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BS 2003

Klinische Chemie und HämatologieKlinische Chemie und HämatologieVorlesung: WasserVorlesung: Wasser-- & Elektrolythaushalt& Elektrolythaushalt

Prof. Dr. med. Michael WalterInstitut für Klinische Chemie und

Laboratoriumsmedizin/ZentrallaboratoriumWestfälische Wilhelms-Universität Münster

Albert-Schweitzer-Straße 33D-48149 Münster

Tel.: 0251 83-56198Fax: 0251 83-47229

wwwlabor.uni-muenster.dewalter@biochem.swmed.edu

GliederungGliederung

• Pathobiochemische Grundlagen• Störungen des Wasser-Elektrolyt-Haushalts • Analytische Prinzipien

• Pathobiochemische Grundlagen• Störungen des Wasser-Elektrolyt-Haushalts • Analytische Prinzipien

Verteilung des KörperwassersVerteilung des Körperwassers

Intrazelluläre Flüssigkeit ~ 28 L

2/3 IntrazelluläreFlüssigkeit (IZF)

Plasma ~ 3 L

Interstitielle Flüssigkeit ~ 11 L

• Beispiel - Mann, Gewicht 70 kg, 60 % Wasseranteil

1/3 extrazelluläreFlüssigkeit (EZF)

Täglicher WasserumsatzTäglicher Wasserumsatz

• Aufnahme – Flüssigkeit 1.000 – 1.500 ml– Feste Nahrung 700 ml– Oxidationswasser 300 ml

Summe 2.000 – 2.500 ml

• Aufnahme – Flüssigkeit 1.000 – 1.500 ml– Feste Nahrung 700 ml– Oxidationswasser 300 ml

Summe 2.000 – 2.500 ml

• Abgabe – Niere 1.000 – 1.500 ml– Haut + Lunge 900 ml– Darm 100 ml

Summe 2.000 – 2.500 ml

• Abgabe – Niere 1.000 – 1.500 ml– Haut + Lunge 900 ml– Darm 100 ml

Summe 2.000 – 2.500 ml

Ionenkonzentrationen der KompartimenteIonenkonzentrationen der Kompartimente

PlasmaInterstitieller RaumIntrazellularraum

150

180

150

15

Phosphat

HCO3-

Na+K+

SO42-

Mg2+

Protein-

0 0

150 150

40

05

65

85

0

Cl-

5 K+ K+ Protein-

HCO3-

Cl-Na+

Werte in mmol/l

Innerhalb der verschiedenen Kompartimente herrscht Elektroneutralität

OsmolalitätOsmolalität

• Konzentration aller gelösten Teilchen pro kg Lösungsmittel [mosmol/kg]• Konzentration aller gelösten Teilchen pro kg Lösungsmittel [mosmol/kg]

• Berechnung nach der Formel:2 x Serum-Na+ + Glucose + Harnstoff

• Normwerte:im Serum: 280 - 296 mosmol/kgim Urin: 50 - 1200 mosmol/kg

• Kritische Serumwerte: > 340 mosmol/kg< 250 mosmol/kg

• Berechnung nach der Formel:2 x Serum-Na+ + Glucose + Harnstoff

• Normwerte:im Serum: 280 - 296 mosmol/kgim Urin: 50 - 1200 mosmol/kg

• Kritische Serumwerte: > 340 mosmol/kg< 250 mosmol/kg

Regulation des Wasser-Elektrolyt-HaushaltsRegulation des Wasser-Elektrolyt-Haushalts

Aufrechterhaltung von Isotonie und IsovolämieAufrechterhaltung von Isotonie und Isovolämie

• Störungen der Isotonie Regulation primär über Wasserbilanz

• Störungen der Isovolämie Regulation primär über Natriumbilanz

• Störungen der Isotonie Regulation primär über Wasserbilanz

• Störungen der Isovolämie Regulation primär über Natriumbilanz

Volumenregulation geht vor Osmoregulation („Volumendurst“)Volumenregulation geht vor Osmoregulation („Volumendurst“)

