حفظ حجم نسبتاً ثابت و ترکیب پایدار مایعات بدن برای هم‌ایستایی یا هومئوستاز ضروری است. برخی از شایع‌ترین و مهم‌ترین مشکلات در پزشکی بالینی، در اثر اختلال در سامانه‌های کنترلی ایجاد می‌شوند که این ثبات نسبی مایعات بدن را حفظ می‌کنند. در این فصل و فصل‌های بعدی مربوط به کلیه‌ها، تنظیم کلی حجم مایعات بدن، ترکیبات مایع خارج‌سلولی، تعادل اسید–باز و کنترل تبادل مایع میان بخش‌های خارج‌سلولی و داخل‌سلولی را بررسی می‌کنیم.
در شرایط پایدار طولانی‌مدت، ورود و خروج مایعات و مواد محلول با یکدیگر متعادل‌اند
ثبات نسبی مایعات بدن شگفت‌انگیز است؛ زیرا همواره تبادل مایع و مواد محلول با محیط بیرون و نیز میان بخش‌های مختلف بدن در جریان است. برای مثال، مقدار مایع و الکترولیت‌هایی که وارد بدن می‌شوند بسیار متغیر است و برای جلوگیری از افزایش یا کاهش حجم مایعات بدن و غلظت الکترولیت‌ها، باید با خروجی تقریباً مساوی مایع و الکترولیت از بدن تطابق داده شود.
دریافت روزانهٔ آب
آب از دو منبع اصلی به بدن افزوده می‌شود: ۱) مصرف آب به‌صورت مایعات یا آب موجود در غذا که در مجموع به‌طور طبیعی حدود ۲۱۰۰ mL/day به مایعات بدن اضافه می‌کند؛ و ۲) ساخته‌شدن آب در بدن در اثر اکسیداسیون کربوهیدرات‌ها که حدود ۲۰۰ mL/day آب ایجاد می‌کند. بنابراین دریافت کل آب در روز حدود ۲۳۰۰ mL/day است (جدول ۲۵٫۱). با این حال، دریافت آب بین افراد مختلف و حتی در یک فرد در روزهای متفاوت بسیار متغیر است و به آب‌وهوا، عادت‌ها و میزان فعالیت بدنی بستگی دارد.
اتلاف روزانهٔ آب بدن
اتلاف نامحسوس آب
برخی از راه‌های از دست رفتن آب را نمی‌توان با دقت تنظیم کرد. برای مثال، انسان به‌طور مداوم از طریق تبخیر از دستگاه تنفسی و انتشار آب از پوست، آب از دست می‌دهد که در شرایط طبیعی روی‌هم حدود ۷۰۰ mL/day است. به این مقدار، اتلاف نامحسوس آب گفته می‌شود؛ زیرا با وجود اینکه در تمام افراد زنده به‌طور مداوم رخ می‌دهد، فرد به‌طور آگاهانه آن را احساس نمی‌کند.
اتلاف نامحسوس آب از طریق پوست بر اثر انتشار، به‌طور متوسط حدود ۳۰۰–۴۰۰ mL/day است، مستقل از تعریق رخ می‌دهد و حتی در افرادی که بدون غدد عرق متولد می‌شوند نیز وجود دارد. این اتلاف به‌وسیلهٔ لایهٔ شاخی و پر از کلسترول پوست محدود می‌شود؛ لایه‌ای که سدی در برابر اتلاف بیش از حد آب از طریق انتشار ایجاد می‌کند. اگر این لایهٔ شاخی از بین برود، مانند سوختگی‌های وسیع، سرعت تبخیر ممکن است تا حدود ۱۰ برابر افزایش یابد و به ۳–۵ L/day برسد. به همین علت، افراد دچار سوختگی باید برای جبران اتلاف مایع، مقادیر زیادی مایع دریافت کنند که معمولاً به‌صورت وریدی داده می‌شود.
اتلاف نامحسوس آب از دستگاه تنفسی به‌طور طبیعی حدود ۳۰۰–۴۰۰ mL/day است. هنگامی که هوا وارد دستگاه تنفسی می‌شود، پیش از خروج با رطوبت اشباع می‌شود و فشار بخار آب آن به حدود 47 mm Hg می‌رسد. از آنجا که فشار بخار هوای دَمی معمولاً کمتر از 47 mm Hg است، در جریان تنفس همواره مقداری آب از ریه‌ها از دست می‌رود. در هوای سرد، فشار بخار جو تقریباً تا صفر کاهش می‌یابد و با پایین آمدن دما، اتلاف آب از ریه‌ها بیشتر می‌شود. این پدیده احساس خشکی مجاری تنفسی در هوای سرد را توضیح می‌دهد.
اتلاف مایع از طریق عرق
مقدار آب از دست‌رفته از طریق تعریق بسیار متغیر است و به فعالیت بدنی و دمای محیط بستگی دارد. حجم عرق به‌طور طبیعی حدود ۱۰۰ mL/day است؛ اما در هوای گرم یا هنگام ورزش سنگین، اتلاف مایع از راه عرق گاهی به ۱–۲ L/hr می‌رسد. اگر همزمان دریافت آب با فعال‌شدن سازوکار تشنگی افزایش پیدا نکند، چنین اتلافی می‌تواند به‌سرعت مایعات بدن را کاهش دهد؛ سازوکاری که در فصل ۲۹ بررسی می‌شود.
اتلاف آب از مدفوع
به‌طور طبیعی تنها مقدار کمی آب، حدود ۱۰۰ mL/day، از راه مدفوع دفع می‌شود. این مقدار در افراد دچار اسهال شدید ممکن است به چند لیتر در روز برسد. بنابراین اگر اسهال شدید ظرف چند روز اصلاح نشود، می‌تواند تهدیدکنندهٔ حیات باشد.
اتلاف آب از طریق کلیه‌ها
باقی‌ماندهٔ آب دفع‌شده از بدن، از طریق ادرار و به‌وسیلهٔ کلیه‌ها خارج می‌شود. سازوکارهای متعددی سرعت دفع ادرار را کنترل می‌کنند.
| دریافت یا دفع | شرایط طبیعی mL/day | ورزش سنگین و طولانی mL/day |
|---|---|---|
| دریافت | ||
| مایعات مصرف‌شده | ۲۱۰۰ | ؟ |
| آب حاصل از متابولیسم | ۲۰۰ | ۲۰۰ |
| کل دریافت | ۲۳۰۰ | ؟ |
| دفع | ||
| نامحسوس: پوست | ۳۵۰ | ۳۵۰ |
| نامحسوس: ریه‌ها | ۳۵۰ | ۶۵۰ |
| عرق | ۱۰۰ | ۵۰۰۰ |
| مدفوع | ۱۰۰ | ۱۰۰ |
| ادرار | ۱۴۰۰ | ۵۰۰ |
| کل دفع | ۲۳۰۰ | ۶۶۰۰ |
مهم‌ترین راهی که بدن از طریق آن تعادل میان دریافت و دفع آب و نیز تعادل میان ورود و خروج بیشتر الکترولیت‌ها را حفظ می‌کند، کنترل سرعت دفع این مواد توسط کلیه‌ها است. برای مثال، حجم ادرار در فرد دچار کم‌آبی می‌تواند تا 0.5 L/day کاهش یابد، در حالی که در فردی که مقدار بسیار زیادی آب می‌نوشد ممکن است به 20 L/day برسد.
این تغییرپذیری در مورد بیشتر الکترولیت‌های بدن، از جمله سدیم، کلر و پتاسیم نیز وجود دارد. در بعضی افراد دریافت سدیم ممکن است فقط 20 mEq/day باشد، در حالی که در برخی دیگر به 300–500 mEq/day می‌رسد. وظیفهٔ کلیه‌ها این است که سرعت دفع آب و الکترولیت‌ها را دقیقاً با میزان دریافت آن‌ها تطبیق دهند و در عین حال، اتلاف بیش از حد مایع و الکترولیت‌ها را که در برخی بیماری‌ها رخ می‌دهد جبران کنند. در فصل‌های ۲۶ تا ۳۲ سازوکارهایی را بررسی می‌کنیم که کلیه‌ها را قادر به انجام این وظایف شگفت‌انگیز می‌کنند.
بخش‌های مایع بدن
کل مایع بدن عمدتاً میان دو بخش توزیع می‌شود: مایع خارج‌سلولی و مایع داخل‌سلولی (شکل ۲۵٫۱). مایع خارج‌سلولی نیز به مایع بین‌بافتی و پلاسمای خون تقسیم می‌شود.
بخش کوچک دیگری از مایع بدن وجود دارد که مایع ترانس‌سلولار نامیده می‌شود. این بخش شامل مایع فضاهای سینوویال، صفاقی، پریکاردی و داخل‌چشمی و نیز مایع مغزی–نخاعی است. معمولاً این مایعات نوع تخصص‌یافته‌ای از مایع خارج‌سلولی در نظر گرفته می‌شوند، هرچند در برخی موارد ترکیب آن‌ها می‌تواند تفاوت زیادی با پلاسما یا مایع بین‌بافتی داشته باشد. مجموع همهٔ مایعات ترانس‌سلولار حدود ۱–۲ L است.
در یک مرد بالغ 70-kg، آب کل بدن حدود ۶۰٪ وزن بدن، یعنی تقریباً 42 L است. این درصد به سن، تودهٔ عضلانی و درصد چربی بدن بستگی دارد. با افزایش سن، درصد وزن بدن که از مایع تشکیل شده است به‌تدریج کاهش می‌یابد.
بخشی از این کاهش به این علت است که افزایش سن معمولاً با کاهش تودهٔ عضلانی و افزایش سهم چربی از وزن بدن همراه است؛ تغییری که درصد آب بدن را کاهش می‌دهد.
چون زنان به‌طور طبیعی نسبت به مردان درصد چربی بدن بیشتری دارند، آب کل بدن در آن‌ها به‌طور متوسط حدود ۵۰٪ وزن بدن است. با این حال، این درصد در زنان نیز با توجه به سن، تودهٔ عضلانی و میزان چربی بدن تغییر قابل‌توجهی دارد. در نوزادان نارس و نوزادان تازه‌متولدشده، آب کل بدن حدود ۷۰ تا ۷۵٪ وزن بدن است. بنابراین هنگام صحبت از مقادیر متوسط بخش‌های مایع بدن باید در نظر داشت که سن، جنس، تودهٔ عضلانی و چربی بدن باعث تغییر این مقادیر می‌شوند.
در بسیاری از کشورها، متوسط وزن بدن و تودهٔ چربی طی ۳۰ سال گذشته به‌سرعت افزایش یافته است. در ایالات متحده، متوسط وزن مردان بالغ بالاتر از ۲۰ سال حدود 90 kg (≈198 lb) و در زنان بالغ حدود 77.5 kg (≈171 lb) برآورد می‌شود. بنابراین داده‌هایی که در این فصل و فصل‌های دیگر برای یک مرد متوسط 70-kg بیان می‌شوند، هنگام ارزیابی بخش‌های مایع بدن در بسیاری از افراد باید متناسب با وزن آن‌ها تعدیل شوند.
بخش مایع داخل‌سلولی
حدود دو سوم مایع بدن، یعنی 28 L از مجموع 42 L، درون تریلیون‌ها سلول قرار دارد و در مجموع مایع داخل‌سلولی (ICF) نامیده می‌شود. بنابراین در یک فرد «متوسط»، مایع داخل‌سلولی حدود ۴۰٪ وزن بدن را تشکیل می‌دهد.
مایع هر سلول مخلوط ویژهٔ خود از مواد مختلف را دارد، اما غلظت این مواد از یک سلول به سلول دیگر مشابه است. در واقع، ترکیب مایع داخل سلول‌ها حتی در جانوران بسیار متفاوت، از ابتدایی‌ترین میکروارگانیسم‌ها تا انسان، شباهت قابل‌توجهی دارد. به همین دلیل، مجموع مایع داخل همهٔ سلول‌ها را می‌توان یک بخش مایع بزرگ و واحد در نظر گرفت.
