Kroppen indeholder en lang række ioner, eller elektrolytter, som udfører en række forskellige funktioner. Nogle ioner hjælper med at overføre elektriske impulser langs cellemembraner i neuroner og muskler. Andre ioner hjælper med at stabilisere proteinstrukturer i enzymer. Andre igen hjælper med at frigive hormoner fra endokrine kirtler. Alle ioner i plasma bidrager til den osmotiske balance, der styrer vandets bevægelse mellem cellerne og deres omgivelser.

Elektrolytter i levende systemer omfatter natrium, kalium, klorid, bicarbonat, calcium, fosfat, magnesium, kobber, zink, jern, mangan, molybdæn, kobber og krom. Med hensyn til kroppens funktion er seks elektrolytter vigtigst: natrium, kalium, klorid, bikarbonat, calcium og fosfat.

Elektrolytternes rolle

Disse seks ioner bidrager til nervespænding, endokrin sekretion, membranpermeabilitet, buffring af kropsvæsker og styring af væskers bevægelse mellem rummene. Disse ioner kommer ind i kroppen gennem fordøjelseskanalen. Mere end 90 procent af det calcium og fosfat, der kommer ind i kroppen, bliver inkorporeret i knogler og tænder, idet knogler fungerer som mineralreserve for disse ioner. Hvis der er behov for calcium og fosfat til andre funktioner, kan knoglevæv nedbrydes for at forsyne blodet og andre væv med disse mineraler. Fosfat er en normal bestanddel af nukleinsyrer; derfor vil blodets fosfatniveau stige, når nukleinsyrer nedbrydes.

Udskillelse af ioner sker hovedsageligt gennem nyrerne, med mindre mængder, der tabes i sved og i fæces. Overdreven svedning kan medføre et betydeligt tab, især af natrium og klorid. Alvorlig opkastning eller diarré medfører et tab af klorid- og bikarbonat-ioner. Justeringer i åndedræts- og nyrefunktionerne gør det muligt for kroppen at regulere niveauerne af disse ioner i ECF.

Den følgende tabel viser referenceværdierne for blodplasma, cerebrospinalvæske (CSF) og urin for de seks ioner, der behandles i dette afsnit. I et klinisk miljø analyseres natrium, kalium og chlorid typisk i en rutinemæssig urinprøve. Til gengæld kræver calcium- og fosfatanalyse en opsamling af urin over en 24-timers periode, fordi produktionen af disse ioner kan variere betydeligt i løbet af en dag. Urinværdierne afspejler hastigheden af udskillelsen af disse ioner. Bikarbonat er den eneste ion, der normalt ikke udskilles i urinen; i stedet opbevares den af nyrerne til brug i kroppens buffersystemer.

Natrium

Natrium er det vigtigste kation i den ekstracellulære væske. Det er ansvarlig for halvdelen af den osmotiske trykgradient, der findes mellem cellernes indre og deres omgivende miljø. Mennesker, der spiser en typisk vestlig kost, som er meget rig på NaCl, indtager rutinemæssigt 130-160 mmol/dag af natrium, men mennesker har kun brug for 1-2 mmol/dag. Dette overskud af natrium synes at være en vigtig faktor for hypertension (højt blodtryk) hos nogle mennesker. Udskillelsen af natrium sker primært via nyrerne. Natrium filtreres frit gennem nyrernes glomerulære kapillærer, og selv om en stor del af det filtrerede natrium reabsorberes i den proximalt konvolutterede tubulus, forbliver noget af det i filtratet og urinen og udskilles normalt.

Hyponatriæmi er en natriumkoncentration, der er lavere end normalt, og som normalt er forbundet med overskydende vandophobning i kroppen, hvilket fortynder natriumet. Et absolut tab af natrium kan skyldes et nedsat indtag af ionen kombineret med dens kontinuerlige udskillelse i urinen. Et unormalt tab af natrium fra kroppen kan skyldes flere forhold, herunder overdreven svedproduktion, opkastninger eller diarré, brug af diuretika, overdreven urinproduktion, som kan forekomme ved diabetes, og acidose, enten metabolisk acidose eller diabetisk ketoacidose.

