Průměrný podíl vody na hmotnosti lidského těla činí 60%. Rovnoměrné a stálé rozložení vody a v ní rozpuštěných látek v různých tělesných kompartmentech je jeden ze základních předpokladů pro zajištění všech životně důležitých funkcí v organismu.
Zásadnímu významu vody pro metabolismus a správnou funkci buněk, tkání, orgánů i celého těla odpovídá dokonalý mechanismus regulace jejího objemu, složení i rozdělení do jednotlivých tělesných kompartmentů. Tělesná voda je v buňkách prostředím pro všechny enzymatické i jiné fyzikálněchemické reakce, transport substrátů a produktů  a zachování optimálního objemu nitrobuněčných struktur, buněk a tkání. V makroměřítku organismu je klíčová pro efektivní cirkulaci krve s optimální perfuzí tkání.
Na regulaci objemu a pohybu vody v organismu se podílejí systémy vybavené citlivými osmo-, volumo- a baroreceptory. V centru regulačních smyček, jejichž cílem je udržení (zachování) optimálního obsahu a rozložení vody v těle je sodný kationt (Na+) , který se 90 % podílí na osmolalitě extracelulární tekutiny.
Účinky mechanismů regulujících osmolalitu, Na+  a vodu se proto vzájemně ovlivňují a prolínají (viz také kapitola Význam stanovení Na,K,Cl).

 

Bilance vody.

Vodní bilance má straně příjmů vodu přijatou potravou  (nápoje a potraviny) a vodu metabolickou (kolem 0,2 l/den). Výdej zahrnuje moč, ztráty stolicí (běžně 0,1 l/den, při průjmech několik litrů), ztráty potem (0,1 l), odpařováním kůží  při termoregulaci (0,35 l) a ztráty vydechovaným vzduchem v plicích (0,35 l). Ztráty kůží, potem a plícemi, a zisk metabolismem se označují za neměřitelné (při zjišťování vodní bilance je nelze vyčíslit), je však s nimi nutno počítat. Při běžných okolnostech činí neměřitelné ztráty přibližně 700 ml /den, zvyšují se však při horečce a zvýšeném pocení a naopak se mohou snižovat při umělé ventilaci.
Regulace objemu, osmolality a složení vody v různých tělových kompartmentech primárně slouží pro optimální stav v intracelulárním prostoru v reakcích na změny ECT.
Z glomerulárního filtrátu (primární moč) o denním objemu cca 180 litrů je unikátní činností jednotlivých částí nefronů 99 % resorbováno zpět za produkce definitivní moče s osmolalitou v rozsahu 50 – 1400 mmol/kg v závislosti především na extrémech v příjmu vody.
Vylučování denní osmotické nálože močí může i za fyziologických okolností značně kolísat. U zdravých osob s vysokým příjmem soli a bílkovin a s vysokou fyzickou aktivitou mohou být hodnoty vyloučené osmotické nálože vyšší než 1500 mmol/24 hod. Naopak při nízkém příjmu bílkovin a v tělesném klidu u hospitalizovaných nekatabolických osob klesá denní vylučování osmotické nálože pod 600 mmol.
V kritických stavech je vylučování osmotické nálože významně zvýšeno. Na tomto vylučování se podílejí především vysoké hodnoty močoviny, iontů a časté glykosurie při zhoršené toleranci glukózy, osmoterapeutika, event. látky o malé molekule vylučované při katabolismu a intoxikacích. Ztráty nad 1500 mmol/den se vyskytují u více než 1/3 hyperkatabolických pacientů a ani ztráty dosahující 3000 mmol/den a více nejsou vyjímečné
Vylučování takto vysoké osmotické nálože představuje značné nároky na funkci ledvin. Pokud je jejich koncentrační schopnost snížená, např. po hypoxických příhodách, po intenzivní léčbě diuretiky, nebo při depleci kalia, musí být nemocní dostatečně závodńováni, mají-li tuto vysokou osmotickou nálož vyloučit a zabránit tak retenci osmoticky aktivních katabolitů v organismu.

