2626 Vökva-, rafvaka- og sýru-basajafnvægi

26.3 Rafvakajafnvægi

Námsmarkmið

Í lok þessa hluta átt þú að geta:

Lýst hlutverki þeirra rafvaka sem fjallað er um í þessum hluta
Nefnt helstu ástand sem tengjast óeðlilega háum eða lágum styrk þessara rafvaka
Tilgreint ríkjandi anjón utanfrumuvökva
Útskýrt hvernig aldósterón stýrir natríumendurupptöku og kalíumseytun og hvernig áhrif þess á vatnsbúskap ráðast einnig af vatnsgegndræpi

Í líkamanum eru margar gerðir jóna sem gegna ólíkum hlutverkum. Sumar taka þátt í myndun og leiðni rafboða eftir frumuhimnum taugafrumna og vöðvafrumna. Aðrar styðja byggingu prótína og starfsemi ensíma, taka þátt í losun hormóna eða verka sem boðefni innan frumna. Jónir í blóðvökva og öðrum líkamsvökvum stuðla saman að rafhlutleysi og osmótískum kröftum sem hafa áhrif á vatnsflutning milli frumna og umhverfis þeirra.

Meðal mikilvægra rafvaka í líkamanum eru natríum, kalíum, klóríð, vetniskarbónat, kalsíum, fosfat og magnesíum. Snefilefni á borð við kopar, sink, járn, mangan, mólýbden og króm gegna einnig líffræðilegum hlutverkum, en þau eru ekki öll flokkuð með helstu rafvökum líkamsvökva og stjórnun þeirra er með ólíkum hætti. Í þessum hluta er sjónum einkum beint að natríumi, kalíumi, klóríði, vetniskarbónati, kalsíumi og fosfati.

Hlutverk rafvaka

Þessir rafvakar stuðla meðal annars að boðspennu, vöðvasamdrætti, innkirtlastarfsemi, himnuspennu, sýru-basa-jafnvægi og dreifingu vatns milli vökvahólfa. Þeir berast inn í líkamann um meltingarveginn. Um 99% kalsíums og 85% fosfats í líkamanum eru bundin í beinum og tönnum, sem eru jafnframt steinefnaforði. Endurmótun beina, nýrnastarfsemi, frásog í þörmum og hormónastjórnun halda styrk þessara jóna innan lífeðlisfræðilegra marka. Fosfat er auk þess hluti kjarnsýra, fosfólípíða, ATP og stuðpúðakerfa; frumuniðurbrot getur því hækkað fosfatstyrk í utanfrumuvökva.

Jónir skiljast aðallega út um nýru, en einnig í minna mæli með saur og svita. Mikið svitatap getur valdið verulegu tapi á natríumi og klóríði. Uppköst valda einkum tapi á saltsýru og klóríði og geta leitt til efnaskiptalýtingar, en niðurgangur getur valdið tapi á vetniskarbónati og efnaskiptasýringu. Nýru, lungu, hormónakerfi og þorsti vinna saman að því að halda styrk rafvaka og sýru-basa-jafnvægi innan viðeigandi marka.

Tafla 26.1 sýnir kennsluviðmið fyrir styrk valinna jóna í blóðvökva og heila- og mænuvökva ásamt dæmum um styrk eða sólarhringsútskilnað í þvagi. Viðmiðunarmörk eru aðferð-, aldurs- og rannsóknarstofuháð og stak þvagsýni er ekki sambærilegt við sólarhringssöfnun. Gildið um 2,90 mmól/L fyrir kalíum í heila- og mænuvökva er nálgun úr nýlegum heilbrigðum rannsóknarhópi en ekki algilt klínískt viðmiðunarbil. Natríum, kalíum og klóríð má mæla í stökum eða söfnuðum þvagsýnum eftir klínísku tilefni, en mat á sólarhringsútskilnaði krefst fullrar söfnunar. Nýrun endurheimta venjulega nánast allt síað vetniskarbónat, en geta aukið útskilnað þess við tiltekin ástand, svo sem efnaskiptalýtingu.

