# 1 Poruchy hospodaření s vodou Osmolalita © Biochemický ústav LF MU (V.P.) 2007 Disturbances in water management Osmolality © Department of Biochemistry (V.P.), Faculty of Medicine, MU Brno 2007 3 Poruchy vodního hospodářství: 1/ ECT je hyperosmolální 2/ ECT je isoosmolální 3/ ECT je hypoosmolální Disturbances in water management: 1/ ECF is hyperosmolar 2/ ECF is isoosmolar 3/ ECF is hypoosmolar Uspořádání následujících schémat: 1/ počáteční stav (porucha) pokročilý stav 2/ pojmenování poruch je podle změn v ECT: ( „hyper-/iso-/hypo-TONICKÁ + hyper-/de-HYDRATACE" ) 3/ extracelulární tekutina intracelulární tekutina Arrange of next Schemas : 1 / iniciál situation z,. - . x advanced situation (disturbance) ~ 2/ the name of disturbances is according to changes in ECF: ( „hyper-/iso-/hypo-TONIC + over-/de-HYDRATATION" ) 3/ ECF ICF extracellular intracellular fluid fluid 7 ECT i e hyperosmolální: 1/ retence / přívod Na 2/ ztráta „čisté" vody 8 ECF is hyperosmolar: 1/ retention / supply Na 2/ loss of „pure" water 9 Retence / přívod Na+ : ECT je hyperosmolární T[Na+] • voda do ECT -^ expanze ECT • edémy - nebezpečí edému plic ! • voda chybí v ICT —> poruchy CNS 10 Retention / supply Na+ : ECF is hyperosmolar T[Na+] • water to the ECF -^ expansion of ECF • edema - danger of pulmonary edema ! • deficit of water in iCF —> disturbances of CNS n Retence / přívod Na+ : = hypertonická hyperhydratace příčiny: excesivní příjem solí zvýšená aktivita kory nadledvin (Conn, Cushing) podávání steroidů mozkový „sůl retinující syndrom" pití mořské vody (ztroskotání) příznaky: zvracení průjem kolísání krevního tlaku změny centrálního venózního tlaku otok plic neklid 12 Retention / Supply Na+ : = hypertonic overhydration causes: excessive administration of salt overactivity of adrenal cortex (Conn, Cushing) administration of steroids cerebral „salt retention syndrome" drinking of see-water (after shipwreck) symptoms: vomiting diarrhoae labile blood pressure changes in central venous pressure pulmonary oedema restlessness 13 Ztráta „čisté" vody ECT je hyperosmolární ( normální hematokrit) voda do ECT voda chybí zvi. v ICT —> poruchy CNS 14 Loss of „pure" water ECF is hyperosmolar j -H20 j ■ ■■■■■■■■■■■■■■■B1 • water to the ECF • deficit of water mainly in ( normal hematocrite ) ICF -> disturbances of CNS 15 Ztráta „CÍStéu VOdy : = hypertonická dehydratace příčiny: nedostatečný příjem vody (staří lidé - chybějící pocit žízně) zvýšené ztráty vody potem osmotická diuretika hyperventilace chronická nefropatie polyurická fáze akutního renálního selhání diabetes insipidus příznaky: zizen horečka vyprahlost neklid delirium až koma LOSS Of „pure" water : = hypertonic dehydration causes: inadequate water intake (failing feeling of thirst in old persons) increased water losses due to sweating osmotic diuretics hyperventilation chronic nephropathy polyuric phase of akute renal failure diabetes insipidus symptoms: thirst fever dryness restlessness delirium, coma 17 ECT i e isoosmolální: 1/ ztráta isotonické tekutiny ( —> oběhové poruchy) 2/ isoosmotická expanze ECT ( —> edémy) pro shodnou osmolalitu nedochází k přesunům vody mezi ECT a ICT, změny spočívají pouze v objemu ECT 18 ECF is