Kroppen innehåller en stor mängd olika joner, eller elektrolyter, som utför en mängd olika funktioner. Vissa joner bidrar till överföringen av elektriska impulser längs cellmembranen i neuroner och muskler. Andra joner hjälper till att stabilisera proteinstrukturer i enzymer. Ytterligare andra hjälper till att frigöra hormoner från endokrina körtlar. Alla joner i plasma bidrar till den osmotiska balansen som styr rörelsen av vatten mellan cellerna och deras omgivning.

Elektrolyter i levande system inkluderar natrium, kalium, klorid, bikarbonat, kalcium, fosfat, magnesium, koppar, zink, järn, mangan, molybden, koppar och krom. När det gäller kroppens funktion är sex elektrolyter viktigast: natrium, kalium, klorid, bikarbonat, kalcium och fosfat.

Elektrolyternas roll

Dessa sex joner hjälper till med nervspänningen, den endokrina utsöndringen, membranens genomsläpplighet, buffring av kroppsvätskor och kontroll av vätskornas rörelse mellan olika avdelningar. Dessa joner kommer in i kroppen genom matsmältningskanalen. Mer än 90 procent av det kalcium och fosfat som kommer in i kroppen införlivas i ben och tänder, där benet fungerar som en mineralreserv för dessa joner. Om kalcium och fosfat behövs för andra funktioner kan benvävnad brytas ned för att förse blodet och andra vävnader med dessa mineraler. Fosfat är en normal beståndsdel i nukleinsyror; därför kommer blodnivåerna av fosfat att öka när nukleinsyror bryts ner.

Utsöndring av joner sker huvudsakligen genom njurarna, med mindre mängder som förloras i svett och i avföring. Överdriven svettning kan orsaka en betydande förlust, särskilt av natrium och klorid. Kraftig kräkning eller diarré orsakar en förlust av klorid- och bikarbonatjoner. Justeringar av andnings- och njurfunktionerna gör det möjligt för kroppen att reglera nivåerna av dessa joner i ECF.

I följande tabell anges referensvärdena för blodplasma, cerebrospinalvätska (CSF) och urin för de sex joner som behandlas i detta avsnitt. I en klinisk miljö analyseras vanligtvis natrium, kalium och klorid i ett rutinmässigt urinprov. För kalcium- och fosfatanalys krävs däremot en insamling av urin under en 24-timmarsperiod, eftersom produktionen av dessa joner kan variera avsevärt under ett dygn. Urinvärdena återspeglar utsöndringshastigheten för dessa joner. Bikarbonat är den enda jon som normalt inte utsöndras i urinen; i stället bevaras den av njurarna för att användas i kroppens buffrande system.

Natrium

Natrium är den viktigaste katjonen i den extracellulära vätskan. Den är ansvarig för hälften av den osmotiska tryckgradienten som finns mellan cellernas inre och den omgivande miljön. Människor som äter en typisk västerländsk kost, som innehåller mycket mycket NaCl, får rutinmässigt i sig 130-160 mmol/dygn av natrium, men människan behöver bara 1-2 mmol/dygn. Detta överskott av natrium verkar vara en viktig faktor för hypertoni (högt blodtryck) hos vissa människor. Utsöndringen av natrium sker främst genom njurarna. Natrium filtreras fritt genom de glomerulära kapillärerna i njurarna, och även om en stor del av det filtrerade natriumet återabsorberas i den proximalt konvoluterade tubuli, finns en del kvar i filtratet och urinen och utsöndras normalt.

Hyponatremi är en natriumkoncentration som är lägre än normalt, vanligen förknippad med en överdriven vattenansamling i kroppen, vilket spädar ut natriumet. En absolut förlust av natrium kan bero på ett minskat intag av jonen i kombination med dess kontinuerliga utsöndring i urinen. En onormal förlust av natrium från kroppen kan bero på flera tillstånd, bland annat överdriven svettning, kräkningar eller diarré, användning av diuretika, överdriven urinproduktion, vilket kan förekomma vid diabetes, och acidos, antingen metabolisk acidos eller diabetisk ketoacidos.

