Extra-, intracellulaire en interstitiële vloeistof

De totale hoeveelheid en samenstelling van lichaamsvloeistof wordt onder de meeste fysiologische omstandigheden relatief constant gehouden. Dit is nodig voor een goede homeostase. De meeste problemen in klinische geneeskunde ontstaan door een ontregeling van deze homeostase.

Vochtinname en –uitscheiding zijn in balans
De totale inname van water en electrolyten moet nauwkeurig in evenwicht zijn met de totale uitscheiding van beide stoffen. Onder de meeste omstandigheden reguleren de nieren de uitscheiding van vocht en electrolyten. De hoeveelheid urine kan variëren van 0,5 liter bij iemand die gedehydreerd is tot 20 liter/dag bij iemand die veel heeft gedronken. Het vermogen van de nieren om de uitscheiding van vocht nauwkeurig te regeluren, geldt ook voor de regulatie van electrolyten (Natrium, Chloride en Kalium).

De totale hoeveelheid vocht is verdeeld over de extra- en intracellulaire ruimten
Het menselijk lichaam bestaat ongeveer voor 60 procent uit water (ongeveer 42 liter bij een 70 kilogramwegende man). De totale hoeveelheid vocht is verdeeld over de intracellulaire (ongeveer 40 procent van het totale lichaamsgewicht; 28 liter) en de extracellulaire ruimte (ongeveer 20 procent van het totale lichaamsgewicht; 14 liter).
De twee belangrijkste componenten van de extracellulaire ruimte zijn:
• Interstitiële ruimte, ongeveer 75 procent van de totale extracellulaire ruimte.
• Plasma, ongeveer 25 procent van de totale extracellulaire ruimte, oftewel 3 liter.

Het plasma is de niet-cellulaire component van bloed die zich constant vermengd met vocht in de interstitiële ruimte. Het plasma stroomt door de poriën van de capillairen. Bloed bestaat uit extra- en intracellulair vocht. Acht procent van het totale lichaamsgewicht bij een gemiddelde volwassene bestaat uit bloed (ongeveer 5 liter). Zestig procent van het bloed bestaat uit bloedplasma, 40 procent van het bloed bestaat uit erythrocyten. Het hematrocriet (erythrocyten) is bij mannen normaliter 0,42 en bij vrouwen 0,38. Bij ernstige anemie kan het hematocriet 0,10 zijn. Wanneer er sprake is van polycytemie kan het hematocriet oplopen tot 0,65.

Intra- en extracellulaire vloeistof verschillen van samenstelling
Het bloedplasma en de interstitiële vloeistof worden gescheiden door een hoogpermeabel capillair membraan. De samenstelling van deze vloeistoffen is bijna hetzelfde. Het bloedplasma heeft echter een hogere concentratie van eiwitten dan de interstitiële vloeistof. De capillairen zij slecht permeabel voor eiwitten, daarom lekken er weinig eiwitten in de interstitiële ruimte.
De intracellulaire vloeistof wordt van de extracellulaire ruimte gescheiden hoogselectief permeabel membraan. Het betreffende membraan is permeabel voor water, maar bijna niet voor electrolyten. De concentratie van water en de osmolariteit van beide vloeistoffen zijn bijna gelijk. De concentraties van de verschillende electrolyten verschilt echter sterk in beide vloeistoffen.

De verdunningsmethode kan gebruikt worden om het aandeel van de verschillende lichaamsvloeistoffen te meten
Het volume van een vloeistof in een compartiment van het lichaam kan bepaald worden door een substantie te injecteren die zich gelijkmatig verdeeld. Vervolgens moet geanalyseerd worden in welke mate de vloeistof is verdund. Met deze methode wordt er vanuit gegaan dat de totale hoeveelheid van de geïnjecteerde substantie (volume A) die achter blijft, gelijk is aan de totale hoeveelheid vloeistof die is geïnjecteerd. Dus, wanneer een kleine hoeveelheid van een bepaalde substantie wordt geïnjecteerd in het lichaam, kan de volgende formule worden opgesteld:
• Volume B=(Volume A x Concentratie A)/Concentratie B
Deze methode kan gebruikt worden om bijna elke vloeistof in het lichaam te meten. Een aantal zaken moeten echter bekend zijn, (1)de hoeveelheid geïnjecteerde vloeistof (indicator) moet bekend zijn, (2) de concentratie van de indicator moet bekend zijn, (3) de indicator moet zich goed over het te bepalen compartiment verdelen en (4) de indicator blijft in het te bepalen compartiment.

