Il corpo contiene una grande varietà di ioni, o elettroliti, che svolgono una varietà di funzioni. Alcuni ioni aiutano nella trasmissione degli impulsi elettrici lungo le membrane cellulari nei neuroni e nei muscoli. Altri ioni aiutano a stabilizzare le strutture proteiche negli enzimi. Altri ancora aiutano a rilasciare ormoni dalle ghiandole endocrine. Tutti gli ioni nel plasma contribuiscono all’equilibrio osmotico che controlla il movimento dell’acqua tra le cellule e il loro ambiente.

Gli elettroliti nei sistemi viventi includono sodio, potassio, cloruro, bicarbonato, calcio, fosfato, magnesio, rame, zinco, ferro, manganese, molibdeno, rame e cromo. In termini di funzionamento del corpo, sei elettroliti sono più importanti: sodio, potassio, cloruro, bicarbonato, calcio e fosfato.

Ruolo degli elettroliti

Questi sei ioni aiutano l’eccitabilità dei nervi, la secrezione endocrina, la permeabilità delle membrane, il tamponamento dei fluidi del corpo e il controllo del movimento dei fluidi tra i compartimenti. Questi ioni entrano nel corpo attraverso il tratto digestivo. Più del 90% del calcio e del fosfato che entra nel corpo è incorporato nelle ossa e nei denti, con l’osso che serve come riserva minerale per questi ioni. Nel caso in cui il calcio e il fosfato siano necessari per altre funzioni, il tessuto osseo può essere rotto per rifornire il sangue e altri tessuti con questi minerali. Il fosfato è un normale costituente degli acidi nucleici; quindi, i livelli ematici di fosfato aumenteranno ogni volta che gli acidi nucleici vengono scomposti.

L’escrezione di ioni avviene principalmente attraverso i reni, con quantità minori perse nel sudore e nelle feci. Una sudorazione eccessiva può causare una perdita significativa, specialmente di sodio e cloruro. Il vomito o la diarrea gravi causeranno una perdita di ioni cloruro e bicarbonato. Le regolazioni delle funzioni respiratorie e renali permettono al corpo di regolare i livelli di questi ioni nell’ECF.

La seguente tabella elenca i valori di riferimento per il plasma sanguigno, il liquido cerebrospinale (CSF) e le urine per i sei ioni trattati in questa sezione. In un contesto clinico, il sodio, il potassio e il cloruro sono tipicamente analizzati in un campione di urina di routine. Al contrario, l’analisi del calcio e del fosfato richiede una raccolta di urine per un periodo di 24 ore, perché la produzione di questi ioni può variare notevolmente nel corso della giornata. I valori delle urine riflettono i tassi di escrezione di questi ioni. Il bicarbonato è l’unico ione che non è normalmente escreto nelle urine; invece, è conservato dai reni per l’uso nei sistemi tampone del corpo.

Sodio

Il sodio è il catione principale del liquido extracellulare. È responsabile della metà del gradiente di pressione osmotica che esiste tra l’interno delle cellule e l’ambiente circostante. Le persone che mangiano una tipica dieta occidentale, che è molto ricca di NaCl, assumono abitualmente 130-160 mmol/giorno di sodio, ma gli esseri umani ne richiedono solo 1-2 mmol/giorno. Questo eccesso di sodio sembra essere un fattore importante nell’ipertensione (pressione alta) in alcune persone. L’escrezione del sodio è realizzata principalmente dai reni. Il sodio è filtrato liberamente attraverso i capillari glomerulari dei reni, e anche se molto del sodio filtrato è riassorbito nel tubulo convoluto prossimale, un po’ rimane nel filtrato e nelle urine, e viene normalmente escreto.

L’iponatremia è una concentrazione di sodio più bassa del normale, di solito associata a un accumulo di acqua in eccesso nel corpo, che diluisce il sodio. Una perdita assoluta di sodio può essere dovuta a una diminuzione dell’assunzione dello ione associata alla sua continua escrezione nelle urine. Una perdita anormale di sodio dal corpo può derivare da diverse condizioni, tra cui eccessiva sudorazione, vomito o diarrea; l’uso di diuretici; eccessiva produzione di urina, che può verificarsi nel diabete; e acidosi, sia acidosi metabolica o chetoacidosi diabetica.

Una diminuzione relativa del sodio nel sangue può verificarsi a causa di uno squilibrio di sodio in uno degli altri compartimenti fluidi del corpo, come la IF, o da una diluizione del sodio a causa della ritenzione idrica legata a edema o insufficienza cardiaca congestizia. A livello cellulare, l’iponatriemia provoca un aumento dell’ingresso di acqua nelle cellule per osmosi, perché la concentrazione di soluti all’interno della cellula supera la concentrazione di soluti nella ECF ora diluita. L’acqua in eccesso causa il gonfiore delle cellule; il gonfiore dei globuli rossi – diminuendo la loro efficienza di trasporto dell’ossigeno e rendendoli potenzialmente troppo grandi per passare attraverso i capillari – insieme al gonfiore dei neuroni nel cervello può provocare danni al cervello o addirittura la morte.