En relativ minskning av blodnatrium kan uppstå på grund av en obalans av natrium i något av kroppens andra vätskeutrymmen, som IF, eller från en utspädning av natrium på grund av vattenretention relaterad till ödem eller kongestiv hjärtsvikt. På cellulär nivå resulterar hyponatremi i ökat intrång av vatten i cellerna genom osmos, eftersom koncentrationen av lösningsmedel i cellen överstiger koncentrationen av lösningsmedel i den nu utspädda ECF. Överskottet av vatten orsakar svullnad av cellerna; svullnaden av röda blodkroppar – vilket minskar deras syrebärande effektivitet och gör dem potentiellt för stora för att få plats i kapillärerna – kan tillsammans med svullnaden av neuroner i hjärnan leda till hjärnskador eller till och med till döden.

Hypernatremi är en onormal ökning av natriumhalten i blodet. Den kan bero på vattenförlust från blodet, vilket resulterar i hemokoncentration av alla blodbeståndsdelar. Hormonella obalanser som involverar ADH och aldosteron kan också resultera i högre natriumvärden än normalt.

Kalium

Kalium är den viktigaste intracellulära katjonen. Den bidrar till att etablera den vilande membranpotentialen i neuroner och muskelfibrer efter membrandepolarisering och aktionspotentialer. Till skillnad från natrium har kalium mycket liten effekt på det osmotiska trycket. De låga kaliumnivåerna i blodet och CSF beror på natrium-kaliumpumparna i cellmembranen, som upprätthåller de normala kaliumkoncentrationsgradienterna mellan ICF och ECF. Rekommendationen för dagligt intag/konsumtion av kalium är 4 700 mg. Kalium utsöndras, både aktivt och passivt, genom njurtubuli, särskilt den distala konvoluterade tubuli och samlingsgångarna. Kalium deltar i utbytet med natrium i njurtubuli under påverkan av aldosteron, som också är beroende av basolaterala natrium-kaliumpumpar.

Hypokalemi är en onormalt låg kaliumnivå i blodet. I likhet med situationen vid hyponatremi kan hypokalemi uppstå på grund av antingen en absolut minskning av kalium i kroppen eller en relativ minskning av kalium i blodet på grund av omfördelning av kalium. En absolut förlust av kalium kan uppstå på grund av minskat intag, ofta relaterat till svält. Den kan också uppstå vid kräkningar, diarré eller alkalos.

Vissa insulinberoende diabetespatienter upplever en relativ minskning av kalium i blodet på grund av omfördelning av kalium. När insulin ges och glukos tas upp av cellerna passerar kalium genom cellmembranet tillsammans med glukos, vilket minskar mängden kalium i blodet och IF, vilket kan orsaka hyperpolarisering av neuronernas cellmembran, vilket minskar deras svar på stimuli.

Hyperkalemi, en förhöjd kaliumnivå i blodet, kan också försämra funktionen hos skelettmusklerna, nervsystemet och hjärtat. Hyperkalemi kan uppstå vid ökat kaliumintag via kosten. I en sådan situation hamnar kalium från blodet i ECF i onormalt höga koncentrationer. Detta kan leda till en partiell depolarisering (excitering) av plasmamembranet hos skelettmuskelfibrer, neuroner och hjärtceller i hjärtat och kan också leda till att cellerna inte kan repolarisera. För hjärtat innebär detta att det inte kan slappna av efter en sammandragning och att det i praktiken kommer att ”krampa” och sluta pumpa blod, vilket är dödligt inom några minuter. På grund av sådana effekter på nervsystemet kan en person med hyperkalemi också uppvisa mental förvirring, domningar och försvagade andningsmuskler.

Klorid

Klorid är den dominerande extracellulära anjonen. Klorid bidrar i hög grad till den osmotiska tryckgradienten mellan ICF och ECF och spelar en viktig roll för att upprätthålla en korrekt hydrering. Klorid fungerar för att balansera katjoner i ECF och upprätthåller den elektriska neutraliteten i denna vätska. Vägarna för sekretion och reabsorption av kloridjoner i njursystemet följer vägarna för natriumjoner.

Hypokloremi, eller lägre blodkloridnivåer än normalt, kan förekomma på grund av defekt renal tubulär absorption. Kräkningar, diarré och metabolisk acidos kan också leda till hypokloremi. Hyperkloremi, eller högre blodkloridnivåer än normalt, kan uppstå på grund av uttorkning, överdrivet intag av salt i kosten (NaCl) eller sväljning av havsvatten, förgiftning med aspirin, hjärtsvikt och den ärftliga, kroniska lungsjukdomen cystisk fibros. Hos personer som har cystisk fibros är kloridnivåerna i svett två till fem gånger högre än de normala nivåerna, och analys av svett används ofta för att diagnostisera sjukdomen.