بخش مایع خارج‌سلولی
همهٔ مایعات خارج از سلول‌ها در مجموع مایع خارج‌سلولی (ECF) نامیده می‌شوند. این مایعات حدود ۲۰٪ وزن بدن، یعنی تقریباً 14 L در یک مرد لاغر 70-kg را تشکیل می‌دهند. دو بخش اصلی مایع خارج‌سلولی عبارت‌اند از: مایع بین‌بافتی که بیش از سه‌چهارم مایع خارج‌سلولی، یعنی حدود 11 L را تشکیل می‌دهد؛ و پلاسما که تقریباً یک‌چهارم مایع خارج‌سلولی، یعنی حدود 3 L است.
پلاسما بخش غیرسلولی خون است و از طریق منافذ غشاهای مویرگی به‌طور مداوم با مایع بین‌بافتی تبادل ماده دارد. این منافذ به تقریباً همهٔ مواد محلول موجود در مایع خارج‌سلولی، به‌جز پروتئین‌ها، نفوذپذیری بالایی دارند. بنابراین مایعات خارج‌سلولی دائماً با یکدیگر مخلوط می‌شوند و ترکیب پلاسما و مایع بین‌بافتی تقریباً مشابه است، به‌جز پروتئین‌ها که غلظت آن‌ها در پلاسما بیشتر است.
حجم خون
خون هم مایع خارج‌سلولی، یعنی پلاسما، و هم مایع داخل‌سلولی، یعنی مایع درون گلبول‌های قرمز، را در بر دارد. با این حال، خون به‌عنوان یک بخش مایع جداگانه در نظر گرفته می‌شود؛ زیرا در محفظهٔ ویژهٔ خود، یعنی دستگاه گردش خون، قرار دارد. حجم خون به‌ویژه در کنترل دینامیک قلبی–عروقی اهمیت زیادی دارد.
متوسط حجم خون در بزرگسالان حدود ۷٪ وزن بدن، یعنی تقریباً 5 L است. حدود ۶۰٪ خون پلاسما و ۴۰٪ آن گلبول قرمز است، هرچند این درصدها با توجه به جنس، وزن و عوامل دیگر می‌توانند به‌طور قابل‌توجهی متفاوت باشند.
هماتوکریت؛ حجم فشردهٔ گلبول‌های قرمز
هماتوکریت کسری از حجم خون است که توسط گلبول‌های قرمز اشغال می‌شود. برای اندازه‌گیری آن، خون در لولهٔ هماتوکریت سانتریفیوژ می‌شود تا سلول‌ها در پایین لوله فشرده شوند. از آنجا که سانتریفیوژ گلبول‌های قرمز را کاملاً بدون فضای بین‌سلولی فشرده نمی‌کند، حدود ۳ تا ۴٪ پلاسما میان سلول‌ها گیر می‌افتد؛ بنابراین هماتوکریت واقعی حدود ۹۶٪ مقدار اندازه‌گیری‌شده است.
هماتوکریت اندازه‌گیری‌شده در مردان به‌طور طبیعی حدود ۰٫۴۲ و در زنان حدود ۰٫۳۸ است. در کم‌خونی شدید، هماتوکریت ممکن است تا حدود ۰٫۱۰ کاهش یابد؛ مقداری که به‌سختی برای ادامهٔ حیات کافی است. در مقابل، در افراد مبتلا به پلی‌سیتمی، تولید بیش از حد گلبول قرمز می‌تواند هماتوکریت را تا حدود ۰٫۶۵ افزایش دهد.
ترکیبات مایعات خارج‌سلولی و داخل‌سلولی
مقایسهٔ ترکیب مایع خارج‌سلولی، شامل پلاسما و مایع بین‌بافتی، با مایع داخل‌سلولی در شکل‌های ۲۵٫۲ و ۲۵٫۳ و جدول ۲۵٫۲ نشان داده شده است.
| ماده | پلاسما mOsm/L H₂O | مایع بین‌بافتی mOsm/L H₂O | مایع داخل‌سلولی mOsm/L H₂O |
|---|---|---|---|
| Na⁺ | ۱۴۲ | ۱۳۹ | ۱۴ |
| K⁺ | ۴٫۲ | ۴٫۰ | ۱۴۰ |
| Ca²⁺ | ۱٫۳ | ۱٫۲ | ۰٫۰۰۰۱ |
| Mg²⁺ | ۰٫۸ | ۰٫۷ | ۲۰ |
| Cl⁻ | ۱۰۶ | ۱۰۸ | ۴ |
| HCO₃⁻ | ۲۴ | ۲۸٫۳ | ۱۰ |
| HPO₄²⁻ ، H₂PO₄⁻ | ۲ | ۲ | ۱۱ |
| SO₄²⁻ | ۰٫۵ | ۰٫۵ | ۱ |
| فسفوکراتین | ۴۵ | ||
| کارنوزین | ۱۴ | ||
| اسیدهای آمینه | ۲ | ۲ | ۸ |
| کراتین | ۰٫۲ | ۰٫۲ | ۹ |
| لاکتات | ۱٫۲ | ۱٫۲ | ۱٫۵ |
| آدنوزین تری‌فسفات | ۵ | ||
| هگزوز مونوفسفات | ۳٫۷ | ||
| گلوکز | ۵٫۶ | ۵٫۶ | |
| پروتئین | ۱٫۲ | ۰٫۲ | ۴ |
| اوره | ۴ | ۴ | ۴ |
| سایر مواد | ۴٫۸ | ۳٫۹ | ۱۰ |
| کل | ۲۹۹٫۸ | ۳۰۰٫۸ | ۳۰۱٫۲ |
| فعالیت اسمزی اصلاح‌شده | ۲۸۲٫۰ | ۲۸۱٫۰ | ۲۸۱٫۰ |
| فشار اسمزی کل در ۳۷°C mm Hg | ۵۴۴۱ | ۵۴۲۳ | ۵۴۲۳ |
پلاسما و مایع بین‌بافتی ترکیب یونی مشابهی دارند
چون پلاسما و مایع بین‌بافتی فقط توسط غشاهای مویرگی با نفوذپذیری بالا از یکدیگر جدا شده‌اند، ترکیب یونی آن‌ها مشابه است. مهم‌ترین تفاوت میان این دو بخش، غلظت بیشتر پروتئین در پلاسما است؛ زیرا مویرگ‌ها نفوذپذیری کمی نسبت به پروتئین‌های پلاسما دارند و در بیشتر بافت‌ها تنها مقدار اندکی پروتئین به فضای بین‌بافتی نشت می‌کند.
به علت اثر دونان (Donnan effect)، غلظت یون‌های دارای بار مثبت یا کاتیون‌ها در پلاسما اندکی، حدود ۲٪، بیشتر از مایع بین‌بافتی است. پروتئین‌های پلاسما بار خالص منفی دارند و بنابراین کاتیون‌هایی مانند سدیم و پتاسیم را جذب می‌کنند و مقدار کمی از این یون‌ها را همراه با پروتئین‌ها در پلاسما نگه می‌دارند. برعکس، یون‌های منفی یا آنیون‌ها در مایع بین‌بافتی غلظت اندکی بیشتر از پلاسما دارند؛ زیرا بار منفی پروتئین‌های پلاسما آنیون‌ها را دفع می‌کند. با این حال، برای مقاصد عملی، غلظت یون‌ها در پلاسما و مایع بین‌بافتی تقریباً برابر در نظر گرفته می‌شود.
با مراجعهٔ دوباره به شکل ۲۵٫۲ می‌توان دید که مایع خارج‌سلولی، شامل پلاسما و مایع بین‌بافتی، مقادیر زیادی یون سدیم و کلر و مقدار قابل‌توجهی یون بی‌کربنات دارد، اما فقط مقادیر اندکی پتاسیم، کلسیم، منیزیم، فسفات و یون‌های اسیدهای آلی در آن وجود دارد. ترکیب مایع خارج‌سلولی به‌وسیلهٔ سازوکارهای مختلف، به‌ویژه کلیه‌ها، با دقت تنظیم می‌شود. این تنظیم باعث می‌شود سلول‌ها همواره در مایعی غوطه‌ور باشند که غلظت مناسبی از الکترولیت‌ها و مواد مغذی برای عملکرد بهینهٔ سلولی دارد.
ترکیبات مایع داخل‌سلولی
مایع داخل‌سلولی به‌وسیلهٔ غشای سلولی از مایع خارج‌سلولی جدا می‌شود. این غشا نسبت به آب نفوذپذیری بسیار بالایی دارد، اما نسبت به بیشتر الکترولیت‌های بدن نفوذپذیر نیست. برخلاف مایع خارج‌سلولی، مایع داخل‌سلولی تنها مقادیر کمی سدیم و کلر و تقریباً هیچ کلسیم آزاد ندارد. در عوض، حاوی مقادیر زیادی پتاسیم و فسفات و نیز مقادیر متوسطی منیزیم و سولفات است؛ موادی که غلظت آن‌ها در مایع خارج‌سلولی پایین است. همچنین سلول‌ها مقادیر زیادی پروتئین دارند؛ تقریباً چهار برابر پلاسما.
اندازه‌گیری حجم بخش‌های مایع بدن با روش رقیق‌سازی نشانگر
حجم یک بخش مایع در بدن را می‌توان با واردکردن یک مادهٔ نشانگر به آن بخش، فرصت‌دادن برای پخش یکنواخت نشانگر در تمام مایع آن بخش و سپس اندازه‌گیری میزان رقیق‌شدن ماده تعیین کرد. شکل ۲۵٫۴ روش رقیق‌سازی نشانگر (Indicator-dilution) را برای اندازه‌گیری حجم یک بخش مایع نشان می‌دهد.
| حجم مورد اندازه‌گیری | نشانگرها |
|---|---|
| آب کل بدن | ³H₂O، ²H₂O، Antipyrine |
| مایع خارج‌سلولی | ²²Na، ¹²⁵I-iothalamate، Thiosulfate، Inulin |
| مایع داخل‌سلولی | محاسبه از: آب کل بدن − حجم مایع خارج‌سلولی |
| حجم پلاسما | ¹²⁵I-albumin، Evans blue dye (T-1824) |
| حجم خون | ⁵¹Cr-labeled RBCs؛ یا Plasma volume/(1 − Hematocrit) |
| مایع بین‌بافتی | محاسبه از: حجم مایع خارج‌سلولی − حجم پلاسما |
این روش بر اصل بقای جرم استوار است؛ یعنی جرم کل ماده پس از پخش‌شدن در بخش مایع، با جرم کل ماده‌ای که به آن بخش تزریق شده است برابر خواهد بود.
در مثال شکل ۲۵٫۴، مقدار کمی رنگ یا مادهٔ نشانگر موجود در سرنگ به یک محفظه تزریق می‌شود و اجازه داده می‌شود تا ماده در سراسر محفظه پخش شود و غلظت آن در همهٔ نقاط یکسان شود. سپس نمونه‌ای از مایع حاوی مادهٔ پخش‌شده برداشته می‌شود و غلظت آن با روش شیمیایی، فوتوالکتریک یا روش‌های دیگر اندازه‌گیری می‌شود. اگر هیچ بخشی از ماده از محفظه خارج نشود، جرم کل ماده در محفظه، یعنی Volume B × Concentration B، با جرم کل مادهٔ تزریق‌شده، یعنی Volume A × Concentration A، برابر است. با بازآرایی سادهٔ معادله، حجم ناشناختهٔ محفظهٔ B چنین محاسبه می‌شود:
برای مثال، اگر 1 mL از محلولی با غلظت 10 mg/mL رنگ در محفظهٔ B پخش شود و غلظت نهایی در محفظه به 0.01 mg/mL برسد، حجم ناشناختهٔ محفظه چنین خواهد بود:
از این روش می‌توان برای اندازه‌گیری حجم تقریباً هر بخش مایع در بدن استفاده کرد، به شرط آنکه سه فرض برقرار باشد: ۱) نشانگر به‌طور یکنواخت در سراسر بخش پخش شود؛ ۲) فقط در همان بخشی که اندازه‌گیری می‌شود توزیع شود؛ و ۳) متابولیزه یا دفع نشود. اگر نشانگر متابولیزه یا دفع شود، باید اتلاف آن از بدن در محاسبات اصلاح شود. برای اندازه‌گیری حجم هر یک از بخش‌های مختلف مایع بدن می‌توان از مواد گوناگونی استفاده کرد.