isoosmolar: 1/ loss of isotonic fluid ( —> blood circulation disturbances) 2/ isoosmotic expansion of ECF ( —> edema) because of the same osmolality, no transfers of water between ECF and ICF, the changes are in the volume of ECF only. 19 Ztráta JSOtonické tekutiny : = isotonická dehydratace príčiny: zvracení průjem píštěle diuretika drenáž ascitu popáleniny intoxikace sedativy, CO úžeh příznaky: zizen únava/vyčerpání slabost zvýšení pulsové frekvence snížení tlaku krevního kolaps zvracení svalové křeče 20 Isotonic fluid losses : = causes: vomiting diarrhoea fistulae diuretics drainage of ascites burns sedative and CO intoxication sunstroke isotonic dehydration symptoms: thirst tiredness/faiting weakness rapid puis hypotonia collapse vomiting muscle cramps 21 Isoosmotická expanze ECT : = isotonická hyperhydratace příčiny: predávkovaní isotonických infúzí u oligurických a anurických stavů srdeční vada nefrotický syndrom chronická urémie akutní glomerulonefritida cirhóza j ater příznaky: entropatie se ztrátou bílkovin edémy prosáknutí obtížné dýchání 22 Isoosmotic expansion of ECF : = isotonic overhydration causes: excessive administration of isotonic infuson solutions in oliguric and anuric states cardiac failure nephrotic syndrome chronic uraemia acute glomerulonephritis cirrhosis of liver symptoms: protein-losing enteropathy oedema effusions dyspnoea 23 ECT íe hypoosmolální: 1/ ztráta „čistého" Na 2/ intoxikace vodou ECF is hypoosmolar: 1/ loss of „pure" Na+ 2/ water intoxication Ztráta „čistého" Na+ : ECT je hypoosmolární i[Na+] • únik vody do ICT —» T nitrolební tlak • hypovolemic ECT —> oběhové poruchy 26 ► H20 Loss of „pure" Na+ : ECF is hypoosmolar i[Na+] • leakage of water into ICF —» T intracranial pressure • hypovolemia of ECF —> blood circulation disturabces 27 ► H20 Ztráta „Čistého" Na+ : = hypotonická dehydratace příčiny: nedostatečný příjem Na+ po jeho ztrátách zvracením, průjmem a pocením zvýšené ztráty Na+ poruchou funkce nadledviny chronické podávání diuretik dlouhodobý průjem příznaky: ztráty pištěli únava/vyčerpání slabost pokles krevního tlaku zvýšení pulzové frekvence kolaps zvracení horečka svalové křeče snížená úroveň vědomí 28 LOSS Of „pure" Na+ : = hypotonic dehydration causes: iadequate sodium intake after its losses through vomiting, diarrhoea and sweating increased sodium losses due to adrenal failure chronic diuretic therapy diarrrhoea symptoms: fistula losses tiredness/faiting weakness hypotonia rapid puis collapse vomiting fever muscle cramps depressed conscinous level 29 Intoxikace vodou : ECT je hypoosmolární + H20 - TT O ----* ihu • únik vody do ICT —> T nitrolební tlak JO Water intoxication : ECT i e hypoosmolar + H20 - TT O ----* ihu • leak of water into ICF —> T intracranial pressure n Intoxikace VOdou : = hypotonická hyperhydratace příčiny: nadměrný příjem roztoků bez solí výplach žaludku vodou zvýšená aktivita ADH příznaky: slabost nauzea zvracení obtížné dýchání zmatenost ztráta vědomí 32 Water intoxication : = hypotonic overhydration causes: excessive administration of salt-free solutions gastric lavage with water increased ADH activity příznaky: weakness nausea vomiting dyspnoea confusion loss of consciousness 33 