Organismus je složitá soustava buněk, tkání a systémů a přitom je vystavený různým vlivům. Bezprostředně na něj působí aktivita vlastního metabolismu, fyzická zátěž ale různými podněty (fyzikálně, chemicky či biologicky) i okolní prostředí. Buňky a tkáně však potřebují pro svou fyziologickou činnost stálé vnitřní prostředí – homeostázu.
Homeostáza je udržována různými systémy – od nervových (vegetativní nervový systém udržuje zásobování tkání kyslíkem např. tím, že zvýší ventilaci a srdeční frekvenci), přes endokrinní (reakce na změny krevního tlaku, koncentrace iontů, glykémie), respirační systém (výměna dýchacích plynů, udržování acidobazické rovnováhy – ABR) a ledviny (vylučování zplodin metabolismu a látek v nadbytku, udržování ABR). Udržování homeostázy využívá při zátěži funkční rezervy organismu.
V případě, že se homeostáza vychýlí z hodnot, ve kterých je udržována, reaguje organismus poplachovou (stresovou) reakcí, která zapojí další regulační mechanismy, aby vrátila výchylky do normálních hodnot nebo ustanovila novou rovnováhu. Pokud je výchylka homeostázy dlouhodobější, může vzniknout choroba, na které se může podílet i změna regulace homeostázy, případně zvýšená aktivita mechanismů stresové reakce.
3.1 Hospodaření s vodou
Základem života je voda. Život původně vznikl v mořích a vyšší organismy si nesou v buňkách a intersticiálním prostředí svoji vodu s sebou. Voda je součástí buněk a vyskytuje se i v jejich okolí, které buňkám zabezpečuje dodávku živin, plynů a stabilní prostředí, důležité pro jejich funkce. Proto nejen množství vody – objem, ale i její kvalita: osmolarita, koncentrace iontů, acidobazická rovnováha, množství živin a kyslíku a také rozdělení do kompartmentů (oddílů se stejnými nebo podobnými vlastnostmi), řízení tlaku a proudění ovlivňují veškeré děje v organismu. Jejich správná regulace udržuje všechny tyto proměnné v určitém rozmezí v rovnovážném stavu – udržuje homeostázu.
Voda působí jako prostředí pro všechny chemické reakce v organismu, funguje jako rozpouštědlo a transportní médium: rozvádí teplo při termoregulaci, přenáší v různých podobách informace (mediátory, hormony, protilátky); kromě toho transportuje živiny a kyslík ke tkáním, odvádí zplodiny metabolismu, které ředí a pomáhá jejich vylučování.
Množství vody v organismu je proto poměrně velké: 70 kg vážící muž má 60 % (42 l) hmotnosti tvořeno vodou. Organismus ženy má vody méně, protože ženy mají větší podíl tukové tkáně. Méně vody mají i staří lidé, kteří mají změněný metabolismus vody (mají méně citlivé homeostatické mechanismy, které udržují metabolismus vody v normě). Malé děti mají v těle vody víc (až 80 % hmotnosti), ale do dvou let nemají ještě homeostatické mechanismy vyzrálé tak, aby dokázaly metabolismus vody při ztrátách nebo nadbytku řídit přesně.
Denní příjem vody by měl být za normálních okolností kolem 2300 ml. Člověk přijímá vodu pitím a potravou a asi 150 až 200 ml vody vzniká v těle při chemických reakcích.
Denní výdej vody se liší podle příjmu a podle podmínek. Pro člověka v klidu a v přiměřeném tepelném prostředí platí, že vylučuje kolem 1500 ml močí, 100 ml se ztrácí pocením, 100 ml stolicí a kolem 700 ml dýcháním plícemi a difuzí přes kůži (perspiratio insensibilis). Při zátěži a v suchém teplém prostředí se lehce zvyšují ztráty tekutin dýcháním, ale výrazně pocením (až na pět litrů).
3.1.1 Rozdělení vody v organismu
Voda (CTV – celková tělesná voda) je v těle rozdělena do několika oddílů (kompartmentů). Dvě třetiny vody jsou uloženyv buňkách (intracelulárně). Tento kompartment je od ostatních oddělený semipermeabilními buněčnými membránami, přes které může voda přestupovat po koncentračním nebo osmotickém gradientu speciálními kanály (akvaporiny). Volně s vodou přestupuje i urea. Ostatní substance se přes membrány dostanoubuď pomocí kanálů nebo transportérů. Množství vody si každá buňka řídí sama podle změn svého objemu.