 

Osmolalita

je fyzikální vlastnost roztoku založená na koncentraci rozpuštěných látek vyjádřená jako mmol/kg (w/w).  Osmolalita má vztah ke změnám četných vlastností roztoku vzhledem k bezsolutové vodě jako například snížení bodu tuhnutí a snížení tenze vodních par. Tyto tzv. koligativní parametry (vlastnosti závislé na počtu molekul) jsou také základem rutinního měření osmolality v biologických vzorcích.
Termín osmolarita představuje vyjádření mmol/l (w/v..weight/volum). Je nepřesný (nevhodný) při hyperlipidémii a hypeproteinémii; pro měření v moči; za přítomnosti některých osmoticky aktivních látek jako např. alkohol nebo manitol. Navíc je vztažení na objem roztoku, který je teplotně závislý.

 

Regulace osmolality a tělesné vody

Systémová regulace osmolality

Udržování vodního a iontového hospodářství je založeno na regulaci osmolality a objemu extracelulární tekutiny. Přestože je tato regulace řízena rozdílnými mechanismy, je průsečíkem obou regulačních systémů vztah ke koncentraci  Na+ iontů v plazmě. Osmolalita (ovlivněná především koncentrací Na+) je regulována změnami bilance vody a intravazální objem je regulován změnami koncentrace Na+.
Rozhodujícím hormonem pro regulaci osmolality je antidiuretický hormon (ADH). ADH je nonapeptid syntetizovaný v hypothalamu (nucleus supraopticus a paraventricularis). Sekreční granula s ADH jsou skladována v zadním laloku hypofýzy. Poločas ADH je ca 15-20 minut.
Na zvýšenou osmolalitu krve, která je zaznámenána osmoreceptory v hypothalamu, reaguje hypotalamus impulzem ke zvýšení sekrece antidiuretického hormonu (ADH) spolu s vyvoláním pocitu žízně.
Přirozenou odpovědí na pocit žízně je zvýšený příjem tekutin, který vede ke zvýšení obsahu vody v extracelulárním prostoru, naředění zvýšené koncentrace Na+ s následným poklesem osmolality plazmy. Žízeň je rozhodujícím prostředkem v regulaci příjmu tekutin v závislosti na osmolalitě plazmy. Stimulem je zvýšení osmolality o 2% a více.
Hormonální regulaci osmolality zajišťuje ADH řízením vylučování vody ledvinami. ADH je krví transportován do ledvin, kde působením na V2 receptory v distálním tubulu a spojovacím segmentu aktivuje aquaporiny. Zvýší se tak resorpce vody v distální části ledvin. Zadržená voda v ledvinách sníží osmolalitu plazmy s následným utlumením sekrece ADH. K zajištění osmolality v rozmezí 285±10 mmol/kg  reagují osmoreceptory v hypotalamu velmi rychle i na malé změny osmolality plazmy. 1%-2% vzestup osmolality vede ke čtyřnásobnému vzestupu koncentrace ADH v cirkulaci. Naopak pokles osmolality o 1%-2% zastavuje sekreci ADH. Odpověď je rychlá.

Na sekreci ADH se podílí i další faktory.  Baroreceptory aortální a karotické a volumoreceptory atriální stimulují sekreci ADH při poklesu krevního tlaku o 10 %. Simultáně se při poklesu tlaku zvyšuje aktivita sympatiku v srdci a cévách a zpětnovazebně je podporován účinek ADH i pocit žízně. ADH cirkulující v krvi působí působí na arterioly a vyvolává jejich konstrikci. Snížení průtoku krve ledvinami vyvolá uvolnění reninu, který vede ke zvýšení tvorby angiotensinu II. Angiotensin II působením v mozku vyvolá uvolnění ADH

Renální regulace se významněji uplatňuje při zvládání nadbytku vody v organismu, zatímco žízeň je významnějším regulátorem v prevenci vzniku deficitu vody a dehydratace.

Regulace osmolality na úrovni buňky

Pro rozložení a přesuny vody mezi buňkami a extracelárními prostory je rozhodující efektivní osmolalita tekutin. Její hodnota je ovlivněna látkami, které se akumulují pouze v některém z prostorů a nemohou samovolně přecházet přes kapilární stěnu nebo buněčné membrány. Typicky se jedná o sodné ionty a glukózu. Při  zvýšení jejich koncentrace v ECT se tato tekutina stane oproti ICT hypertonickou (její efektivní osmolalita je vyšší)  a naopak, při poklesu jejich koncentrace  se efektivní osmotický tlak ECT sníží. Změny hodnoty efektivní osmolality vedou k přesunům vody do prostoru s její vyšší hodnotou. Tento proces trvá tak dlouho, až je opět dosaženo osmotické rovnováhy. Močovina, která přechází  volně přes buněčné membrány efektivní osmolalitu a tím i přesuny vody nepůsobí.