Kennsluviðmið fyrir rafvaka og jónir
Heiti	Efnaformúla	Blóðvökvi	Heila- og mænuvökvi	Þvag
Natríum	${Na}^{+}$	136,00–146,00 mmól/L	138,00–150,00 mmól/L	40,00–220,00 mmól/L
Kalíum	K +	3,50–5,00 mmól/L	Um 2,90 mmól/L	25,00–125,00 mmól/L
Klóríð	${Cl}^{-}$	98,00–107,00 mmól/L	118,00–132,00 mmól/L	110,00–250,00 mmól/L
Vetniskarbónat	${H C O}^{3 -}$	22,00–29,00 mmól/L	—	—
Kalsíum	${Ca}^{2 +}$	2,15–2,55 mmól/L	—	Allt að 7,49 mmól/sólarhring
Fosfat	${H P O_{4}}^{2 -}$	0,81–1,45 mmól/L	—	12,90–42,00 mmól/sólarhring

Natríum

Natríum er helsta katjón utanfrumuvökva og stór áhrifaþáttur osmólalitetar hans og rúmmáls. Natríumstyrkur blóðvökva endurspeglar þó fyrst og fremst vatnsjafnvægi miðað við natríum, en heildarnatríummagn líkamans ræður miklu um rúmmál utanfrumuvökva. Mikið natríummagn í fæðu getur hækkað blóðþrýsting, einkum hjá saltnæmum einstaklingum, en ráðleggingar um neyslu eru aldurs- og heimildarháðar. Nýrun sía natríum frjálst og endurupptaka megnið í nærpíplu, Henle-lykkju, fjærpíplu og safnrás; útskilnaður í þvagi ræðst af því magni sem eftir verður eftir endurupptöku.

Blóðnatríumlækkun er lágur natríumstyrkur í blóðvökva og stafar oftast af hlutfallslega of miklu vatni miðað við natríum. Hún getur einnig fylgt raunverulegu natríumtapi, til dæmis vegna uppkasta, niðurgangs, mikillar svitamyndunar, nýrnasjúkdóms eða þvagræsilyfja, einkum ef vatn er endurnýjað án nægilegs salts. Blóðsykurhækkun og önnur osmótískt virk efni geta jafnframt flutt vatn út úr frumum og lækkað mældan natríumstyrk án þess að heildarnatríum líkamans minnki.

Þegar blóðnatríumlækkun lækkar jafnframt tónískt ástand utanfrumuvökva færist vatn inn í frumur. Bólga taugafrumna getur valdið höfuðverk, ógleði, rugli, krömpum og meðvitundarskerðingu og alvarlegt, brátt ástand getur leitt til heilabjúgs og dauða. Hættan ræðst bæði af styrknum og því hversu hratt breytingin verður; of hröð leiðrétting langvinnrar blóðnatríumlækkunar getur einnig valdið alvarlegum taugaskaða.

Natríumdreyri er óeðlilega hár natríumstyrkur í blóðvökva og stafar oftast af vatnstapi sem er meira en natríumtapi, til dæmis við skert þorstaviðbragð eða truflaða losun eða verkun þvagtemprandi hormóns (ADH), mikil þvaglát eða ófullnægjandi vatnsinntöku. Sjaldnar stafar ástandið af mikilli natríumgjöf. Natríumdreyri segir því ekki eitt og sér að heildarnatríum eða blóðrúmmál sé aukið.

Kalíum

Kalíum er helsta katjón innanfrumuvökva og rafefnafræðilegur stigull þess skiptir meginmáli fyrir hvíldarspennu, boðspennu og vöðvastarfsemi. Natríum-kalíumdælan og sértæk kalíumgöng viðhalda miklum styrk K⁺ innan frumna og lágum styrk þess í blóðvökva. Ráðlögð kalíumneysla er aldurs-, kyn- og heimildarháð og ætti ekki að setja fram sem eina algilda tölu. Nýrun stýra kalíumjafnvægi aðallega með breytilegri seytun í síðari fjærpíplu, tengipíplu og safnrásum; styrkur kalíums, afhending natríums, pípluflæði, aldósterón og sýru-basa-ástand hafa áhrif á ferlið.