Bikarbonat

Bikarbonat är den näst vanligaste anjonen i blodet. Dess huvudsakliga funktion är att upprätthålla kroppens syra-basbalans genom att vara en del av buffertsystemen. Denna funktion kommer att diskuteras i ett annat avsnitt.

Bikarbonatjoner är resultatet av en kemisk reaktion som börjar med koldioxid (CO2) och vatten, två molekyler som produceras i slutet av aerob metabolism. Endast en liten mängd koldioxid kan lösas upp i kroppsvätskor. Därför omvandlas över 90 procent av CO2 till bikarbonatjoner, HCO3-, genom följande reaktioner:

CO2+ H 2 ↔ H2 + CO3 ↔ H2 + CO3- + H +

De dubbelriktade pilarna visar att reaktionerna kan gå i båda riktningarna, beroende på koncentrationerna av reaktanterna och produkterna. Koldioxid produceras i stora mängder i vävnader som har en hög metabolisk hastighet. Koldioxid omvandlas till bikarbonat i de röda blodkropparnas cytoplasma genom verkan av ett enzym som kallas kolsyraanhydras. Bikarbonat transporteras i blodet. Väl i lungorna vänder reaktionerna om, och koldioxid återbildas från bikarbonat för att utandas som metaboliskt avfall.

Kalcium

Omkring två kilo kalcium i kroppen är bundet i benet, vilket ger benet hårdhet och tjänar som en mineralreserv för kalcium och dess salter för resten av vävnaderna. Tänderna har också en hög koncentration av kalcium i dem. Lite mer än hälften av kalciumet i blodet är bundet till proteiner och resten finns kvar i joniserad form. Kalciumjoner, Ca2+, är nödvändiga för muskelkontraktion, enzymaktivitet och blodkoagulation. Dessutom bidrar kalcium till att stabilisera cellmembranen och är viktigt för frisättning av neurotransmittorer från neuroner och av hormoner från endokrina körtlar.

Kalcium absorberas genom tarmarna under påverkan av aktiverat D-vitamin. Brist på D-vitamin leder till en minskning av absorberat kalcium och så småningom till en utarmning av kalciumlagren från skelettet, vilket kan leda till rakitis hos barn och osteomalaci hos vuxna, vilket bidrar till osteoporos.

Hypokalcemi, eller onormalt låga kalciumnivåer i blodet, ses vid hypoparatyreoidism, som kan följa efter avlägsnandet av sköldkörteln, eftersom bisköldkörtelns fyra knölar är inbäddade i den. Hyperkalcemi, eller onormalt höga kalciumnivåer i blodet, ses vid primär hyperparatyreoidism. Vissa maligniteter kan också leda till hyperkalcemi.

Fosfat

Fosfat finns i kroppen i tre joniska former: {\text{H}}}_{2}{\text{PO}}_{4-}, {\text{HPO}}_{4}^{2-} och {\text{PO}}_{4}^{3-}. Den vanligaste formen är {\text{HPO}}_{4}^{2-}. Ben och tänder binder 85 procent av kroppens fosfat som en del av kalciumfosfatsalter. Fosfat finns i fosfolipider, t.ex. de som ingår i cellmembranen, och i ATP, nukleotider och buffertar.

Hypofosfatemi, eller onormalt låga fosfatnivåer i blodet, förekommer vid kraftig användning av antacida, vid alkoholavvänjning och vid undernäring. Vid fosfatbrist brukar njurarna vanligtvis konservera fosfat, men vid svält försämras denna konservering kraftigt. Hyperfosfatemi, eller onormalt förhöjda fosfatnivåer i blodet, förekommer vid nedsatt njurfunktion eller vid akut lymfatisk leukemi. Eftersom fosfat dessutom är en viktig beståndsdel i ECF kan varje betydande cellförstöring resultera i dumpning av fosfat i ECF.

Reglering av natrium och kalium

Natrium återabsorberas från njurfiltratet och kalium utsöndras i filtratet i njurens kollektortubuli. Kontrollen av detta utbyte styrs huvudsakligen av två hormoner – aldosteron och angiotensin II.

Aldosteron

Figur 1. Aldosteron, som frisätts av binjuren, underlättar reabsorptionen av Na+ och därmed reabsorptionen av vatten.