تعیین حجم بخش‌های مشخص مایع بدن
اندازه‌گیری آب کل بدن
برای اندازه‌گیری آب کل بدن می‌توان از آب رادیواکتیو، یعنی تریتیوم ³H₂O، یا آب سنگین، یعنی دوتریوم ²H₂O، استفاده کرد. این انواع آب پس از تزریق به خون طی چند ساعت با آب کل بدن مخلوط می‌شوند و سپس با استفاده از اصل رقیق‌سازی می‌توان آب کل بدن را محاسبه کرد. مادهٔ دیگری که برای این منظور به‌کار رفته آنتی‌پیرین است؛ ماده‌ای بسیار محلول در چربی که به‌سرعت از غشاهای سلولی عبور می‌کند و به‌طور یکنواخت در بخش‌های داخل‌سلولی و خارج‌سلولی توزیع می‌شود.
اندازه‌گیری حجم مایع خارج‌سلولی
حجم مایع خارج‌سلولی را می‌توان با موادی برآورد کرد که در پلاسما و مایع بین‌بافتی پخش می‌شوند، اما به‌راحتی از غشای سلولی عبور نمی‌کنند. از جملهٔ این مواد می‌توان به سدیم رادیواکتیو، کلر رادیواکتیو، یوتالامات رادیواکتیو، یون تیوسولفات و اینولین اشاره کرد. پس از تزریق هر یک از این مواد به خون، معمولاً طی ۳۰ تا ۶۰ دقیقه تقریباً در سراسر مایع خارج‌سلولی پخش می‌شوند. با این حال، بعضی از این مواد، مانند سدیم رادیواکتیو، ممکن است به مقدار کمی وارد سلول‌ها شوند. به همین دلیل، گاهی به‌جای «حجم واقعی مایع خارج‌سلولی» از اصطلاح‌هایی مانند فضای سدیم یا فضای اینولین استفاده می‌شود.
محاسبهٔ حجم مایع داخل‌سلولی
حجم مایع داخل‌سلولی را نمی‌توان مستقیماً اندازه‌گیری کرد، اما می‌توان آن را از رابطهٔ زیر به‌دست آورد:
اندازه‌گیری حجم پلاسما
حجم پلاسما را می‌توان با موادی اندازه‌گیری کرد که به‌راحتی از غشاهای مویرگی عبور نمی‌کنند و پس از تزریق در دستگاه عروقی باقی می‌مانند. یکی از رایج‌ترین مواد مورد استفاده، آلبومین سرم نشاندارشده با ید رادیواکتیو ¹²⁵I-albumin است. همچنین می‌توان از رنگی استفاده کرد که با تمایل زیاد به پروتئین‌های پلاسما متصل می‌شود، مانند Evans blue (T-1824).
محاسبهٔ حجم مایع بین‌بافتی
حجم مایع بین‌بافتی را نمی‌توان مستقیماً اندازه‌گیری کرد، اما از رابطهٔ زیر محاسبه می‌شود:
اندازه‌گیری حجم خون
اگر هماتوکریت، یعنی کسری از حجم کل خون که از سلول‌ها تشکیل شده، و حجم پلاسما با روش‌های گفته‌شده اندازه‌گیری شوند، حجم خون را نیز می‌توان از معادلهٔ زیر محاسبه کرد:
برای مثال، اگر حجم پلاسما 3 L و هماتوکریت ۰٫۴۰ باشد، حجم کل خون چنین محاسبه می‌شود:
روش دیگر اندازه‌گیری حجم خون، که البته در محیط‌های بالینی به‌ندرت استفاده می‌شود، این است که مقدار کمی گلبول قرمز از فرد گرفته شود، سلول‌ها با مادهٔ رادیواکتیو نشاندار شوند و سپس دوباره به گردش خون تزریق شوند. پس از مخلوط‌شدن سلول‌ها با خون در گردش، رادیواکتیویتهٔ یک نمونهٔ خون مخلوط اندازه‌گیری می‌شود و حجم کل خون با اصل رقیق‌سازی نشانگر محاسبه می‌گردد. یکی از موادی که برای نشاندارکردن گلبول قرمز استفاده می‌شود کروم رادیواکتیو ⁵¹Cr است که اتصال محکمی به گلبول‌های قرمز دارد.
تبادل مایع و تعادل اسمزی میان مایع داخل‌سلولی و خارج‌سلولی
یکی از مشکلات شایع در درمان بیماران بدحال، حفظ حجم کافی مایع در یکی یا هر دو بخش داخل‌سلولی و خارج‌سلولی است. همان‌طور که در فصل ۱۶ و در ادامهٔ این فصل بیان می‌شود، مقدار نسبی مایع خارج‌سلولی که میان پلاسما و فضای بین‌بافتی توزیع می‌شود، عمدتاً به تعادل نیروهای هیدروستاتیک و اسمزی کلوئیدی در دو سوی غشاهای مویرگی بستگی دارد.
در مقابل، توزیع مایع میان بخش داخل‌سلولی و خارج‌سلولی عمدتاً تحت تأثیر اثر اسمزی مواد محلول کوچک‌تر، به‌ویژه سدیم، کلر و دیگر الکترولیت‌ها، در دو سوی غشای سلولی است. علت آن است که غشای سلولی نسبت به آب بسیار نفوذپذیر، اما حتی نسبت به یون‌های کوچکی مانند سدیم و کلر نسبتاً نفوذناپذیر است. بنابراین آب به‌سرعت از غشای سلول عبور می‌کند و مایع داخل‌سلولی از نظر تونیسیتی با مایع خارج‌سلولی تقریباً برابر باقی می‌ماند.
در بخش بعد، ارتباط میان حجم مایع داخل‌سلولی و خارج‌سلولی و عوامل اسمزی‌ای را بررسی می‌کنیم که می‌توانند باعث جابه‌جایی مایع میان این دو بخش شوند.
اصول پایهٔ اسمز و فشار اسمزی
اصول پایهٔ اسمز و فشار اسمزی در فصل ۴ توضیح داده شد. در اینجا فقط مهم‌ترین جنبه‌های آن اصول را که در تنظیم حجم مایعات نقش دارند مرور می‌کنیم.
چون غشاهای سلولی نسبت به بیشتر مواد محلول نسبتاً نفوذناپذیر اما نسبت به آب بسیار نفوذپذیرند، هرگاه در یک سوی غشای سلول غلظت مادهٔ محلول غیرقابل‌نفوذ بیشتر باشد، آب از غشا به سمت ناحیه‌ای با غلظت بیشتر مادهٔ محلول منتشر می‌شود. بنابراین اگر ماده‌ای مانند کلرید سدیم به مایع خارج‌سلولی افزوده شود، آب به‌سرعت از سلول‌ها عبور کرده و وارد مایع خارج‌سلولی می‌شود تا غلظت آب در دو سوی غشا برابر شود. برعکس، اگر کلرید سدیم از مایع خارج‌سلولی برداشته شود، آب از مایع خارج‌سلولی وارد سلول‌ها می‌شود.
اسمولالیته و اسمولاریته
اگر غلظت اسمزی یک محلول بر حسب osmoles/kg water بیان شود، اسمولالیته (Osmolality) نام دارد؛ اگر بر حسب osmoles/L solution بیان شود، اسمولاریته (Osmolarity) نامیده می‌شود. در محلول‌های رقیق مانند مایعات بدن، اختلاف این دو بسیار اندک است و تقریباً می‌توان آن‌ها را مترادف به‌کار برد. بیشتر محاسبات بالینی و محاسبات فصل‌های بعد بر اسمولاریته مبتنی‌اند، نه اسمولالیته.
محاسبهٔ اسمولاریته و فشار اسمزی یک محلول
با استفاده از قانون وان‌ت‌هوف (van ’t Hoff) و با فرض نفوذناپذیر بودن غشا نسبت به مادهٔ محلول، می‌توان فشار اسمزی بالقوهٔ یک محلول را محاسبه کرد. برای مثال، فشار اسمزی محلول ۰٫۹٪ کلرید سدیم چنین محاسبه می‌شود: محلول ۰٫۹٪ یعنی 0.9 g کلرید سدیم در هر 100 mL محلول، یا 9 g/L. جرم مولکولی کلرید سدیم 58.5 g/mol است؛ بنابراین مولاریتهٔ محلول برابر است با 9/58.5 ≈ 0.154 mol/L. چون هر مولکول کلرید سدیم با فرض تفکیک کامل، تقریباً دو ذرهٔ اسمزی ایجاد می‌کند، اسمولاریتهٔ محلول برابر 0.154 × 2 = 0.308 Osm/L یا 308 mOsm/L است.
فشار اسمزی بالقوهٔ این محلول برابر خواهد بود با:
این محاسبه تقریبی است؛ زیرا یون‌های سدیم و کلر در محلول به علت جاذبهٔ بین‌یونی کاملاً مستقل از یکدیگر رفتار نمی‌کنند. برای اصلاح انحراف از پیش‌بینی قانون وان‌ت‌هوف از ضریبی به نام ضریب اسمزی استفاده می‌شود. برای کلرید سدیم این ضریب حدود ۰٫۹۳ است. بنابراین اسمولاریتهٔ واقعی محلول ۰٫۹٪ کلرید سدیم حدود 308 × 0.93 ≈ 286 mOsm/L است. در بسیاری از محاسبات عملی مربوط به محلول‌های فیزیولوژیک، ضریب اسمزی مواد مختلف نادیده گرفته می‌شود.
اسمولاریتهٔ مایعات بدن
با مراجعه به جدول ۲۵٫۲ می‌توان اسمولاریتهٔ تقریبی مواد فعال اسمزی موجود در پلاسما، مایع بین‌بافتی و مایع داخل‌سلولی را دید. حدود ۸۰٪ اسمولاریتهٔ کل پلاسما و مایع بین‌بافتی ناشی از یون‌های سدیم و کلر است. در مایع داخل‌سلولی، تقریباً نیمی از اسمولاریته مربوط به یون پتاسیم است و بقیه میان مواد مختلف داخل‌سلولی تقسیم می‌شود.
اسمولاریتهٔ کل هر سه بخش تقریباً 300 mOsm/L است؛ اسمولاریتهٔ پلاسما حدود 1 mOsm/L بیشتر از مایع بین‌بافتی و داخل‌سلولی است. این اختلاف جزئی ناشی از اثر اسمزی پروتئین‌های پلاسما است که طبق مطالب فصل ۱۶، فشاری حدود 20 mm Hg بیشتر در مویرگ‌ها نسبت به فضاهای بین‌بافتی اطراف ایجاد می‌کنند.
فعالیت اسمزی اصلاح‌شدهٔ مایعات بدن
در پایین جدول ۲۵٫۲ فعالیت اسمزی اصلاح‌شدهٔ پلاسما، مایع بین‌بافتی و مایع داخل‌سلولی نشان داده شده است. علت اعمال این اصلاح آن است که کاتیون‌ها و آنیون‌ها جاذبهٔ بین‌یونی ایجاد می‌کنند و این جاذبه می‌تواند فعالیت اسمزی مواد حل‌شده را اندکی کاهش دهد.