Regulation des extrazellulären VolumensRegulation des extrazellulären Volumens

Störungen im Wasser- und NatriumhaushaltStörungen im Wasser- und Natriumhaushalt

Serum-NatriumSerum-Osmolalität

Mittleres korpuskuläresVolumen der Erythrozyten

HämatokritSerumprotein

Isotone Dehydratation Normal Normal Erhöht

Hypotone Dehydratation Erniedrigt Erhöht Erhöht

Hypertone Dehydratation Erhöht Erniedrigt Erhöht

Isotone Hyperhydratation Normal Normal Erniedrigt

Hypotone Hyperhydratation Erniedrigt Erhöht Erniedrigt

Hypertone Hyperhydratation Erhöht Erniedrigt Erniedrigt

Klinische FolgenKlinische Folgen

• Folgen von Osmolalitätsänderungen für den IZR– Bei Hypotonie ICF vermehrt– Bei Hypertonie ICF vermindert

• Folgen von Osmolalitätsänderungen für den IZR– Bei Hypotonie ICF vermehrt– Bei Hypertonie ICF vermindert

• Dehydratation– Durst– Tachykardie– RR-Abfall– Oligurie (bei normaler Niere)

• Dehydratation– Durst– Tachykardie– RR-Abfall– Oligurie (bei normaler Niere)

• Hyperhydratation– Ödeme– Gewichtszunahme– Dyspnoe, Lungenödem

• Hyperhydratation– Ödeme– Gewichtszunahme– Dyspnoe, Lungenödem

• Zerebrale Symptome– Bei Osmo < 250 mosmol/kg Krämpfe, Delir– Bei Osmo > 340 mosmol/kg Delir, Koma, Blutungen

• Zerebrale Symptome– Bei Osmo < 250 mosmol/kg Krämpfe, Delir– Bei Osmo > 340 mosmol/kg Delir, Koma, Blutungen

Dehydratation: UrsachenDehydratation: Ursachen

• Ursachen– Renale Verluste – Enterale Verluste– Verluste in den „dritten Raum“– Verluste über die Haut und die Lungen– Längeres Dursten (nur hypertone Form)

• Ursachen– Renale Verluste – Enterale Verluste– Verluste in den „dritten Raum“– Verluste über die Haut und die Lungen– Längeres Dursten (nur hypertone Form)

• Prinzip– Isoton: Verlust an Natrium und Wasser in isotonem Verhältnis– Hypoton: Natriumverlust > Wasserverlust– Hyperton: Wasserverlust > Natriumverlust, Defizit an freiem Wasser

• Prinzip– Isoton: Verlust an Natrium und Wasser in isotonem Verhältnis– Hypoton: Natriumverlust > Wasserverlust– Hyperton: Wasserverlust > Natriumverlust, Defizit an freiem Wasser

Dehydratation: DiagnostikDehydratation: Diagnostik

• Labor allgemein– Hämatokrit und Serumeiweiß erhöht– Serum-Na+ bzw. Serum-Osmo erhöht, normal oder erniedrigt (je nach Typ)

• Labor allgemein– Hämatokrit und Serumeiweiß erhöht– Serum-Na+ bzw. Serum-Osmo erhöht, normal oder erniedrigt (je nach Typ)

• Labor speziell– Bei normaler Nierenfunktion: Urin-Osmo adäquat erhöht– Bei Diabetes insipidus: Urin-Osmo < Serum-Osmo– Bei extrarenalen Na+-Verlusten: Urin-Na+ < 20 mmol/l– Bei renalen Na+-Verlusten: Urin-Na+ > 20 mmol/l

• Labor speziell– Bei normaler Nierenfunktion: Urin-Osmo adäquat erhöht– Bei Diabetes insipidus: Urin-Osmo < Serum-Osmo– Bei extrarenalen Na+-Verlusten: Urin-Na+ < 20 mmol/l– Bei renalen Na+-Verlusten: Urin-Na+ > 20 mmol/l

Beispiel Diabetes insipidus: Hypertone Dehydratation

Beispiel Diabetes insipidus: Hypertone Dehydratation

Hyperhydratation: UrsachenHyperhydratation: Ursachen

• Prinzip– Relativer Überschuß von Wasser und/oder Natrium

• Prinzip– Relativer Überschuß von Wasser und/oder Natrium

• Ursachen– Niereninsuffizienz– Herzinsuffizienz– Eiweißmangel– Mineralocorticoidexzess– iatrogen– Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion (SIADH)

• Ursachen– Niereninsuffizienz– Herzinsuffizienz– Eiweißmangel– Mineralocorticoidexzess– iatrogen– Syndrom der inadäquaten ADH-Sekretion (SIADH)

Hyperhydratation: DiagnostikHyperhydratation: Diagnostik

• Labor allgemein– Hämatokrit und Serumeiweiß erniedrigt– Serum-Na+ bzw. Serum-Osmo erhöht, normal oder erniedrigt (je nach Typ)

