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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
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