Et relativt fald i blodnatrium kan opstå på grund af en ubalance af natrium i et af kroppens andre væskekompartmenter, som IF, eller fra en fortynding af natrium på grund af vandretention i forbindelse med ødemer eller kongestiv hjertesvigt. På celleniveau resulterer hyponatriæmi i øget indtrængen af vand i cellerne ved osmose, fordi koncentrationen af opløste stoffer i cellen overstiger koncentrationen af opløste stoffer i den nu fortyndede ECF. Det overskydende vand forårsager hævelse af cellerne; hævelsen af de røde blodlegemer – hvilket mindsker deres ilttransporterende effektivitet og gør dem potentielt for store til at kunne passere gennem kapillærerne – kan sammen med hævelsen af neuroner i hjernen resultere i hjerneskade eller endog død.

Hypernatriæmi er en unormal stigning i blodets natriumindhold. Den kan skyldes vandtab fra blodet, hvilket resulterer i hæmokoncentration af alle blodbestanddele. Hormonelle ubalancer, der involverer ADH og aldosteron, kan også resultere i højere end normale natriumværdier.

Kalium

Kalium er den vigtigste intracellulære kation. Det er med til at etablere hvilemembranpotentialet i neuroner og muskelfibre efter membrandepolarisering og aktionspotentialer. I modsætning til natrium har kalium kun en meget lille virkning på det osmotiske tryk. De lave kaliumniveauer i blodet og CSF skyldes natrium-kalium-pumperne i cellemembranerne, som opretholder de normale kaliumkoncentrationsgradienter mellem ICF og ECF. Anbefalingen for det daglige indtag/forbrug af kalium er 4700 mg. Kalium udskilles både aktivt og passivt gennem nyretubuli, især den distale tubulus convoluted tubulus og de samlende kanaler. Kalium deltager i udvekslingen med natrium i nyretubuli under påvirkning af aldosteron, som også er afhængig af basolaterale natrium-kalium-pumper.

Hypokaliæmi er et unormalt lavt kaliumindhold i blodet. I lighed med situationen med hyponatriæmi kan hypokaliæmi opstå på grund af enten en absolut reduktion af kalium i kroppen eller en relativ reduktion af kalium i blodet som følge af omfordeling af kalium. Et absolut tab af kalium kan opstå som følge af nedsat indtag, ofte i forbindelse med sult. Det kan også opstå som følge af opkastninger, diarré eller alkalose.

En del insulinafhængige diabetespatienter oplever en relativ reduktion af kalium i blodet som følge af omfordeling af kalium. Når insulin gives, og glukose optages af cellerne, passerer kalium gennem cellemembranen sammen med glukose, hvilket mindsker mængden af kalium i blodet og IF, hvilket kan forårsage hyperpolarisering af neuronernes cellemembraner, hvilket reducerer deres respons på stimuli.

Hyperkaliæmi, et forhøjet kaliumniveau i blodet, kan også forringe funktionen af skeletmuskler, nervesystemet og hjertet. Hyperkaliæmi kan opstå som følge af øget indtagelse af kalium gennem kosten. I en sådan situation havner kalium fra blodet i ECF i unormalt høje koncentrationer. Dette kan resultere i en delvis depolarisering (excitation) af plasmamembranen i skeletmuskelfibre, neuroner og hjerteceller i hjertet og kan også føre til, at cellerne ikke er i stand til at repolarisere. For hjertet betyder det, at det ikke kan slappe af efter en sammentrækning, og det vil effektivt “krampe” og stoppe med at pumpe blod, hvilket er dødeligt inden for få minutter. På grund af sådanne virkninger på nervesystemet kan en person med hyperkaliæmi også udvise mental forvirring, følelsesløshed og svækkede åndedrætsmuskler.

Khlorid

Khlorid er den fremherskende ekstracellulære anion. Klorid er en vigtig bidragyder til den osmotiske trykgradient mellem ICF og ECF og spiller en vigtig rolle i opretholdelsen af korrekt hydrering. Klorid har til opgave at afbalancere kationer i ECF og opretholde den elektriske neutralitet i denne væske. Sekretions- og reabsorptionsvejene for kloridioner i nyresystemet følger natriumionernes veje.

Hypokloræmi, eller lavere end normale blodkloridniveauer i blodet, kan forekomme på grund af defekt renal tubulær absorption. Opkast, diarré og metabolisk acidose kan også føre til hypokloræmi. Hyperchloræmi, eller højere end normale blodchloridniveauer, kan opstå som følge af dehydrering, overdreven indtagelse af næringssalt (NaCl) eller indtagelse af havvand, aspirinforgiftning, kongestiv hjertesvigt og den arvelige, kroniske lungesygdom cystisk fibrose. Hos personer med cystisk fibrose er chloridniveauet i sved to til fem gange højere end det normale niveau, og analyse af sved bruges ofte til at diagnosticere sygdommen.

