第１章/水バランスー

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あいねのえ
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1 CHAPTER 1 Water balance and Sodium balance Hyponatremia is primarily due to the intake of water that cannot be excreted, hypernatremia is primarily due to the loss of water that has not been replaced, hypovolemia represents the loss of sodium and water, and edema is primarily due to sodium and water retention From UpToDate

2 Total Body Water(TBW) Percent body weight TBW EFC ICF Birth Adult Months Total Body Water(TBW) Intracellular Fluid(ICF) Extracellular Fluid(ECF) Months Water contain: Fat < Muscle Age Years After puberty 60% Male Female Male Female Male Female From 2016 UpToDate 年齢性別によりの総水分量構成比は変化する

3 成人の総水分量 (TBW) は概ね体重の 60% である! TBW: BW 0.6 子供 BW 0.6 男性 BW 0.5 女性 BW 0.5 高齢男性 BW 0.45 高齢女性体重 60kg の場合総水分量 (TBW) 36L 組織間液 9L 細胞内液 (ICF) 24L 血漿 3L TBW 24L 細胞外液 (ECF) 組織間液 12L 9L 細胞内液 24L 血漿 3L 循環血漿量は総水分量 (TBW) の 1/3 1/4=1/12

4 陽イオン陰イオン meq/l 細胞内液と細胞外液の主な電解質組成血漿細胞外液組織間液細胞内液 Na K Ca Mg 計 CL HCO HPO SO 有機酸 5 5 蛋白質計やさしく学ぶために輸液栄養療法の第一歩第 3 版より

5 細胞外液 (ECF) の調整細胞外液は尿中 Na 排出の変化で調整される! Sensors: respond to pressure, not volume Renal afferent glomerular arterioles Carotid sinus Arteria&Ventricles レニン活性交感神経活性 Na 性利尿ホルモン Renin-Angiotensin-Aldosteron Adrenalin BNP/ANP Na の保持 EFC Na 排出 EFC

6 細胞内液の調整細胞内液は plasma tonicity により調整される! Plasma osmolality( 血漿浸透圧 )(275 to 290 mosmol/kg) 血清浸透圧は血漿溶解物質 (plasma solutes) と血漿水 (Plasma water) の比で決定される Plasma osmolality=2 [Na]+[Glucose(mg/dL)]/18+BUN(mg/dL)/2.8 Plasma osmolality=2 [Na]+[Glucose(mmol/L)]+BUN(mmol/L) Plasma tonicity( 血漿の張度 ) =Effective plasma osmolality( 有効血漿浸透圧 ) 細胞膜を通過しない血漿溶解物質を除いた浸透圧水の移動を規定 Posm tonicity=2 [Na]+[Glucose(mg/dL)/18] Posm tonicity=2 [Na]+[Glucose(mmol/L)] 尿素 (Urea) は速やかに細胞内外で平衡状態に達する為 Plasma tonicityの寄与しない

7 ICF と ECF の水の移動 ICF Na ECF ICF ECF Urea 水 < tonicity Na は細胞膜を通過できないので水が移動し浸透圧差をなくす > osmolality 尿素 (Urea) は自由に細胞膜を通過し浸透圧差は生じない低 Na 血症高 Na 血症 Plasma tonicity ICF > ECF Plasma tonicity ICF < ECF 透析では尿素 ( urea) の低下が急激におこり細胞内外で不均衡を生じる plasma tonicity に影響し細胞内に水の移動が起こる dialysis disequilibrium syndrome

