Płyny metaboliczne. Kluczowe informacje o wodzie w ludzkim ciele

Organizm ludzki składa się głównie z wody, będącej podstawowym składnikiem płynów metabolicznych. Całkowita objętość wody (TBW, total body water) w organizmie zmniejsza się wraz z wiekiem. Szacuje się, że u niemowląt stanowi około 75%, a u dorosłych od 50% do 60% składu ciała. U dorosłych osób różnica wynika z licznych procesów fizjologicznych oraz spożywania pokarmów i płynów [1].

Całkowita objętość wody w organizmie występuje w trzech głównych przestrzeniach:

• płynie wewnątrzkomórkowym – ICF (intracellular fluid),
• płynie zewnątrzkomórkowym – ECF (extracellular fluid),
• płynie międzykomórkowym – TCF (transcellular fluid).

Płyny metaboliczne odpowiadają za procesy metaboliczne; warunkują prawidłowe funkcjonowanie całego organizmu. Krążenie płynów w organizmie zapewnia jego homeostazę. Odpowiada za przenoszenie informacji zakodowanych w postaci substancji chemicznych [2, 3].

Płyn wewnątrzkomórkowy (ICF)

Płyn wewnątrzkomórkowy to przestrzeń wewnątrz komórek określana przede wszystkim jako cytoplazma. Stanowi około 40% całkowitej masy ciała [4,5].

Komórki pobierają z otoczenia, czyli z płynu międzykomórkowego, składniki odżywcze. Składnikami tymi są glukoza, aminokwasy oraz kwasy tłuszczowe. Pobieranie składników odżywczych możliwe jest dzięki aktywnemu transportowi cząsteczek przez błonę komórkową przeciw gradientowi stężeń [6].

Skład ICF różni się w zależności od tkanki, a także od stopnia jej aktywności. Prawdopodobnie istnieją również podziały wody wewnątrzkomórkowej. Podczas aktywnego oddychania mitochondria pobierają bardzo duże ilości wapnia, magnezu i nieorganicznego fosforanu. Stężenie sodu w jądrze jest natomiast wyższe niż w innych częściach komórki [7].

Płyn zewnątrzkomórkowy (ECF)

Płyn zewnątrzkomórkowy wraz z płynem międzykomórkowym stanowią około 20% całkowitej masy ciała. Na płyn w przestrzeni zewnątrzkomórkowej składają się krew (osocze i elementy morfotyczne) oraz chłonka. Płyn pozakomórkowy i międzykomórkowy cechują się podobnym składem. Przestrzenie pozakomórkowe zawierają wysokie stężenia sodu, chlorków, wodorowęglanów i białek, a stosunkowo mniej potasu, magnezu i fosforanu [2].

Krew

Krew jest tkanką płynną wypełniającą układ krążenia; składa się z osocza oraz elementów morfotycznych. Całkowita objętość krwi stanowi około 8% masy ciała.

Osocze zawiera składniki organiczne oraz nieorganiczne. Składniki nieorganiczne to kationy (głównie sodu i potasu) oraz aniony (głównie chlorku i wodorowęglanowy). Natomiast składniki organiczne osocza to białka, składniki pozabiałkowe (glukoza, aminokwasy, kwas moczowy i kreatynina) oraz lipidy.

Elementy morfotyczne stanowią mniej niż 50% objętości krwi. Należą do nich erytrocyty (krwinki czerwone), leukocyty (krwinki białe) i trombocyty (płytki krwi).

Zasadniczą funkcją krwi jest transport tlenu z płuc do tkanek oraz dwutlenku węgla z tkanek do płuc. Odpowiada również za dostarczanie składników odżywczych wchłoniętych w przewodzie pokarmowym do wszystkich tkanek [8,9].

Chłonka

Chłonka jest płynem przepływającym przez naczynia chłonne. W ludzkim ciele znajduje się około 500–600 węzłów chłonnych. Chłonka przechodzi przez co najmniej jeden węzeł chłonny, gdzie szkodliwe substancje są neutralizowane przez komórki dendrytyczne, makrofagi oraz komórki T i B układu odpornościowego.  Skład chłonki może się różnić i zależy od narządu, od którego ona odpływa oraz od stanu czynnościowego organizmu, np. aktywności fizycznej i snu [10].

Płyn międzykomórkowy (TCF)

Płyn w przestrzeni międzykomórkowej obejmuje płyn mózgowo-rdzeniowy, płyn w jamach ciała oraz soki trawienne znajdujące się w przewodzie pokarmowym. Na płyn w jamach ciała składają się płyn opłucnowy, osierdziowy oraz otrzewnowy. Do soków trawiennych zalicza się ślinę, sok żołądkowy, sok jelitowy, sok trzustkowy i żółć.

Płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF)

Płyn mózgowo-rdzeniowy znajduje w ośrodkowym układzie nerwowym i wokół niego (tzw. układ komorowy oraz przestrzeń podpajęczynówkowa). U przeciętnego dorosłego człowieka może krążyć nawet około 150 ml płynu mózgowo-rdzeniowego. CSF składa się głównie z wody (99%), a pozostały 1% to białka, jony, neuroprzekaźniki i glukoza [11].

Jego główną funkcją jest wspomaganie układu nerwowego. Odgrywa znaczącą rolę w homeostazie biochemicznej w całym OUN. Nazywany jest niekiedy „odżywczym płynem”, między innymi ze względu na jego funkcje filtrujące [12]. Od prawidłowego krążenia płynu mózgowo-rdzeniowego mogą zależeć ważne funkcje fizjologiczne m.in.: regeneracja mózgu podczas snu [11].

Płyn mózgowo-rdzeniowy zawiera substancje biochemiczne i informacje komórkowe. Jego swobodny przepływ o precyzyjnie regulowanym składzie jest niezbędny dla zdrowia mózgu i funkcji poznawczo-motorycznych [13].

Płyn w jamie opłucnej

Opłucna jest cienką surowiczą warstwą otaczającą płuca. Znajduje się w niej kilka mililitrów płynu, który ułatwia ruch płuc w czasie oddychania. Oddziela zewnętrzną powierzchnię płuc od wewnętrznej ściany klatki piersiowej. Ruchy oddechowe redystrybuują płyn opłucnowy i minimalizują kontakt między powierzchniami opłucnej [14, 15].

Płyn w osierdziu

Osierdzie to włóknisto-surowiczy worek otaczający mięsień sercowy. Jest ono zlokalizowane w śródpiersiu środkowym za mostkiem i chrząstkami trzeciego do siódmego lewego żebra. Osierdzie izoluje serce od sąsiednich tkanek, umożliwiając jego swobodny ruch. Jest wypełnione niewielką ilością płynu zwanego płynem osierdziowym.

Skład normalnego płynu osierdziowego człowieka jest trudny do określenia. Wiadomo jednak, że jest ultrafiltratem osocza o specyficznych właściwościach, podobnie jak płyn opłucnowy. Objętość płynu osierdziowego u dorosłych ludzi wynosi około 20–60 ml (średnio 15–35 ml) [16].

Płyn w jamie otrzewnowej

Otrzewna jest błoną otaczającą większość narządów jamy brzusznej. Szacuje się, że prawidłowa ilość płynu w jamie otrzewnej u zdrowej osoby dorosłej to około 50–75 ml. Obecność różnych składników humoralnych w płynie otrzewnowym sprawia, że ​​jama otrzewnowa jest złożoną strukturą ochronną, której główną funkcją jest zapobieganie tarciu narządów [17].

Ślina

Pokarmy o stałej konsystencji są rozdrabniane w jamie ustnej i mieszane ze śliną. Podobnie jak inne soki trawienne może być wydzielana na sam zapach lub widok pokarmu. Ślina w ilości około 1,5 L na dobę oraz posiadająca pH około 7,0 jest wydzielana do jamy ustnej przez trzy gruczoły: śliniankę podjęzykową, śliniankę podżuchwową i śliniankę przyuszną. Zawiera enzym, który trawi wielocukry – alfa-amylazę ślinową [18].

Sok żołądkowy

Jest wydzielany przez gruczoły błony śluzowej żołądka średnio w ilości 3 L w ciągu całej dobry, o pH około 1,0. Zawiera kwas solny, enzymy trawienne (głównie pepsynę, w niewielkiej ilości lipazę żołądkową), śluz, sole mineralne i wodę. Jego główną funkcją jest wstępne trawienie białek [19].

Sok jelitowy

Jest wytwarzany przez gruczoły znajdujące się w błonie śluzowej jelita cienkiego. Zawiera aminopeptydazy, enzymy rozkładające kwasy nukleinowe, wielocukry i dwucukry oraz lipazę. Ma odczyn słabo zasadowy lub zasadowy i jest wydzielany w ilości od 3 do 6 L na dobę [20].

Sok trzustkowy

Jest zewnętrzną wydzieliną trzustki, która przez przewód trzustkowy i bańkę wątrobowo-trzustkową dostaje się do dwunastnicy. Ma odczyn zasadowy o pH w granicach od 7,1 do 8,4. W ciągu doby wydziela się około 2 L soku trzustkowego. Jest szczególnie bogaty w wodorowęglany, dlatego kwaśna treść żołądka, która dostaje się do dwunastnicy, zostaje szybko zobojętniona. Na sok trzustkowy składają się nieaktywne enzymy proteolityczne, enzymy trawiące kwasy rybonukleinowy i deoksyrybonukleinowy, alfa-amylazę oraz lipazą [21, 22].