De verdeling van vocht over de intra- en extracellulaire ruimte wordt bepaald door osmotische krachten van de verschillende electrolyten
Omdat het celmembraan hoogpermeabel is voor water en bijna impermeabel voor zelfs de kleinste ionen, wordt de verdeling van vocht over de verschillende compartimenten bepaald door de osmotische effecten van deze ionen.

Osmose is de netto diffusie van water over een semi-permeabel membraan van een regio met een hoge waterconcentratie naar een regio met een lagere waterconcentratie. Het toevoegen van een oplossing aan zuiver water verlaagd de waterconcentratie en veroorzaakt de diffusie van water naar de regio met een hoge oplossingsconcentratie. De concentratie van een vloeistof wordt uitgedrukt in osmolair. Eén osmolair staat gelijk aan 1 mol (6,02 x 1023) van opgeloste deeltjes. Voor fysiologische oplossingen wordt vaak de term milli-osmolair (mOsm) gebruikt, wat gelijk staat een 1/1000 osmolair.
De concentratie van een vloeistof kan worden uitgedrukt als osmolaliteit (=osmolair/kg water) of osmolariteit (=osmolair/liter oplossing). De exacte hoeveelheid druk die nodig is om osmose door een semi-permeabel membraan te voorkomen, wordt de osmotische druk genoemd. Wiskundig uitgedrukt, is de osmotische druk (π) proportioneel aan de concentratie van osmotisch actieve deeltjes van de oplossing.
• π = CRT
C is de concentratie van de oplossing uitgedrukt in osmolair, R is de ideale constante van gas en de T is de temperatuur in graden Kelvin. Wanneer π wordt uitgedrukt in millimeters kwik, dan is π ongeveer 19,3 mmHg voor een vloeistof van 1 mOsm. Dus voor elke mOsm stijging over het celmembraan, moet 19,3 mmHg druk worden uitgeoefend om diffusie van water te voorkomen. Kleine verschillen in concentratie over het membraan, kan zo veel invloed uitoefenen op osmose.

Isotone, hypotone en hypertone vloeistoffen
Een vloeistof is isotonisch wanneer deze geen invloed uitoefent op osmose. Een isotone vloeistof heeft dezelfde osmolariteit als de lichaamscel. Een fysiologische zoutoplossing is een isotone vloeistof. Een vloeistof is hypertoon wanneer deze een hogere concentratie heeft, dan de lichaamscel. De osmotische druk veroorzaakt osmose van water uit de cel naar de vloeistof. Een oplossing is hypotoon wanneer de concentratie van de oplossing lager is, dan van de lichaamscel. De osmotische druk ontwikkelt zich direct, wanneer de lichaamscel wordt blootgesteld aan de desbetreffende oplossing. Dit veroorzaakt het naar binnen stromen van water in de cel. Osmose stopt wanneer beide compartimenten dezelfde concentratie hebben.

Hoeveelheden en osmolariteiten van extra- en intracellulaire vloeistof tijdens abnormale omstandigheden
Enkele factoren die de hoeveelheden van extra- en intracellulaire vloeistof sterk kunnen beïnvloeden zijn, de inname van grote hoeveelheden water, dehydratie, intraveneus infuus van verschillende oplossingen, groot vochtverlies via het maagdarm-kanaal en verlies van vocht door zweten of door de nieren.

