اختلالات مایع و الکترولیت بدن انسان

محتوای مایع و الکترولیت‌ها در سلول‌ها و فضاهای مایع بدن (fluid compartment) علی رغم نوسانات زیاد در بافت آنها، بطور قابل توجهی ثابت می‌ماند. این اثبات، از طریق حرکت مایع و مواد محلول در آن در داخل و خارج سلول‌های بدن و توسط توان کلیه برای تنظیم میزان دفع آب، الکترولیت‌ها و مواد محلول در خون و منطبق نمودن میزان ورودی این مواد به بدن با نیاز بدن به آنها، حفظ می‌شود. در افراد سالم میزان مواد محلول در آب بدن بین 285 تا 295 میلی‌اسمول به ازای کیلوگرم آب حفظ می‌شود. توانایی قابل ملاحظهٔ کلیه برای تنظیم حجم ادرار از mL500 تا L 24 در 24 ساعت، تنظیم دقیق آب بدن و غلظت مواد محلول در آن را امکان‌پذیر می‌سازد. توانایی کلیه برای انجام اعمال خود به طور ذاتی به محور تشنگی ـ هیپوفیز عصبی ـ کلیه (thirst – neurohypophysial – renlaxis) بستگی دارد.

اختلالات حجم

تقریباً 60% از کل وزن بدن انسان را آب تشکیل می‌دهد (شکل 1 ـ 28). کل آب بدن (total – body water)، نسبت معکوس با میزان چربی بدن دارد و میزان چربی برحسب سن، جنس و وضعیت تغذیه متفاوت است. تقریباً دوسوم از کل آب بدن در بخش داخل‌سلولی قرار دارد. سه چهارم از آّب خارج سلولی در فضای بینابینی و یک چهارم آن در پلاسما قرار دارد. پتاسیم و منیزیم کاتیون‌های اصلی فضای فضای داخل سلول را تشکیل می‌دهند و سدیم کاتیون اصلی فضای خارج سلولی است. آنیون‌های اصلی فضای داخل سلولی، فسفات و پروتئین و آنیون‌های اصلی فضای خارج سلولی، کلروبی‌کربنات هستند. غشای سلول به صورت سدی بین مایع داخل‌سلولی و مایع خارج‌سلولی عمل می‌کند. از آنجا که غشای سلول نسبتاً به آب نفوذپذیر است، حرکت مایع بین دو بخش داخل‌سلولی و خارج‌سلولی به شیب فشار اسموتیک بستگی دارد. از این‌رو، صرف‌نظر از تغییرات گذرا، فضاهای مایع داخل و خارج‌سلولی در تعادل اسموتیک هستند. انتقال مایع بین بخش داخل عروقی و بافت بینابینی از جدارهٔ مویرگ‌ها قابل انجام است و تابع تعادل شیب فشار هیدروستاتیک و شیب فشار انکوتیک پلاسما است که بر طبق معادلهٔ استارلینگ به شرح زیر است:

([π∆σ – P∆ × K_f) = J_v

که در این معادله J_v سرعت انتقال مایع بین بخش داخل عروقی و بخش بینابینی، K_f نفوذپذیری بستر مویرگی نسبت به آب، P∆ اختلاف فشار هیدرواستاتیک در مویرگ و بافت بینابینی، π∆ اختلاف فشارهای اسموتیک کولوئید در پلاسما و مایع بینابینی و σ ضریب (آلبومین = 1) هستند.

به این ترتیب، افزایش نیروی محرک حرکت مایع به داخل بخش بینابینی ممکن است ناشی از کاهش فشار انکوتیک کولوئید پلاسما (مثلاً بر اثر هیپوآلبومینمی)، یا افزایش فشار هیدرواستاتیک مویرگی (مثلاً در نارسایی احتقانی قلب) باشد.

