SỰ TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ CÁC CHẤT ĐIỆN GIẢI (HÓA SINH SLIDE)

Sự phân bố nước và chất điện giải Nước ngoại bào • Chiếm 20 - 25% trọng lượng cơ thể, khoảng 1/3 lượng nước toàn phần • Dịch gian bào khoang gian bào; huyết tương khu vực nội mạch; bạc

SỰ TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ

CÁC CHẤT ĐIỆN GIẢI

Các dạng nước trong cơ thể

• Nước tự do

NƯỚC

• Nước kết hợp

Nước tự do

• Khu vực ngoài tế bào

• Đông lạnh ở 00C, sôi ở 1000C

• Dung môi hòa tan các chất dinh dưỡng và chất cặn bã

•Thay đổi theo chế độ ăn uống

Nước kết hợp

Khu vực trong tế bào, tham gia vào cấu tạo tế bào, điểm đông lạnh < 00C

• Nước hydrat hóa:

Tạo lớp vỏ hydrat của các hạt keo hay mixen (liên kết với protein)

- Hydrat hóa ion Na+, Cl-  Na(H2O)x+, Cl(H2O)y

Mất nước hydrat hóa, các tiểu phân keo sẽ bị đông vón

• Nước tham gia vào mạng lưới của gel:

-Nằm xen kẽ trong nguyên sinh chất của tế bào

-Lượng lớn hơn nước hydrat hóa

Vai trò của nước trong cơ thể

-Não (77%), cơ xương (76%), cơ tim (79%), da (72%) và máu 83%)

(80 Dịch sinh học có thành phần chủ yếu là nước: sữa (89%), nước tiểu (95%), mồ hôi (99,5%), nước bọt (99,4%)

Trẻ sơ sinh

66 - 75%

Người trưởng thành

60 - 70%

Người già 54%

Bào thai

97%

•Tham gia tạo hình các tổ chức và cấu tạo cơ thể

• Dung môi chuyên chở các chất dinh dưỡng và đào thải các chất cặn bã (nước tự do hay nước lưu thông)

• Môi trường cho các phản ứng chuyển hóa, hydrat hóa, thủy phân

• Tham gia quá trình điều hòa thân nhiệt

• Tham gia bảo vệ các cơ quan (dịch não tủy, dịch bao

khớp, dịch màng phổi, dịch trong các khoang của cơ

thể )

• Phân ly mạnh chất điện giải thành các ion trong các dịch

Vai trò của nước trong cơ thể

Sự phân bố nước và chất điện giải

 Nước ngoại bào

• Chiếm 20 - 25% trọng lượng cơ thể, khoảng 1/3 lượng nước toàn phần

• Dịch gian bào (khoang gian bào); huyết tương (khu vực nội mạch); bạch huyết; dịch não tủy; dịch ở màng phổi, màng

ngoài tim và màng bụng, dịch dạ dày…

• Luân chuyển thường xuyên khắp cơ thể Chứa các ion và các dưỡng chất cần thiết cho sự sống

• Giàu Na + , Cl - , HCO 3

-Sự phân bố nước và chất điện giải

 Nước ngoại bào

-Huyết tương: 91% là nước , chiếm khoảng 5% trọng lượng

cơ thể người lớn Thể tích hầu như không thay đổi

-Dịch gian bào (dịch kẽ): tiếp xúc trực tiếp với các tế bào , chiếm khoảng 15% trọng lượng cơ thể

• Chiếm khoảng 40% trọng lượng cơ thể, khoảng 2/3

lượng nước toàn phần

• Chứa lượng lớn K + , Mg 2+ , HPO 42- và protein thay vì

Na+ và Cl- như dịch ngoại bào

 Có những cơ chế đặc biệt vận chuyển ion qua màng tế bào để giữ cho sự chênh lệch nồng độ này được duy trì

Sự phân bố nước và chất điện giải

 Nước nội bào

Sự hấp thu và bài xuất nước

• Thay đổi theo lứa tuổi, điều kiện sống, điều kiện lao động:

-Người lớn: 30-35mg nước/kg cân nặng

-Trẻ sơ sinh < 1 tuổi: 150mg nước/kg/ngày; trẻ > 1 tuổi: cần khoảng 100mg nước/kg/ngày.

 Nhu cầu về nước

Nguồn ngọai sinh:

-nước tiểu -phân

-qua phổi -qua da (theo thời tiết hoặc bị sốt…).