• Labor allgemein– Hämatokrit und Serumeiweiß erniedrigt– Serum-Na+ bzw. Serum-Osmo erhöht, normal oder erniedrigt (je nach Typ)

• Labor speziell– Bei Niereninsuffizienz: Urin-Na+ > 20 mmol/l– Bei extrarenaler Ursache: Urin-Na+ < 20 mmol/l– Bei Hyperaldosteronismus: Hypokaliämie, Hypernatriämie– Bei SIADH: ADH und Urin-Osmo inadäquat hoch bei niedriger Serum-Osmo

• Labor speziell– Bei Niereninsuffizienz: Urin-Na+ > 20 mmol/l– Bei extrarenaler Ursache: Urin-Na+ < 20 mmol/l– Bei Hyperaldosteronismus: Hypokaliämie, Hypernatriämie– Bei SIADH: ADH und Urin-Osmo inadäquat hoch bei niedriger Serum-Osmo

Kalium: PhysiologieKalium: Physiologie

• Tägliche Kaliumzufuhr 50 - 150 mmol• Ausscheidung: 90 % renal, 10 % enteral• intrazelluläres Hauptkation• Kaliumgradient durch aktiven Ionentransport• verantwortlich für das Membranruhepotential der Zellen• Verteilung zwischen IZR und EZR beeinflußt durch Insulin und pH

• Tägliche Kaliumzufuhr 50 - 150 mmol• Ausscheidung: 90 % renal, 10 % enteral• intrazelluläres Hauptkation• Kaliumgradient durch aktiven Ionentransport• verantwortlich für das Membranruhepotential der Zellen• Verteilung zwischen IZR und EZR beeinflußt durch Insulin und pH

K+(IZR) = 150 mmol/L

K+ (EZR) = 4 mmol/L

Ursachen einer HypokaliämieUrsachen einer Hypokaliämie

Aldosteron↑renale Verluste• Diuretika • polyurisches NV

gastrointestinale Verluste• Laxantien• Diarrhoe• Erbrechen

H+

K+

Alkalose

K+

K+ K+K+

K+

K+

K+

Glucose + Insulin

K+K+K+

Niedrige Zufuhr

Ursachen einer HyperkaliämieUrsachen einer Hyperkaliämie

Zell-/Gewebs-tod

AldosteronmangelKaliumsparende Diuretika AnurieChron. Niereninsuffizienz

K+K+

K+

K+

K+K+K+

K+

i.v. K-Infusion

↑

↑ ↑↑

↑ ↑

Hohe ZufuhrK+

H+

AzidoseDiabetisches Koma

Klinische FolgenKlinische Folgen

Hypokaliämie– Muskelschwäche, Paresen– Arrhythmien, Extrasystolen – Obstipation, Ileus– Tubulopathie, renaler

Diabetes insipidus

Hypokaliämie– Muskelschwäche, Paresen– Arrhythmien, Extrasystolen – Obstipation, Ileus– Tubulopathie, renaler

Diabetes insipidus

je schneller die Entwicklung der Dyskaliämie, umso stärker die Symptomatik !

je schneller die Entwicklung der Dyskaliämie, umso stärker die Symptomatik !

Hyperkaliämie– Muskelzuckungen– Blockbilder, Kammerflimmern,

Asystolie– Erbrechen, Koliken, Diarrhoe– Serumkalium > 6,5 mmol/l akut

lebensbedrohlich !

Hyperkaliämie– Muskelzuckungen– Blockbilder, Kammerflimmern,

Asystolie– Erbrechen, Koliken, Diarrhoe– Serumkalium > 6,5 mmol/l akut

lebensbedrohlich !

chronische Dyskaliämien oft symptomarm!chronische Dyskaliämien oft symptomarm!