Nachází-li se buňka v hypertonickém prostředí, typicky při hypernatremii, začne rychle ztrácet vodu. Snížený intracelulární objem aktivuje pochody, které zvýší obsah osmoticky aktivních látek následovaný vstupem vody do buňky a   úpravou buněčného  objemu. Dochází zejména k influxu Na+ iontů, např.mechanismem Na+ Cl- symportu, Na+ K+ 2Cl- symportu, Na+/H+ antiportu. Tyto mechanismy založené na zvýšení intracelulární koncentrace sodných iontů jsou efektivní jen krátkodobě, protože velmi rychle následuje zvýšení aktivity Na+/K+ pumpy. Proto buňky, které se pravidelně dostávají do kontaktu s hypertonickým extracelulárním prostředím, zejména mozkové buňky, mají k dispozici další sekundární mechanismy sloužící k udržení optimálního objemu. Po několika hodinách mohou začít syntetizovat speciální osmoticky aktivní organické sloučeniny. Povaha těchto molekul byla dlouho neznámá, byly nazývány idiogenní osmoly. V poslední době bylo zjištěno, že jde o více organických sloučenin (polyoly, aminokyseliny, aminy, cholinové sloučeniny, fosfokreatinin). Díky tomu jsou pacienti s chronickou hypernatrémií nebo diabetickou hyperglykémií schopni tolerovat vysoké hodnoty osmolality plazmy bez poškození mozkových buněk.

Jestliže se buňka ocitne v hypotonickém prostředí, její objem se přesunem vody začne zvyšovat. Reakcí k zachování buněčného objemu dochází  k aktivaci transportních pochodů vedoucích  ke snížení obsahu osmoticky aktivních látek v buňce, vyrovnání osmolality a zachování buněčného objemu. Různé buňky využívají různé regulační mechanismy, nejčastěji se jedná o zvýšené uvolňování K+ zprostředkované stimulací kanálů pro K+. V mozkových buňkách se snižuje obsah organických sloučenin (idiogenních osmolů).  

 

Regulace intravazálního objemu.

Adekvátní intravazální objem je nezbytný pro udržení krevního tlaku a k zajištění potřebné perfuze tkání a orgánů. Při kontrole intravazálního objemu se uplatňuje regulace obsahu (množství) Na+ a vody.
Systém renin-angiotenzin-aldosteron odpovídá primárně za  snížení intravazálního objemu.
Renin je vylučován juxtaglomerulárními buňkami v aferentních arteriolách ledvin v blízkosti ledvinných glomerulů jako reakce na  snížené prokrvení ledvin.
Renin konvertuje angiotenzinogen na angiotenzin I, ze kterého posléze vzniká angiotenzin II. Angiotenzin II působí vasokonstrikci, která rychle zvýší krevní tlak a současně zvýší sekreci aldosteronu, který zvýší retenci Na+  a vody, která Na+ doprovází.

Obr. 1  Působení změn osmolality a intravazálního objemu na metabolismu Na+ a vody.
(Clinical Chemistry; technics, principles, correlations. Sixth eddition.  M.L.Bishop, E.P.Fody, L.E.Schoeff. Wolters Kluwer/Lippincott Williams&Wilkins, 2010)
Recenzentem doporučeno převést obrázek do češtiny.



Změny intravazálního objemu jsou primárně detekovány serií tenzních receptorů umístěných v různých místech kardiopulmonální cirkulace, karotickém sinu, oblouku aorty a glomerulárních arteriolách. Signály z těchto receptorů aktivují řadu odpovědí, které mají za cíl upravit intravazální objem  úpravou cévního odporu, srdečního výdeje a renální retencí nebo exkrecí Na+ a vody.