1200-1400 100-200 400- 500 300-500 Lượng nước vào và ra hàng ngày của cơ thể (ml/ngày)

Sự hấp thu và bài xuất nước

• Bilan nước = Tỷ lệ giữa nước nhập vào và nước xuất

 Cân bằng xuất nhập nước

Bilan Nước

nhập Nước xuất Biểu hiện

> 0 > tăng thể tích nước ở khu vực nội bào

hoặc ngoại bào hoặc cả hai (phù hoặc đói kéo dài)

< 0 < giảm thể tích nước ở khu vực nội bào

hoặc ngoại bào hoặc cả hai (rối loạn chức năng thận, bệnh đái tháo nhạt…)

Sự vận chuyển nước trong cơ thể

DA Phân

Màng tế bào (không cho qua PO43-, SO4 2-,

Sự vận chuyển nước trong cơ thể

 Áp suất thẩm thấu:

• Lực có tác dụng giữ nước và kéo nước vào phần dịch mà

nó chiếm giữ  quyết định sự vận chuyển và phân bố dịch trong các khu vực

• Các yếu tố tạo nên:

-Các chất hòa tan ở các dịch của cơ thể (Na+, Cl-, HCO3 -, K+, HPO4-)

-Các chất hữu cơ có trọng lượng phân tử nhỏ (glucose, acid amin,…): chỉ tham gia điều chỉnh lượng nước toàn phần

- Các chất hữu cơ có trọng lượng phân tử lớn (protein)

Sự vận chuyển nước trong cơ thể

Áp suất keo: áp suất thẩm thấu do protein

Ví dụ: trong huyết tương: 25 mmHg, dịch ngoại bào: 10

mmHg Protein của dịch trong tế bào tạo áp suất thẩm thấu rất lớn

 ảnh hưởng sự vận chuyển nước và chất điện giải giữa khu vực nội bào và ngoại bào

 Áp suất thủy tĩnh:

• Áp lực của nước lên màng tế bào

• Tác dụng ngược lại áp suất thẩm thẫu

• Huyết áp là áp lực của dòng máu ép vào thành mạch

CÁC CHẤT VÔ CƠ TRONG CƠ THỂ

Vai trò của các chất vô cơ trong cơ thể

• Tham gia cấu tạo tế bào và mô, tạo nên hình dạng đặc thù của một số tổ chức (calci, phospho trong xương, sắt trong hem, … )

• Tạo áp suất thẩm thấu cho các dịch sinh học (Na+, K+, Ca2+,

Mg2+, Cl-, SO42-, H2PO4- và HCO3-)

NaCl quyết định 90% áp suất thẩm thấu của huyết tương

• Hệ thống đệm bicarbonat và đệm phosphat giúp cơ thể duy trì được thăng bằng acid-base

Vai trò của các chất vô cơ trong cơ thể

• Bình ổn protein ở trạng thái keo trong tế bào mô

 Mức độ hòa tan, khuếch tán của nhiều loại protein

 chức phận sinh lý của tế bào

• Họat hóa hoặc ức chế họat động của enzym:

- Cl- hoạt hóa Amylase

- Ca2+ kích thích ATPase ức chế enzym dipeptidase

- Sắt tham gia cấu tạo hemoglobin

- Muối đồng kìm hãm hoạt động của nhiều enzym

Sự hấp thu và bài xuất các muối vô cơ

 một phần ở lại trong máu

• Chất béo của thức ăn, mật và dịch tụy giúp hấp thu các muối khó tan

• Sự giữ lại muối trong các cơ quan có chọn lọc

Ví dụ: Ca2+, Mg2+, PO được giữ lại nhiều trong xương

Sự hấp thu và bài xuất các muối vô cơ

Sự bài xuất

• Chủ yếu qua nước tiểu, một số qua da và phân

-Kim loại nặng và các muối không được hấp thu được đào thải qua phân

-Một phần NaCl được bài xuất qua mồ hôi

-Nước tiểu chứa hầu hết các muối và thay đổi theo chế độ ăn

Các dạng muối vô cơ trong cơ thể

Muối hòa tan trong các dịch

Phân ly thành các ion, tạo áp suất thẩm thấu rất lớn

Muối không tan

Tham gia cấu tạo xương (calci phosphat)

Muối phức hợp với protein

Ví dụ: Feritin là một protein chứa sắt

K+, Ca2+ phức hợp với albumin

Sự phân bố các chất vô cơ

• Các chất vô cơ chính, cần thiết : Na K, Ca, Mg, Cl, P, S, chiếm 60-80% tổng các chất vô cơ trong cơ thể