L’ipernatremia è un aumento anormale del sodio nel sangue. Può derivare dalla perdita di acqua dal sangue, con conseguente emoconcentrazione di tutti i costituenti del sangue. Squilibri ormonali che coinvolgono ADH e aldosterone possono anche portare a valori di sodio più alti del normale.

Potassio

Il potassio è il principale catione intracellulare. Aiuta a stabilire il potenziale di membrana a riposo nei neuroni e nelle fibre muscolari dopo la depolarizzazione della membrana e i potenziali d’azione. A differenza del sodio, il potassio ha pochissimo effetto sulla pressione osmotica. I bassi livelli di potassio nel sangue e nel CSF sono dovuti alle pompe sodio-potassio nelle membrane cellulari, che mantengono i normali gradienti di concentrazione di potassio tra ICF e ECF. La raccomandazione di assunzione/consumo giornaliero di potassio è di 4700 mg. Il potassio viene escreto, sia attivamente che passivamente, attraverso i tubuli renali, specialmente il tubulo convoluto distale e i dotti collettori. Il potassio partecipa allo scambio con il sodio nei tubuli renali sotto l’influenza dell’aldosterone, che si basa anche sulle pompe sodio-potassio basolaterali.

L’ipokaliemia è un livello ematico di potassio anormalmente basso. Simile alla situazione con l’iponatriemia, l’ipokaliemia può verificarsi a causa di una riduzione assoluta di potassio nel corpo o una riduzione relativa di potassio nel sangue a causa della ridistribuzione del potassio. Una perdita assoluta di potassio può derivare da una diminuzione dell’assunzione, spesso legata alla fame. Può anche derivare da vomito, diarrea o alcalosi.

Alcuni pazienti diabetici insulino-dipendenti sperimentano una riduzione relativa di potassio nel sangue dalla ridistribuzione del potassio. Quando l’insulina viene somministrata e il glucosio viene assunto dalle cellule, il potassio passa attraverso la membrana cellulare insieme al glucosio, diminuendo la quantità di potassio nel sangue e nell’IF, che può causare l’iperpolarizzazione delle membrane cellulari dei neuroni, riducendo le loro risposte agli stimoli.

L’iperkaliemia, un elevato livello di potassio nel sangue, può anche compromettere la funzione dei muscoli scheletrici, del sistema nervoso e del cuore. L’iperkaliemia può derivare da un aumento dell’assunzione di potassio con la dieta. In tale situazione, il potassio dal sangue finisce nell’ECF in concentrazioni anormalmente alte. Questo può provocare una depolarizzazione parziale (eccitazione) della membrana plasmatica delle fibre muscolari scheletriche, dei neuroni e delle cellule cardiache, e può anche portare a un’incapacità delle cellule di ripolarizzarsi. Per il cuore, questo significa che non si rilassa dopo una contrazione, e si “grippa” effettivamente e smette di pompare il sangue, il che è fatale in pochi minuti. A causa di tali effetti sul sistema nervoso, una persona con iperkaliemia può anche mostrare confusione mentale, intorpidimento e muscoli respiratori indeboliti.

Cloruro

Il cloruro è l’anione extracellulare predominante. Il cloruro è uno dei maggiori contribuenti al gradiente di pressione osmotica tra l’ICF e l’ECF, e gioca un ruolo importante nel mantenimento di una corretta idratazione. Il cloruro funziona per bilanciare i cationi nell’ECF, mantenendo la neutralità elettrica di questo fluido. I percorsi di secrezione e riassorbimento degli ioni cloruro nel sistema renale seguono i percorsi degli ioni sodio.

L’ipocloremia, o livelli di cloruro nel sangue inferiori alla norma, può verificarsi a causa di un difetto di assorbimento tubulare renale. Anche il vomito, la diarrea e l’acidosi metabolica possono portare all’ipocloremia. L’ipercloremia, o livelli di cloruro nel sangue superiori alla norma, può verificarsi a causa di disidratazione, eccessiva assunzione di sale alimentare (NaCl) o ingestione di acqua di mare, intossicazione da aspirina, insufficienza cardiaca congestizia, e la malattia polmonare cronica ereditaria, la fibrosi cistica. Nelle persone che hanno la fibrosi cistica, i livelli di cloruro nel sudore sono da due a cinque volte quelli normali, e l’analisi del sudore è spesso usata nella diagnosi della malattia.