Další faktory ovlivňující intravazální objem.
Natriuretické peptidy: atriový natriuretický peptid (ANP) a mozkový natriuretický peptid (BNP) uvolňované ze srdečních síní a komor jako odpověď na expanzi intravazálního objemu podporují exkreci Na+ v ledvinách; BNP a ANP působí společně v regulaci krevního tlaku a vodní bilance.
Volumoreceptory stimulují nezávisle na osmolalitě rovněž uvolňování ADH, který šetří vodu renální reabsorpcí.
Glomerulární filtrace se zvyšuje a snižuje se zvýšením a snížením intravazálního objemu.
1%-2% snížení tubulární reabsorpce Na+  může zvýšit ztráty vody řádově v litrech za den.
Osmolalita moče má široké rozmezí v závislosti na   příjmu vody a stavu hydratace organismu.

 

Deficit vody-dehydratace.

Nedostatek vody způsobený nedostatečným příjem nebo nadměrnými ztrátami vede k vzestupu osmolality plazmy. Oba regulátory, žízeň a ADH jsou aktivovány. Zatímco ADH minimalizuje ztráty vody, je žízeň hlavním korekčním faktorem. Ten ovšem nepůsobí u osob s poruchou vědomí a může selhat u starých lidí, dětí nebo v případech nemožnosti pít či jinak zajistit dostupnost vody. Osmotická stimulace žízně výrazně klesá u osob starších 70-ti let.
Deficit vody, dehydratace, vede k zahuštění vnitřního prostředí, které se v plazmě projeví hemokoncentrací, tj. vzestupem koncentrace hemoglobinu, bílkovin a močoviny se zvýšením hematokritu (ke zvýšení nad referenční meze dojde pouze při výchozích hodnotách v referenčních mezích; původně snížené hodnoty se mohou pouze „upravit“). Podle hodnoty  osmolality můžeme rozlišit izotonickou, hyper- a hypotonickou dehydrataci.

 

Izotonická dehydratace

je způsobena ztrátou tekutiny, která je izotonická s krevní plazmou (zvracení, průjem, popáleniny). Ztráta není provázena vzestupem osmolality ECT, proto nedochází ke kompenzačnímu přesunu vody z ICT. Jsou známky hemokoncentrace, snižuje se kožní turgor, klesá diuréza. Snížený objem krve stimuluje renin a sekreci aldosteronu. Tím je zvýšena absorpce sodíku z distálního tubulu a tím pádem jeho nízká koncentrace v moči. Vzhledem k relativně malému objemu ECT může dojít rychle k hypovolémii, centralizaci krevního oběhu a jeho selhání.

 

Hypertonická dehydratace

je způsobena nedostatkem/ztrátou prosté vody. Nejčastější příčinou je snížený příjem vody (bezvědomí, snížený pocit žízně, nemožnost polykat) nebo nedostatečně hrazené ztráty (polyurická fáze renálního selhání, diabetes insipidus centrální nebo nefrogenní). Vedle známek hemokoncentrace se zvyšuje osmolalita a koncentrace Na+ v ECT. Hyperosmolalita ECT vede k přestupu vody z ICT ve snaze korigovat porušenou osmotickou rovnováhu. Vzhledem k dvojnásobnému obsahu vody v ICT se může z počátku porucha v ECT korigovat a oddálit tak klinické projevy hypovolémie.
 

Hypotonická dehydratace

je méně častá. Vzniká při ztrátách tekutiny s relativně vyšším obsahem Na+ než je v ECT (pankreatická píštěl, některé typy průjmů). Relativní hyperosmolalita ICT vede k přesunu vody do tohoto prostoru s prohloubením již existující hypovolémie.

 

Nadbytek vody-hyperhydratace

Nadbytečný příjem nebo nedostatečné vylučování vody vede k poklesu osmolality.
Oba regulátory (žízeň i ADH) jsou utlumeny. V nepřítomnosti ADH není voda z primární moče reabsorbována, tvoří se velký objem zředěné moče. Normálně fungující ledviny působí tak účinně, že ani nemusí dojít k hypoosmolalitě a hyponatrémii (pijáci piva).
Za patologických situací může dojít k izotonické, hypotonické nebo hypertonické hyperhydrataci.