Blóðkalíumlækkun er óeðlilega lágur kalíumstyrkur í blóði. Hún getur stafað af tapi um meltingarveg eða nýru, til dæmis vegna niðurgangs, uppkasta með afleiddu nýrnatapi, þvagræsilyfja eða aldósterónofvirkni. Kalíum getur einnig færst inn í frumur fyrir áhrif insúlíns, beta-2-adrenvirkra boða eða lýtingar. Lítil inntaka ein og sér veldur sjaldan skyndilegri blóðkalíumlækkun en getur aukið hættu þegar annað tap er til staðar.

Insúlín virkjar meðal annars natríum-kalíumdæluna og flytur þannig kalíum inn í frumur; kalíum fer ekki einfaldlega með glúkósa um sama flutningsprótín. Insúlínmeðferð getur því lækkað kalíumstyrk í blóði, sérstaklega þegar heildarforði kalíums er þegar minnkaður, eins og getur gerst við ketónblóðsýringu af völdum sykursýki. Veruleg blóðkalíumlækkun raskar himnuspennu og getur valdið vöðvaslappleika, garnalömun og hjartsláttartruflunum.

Blóðkalíumhækkun er hækkaður kalíumstyrkur í blóði og getur raskað starfsemi beinagrindarvöðva, taugakerfis og hjarta. Algengar orsakir eru skertur útskilnaður um nýru, lyf sem hamla renín–angíótensín–aldósterón-kerfinu eða kalíumseytun, frumuskemmdir og tilfærsla kalíums út úr frumum; mikil fæðuinntaka ein veldur sjaldan alvarlegu ástandi ef nýrnastarfsemi er eðlileg. Áhrif á himnuspennu og leiðslukerfi hjartans geta valdið lífshættulegum hjartsláttartruflunum eða hjartastoppi. Vöðvaslappleiki, lömun og dofi geta einnig komið fram, en einkenni eru ekki alltaf í réttu hlutfalli við hækkunina.

Klóríð

Klóríð er ríkjandi anjón utanfrumuvökva. Það stuðlar að rafhlutleysi, osmótískum kröftum, vökvajafnvægi og sýru-basa-jafnvægi. Flutningur klóríðs í nýrum tengist oft natríumflutningi, en fer einnig um sértækar samferjur, göng og gagnferjur sem geta haft sjálfstæð áhrif á sýru-basa-ástand.

Blóðklóríðlækkun er lágur klóríðstyrkur í blóði og getur meðal annars fylgt uppköstum, sogi úr maga, þvagræsilyfjum og efnaskiptalýtingu. Niðurgangur með tapi vetniskarbónats veldur hins vegar oft efnaskiptasýringu með hlutfallslegri hækkun klóríðstyrks. Klóríðdreyri getur komið fram við vatnsskort, mikla gjöf klóríðríks vökva eða tap vetniskarbónats. Í slímseigjusjúkdómi er svitaklóríð hækkað vegna galla í CFTR-göngum (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) og staðlað svitapróf er mikilvægt í greiningu; það jafngildir ekki klóríðdreyra.

Vetniskarbónat

Vetniskarbónat er næstalgengasta anjón blóðvökva á eftir klóríði. Það er mikilvægur hluti vetniskarbónat–koltvísýringsstuðpúðakerfisins og tengir saman sýru-basa-stjórnun blóðs, öndun og nýrnastarfsemi. Nánar er fjallað um þetta kerfi síðar í kaflanum.

Vetniskarbónatjónir myndast í afturkræfu hvarfi koltvísýrings (CO₂) og vatns. Lítið magn CO₂ flyst uppleyst, en stærstur hluti þess breytist fyrst í vetniskarbónat. Um 70% af CO₂ er flutt í blóði sem vetniskarbónat, ${H C O_{3}}^{-},$ samkvæmt eftirfarandi afturkræfu hvarfi:

{CO}_{2} {+ H}_{2} O \leftrightarrow H_{2} {CO}_{3} \leftrightarrow {H {CO}_{3}}^{-} {+ H}^{+}

Örvarnar í báðar áttir sýna að hvarfið er afturkræft og stefna þess ræðst meðal annars af styrk hvarfefna, pH og hlutþrýstingi koltvísýrings. Í vefjum myndast CO₂ við efnaskipti og kolsýruanhýdrasi í rauðum blóðkornum hraðar umbreytingu þess í kolsýru og vetniskarbónat. Vetniskarbónat flyst aðallega í blóðvökva. Í lungum gengur ferlið í gagnstæða átt; CO₂ endurmyndast, flæðir í lungnablöðrur og er andað út.