8 Compartment Model 細胞内液細胞外液経口摂取輸液尿素尿素尿素 Na Na アルブミン細胞内間質血管内細胞膜張度 (Tonicity) による水の移動血管壁膠質浸透圧による水の移動排尿排便発汗呼気

9 自由水 (Free Water) 細胞内外を自由に移動できる水 *5% グルコースは投与後速やかに分解され自由水となる細胞内液細胞外液自由水自由水自由水細胞内間質血管内細胞膜膠質浸透圧 (Oncotic Pressure) 血管壁主としてアルブミンの濃度によって生じる血漿や間質の浸透圧アルブミンは負の荷電を持っておりこれと電気的平衡を保つため Na イオンを血漿中にひきつけ濃度勾配を形成しているこれをドナン効果 * というこの Na イオンによって生じた浸透圧も膠質浸透圧として計算される血漿の膠質浸透圧は約 28mmHg 組織の膠質浸透圧は約 23mmHg

10 Donnan の膜平衡 (Gibbs-Donnan 効果 ) イオンが膜の片側に存在する場合に透過性イオンも不透過性イオンの影響を受け膜の両側に不均衡に分布する現象間質血管内 Na + Na + Na + Na + Na + Na ー + ー Alb Na + Na + ーー Na + ー Na + Alb ー Na + Na + 負に帯電したアルブミン分子は陽イオンである Na + を引き寄せるため血管内外に Na 勾配が形成される! 血管内と間質に浸透圧差が生じる血管内水分の保持負に帯電したアルブミン分子

11 Dehydration と Volume depletion Dehydration( 脱水 ) Water balance の異常 Reduction in TBW below the normal level without a proportional reduction in sodium and potassium, resulting in a rise in the plasma sodium concentration. From Up-To-Date 自由水が 3L 失われても細胞外液は 1L の喪失に留まる. 自由水の喪失 ICF 2/3 ECF 1/3 Volume depletion Na balance の異常 Loss of sodium and water 外液の喪失 ICF 2/3 ECF 1/3

血漿の張度 (plasma tonicity) の調整脳下垂体の浸透圧受容体 (osmoreceptor) で感知渇き (thirst) 水分摂取 ADH 放出水分排出浸透圧感受性 ADH 放出浸透圧受容体は 1% の浸透圧の変化を感知するが ADH の浸透圧閾値は 280 290

12 血漿の張度 (plasma tonicity) の調整脳下垂体の浸透圧受容体 (osmoreceptor) で感知渇き (thirst) 水分摂取 ADH 放出水分排出浸透圧感受性 ADH 放出浸透圧受容体は 1% の浸透圧の変化を感知するが ADH の浸透圧閾値は mosmol/kg Plasma ADH (pg/ml) Robertson GL et al. Am J Med 1982; 72:339 Thirst Plasma osmolality (mosmol/kg)

13 ADH の作用 : 集合管での水の再吸収のメカニズム 1 vasopressin 2 (V2) 6 water channels (aquaporin-2) 7 osmotic water movement 5 protein kinasea camp 4 2 G as 3 adenylyl cyclase ADH 管腔 From UpToDate 基底外側 APQ4 8

14 有効循環血液量の調整 (volume regulation) 1. 腎 (juxtaglomerular cells ) renin-angiotensin-aldosterone system 活性 Anatomy 2. Carotid sinus 交感神経刺激レニン放出 3. Cardiac receptors 心房 atrial natriuretic peptide (ANP) 心室 brain natriuretic peptide (BNP)

15 Renin-angiotensin-aldosterone system From UpToDate 低血圧循環血液量減少 juxtaglomerular cells 腎環流低下 carotid sinus 求心性細動脈の進展 Macula densa への NaCl 供給レニン放出交感神経の緊張レニン基質アンギオテンシン Ⅰ アンギオテンシン Ⅱ 変換酵素アルドステロン分泌腎での Na+ 再吸収細胞外液の増加体血圧レニン放出

16 Na 摂取に伴う ANP Renin の変化 ANP 利尿を促進 5 0 Renin Days Sagnella GA et al. Am J Physiol 1989; 256:R1171.

ADH の役割 ( 非浸透圧性 Volume 感受性受容体による ADH 放出 ) Hypovolemic stimulus to ADH release Plasma ADH (pg/ml) 50 40 30 20 10 0 V2 receptors

17 ADH の役割 ( 非浸透圧性 Volume 感受性受容体による ADH 放出 ) Hypovolemic stimulus to ADH release Plasma ADH (pg/ml) V2 receptors 水の再吸収 V1 receptors 血管抵抗上昇血圧が低下するほどの急激な循環血液量減少に反応 Blood volume depletion (%) Dunn FL et al. J Clin Invest 1973; 52:3212.