HO CH CH CH-----NH ch3 „extáze" / 41 ecstasy a CH Intoxikace vodou Water intoxication (= hypotonická hyperhydratace po požití „extáze") \ / CH CH2 NH adrenalin/ H x epinephrine CH x <^ ň-----CH-----CH-----NH x V ^CH2 OH CH efedrin / ephedrine CH CH-----NH CH3 „pervitin U hlavní strukturní rozdíly extáze a příbuzných látek 34 the main structural differences among „ecstasy" and similar substances Voda - ztráty (1): Perspirace: normální 37,2 °C 37,8 38,3 38,9 39.4 Pocení: mírné střední silné (trvalé )ta 550 ml. ď1 600 700 800 900 1.000 300 ml. ď1 600 1.000 2... 15 l.ď1 !!) 35 Water-losses (1): Insensible losses: normal temperature 550 ml. ď1 37.2 °C 600 37.8 700 38.3 800 38.9 900 39.4 1,000 Sweating: mild 300 ml. d"1 medium 600 strong 1,000 (continual 2... 15 L.ď1 !!)* Voda - ztráty (2): Dech: 440 ml. ď1 (hyperventilace ?) Moč: (diuretika ?!) Stolice: 100 ml. ď1 (průjem ?!) Sonda, drén: ??? Voda - metabolický zisk: Terminálni oxidace: 300 - 500 ml. ď Water - losses (2): Breathing: 440 ml. ď1 (hyperventilation ?) Urine: (diuretics ?!) Stool: 100 ml. ď1 (diarrhoea ?!) Suction, drains: ??? Water - metabolic gain: Terminal oxidation: 300 - 500 ml. d1 Voda - ztráty (3): Pot: • při maximální zátěži je výdej až 2 1. h"1 !! • převažuje zde ztráta vody nad ztrátou solí • běžně pot obsahuje: 58 mmol Na+. I"1 10 mmol K+ . I"1 45 mmol Cl" . I"1 Vylučování vody : 60 % ledvinami (moč) 20 % kůží (pot) 15 % plícemi 5 % stolicí 39 Water - losses (3): Sweat: • at the maximal load till 2 L . h"1 !! • the loss of water exceedes the loss of salt • common composition: 58 mmol Na+. L"1 10 mmol K+ . L1 45 mmol CI". L"1 Excretion of water ; 60 % kidney (urine) 20 % skin (sweat) 15% lungs 5 % stool 40 Voda - příjem: příjem vody: 1/ nápoje 2/ jídla (tuhá, polotuhá) 3/ oxidace živin: 1 g tuku —» 1,07 ml vody 1 g cukru —» 0,55 ml vody 1 g bílkovin —> 0,41 ml vody Příjmu vody je nutno věnovat zvýšenou pozornost u malých dětí a dále u starších lidí, kde příjem tekutin bývá nedostatečný pro často chybějící/oslabený pocit žízně. 41 Water-intake: intake of water: 1/ beverages 2/ food (solid, halfsolid) 3/ oxidation of nutrients: 1 g f at —» 1.07 ml water 1 g sugar —» 0.55 ml water 1 g protein —» 0.41 ml water We have to pay close attention to the intake of water in small children and in eldery persons, in which the intake of liquids is insufficient, because of absent/weakened feeling of thirst. 42 Hospodaření s vodou: 1/ adiuretin (antidiuretický hormon, vasopresin) 2/ RAAS (renin - angiotensin - aldosteronový systém) 3/ natriuretické peptidy Management of water : 1/ adiuretin (antidiuretic hormone, vasopressin) 2/ RAAS (renin - angiotensin - aldosterone system) 3/ natriuretic peptides Antidiureticky hormon f ADH ) vasopresin 4 Oys-Cys « J *Phe- Phe i G/u (**Q Aspptí 8 45 Antidiuretic hormone f ADH ) vasopressin 4 Oys-Cys Arg -^ Val -> Tyr -^ He -> His -> Pro -> Phe -> His -> Leu Asp -> Arg -> Val -> Tyr -> He -> His -> Pro -> Phe Arg —> Val —> Tyr —> He —> His —> Pro —> Phe Znázorněny jsou struktury lineárních peptidů: angiotensin I (10 AA), angiotensin II (8 AA, dvě A A na karboxylovém konci byly odštěpeny) a angiotensin III (7 AA, postrádá dále AA na aminovém konci řetězce). Angiotensin I vzniká z oc2-globulinu krevní plasmy (angiotensinogen - bílkovina jaterního původu), fyziologicky je neúčinný. Angiotensin II + III jsou účinné vasopresorické látky (zvyšují krevní tlak), stimulují tvorbu a sekreci aldosteronu (mineralokortikoid, zona glomerulosa nadledviny). 