• Các nguyên tố vi lượng: Fe, Cu, Mn, Co, Zn, Mo, Flo,

Iod… cần thiết cho sự sống

• Phân bố không đều ở các cơ quan:

-Xương: Ca2+, phospho

-Huyết thanh: Na+ và Cl

K+ có nhiều trong tế bào hồng cầu, tế bào cơ, tế bào

não…

Natri (Na+)

• Chủ yếu ở dịch ngọai bào ) ảnh hưởng sự chuyển dịch nước trong cơ thể

• Bài xuất chủ yếu qua nước tiểu

• Điều hòa áp suất thẩm thấu cho dịch ngọai bào, điều hòa cân bằng acid-base

• Hoạt hóa enzym amylase, ức chế phosphorylase

• Ảnh hưởng sự dẫn truyền xung động thần kinh và sợi cơ

• Aldosterol gây tăng sự tái hấp thu natri  thiểu năng vỏ thượng thận  natri huyết giảm, natri nước tiểu tăng

Kali (K+)

• Nhiều nhất trong dịch nội bào (khoảng 140mEq/L), chủ yếu trong ống tiêu hóa

• Vai trò chính trong chuyển hóa nước của tế bào  điều

hòa cân bằng acid-base, áp suất thẩm thấu

• Tham gia dẫn truyền xung động thần kinh, điều hòa sự co bóp của cơ tim và cơ xương

• Bài tiết chủ yếu qua nước tiểu

• Insulin và catecholamin làm tăng thẩm thấu K+ vào trong

Clo (Cl-)

• Anion chính của dịch ngọai bào (clo huyết: 97-106mEq/L)

• Cân bằng nước, điều hòa áp suất thẩm thấu, cân bằng

acid-base

• Thành phần HCl dịch vị, họat hóa enzym amylase

• Sự cung cấp natri và kali  cung cấp Clo

 Rối lọan chuyển hóa Clo kèm theo rối lọan chuyển hóa

natri

• Thải trừ chủ yếu ra nước tiểu, một lượng rất nhỏ trong mồ hôi Tái hấp thu hòan tòan qua đường tiêu hóa

Calci (Ca2+)

• Nhiều nhất trong cơ thể (xương, răng), đào thải qua phân

• Calci huyết (2,1-2,6 mmol/L): 45% ở dạng ion hóa, 45% kết hợp với protein, 5-10% dạng phức hợp (phosphat, citrat…)

• Tham gia quá trình đông máu, điều hòa dẫn truyền thần kinh (giảm kích thích)

• Duy trì cấu trúc, chức năng và độ thẩm thấu của màng tế bào

• Sự hấp thu calci ở ruột được điều hòa bởi calcitriol

(1,25-dihydroxy vitamin D), phosphat, oxalat (thức ăn)…

• Nồng độ calci huyết được điều hòa chủ yếu bởi: PTH và dihydroxy vitamin D, calcitonin, hormon tuyến giáp (T3, T4)…

1,25-• Giảm calci huyết dễ gây co giật, suy tim sung huyết, chuột rút,

• 3 dạng ion khác nhau, phổ biến nhất là HPO

42-• Giúp duy trì thăng bằng acid-base

• Chuyển hóa phospho phụ thuộc các yếu tố: tuyến cận giáp, thận, xương, ăn uống, vitamin D

• Phospho huyết tăng trong thiểu năng cận giáp, giảm PTH

và calcitonin

Magie (Mg2+)

• Khoảng 70% kết hợp với Ca và P dạng muối phức hợp của xương, phần còn lại ở các tổ chức mềm (cơ) và dịch của cơ thể.

• Mg 2+ nội bào có thể hoạt hóa các enzym vận chuyển

nhóm phosphat trong các quá trình chuyển hóa

• Hấp thu ở ruột non

• Giảm Mg 2+ huyết nặng gây hạ calci huyết (giảm tổng hợp vit D, giảm bài tiết PTH), giảm kali huyết (giảm hoạt động

Na + -K + -ATPase)

• Mg 2+ huyết giảm gây buồn nôn, chán ăn, mất điều hòa cơ,

Lưu huỳnh (S)

• Lưu huỳnh có trong các acid amin là cystein, cystin và

methionin: Nhóm thiol (-SH) tham gia duy trì cấu trúc

protein và quan trọng đối với hoạt tính enzym

• Các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh là heparin,

glutathion, thiamin, chondroitin sulfat…

• Lưu huỳnh được đào thải dưới dạng sulfat

Sắt (Fe)