Bicarbonato

Il bicarbonato è il secondo anione più abbondante nel sangue. La sua funzione principale è quella di mantenere l’equilibrio acido-base del corpo facendo parte dei sistemi tampone. Questo ruolo sarà discusso in un’altra sezione.

Gli ioni bicarbonato risultano da una reazione chimica che inizia con anidride carbonica (CO2) e acqua, due molecole che sono prodotte alla fine del metabolismo aerobico. Solo una piccola quantità di CO2 può essere dissolta nei fluidi corporei. Così, oltre il 90% della CO2 viene convertita in ioni bicarbonato, HCO3-, attraverso le seguenti reazioni:

CO2+ H 2 ↔ H2 + CO3 ↔ H2 + CO3- + H +

Le frecce bidirezionali indicano che le reazioni possono andare in entrambe le direzioni, a seconda delle concentrazioni dei reagenti e dei prodotti. L’anidride carbonica è prodotta in grandi quantità nei tessuti che hanno un alto tasso metabolico. L’anidride carbonica è convertita in bicarbonato nel citoplasma dei globuli rossi attraverso l’azione di un enzima chiamato anidrasi carbonica. Il bicarbonato viene trasportato nel sangue. Una volta nei polmoni, le reazioni si invertono e la CO2 viene rigenerata dal bicarbonato per essere espirata come rifiuto metabolico.

Calcio

Circa due libbre di calcio nel tuo corpo sono legate all’osso, che fornisce durezza all’osso e serve come riserva minerale di calcio e dei suoi sali per il resto dei tessuti. Anche i denti hanno un’alta concentrazione di calcio al loro interno. Un po’ più della metà del calcio del sangue è legato alle proteine, lasciando il resto nella sua forma ionizzata. Gli ioni di calcio, Ca2+, sono necessari per la contrazione muscolare, l’attività enzimatica e la coagulazione del sangue. Inoltre, il calcio aiuta a stabilizzare le membrane cellulari ed è essenziale per il rilascio di neurotrasmettitori dai neuroni e di ormoni dalle ghiandole endocrine.

Il calcio viene assorbito attraverso l’intestino sotto l’influenza della vitamina D attivata. Una carenza di vitamina D porta a una diminuzione del calcio assorbito e, alla fine, a un esaurimento delle riserve di calcio del sistema scheletrico, portando potenzialmente al rachitismo nei bambini e all’osteomalacia negli adulti, contribuendo all’osteoporosi.

L’ipocalcemia, o livelli ematici di calcio anormalmente bassi, si osserva nell’ipoparatiroidismo, che può seguire la rimozione della tiroide, perché i quattro noduli della ghiandola paratiroide sono incorporati in essa. L’ipercalcemia, o livelli ematici di calcio anormalmente alti, si osserva nell’iperparatiroidismo primario. Alcuni tumori maligni possono anche provocare ipercalcemia.

Fosfato

Il fosfato è presente nel corpo in tre forme ioniche: {Il fosfato è presente nell’organismo in tre forme ioniche: {testo{H}{2}{testo{PO}_4-}, {testo{HPO}{4}^{2-} e {testo{PO}{4}^{3-}. La forma più comune è il {text{HPO}{4}^{2-}. Le ossa e i denti legano l’85% del fosfato del corpo come parte dei sali di calcio-fosfato. Il fosfato si trova nei fosfolipidi, come quelli che compongono la membrana cellulare, e nell’ATP, nei nucleotidi e nei tamponi.

L’ipofosfatemia, o livelli ematici di fosfato anormalmente bassi, si verifica con un uso pesante di antiacidi, durante l’astinenza da alcol e durante la malnutrizione. Di fronte all’esaurimento dei fosfati, i reni di solito conservano i fosfati, ma durante la fame, questa conservazione è fortemente compromessa. L’iperfosfatemia, o livelli anormalmente aumentati di fosfati nel sangue, si verifica se c’è una diminuzione della funzione renale o nei casi di leucemia linfocitica acuta. Inoltre, poiché il fosfato è uno dei principali costituenti dell’ICF, qualsiasi distruzione significativa delle cellule può provocare lo scarico di fosfato nell’ECF.

Regolazione del sodio e del potassio

Il sodio viene riassorbito dal filtrato renale e il potassio viene escreto nel filtrato nel tubulo collettore renale. Il controllo di questo scambio è governato principalmente da due ormoni: l’aldosterone e l’angiotensina II.

L’aldosterone

Figura 1. L’aldosterone, rilasciato dalla ghiandola surrenale, facilita il riassorbimento del Na+ e quindi il riassorbimento dell’acqua.