Bicarbonat

Bicarbonat er den næsthyppigste anion i blodet. Dens vigtigste funktion er at opretholde kroppens syre-base-balance ved at være en del af buffersystemer. Denne rolle vil blive diskuteret i et andet afsnit.

Bicarbonat-ioner er et resultat af en kemisk reaktion, der starter med kuldioxid (CO2) og vand, to molekyler, der produceres i slutningen af aerobt stofskifte. Kun en lille mængde CO2 kan opløses i kropsvæsker. Derfor omdannes over 90 procent af CO2 til bicarbonat-ioner, HCO3-, gennem følgende reaktioner:

CO2+ H 2 ↔ H2 + CO3 ↔ H2 + CO3- + H +

De tovejs-pilene angiver, at reaktionerne kan gå i begge retninger, afhængigt af koncentrationerne af reaktanterne og produkterne. Kuldioxid produceres i store mængder i væv, der har en høj stofskiftehastighed. Kuldioxid omdannes til bicarbonat i cytoplasmaet i røde blodlegemer ved hjælp af et enzym kaldet kulsyreanhydrase. Bicarbonat transporteres i blodet. Når de er i lungerne, vender reaktionerne om, og CO2 regenereres fra bikarbonat, der udåndes som stofskifteaffald.

Calcium

Omkring to pund calcium i kroppen er bundet i knogler, som giver knoglerne hårdhed og tjener som mineralreserve for calcium og dets salte til resten af vævene. Tænderne har også en høj koncentration af calcium i dem. Lidt mere end halvdelen af blodets calcium er bundet til proteiner, mens resten er bundet i ioniseret form. Calciumioner, Ca2+, er nødvendige for muskelsammentrækning, enzymaktivitet og blodkoagulation. Desuden er calcium med til at stabilisere cellemembraner og er afgørende for frigivelsen af neurotransmittere fra neuroner og af hormoner fra endokrine kirtler.

Calcium optages gennem tarmene under påvirkning af aktiveret D-vitamin. Mangel på D-vitamin fører til et fald i det absorberede calcium og i sidste ende til en udtømning af calciumlagrene fra skeletsystemet, hvilket potentielt kan føre til rakitis hos børn og osteomalaci hos voksne, hvilket bidrager til osteoporose.

Hypokalcæmi, eller unormalt lave calciumniveauer i blodet, ses ved hypoparathyroidisme, som kan følge efter fjernelse af skjoldbruskkirtlen, fordi de fire knuder i biskjoldbruskkirtlen er indlejret i den. Hypercalcæmi, eller unormalt høje calciumniveauer i blodet, ses ved primær hyperparathyroidisme. Nogle maligniteter kan også resultere i hypercalcæmi.

Phosphat

Phosphat findes i kroppen i tre ioniske former: {\text{H}}}_{2}{\text{PO}}_{4-}, {\text{HPO}}}_{4}^{2-}, og {\text{PO}}_{4}^{3-}. Den mest almindelige form er {\text{HPO}}_{4}}^{2-}. Knogler og tænder binder 85 procent af kroppens fosfat som en del af calcium-fosfat-salte. Fosfat findes i fosfolipider, som f.eks. dem, der udgør cellemembranen, og i ATP, nukleotider og buffere.

Hypofosfatæmi, eller unormalt lave fosfatniveauer i blodet, forekommer ved kraftig brug af antacida, under alkoholafvænning og ved underernæring. I forbindelse med fosfatudtømning bevarer nyrerne normalt fosfat, men under sult er denne bevaring meget svækket. Hyperfosfatæmi, dvs. unormalt forhøjet fosfatindhold i blodet, forekommer ved nedsat nyrefunktion eller ved akut lymfatisk leukæmi. Da fosfat desuden er en vigtig bestanddel af ECF, kan enhver betydelig ødelæggelse af celler resultere i dumpning af fosfat i ECF.

Regulering af natrium og kalium

Natrium reabsorberes fra nyrefiltratet, og kalium udskilles i filtratet i nyrernes kollektortubuli. Kontrollen af denne udveksling styres hovedsageligt af to hormoner – aldosteron og angiotensin II.

Aldosteron

Figur 1. Aldosteron, som frigives af binyrerne, letter reabsorptionen af Na+ og dermed reabsorptionen af vand.

