20. Integrative physiology II: fluid and electrolyte balance
20.1 Fluid and electrolyte homeostasis
Naast de nieren, zorgen ook de darmen, de longen en zweten voor verlies van water en ionen.
Het is belangrijk om de osmolariteit in het lichaam te behouden, omdat veel membranen in het
lichaam water kunnen doorlaten. Als de osmolariteit van extracellulaire vloeistof (ECF) afneemt door
veel water drinken, zal er meer water de cellen ingaan en zwellen de cellen op. En andersom: als ECF
toeneemt zullen de cellen krimpen. Omdat het zo belangrijk is dat cellen hun volume behouden,
regelen veel cellen dit zelf met een bepaald mechanisme (bijv. door organische oplosstoffen te
produceren om de buitenkant te matchen).
Soms zorgt het zwellen of krimpen van cellen voor het op gang brengen van bepaalde celreacties.
Zoals bijvoorbeeld in de hypothalamus, waar de osmolariteit van de ECF wordt gereguleerd door
meer of minder ADH aan het bloed af te geven bij het krimpen of zwellen van de cellen, waardoor de
nieren minder ofwel meer water gaan uitplassen.
Het behoud van bloeddruk, bloed volume en ECF osmolariteit vormt een netwerk met veel met
elkaar verweven controle paden van zowel het cardiovasculaire systeem, gedrag en de nieren
(afbeelding hieronder).
20.2 Water balance
Bij vrouwen bestaat 50% van hun lichaamsgewicht uit water, en bij mannen is dit 60%.
• 2/3 hiervan is ICF (intracellulaire vloeistof).
• 1/3 hiervan is ECF (extracellulaire vloeistof).
o 1/4 van de ECF is bloedplasma.
o 3/4 van de ECF is interstitieel vocht.
,Al het vocht krijgen wij binnen via drinken (+/- 2 liter) en metabolisme (+/- 0,3 liter). En vervolgens
scheiden we het meeste uit via de urine (+/- 1,5 liter) en een klein deel via de ontlasting (+/- 0,1
liter). Het overige deel raken we onbewust kwijt (insensible water loss) via de huid of longen (+/- 0,9
liter). Als je te veel water kwijtraakt (bijv. door zweten of diarree) daalt de bloeddruk en kunnen
weefsels minder zuurstof krijgen. En als je hypo-osmotische vloeistof kwijtraakt door zweten zorgen
de achtergebleven oplosstoffen in het lichaam ervoor dat celfunctie verstoort kan worden.
Als het lichaam een tekort aan vloeistof heeft, zullen de nieren de vloeistof zoveel mogelijk proberen
te besparen. Als je lichaam te veel water heeft, produceer je meer urine waardoor je meer vloeistof
verlies (diuresis). Je urine kan daardoor zo waterig zijn als 50 mOsM, of zo geconcentreerd als 1200
mOsM.
De urineconcentratie varieert doordat de hoeveelheid Na+ en H2O wat wordt gereabsorbeerd in de
distale nefron (distale tubule en collecting duct) wordt aangepast. Als de urine waterig moet zijn (er
is een positieve waterbalans), moeten er opgeloste stoffen worden gereabsorbeerd zonder dat
water door osmose volgt (membraan moet impermeabel zijn voor water). Maar als de urine
geconcentreerd moet zijn (er is een negatieve waterbalans), moet er juist water worden
gereabsorbeerd (met osmose door poriën) zonder opgeloste stoffen. In dit laatste geval heeft het
nierbuisje een lagere osmotische waarde dan de cellen van de collecting duct en de interstitiële
vloeistof in de medulla.
I. Vloeistof in de proximale tubule is iso-osmotisch aan de interstitiële vloeistof van de cortex
(300 mOsM).
II. Als het nierbuisje de medulla induikt wordt de osmotisch waarde van de interstitiële vloeistof
hoger (1200 mOsM), waardoor er water uit het nierbuisje wordt gereabsorbeerd, waardoor
de osmostische waarde van de vloeistof in het nierbuisje omhoog gaat (ook 1200 mOsM).
III. Vervolgens stijgt de vloeistof in de ascending limb, waarbij er ionen worden gereabsorbeerd.
Maar omdat het membraan in deze ascending limb impermeabel voor water is, volgt het
water niet door osmose. Hierdoor wordt de osmotische waarde in het nierbuisje weer lager,
en vloeistof dat de loop of Henle verlaat is dus hypo-osmotisch (+/- 100 mOsM).
, IV. Vervolgens gaat de hypo-osmotische vloeistof de distale nefron in, waarbij de permeabiliteit
voor water wordt aangepast aan de hand van hormonen.
a. Productie van waterige urine: het membraan is niet permeabel voor water. Urine kan
zelfs nog wateriger worden als er opgeloste stoffen uit de collecting worden
gereabsorbeerd.
b. Productie van geconcentreerde urine: membraan wordt wel permeabel voor water
(er worden waterporiën ingevoegd), waardoor water door osmose wordt
gereabsorbeerd. (tot maximaal 1200 mOsM in het nierbuisje, omdat de medulla op
zijn diepst een waarde van 1200 mOsM heeft).
De collecting duct voegt dus waterporiën (of aquaporiën/AQP) toe, of verwijderd ze uit het
membraan wanneer dit nodig is. Dit gebeurd door het hormoon vasopressine (of ADH), als dit
hormoon wordt afgegeven wordt het membraan van de verzamelbuis permeabel voor water (en de
urine meer geconcentreerd). Hoe meer het hormoon wordt afgegeven, hoe meer water er
gereabsorbeerd kan worden.
AQP2 wordt gereguleerd door vasopressine, en zijn te vinden op het apicale membraan aan de kant
van het nierbuisje, en in het membraan van ‘cytoplasmic storage vesicles’. Als er weinig vasopressine
is, wordt AQP2 als het ware opgeslagen in de storage vesicles in de cel, en zijn ze niet/minder op het
apicale membraan aanwezig. Als vesopressine meer aanwezig is, bindt het aan zijn V2 receptor op
het basolaterale membraan, waarna een G-proteïne/cAMP second messenger systeem wordt
geactiveerd. Dit zorgt ervoor dat de AQP2 blaasjes naar het apicale membraan verplaatsen en ermee
samensmelten. Door exocytose worden de AQP2 poriën daarna in het apicale membraan gezet. Dit
proces waarbij een deel van het celmembraan wordt toegevoegd dor exocytose en wordt
weggehaald door endocytose wordt membrane recycling genoemd.
ADH wordt vooral afgegeven bij een toename aan plasma osmolariteit. Dit wordt gemonitord door
osmoreceptoren, dit zijn neuronen die reageren als de cel krimpt (< 280 mOsM), waarna er ADH
wordt afgegeven (stretch-sensitive receptoren). De meeste van deze receptoren zitten in de
hypothalamus.
Ook de afname van bloedvolume stimuleert de afgifte van ADH. Deze receptoren zijn ook stretch-
sensitive, maar liggen in een ader. De afname van bloeddruk stimuleert ook ADH.
