutiva a apei in celule prin mecanism osmotic.

Edemul extracelular

Edemul extracelular se produce cand la nivelul spatiilor extracelulare se acumuleaza lichid in exces.

Exista doua cauze generale ale edemului extracelular: 1) pasajul anormal al lichidului din plasma in spatiile interstitiale pericapilare si 2) incapacitatea vaselor limfatice de a reabsorbi complet acest lichid din interstitiu pentru a-l returna in circulatie. Cea mai frecventa cauza a acumularii de lichid interstitial este reprezentata de filtrarea lichidiana capilara excesiva (cresterea coeficientului de filtrare capilara, cresterea presiunii hidrostatice capilare, scaderea presiunii coloid-osmotice a plasmei).

Blocajul limfatic produce edem

In cazul blocajului limfatic, edemul produs poate fi deosebit de grav (proteinele plasmatice care extravazeaza in spatiul interstitial nu mai sunt indepartate de la acest nivel).

Cresterea concentratiei proteinelor plasmatice conduce la cresterea presiunii coloid-osmotice a lichidului interstitial, astfel incat este atrasa o cantitate crescuta de lichid din capilare (infectii localizate la nivelul nodulilor limfatic, dupa interventii chirurgicale, ex. mastectomie radicala).

Lichidele din "spatiile potentiale" ale organismului

Ex. de spatii potentiale (cavitatea pleurala, cavitatea pericardica, cavitatea peritoneala, si cavitatile sinoviale, care includ atat cavitatile articulare cat si bursele).

Intre capilare si spatiile potentiale se realizeaza schimburi lichidiene

Membrana care delimiteaza un spatiu potential nu prezinta in mod obisnuit rezistenta la pasajul lichidelor, al electrolitilor sau chiar al proteinelor, care se deplaseaza bidirectional relativ usor intre spatiul potential si lichidul interstitial al tesuturilor inconjuratoare.

Vasele limfatice dreneaza proteinele din spatiile potentiale

Datorita filtrarii din capilare, proteinele se acumuleaza in spatiile potentiale, in acelasi mod in care se acumuleaza si in spatiile interstitiale.

Lichidul de edem de la nivelul spatiilor potentiale" este denumit exsudat

Cand la nivelul tesuturilor subcutanate adiacente unui spatiu potential se produce edem, lichidul de edem se acumuleaza de obicei si in spatiul potential", acest lichid este denumit exsudat. Cand exsudatul se acumuleaza la nivelul cavitatii abdominale poarta numele de ascita. Presiunea normala a lichidului la nivelul spatiilor potentiale, cand nu exista edem, este negativa.