47 Angiotensins Asp -> Arg -^ Val -> Tyr -^ He -> His -> Pro -> Phe -> His -> Leu Asp -> Arg -> Val -> Tyr -> lie -> His -> Pro -> Phe Arg —> Val —> Tyr —> lie —> His —> Pro —> Phe The structures of linear peptides are drawn: angiotensin I (10 A A), angiotensin II (8 A A, two A A were split off at the carboxylic end) and angiotensin III (7 AA, is without one AA at amino end of the chain). Angiotensin I is produced from oc2-globulin of blood plasma (angiotensinogen - the protein of liver origin), without physiological effect. Angiotensins II + III are effective vasopressoric substances (increase blood pressure), they stimulate formation and secretion of aldosterone (the main mineralocorticoid, adrenal zona glomerulosa). aldosteron/e : CH2OH (11 ß?21 -dihydroxy-3 ?20-dioxo-4-pregnen-18-al) 49 aldosteron/e (hemiacetal) : CH2OH ( 1 lß?18-epoxy-18?21-dihydroxypregn-4-en-3?20-dion ) 50 Natriuretické peptidy ANP BNP CNP 28 AA 32 AA 22 AA P-[ pmol. I1 ] [stopy] 17 členné kruhy: ( ...Cys - S - S - Cys ... ) „VASODILATACE, NATRIURESA, DIURESA 51 Natriuretic peptides ANP BNP CNP 28 AA 32 AA 22 AA P-[ pmol. H ] [traces] 17membered rings: (...Cys - S - S - Cys ... ) „VASODILATATION, NATRIURESIS, DIURESIS" Natriuretické peptidy Prekurzory: 126 A A -> ANP (28 AA) 108 AA -> BNP (32 AA) 53 AA -> CNP (22 AA) NP odštěpeny na C-terminálním konci - krátké biologické poločasy Inaktivní N-terminální části - delší biologický poločas —> častěji stanovovány NP receptory: transmembránový typ, přenos cGMP 53 Natriuretic peptides Precursors : 126 AA -> ANP (28 AA) 108 AA -> BNP (32 AA) 53 AA -> CNP (22 AA) NP split off at the C-terminal end - short biological half-lifes Inaktiv N-terminal parts - longer biological half-life —» frequently determinated NP receptors : transmembrane type, trasport cGMP 54 Natriuretické peptidy ANP = „atriální" převážně z předsíní srdečních - odpověď na zvýšené napětí svaloviny (ze zvýšeného objemu krve) BNP = [brain] „mozkový" (poprvé izolován z vepřového mozku). Vzdor názvu však vzniká převážně v srdečních komorách. CNP = „C-typ" NP jsou ochranou proti přetížení tekutinou a vysokému krevnímu tlaku. ANP + BNP jsou povahy hormonu, CNP se vlastnostmi blíží parakrinnímu faktoru. 55 Natriuretic peptides ANP = „atrial" - mainly from the atrial heart wall - the answer to increased stretch of muscle (due to increased volume of blood) BNP = „brain" (first isolated from a pork brain). Despite the name it has origine predominantly in the heart atria. CNP = „C-type" NP are the protection against a liquid overload and a hypertension. ANP + BNP are of hormone properties, CNP is close to paracrine factor. 