Water Metabolism

Author: Gianpiero Pescarmona
Date: 13/03/2007

Description

Water is essential for all life on Earth. Humans can survive for several weeks without food, but for only a few days without water. A constant supply is needed to replenish the fluids lost through normal physiological activities, such as respiration, sweating and urination. Water generated from the biochemical metabolism of nutrients provides a significant proportion of the daily water requirements for some arthropods and desert animals, but provides only a small fraction of a human's necessary intake.

More Info About:
Ranges of daily water intake and production from metabolism
Ranges of daily water elimination through kidney,perspiration, lung

Drinking Water There are a variety of trace elements present in virtually all potable water, some of which play a role in metabolism; for example sodium, potassium and chloride are common chemicals found in very small amounts in most waters, and these elements play a role (not necessarily major) in body metabolism. Other elements such as fluoride, while beneficial in low concentrations, can cause dental problems and other issues when present at high levels.

More Info About:
Water and its mineral components as nutrients

Water and electrolites metabolism reference value

Tesina SimonaConte

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2008-05-07T14:48:53 - Simona Conte

BILANCIO IDRICO

L’acqua è la molecola più abbondante dell’organismo. Essa costituisce circa il 50% del peso corporeo in una donna di età compresa tra i 17 e i 39 anni e il 60% in un uomo della stessa età. Una donna di 60 Kg ha quindi circa 30 L di acqua corporea; mentre un uomo di corporatura media, 70 Kg, ha circa 42 litri di volume di liquido. Circa 2/3 dell’acqua (28L) si trovano all’interno delle cellule, circa 3L nel plasma e i restanti 11 L nel liquido interstiziale.

L’ introduzione quotidiana di acqua è bilanciata dalla sua escrezione ; esistono infatti molte vie per l’assunzione e la perdita di acqua durante il giorno.
In media, un adulto assume in un giorno poco più di 2L di acqua con cibi e bevande e ne assume circa 0.3L con la normale respirazione cellulare portando così le entrate giornaliere totali a 2.5 L al giorno.

L’acqua è il mezzo fondamentale per il metabolismo cellulare e per il trasporto dalle altre cellule, di sostanze nutritive, ossigeno e prodotti del metabolismo cellulare e per regolare la temperatura corporea.

La sola via attraverso la quale l’acqua entra nell’organismo dall’ambiente esterno è l’assorbimento lungo il tratto digerente. La principale via attraverso cui è persa l’acqua è
l’ urina per un volume giornaliero di circa 1.5L; mentre un piccolo volume di acqua, circa 100ml è perso con le feci.

Infine, vi è una perdita di acqua definita insensibile in quanto non è avvertita e avviene attraverso la superficie cutanea e durante l’espirazione di aria satura di vapor acqueo; in questo modo si perdono circa 900 ml di acqua al giorno senza accorgersene. Sebbene le urine rappresentino la via principale di perdita di acqua, in determinate situazioni si può avere una perdita significativa per altre vie: ad esempio un’eccessiva sudorazione o la diarrea.

Le perdite idriche patologiche alterano l’omeostasi in due modi: la perdita di volume del compartimento extracellulare diminuisce la pressione arteriosa. Se la pressione arteriosa non po’ essere mantenuta ad un livello sufficientemente elevato, i tessuti non ricevono una quantità adeguata di ossigeno. Se il liquido perso è ipoosmotico, come in caso di sudorazione eccessiva, i soluti che restano all’interno dell’organismo aumentano l’osmolarità e possono alterare la funzionalità cellulare.
Il bilancio idrico è ottenuto controllando che la quantità di acqua consumata nel cibo e nelle bevande (e generata dall’organismo con il metabolismo) sia uguale alla quantità di acqua escreta. I meccanismi fisiologici che mantengono il bilancio idro-elettrolitico sono sicuramente importanti, ma anche i meccanismi comportamentali svolgono un ruolo essenziale. La sete è un meccanismo critico, perché bere è la principale modalità per compensare le perdite di acqua.

L’ appetito per il sale è un comportamento che spinge animali e persone alla ricerca e all’ingestione di sale (Cloruro di Sodio, NaCl)

Il controllo del bilancio idro-elettrolitico coinvolge non solo risposte renali e comportamentali, ma anche gli apparati cardiovascolare e respiratorio. Gli aggiustamenti prodotti dai polmoni e dall’apparato cardiovascolare sono sotto controllo nervoso e perciò possono essere attuati molto rapidamente; mentre quelli operati dai reni avvengono più lentamente, in quanto il controllo della funzione renale è esercitata dalle vie endocrine e neuroendocrine. Tuttavia i reni rappresentano il principale sito di eliminazione di acqua regolato. I reni possono solo conservare liquidi, ma non possono rigenerare il volume perduto. Il controllo dell’escrezione di acqua nei reni è esercitato dalla vasopressina, un ormone prodotto dall’ipofisi posteriore. Dato che la vasopressina produce ritenzione idrica, è anche conosciuta come ormone anti-diuretico (ADH).

In presenza di ADH, il dotto collettore è liberamente permeabile all’acqua, la quale fluisce per osmosi ed è rimossa dai vasa recta e l’urina diviene concentrata. In assenza di ADH, il dotto collettore è impermeabile all’acqua e le urine sono diluite.

Le cellule del dotto collettore presentano dei pori per l’acqua detti acquaporine, una famiglia di canali di membrana con almeno 10 isoforme. Nel rene è presente la acquaporina 2 (AQP2) localizzata in particolare sulla membrana apicale rivolta verso il lume tubulare e nella membrana delle vescicole citoplasmatiche di accumulo.

