A szervezetben sokféle ion található, vagy elektrolitokat, amelyek számos funkciót látnak el. Egyes ionok segítik az elektromos impulzusok továbbítását a sejtmembránok mentén az idegsejtekben és az izmokban. Más ionok segítenek az enzimek fehérjeszerkezetének stabilizálásában. Megint mások a hormonok felszabadulását segítik a belső elválasztású mirigyekből. A plazma valamennyi ionja hozzájárul az ozmotikus egyensúlyhoz, amely szabályozza a víz mozgását a sejtek és környezetük között.

Az élő rendszerekben lévő elektrolitok közé tartozik a nátrium, a kálium, a klorid, a bikarbonát, a kalcium, a foszfát, a magnézium, a réz, a cink, a vas, a mangán, a molibdén, a réz és a króm. A szervezet működése szempontjából hat elektrolit a legfontosabb: a nátrium, a kálium, a klorid, a bikarbonát, a kalcium és a foszfát.

Az elektrolitok szerepe

Ez a hat ion segíti az idegi ingerlékenységet, az endokrin kiválasztást, a membránok áteresztőképességét, a testnedvek pufferelését és a folyadékok rekeszek közötti mozgásának szabályozását. Ezek az ionok az emésztőrendszeren keresztül jutnak a szervezetbe. A szervezetbe kerülő kalcium és foszfát több mint 90 százaléka beépül a csontokba és a fogakba, a csontok pedig ásványi tartalékként szolgálnak ezen ionok számára. Abban az esetben, ha más funkciókhoz kalciumra és foszfátra van szükség, a csontszövet lebontható, hogy a vért és más szöveteket ellássa ezekkel az ásványi anyagokkal. A foszfát a nukleinsavak normális alkotóeleme; ezért a vér foszfátszintje megemelkedik, ha nukleinsavakat bontanak le.

Az ionok kiválasztása főként a vesén keresztül történik, kisebb mennyiségben a verejtékkel és a széklettel távozik. A túlzott izzadás jelentős veszteséget okozhat, különösen a nátrium és a klorid esetében. Súlyos hányás vagy hasmenés klorid- és bikarbonátion-veszteséget okoz. A légzési és vesefunkciók beállítása lehetővé teszi, hogy a szervezet szabályozza ezen ionok szintjét az ECF-ben.

A következő táblázat a vérplazma, az agy-gerincvelői folyadék (CSF) és a vizelet referenciaértékeit tartalmazza az ebben a szakaszban tárgyalt hat ionra vonatkozóan. Klinikai környezetben a nátriumot, a káliumot és a kloridot általában rutin vizeletmintában elemzik. Ezzel szemben a kalcium és a foszfát elemzése 24 órás vizeletgyűjtést igényel, mivel ezen ionok kibocsátása jelentősen változhat a nap folyamán. A vizeletértékek ezen ionok kiválasztási sebességét tükrözik. A bikarbonát az egyetlen olyan ion, amely általában nem ürül ki a vizelettel; ehelyett a vesék megőrzik a szervezet pufferrendszerében való felhasználásra.

Nátrium

A nátrium az extracelluláris folyadék fő kationja. Ez felelős a sejtek belseje és környezete között fennálló ozmotikus nyomásgradiens feléért. A tipikus nyugati étrenden élő emberek, akik nagyon magas NaCl-tartalommal táplálkoznak, rutinszerűen 130-160 mmol/nap nátriumot vesznek magukhoz, de az embernek csak 1-2 mmol/napra van szüksége. Úgy tűnik, hogy ez a többlet nátrium egyes embereknél a magas vérnyomás (hipertónia) egyik fő tényezője. A nátrium kiválasztását elsősorban a vesék végzik. A nátrium szabadon szűrődik a vesék glomeruláris kapillárisain keresztül, és bár a szűrt nátrium nagy része a proximális tekervényes tubulusban visszaszívódik, egy része a szűrletben és a vizeletben marad, és normális esetben kiválasztódik.