Jedna třetina celkové tělesné vody zůstává extracelulárně: v intersticiu a v cévách – intersticiální a intravaskulární kompartment. Tyto kompartmenty jsou odděleny stěnou cév. Pro vodu je však prostupná pouze stěna kapilár. Spolu s vodou může volně přestupovat i urea, glukóza a ionty. Bílkoviny přestupovat nemohou a „drží“ osmotickými (onkotickými) silami vodu v intravaskulárním prostředí. Organismus nemá možnost kontrolovat množství vody v intersticiu. Tento objem závisí především na stavu intravaskulárního kompartmentu, který je udržovaný několika mechanismy. Jsou to především receptory, které monitorují tlak a tím i objem krve (baroreceptory v aortálním oblouku a karotických tělískách a baroreceptory v juxtaglomerulárním aparátu ledvin). Aktivace receptorů nízkým tlakem spouští děje vedoucí ke zvýšení tlaku i objemu (sympatikus – vazokonstrikce, zvýšení sekrece ADH a aldosteronu; viz dále). Zvýšený tlak sníží aktivitu sympatiku i sekreci hormonů; kromě toho v pravé srdeční síni jsou „stretch“ (napínací) receptory, které se při zvýšeném žilním návratu aktivují a vydávají „Atriální natriuretický peptid (ANP)“, který chrání srdce před přetížením zvýšeným vylučováním vody do moči.
Dalším oddílem vody, poněkud opomíjeným, je tekutina transcelulární. Je to tekutina (asi 1 – 2 litry), která nepatří do dosud zmiňovaných kompartmentů. Vyskytuje se například jako nitrooční a nitrokloubní tekutina, tekutina ve statoakustickém ústrojí, ale také v podobě trávicí šťávy v gastrointestinálním traktu (GIT).
3.1.2 Řízení příjmu a výdeje vody v organismu
Množství vody v těle závisí na jejím příjmu a výdeji a je řízen homeostatickými mechanismy, které ovlivňují především objem a osmolaritu. Příjem vody musí být aktivní a je regulován pocitem žízně. Výdej vody závisí na více faktorech: voda se odpařuje při dýchání, pocení, vylučuje se stolicí a močí. Regulovat je možno jen výdej vody močí a to renálními koncentračními mechanismy za přispění hormonů.
| Atriální natriuretický peptid (ANP) je jediným hormonem, který zvyšuje vylučování vody z organizmu. Tvoří se při zvýšeném žilním návratu, který napne „Stretch receptory“ v pravé srdeční síni. ANP zvyšuje vylučování sodíku v proximálním i distálním tubulu ledvin a s ním vylučování vody. Kromě toho snižuje žilní návrat vazodilatací a současně blokuje sekreci hormonů, podílejících se na retenci tekutin (aldosteronu a ADH). Mineralokortikoid aldosteron, hormon kůry nadledvin, se podílí na vstřebávání vody tím, že vyvolává zpětnou resorpci sodíku v distálním ledvinovém tubulu a sběracím kanálku. Se sodíkem se pasivně (vázaná osmotickými silami) vstřebává voda a vylučuje se draslík a vodík. Aldosteron se fyziologicky vyplavuje jako odpověď na snížené prokrvení ledvin. V důsledku hypoperfuze se zvýší sekrece reninu z juxtaglomerulárního aparátu ledvin. Jedná se o aktivaci osy renin – angiotenzin – aldosteron (RAAS). ADH (antidiuretický hormon, vasopresin) působí v distálním tubulu a sběracím kanálku ledvin, kde se váže na receptory a umožňuje zpětné vstřebávání volné (bezsolutové) vody. Způsobí expresi akvaporinů (pórů pro vstřebávání vody). Vlastní sílou resorpce je osmotický gradientem mezi tubuly a dření ledvin. Kromě toho ADH řídí schopnost sběracího kanálku zpětně vstřebávat močovinu (močovina je jinak pro tubuly neprostupná) a tím zvyšovat osmotickou koncentraci dřeně ledvin. |
Pocit žízně je řízen z centra v hypotalamu, které je aktivováno zvýšenou osmolaritou (např. při hyperglykémii) i sníženým cirkulujícím objemem (při hypovolémii). Pocit žízně se vytrácí s věkem, často jako následek iktu: pravděpodobně je to důsledek snížené citlivostí receptorů (staří lidé proto málo pijí). Patologicky může být pocit žízně vyšší například při schizofrenii (psychogenní polydipsie – pocit žízně bez příčiny).
Řízené vylučování vody je možné pouze ledvinami za pomoci příslušných hormonů (podle potřeby zvýšením vylučování vody atriálním natriuretickým peptidem (ANP) nebo zadržováním (retencí) vody aldosteronem a antidiuretickým hormonem (ADH) ledvinami.
3.1.3 Osmotická rovnováha a přesuny tekutin
Substance (ionty, glukóza, bílkoviny a další) obsažené v tekutinách vytvářejí osmotický tlak. Osmotický tlak je nepřímá informace o koncentraci vody a rozpuštěných látek (solutů) v roztoku. Nezáleží většinou na chemickém složení částic, ale na jejich velikosti a množství. Osmolaritu určují všechny substance obsažené v roztoku, které jsou dost malé na to, aby byly osmoticky aktivní a vyvíjely osmotický tlak.