Kalsíum

Um 99% kalsíums í líkamanum eru bundin í beinum og tönnum, þar sem kalsíumsölt veita styrk og mynda jafnframt steinefnaforða. Í blóði er um helmingur kalsíums á jónuðu formi, um 40% prótínbundin og afgangurinn bundinn litlum anjónum; hlutföllin breytast meðal annars með pH og albúmínstyrk. Jónuðu kalsíumjónirnar, Ca^²⁺, eru líffræðilega virkar og nauðsynlegar fyrir vöðvasamdrátt, taugaboð, ensímvirkni, blóðstorknun og losun taugaboðefna og hormóna.

Kalsíum frásogast í þörmum, meðal annars fyrir áhrif virka D-vítamínformsins kalsítríóls. Alvarlegur D-vítamínskortur getur skert steinefnun beina og valdið beinkröm hjá börnum eða beinmeyru hjá fullorðnum. Beinþynning er hins vegar sérstakur, fjölþættur sjúkdómur; ófullnægjandi D-vítamín- og kalsíumbúskapur getur aukið áhættu en er ekki eina orsökin.

Blóðkalsíumlækkun getur meðal annars stafað af kalkkirtlavanstarfsemi, D-vítamínskorti, nýrnabilun eða magnesíumskorti. Hún getur komið fram eftir skjaldkirtilsaðgerð ef kalkkirtlar eða blóðflæði þeirra skaddast, en er ekki óhjákvæmileg afleiðing aðgerðarinnar. Blóðkalsíumhækkun kemur meðal annars fram við frumkomna kalkkirtlaofstarfsemi og tiltekin illkynja mein.

Fosfat

Fosfat finnst á nokkrum róteindunarstigum: $H_{2} {PO}_{4}$ ⁻, ${HPO}_{4}^{2 -}$ , og ${PO}_{4}^{3 -}$ . Við lífeðlisfræðilegt pH eru ${HPO}_{4}^{2 -}$ og ${H_{2} P O_{4}}^{-}$ ríkjandi, en ${P O_{4}}^{3 -}$ er aðeins í mjög litlu hlutfalli. Um 85% fosfats líkamans eru í beinum og tönnum sem kalsíumfosfatsölt. Fosfat er einnig hluti fosfólípíða, ATP, núkleótíða og stuðpúðakerfa.

Blóðfosfatlækkun getur komið fram við vannæringu, endurnæringarheilkenni, langvinna áfengisnotkun eða fráhvarf, of mikla notkun fosfatbindandi sýrubindandi lyfja og aukið fosfattap um nýru. Nýrun draga venjulega úr fosfatútskilnaði þegar forði minnkar, en hormón, lyf og pípluskaði geta raskað því svari. Blóðfosfatsóhóf er algengt við skerta nýrnastarfsemi og getur einnig fylgt miklu frumurofi, til dæmis við æxlislýsu, vegna þess að fosfat er aðallega innan frumna.

Stjórnun natríums og kalíums

Natríum er endurupptekið á mismunandi stöðum eftir nýrnapíplunni, en kalíum er bæði endurupptekið og seytt eftir pípluhluta og lífeðlisástandi. Fínstilling fer einkum fram í síðari fjærpíplu, tengipíplu og safnrásum. Aldósterón og angíótensín II hafa mikil áhrif á þessa stjórnun, en þvagtemprandi hormón, natríumræsipeptíð, driftaugaboð, pípluflæði og styrkur kalíums skipta einnig máli.

Aldósterón

Aldósterón eykur natríumendurupptöku og kalíumseytun einkum í síðari fjærpíplu, tengipíplu og safnrás. Losun þess eykst helst fyrir áhrif angíótensíns II og hækkaðs kalíumstyrks; nýrnahettubarkarörvandi hormón (ACTH) hefur minni, skammvinn áhrif. Lágur natríumstyrkur í blóði örvar ekki aldósterón beint nema hann tengist minnkuðu virku slagæðablóðrúmmáli eða virkjun renín–angíótensín–aldósterón-kerfisins. Natríumvarðveisla getur stuðlað að varðveislu utanfrumuvökva, en vatn fylgir aðeins þar sem þekjan er vatnsgegndræp, einkum fyrir áhrif ADH (mynd 26.13).