A hiponatrémia a normálisnál alacsonyabb nátriumkoncentráció, amely általában a szervezetben felhalmozódó felesleges vízzel függ össze, ami hígítja a nátriumot. Az abszolút nátriumvesztés oka lehet az ion csökkent bevitele, amelyhez a vizelettel történő folyamatos kiválasztása párosul. A nátrium kóros elvesztése a szervezetből többféle állapotból eredhet, beleértve a túlzott izzadást, hányást vagy hasmenést; a vízhajtók használatát; a túlzott vizelettermelést, ami cukorbetegségben fordulhat elő; és az acidózist, akár metabolikus acidózist, akár diabéteszes ketoacidózist.

A vér nátriumszintjének relatív csökkenése bekövetkezhet a szervezet valamely más folyadéktérben, például az IF-ben lévő nátrium egyensúlyhiánya miatt, vagy az ödémával vagy pangásos szívelégtelenséggel összefüggő vízvisszatartás miatti nátriumhígulásból. Sejtszinten a hyponatraemia a víz fokozott bejutását eredményezi a sejtekbe ozmózis útján, mivel a sejtben lévő oldott anyagok koncentrációja meghaladja az oldott anyagok koncentrációját az immár hígított ECF-ben. A felesleges víz a sejtek megduzzadását okozza; a vörösvértestek megduzzadása – csökkentve oxigénszállító hatékonyságukat, és potenciálisan túl nagyokká téve őket ahhoz, hogy átférjenek a kapillárisokon – az agyban lévő neuronok megduzzadásával együtt agykárosodáshoz vagy akár halálhoz is vezethet.

A hiponatrémia a vér nátriumszintjének kóros emelkedése. A vérből történő vízvesztésből eredhet, ami a vér összes alkotóelemének hemokoncentrációját eredményezi. Az ADH-t és az aldoszteront érintő hormonális egyensúlyzavarok szintén a normálisnál magasabb nátriumértékeket eredményezhetnek.

Kálium

A kálium a fő intracelluláris kation. Segít a nyugalmi membránpotenciál kialakításában a neuronokban és az izomrostokban a membrándepolarizáció és az akciós potenciálok után. A nátriummal ellentétben a káliumnak nagyon kevés hatása van az ozmotikus nyomásra. A vér és a liquor alacsony káliumszintje a sejtmembránokban lévő nátrium-kálium-pumpáknak köszönhető, amelyek fenntartják a normál káliumkoncentrációs gradienst az ICF és az ECF között. A kálium napi bevitelére/fogyasztására vonatkozó ajánlás 4700 mg. A kálium aktívan és passzívan is kiválasztódik a vesetubulusokon, különösen a disztális tekervényes tubuluson és a gyűjtőcsatornákon keresztül. A kálium részt vesz a nátriummal való cserében a vesetubulusokban az aldoszteron hatására, amely szintén a bazolaterális nátrium-kálium pumpákra támaszkodik.

A hipokalémia kórosan alacsony kálium vérszint. A hiponatrémiához hasonlóan a hipokalémia is kialakulhat a szervezetben lévő kálium abszolút csökkenése vagy a kálium újraeloszlása miatt a vérben lévő kálium relatív csökkenése miatt. Az abszolút káliumveszteség a csökkent bevitelből adódhat, ami gyakran éhezéssel függ össze. Hányás, hasmenés vagy alkalózis következtében is bekövetkezhet.

Egyes inzulinfüggő cukorbetegeknél a kálium újraelosztásából adódó relatív káliumcsökkenés következik be a vérben. Az inzulin beadásakor és a sejtek glükózfelvételekor a kálium a glükózzal együtt áthalad a sejtmembránon, csökkentve a kálium mennyiségét a vérben és az IF-ben, ami az idegsejtek sejtmembránjának hiperpolarizációját okozhatja, csökkentve az ingerekre adott válaszaikat.