56 pfot^úNticky ettzym jurtaaUment/ar*/ bb. ledn* /Vper&vtihe č/aku ANGtOTBMZIN I d*k*,peptid ANGtOT£Ař&A/ IT Amte T£-A&tA/0&£Ar oí£ - afobiúw kremplaimy ACE stimm/tcc-symp4*iku hi. pfiíe J*> + m I va*ok**rtn'Ace / ALVOSTJzHON ť I stimukce Jtvpof/uthwu, J. AVH ■ i fiypfjpttreme /cm A/ét/Z +ATP4'** 57 Poměr [Na+1 / [K+l v moči: U-[Na+] / U-[K+] = 2,4 (obecně > 1) < 1 —> „hyperaldosteronismus" (ke stanovení stačí náhodný vzorek moče, není třeba znát objem) 58 The ratio [Na+1 / [K+l in urine: U-[Na+] / U-[K+] = 2,4 (generally > 1) < 1 —> „hyperaldosteronismus" (accidental sample of urine is sufficient for determination, we cannot know the volume) 59 OSMOLALITA OSMOLALITY t Výchozí stav Ca>Cb * • •••• • ••••< • ••*• • •••• Osmotický tlak a osmotická rovnováha Ca = Cb ••••••• •••v: •••v; ••••••••••••• • ••>••• ►••V ca=Cb Ca>Cb 61 • o © o • Ca = Cb Osmotic pressure and osmotic equilibrium a b »••e • ••• •••••«i • 2 • ■> • Výchozí stav Ca>Cb * •••V •••v- • ••'••• ►••V ca=Cb •••••• o ooo o o Ca>Cb 62 Á elevace 212F 100° c 1 (zvýšení) bodu varu pure water cista voda roztok osmoticky aktivních částic 32 F 0°C - deprese (snížení) bodu tání boiling-point elevation a solution of osmotic active particles freezing-point depression 63 Osmometrie - kryoskopický princip voda 3 minuta roztok termistorový teploměr ~ 0,001 °c ^r w ■ 3 minuta 64 Osmometry - cryoscopic principle water 3 minuta solution ^T Vt" " 3 minuta thermistor thermometer ~ 0,001 °c 65 Osmolalita krevní plazmy: r«*^ 300 mmol. kg _1 mosEróT kg _1 L muž 290 ± 10 mmol. kg1 žena 285 ± 10 mmol, kg"1 66 The osmolality of blood plasma : ~ 300 mmol. kg _1 mosmpr^g-1 man 290 ± 10 mmol. kg"1 woman 285 + 10 mmol. kg"1 67 Osmolalita krevní plazmy: ~ 300 mmol. kg _1 350 mmol. kg _1 kritická (život ohrožující) hodnota Osmolalita moče: 50-1.400 mmol, kg1 68 The blood plasma osmolality: ~ 300 mmol. kg _1 350 mmol. kg _1 the critical value (life threatening) The urine osmolality: 50-1.400 mmol, kg1 69 Korekční vzorec pro úhradu vody za hypernatremie H20 (litry) = [Na 140 140 • CTV i 60% hmotnosti 70 The correction formula for compensation of water in hypernatraemia : TT ^ /i- \ ÍNa+] - 140 H20 (litres) = -*=-----}---------- TBW 140 60 % of body weight 71 Osmolalita krevní plazmy: Na% K+, HCO3", glukosa, urea P-osmolalita (mmol. kg _1) = = 2[Na+] + [glukosa] + [urea] ( 2 * 140 + 5 + 5 = 290) 72 The blood plasma osmolality: Na% K+, HCO3", glucose, urea P-osmolality (mmol. kg _1) = = 2[Na+] + [glucose] + [urea] ( 2 * 140 + 5 + 5 = 290) 73 U-osm / S-osm : = 2 ^> normální funkce ledvin (dítě i dospělý) = 1 —> isostenurie: 1/ účinná diuretika 2/ renální insuficience *) 3/ norma u novorozence = 0,5 —> intoxikace vodou = 0,2 —> diabetes insipidus ) insuficience: renální < 1,2 < extrarenální 74 U-osm / S- ■osm : = 2 - -> normal kidney function (child and adult) i ni ■> isostenuria: 1/ effective diuretics 2/ renal insufficiency *) 3/ norm in the newborn = 0,5 - ■> water intoxication = 0,2 - ■> diabetes insipidus ) insufficiency: renal < 1,2 < extrarenal Osmolalita moče: ~ 1.200 mmol. kg -1 500 —> urea, + Na+, K+, NH4 výpočet není možný! 76 The urine osmolality: ~ 1.200 mmol. kg -1 500 —> urea, + Na+, K+, NH4 no calculation possible! 