تعادل اسمزی میان مایع داخل‌سلولی و خارج‌سلولی
تغییرات نسبتاً کوچک غلظت مواد محلول در مایع خارج‌سلولی می‌توانند فشارهای اسمزی بسیار بزرگی در دو سوی غشای سلولی ایجاد کنند. همان‌طور که گفته شد، به ازای هر گرادیان غلظت ۱ میلی‌اسمول از یک مادهٔ غیرقابل‌نفوذ، حدود 19.3 mm Hg فشار اسمزی در دو سوی غشای سلول ایجاد می‌شود. اگر غشای سلولی در تماس با آب خالص باشد و اسمولاریتهٔ مایع داخل‌سلولی 282 mOsm/L باشد، فشار اسمزی بالقوه‌ای که می‌تواند در دو سوی غشا ایجاد شود بیش از 5400 mm Hg است. این موضوع نشان می‌دهد که وقتی مایع داخل‌سلولی و خارج‌سلولی در تعادل اسمزی نباشند، چه نیروی بزرگی می‌تواند آب را از غشا جابه‌جا کند. بنابراین تغییرات نسبتاً کوچک در غلظت مواد غیرقابل‌نفوذ مایع خارج‌سلولی ممکن است تغییرات زیادی در حجم سلول ایجاد کنند.
مایعات ایزوتونیک، هیپوتونیک و هایپرتونیک
اثر غلظت‌های مختلف مواد محلول غیرقابل‌نفوذ در مایع خارج‌سلولی بر حجم سلول در شکل ۲۵٫۵ نشان داده شده است. اگر سلول در محلولی با مواد غیرقابل‌نفوذ و اسمولاریتهٔ 282 mOsm/L قرار گیرد، سلول نه جمع می‌شود و نه متورم؛ زیرا غلظت آب در مایع داخل‌سلولی و خارج‌سلولی برابر است و مواد محلول نمی‌توانند وارد یا خارج سلول شوند. چنین محلولی ایزوتونیک است؛ زیرا حجم سلول را تغییر نمی‌دهد. نمونهٔ مهم آن محلول ۰٫۹٪ کلرید سدیم است که می‌توان آن را بدون برهم‌زدن تعادل اسمزی میان مایع داخل‌سلولی و خارج‌سلولی به‌صورت وریدی تزریق کرد.
اگر سلول در محلول هیپوتونیک قرار گیرد که غلظت مادهٔ غیرقابل‌نفوذ آن کمتر از 282 mOsm/L باشد، آب وارد سلول می‌شود و سلول متورم می‌گردد. ورود آب ادامه می‌یابد و مایع داخل سلول را رقیق و مایع خارج سلول را غلیظ‌تر می‌کند تا اسمولاریتهٔ دو بخش تقریباً برابر شود. محلول‌های کلرید سدیم با غلظت کمتر از ۰٫۹٪ هیپوتونیک‌اند و باعث تورم سلول می‌شوند.
اگر سلول در محلول هایپرتونیک قرار گیرد که غلظت مادهٔ غیرقابل‌نفوذ آن بیشتر باشد، آب از سلول خارج می‌شود و وارد مایع خارج‌سلولی می‌گردد؛ در نتیجه مایع داخل سلول غلیظ و مایع خارج سلول رقیق‌تر می‌شود. سلول تا زمانی کوچک می‌شود که غلظت‌ها با هم برابر شوند. محلول‌های کلرید سدیم با غلظت بیشتر از ۰٫۹٪ هایپرتونیک‌اند.
مایعات ایزواسموتیک، هایپراسموتیک و هیپواسموتیک
اصطلاح‌های ایزوتونیک، هیپوتونیک و هایپرتونیک بیان می‌کنند که یک محلول آیا حجم سلول را تغییر می‌دهد یا نه. بنابراین تونیسیتی به غلظت مواد محلول غیرقابل‌نفوذ بستگی دارد. با این حال، بعضی مواد می‌توانند از غشای سلول عبور کنند. محلولی که اسمولاریته‌ای برابر با سلول دارد، صرف‌نظر از اینکه مادهٔ محلول بتواند از غشا عبور کند یا نه، ایزواسموتیک نامیده می‌شود. برای مثال، محلول ۵٪ گلوکز تقریباً ایزواسموتیک است و می‌توان آن را بدون ایجاد تورم یا جمع‌شدن فوری گلبول‌های قرمز به‌صورت وریدی تجویز کرد؛ هرچند گلوکز در نهایت وارد سلول‌های بدن و متابولیزه می‌شود.
اصطلاح‌های هایپراسموتیک و هیپواسموتیک فقط به بالاتر یا پایین‌تر بودن اسمولاریتهٔ محلول نسبت به مایع خارج‌سلولی طبیعی اشاره دارند و به نفوذپذیری ماده از غشای سلولی کاری ندارند. مواد بسیار نفوذپذیری مانند اوره می‌توانند به‌طور گذرا باعث جابه‌جایی حجم مایع میان داخل و خارج سلول شوند، اما با گذشت زمان غلظت آن‌ها در دو بخش برابر می‌شود و در حالت پایدار اثر اندکی بر حجم داخل‌سلولی دارند.
تعادل اسمزی میان مایع داخل‌سلولی و خارج‌سلولی به‌سرعت برقرار می‌شود
انتقال آب از غشای سلولی چنان سریع است که اختلاف اسمولاریته میان داخل و خارج سلول معمولاً ظرف چند ثانیه یا حداکثر چند دقیقه اصلاح می‌شود. این حرکت سریع آب به این معنا نیست که تعادل کامل در همهٔ بخش‌های بدن در همان زمان کوتاه برقرار می‌شود؛ زیرا مایع معمولاً از راه دستگاه گوارش وارد بدن می‌شود و باید توسط خون به همهٔ بافت‌ها منتقل شود. پس از نوشیدن آب، معمولاً حدود ۳۰ دقیقه طول می‌کشد تا تعادل اسمزی در سراسر بدن برقرار شود.
حجم و اسمولالیتهٔ مایع خارج‌سلولی و داخل‌سلولی در وضعیت‌های غیرطبیعی
عوامل مختلفی می‌توانند حجم بخش‌های خارج‌سلولی و داخل‌سلولی را به‌طور چشمگیر تغییر دهند؛ از جمله مصرف بیش از حد آب یا احتباس آب توسط کلیه، کم‌آبی، تزریق وریدی انواع مختلف محلول‌ها، از دست رفتن مقادیر زیاد مایع از دستگاه گوارش و اتلاف غیرطبیعی مایع از طریق تعریق یا کلیه‌ها.
برای برآورد تغییرات حجم مایع داخل‌سلولی و خارج‌سلولی و انتخاب نوع درمان باید دو اصل اساسی را در نظر داشت:
- آب به‌سرعت از غشای سلول عبور می‌کند؛ بنابراین اسمولاریتهٔ مایع داخل‌سلولی و خارج‌سلولی تقریباً همیشه با هم برابر باقی می‌مانند، به‌جز چند دقیقهٔ نخست پس از ایجاد تغییر در یکی از بخش‌ها.
- غشای سلولی تقریباً نسبت به بسیاری از مواد محلول، مانند سدیم و کلر، نفوذناپذیر است؛ بنابراین تعداد اسمول‌های موجود در مایع خارج‌سلولی یا داخل‌سلولی معمولاً نسبتاً ثابت می‌ماند، مگر اینکه مادهٔ محلول به بخش خارج‌سلولی اضافه شود یا از آن از دست برود.
با در نظر گرفتن این دو اصل می‌توان اثر وضعیت‌های مختلف غیرطبیعی مایع را بر حجم و اسمولاریتهٔ بخش‌های خارج‌سلولی و داخل‌سلولی تحلیل کرد.
اثر افزودن محلول سالین به مایع خارج‌سلولی
اگر سالین ایزوتونیک به مایع خارج‌سلولی افزوده شود، اسمولاریتهٔ ECF تغییر نمی‌کند. اثر اصلی، افزایش حجم مایع خارج‌سلولی است (شکل ۲۵٫۶A). سدیم و کلر عمدتاً در ECF باقی می‌مانند، زیرا غشای سلولی تقریباً نسبت به کلرید سدیم نفوذناپذیر است.
اگر محلول هایپرتونیک به ECF اضافه شود، اسمولاریتهٔ مایع خارج‌سلولی افزایش می‌یابد و آب در اثر اسمز از سلول‌ها به خارج سلول حرکت می‌کند (شکل ۲۵٫۶B). تقریباً همهٔ کلرید سدیم افزوده‌شده در بخش خارج‌سلولی باقی می‌ماند و برای رسیدن به تعادل اسمزی، آب از سلول‌ها به فضای خارج‌سلولی منتقل می‌شود. پیامد نهایی عبارت است از: افزایش حجم ECF به میزانی بیشتر از حجم مایع تزریق‌شده، کاهش حجم ICF و افزایش اسمولاریته در هر دو بخش.
اگر محلول هیپوتونیک به ECF افزوده شود، اسمولاریتهٔ ECF کاهش می‌یابد و بخشی از آب خارج‌سلولی وارد سلول‌ها می‌شود تا اسمولاریتهٔ دو بخش برابر گردد (شکل ۲۵٫۶C). در این حالت، هم حجم داخل‌سلولی و هم حجم خارج‌سلولی افزایش می‌یابد، اما افزایش حجم ICF بیشتر است.
محاسبهٔ جابه‌جایی مایع و اسمولاریته پس از تزریق سالین هایپرتونیک
می‌توان اثر مرحله‌به‌مرحلهٔ تزریق محلول‌های مختلف بر حجم و اسمولاریتهٔ مایع خارج‌سلولی و داخل‌سلولی را محاسبه کرد. فرض کنید در یک بیمار 70-kg با اسمولاریتهٔ اولیهٔ پلاسما 280 mOsm/L، مقدار 2 L محلول ۳٫۰٪ کلرید سدیم به بخش خارج‌سلولی تزریق شود. پس از برقراری تعادل اسمزی، حجم و اسمولاریتهٔ تقریبی ICF و ECF چه خواهند بود؟
مرحلهٔ ۱ — شرایط اولیه
ابتدا حجم، غلظت و مجموع میلی‌اسمول‌های هر بخش را محاسبه می‌کنیم. با فرض اینکه ECF برابر ۲۰٪ وزن بدن و ICF برابر ۴۰٪ وزن بدن باشد:
| بخش | حجم (L) | غلظت (mOsm/L) | مجموع (mOsm) |
|---|---|---|---|
| مایع خارج‌سلولی | ۱۴ | ۲۸۰ | ۳۹۲۰ |
| مایع داخل‌سلولی | ۲۸ | ۲۸۰ | ۷۸۴۰ |
| کل مایع بدن | ۴۲ | ۲۸۰ | ۱۱٬۷۶۰ |
اکنون تعداد میلی‌اسمول‌های افزوده‌شده به ECF را محاسبه می‌کنیم. محلول ۳٫۰٪ یعنی 3.0 g/100 mL یا 30 g/L کلرید سدیم. با جرم مولکولی تقریبی 58.5 g/mol، در هر لیتر حدود 0.5128 mol NaCl وجود دارد. در 2 L، این مقدار برابر 1.0256 mol است. چون هر مول NaCl تقریباً دو اسمول ذرهٔ فعال اسمزی ایجاد می‌کند، افزودن ۲ لیتر از این محلول در مجموع حدود ۲۰۵۱ میلی‌اسمول کلرید سدیم به ECF اضافه می‌کند.
مرحلهٔ ۲ — اثر فوری پس از افزودن محلول
بلافاصله پس از افزودن ۲۰۵۱ میلی‌اسمول NaCl همراه با 2 L آب، هنوز در حجم یا غلظت ICF تغییری ایجاد نشده و تعادل اسمزی برقرار نشده است. در ECF، مجموع مواد محلول از ۳۹۲۰ به ۵۹۷۱ میلی‌اسمول می‌رسد. چون حجم ECF اکنون 16 L است، غلظت آن برابر با 5971/16 ≈ 373 mOsm/L خواهد بود.
| بخش | حجم (L) | غلظت (mOsm/L) | مجموع (mOsm) |
|---|---|---|---|
| مایع خارج‌سلولی | ۱۶ | ۳۷۳ | ۵۹۷۱ |
| مایع داخل‌سلولی | ۲۸ | ۲۸۰ | ۷۸۴۰ |
| کل مایع بدن | ۴۴ | تعادل برقرار نیست | ۱۳٬۸۱۱ |
مرحلهٔ ۳ — پس از برقراری تعادل اسمزی
چند دقیقه بعد، پس از برقراری تعادل اسمزی، غلظت در ICF و ECF برابر می‌شود. این غلظت از تقسیم مجموع میلی‌اسمول‌های بدن، یعنی ۱۳٬۸۱۱، بر حجم کل مایع بدن، یعنی 44 L، محاسبه می‌شود و برابر 313.9 mOsm/L است. بنابراین پس از تعادل، همهٔ بخش‌های مایع بدن همین غلظت را خواهند داشت.