Angíótensín II

Angíótensín II þrengir æðar og stuðlar að hækkun slagæðaþrýstings. Í nýrum eykur það natríumendurupptöku og þrengir bæði aðrennslis- og afrennslisslagæðlinga eftir styrk og ástandi. Við miðlungs virkjun getur tiltölulega meiri þrenging afrennslisslagæðlings stutt gaukulsíunarþrýsting þótt blóðflæði um nýru minnki; við mikla virkjun getur gaukulsíunarhraði einnig fallið. Angíótensín II örvar auk þess losun aldósteróns úr nýrnahettuberki.

Í aðalfrumum síðari fjærpíplu, tengipíplu og safnrása eykur aldósterón myndun og virkni ENaC-natríumganga á topplægu yfirborði og natríum-kalíumdæla á grunn- og hliðlægu yfirborði (mynd 26.14). Na⁺ fer úr pípluvökva inn í frumuna um ENaC og þaðan í millifrumuvökva og blóð um dæluna. Dælan flytur K⁺ inn í frumuna, en K⁺ seytist síðan í pípluhol um ROMK- og BK-kalíumgöng. Vatn fylgir natríumi aðeins í vatnsgegndræpum hlutum, einkum þegar ADH hefur aukið AQP2-háð vatnsgegndræpi.

Flæðirit sýnir renín–angíótensín–aldósterón-kerfið. Nýru losa renín, ensím sem klýfur angíótensínógen frá lifur í angíótensín I. Angíótensínbreytandi ensím (ACE), sem er himnubundið og víða tjáð en áberandi í æðaþeli lungnablóðrásar, myndar angíótensín II. Angíótensín II örvar nýrnahettubörk til að losa aldósterón. Aldósterón eykur natríumendurupptöku og kalíumseytun í síðari hluta nýrungs; vatnsendurupptaka eykst aðeins ef viðkomandi pípluhluti er vatnsgegndræpur. — **Mynd 26.14.** Angíótensín II örvar losun aldósteróns úr nýrnahettuberki; renín–angíótensín–aldósterón-kerfið (RAAS) eykur einnig natríumendurupptöku með fleiri leiðum.

Stjórnun kalsíums og fosfats

Kalsíum- og fosfatjafnvægi er einkum stýrt með samspili kalkkirtlahormóns (PTH), kalsítríóls, vaxtarþáttar trefjakímfrumna 23 (FGF23) og nýrna. Kalsítónín getur lækkað kalsíumstyrk við tilteknar aðstæður en gegnir yfirleitt minna hlutverki en PTH og kalsítríól í daglegu kalsíumjafnvægi fullorðinna. Losun og myndun þessara hormóna ráðast af ólíkum boðum en ekki eingöngu af kalsíumstyrk í blóði.

Kalkkirtlahormón (PTH) losnar þegar jónuðum kalsíumstyrk í blóði lækkar. Það eykur losun kalsíums úr beini að hluta með boðum frá beinmyndunarfrumum til beinátfrumna, eykur endurupptöku kalsíums í fjærhluta nýrungs og minnkar fosfatendurupptöku í nærpíplu. PTH örvar einnig CYP27B1 í nýrum og eykur þannig myndun kalsítríóls úr kalsidíóli. Kalsítríól eykur síðan frásog kalsíums og fosfats í þörmum.

PTH hækkar kalsíumstyrk í blóði með áhrifum á bein og nýru og með óbeinum áhrifum á þarma. Í nýrum eykur það endurupptöku kalsíums í fjærpíplu en dregur NaPi-samferjur frá topplægri himnu nærpíplu, svo fosfatútskilnaður eykst.

Kalsítónín losnar úr C-frumum skjaldkirtils þegar kalsíumstyrkur hækkar. Það getur hamlað virkni beinátfrumna og aukið kalsíumútskilnað, en hlutverk þess í daglegu kalsíumjafnvægi fullorðinna er takmarkað og það er ekki meginmótvægi PTH.