Il meccanismo di azione della vasopressina si articola in 4 fasi:

1. La vasopressina giunge dall’ipofisi posteriore e si lega al proprio bersaglio mediante un recettore di membrana

2. Il legame attiva il sistema di secondi messaggeri proteina G/cAMP. La conseguente fosforilazione di proteine intracellulari determina lo spostamento delle vescicole contenenti AQP2 verso la membrana apicale, con cui si fondono.

3. Il meccanismo dell’esocitosi determina l’inserzione dei pori per l’acqua AQP2 nella membrana apicale.

4. La cellula diventa permeabile all’acqua.

La concentrazione, o osmolarità , delle urine è misura dell’escrezione di acqua da parte dei reni. Quando l’organismo deve eliminare un eccesso di acqua, i reni espellono una grande quantità di urina diluita (diuresi). Quando i reni conservano acqua, le urine divengono piuttosto concentrate, fino a 4 volte più concentrate del sangue. La concentrazione delle urine avviene a livello dell’ansa di Henle e del dotto collettore.

La secrezione di ADH è influenzata da 3 fattori:

1. L’osmolarità del plasma la quale è monitorata dagli osmocettori che si trovano nell’ipotalamo. Essi sono sensibili allo stiramento in grado di attivare neuroni sensitivi quando l’osmolarità aumenta fino ad una certa soglia. Quando l’osmolarità sale al di sopra di 280 mOsm gli osmocettori stimolano il rilascio di vasopressina e viceversa accade al di sotto di 280mOsm.

2. Il volume ematico è uno stimolo meno potente per il rilascio di vasopressina infatti i recettori posti negli atri del cuore inibiscono la secrezione di vasopressina perché l’organismo vuole liberarsi dall’eccesso di fluidi.

3. La pressione arteriosa influenza la secrezione di ADH perché quando è bassa, i recettori segnalano all’ipotalamo di secernere vasopressina e di conservare i liquidi.

BILANCIO IDRO ELETTROLITICO

Per equilibrio idroelettrolitico si intende la situazione fisiologica in cui acqua ed elettroliti si mantengono in proporzione costante (omeostasi), quando si ha quindi regolarmente l’eliminazione degli eccessi e la reintegrazione delle perdite.
L’equilibrio idroelettrolitico viene compromesso quando le perdite superano le assunzioni di liquidi (disidratazione) o viceversa (iperidratazione).

Gli elettroliti sono delle sostanze che si scindono nell’acqua in particelle, o ioni, dotati di carica elettrica. Tale carica può essere positiva, quindi si hanno i cationi, o negativa, e si parla di anioni.
Sono cationi il sodio (Na+), il potassio (K+), il calcio (Ca 2+), il magnesio (Mg 2+).

Sono invece anioni il cloro (Cl-), il bicarbonato (HCO3-), i fosfati (HPO4—).

La loro concentrazione è indicata in meq/l (milliequivalenti/litro; il milliequivalente è la millesima parte del peso atomico di uno ione, espresso in grammi, diviso per il numero di cariche elettriche presenti nello ione stesso. In tal modo 1 meq contiene sempre lo stesso numero di ioni, indipendentemente dalla sostanza.

Nella tabella seguente sono rappresentati gli elettroliti di principale interesse clinico:

Tabella

Il contenuto di acqua nel corpo umano dipende dall’età e dal sesso.

Tabella 1

L’acqua è distribuita in numerosi compartimenti fluidi, in particolare in un compartimento intracellulare e in uno extracellulare. Quest’ultimo è suddiviso in spazio intravascolare (all’interno dei vasi sanguigni) e uno spazio interstiziale (fluidi gastrointestinali, bile, fluido cerebrospinale, urine, fluidi intraoculari, peritoneali, pleurici, pericarditi e sinoviali).

Tabella 2

L’ intake di acqua nell’organismo avviene attraverso l’assunzione di bevande e di cibi mediante l’alimentazione, a cui si aggiunge l’acqua prodotta per ossidazione attraverso il metabolismo.

Tabella 3

La perdita di acqua avviene mediante le urine.
In condizioni normali intake e loss di acqua sono in equilibrio.

Tabella 4

Sebbene i riflessi nervosi, neuroendocrini ed endocrini svolgano un ruolo fondamentale nell’omeostasi idrosalina, le risposte comportamentali sono importantissime per il ripristino della situazione normale, specialmente quando il volume del liquido extracellulare diminuisce o l’osmolarità aumenta. Di norma l’introduzione di liquidi è l’unico modo per ripristinare la perdita di acqua e mangiare sale è il solo modo per aumentare il contenuto di Na+ dell’organismo.

Physiology and pathophysiology of the vasopressin-regulated renal water reabsorption
Boone M, Deen PM – Pflugers Arch. 2008 Apr 23

Newer insights into renal regulation of water homeostasis
Tyagi MG, Nandhakumar J – Indian J Exp Biol. 2008 Feb;46(2):89-93.

Aquaporin-2 downregulation in kidney medulla of aging rats is posttrascriptional and is abolished by water deprivation
Combet S, Gouraud S et al. – Am J Physiol Renal Physiol. 2008 Mar 26

Vasopressin excess and hyponatremia
Pham PC, Pham PM, Pham PT. – Am J Kidney Dis. 2006 Aug;48(2):339

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