EKG-Veränderungen bei DyskaliämieEKG-Veränderungen bei Dyskaliämie

Normokaliämie Hypokaliämie Hyperkaliämie

Dyskaliämie: DiagnostikDyskaliämie: Diagnostik

• Anamnese und Klinik• Kalium im Serum und Urin

– Urin-Kalium > 20 mmol/l Hinweis auf renalen Verlust– Urin-Kalium < 20 mmol/l Hinweis auf enteralen Verlust

• cave: Pseudohyperkaliämie durch in vitro Hämolyse• Ausschluß einer Niereninsuffizienz (Kreatinin)• Ausschluß einer Hämolyse/Myolyse• Säure-Base-Status

• Anamnese und Klinik• Kalium im Serum und Urin

– Urin-Kalium > 20 mmol/l Hinweis auf renalen Verlust– Urin-Kalium < 20 mmol/l Hinweis auf enteralen Verlust

• cave: Pseudohyperkaliämie durch in vitro Hämolyse• Ausschluß einer Niereninsuffizienz (Kreatinin)• Ausschluß einer Hämolyse/Myolyse• Säure-Base-Status

Calcium: PhysiologieCalcium: Physiologie

• 99 % des Calciums im Knochen • Tagesbedarf ca. 1 g• 40 % Proteingebunden• 5 - 10 % komplexgebunden• 50 - 55 % freie Ca 2+ -Ionen• Einfluß von Eiweiß/pH

• 99 % des Calciums im Knochen • Tagesbedarf ca. 1 g• 40 % Proteingebunden• 5 - 10 % komplexgebunden• 50 - 55 % freie Ca 2+ -Ionen• Einfluß von Eiweiß/pH

MalabsorptionAlkoholismus

Schleifendiuretika

Vitamin D ↓

LangsameAbsorption

CaHCO3+

Ca2+

HCO3-

↑↑

pH Ca2+ + ProteinCa2+↑

↑

PTH-Mangel

Ursachen der HypocalcämieUrsachen der Hypocalcämie

Niereninsuffizienz

Hypocalcämische TetanieHypocalcämische Tetanie

Chvostek-Zeichen Trousseau-Zeichen

DD Hyperventilationstetanie: Gesamtcalcium normal, ionisiertes Calcium erniedrigt

DD Hyperventilationstetanie: Gesamtcalcium normal, ionisiertes Calcium erniedrigt

Hohes Ca2+NierenversagenThiaziddiuretika

Vitamin D ↑

PTHrP↑

Tumor

Absorption

pH ↓Ca2+ + Protein ↓Ca2+ ↑↑

↑

Ursachen der HypercalcämieUrsachen der Hypercalcämie

Primärer HPT

Hypercalcämie: Klinik und DiagnostikHypercalcämie: Klinik und DiagnostikHypercalcämie: Klinik und DiagnostikHypercalcämie: Klinik und Diagnostik

• Polyurie und Polydipsie• Erbrechen und Obstipation• Herzrhythmusstörungen• Muskelschwäche• Psychose, Koma• Hypercalcämische Krise bei Werten > 3,5 mmol/l

• Polyurie und Polydipsie• Erbrechen und Obstipation• Herzrhythmusstörungen• Muskelschwäche• Psychose, Koma• Hypercalcämische Krise bei Werten > 3,5 mmol/l

• Serumcalcium, ionisiertes Calcium• Parathormon• Parathormon related peptide (PTHrp) bei Tumorhypercalcämie• 25(OH)-D3 bei Vitamin D Intoxikation• 1,25(OH)2-D3 bei Sarkoidose

• Serumcalcium, ionisiertes Calcium• Parathormon• Parathormon related peptide (PTHrp) bei Tumorhypercalcämie• 25(OH)-D3 bei Vitamin D Intoxikation• 1,25(OH)2-D3 bei Sarkoidose

Kryoskopie: PrinzipKryoskopie: Prinzip

delta T ~ Anzahl der gelösten Teilchen/kg = Osmolalitätdelta T ~ Anzahl der gelösten Teilchen/kg = Osmolalität

Flammenphotometrie (FES): PrinzipFlammenphotometrie (FES): Prinzip

FES: AufbauFES: Aufbau

FES: EmissionsspektrenFES: Emissionsspektren

Spezifische Wellenlängen: Na 590 nm, K 760 nm

Ionensensitive Membran: Beispiel KaliumIonensensitive Membran: Beispiel Kalium

Variierender K+ -Austausch- wechselndes Potential- abhängig von cK+ in der Probe

Konstanter K+ -Austausch- konstantes Potential

PVC-Membranenthält spezifischeionentragendeMoleküle

Zellophan-membran

K+

K+K+ K+K+

K+ K+K+

K+

K+

K+K+ K+

K+ K+

Elektrolyt Lösung

Sample

Ionensensitive Elektrode (ISE)Ionensensitive Elektrode (ISE)

Potentialdifferenz ~ log der Ionenkonzentration in der ProbePotentialdifferenz ~ log der Ionenkonzentration in der Probe