Żółć

Jest wytwarzana w wątrobie, a magazynowana w pęcherzyku żółciowym. W ciągu doby wydziela się około 0,5 L żółci. Żółć w wątrobie ma pH około 8,0, natomiast w pęcherzyku żółciowym od 5,0 do 7,4. Najważniejszymi jej składnikami są sole kwasów żółciowych, barwniki żółciowe, cholesterol i sole mineralne. Sole kwasów żółciowych wydzielone do światła jelita łączą się z produktami liolizy oraz aktywują lipazę [23].

Najczęściej zadawane pytania

W tym miejscu można odpowiedzieć na powszechnie zadawane pytania. Czy kawa rzeczywiście powoduje odwodnienie organizmu i należy jej unikać, aby zachować równowagę płynów? Czy dosalanie potraw zaburza homeostazę?

Czy kawa odwadnia?

Wyniki niektórych badań wskazywały, że napoje zawierające kofeinę nie powinny być uwzględniane w wytycznych dotyczących dziennego zapotrzebowania na płyny. Do każdej filiżanki kawy lub herbaty należy wypijać szklankę wody w celu zapewnienia odpowiedniego nawodnienia. W świetle aktualnych badań naukowych wykazuje się, że umiarkowane spożycie kawy (300–600 mg kofeiny dziennie) nie wpływa na odwodnienie organizmu. Wyniki przeprowadzonych badań sugerują nawet, że kawa spożywana z umiarem zapewnia podobne właściwości nawadniające jak woda.

Czy kofeina forsuje zatem diurezę? Jak wskazują badania, regularne spożywanie kofeiny może prowadzić do rozwoju tolerancji na jej działanie moczopędne. Wyższe dawki kofeiny u osób, które wcześniej jej nie stosowały, wywołują wzrost objętości produkowanego moczu, jednak dawka niska lub umiarkowana już nie. Kawa, oprócz kofeiny, zawiera wiele innych bioaktywnych związków. Te substancje czynne mogą ze sobą oddziaływać, dlatego spożycia kawy nie można bezpośrednio porównać ze spożyciem kofeiny w jej najczystszej postaci [24].

Czy dosalanie zaburza homeostazę?

Sód jest niezbędny dla równowagi płynów i homeostazy komórkowej. Jest dostarczany głównie pod postacią chlorku (I) sodu. Ilość sodu potrzebna do utrzymania homeostazy u dorosłych jest wyjątkowo niska i wynosi <500 mg. Nadmiar soli w diecie wiąże się ze wzrostem ciśnienia krwi. Mechanizmy leżące u podstaw wzrostu ciśnienia tętniczego wywołanego przez sód nie są w pełni poznane, ale mogą obejmować zmiany w czynności nerek, objętości płynów, hormonach regulujących płyn, naczyniach krwionośnych, czynności serca i autonomicznym układzie nerwowym.

Najnowsze dane przedkliniczne i kliniczne potwierdzają, że nawet przy braku wzrostu ciśnienia tętniczego, nadmiar sodu w diecie może niekorzystnie wpływać na narządy docelowe, w tym naczynia krwionośne, serce, nerki i mózg [25]. Dlatego tak ważne jest, aby ograniczyć spożycie soli do 5 g dziennie, co odpowiada 2 g sodu na dobę [26].

Podsumowanie

Płyny metaboliczne odpowiadają za funkcjonowanie całego organizmu i warunkują istotne procesy biochemiczne. Biorąc pod uwagę ich złożoność, niemałe znaczenie na ich poziom oraz skład ma higiena życia. Kluczową rolę odgrywają regeneracja organizmu poprzez sen, prawidłowe wchłanianie i przyswajanie składników odżywczych, nawadnianie wodą, aktywność ruchowa oraz świadome oddychanie. 