با فرض اینکه آب یا مادهٔ محلول از بدن از دست نرفته و NaCl وارد سلول‌ها یا از آن‌ها خارج نشده باشد، حجم ICF از تقسیم ۷۸۴۰ میلی‌اسمول بر 313.9 mOsm/L به‌دست می‌آید و حدود 24.98 L خواهد بود. حجم ECF نیز از تقسیم ۵۹۷۱ میلی‌اسمول بر همین غلظت، حدود 19.02 L می‌شود.
| بخش | حجم (L) | غلظت (mOsm/L) | مجموع (mOsm) |
|---|---|---|---|
| مایع خارج‌سلولی | ۱۹٫۰۲ | ۳۱۳٫۹ | ۵۹۷۱ |
| مایع داخل‌سلولی | ۲۴٫۹۸ | ۳۱۳٫۹ | ۷۸۴۰ |
| کل مایع بدن | ۴۴٫۰ | ۳۱۳٫۹ | ۱۳٬۸۱۱ |
این مثال نشان می‌دهد که افزودن فقط 2 L سالین هایپرتونیک باعث افزایش بیش از 5 L در حجم مایع خارج‌سلولی می‌شود و همزمان حجم داخل‌سلولی را تقریباً 3 L کاهش می‌دهد.
این روش محاسبهٔ تغییر حجم و اسمولاریتهٔ ICF و ECF را می‌توان تقریباً در هر مسئلهٔ بالینی مربوط به تنظیم حجم مایعات به‌کار برد. آشنایی با این محاسبات ضروری است؛ زیرا درک جنبه‌های ریاضی تعادل اسمزی میان بخش‌های داخل‌سلولی و خارج‌سلولی، پایهٔ فهم تقریباً همهٔ اختلالات مایع بدن و درمان آن‌ها است.
گلوکز و سایر محلول‌هایی که با هدف تغذیه تجویز می‌شوند
انواع مختلفی از محلول‌ها به‌صورت وریدی برای تأمین مواد غذایی در افرادی تجویز می‌شوند که نمی‌توانند از راه معمول تغذیهٔ کافی دریافت کنند. محلول‌های گلوکز به‌طور گسترده استفاده می‌شوند و محلول‌های اسید آمینه و چربی هموژنیزه‌شده کاربرد کمتری دارند. هنگام تجویز این محلول‌ها، غلظت مواد فعال اسمزی آن‌ها معمولاً طوری تنظیم می‌شود که تقریباً ایزواسموتیک باشند، یا آن‌ها را آن‌قدر آهسته تزریق می‌کنند که تعادل اسمزی گلبول‌های قرمز و مایعات بدن را برهم نزنند.
پس از متابولیزه‌شدن گلوکز یا دیگر مواد مغذی، اغلب مقداری آب اضافی باقی می‌ماند، به‌ویژه اگر مایع بیشتری نیز مصرف شده باشد. در حالت طبیعی، کلیه‌ها این آب اضافی را به‌صورت ادرار رقیق دفع می‌کنند. بنابراین حاصل نهایی، عملاً افزودن مواد مغذی به بدن است.
محلول ۵٪ گلوکز که تقریباً ایزواسموتیک است، اغلب برای درمان کم‌آبی استفاده می‌شود. چون محلول ایزواسموتیک است، می‌توان آن را بدون ایجاد تورم گلبول قرمز، که در تزریق آب خالص رخ می‌دهد، به‌صورت وریدی تجویز کرد. گلوکز محلول به‌سرعت وارد سلول‌ها و متابولیزه می‌شود. بنابراین تزریق محلول ۵٪ گلوکز اسمولاریتهٔ مایع خارج‌سلولی را کاهش می‌دهد و به اصلاح افزایش اسمولاریتهٔ ECF در کم‌آبی کمک می‌کند.
هیپوناترمی و هایپرناترمی
یکی از اندازه‌گیری‌های در دسترس برای ارزیابی وضعیت مایعات بیمار، غلظت سدیم پلاسما است. اسمولاریتهٔ پلاسما معمولاً به‌طور روتین اندازه‌گیری نمی‌شود، اما چون سدیم و آنیون‌های همراه آن، عمدتاً کلر، بیش از ۹۰٪ مواد محلول مایع خارج‌سلولی را تشکیل می‌دهند، غلظت سدیم پلاسما در بسیاری از شرایط شاخص قابل‌قبولی از اسمولاریتهٔ پلاسما است. اگر غلظت سدیم پلاسما بیش از چند میلی‌اکی‌والان پایین‌تر از محدودهٔ طبیعی 135–145 mmol/L باشد، فرد دچار هیپوناترمی است؛ و اگر غلظت سدیم پلاسما بالاتر از محدودهٔ طبیعی باشد، هایپرناترمی نامیده می‌شود.
علل هیپوناترمی: آب اضافی یا از دست رفتن سدیم
کاهش غلظت سدیم پلاسما ممکن است در اثر از دست رفتن سدیم از مایع خارج‌سلولی یا اضافه‌شدن آب بیش از حد به مایع خارج‌سلولی ایجاد شود (جدول ۲۵٫۴). از دست رفتن اولیهٔ سدیم معمولاً به هیپوناترمی همراه با کم‌آبی منجر می‌شود و با کاهش حجم مایع خارج‌سلولی همراه است. اسهال و استفراغ از شرایطی هستند که می‌توانند با از دست دادن سدیم هیپوناترمی ایجاد کنند.
مصرف بیش از حد داروهای مُدر که توانایی کلیه را برای حفظ سدیم مهار می‌کنند و برخی بیماری‌های کلیوی همراه با دفع سدیم نیز می‌توانند درجات متوسطی از هیپوناترمی ایجاد کنند. بیماری آدیسون که ناشی از کاهش ترشح آلدوسترون است، توانایی کلیه برای بازجذب سدیم را مختل می‌کند و ممکن است هیپوناترمی متوسطی ایجاد کند.
هیپوناترمی همچنین می‌تواند با احتباس بیش از حد آب همراه باشد؛ در این حالت آب اضافی سدیم مایع خارج‌سلولی را رقیق می‌کند و وضعیتی به نام هیپوناترمی همراه با بیش‌آبی ایجاد می‌شود. برای مثال، ترشح بیش از حد هورمون ضدادراری ADH که arginine vasopressin (AVP) نیز نامیده می‌شود و بازجذب آب در توبول‌های کلیه را افزایش می‌دهد، می‌تواند به هیپوناترمی و بیش‌آبی منجر شود.
هیپوناترمی باعث ادم سلولی می‌شود
تغییر سریع حجم سلول در اثر هیپوناترمی می‌تواند آثار عمیقی بر عملکرد بافت‌ها و اندام‌ها، به‌ویژه مغز، داشته باشد. کاهش سریع سدیم پلاسما می‌تواند باعث ادم سلول‌های مغزی و علائم عصبی مانند سردرد، تهوع، خواب‌آلودگی و گیجی شود. اگر غلظت سدیم پلاسما به‌سرعت به کمتر از حدود 115–120 mmol/L برسد، تورم مغز ممکن است به تشنج، کما، آسیب دائمی مغز و مرگ منجر شود. چون جمجمه سخت و غیرقابل‌اتساع است، مغز بدون ایجاد فتق نمی‌تواند بیش از حدود ۱۰٪ افزایش حجم پیدا کند. فتق به معنای رانده‌شدن بافت مغز به فضایی است که به‌طور طبیعی در آن قرار ندارد؛ برای مثال عبور بافت از فورامن مگنوم در قاعدهٔ جمجمه، جایی که نخاع به مغز متصل می‌شود.
اگر هیپوناترمی آهسته‌تر و طی چند روز ایجاد شود، مغز و سایر بافت‌ها با انتقال سدیم، کلر، پتاسیم و مواد محلول آلی مانند گلوتامات از داخل سلول به بخش خارج‌سلولی پاسخ می‌دهند. این پاسخ، جریان اسمزی آب به داخل سلول و تورم بافت را کاهش می‌دهد (شکل ۲۵٫۷).
با این حال، خارج‌شدن مواد محلول از سلول‌ها در هیپوناترمی مزمن می‌تواند مغز را نسبت به اصلاح بیش از حد سریع هیپوناترمی آسیب‌پذیر کند. اگر محلول‌های هایپرتونیک برای اصلاح هیپوناترمی مزمن با سرعت زیادی تجویز شوند، اصلاح سدیم ممکن است سریع‌تر از توان مغز برای بازجذب مواد محلولی باشد که پیش‌تر از سلول‌ها خارج شده‌اند. این وضعیت می‌تواند آسیب اسمزی نورون‌ها و دمیلیناسیون، یعنی از دست رفتن غلاف میلین اعصاب، ایجاد کند.
برای پیشگیری از این دمیلیناسیون وابسته به اسمز، اصلاح هیپوناترمی مزمن باید به کمتر از ۱۰ تا ۱۲ mmol/L در ۲۴ ساعت و کمتر از ۱۸ mmol/L در ۴۸ ساعت محدود شود. این سرعت آهسته به مغز فرصت می‌دهد اسمول‌هایی را که طی سازگاری با هیپوناترمی مزمن از سلول‌ها از دست داده بود دوباره بازیابی کند.
هیپوناترمی شایع‌ترین اختلال الکترولیتی در طب بالینی است و ممکن است در حدود ۱۵ تا ۲۵٪ بیماران بستری دیده شود.
| اختلال | علت‌ها | Na⁺ پلاسما | حجم ECF | حجم ICF |
|---|---|---|---|---|
| هیپوناترمی ـ کم‌آبی | نارسایی آدرنال؛ مصرف بیش از حد دیورتیک؛ اسهال و استفراغ؛ بیماری‌های کلیوی دفع‌کنندهٔ سدیم | ↓ | ↓ | ↑ |
| هیپوناترمی ـ بیش‌آبی | افزایش ADH یا SIADH؛ تومورهای برونکوژنیک؛ نارسایی قلبی؛ سیروز؛ پلی‌دیپسی | ↓ | ↑ | ↑ |
| هایپرناترمی ـ کم‌آبی | دیابت بی‌مزهٔ مرکزی یا نفروژنیک؛ تعریق شدید | ↑ | ↓ | ↓ |
| هایپرناترمی ـ بیش‌آبی | بیماری کوشینگ؛ آلدوسترونیسم اولیه | ↑ | ↑ | ↓ |
علل هایپرناترمی: از دست رفتن آب یا سدیم اضافی
افزایش غلظت سدیم پلاسما که اسمولاریته را نیز افزایش می‌دهد، می‌تواند ناشی از از دست رفتن آب از مایع خارج‌سلولی و در نتیجه غلیظ‌شدن سدیم، یا ناشی از افزایش سدیم موجود در مایع خارج‌سلولی باشد. از دست رفتن اولیهٔ آب از ECF باعث هایپرناترمی همراه با کم‌آبی می‌شود.
این وضعیت برای مثال در ناتوانی در ترشح ADH/AVP رخ می‌دهد؛ هورمونی که برای حفظ آب توسط کلیه ضروری است. در نبود ADH، کلیه‌ها مقادیر زیادی ادرار رقیق دفع می‌کنند؛ اختلالی که دیابت بی‌مزهٔ مرکزی یا AVP-deficiency نام دارد. در نتیجه کم‌آبی ایجاد می‌شود و غلظت کلرید سدیم مایع خارج‌سلولی افزایش می‌یابد. در برخی بیماری‌های کلیوی، کلیه‌ها قادر به پاسخ به ADH نیستند و نوعی دیابت بی‌مزهٔ نفروژنیک یا AVP-resistance ایجاد می‌شود. علت شایع‌تر هایپرناترمی همراه با کاهش حجم ECF، کم‌آبی ساده در اثر کمتر بودن دریافت آب از اتلاف آب است؛ مثلاً در تعریق ناشی از ورزش سنگین و طولانی.