حفظ تعادل (هومئوستاز) طبیعی حجم

کلیه، نقشی حیاتی در تنظیم ثبات حجم مایع خارج سلولی (ECF) دارد. پاسخ به کاهش ECF، شامل پاسخ‌های همودینامیکی می‌شود که برون‌ده قلبی و مقاومت محیطی عروق را برای ثابت نگه داشتن فشار خون تنظیم می‌کنند و هم‌چنین، پاسخ‌های اولیهٔ کلیه که تعادل سدم و آب خارجی را تنظیم می‌کنند. این پاسخ روی هم، پاسخ منسجم حجمی (integrated volume reponse) نامیده می‌شود (شکل 2 ـ 28). تغییرات همودینامیک ظرف چند دقیق پس از درک کاهش حجم روی می‌دهند و مشخصه آنها تاکیکاردی، افزایش مقاومت محیطی به علت انقباض شریانی و کاهش ظرفیت وریدی به علت تنگ شدن وریدها است. احتباس آب و نمک توسط کلیه با تأخیری در حدود 12 تا 24 ساعت صورت می‌گیرد و طی آن هورمون‌های متعددی آزاد می‌شوند (شکل 2 ـ 28). تحریک گیرنده‌های فشار خارج کلیوی، همچنین موجب آزادسازی هورمون ضدادراری (ADH) می‌شود که احتباس آب در کلیه‌ها را تحریک می‌کند. عوامل تنگ‌کنندهٔ عروق نظیر آندوتلین‌ها که توسط سلول‌های آندوتلیال عروق تولید و آزاد می‌شوند نیز در تنظیم همودینامیک سیستمیک نقش دارند. افزایش مقاومت شریانچه‌های وابران، کسر پالایشف غلظت پروتئین دور توبولی و با زجذب سدیم و آب را در لوله‌های نزدیک افزایش می‌دهد. پروستا گلاندین‌های متسع‌کنندهٔ عروق مانند پروستا گلاندین E₂، این تأثیر را بر انقباض عروق تعدیل می‌کند و از طریق افزایش جریان خون در موارد همراه با کاهش حجم ECF، میزان پالایش گلومرولی (GFR) را ثابت نگه می‌دارد. به همین دلیل، استفاده از داروهای ضدالتهابی غیراستروئیدی رد شرایط کاهش حجم، بسیار مضر است.

در پاسخ به افزایش حجم، مکانیسم‌های فوق، مهار شده و دفع کلیوی آب و نمک افزایش می‌یابد. آزاد شدن پپتید ناتریورتیک دهلیزی (ANP) (atrial natriuretic peptide) عامل عمده‌ای در دفع سدیم در حالات افزایش حجم است. ANP از میوسیت‌های دهلیزی، و در پاسخ به کشش دهلیز بر اثر افزایش حجم آزاد می‌شود. ترشح این پپتید، از طریق افزایش GFR و جلوگیری از بازجذب سدیم در مجرای جمع‌کننده، موجب ناتریورز می‌شود.

تنظیم غیرطبیعی حجم

پاسخ منسجم حجمی، به مکانیسم‌های مختلفی بستگی دارد که تغییرات حجم مؤثر در گردش (ECV) را حس می‌کنند. تعیین ECV مشکل است زیرا یک جزء قابل اندازه‌گیری و مجزا از بقیهٔ بخش‌های مایع بدن نمی‌باشد. ECV، به پر بودن و میزان تحت کشش بودن درخت شریانی برمی‌گردد. از آنجا که تنها 15% از کل حجم خون در شریان‌ها جریان دارد، حجم خون شریانی می‌تواند در اثر کاهش ظرفیت نگه‌داری درخت شریانی کاهش می‌یابد. در اکثر موارد، ECV با حجم کل خارج سلولی متناظر است؛ مگر در اختلالات خاصی که ECV علی‌رغم افزایش حجم خارج‌سلولی کل، کاهش می‌یابد (جدول 1 ـ 28). در این اختلالات، ECV به دلیل کاهش برون‌ده قلبی یا اتساع شریان‌ها که میزان پر بودن و تحت کشش بودن گردش خون شریانی را تقلیل می‌دهند، کاهش می‌یابد.

از آنجا که گیرنده‌های حسی آوران نسبت به ECV پاسخ می‌دهند و نه حجم کلی مایع خارج سلولی، در حالات مرضی نظیر نارسایی احتقانی قلی و سیروز کبد، تحریک پاسخ منسجم حجمی همچنان ادامه می‌یابد و این امر موجب احتباس هر چه بیشتر آب و نمک می‌شود.