Men kan de veranderingen van de vochtbalans (en de concentratie!) schatten en corrigeren, wanneer aan de volgende principes wordt gedacht:
• Water beweegt snel door het celmembraan; daarom is de concentratie van de intra- en extracellulaire vloeistof gelijk. Celmembranen zijn bijna impermeabel voor de meeste opgeloste stoffen; daarom blijft de concentratie van de intra- en extracellulaire vloeistof relatief constant, of er is een verlies of toevoeging van opgeloste stoffen aan de extracellulaire vloeistof.

Het effect van het toevoegen van een isotone, hypertone of hypotone zoutoplossing aan de extracellulaire ruimte
Wanneer een isotone vloeistof wordt toegevoegd aan de extracellulaire vloeistof, verandert de concentratie daarvan niet. Ook is er geen sprake van osmose. Het enige effect is een toename van de extracellulaire vloeistof. Natrium en Chloride zijn ionen die bijna alleen voorkomen in de extracellulaire ruimte. Het celmembraan is bijna impermeabel voor genoemde ionen. Wanneer een hypertone vloeistof toegevoegd wordt aan de extracellulaire vloeistof, stijgt de concentratie van de extracellulaire vloeistof. Deze veroorzaakt osmose van water richting de extracellulaire vloeistof. Het netto-effect is toename van het extracellulaire volume, een afname van het intracellulaire volume en een toename van de osmolariteit van beide vloeistoffen. Wanneer een hypotone vloeistof wordt toegevoegd aan de extracellulaire vloeistof, daalt de concentratie van genoemde vloeistof. Water diffundeert vanuit de extracellulaire vloeistof naar de intracellulaire ruimte. Beide vloeistoffen zullen dezelfde concentratie krijgen. Zowel het intra- als extracellulaire volume neemt toe. Het intracellulaire volume neemt echter meer toe.

Oedeem; excessief veel vocht in de weefsels
Intracellulair oedeem: toename van de hoeveelheid intracellulair vocht. Twee situaties kunnen intracellulair zwellen veroorzaken, (1) verlaagd metabolisme van het desbetreffende weefsel en (2) slechte voedingstoestand van de cellen. Tijdens deze omstandigheden kan Natrium wat de cel binnen stroomt, niet meer buiten de cel worden gepompt. Dit veroorzaakt een hoge osmotische druk binnen de cel. Intracellulair oedeem kan voorkomen in ontstoken weefsels. Een ontsteking veroorzaakt een direct toegenomen permeabiliteit, waardoor Natrium en andere ionen naar het celinterieur stromen.
Extracellulair oedeem; meer vocht in de interstitiële ruimte
De belangrijkste oorzaken van een extracellulair oedeem zijn, (1) lekken van vocht (door het capillair) uit het bloedplasma naar de interstitiële ruimte en (2) een niet goed functionerend lymfatisch systeem.
Enkele factoren kunnen de capillaire filtratie doen toenemen. Dit veroorzaakt oedeem.
Om de oorzaak van een excessieve capillaire filtratie te begrijpen is het zinnig om onderstaande formule aandachtig te bestuderen:
• Filtratie = Kf x (Pc – Pif – πc + πif)
Kf is de capillaire filtratiecoëfficiënt (het product van permeabiliteit en oppervlakte van de capillairen). Pif is de interstitiële hydrostatische druk en πif is de interstitiële colloïd osmotische druk. Met genoemde formule in het achterhoofd kan beredeneerd worden dat elke verandering van de volgende zaken een toegenomen capillaire filtratie tot gevolg heeft:
• Toegenomen capillaire filtratie coëfficiënt, welke een toegenomen uittreding van vocht en plasmaproteïnen door het capillaire membraan tot gevolg heeft. Dit kan het gevolg zijn van een allergische reactie, bacteriële infectie toxische stoffen die het capillaire membraan beschadigen en de permeabiliteit doen toenemen.
• Toegenomen capillaire hydrostatische druk, die veroorzaakt wordt door een verstopping van de vaten, grote stroomsnelheid van bloed door de arteriën, of hartfalen.
• Afgenomen colloïd osmotische druk, die veroorzaakt wordt door een afgenomen productie van plasmaproteïnen (cirrose), verlies van grote hoeveelheden eiwitten met de urine (nefrotisch syndroom), of verlies van eiwitten door ernstige brandwonden.
• Toegenomen colloïd osmotische druk van de interstitiële vloeistof, die vocht uit het plasma de weefsels inzuigt. Deze situatie ontstaat bij lymfatische blokkade, welke voorkomt dat eiwitten van de interstitiële ruimte terug het bloed in stromen.