هایپرناترمی همچنین می‌تواند در اثر افزودن بیش از حد کلرید سدیم به مایع خارج‌سلولی رخ دهد. این حالت اغلب با هایپرناترمی همراه با بیش‌آبی همراه است؛ زیرا احتباس سدیم خارج‌سلولی معمولاً دست‌کم با مقداری احتباس آب توسط کلیه‌ها همراه می‌شود. برای مثال، ترشح بیش از حد آلدوسترون، هورمون نگهدارندهٔ سدیم، می‌تواند درجات خفیفی از هایپرناترمی و بیش‌آبی ایجاد کند.
شدت هایپرناترمی در این حالت معمولاً زیاد نیست؛ زیرا احتباس سدیم، ترشح ADH را نیز تحریک می‌کند و باعث افزایش بازجذب آب توسط کلیه‌ها می‌شود. افزون بر این، اثرات نگهدارندهٔ سدیم ناشی از آلدوسترون اضافی اغلب با کاهش جبرانی سایر هورمون‌های ضدناتریورتیک مانند آنژیوتانسین II و با افزایش فشار خون مقابله می‌شود؛ افزایش فشار خون از طریق ناتریورز فشاری دفع سدیم را بیشتر می‌کند، همان‌طور که در فصل‌های ۳۰ و ۷۸ توضیح داده شده است.
در تحلیل اختلالات سدیم پلاسما و انتخاب درمان مناسب، نخست باید مشخص شود که مشکل ناشی از از دست رفتن یا افزایش اولیهٔ سدیم است یا ناشی از از دست رفتن یا افزایش اولیهٔ آب.
هایپرناترمی باعث کوچک‌شدن سلول می‌شود
هایپرناترمی بسیار کمتر از هیپوناترمی دیده می‌شود و علائم شدید معمولاً فقط زمانی ایجاد می‌شوند که سدیم پلاسما به‌طور سریع و زیاد به بیش از حدود 158–160 mmol/L افزایش یابد. هایپرناترمی معمولاً تشنگی شدید ایجاد می‌کند و ترشح ADH را تحریک می‌کند؛ هر دو سازوکار از افزایش زیاد سدیم پلاسما و مایع خارج‌سلولی محافظت می‌کنند.
با این حال، هایپرناترمی شدید ممکن است در بیماران دارای ضایعات هیپوتالاموسی که حس تشنگی را مختل می‌کنند، در شیرخوارانی که دسترسی آزاد به آب ندارند، در سالمندان دچار اختلال وضعیت ذهنی یا در افراد مبتلا به دیابت بی‌مزه رخ دهد.
هایپرناترمی را می‌توان با تجویز محلول هیپواسموتیک کلرید سدیم یا محلول دکستروز اصلاح کرد. با این حال، در بیمارانی که برای مدت طولانی سدیم پلاسما بالا داشته‌اند، بهتر است اصلاح به‌آرامی انجام شود؛ زیرا هایپرناترمی نیز سازوکارهای دفاعی‌ای را فعال می‌کند که از تغییر حجم سلول جلوگیری می‌کنند. این سازوکارها برعکس پاسخ‌های هیپوناترمی‌اند و شامل افزایش غلظت داخل‌سلولی سدیم و سایر مواد محلول می‌شوند.
ادم؛ وجود مایع اضافی در بافت‌ها
ادم به وجود مایع اضافی در بافت‌های بدن گفته می‌شود. در بسیاری از موارد، ادم عمدتاً در بخش مایع خارج‌سلولی رخ می‌دهد، اما ممکن است تجمع مایع داخل‌سلولی نیز وجود داشته باشد.
ادم داخل‌سلولی
سه وضعیت به‌ویژه استعداد ایجاد تورم داخل‌سلولی دارند: ۱) هیپوناترمی؛ ۲) کاهش فعالیت سامانه‌های متابولیک بافت؛ و ۳) نرسیدن مواد غذایی کافی به سلول‌ها.
برای مثال، اگر جریان خون یک بافت کاهش یابد، رساندن اکسیژن و مواد مغذی به آن کمتر می‌شود. اگر جریان خون آن‌قدر پایین بیاید که متابولیسم طبیعی بافت حفظ نشود، عملکرد پمپ‌های یونی غشای سلولی کاهش می‌یابد و یون‌های سدیمی که به‌طور طبیعی به داخل سلول نشت می‌کنند دیگر نمی‌توانند به‌خوبی از سلول خارج شوند. تجمع سدیم درون سلول باعث ورود اسمزی آب به داخل سلول می‌شود.
گاهی این فرایند می‌تواند حجم داخل‌سلولی یک ناحیهٔ بافتی، حتی برای مثال یک پای کاملاً ایسکمیک، را به ۲ تا ۳ برابر طبیعی افزایش دهد. چنین افزایش شدیدی در حجم داخل‌سلولی معمولاً مقدمهٔ مرگ بافت است.
ادم داخل‌سلولی در بافت‌های ملتهب نیز ممکن است رخ دهد. التهاب معمولاً نفوذپذیری غشای سلول را افزایش می‌دهد و باعث ورود سدیم و یون‌های دیگر به سلول می‌شود؛ سپس آب به‌دنبال آن‌ها از راه اسمز وارد سلول خواهد شد.
ادم خارج‌سلولی
ادم خارج‌سلولی زمانی ایجاد می‌شود که مایع اضافی در فضاهای خارج‌سلولی تجمع پیدا کند. دو علت کلی وجود دارد: ۱) نشت غیرطبیعی مایع از پلاسما از طریق مویرگ‌ها به فضای بین‌بافتی؛ و ۲) ناتوانی دستگاه لنفاوی در بازگرداندن مایع از بین‌بافت به خون که معمولاً لنف‌ادم نامیده می‌شود. شایع‌ترین علت بالینی تجمع مایع بین‌بافتی، افزایش بیش از حد فیلتراسیون مویرگی است.
عواملی که فیلتراسیون مویرگی را افزایش می‌دهند
برای درک علل افزایش فیلتراسیون مویرگی، باید عوامل تعیین‌کنندهٔ فیلتراسیون مویرگی را که در فصل ۱۶ بیان شدند مرور کنیم. به‌صورت ریاضی، سرعت فیلتراسیون مویرگی را می‌توان چنین نوشت:
در این رابطه، Kf ضریب فیلتراسیون مویرگی و حاصل‌ضرب نفوذپذیری در سطح مویرگ‌ها است؛ Pc فشار هیدروستاتیک مویرگی؛ Pif فشار هیدروستاتیک مایع بین‌بافتی؛ πc فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما و πif فشار اسمزی کلوئیدی مایع بین‌بافتی است.
بنابراین هر یک از تغییرات زیر می‌توانند سرعت فیلتراسیون مویرگی را افزایش دهند:
- افزایش ضریب فیلتراسیون مویرگی Kf
- افزایش فشار هیدروستاتیک مویرگی
- کاهش فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما
لنف‌ادم؛ ناتوانی عروق لنفاوی در بازگرداندن مایع و پروتئین به خون
وقتی عملکرد لنفاوی به‌علت انسداد یا از بین رفتن عروق لنفاوی به‌شدت مختل شود، ادم می‌تواند بسیار شدید شود؛ زیرا پروتئین‌های پلاسما که به فضای بین‌بافتی نشت کرده‌اند دیگر قابل برداشت نیستند. افزایش غلظت پروتئین، فشار اسمزی کلوئیدی مایع بین‌بافتی را بالا می‌برد و این فشار مقدار بیشتری مایع را از مویرگ‌ها به فضای بین‌بافتی می‌کشد.
انسداد جریان لنف در عفونت‌های گره‌های لنفاوی می‌تواند بسیار شدید باشد؛ برای مثال در عفونت با نماتودهای فیلاریایی Wuchereria bancrofti، کرم‌های رشته‌ای میکروسکوپی که بالغ‌های آن‌ها در دستگاه لنفاوی انسان زندگی می‌کنند و توسط پشه‌ها از فردی به فرد دیگر منتقل می‌شوند. افراد مبتلا ممکن است دچار لنف‌ادم شدید و الفانتیازیس شوند و در مردان ممکن است تورم اسکروتوم به نام هیدروسل ایجاد شود.
فیلاریاز لنفاوی در حال حاضر بیش از ۵۱ میلیون نفر را در دست‌کم ۴۴ کشور مناطق گرمسیری و نیمه‌گرمسیری آسیا، آفریقا، غرب اقیانوس آرام و بخش‌هایی از کارائیب و آمریکای جنوبی درگیر کرده است. طی ۲۰ سال گذشته به‌دلیل اجرای موفق شیمی‌درمانی پیشگیرانه، کاهش بزرگی در شیوع فیلاریاز لنفاوی رخ داده است.
لنف‌ادم همچنین می‌تواند در برخی بیماران سرطانی یا پس از جراحی‌هایی رخ دهد که طی آن‌ها عروق لنفاوی برداشته یا مسدود می‌شوند. برای مثال، در ماستکتومی رادیکال تعداد زیادی از عروق لنفاوی برداشته می‌شوند و تخلیهٔ پروتئین و مایع از ناحیهٔ پستان و بازو مختل می‌شود؛ در نتیجه فضای بافتی متورم و ادماتو می‌شود. پس از مدتی بخشی از عروق لنفاوی دوباره رشد می‌کنند، بنابراین ادم بین‌بافتی پس از این نوع جراحی معمولاً موقتی است.
خلاصهٔ علل ادم خارج‌سلولی
شرایط فراوانی می‌توانند با افزایش غیرطبیعی نشت مایع از مویرگ‌ها یا جلوگیری از بازگشت مایع توسط لنف، باعث ادم بین‌بافتی شوند. فهرست زیر بخشی از این شرایط را نشان می‌دهد:
I. افزایش فشار هیدروستاتیک مویرگی
- احتباس بیش از حد نمک و آب توسط کلیه
- نارسایی حاد یا مزمن کلیه
- افزایش مینرالوکورتیکوئیدها
- افزایش فشار وریدی و تنگی وریدی
- نارسایی قلبی
- انسداد وریدی
- نارسایی پمپ وریدی: فلج عضلات، بی‌حرکتی بخش‌هایی از بدن، نارسایی دریچه‌های وریدی
- کاهش مقاومت آرتریولی
- گرمای بیش از حد بدن
- نارسایی دستگاه عصبی سمپاتیک
- داروهای گشادکنندهٔ عروق
II. کاهش پروتئین‌های پلاسما
- از دست رفتن پروتئین در ادرار؛ سندرم نفروتیک
- از دست رفتن پروتئین‌های پلاسما از سطوح پوستی بدون پوشش: سوختگی‌ها و زخم‌ها
- ناتوانی در تولید پروتئین پلاسما: بیماری کبدی مانند سیروز، یا سوءتغذیهٔ شدید پروتئینی/کالری
III. افزایش نفوذپذیری مویرگی
- واکنش‌های ایمنی همراه با آزادشدن هیستامین و دیگر محصولات ایمنی
- سموم
- عفونت‌های باکتریایی
- کمبود ویتامین، به‌ویژه ویتامین C
- ایسکمی طولانی‌مدت
- سوختگی‌ها
IV. انسداد بازگشت لنفاوی
- سرطان
- عفونت‌ها، مانند نماتودهای فیلاریایی
- جراحی
- نبود مادرزادی یا ناهنجاری عروق لنفاوی
ادم ناشی از نارسایی قلبی
یکی از جدی‌ترین و شایع‌ترین علل ادم، نارسایی قلبی است. در نارسایی قلبی، قلب نمی‌تواند خون را به‌طور طبیعی از وریدها به شریان‌ها پمپ کند؛ بنابراین فشار وریدی و فشار مویرگی افزایش می‌یابد و فیلتراسیون مویرگی بیشتر می‌شود.