کاهش حجم

اختلالات حجمِ خارج سلولی به علت تغییر در تعادل سدیم ایجاد می‌شوند. علل کمبود واقعی حجم (یعنی کاهش ECV و حجم کل مایع خارج سلولی) در جدول 2 ـ 28 نشان داده شده است. دفع از مسیرهای غیر از کلیه، شایع‌ترین علت بالینی کاهش حجم است و وقتی در حضور عملکرد طبیعی کلیه‌ها رخ می‌دهد، ادرار بسیار غلیظ و اسیدی می‌شود و میزان نمک آن کاهش می‌یابد. وقتی دلیل کاهش حجم، دفع کلیوی است، ادرار به طور نامتناسبی رقیق و گاهی غنی از نمک است. سندرم دیابت بی‌مزه کلیوی، یکی از علل این وضعیت است و در انواع مادرزادی این سندرم، جهش‌هایی که منجر به از دست رفتن عملکرد می‌شوند، درگیرندهٔ V₂ ی وازوپرسین رخ می‌دهند (وابسته به X). هم‌چنین در انواع اتوزومی غالب و مغلوب، جهش در آکواپورین ـ 2 (aquaporin – 2) (کانال آب مجرای جمع‌کننده)، آن را غیرفعال می‌سازد. یافته‌های بالینی در حالات کمبود واقعی حجم، به دلیل کاهش پرشدگی درخت شریانی و پاسخ کلیه و همودینامیک به این مسأله پدید می‌آیند. کمبود خفیف حجم ممکن است با گیجی ارتوستاتیک (وضعیتی) و تاکیکاردی همراه باشد. کاهش بیشتر حجم داخل سلولی باعث می‌شود تاکیکاردی در حالت خوابیده نیز ایجاد می‌شود و برون‌ده ادراری کاهش می‌یابد. کمبود حجم شدید ممکن است موجب انقباض عروق، افت فشار، منگی ذهنی (mental obtundation)، سردی اندام‌ها و کاهش شدید ادرار می‌شود. بسیاری از این ویژگی‌های بالینی را می‌توان براساس اثرات هورمون‌های تنگ‌کنندهٔ عروق نظیر کاتکول آمین و آنژیوتانسین II که در پاسخ به کاهش حجم آزاد می‌شوند، توضیح داد.

ممکن است بدون بروز یافته‌های بالینی کلاسیک، حجم به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد. کاهش حجم در بیمارانی که داروهای قلبی ـ عروقی دریافت می‌کنند و از دست دادن مفرط سدیم از راه کلیه به دلیل بیماری داخلی کلیه یا مصرف مُدر، موادی هستند که ارزیابی میزان مایع بدن ممکن است مشکل باشد. شرح حال بالینی دقیق و به ویژه دانستن وزن قبلی بیمار ضروری است. در صورتی که در مورد میزان آب بدن شکی وجود داشته باشد، بخصوص در بیمار بسیار بدحال، سنجش فشار ورید مرکزی با استفاده از کاتتریزاسیون امکان آن را فراهم می‌کند که وضعیت حجم داخل عروقی ارزیابی شود.

مقدار دقیق مایع مورد نیاز و سرعت جایگزینی مایع به شدت کمبود حجم بستگی دارد که این شدت را می‌توان براساس تظاهرات بالینی تخمین زد. در صورتی که جایگزینی مایع به صورت تزریق وریدی انجام می‌شود، توجه به توزیع مایع تزریق شده حائز اهمیت است. محلول‌های حاوی کلریدسدیم 9/0% و محلول‌های کولوئید که تقریباً تمام حجم آنها در فضای خارج سلولی باقی می‌مانند، محلول‌های تزریقی ترجیحی در درمان کاهش حجم هستند. از طرف دیگر، فقط یک سوم از محلول گلوکز 5% (D₅W) در بخش خارج سلولی باقی می‌ماند.