18 Effects of ADH and solute excretion on the urine output Urine output (L/day) Solute excretion (mosml/day) No ADH Increasing ADH Maximum ADH urine osmolality 70 mosmol/kg 1400 mosmol/kg Data from UpToDate

19 Water / Na の摂取排出のバランスバランス維持の機序 1. Set point Na K 濃度 ECF 量をあるレベルに維持 2. Steady state 摂取と排出を同じにする Steady State の維持 meq / day Na 摂取と排出の関係 Na 摂取 Na 排出 Na 摂取に伴う ANP Renin の変化 Renin ANP day Days Sagnella GA et al. Am J Physiol 1989; 256:R1171.

20 血漿張度と循環血液量の調整 1)one-half isotonic saline の投与血漿量の増加血漿 Na 濃度の低下 1. 血漿量の増加 Renin-angiotensin-aldosterone system の活性の低下 ADH 分泌抑制余分な Na の適切な排出 Natriuretic peptides の分泌促進余分な Na の適切な排出 2. 血漿 Na 濃度の低下 Tonicity の低下 ADH 分泌抑制尿浸透圧の低下水分排出の適正な増加 2) 暑い日の発汗血漿 Na 濃度の増加 ECF の減少 1. 血漿 Na 濃度の増加 tonicity の増加 ADH 分泌の刺激口渇尿浸透圧の上昇水の保持 ( 尿は濃縮するが Na 含有量は少ない ) 2. EFC の減少 Renin-angiotensin-aldosterone system の活性化 Natriuretic peptides の分泌低下尿中 Na 排出低下. Na 含有の少ない濃縮尿となる

21 3) 塩分摂取過剰血漿 Na 浸透圧 tonicity の上昇 1. Na 濃度上昇 Tonicity の上昇 ADH 分泌促進水分排出の減少細胞内から細胞外への水分移動 ECF の増加 natriuretic peptides の分泌 renin-angiotensin-aldosterone system の抑制 Na 排出増加 Na 含有の多い少量の尿が排出口渇が強くなり水分摂取が増加する

22 Osmoregulation と Volume regulation のまとめ What is being sensed Osmoregulation Plasma osmolality Volume regulation Effective circulating volume Sensors Hypothalamic osmoreceptors Carotic sinus Afferent glomerular arteriole Atria Effectors Antidiuretic hormone Sympathetic nervous system Renin-angiotensin-aldosterone Natriuretic peptides Pressure natriuresis Antidiuretic hormone What is affected Water excretion (via ADH) Water intake (via thirst) Sodium excretion

23 Basic Principles Water Balance の異常 Na 濃度の異常水分不足高 Na 血症 ( hypernatremia) 水分過剰低 Na 血症 (Hyponatremia) 1. 水分過剰摂取精神疾患等 2. 水分排出障害 ADH 分泌過剰 SIADH Volume depletion 腎不全 Na Balance の異常細胞外液 (ECF) の異常 Na 喪失 hypovolemia Na 過剰 edema ( 浮腫 )

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PowerPoint Presentation 体液異常にどう立ち向かうか? 低高ナトリウム血症聖路加国際病院腎臓内科長浜正彦 Burton Rose 目次低高 Na 血症を理解するための腎臓生理 Salt and Water balance/ 塩と水の違いヒトの水分分布 Osmoregulation vs Volume regulation Dehydration vs Volume Depletion 高 Na 血症機序