• Tham gia cấu tạo hem (dạng Fe2+)

• Catalase, peroxydase (dạng Fe3+); các cytocrom

• Nhu cầu về sắt thay đổi rất lớn theo lứa tuổi, sự phát triển của tổ chức…

• Sắt từ thức ăn vào máu dạng Fe2+  Fe3+ gắn kết với

protein đặc hiệu thành transferin vào tủy xương tạo

hemoglobin

• Sắt dự trữ ở gan, lách, tủy xương dưới dạng feritin

• Thiếu sắt gây thiếu máu

Đồng (Cu)

• Thành phần cần thiết của nhiều protein, enzym

(catalase, cytocrom oxidase) và một số sắc tố tự nhiên

• Tham gia sinh tổng hợp hemoglobin, sự tạo xương

• Tập trung nhiều nhất ở cơ, xương và gan

• Phần lớn được bài xuất qua đường ruột

• Thiếu đồng gây thiếu máu nhược sắc

• Ứ đọng đồng ở gan gây xơ gan, ở thận gây tổn

thương thận

Kẽm (Zn)

• Thành phần của nhiều enzym: alcohol dehydrogenase,

phosphatase kiềm, aldolase…; có trong phức hợp insulin

• Tham gia chuyển hóa một số vitamin  làm tăng hiệu quả đáp ứng của cơ thể với vitaminA

• Tập trung chủ yếu ở hồng cầu, khoảng 20% ở da và nhiều

ở xương, răng

• Nhu cầu kẽm cho cơ thể khoảng 10-15 mg/ngày

• Chuyển hóa kẽm được điều hòa bởi tuyến giáp trạng

Mangan (Mn)

• Mangan có trong thành phần enzym pyruvat carboxylase.

• Mn 2+ hoạt hóa đặc hiệu arginase và một số enzym khác

• Ở huyết thanh, mangan gắn đặc hiệu với  globulin

• Thải trừ chủ yếu qua mật

• Thiếu mangan: giảm quá trình sinh trưởng

• Thừa mangan: rối loạn chức năng thần kinh trung ương.

Coban (Co)

• Coban là thành phần của vitamin B12

• Tham gia cấu tạo một số enzym: transcarboxylase,

isomerase, …

• Tham gia tạo hồng cầu, tăng tổng hợp protein

• Coban được đưa vào cơ thể qua đường ăn uống, tiêm truyền

• Thiếu coban: cơ thể chậm lớn và thiếu máu

• Sau khi được đưa vào cơ thể theo đường ăn uống, 90% iod được vận chuyển tới tuyến giáp dự trữ và dùng tổng hợp các hormon giáp trạng (T3, T4), 10% ở da, lông,

• Flo có tác dụng bảo vệ men răng

• Flo uống vào được hấp thu nhanh chóng, phân bố ở dịch ngoại bào, phần lớn được giữ ở xương, răng

• Thải trừ nhanh chóng ra nước tiểu

• Khi đưa vào cơ thể quá nhiều flo, đặc biệt ở trẻ em, có thể gây ra những thay đổi ở xương hoặc màu sắc men răng

Cân bằng điện giải

• Ảnh hưởng dẫn truyền xung động thần kinh, co cơ và tính thẫm thấu của màng tế bào (Na + , K + , Ca 2+ )

• Điều hòa nồng độ chất điện giải: bài tiết qua thận (nước tiểu),

da (mồ hôi) và ruột (phân), tác động của hormon

- Aldosterol tăng tái hấp thu Na + , tăng bài xuất K +

- ANP (atrial natriuretic peptide) ức chế tái hấp thu natri và sự bài tiết aldosterol

- Thể tích nội mạch giảm → aldosterol tăng → tăng tái hấp thu natri

- Insulin và catecholamin tăng tái hấp thu kali qua màng tế bào

- PTH làm tăng quá trình hủy xương để giải phóng Ca 2+ , tăng hấp thu Ca 2+ ở ruột, giảm bài xuất Ca 2+ qua thận

- Sự vận chuyển chủ động của Na + gây ra sự vận chuyển thụ động của Cl

Giảm natri huyết

• Nồng độ natri trong huyết tương <135 mEq/L  giảm độ thẩm thấu huyết tương (giảm trương lực ngoại bào)

• Nguyên nhân:

-đường tiêu hóa: nôn mửa, tiêu chảy, chảy máu, tắc ruột…

-da: bài tiết mồ hôi quá mức, bỏng

-nhập nước quá mức, nhập natri không đủ so với nhu cầu (suy thận cấp) hoặc hạn chế nhập (suy thận mãn)

-các bệnh thứ phát: bệnh Addison, thuốc lợi tiểu, giảm tiết aldosterol,

• Biểu hiện: động kinh, nhức đầu, tăng nhịp tim, hạ huyết áp Chuột

rút, kích thích và có thể hôn mê.