 

Izotonická hyperhydratace

vzniká při hromadění izotonické tekutiny vedoucí ke zvýšení objemu ECT, aniž se mění její osmolalita. Vyskytuje se u pacientů se srdečním selháním, dekompenzovanou cirhózou a nefrotickým syndromem. Tyto stavy jsou provázeny sekundárním hyperaldosteronismem s retencí sodíku a vody. Jsou přítomné známky hemodiluce (pokles proteinéme, hemoglobinu a hematokritu), osmolalita i koncentrace Na+  je v referenčních mezích, zásoby Na+  jsou většinou zvýšené. Jsou přítomné otoky případně ascites.

 

Hypotonická hyperhydratace

provází stavy, u kterých je omezená možnost vylučování vody, která je přiváděna v nadbytku, například při selhání ledvin a u kardiaků. U polytraumat dochází ke kapilárnímu úniku vody a tím rovněž k sekundárnímu hyperaldosteronismu, díky kterému lze v počátcích léčby snadno pacienty převodnit.
Jsou přítomné laboratorní projevy hemodiluce, hyponatrémie a hypoosmolalita.

Zvláštní skupinu tvoří pacienti s tzv. syndromem inadekvátní sekrece antidiuretického hormonu (SIADH). Ten může provázet některá zánětlivá a nádorová onemocnění plic a CNS, stavy po úrazech a operacích. U těchto stavů je zvýšená produkce ADH, aniž by byla vyvolána zvýšenou osmolalitou nebo hypovolémií.
Podobný klinický i laboratorní obraz provází tzv. cerebral salt wasting syndrome (CSWS) způsobený patologickou nadprodukcí natriuretického peptidu. V obou případech je přítomna hyponatrémie a hypoosmolalita.
Zatímco u CSWS nacházíme známky dehydratace, u SIADH je intravaskulární objem normální nebo jen mírně zvýšený.
 

Hypertonická hyperhydratace

vzniká spíše iatrogenně hrazením ztrát čisté vody fysiologickým roztokem (154 mmol Na+/L), podáním hypertonických roztoků, pitím mořské vody apod.

Ledviny jsou nuceny reagovat  na extrémní situace v bilanci vody, což je umožněno jejich schopností vytvářet moč v širokém rozsahu osmolality (50 – 1500 mmol/kg).
 

Příčiny hyperosmolality

•  Hypertonická dehydratace (žíznění, diabetes insipidus centrální i nefrogenní)
•  Hyperglykémie….hyperosmolální diabetické koma
•  Otrava nízkomolekulárními látkami (1‰ etylalkoholu=23 mmol/kg, metanol,   etylénglykol..)

Při terapeutické úpravě poruch efektivní osmolality ECT platí zásada pečlivě řízené pozvolné úpravy (max. změna osmolality séra o 2-4 mmol/kg za hodinu, především s ohledem na nebezpečí vzniku poškození CNS.
Hypoosmolalita ECT vede k průniku vody do relativně hyperosmolálního prostředí CNS za vzniku edému mozku a zvýšení nitrolebního tlaku s neurologickými příznaky (bolesti hlavy, dezorientace, letargie, zvracení) včetně nebezpečí herniace mozkového kmene. Kompenzačně dochází v mozkových buňkách během 24 hodin k poklesu obsahu Na+ i K+  a do 48 hodin ke snížení obsahu organických látek (polyolů) s poklesem efektivní osmolality.
Hyperosmolalita ECT a zvláště příliš rychlá úprava předchozí hypoosmolality ECT vede k dehydrataci mozku s prudkým zmenšením objemu mozkových buněk s demyelinizací a poškozením mozkových kapilár. Klinické příznaky jsou opět neurologické.
 

Měření osmolality

Osmolalita krevní plazmy se zjišťuje pomocí osmometrů založených převážně na měření snížení teploty bodu tuhnutí. Osmometry na kryoskopickém principu jsou vybaveny velmi citlivými termistory měřících s přesností na tisícinu °C. 1 mol rozpuštěné nedisociované látky způsobí pokles hodnoty bodu tuhnutí roztoku o –1,86 °C.