Piśmiennictwo:

1. L. Leighton Hill, “Body composition, normal electrolyte concentrations, and the maintenance of normal volume, tonicity, and acid-base metabolism,” Pediatr. Clin. North Am., vol. 37, no. 2, pp. 241–256, 1990
2. W. C. Chumlea, S. S. Guo, C. M. Zeller et al., “Total body water data for white adults 18 to 64 years of age: The Fels Longitudinal Study,” Kidney Int., vol. 56, no. 1, pp. 244–252, 1999
3. J. L. Ruth, S. J. Wassner, “Body composition: Salt and water,” Pediatr. Rev., vol. 27, no. 5, pp. 181–188, 2006
4. K. Luby-Phelps, “The physical chemistry of cytoplasm and its influence on cell function: An update,” Mol. Biol. Cell, vol. 24, no. 17, pp. 2593–2596, 2013
5. Z. I. Cabantchik, “Labile iron in cells and body fluids: Physiology, pathology, and pharmacology,” Front. Pharmacol., vol. 5 MAR, no. March, pp. 1–11, 2014
6. G. I. Harisa,T. M. Faris, “Direct Drug Targeting into Intracellular Compartments: Issues, Limitations, and Future Outlook,” J. Membr. Biol., vol. 252, no. 6, pp. 527–539, 2019
7. R. W. Pain, “Body fluid compartments,” Anaesth. Intensive Care, vol. 5, no. 4, pp. 284–294, 1977
8. V. Kuhn, “Red Blood Cell Function and Dysfunction: Redox Regulation, Nitric Oxide Metabolism, Anemia,” Antioxidants Redox Signal., vol. 26, no. 13, pp. 718–742, 2017
9. C. Scheiermann, P. S. Frenette, A. Hidalgo, “Regulation of leucocyte homeostasis in the circulation,” Cardiovasc. Res., vol. 107, no. 3, pp. 340–351, 2015
10. J. E. Moore, Ch. D. Bertram, “Lymphatic System Flows,” HHS Public Access, Physiol. Behav., vol. 176, no. 10, pp. 139–148, 2017
11. D. Orešković, M. Klarica, “A new look at cerebrospinal fluid movement,” Fluids Barriers CNS, vol. 11, no. 1, pp. 1–16, 2014
12. A. Khasawneh, R. Garling, C. Harris, “Cerebrospinal fluid circulation: What do we know and how do we know it?,” Brain Circ., vol. 4, no. 1, p. 14, 2018
13. C. E. Johanson, J. A. Duncan, P. M. Klinge et al., “Multiplicity of cerebrospinal fluid functions: New challenges in health and disease,” Cerebrospinal Fluid Res., vol. 5, pp. 1–32, 2008
14. G. J. Peek, S. Morcos, G. Cooper, “The pleural cavity,” Clin. Rev., vol. 320, no. 7245, pp. 1318–1321, 2000
15. S. J. Lai-Fook, “Pleural Mechanics and Fluid Exchange,” Physiol. Rev., vol. 84, no. 2, pp. 385–410, 2004
16. K. Vogiatzidis, “Physiology of pericardial fluid production and drainage,” Front. Physiol., vol. 6, no. MAR, pp. 1–6, 2015
17. A. Isaza-Restrepo, J. S. Martin-Saavedra, J. L. Velez-Leal et al., “The peritoneum: Beyond the tissue – A review,” Front. Physiol., vol. 9, no. JUN, pp. 1–12, 2018
18. S. P. Humphrey, R. T. Williamson, “A review of saliva. Normal composition, flow, and function,” J. Prosthet. Dent., vol. 85, no. 2, pp. 162–169, 2001.
19. T. C. Martinsen, R. Fossmark, H. L. Waldum, “The phylogeny and biological function of gastric juice—microbiological consequences of removing gastric acid,” Int. J. Mol. Sci., vol. 20, no. 23, pp. 1–22, 2019
20. E. K. Ulleberg, I. Comi, H. Holm et al., “Human gastrointestinal juices intended for use in in vitro digestion models,” Food Dig., vol. 2, no. 1–3, pp. 52–61, 2011
21. J. Mellanby, “The secretion of pancreatic juice,” J. Physiol., vol. 61, no. 3, pp. 419–435, 1926
22. R. Chen et al., “Comparison of pancreas juice proteins from cancer versus pancreatitis using quantitative proteomic analysis,” Pancreas, vol. 34, no. 1, pp. 70–79, 2007
23. A. Esteller, “Physiology of bile secretion,” World J. Gastroenterol., vol. 14, no. 37, pp. 5641–5649, 2008
24. S. C. Killer, A. K. Blannin, A. E. Jeukendrup, “No evidence of dehydration with moderate daily coffee intake: A counterbalanced cross-over study in a free-living population,” PLoS One, vol. 9, no. 1, 2014
25. W. B. Farquhar, D. G. Edwards, C. T. Jurkovitz et al., “Dietary Sodium and Health,” J. Am. Coll. Cardiol., vol. 65, no. 10, pp. 1042–1050, 2015
26. M. Jarosz, “Normy żywienia dla populacji Polski i ich zastosowanie, ” NIZP-PZH, Warszawa, 2020