Rối loạn cân bằng điện giải

Tăng natri huyết

• Nồng độ natri huyết tương > 146 mEq/L

• Nước di chuyển từ các tế bào ra khu vực ngoại bào 

mất nước tự do

• Ít khi kéo dài

• Nguyên nhân: mất nước nhiều (không bù), nhập thừa

natri, đái tháo nhạt, sốt, tổn thương vùng dưới đồi

nguyên phát ảnh hưởng cảm giác khát (giảm khát)

• Biểu hiện: khát nước, khô miệng, tăng nhịp tim, tăng

huyết áp, mất phương hướng, ảo giác, co giật, kích

động và có thể tiến đến hôn mê

Giảm kali huyết

• Nồng độ < 3mEq/L, thường gặp hơn giảm natri huyết

• Nguyên nhân:

-đường tiêu hóa: nôn ói, tiêu chảy, rò tiêu hóa

-rối loạn nội tiết (tăng tiết aldosterol, catecholamin)

-dùng nhiều thuốc lợi tiểu, insulin, cortison

-nhiễm base chuyển hóa

-rối loạn chức năng thận, bài tiết qua mồ hôi, thiếu magie

-kháng sinh: penicillin, gentamycin

• Hậu quả: giảm trương lực cơ (cơ trơn và cơ vân), liệt cơ,

hô hấp khó, loạn nhịp tim, hạ huyết áp, chóng mặt, buồn

Tăng kali huyết

• Nồng độ kali trong huyết tương > 5,5 mEq/L

• Nguyên nhân: do thận giảm bài xuất kali (suy giảm

chức năng thận, thiểu năng vỏ thượng thận) hay nhập vào nhiều kali, giảm tiết aldosterol, nhiễm acid, thuốc lợi tiểu giữ kali (spironolacton, triamteren)

• Hậu quả: lú lẫn, chuột rút, tiêu chảy, yếu cơ, liệt cơ, loạn

nhịp tim hay chết do tim ngừng đập (> 8mEq/l)

SỰ TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ CÁC CHẤT ĐIỆN GIẢI

Cân bằng Donnan và áp suất do keo

• Các chất phân ly có phân tử lượng nhỏ: quá trình

khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp hơn

• Các chất keo có phân tử lượng lớn hơn (hỗn hợp

protein và muối của nó): chỉ có Na + hay Cl - đi qua

Sự trao đổi giữa các khu vực

Cân bằng Donnan và áp suất do keo

a, b: nồng độ ban đầu của các ion

x: nồng độ của ion khuếch tán

Định luật Donnan 2:

Khi có sự cân bằng, tổng điện tích của các ion dương bằng tổng điện tích của các ion âm ở mỗi phía của màng

 áp suất thẩm thấu ở nơi có chứa chất keo protein

(proteinat) cao hơn áp suất thẩm thấu ở nơi không có

proteinat

Áp suất do keo =  áp suất keo do proteinat + chênh lệch áp lực thẩm thấu do các ion khuếch tán qua màng

Sự trao đổi giữa huyết tương và

dịch gian bào

Cl-) đi qua, không cho protein qua.

(proteinat) nên các ion phân bố lại theo cân bằng Donnan

phần khác nhau của hệ mạch  nước vận chuyển theo các hướng khác nhau

Sự trao đổi giữa huyết tương và

dịch gian bào

Hình 3: Sự trao đổi nước giữa huyết tương và dịch gian bào

Sự trao đổi giữa khu vực ngoài và

trong tế bào

• Màng tế bào chỉ cho một số chất điện giải và các chất hòa tan khác đi qua  duy trì sự chênh lệch nồng độ của các ion giữa khu vực bên trong và ngoài tế bào

• Các chất điện giải và chất hòa tan qua màng một cách

chọn lọc, theo cơ chế vận chuyển tích cực

 Enzym Na+-K+-ATPase vận chuyển 3 Na+ ra ngòai tế bào và

2 K+ vào trong tế bào

• Các chất điện giải vận chuyển thụ động qua màng theo

gradient nồng độ