A hiperkalémia, az emelkedett káliumszint a vérben, szintén károsíthatja a vázizmok, az idegrendszer és a szív működését. A hiperkalémiát a fokozott étrendi káliumbevitel eredményezheti. Ilyenkor a vérből a kálium kórosan magas koncentrációban kerül az ECF-be. Ez a vázizomrostok, az idegsejtek és a szív sejtjeinek plazmamembránjának részleges depolarizációját (gerjesztését) eredményezheti, és a sejtek repolarizációra való képtelenségéhez is vezethet. A szív esetében ez azt jelenti, hogy az összehúzódás után nem fog ellazulni, és gyakorlatilag “görcsbe rándul”, és leáll a vér pumpálása, ami perceken belül halálos kimenetelű. Az idegrendszerre gyakorolt ilyen hatások miatt a hiperkalémiás személynél mentális zavartság, zsibbadás és a légzőizmok gyengülése is előfordulhat.

Klorid

A klorid az uralkodó extracelluláris anion. A klorid nagyban hozzájárul az ICF és az ECF közötti ozmotikus nyomásgradienshez, és fontos szerepet játszik a megfelelő hidratáció fenntartásában. A klorid feladata a kationok egyensúlyban tartása az ECF-ben, fenntartva e folyadék elektromos semlegességét. A kloridionok szekréciójának és reabszorpciójának útjai a veserendszerben a nátriumionok útjait követik.

Hypochloremia, vagyis a normálisnál alacsonyabb vérkloridszint előfordulhat a vese tubuláris felszívódásának hibája miatt. Hányás, hasmenés és metabolikus acidózis is vezethet hipoklorémiához. Hiperklorémia, vagyis a normálisnál magasabb vérkloridszint kialakulhat kiszáradás, túlzott étkezési só (NaCl) bevitel vagy tengervíz lenyelése, aszpirin-mérgezés, pangásos szívelégtelenség és az örökletes, krónikus tüdőbetegség, a cisztás fibrózis miatt. A cisztás fibrózisban szenvedő embereknél a verejték kloridszintje a normális szint két-ötszöröse, és a verejték elemzését gyakran használják a betegség diagnosztizálásához.”

Bikarbonát

A bikarbonát a második leggyakoribb anion a vérben. Fő feladata a szervezet sav-bázis egyensúlyának fenntartása a pufferrendszerek részeként. Ezt a szerepét egy másik fejezetben tárgyaljuk.

A bikarbonátionok egy kémiai reakció eredményeként keletkeznek, amely szén-dioxiddal (CO2) és vízzel kezdődik, két molekulával, amelyek az aerob anyagcsere végén keletkeznek. A CO2 csak kis mennyiségben oldódik a testnedvekben. Így a CO2 több mint 90 százaléka bikarbonátionokká, HCO3-okká alakul át a következő reakciók révén:

CO2+ H 2 ↔ H2 + CO3 ↔ H2 + CO3- + H +

A kétirányú nyilak azt jelzik, hogy a reakciók a reaktánsok és a termékek koncentrációjától függően mindkét irányba mehetnek. A szén-dioxid nagy mennyiségben keletkezik azokban a szövetekben, amelyekben nagy az anyagcsere. A szén-dioxidot a vörösvértestek citoplazmájában a szénsav-anhidráz nevű enzim hatására bikarbonáttá alakítják. A bikarbonátot a vérben szállítják. A tüdőben a reakciók iránya megfordul, és a bikarbonátból újratermelődik a CO2, amelyet anyagcsere-hulladékként kilélegzünk.

Kalcium

A szervezetben lévő kalciumból körülbelül két kiló a csontban van megkötve, amely biztosítja a csont keménységét, és a többi szövet számára a kalcium és sói ásványi tartalékaként szolgál. A fogak is nagy koncentrációban tartalmaznak kalciumot. A vér kalciumának valamivel több mint a fele fehérjékhez kötődik, a többi ionizált formában marad. A kalciumionok, Ca2+, szükségesek az izomösszehúzódáshoz, az enzimaktivitáshoz és a véralvadáshoz. Ezenkívül a kalcium segít a sejtmembránok stabilizálásában, és elengedhetetlen a neurotranszmitterek felszabadulásához az idegsejtekből és a hormonok felszabadulásához az endokrin mirigyekből.