Lymfatische blokkade veroorzaakt oedeem
Bij een lymfatische blokkade, kan een ernstig oedeem ontstaan, omdat eiwitten niet meer de bloedbaan in kunnen. De toegenomen osmotische druk van de interstitiële ruimte zuigt nog meer vocht de desbetreffende ruimte in. Een blokkade van de lymfestroom kan zeer ernstig zijn bij een infectie van de lymfeknopen zoals bij filariale nematoden. Bepaalde carcinomen kunnen de lymfevaten blokkeren. Ook kan de lymfestroom afgenomen zijn, doordat lymfevaten zijn verwijderd.

Maatregelen van het lichaam die oedeem voorkomen
Hoewel veel afwijkingen voor ophoping van vocht in de interstitiële ruimte kunnen veroorzaken, moet de afwijking ernstig zijn, voordat een oedeem ontstaat. Drie belangrijke mechanismen voorkomen normaliter ophoping van vocht in de interstitiële ruimte:
• De compliantie van weefels is laag, zo lang de hydrostatische druk van de interstiele ruimte negatief is. Lage compliantie (gedefinieerd als de mate van verandering in volume per mmHg) betekent dat kleine veranderingen in het volume van de interstitiële vloeistof grote veranderingen in hydrostatische druk veroorzaken. Wanneer de hoeveelheid interstitiële vocht toeneemt, stijgt de hydrostatische druk sterk, welke een verdere capillaire filtratie tegen gaat. Dit mechanisme bedraagt ongeveer 3 mmHg.
• De lymfestroom kan met een factor 10 tot 50 toenemen. Lymfevaten kunnen grote hoeveelheden vocht en eiwitten vervoeren, wanneer de capillaire filtratie toeneemt. Dit mechanisme bedraagt ongeveer 7 mmHg.
• Het afvloeien van eiwitten neemt toe, wanneer de lymfestroom toeneemt. Wanneer grote hoeveelheden het interstitium instromen, stijgt de interstitiële druk. Dit veroorzaakt een grotere lymfestroom. Dit verlaagt de eiwitconcentratie van het interstitium, omdat meer eiwitten worden afgevoerd, dan er door de capillairen worden gefiltreerd. Een verlaging van de interstitiële eiwitconcentratie, verlaagt de netto filtratiedruk. Dit mechanisme bedraagt ongeveer 7 mmHg.
De totale veilige marge om oedeem te voorkomen, is ongeveer 17 mmHg. De capillaire druk kan daarom theoretisch met 17 mmHg stijgen, voordat oedeem ontstaat.

Lees ook:

Loop geen inkomsten mis, schrijf over hobby, werk of studie en verdien extra inkomsten!

Maak je eigen geldmachine in 8 stappen en wordt financieel onafhankelijk

Urineproductie door de nieren 1

Regulatie van het zuur-base evenwicht

Regulatie van de tensie door de nieren

Regulatie van de osmolariteit

Nierziekten en diuretica

Integratie van renale regelmechanismen

Functionele organisatie van het menselijk lichaam

Organen en orgaanstelsels

Bronnen:
JE. Hall, 2006, Pocket Companion to Textbook of Medical Physiology,  Elsevier Inc
GA Thibodeau, Patton KT 2007, Anatomy & Physiology, Mosby/Elsevier
EN Marieb, Hoehn K 2007, Human Anatomy & Physiology, Pearson/Benjamin Cummings