علاوه بر این، فشار شریانی تمایل به کاهش دارد و دفع نمک و آب توسط کلیه کمتر می‌شود؛ عاملی که ادم را باز هم تشدید می‌کند. جریان خون کلیوی نیز در نارسایی قلبی کاهش می‌یابد و این کاهش جریان، ترشح رنین را تحریک می‌کند؛ در نتیجه تشکیل آنژیوتانسین II و آلدوسترون افزایش می‌یابد و هر دو باعث احتباس بیشتر نمک و آب توسط کلیه می‌شوند.
در نارسایی پیشرفتهٔ قلبی، افزایش ترشح ADH بازجذب آب در توبول‌های کلیوی را تحریک می‌کند و می‌تواند به هیپوناترمی و ادم داخل‌سلولی و خارج‌سلولی منجر شود. بنابراین در نارسایی قلبی درمان‌نشده، همهٔ این عوامل در کنار هم می‌توانند ادم عمومی شدید ایجاد کنند.
در بیمار مبتلا به نارسایی سمت چپ قلب، اگر سمت راست قلب هنوز به‌طور قابل‌توجهی نارسا نشده باشد، بطن راست خون را به‌طور طبیعی به ریه‌ها پمپ می‌کند، اما خروج خون از وریدهای ریوی به سمت چپ قلب به‌دلیل ضعف شدید قلب دشوار است. در نتیجه همهٔ فشارهای عروقی ریه، از جمله فشار مویرگی ریوی، بسیار بالاتر از طبیعی می‌روند و ادم ریوی شدید و تهدیدکنندهٔ حیات ایجاد می‌شود. بدون درمان، تجمع مایع در ریه‌ها می‌تواند به‌سرعت پیشرفت کند و ظرف چند ساعت به مرگ منجر شود.
ادم ناشی از کاهش دفع نمک و آب توسط کلیه
بیشتر کلرید سدیمی که به خون اضافه می‌شود در بخش خارج‌سلولی باقی می‌ماند و تنها مقدار کمی وارد سلول‌ها می‌شود. بنابراین در بیماری‌های کلیوی که دفع ادراری نمک و آب را مختل می‌کنند، مقادیر بیش از حد کلرید سدیم و آب به مایع خارج‌سلولی افزوده می‌شود. بیشتر این نمک و آب از خون به فضای بین‌بافتی نشت می‌کند، هرچند مقداری نیز در خون باقی می‌ماند.
دو پیامد اصلی عبارت‌اند از: ۱) افزایش منتشر حجم مایع بین‌بافتی، یعنی ادم خارج‌سلولی؛ و ۲) پرفشاری خون در اثر افزایش حجم خون. برای مثال، در کودکانی که دچار گلومرولونفریت حاد هستند و گلومرول‌های کلیه بر اثر التهاب آسیب دیده و قادر به فیلترکردن مقدار کافی مایع نیستند، معمولاً ادم شدید خارج‌سلولی و پرفشاری خون ایجاد می‌شود.
ادم ناشی از کاهش پروتئین‌های پلاسما
ناتوانی در ساخت مقدار طبیعی پروتئین یا نشت پروتئین از پلاسما، فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما را کاهش می‌دهد. در نتیجه فیلتراسیون مویرگی در سراسر بدن افزایش می‌یابد و ادم خارج‌سلولی ایجاد می‌شود.
در برخی بیماری‌های کلیوی مقادیر زیادی پروتئین از طریق ادرار از دست می‌رود؛ وضعیتی که سندرم نفروتیک نام دارد. انواع مختلفی از بیماری‌های کلیه می‌توانند غشای گلومرول‌ها را آسیب‌پذیر و نسبت به پروتئین‌های پلاسما نفوذپذیر کنند و در نتیجه مقدار زیادی پروتئین وارد ادرار شود. اگر این اتلاف از توان بدن برای ساخت پروتئین بیشتر باشد، غلظت پروتئین پلاسما کاهش می‌یابد. هنگامی که غلظت پروتئین پلاسما به کمتر از 2.5 g/100 mL برسد، ادم عمومی شدید رخ می‌دهد.
سیروز کبدی با آسیب تعداد زیادی از سلول‌های پارانشیمی کبد، جایگزینی آن‌ها با بافت اسکار یا فیبروز و کاهش توانایی کبد برای ساخت پروتئین کافی پلاسما همراه است. کاهش تولید پروتئین‌های پلاسما، به‌ویژه آلبومین، فشار اسمزی کلوئیدی پلاسما را کم می‌کند و باعث ادم عمومی همراه سیروز می‌شود.
راه دیگری که سیروز از طریق آن ادم ایجاد می‌کند این است که فیبروز کبد گاهی عروق تخلیه‌کنندهٔ ورید باب شکمی را هنگام عبور از کبد و پیش از ورود به گردش عمومی فشرده می‌کند. انسداد خروج ورید باب فشار وریدی باب را به‌شدت افزایش می‌دهد و پرفشاری پورت ایجاد می‌کند. این افزایش فشار، فشار هیدروستاتیک مویرگ‌ها را در سراسر دستگاه گوارش بالا می‌برد و خروج مایع از پلاسما به فضای داخل شکم را بیشتر می‌کند.
در این وضعیت، اثر همزمان کاهش غلظت پروتئین پلاسما و افزایش فشار مویرگی پورت باعث تراوش مقادیر زیادی مایع و پروتئین به حفرهٔ شکمی می‌شود؛ حالتی که آسیت نام دارد.
عوامل ایمنی که به‌طور طبیعی از ادم جلوگیری می‌کنند
با وجود اینکه اختلالات متعددی می‌توانند ادم ایجاد کنند، معمولاً شدت اختلال باید قابل‌توجه باشد تا ادم جدی رخ دهد. سه عامل ایمنی اصلی از تجمع بیش از حد مایع در فضای بین‌بافتی جلوگیری می‌کنند:
- کامپلیانس پایین فضای بین‌بافتی هنگامی که فشار مایع بین‌بافتی در محدودهٔ منفی است.
- توانایی جریان لنف برای افزایش تا ۱۰ تا ۵۰ برابر.
- شسته‌شدن پروتئین‌های مایع بین‌بافتی و در نتیجه کاهش فشار اسمزی کلوئیدی بین‌بافتی با افزایش فیلتراسیون مویرگی.
عامل ایمنی ناشی از کامپلیانس پایین فضای بین‌بافتی در محدودهٔ فشار منفی
در فصل ۱۶ گفته شد که فشار هیدروستاتیک مایع بین‌بافتی در بافت زیرجلدی شل اندکی کمتر از فشار جو است و به‌طور متوسط حدود −3 mm Hg است. این مکش خفیف به کنار هم نگه‌داشتن بافت‌ها کمک می‌کند. شکل ۲۵٫۸ رابطهٔ تقریبی میان سطوح مختلف فشار بین‌بافتی و حجم مایع بین‌بافتی را که از مطالعات حیوانی به انسان تعمیم داده شده است نشان می‌دهد.
تا زمانی که فشار مایع بین‌بافتی در محدودهٔ منفی باشد، تغییرات کوچک حجم مایع بین‌بافتی با تغییرات نسبتاً بزرگ فشار هیدروستاتیک بین‌بافتی همراه می‌شود. بنابراین در محدودهٔ فشار منفی، کامپلیانس بافت، یعنی تغییر حجم به ازای هر 1 mm Hg تغییر فشار، پایین است.
این کامپلیانس پایین چگونه از ادم جلوگیری می‌کند؟ وقتی فشار هیدروستاتیک مایع بین‌بافتی افزایش می‌یابد، این فشار در برابر ادامهٔ فیلتراسیون مویرگی مقاومت می‌کند. در نتیجه تا زمانی که فشار بین‌بافتی منفی است، افزایش اندک حجم بین‌بافتی باعث افزایش نسبتاً زیاد فشار بین‌بافتی می‌شود و از ورود بیشتر مایع به بافت جلوگیری می‌کند.
چون فشار طبیعی مایع بین‌بافتی حدود −3 mm Hg است، فشار باید حدود 3 mm Hg افزایش پیدا کند تا مقدار زیادی مایع در بافت‌ها شروع به تجمع کند. بنابراین عامل ایمنی در برابر ادم ناشی از این سازوکار حدود ۳ mm Hg است. وقتی فشار بافتی وارد محدودهٔ مثبت شود، به‌دلیل افزایش زیاد کامپلیانس، این عامل ایمنی از بین می‌رود.
اهمیت ژل بین‌بافتی در جلوگیری از تجمع مایع
در بافت طبیعی با فشار منفی بین‌بافتی، تقریباً همهٔ مایع فضای بین‌بافتی به شکل ژل قرار دارد؛ یعنی مایع در شبکه‌ای از پروتئوگلیکان‌ها محبوس است و تقریباً هیچ فضای مایع آزادی با قطری بزرگ‌تر از چند صدم میکرومتر وجود ندارد. اهمیت ژل در این است که به‌علت وجود انبوه تریلیون‌ها رشتهٔ پروتئوگلیکان، مانع جریان آزاد و سریع مایع در بافت می‌شود.
همچنین وقتی فشار مایع بین‌بافتی بسیار منفی می‌شود، ژل چندان جمع نمی‌شود؛ زیرا شبکهٔ پروتئوگلیکان در برابر فشرده‌شدن مقاومت الاستیک ایجاد می‌کند. در محدودهٔ فشار منفی، حجم مایع بین‌بافتی چندان تغییر نمی‌کند؛ چه مکش فقط چند میلی‌متر جیوه باشد و چه به −10 تا −20 mm Hg برسد. به بیان دیگر، کامپلیانس بافت در محدودهٔ فشار منفی بسیار پایین است.
برعکس، وقتی فشار مایع بین‌بافتی وارد محدودهٔ مثبت می‌شود، مایع آزاد در بافت تجمع می‌یابد. در این محدوده، بافت کامپلیانس بالایی دارد؛ بنابراین مقادیر زیادی مایع می‌توانند با افزایش اندک بیشتر در فشار هیدروستاتیک بین‌بافتی تجمع پیدا کنند. بیشتر مایع اضافی به‌صورت آزاد است، زیرا رشته‌های پروتئوگلیکان را از یکدیگر دور می‌کند و کانال‌های بزرگی ایجاد می‌شود که مایع در آن‌ها به‌آسانی حرکت می‌کند.
وقتی مایع آزاد چنین جریانی پیدا می‌کند، ادم را ادم گوده‌گذار (Pitting edema) می‌نامند؛ زیرا با فشار دادن شست روی ناحیه، مایع از زیر انگشت کنار می‌رود و پس از برداشتن شست، گودی برای چند ثانیه در پوست باقی می‌ماند تا مایع از بافت‌های اطراف دوباره به آن ناحیه برگردد.
این نوع ادم از ادم بدون گوده (Nonpitting edema) متمایز است؛ حالتی که در آن خود سلول‌های بافتی متورم شده‌اند یا مایع بین‌بافتی به‌علت وجود فیبرینوژن لخته شده و نمی‌تواند آزادانه در فضای بافت حرکت کند.
نقش رشته‌های پروتئوگلیکان به‌عنوان فاصله‌دهندهٔ سلول‌ها و مانع جریان سریع مایع
رشته‌های پروتئوگلیکان همراه با فیبریل‌های بسیار بزرگ‌تر کلاژن در فضای بین‌بافتی، فاصله‌ای میان سلول‌ها ایجاد می‌کنند. مواد غذایی و یون‌ها به‌راحتی از غشای سلول منتشر نمی‌شوند؛ بنابراین بدون فاصلهٔ کافی میان سلول‌ها، مواد مغذی، الکترولیت‌ها و مواد زائد سلولی نمی‌توانند به‌سرعت میان مویرگ‌های خونی و سلول‌هایی که با فاصله از آن‌ها قرار گرفته‌اند تبادل شوند.