افزایش حجم

افزایش حجم زمانی روی می‌دهد که میزان دریافت آب و نمک از میزان دفع این مواد از راه کلیه یا از راه غیرکلیه بیشتر باشد. علل این حالت در جدول 3 ـ 28 ذکر شده است. اختلال زمینه‌ای مشترک در تمامی حالات افزایش حجم، احتباس آب و نمک توسط کلیه است. این احتباس ممکن است اولیه بوده و منجر به افزایش ECV گردد یا ثانویه و در پاسخ به کاهش ECV باشد. نتیجهٔ خاص احتباس آب و سدیم، تغییر استارلینگ است که منجر به افزایش فشار هیدروستاتیک مویرگی و تمایل به راندن مایعات از فضای داخل عروقی به فضای بینابینی می‌شود. در اکثر بیماران مبتلا به سندرم نفروتیک، حجم مؤثر در گردش (ECV) به علت احتباس اولیهٔ سدیم در کلیه افزایش می‌یابد. در بیماری پیشرفتهٔ کبد، اتساع عروقی باعث می‌شود پرشدگی شریان‌ها کامل نبوده و هر چند منجر به احتباس ثانویهٔ سدیم می‌شود اما ECV کاهش می‌یابد. اما در مراحل اولیهٔ بیماری کبدی، به دلیل احتباس اولیهٔ سدیم ممکن است افزایش حجم (volume excess) رخ دهد. هیپرآلبومینمی شدید در بیماری کبدی، سندرم نفروتیک یا سوء تغذیه شدید ممکن است بر مکانیسم‌های موضعی هومئوستاتیک مویرگ‌ها غلبه کرده و سبب پیدایش ادم شود.

محدودیت سدیم در رژیم غذایی و مصرف داروهای مدر، اساس درمان افزایش حجم را تشکیل می‌دهد (جدول 4 ـ 28). داروهای مدر یا مهار بازجذب سدیم در بخش‌های مختلف نفرون، دفع آن را افزایش می‌دهند. مثال برجستهٔ داروی مُدر مؤثر بر لوله نزدیک، استازولامید است که یک مهارکنندهٔ کربنیک آنهیدراز است و مانع از بازجذب بی‌کربنات سدیم در لوله نزدیک می‌شود. بنابراین، استفادهٔ طولانی‌مدت از این دارو ممکن است منجر به اسیدوز هیپرکلرمیک شود. متولازون (metolazone) که جزء مدرهای گروه تیازید است، علاوه بر مهار بازجذب کلرید سدیم در لولهٔ دور موجب دیورز سدیم در لولهٔ نزدیک نیز می‌شود. از آنجا که لولهٔ نزدیک مکان اصلی بازجذب فسفات است، مصرف متولازون ممکن است به فسفاتوری شدید منجر شود. مدرهای مؤثر بر قوس هنله (loop diuretics) نظیر فوروزماید و بومتانید (bumetanide) مانع از هم انتقالی (cotrans porter) سدیم، کلر و پتاسیم از شاخهٔ ضخیم صعودی قوس هنله می‌شوند. مدرهای تیازیدی مانع هم‌انتقالی کلر و سدیم از لولهٔ دور می‌شوند. مدرهای مؤثر بر قوس هنله دفع کلیسیم را افزایش می‌دهند و مدرهای تیازیدی دفع آنرا کاهش می‌دهند. بنابراین، مدرهای مؤثر بر قوس هنله در درمان هیپرکلسمی و مدرهای تیازیدی رد پیشگیری از سنگ کلسیمی مفید هستند. اسپیرونولاکتون یک آنتاگونیست آلدوسترون است که بازجذب سدیم را در مجاری جمع‌کنندهٔ قشری کاهش می‌دهد. داروهای مسدد اولیهٔ کانال سدیم (مانند آمیلوراید) نیز بازجذب سدیم از مجاری جمع‌کنندهٔ قشری را از طریق مکانیسمی مستقل از آلدوسترون مهار می‌کنند. هیپوکالمی، عارضه شایع داروهای مدر است اما دو گروه آخر، سبب بروز هیپوکالمی نمی‌شوند. در حالات احتباس شدید سدیم و ایجاد ادم نظیر نارسایی احتقانی شدید قلب و سندرم نفروتیک، ترکیبی از داروهای مدر که بر بخش‌های مختلف نفرون اثر می‌گذارند، ممکن است از مصرف یک دسته منفرد از آنها مؤثرتر باشد. به علاوه، با به کارگیری مدرهای نگهدارنده پتاسیم به همراه یک مدر دافع پتاسیم می‌تواند کمبودهای پتاسیم و منیزیم را به حداقل رسانید. در بیماران دچار سیروز و آسیت، از پاراسنتز شکمی همراه با تزریق وریدی کلوئید به عنوان روش درمانی مناسبی بجای مصرف داروهای مدر استفاده شده است.