77 Osmometr Osmometer Osmometr (kryoskopické měření) : (schéma) 295 NUL (pierfatj cAL 0 7~;/<-« ° i i vYPNUtf ■JSM1A Vzorek nelze měřit opakovaně - zmrznutím a rozmrazením se mění vlastnosti bílkovin ! + 1 mol. kg"1 -> -1,86°C + 1 mmol, kg"1 -> - 0,001.86 °C !! Kalibrace: 9,485 g NaCl / kg vody = 9,485 / 58,443 = 0,161.953 mol NaCl / kg vody = = 161,95 mmol NaCl / kg vody (161,95 * 2 = 323,905 mmol /kg - při úplné disociaci 161,95 * 1,86 = 301,227 mmol/kg = 300 mmol/kg vody 79 Osmometer (cryoscopic measurement) : (scheme) 295 NUL (pierfatj cAL 0 7~;/<-« ° i i VYPNUtf ■JSM1A The sample cannot be measured repeatedly - freezing and unfreezing change properties of protein ! + 1 mol. kg"1 -> -1,86°C + 1 mmol, kg"1 -> - 0,001.86 °C !! The calibration: 9,485 g NaCl / kg water = 9,485 / 58,443 = 0,161.953 mol NaCl / kg water = = 161,95 mmol NaCl / kg water (161,95 * 2 = 323,905 mmol / kg - at completely dissociation 161,95 * 1,86 = 301,227 mmol / kg = 300 mmol / kg water 80 '■■:'■'■■'' ■■'A ■ ■ i ">'■ ':.■*•.,. Onkometr 81 Onkotický tlak - princip měření: Onkotický tlak je část osmotického tlaku plazmy udržovaná makromolekulami. _____________________x / vzorek krevního séra \ / \/ / plazmy tlakové čidlo polopropustná membrána (prostupnost do Mr = 20.000 ) Prostup solného roztoku membránou do vzorkuje podmíněn osmosou. Čidlo měří snížení tlaku solného roztoku (úbytkem jeho objemu „pod" membránou) 82 �81353337594 Oncotic pressure - principle of measurement: The oncotic pressure is a part of the osmotic pressure of plasma maintained by macromoleculs. ____________________- i the sample of blood serum \ / \ /^ /plasma pressure sensor semipermeable membrane (permeability to Mr = 20.000 ) The permeability of saline solution into sample through the membrane is given by osmosis. The sensor measures the pressure decrease of saline solution (due to decrease its volume „under" membrane) Onkotický tlak = koloidné osmotický tlak = „COP" (colloid osmotic pressure) COP = 2,66 - 3,33 kPa (přibližně 3 kPa) COP = 1,33 - 2,66 kPa —> hrozící edém plic COP < 1,4 kPa —> nelze přežít bez i.v. podání albuminu (na albumin připadá přibližně 80 % COP plazmy) The oncotic pressure = colloid osmotic pressure = „COP" COP = 2,66 - 3,33 kPa (approximately 3 kPa) COP = 1,33-2,66 kPa —> danger of edema pulmonum COP < 1,4 kPa —> no survive without i.v. administration of albumin (80 % COP of plasma ensures albumin) 85 Kapilára - pohyb kapaliny mezi plasmou a IST tlak arteriální konec kapiláry onkotický tlak hydrostatický tlak délka krevní kapiláry venózní konec kapiláry hydrostatický tlak převyšuje onkotický —> filtrace kapaliny do intersticia onkotický tlak převyšuje hydrostatický —> resorpce 1ST zpět do kapiláry 86 pressure Capillary - the movement of fluid between plasma and ISF : arterial end of capillary hydrostatic pressure exceeds oncotic pressure —> filtration of fluid into ISF oncotic pressure hydrostatic pressure length of blood capillary venous end of capillary oncotic pressure exceeds hydrostatic pressure —> reabsorption of ISF back to the capillary 87 Onkotický tlak - normální koncentrace krevních bílkovin : P-albumin = 35-50 g . ľ1 P-celková bílkovina = 62-82 g . ľ1 Srovnej: těžké otoky a ascites u závažných hypoproteinemií typu kwashiorkor ! 88 The oncotic pressure - normal concentrations of blood proteins : P-albumin = 35-50 g . ľ1 P-total protein = 62-82 g . ľ1 Compare: grave swelling and ascites in serious hypoproteinemias of the kwashiorkor type ! 89 90