پروتئوگلیکان‌ها همچنین مانع می‌شوند مایع بیش از حد آزادانه در فضای بافتی جریان پیدا کند. اگر این رشته‌ها وجود نداشتند، صرفاً ایستادن فرد می‌توانست باعث حرکت حجم زیادی از مایع بین‌بافتی از قسمت‌های بالایی بدن به بخش‌های پایینی شود. وقتی در ادم مایع زیادی در بین‌بافت جمع می‌شود، این مایع اضافی کانال‌های بزرگی ایجاد می‌کند که جریان مایع را آسان می‌سازند. به همین دلیل، در ادم شدید پاها گاهی فقط با بالا نگه‌داشتن پاها می‌توان مقدار مایع ادم را کاهش داد.
با وجود اینکه مایع در حضور شبکهٔ متراکم پروتئوگلیکان به‌آسانی در بافت جریان پیدا نمی‌کند، مواد حل‌شده در آن دست‌کم با ۹۵٪ سهولت حالت طبیعی می‌توانند در بافت منتشر شوند. بنابراین انتشار معمول مواد مغذی به سلول‌ها و برداشت مواد زائد از سلول‌ها توسط پروتئوگلیکان‌های بین‌بافتی مختل نمی‌شود.
افزایش جریان لنف به‌عنوان عامل ایمنی در برابر ادم
یکی از وظایف اصلی دستگاه لنفاوی، بازگرداندن مایع و پروتئین‌هایی است که از مویرگ‌ها به فضای بین‌بافتی فیلتر شده‌اند. بدون این بازگشت مداوم، حجم پلاسما به‌سرعت کاهش می‌یافت و ادم بین‌بافتی ایجاد می‌شد.
عروق لنفاوی عامل ایمنی مهمی در برابر ادم هستند؛ زیرا هنگامی که مایع شروع به تجمع در بافت‌ها می‌کند، جریان لنف می‌تواند ۱۰ تا ۵۰ برابر افزایش یابد. این افزایش جریان لنف اجازه می‌دهد حجم زیادی از مایع و پروتئین اضافی ناشی از افزایش فیلتراسیون مویرگی از بافت خارج شود و از افزایش فشار بین‌بافتی به محدودهٔ مثبت جلوگیری گردد. عامل ایمنی ناشی از افزایش جریان لنف حدود ۷ mm Hg محاسبه شده است.
شسته‌شدن پروتئین مایع بین‌بافتی به‌عنوان عامل ایمنی
وقتی مقدار بیشتری مایع به فضای بین‌بافتی فیلتر می‌شود، فشار بین‌بافتی افزایش می‌یابد و جریان لنف بیشتر می‌شود. در بیشتر بافت‌ها با افزایش جریان لنف، غلظت پروتئین مایع بین‌بافتی کاهش می‌یابد؛ زیرا مقدار پروتئینی که توسط لنف برداشته می‌شود از مقداری که از مویرگ‌ها خارج می‌شود بیشتر است. مویرگ‌ها نسبت به پروتئین‌ها نفوذپذیری کمتری از عروق لنفاوی دارند، بنابراین با افزایش جریان لنف، پروتئین‌ها از مایع بین‌بافتی «شسته» می‌شوند.
از آنجا که فشار اسمزی کلوئیدی بین‌بافتی ناشی از پروتئین‌ها تمایل دارد آب را از مویرگ‌ها بیرون بکشد، کاهش پروتئین بین‌بافتی نیروی خالص فیلتراسیون را کم می‌کند و از تجمع بیشتر مایع جلوگیری می‌کند. عامل ایمنی حاصل از این اثر نیز حدود ۷ mm Hg برآورد شده است.
خلاصهٔ عوامل ایمنی جلوگیری‌کننده از ادم
اگر همهٔ عوامل ایمنی در برابر ادم را هنگام افزایش تمایل به فیلتراسیون مویرگی کنار هم قرار دهیم، نتیجه چنین است:
- عامل ایمنی ناشی از کامپلیانس پایین بافت و افزایش فشار هیدروستاتیک مایع بین‌بافتی در محدودهٔ فشار منفی: حدود ۳ mm Hg.
- عامل ایمنی ناشی از افزایش جریان لنف: حدود ۷ mm Hg.
- عامل ایمنی ناشی از شسته‌شدن پروتئین‌ها از فضای بین‌بافتی و کاهش فشار اسمزی کلوئیدی بین‌بافتی: حدود ۷ mm Hg.
بنابراین عامل ایمنی کلی در برابر ادم حدود ۱۷ mm Hg است. از نظر نظری، این بدان معناست که فشار مویرگی در بافت‌های محیطی می‌تواند حدود 17 mm Hg افزایش یابد، یعنی تقریباً به دو برابر مقدار طبیعی برسد، پیش از آنکه ادم واضح و شدید ایجاد شود.
مایعات در فضاهای بالقوهٔ بدن
نمونه‌هایی از فضاهای بالقوه شامل حفره‌های پلور، پریکارد، صفاق و حفره‌های سینوویال، از جمله فضای مفاصل و بورس‌ها هستند. تقریباً در همهٔ این فضاها دو سطح تقریباً به یکدیگر چسبیده‌اند و فقط لایهٔ بسیار نازکی از مایع میان آن‌ها قرار دارد؛ سطوح می‌توانند روی یکدیگر بلغزند. برای آسان‌شدن این لغزش، یک مایع چسبناک و پروتئینی سطوح را روان می‌کند.
مایع میان مویرگ‌ها و فضاهای بالقوه تبادل می‌شود
غشای سطحی فضای بالقوه معمولاً مقاومت قابل‌توجهی در برابر عبور مایع، الکترولیت یا حتی پروتئین ایجاد نمی‌کند؛ بنابراین این مواد با سهولت نسبی میان فضای بالقوه و مایع بین‌بافتی بافت اطراف رفت‌وآمد می‌کنند. در نتیجه، مایع مویرگ‌های مجاور فضای بالقوه نه‌تنها به مایع بین‌بافتی، بلکه به خود فضای بالقوه نیز منتشر می‌شود.
عروق لنفاوی پروتئین را از فضاهای بالقوه تخلیه می‌کنند
پروتئین‌ها به علت نشت از مویرگ‌ها در فضاهای بالقوه تجمع پیدا می‌کنند؛ مشابه تجمع پروتئین در فضای بین‌بافتی سراسر بدن. این پروتئین باید از طریق لنف یا مسیرهای دیگر برداشته و به گردش خون بازگردانده شود. هر فضای بالقوه به‌طور مستقیم یا غیرمستقیم با عروق لنفاوی ارتباط دارد. در برخی فضاها، مانند حفرهٔ پلور و حفرهٔ صفاق، عروق لنفاوی بزرگ مستقیماً از خود حفره آغاز می‌شوند.
مایع ادماتو در فضای بالقوه «افیوژن» نامیده می‌شود
وقتی در بافت زیرجلدی مجاور یک فضای بالقوه ادم ایجاد شود، معمولاً مایع ادم در همان فضای بالقوه نیز تجمع پیدا می‌کند؛ به این مایع افیوژن (Effusion) گفته می‌شود. بنابراین انسداد لنف یا هر یک از اختلالاتی که فیلتراسیون مویرگی را بیش از حد افزایش می‌دهند، می‌توانند همان‌طور که ادم بین‌بافتی ایجاد می‌کنند، افیوژن نیز بسازند.
حفرهٔ شکمی استعداد ویژه‌ای برای تجمع مایع افیوژن دارد و در این حالت به آن آسیت گفته می‌شود. در موارد شدید سیروز، برای مثال، ممکن است ۲۰ لیتر یا بیشتر مایع آسیتی تجمع یابد.
فضاهای بالقوهٔ دیگر مانند حفرهٔ پلور، پریکارد و فضای مفاصل نیز در ادم عمومی می‌توانند به‌شدت متورم شوند. همچنین آسیب یا عفونت موضعی در هر یک از این حفره‌ها ممکن است تخلیهٔ لنفاوی را مسدود کند و باعث تورم موضعی همان فضا شود.
فشار طبیعی مایع در فضاهای بالقوه منفی است
دینامیک تبادل مایع در حفرهٔ پلور در فصل ۳۹ به تفصیل بررسی می‌شود و تا حد زیادی نمایندهٔ سایر فضاهای بالقوه است. فشار طبیعی مایع در بیشتر یا همهٔ فضاهای بالقوه در حالت بدون ادم منفی، یعنی زیر فشار جو، است؛ درست مانند بافت زیرجلدی شل.
برای مثال، فشار هیدروستاتیک مایع در حفرهٔ پلور به‌طور طبیعی حدود −7 تا −8 mm Hg، در فضای مفاصل حدود −3 تا −5 mm Hg و در حفرهٔ پریکارد حدود −5 تا −6 mm Hg است.
کتابنامه
- Adrogué HJ, Madias NE. The syndrome of inappropriate antidiuresis. N Engl J Med. 2023;389:1499–1509.
- Adrogué HJ, Tucker BM, Madias NE. Diagnosis and management of hyponatremia: a review. JAMA. 2022;328:280–291.
- Alukal JJ, John S, Thuluvath PJ. Hyponatremia in cirrhosis: an update. Am J Gastroenterol. 2020;115:1775–1785.
- Berl T. Vasopressin antagonists. N Engl J Med. 2015;372:2207–2216.
- Breslin JW, Yang Y, Scallan JP, Sweat RS, Adderley SP, Murfee WL. Lymphatic vessel network structure and physiology. Compr Physiol. 2018;9:207–299.
- Cowen LE, Hodak SP, Verbalis JG. Age-associated abnormalities of water homeostasis. Endocrinol Metab Clin North Am. 2023;52:277–293.
- Damkier HH, Brown PD, Praetorius J. Cerebrospinal fluid secretion by the choroid plexus. Physiol Rev. 2013;93:1847–1892.
- Gankam Kengne F, Decaux G. Hyponatremia and the brain. Kidney Int Rep. 2017;3:24–35.
- Guyton AC, Granger HJ, Taylor AE. Interstitial fluid pressure. Physiol Rev. 1971;51:527–563.
- Harris NR, Bálint L, Dy DM, et al. The ebb and flow of cardiac lymphatics: a tidal wave of new discoveries. Physiol Rev. 2023;103:391–432.
- Itkin M, Rockson SG, Burkhoff D. Pathophysiology of the lymphatic system in patients with heart failure: JACC state-of-the-art review. J Am Coll Cardiol. 2021;78:278–290.
- Martin-Almedina S, Mortimer PS, Ostergaard P. Development and physiological functions of the lymphatic system: insights from human genetic studies of primary lymphedema. Physiol Rev. 2021;101:1809–1871.
- Rasmussen MK, Mestre H, Nedergaard M. Fluid transport in the brain. Physiol Rev. 2022;102:1025–1151.
- Rondon-Berrios H, Berl T. Physiology and pathophysiology of water homeostasis. Front Horm Res. 2019;52:8–23.
- Sterns RH, Rondon-Berrios H, Adrogué HJ, et al. Treatment guidelines for hyponatremia: stay the course. Clin J Am Soc Nephrol. 2023;19:129–135.
- Sterns RH. Treatment of severe hyponatremia. Clin J Am Soc Nephrol. 2018;13:641–649.
- Tandukar S, Sterns RH, Rondon-Berrios H. Osmotic demyelination syndrome following correction of hyponatremia by ≤10 mEq/L per day. Kidney360. 2021;2:1415–1423.
- Tomkins M, Lawless S, Martin-Grace J, Sherlock M, Thompson CJ. Diagnosis and management of central diabetes insipidus in adults. J Clin Endocrinol Metab. 2022;107:2701–2715.
- Warren AM, Grossmann M, Christ-Crain M, Russell N. Syndrome of inappropriate antidiuresis: from pathophysiology to management. Endocr Rev. 2023;44:819–861.