A kalcium az aktivált D-vitamin hatására szívódik fel a beleken keresztül. A D-vitamin hiánya a felszívódó kalcium csökkenéséhez és végül a csontvázrendszer kalciumraktárainak kimerüléséhez vezet, ami gyermekeknél potenciálisan tályogbetegséghez, felnőtteknél csontritkuláshoz vezethet, hozzájárulva a csontritkuláshoz.

A hipokalcémia, vagyis a vér kórosan alacsony kalciumszintje hypoparathyreosisban jelentkezik, amely a pajzsmirigy eltávolítását követheti, mivel a mellékpajzsmirigy négy csomója beágyazódik. A hiperkalcémia, vagyis a kórosan magas kalcium-vérszint primer hyperparathyreosisban fordul elő. Egyes rosszindulatú daganatok is eredményezhetnek hiperkalcémiát.

Foszfát

A foszfát három ionos formában van jelen a szervezetben: {\text{H}}_{2}{\text{PO}}}_{4-}, {\text{HPO}}_{4}^{2-} és {\text{PO}}_{4}^{3-}. A leggyakoribb forma a {\text{HPO}}_{4}^{2-}. A csontok és a fogak a szervezet foszfátjának 85 százalékát kötik meg a kalcium-foszfát sók részeként. A foszfát megtalálható a foszfolipidekben, például a sejtmembránt alkotó foszfolipidekben, valamint az ATP-ben, a nukleotidokban és a pufferekben.

A hipofoszfatémia, vagyis a vér kórosan alacsony foszfátszintje savlekötők erős használata, alkoholmegvonás és alultápláltság esetén fordul elő. Foszfáthiány esetén a vesék általában konzerválják a foszfátot, de éhezés során ez a konzerválás nagymértékben károsodik. Hiperfoszfatémia, vagyis kórosan megnövekedett foszfátszint a vérben, akkor fordul elő, ha csökkent a vesefunkció, vagy akut limfocita leukémia esetén. Továbbá, mivel a foszfát az ICF egyik fő alkotóeleme, a sejtek bármilyen jelentős pusztulása a foszfátnak az ECF-be történő kiürülését eredményezheti.

Nátrium és kálium szabályozása

A nátrium a vesefiltrátból visszaszívódik, a kálium pedig a vese gyűjtőtubulusában a filtrátba ürül. Ennek a cserének a szabályozását elsősorban két hormon – az aldoszteron és az angiotenzin II – szabályozza.

Aldoszteron

1. ábra. A mellékvese által felszabaduló aldoszteron elősegíti a Na+ reabszorpcióját és ezáltal a víz visszaszívódását.

Emlékezzünk, hogy az aldoszteron növeli a kálium kiválasztását és a nátrium visszaszívódását a distalis tubulusban. Az aldoszteron akkor szabadul fel, ha a vér káliumszintje emelkedik, ha a vér nátriumszintje erősen csökken, vagy ha a vérnyomás csökken. Nettó hatása a plazma vízszintjének megőrzése és növelése azáltal, hogy csökkenti a nátrium és így a víz kiválasztását a vesékből. Egy negatív visszacsatolási hurokban az ECF megnövekedett ozmolalitása (amely az aldoszteron által serkentett nátriumfelszívódást követi) gátolja a hormon felszabadulását.

Angiotenzin II

Az angiotenzin II érszűkületet és a szisztémás vérnyomás emelkedését okozza. Ez a hatás növeli a glomeruláris szűrési sebességet, ami azt eredményezi, hogy több anyag szűrődik ki a glomeruláris kapillárisokból a Bowman-kapszulába. Az angiotenzin II az aldoszteron felszabadulásának növekedését is jelzi a mellékvesekéregből.