Osmolarita je celkové množství (látkové množství) osmoticky aktivních látek, rozpuštěných v jednom litru vody. Osmoticky aktivní částice nezávisejí na molekulární hmotnosti (srovnej glukóza a sodík) a vznikají také disociací molekul (NaCl → Na+ + Cl–, dvě osmoticky aktivní molekuly). Osmolarita je základní kvalitou tělesné vody. Přesun tekutiny přes semipermeabilní (buněčnou, pro některé substance neprostupnou) membránu z místa s větší koncentrací vody do místa s větší koncentrací iontů se nazývá osmóza. Čím vyšší je koncentrace solutů, tím nižší je koncentrace vody, tím vyšší je osmolarita i osmóza (a naopak). Tlak, kterým tyto substance vodu táhnou, se nazývá osmotický. Pro udržování objemu jednotlivých prostorů je proto nutná stálá koncentrace rozpuštěných (osmoticky aktivních) látek čili udržování osmotického tlaku, osmotické rovnováhy. Jinak by voda přecházela z extracelulárního do intracelulárního prostředí (nebo naopak), vznikaly by změny objemu buněk a poruchy jejich funkcí, které by způsobily poruchy tkání i orgánů.
Osmolarita plazmy (i intersticiálního prostředí a cytoplazmy) se pohybuje kolem 270-290 mmol/l. Počítá se z koncentrace sodíku (dvakrát, protože stejná koncentrace jako pozitivního iontu sodíku musí být v plazmě i koncentrace iontů negativních – např. chloridů a dalších), koncentrace glukózy a koncentrace urey (močoviny)
Jestliže se sníží koncentrace osmoticky aktivních částic kolem buňky (zvýší se koncentrace vody, hypoosmolární prostředí), přestupuje voda do buňky a buňka zvětšuje svůj objem, dokud se osmolarita vně i uvnitř buňky nevyrovná. Vzniká buněčný otok. Pokud se v okolí buňky osmotický tlak zvyšuje (hyperosmolární prostředí), přestupuje voda z buněk do intersticia a buňky se svrašťují.
Poznámka: Osmolalita je množství solutů v jednom kilogramu rozpouštědla (plazmy). Většinou osmolalita odpovídá osmolaritě. Rozdíl může být u pacientů, kteří mají vysokou plazmatickou koncentraci tuků nebo bílkovin.
Změny objemu buněk při změně osmolarity v jejich okolí
Organismus sice nedokáže řídit množství vody v jednotlivých buňkách, buňky si však mohou do určité míry udržovat svůj objem samy, pokud se změny osmolarity v jejich okolí vyvíjejí pomalu. Mohou totiž zabránit vzniku gradientu (rozdílu osmolarit uvnitř a vně) štěpením nebo syntézou některých intracelulárních substancí. Na rychlou změnu osmolarity tělesných tekutin nestačí buňky reagovat. Tyto děje jsou nesmírně důležité především pro buňky centrálního nervového systému (CNS), pro které i relativně malé změny objemu znamenají velké změny funkce. Proto mívají pacienti při změnách osmolarity plazmy především neurologické příznaky (bolesti hlavy, poruchy koncentrace, může se rozvinout i porucha vědomí až koma).
Stejně jako voda přestupuje volně přes buněčnou membránu také urea (močovina). Pokud se u pacienta (například při selhávání ledvin) zvýší koncentrace urey v plazmě, přestupuje nejdříve do intersticia a pak i do buněk, a protože je osmoticky aktivní, táhne s sebou vodu. Vzniká buněčný otok s poruchou funkcí buněk. Buňky CNS jsou před vstupem urey částečně chráněny.
Intersticiální tekutina je od intravaskulární oddělena kapilární stěnou, která není semipermeabilní membránou. Osmolarita je v obou těchto oddílech stejná. Přes kapilární stěnu volně přestupuje voda podle hydrostatického tlaku a osmoticky aktivní látky bere s sebou. Vytvoření osmotické rovnováhy je v tomto případě otázkou sekund. Součástí osmotického tlaku je i tlak onkotický, tvořený molekulami bílkovin. Tyto molekuly nepřestupují přes kapilární stěnu, a proto onkotický tlak “drží“ vodu v cévách.
Osmolarita extracelulární tekutiny (intravaskulární i intersticiální) je udržována antidiuretickým hormonem (ADH), jehož sekrece se zvyšuje při zvýšení osmolarity krve. ADH zadržuje „volnou“ vodu v ledvinách a tím snižuje osmolaritu plazmy. Zvýšená osmolarita také zvyšuje pocit žízně.
Přehled rozdělení vody v organismu
Poznámka: Při iv. podání roztoku s jinou osmolaritou se rovnováha extra a intracelulární osmolarity obnoví během sekund až minut. Pokud je tekutina přijímána per os, rovnováha se ustanoví za desítky minut (třicet a víc).