اختلالات اسمولالیته

اسمولالیته مایعات بدن که نسبت مواد محلول به آب موجود در تمامی فضاهای مایع است، نوسانات بسیار اندکی دارد. به دلیل حرکت آزاد آب از جدار غشای اکثر سلول‌ها، تغییر در اسمولالیتهٔ مایع خارج سلولی موجب تغییرات متقابلی در حجم داخل سلولی می‌شود. اسمولالیتهٔ مایع خارج سلولی را می‌توان از طریق محاسبهٔ اسمولالیتهٔ سرم برحسب مواد محلول اصلی در بخش داخل عروقی تخمین زد:

= اسمولالیتهٔ محاسبه شده

(8/2 ÷BUN) + (18 ÷glucose) + (سدیم ×2)

که در این معادله غلظت گلوکز و نیتروژن اورهٔ خون (BUN) برحسب میلی‌گرم در دسی‌لیتر و غلظت سدیم برحسب میلی‌اکی‌والان در لیتر است.

اسمولالیتهٔ اندازه‌گیری شده معمولاً برابر با اسمولالیته محاسبه شده است. با این حال، در صورت حضور موادی با فعالیت اسموتیک نظیر اتانول، متانول یا اتیلن گلیکول، اسمولالیتهٔ اندازه‌گیری شده بیشتر از اسمولالیتهٔ محاسبه شده است. تحت این شرایط، شکاف اسمولار (osmolar gap) (اختلاف بین اسمولالیتهٔ محاسبه شده و اندازه‌گیری شده) سرنخی از وجود سموم ارائه می‌کند و غلظت تخمینی این مواد محلول را به دست می‌دهد. تغییر غلظت سدیم پلاسما تقریباً همیشه بازتاب تغییر توازن آب در بدن است. از آنجا که سدیم کاتیون عمدهٔ مایع خارج سلولی است، اختلالات اسمولالیته به طور کلی در غلظت غیرطبیعی سدیم منعکس است.

تنظیم اسمولالیته از طریق تغییر در دفع آب از راه کلیه صورت می‌گیرد و دفع سدیم تحت تأثیر عوامل تنظیم‌کننده اسمولالیته قرار نمی‌گیرد مگر این‌که به صورت همزمان، کمبود ECV وجود داشته باشد. اسمولالیتهٔ مایع خارج سلولی در واکنش تأمین آب از مسیرهای دوگانه تنظیم می‌شود (شکل 3 ـ 28). سلول‌های گیرندهٔ اسمزی که در دستگاه عصبی مرکزی در جدار بطن سوم قرار دارند، تغییراتی جزئی اسمولالیتهٔ خون موجود در کاروتید داخلی را حس می‌کنند. پیام‌های عصبی از گیرنده‌های اسمزی سبب آزادسازی هورمون ضدادراری (ADH) از غدهٔ هیپوفیز خلفی شده و به طور همزمان موجب برانگیختن حس تشنگی می‌شوند. ADH با افزایش نفوذپذیری نسبت به آب و افزایش بازجذب آب در مجاری جمع‌کننده موجب می‌شود کلیه‌ها بتوانند آب را نگه دارند. تشنگی موجب برانگیختن فرد به افزایش مصرف آب می‌گردد. هنگامی که حجم مایع خارج سلولی حدود 10% کاه یابد، مکانیسم‌های افزاینده حجم خارج سلولی بدون ارتباط با میزان اسمولالیته مایع خارج سلولی فعال می‌شوند. در چنین حالتی گیرنده‌های فشار موجود در گردش خون وریدی و شریانی از طریق مسیرهای عصبی موجب آزادسازی ADH می‌شوند. این تحریک غیر اسموتیک آزادسازی ADH مستقل از کار گیرنده‌های اسمزی صورت می‌گیرد. جبران شدن آب بدن مکانیسم‌هایی را فعال می‌کند که در جهت مخالف نگهداری آب عمل می‌کنند. سرکوب تشنگی و مهار آزادسازی ADH منجر به کاهش مصرف آب و افزایش دفع کلیوی آن می‌شود.