A vese disztális tekervényes tubulusaiban és gyűjtőcsatornáiban az aldoszteron serkenti a nátrium-kálium pumpa szintézisét és aktiválását. A nátrium a szűrletből a tubulusok és csatornák sejtjeibe és azokon keresztül az ECF-be, majd a kapillárisokba jut. A víz az ozmózis következtében követi a nátriumot. Így az aldoszteron a vér nátriumszintjének és a vér térfogatának növekedését okozza. Az aldoszteron hatása a káliumra a nátriuméval ellentétes; hatására a felesleges kálium a vesefiltrátba pumpálódik, hogy onnan kiválasztódjon a szervezetből.

2. ábra. Az angiotenzin II serkenti az aldoszteron felszabadulását a mellékvesekéregből.

A kalcium és a foszfát szabályozása

A kalcium és a foszfát egyaránt három hormon: a parathormon (PTH), a dihidroxivitamin D (kalcitriol) és a kalcitonin hatására szabályozódik. Mindhárom a vér kalciumszintjének függvényében szabadul fel vagy szintetizálódik.

A PTH a mellékpajzsmirigyből szabadul fel a vér kalciumkoncentrációjának csökkenésére válaszul. A hormon aktiválja az oszteoklasztokat a csontmátrix lebontására és szervetlen kalcium-foszfát sók felszabadítására. A PTH emellett növeli a táplálékkal bevitt kalcium gyomor-bélrendszeri felszívódását azáltal, hogy a D-vitamint dihidroxivitamin D-vitaminná (kalcitriol) alakítja át, a D-vitamin aktív formájává, amelyre a bélhámsejteknek szükségük van a kalcium felszívódásához.

A PTH a vesén keresztül történő kalciumvesztés gátlásával emeli a vér kalciumszintjét. A PTH növeli a veséken keresztül történő foszfátvesztést is.

A kalcitonin a pajzsmirigyből szabadul fel válaszul a vér megemelkedett kalciumszintjére. A hormon növeli az oszteoblasztok aktivitását, amelyek eltávolítják a kalciumot a vérből, és beépítik a kalciumot a csontmátrixba.

Kapiteli áttekintés

Az elektrolitok különböző célokat szolgálnak, például segítik az elektromos impulzusok vezetését a sejtmembránok mentén az idegsejtekben és az izmokban, stabilizálják az enzimszerkezeteket, és hormonokat szabadítanak fel az endokrin mirigyekből. A plazmában lévő ionok hozzájárulnak az ozmotikus egyensúlyhoz is, amely szabályozza a víz mozgását a sejtek és környezetük között. Ezen ionok egyensúlyhiánya különböző problémákat okozhat a szervezetben, és koncentrációjukat szigorúan szabályozzák. Az aldoszteron és az angiotenzin II szabályozza a nátrium és a kálium cseréjét a vesefiltrát és a vese gyűjtőtubulus között. A kalciumot és a foszfátot a PTH, a kalcitrol és a kalcitonin szabályozza.

Self Check

Válaszoljon az alábbi kérdés(ek)re, hogy lássa, mennyire érti az előző fejezetben tárgyalt témákat.

Glosszárium

dihidroxivitamin D: a D-vitamin aktív formája, amely a bélhámsejtek számára szükséges a kalcium felszívódásához

hiperkalcémia: kórosan megnövekedett kalciumszint a vérben

hiperkalcémia: a normálisnál magasabb kloridszint a vérben

hiperkalémia: a normálisnál magasabb káliumszint a vérben

hipernátrémia: A vér nátriumszintjének kóros emelkedése

hiperfoszfatémia: kórosan megnövekedett vérfoszfátszint

hipokalcémia: kórosan alacsony kalciumszint a vérben

hipoklíraemia:

hypokalaemia: a vér kórosan csökkent káliumszintje

hyponatremia: a normálisnál alacsonyabb nátriumszint a vérben

hypofoszfatémia: a vér kórosan alacsony foszfátszintje

hypofoszfátémia: a vér kórosan alacsony foszfátszintje