Håll dig i minnet att aldosteron ökar utsöndringen av kalium och reabsorptionen av natrium i den distala tubuli. Aldosteron frisätts om blodnivåerna av kalium ökar, om blodnivåerna av natrium minskar kraftigt eller om blodtrycket sjunker. Dess nettoeffekt är att bevara och öka vattennivåerna i plasma genom att minska utsöndringen av natrium, och därmed vatten, från njurarna. I en negativ återkopplingsslinga hämmar ökad osmolalitet i ECF (som följer på aldosteronstimulerad natriumabsorption) frisättningen av hormonet.

Angiotensin II

Angiotensin II orsakar vasokonstriktion och en ökning av det systemiska blodtrycket. Denna verkan ökar den glomerulära filtrationshastigheten, vilket resulterar i att mer material filtreras ut ur de glomerulära kapillärerna och in i Bowmans kapsel. Angiotensin II signalerar också en ökning av frisättningen av aldosteron från binjurebarken.

I de distala konvoluterade tubuli och samlingsgångarna i njurarna stimulerar aldosteron syntesen och aktiveringen av natrium-kalium-pumpen. Natrium passerar från filtratet, in i och genom cellerna i tubuli och kanaler, till ECF och sedan till kapillärerna. Vatten följer med natriumet på grund av osmos. Aldosteron orsakar således en ökning av natriumnivåerna i blodet och blodvolymen. Aldosterons effekt på kalium är den omvända jämfört med natrium; under dess påverkan pumpas överskott av kalium in i njurfiltratet för att utsöndras från kroppen.

Figur 2. Angiotensin II stimulerar frisättningen av aldosteron från binjurebarken.

Reglering av kalcium och fosfat

Kalcium och fosfat regleras båda genom verkan av tre hormoner: parathormon (PTH), dihydroxyvitamin D (kalcitriol) och kalcitonin. Alla tre frisätts eller syntetiseras som svar på kalciumnivåerna i blodet.

PTH frisätts från bisköldkörteln som svar på en minskning av kalciumkoncentrationen i blodet. Hormonet aktiverar osteoklasterna att bryta ner benmatrix och frigöra oorganiska kalciumfosfat-salter. PTH ökar också den gastrointestinala absorptionen av kalcium från kosten genom att omvandla D-vitamin till dihydroxyvitamin D (kalcitriol), en aktiv form av D-vitamin som tarmepitelcellerna behöver för att absorbera kalcium.

PTH höjer kalciumnivåerna i blodet genom att hämma förlusten av kalcium genom njurarna. PTH ökar också förlusten av fosfat genom njurarna.

Calcitonin frisätts från sköldkörteln som svar på förhöjda kalciumnivåer i blodet. Hormonet ökar aktiviteten hos osteoblaster, som avlägsnar kalcium från blodet och införlivar kalcium i benmatrixen.

Kapitelgenomgång

Elektrolyter tjänar olika syften, t.ex. hjälper de till att leda elektriska impulser längs cellmembranen i neuronerna och musklerna, stabiliserar enzymstrukturer och frigör hormoner från endokrina körtlar. Jonerna i plasma bidrar också till den osmotiska balansen som styr rörelsen av vatten mellan cellerna och deras omgivning. Obalans av dessa joner kan leda till olika problem i kroppen, och deras koncentrationer regleras noggrant. Aldosteron och angiotensin II styr utbytet av natrium och kalium mellan njurfiltratet och njurens kollektortubuli. Kalcium och fosfat regleras av PTH, kalcitrol och kalcitonin.

Självkontroll

Svar på frågan/frågorna nedan för att se hur väl du har förstått de ämnen som behandlades i det föregående avsnittet.

Glossar

dihydroxyvitamin D: aktiv form av D-vitamin som krävs av tarmepitelcellerna för absorption av kalcium

hyperkalcemi: Onormalt förhöjda kalciumnivåer i blodet

hyperkloremi: högre än normala kloridnivåer i blodet

hyperkalemi: högre än normala kaliumnivåer i blodet

hypernatremi: Onormalt höga natriumnivåer i blodet

hyperfosfatemi: onormalt höga fosfatnivåer i blodet

hypokalcemi: onormalt låga kalciumnivåer i blodet

hypokalcemi: onormalt låga kalciumnivåer i blodet

hypokalcemi: onormalt höga kalciumnivåer i blodet:

hypokalemi: onormalt låga kaliumnivåer i blodet

hyponatremi: lägre natriumnivåer i blodet än normalt

hypofosfatemi: onormalt låga fosfatnivåer i blodet

hypofosfatemi: onormalt låga fosfatnivåer i blodet