Osmolalita krevního séra u zdravých lidí má rozpětí 285±10 mmol/kg. K celkové osmolalitě plazmy přispívá více než z 90% kation Na+ a jeho doprovodné anionty Cl-  a HCO3- . Ostatní kationty a anionty mají jen malý podíl. Z neelektrolytů se podílí hlavně glukóza a močovina. Vzhledem k tomu, že močovina snadno proniká do intracelulárního prostoru a nepůsobí tak osmotický gradient mezi ECT a ICT, nepočítá se mezi látky s efektivním vlivem na osmolalitu určenou k léčebné korekci.

V klinické praxi se osmolalita krevní plazmy rovněž odhaduje výpočtem z látkových koncentrací (mmol/l) osmoticky významných  součástí plazmy. O hodnotě osmolality plazmy (séra) rozhoduje především  koncentrace Na+  a jemu odpovídajících aniontů, dále urea, glukóza a v malé míře bílkoviny. Existuje celá řada empirických vztahů, např.:

 

osmolalita plazmy (mmol/ kg  H2O) ≈ 2 [Na+] + [glukosa] + [močovina]

(vše v mmol/l)

 

Tyto výpočty se provádějí i tehdy, je-li známa hodnota osmolality zjištěná měřením. Naměřená hodnoty osmolality je obvykle jen o 5-10 mmol/kg vyšší než vypočítaná. Větší rozdíl mezi přibližným výpočtem a změřenou hodnotou (tzv. osmolární okno, osmolární gap) upozorní na přítomnost většího množství nízkomolekulárních   látek normálně se v plazmě nevyskytujících, např. alkoholu, acetonu, ethylenglykolu. Je-li rozdíl mezi měřenou a odhadovanou osmolalitou větší než 10 mmol/kg je přítomnost těchto látek v plazmě velmi pravděpodobná. Např. 1 ‰ alkoholu zvyšuje osmolalitu o 23 mmol/kg. Přítomnost těkavých arteficiálních látek lze prokázat pouze kryoskopickým způsobem měření, nikoliv měřením na principu snížení tenze vodních par. Při hodnocení osmolálního okna je třeba počítat s tím, že i podání osmoticky aktivních látek, jako např. manitol vede ke zvýšení osmolality plazmy.

Procentuálně malý, avšak důležitý  podíl (~ 0,5 % z celkového  osmotického tlaku) mají molekuly proteinů, především albumin.Tato vlastnost  bílkovin se označuje jako koloidně-osmotický (onkotický) tlak a je důležitý pro přesuny vody mezi plazmou a intersticiem. Vysokomolekulární látky nepronikají za normálních okolnosti z cévního prostoru do intersticia, působí tak proti hydrostatickému tlaku krve a přispívají tak k udržení  intravazálního objemu. Dramatické zhoršení této funkce provází šokové stavy s poruchou permeability a únikem albuminu do intersticia.

Za kritické hodnoty osmolality séra jsou považovány hodnoty <250 mmol/kg a >325 mmol/kg.
 

Význam stanovení osmolality

Sérum

• Diferenciální diagnostika poruch vodního a iontového hospodářství
• Zjištění závažnosti a stupně hyperosmolálních stavů
• Kontrola a sledování poklesu osmolality při léčbě hyperosmotických stavů
• Zjištění tzv. osmolálního okna z rozdílu měřené a vypočítané osmolality

Moč

• Sledování vylučování osmotické nálože u hyperkatabolických stavů
• Stanovení koncentrační schopnosti ledvin v rámci koncentračního pokusu (adiuretinový test)

Sérum/moč

• Určení osmolálního indexu (UOsm / SOsm) v dif. dg renálních a prerenálních poruch
• Výpočet osmolální clearance (ClOsm) a clearance bezsolutové vody (ClH2O.

Literatura
Clinical Chemistry; technics, principles, correlations. Sixth eddition.  M.L.Bishop, E.P.Fody, L.E.Schoeff. Wolters Kluwer/Lippincott Williams&Wilkins, 2010

Burtis C. A., Ashwood E. R. Tietz Textbook of Clinical Chemistry and Molecular Diagnostics. 4th. Edition, Elsevier, Saunders, 2006.

Racek J. a kol. Klinická biochemie. 2. vydání. Galén, Praha, 2006.

Schneiderka, P. a kolektiv: Vybrané kapitola z klinické biochemie. 2.dopl. a přepr. vyd.,Praha, Karolinum, 2004