Husk, at aldosteron øger udskillelsen af kalium og reabsorptionen af natrium i den distale tubulus. Aldosteron frigives, hvis blodets kaliumniveau stiger, hvis blodets natriumniveau falder kraftigt, eller hvis blodtrykket falder. Nettovirkningen er at bevare og øge vandniveauet i plasmaet ved at reducere udskillelsen af natrium, og dermed vand, fra nyrerne. I et negativt feedbackloop hæmmer øget osmolalitet i ECF (som følger aldosteron-stimuleret natriumabsorption) frigivelsen af hormonet.

Angiotensin II

Angiotensin II forårsager vasokonstriktion og en stigning i det systemiske blodtryk. Denne virkning øger den glomerulære filtrationshastighed, hvilket resulterer i, at mere materiale filtreres ud af de glomerulære kapillærer og ind i Bowmans kapsel. Angiotensin II signalerer også en stigning i frigivelsen af aldosteron fra binyrebarken.

I de distale konvolut-tubuli og samleledninger i nyrerne stimulerer aldosteron syntesen og aktiveringen af natrium-kalium-pumpen. Natrium passerer fra filtratet, ind i og gennem cellerne i tubuli og kanaler, ind i ECF og derefter i kapillærerne. Vandet følger natriumet som følge af osmose. Aldosteron forårsager således en stigning i blodets natriumindhold og blodvolumen. Aldosterons virkning på kalium er den omvendte af den for natrium; under dets påvirkning pumpes overskydende kalium ind i nyrefiltratet til udskillelse fra kroppen.

Figur 2. Angiotensin II stimulerer frigivelsen af aldosteron fra binyrebarken.

Regulering af calcium og fosfat

Calcium og fosfat reguleres begge gennem virkningen af tre hormoner: parathyroidhormon (PTH), dihydroxyvitamin D (calcitriol) og calcitonin. Alle tre frigives eller syntetiseres som reaktion på calciumniveauet i blodet.

PTH frigives fra biskjoldbruskkirtlen som reaktion på et fald i koncentrationen af calcium i blodet. Hormonet aktiverer osteoklaster til at nedbryde knoglematrixen og frigive uorganiske calcium-fosfat-salte. PTH øger også den gastrointestinale absorption af calcium fra kosten ved at omdanne D-vitamin til dihydroxyvitamin D (calcitriol), en aktiv form af D-vitamin, som tarmepitelcellerne har brug for for at optage calcium.

PTH hæver calciumniveauet i blodet ved at hæmme tabet af calcium gennem nyrerne. PTH øger også tabet af fosfat gennem nyrerne.

Calcitonin frigives fra skjoldbruskkirtlen som reaktion på forhøjede calciumniveauer i blodet. Hormonet øger aktiviteten af osteoblaster, som fjerner calcium fra blodet og inkorporerer calcium i knoglematrixen.

Kapitelgennemgang

Elektrolytter tjener forskellige formål, f.eks. at hjælpe med at lede elektriske impulser langs cellemembraner i neuroner og muskler, stabilisere enzymstrukturer og frigive hormoner fra endokrine kirtler. Ionerne i plasma bidrager også til den osmotiske balance, der styrer vandbevægelsen mellem cellerne og deres omgivelser. Ubalancer af disse ioner kan resultere i forskellige problemer i kroppen, og deres koncentrationer er nøje reguleret. Aldosteron og angiotensin II styrer udvekslingen af natrium og kalium mellem nyrefiltratet og nyrernes kollektortubuli. Calcium og fosfat reguleres af PTH, calcitrol og calcitonin.

Selvkontrol

Svar på nedenstående spørgsmål for at se, hvor godt du forstår de emner, der blev behandlet i det foregående afsnit.

Glossar

dihydroxyvitamin D: aktiv form af D-vitamin, der kræves af tarmepitelcellerne til optagelse af calcium

hyperkalcæmi: unormalt forhøjet calciumindhold i blodet

hyperchloræmi: højere end normalt kloridindhold i blodet

hyperkaliæmi: højere end normalt kaliumindhold i blodet

hypernatriæmi: unormalt forhøjet natriumindhold i blodet

hyperfosfatæmi: unormalt forhøjet fosfatindhold i blodet

hypokalcæmi: unormalt lavt calciumindhold i blodet

hypokalcæmi: unormalt lavt calciumindhold i blodet

hypokloræmi:

hypokalæmi: unormalt lavt kaliumindhold i blodet

hyponatriæmi: lavere end normalt indhold af natrium i blodet

hypofosfatæmi: unormalt lavt indhold af fosfat i blodet

hypofosfatæmi: unormalt lavt indhold af fosfat i blodet