Ricorda che l’aldosterone aumenta l’escrezione di potassio e il riassorbimento di sodio nel tubulo distale. L’aldosterone viene rilasciato se i livelli ematici di potassio aumentano, se i livelli ematici di sodio diminuiscono fortemente, o se la pressione sanguigna diminuisce. Il suo effetto netto è quello di conservare e aumentare i livelli di acqua nel plasma riducendo l’escrezione di sodio, e quindi di acqua, dai reni. In un ciclo di feedback negativo, l’aumento dell’osmolalità della ECF (che segue l’assorbimento di sodio stimolato dall’aldosterone) inibisce il rilascio dell’ormone.

Angiotensina II

L’angiotensina II causa vasocostrizione e un aumento della pressione sanguigna sistemica. Questa azione aumenta la velocità di filtrazione glomerulare, con conseguente maggiore materiale filtrato dai capillari glomerulari e nella capsula di Bowman. L’angiotensina II segnala anche un aumento del rilascio di aldosterone dalla corteccia surrenale.

Nei tubuli convoluti distali e nei dotti collettori dei reni, l’aldosterone stimola la sintesi e l’attivazione della pompa sodio-potassio. Il sodio passa dal filtrato, dentro e attraverso le cellule dei tubuli e dei dotti, nella ECF e poi nei capillari. L’acqua segue il sodio a causa dell’osmosi. Così, l’aldosterone causa un aumento dei livelli di sodio nel sangue e del volume del sangue. L’effetto dell’aldosterone sul potassio è l’inverso di quello del sodio; sotto la sua influenza, il potassio in eccesso viene pompato nel filtrato renale per essere escreto dal corpo.

Figura 2. L’angiotensina II stimola il rilascio di aldosterone dalla corteccia surrenale.

Regolazione di calcio e fosfato

Calcio e fosfato sono entrambi regolati attraverso l’azione di tre ormoni: ormone paratiroideo (PTH), diidrossivitamina D (calcitriolo), e calcitonina. Tutti e tre sono rilasciati o sintetizzati in risposta ai livelli ematici di calcio.

Il PTH viene rilasciato dalla ghiandola paratiroide in risposta a una diminuzione della concentrazione di calcio nel sangue. L’ormone attiva gli osteoclasti per rompere la matrice ossea e rilasciare sali inorganici di calcio-fosfato. Il PTH aumenta anche l’assorbimento gastrointestinale del calcio alimentare convertendo la vitamina D in diidrossivitamina D (calcitriolo), una forma attiva di vitamina D che le cellule epiteliali intestinali richiedono per assorbire il calcio.

PTH aumenta i livelli di calcio nel sangue inibendo la perdita di calcio attraverso i reni. Il PTH aumenta anche la perdita di fosfato attraverso i reni.

La calcitonina viene rilasciata dalla tiroide in risposta a livelli elevati di calcio nel sangue. L’ormone aumenta l’attività degli osteoblasti, che rimuovono il calcio dal sangue e lo incorporano nella matrice ossea.

Rassegna del capitolo

Gli elettroliti servono a vari scopi, come aiutare a condurre gli impulsi elettrici lungo le membrane cellulari nei neuroni e nei muscoli, stabilizzare le strutture enzimatiche e rilasciare ormoni dalle ghiandole endocrine. Gli ioni nel plasma contribuiscono anche all’equilibrio osmotico che controlla il movimento dell’acqua tra le cellule e il loro ambiente. Gli squilibri di questi ioni possono causare vari problemi nel corpo, e le loro concentrazioni sono strettamente regolate. L’aldosterone e l’angiotensina II controllano lo scambio di sodio e potassio tra il filtrato renale e il tubulo collettore renale. Il calcio e il fosfato sono regolati dal PTH, dal calcitrolo e dalla calcitonina.

Autoverifica

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Glossario

diidrossivitamina D: forma attiva della vitamina D richiesta dalle cellule epiteliali intestinali per l’assorbimento del calcio

ipercalcemia: aumento anormale dei livelli di calcio nel sangue

ipercloremia: livelli di cloruro nel sangue superiori alla norma

iperkalemia: livelli di potassio nel sangue superiori alla norma

ipernatremia: aumento anormale dei livelli di sodio nel sangue

iperfosfatemia: livelli di fosfato nel sangue anormalmente aumentati

ipocalcemia: livelli di calcio nel sangue anormalmente bassi

ipocloremia: livelli di cloruro nel sangue inferiori alla norma

ipokaliemia: livelli di potassio nel sangue anormalmente bassi

iponatremia: livelli di sodio nel sangue inferiori alla norma

ipofosfatemia: livelli di fosfato nel sangue anormalmente bassi

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