fluid, electrolyte, and acid–base homeostasis

FLUID, ELECTROLYTE, ANDACID–BASE HOMEOSTASIS

Resti Yulianti Sutrisno, M.Kep. Ns., Sp.Kep.MB

PSIK FKIK UMY

IDK 1 - 2020

Learning Objective

Kompartemen dan Komposisi Cairan Tubuh

Komposisi elektrolit di

cairan tubuh

Larutan isotonik,

hipotonik, dan hipertonik

Keseimbangan asam basa,

derajat keasaman

Total Body Water (TBW)

• Air merupakan komponen utama dalam tubuh.

• Komposisi cairan tersebut terdiri dari air dan zat terlarut baik yang termasuk elektrolit ataupun yang non elektrolit

• TBW 40-8O % dari berat tubuh, tergantung jumlah jaringan adipose yang berbeda (mengandung sedikit air)

• TBW pada wanita lebih kecil dibanding dengan laki-laki dewasa pada umur yang sama, karena ada hormone estrogen yang mendorong pengendapan lemak

• TBW pada neonatus lebih tinggi yaitu sekitar 70-80% berat badan

TBW berdasarkan

Usia

• Dalam persentas berat badan

Komposisidan KompartenenCairan Tubuh

Komposisi dan Kompartenen Cairan Tubuh

Body Fluid Compartment

Body fluids are present in two main “compartments”—

2/3 of body fluid is intracellularfluid (ICF) (intra- within) or cytosol,

the fluid within cells.

1/3, called extracellular fluid (ECF) (extra-outside), is outside cells and includes all other body fluids.

• About 80% of the ECF is interstitial fluid (inter- between), which occupies the microscopic spaces between tissue cells, and

• 20% of the ECF is plasma, the liquid portion of the blood.

Cairan Intraselular

• Membran sel bagian luar memegang peranan penting dalam mengatur volume dan komposisi intraselular.

• Pompa membran-bound ATP-dependent akan mempertukarkan Na dengan K dengan perbandingan 3:2.

• Oleh karena membran sel relativ tidak permeable tehadap ion Na dan ion K, oleh karenanya potasium akan dikonsentrasikan di dalam sel sedangkan ion sodium akan dikonsentrasiksn di ekstra sel.

• Potasium adalah kation utama ICF dan anion utamanya adalah fosfat.

• Akibatnya, potasium menjadi faktor dominant yang menentukan tekanan osmotik intraselular, sedangkan sodium merupakan faktor terpenting yang menentukan tekanan osmotik ekstraselular

Cairan Ekstraselular

• Fungsi dasar : menyediakan nutrisi bagi sel dan memindahkan hasil metabolismenya.

• Keseimbangan antara volume ektrasel yang normal terutama komponen sirkulasi (volume intravaskular)adalah hal yang sangat penting.

• Sodium merupakan kation ekstraselular terpenting dan merupakan faktor utama dalam menentukan tekanan osmotik dan volume sedangkan anion utamanya adalah klorida (Cl-), bikarbonat (HCO3-).

• Perubahan dalam volume cairan ekstraselular berhubungan dengan perubahan jumlah total sodium dalam tubuh. Hal ini tergantung dari sodium yang masuk, ekskeri sodium renal dan hilangnya sodium ekstra renal

Cairan Intertitial

• Normalnya sebagian kecil cairan interstisial dalam bentuk cairan bebas.

• Sebagian besar air interstisial secara kimia berhubungan dengan proteoglikan ekstraselular membentuk gel.

• Pada umumnya tekanan cairan interstisial adalah negatif ( kira-kira -5 mmHg).

• Bila terjadi peningkatan volume cairan iterstisial maka tekanan interstisial juga akan meningkat dan kadang-kadang menjadi positif. Pada saat hal ini terjadi, cairan bebas dalam gel akan meningkat secara cepat dan secara klinis akan menimbulkan edema

Cairan Intravaskular

• Cairan intravaskular terbentuk sebagai plasma yang dipertahankan dalam ruangan intravaskular oleh endotel vaskular.

• Sebagian besar elektrolit dapat dengan bebas keluar masuk melalui plasma dan interstisial yang menyebabkan komposisi elektrolit keduanya yang tidak jauh berbeda.

• Ikatan antar sel endotel yang kuat akan mencegah keluarnya protein dari ruang intravaskular. Akibatnya plasma protein (terutama albumin) merupakan satu-satunya zat terlarut secara osmotik aktif dalam pertukaran cairan antara plasma dan cairan interstisial.

Perpindahan Cairan

Intertisial Fluid akan bertukar dengan Intracelular melalui membran sel yang

permeable selektif.

Kemudian secara cepat cairan dari intravaskularakan saling bertukar dengan intertitial melalui

membran kapiler yang semipermeabel

Pertama cairan akan dibawa melalui pembuluh darah (bagian dari IVF)

Pertukaran Cairan IVF dan ISF

Pertukaran cairan melewati kapiler (pertukaran cairan diantara kapiler

dan intertitial) ditentukan oleh tekanan hidrostatik dan tekanan osmotik koloid (ditentukan oleh

albumin).

Pada ujung arteri dari kapiler, tekanan hidrostatik dari darah (mendorong

cairan keluar) melebihi tekanan osmotik koloid (menahan cairan tetap

didalam) sehingga mengakibatkan perpindahan dari bagian intravaskular

ke interstisial.

Pada ujung vena dari kapiler, cairan berpindah dari ruang interstisial ke ruang intravaskular karena tekanan

osmotik koloid melebihi tekanan hidrostatik.

Perpindahan cairan dari ISF dan ICF

Pertukaran cairan antara ruangan interstisial dan intraselular dibangun

oleh daya osmotik yang diciptakan oleh perbedaan konsentrasi zat terlarut

nondifusif.

Perpindahan air dari kompartemen yang hipoosmolar menuju kompartemen yang

hiperosmolar.

Difusi antara cairan interstisial dan cairan intraselular dapat terjadi melalui beberapa mekanisme: (1)secara

langsung melewati lapisan lemak bilayer pada membran sel, (2) melewati protein

chanel dalam membran, (3) melalui ikatan dengan protein carier yang

reversible yang dapat melewati membran (difusi yang difasilitasi).

Osmosis dan Tekanan Osmosis

Osmosis adalah proses pergerakan dari air yang melewati membran semipermeabel yang disebabakan oleh perbedaan konsentrasi.

Proses pergerakan air ini dari yang konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi.

Tekanan osmotik adalah daya dorong air yang dihasilkan oleh partikel-partikel zat terlarut didalamnya.

Tekanan osmotik tergantung dari jumlah zat yang tak terlarut didalamnya.

Larutan isotonik tidak mempunyai efek terhadap volume sel, sedangkan larutan hipotonik dan hipertonik akan meningkatkan dan menurunkan volume sel

Edema

The accumulation of fluid within the interstitial spaces.

Leads to:

• increased hydrostatic pressure

• lowered plasma osmotic pressure

• increased capillary membrane permeability

• lymphatic channel obstruction

Daily water loss equals daily water gain

Water loss occurs in four ways.... Each daY...

• The kidneys excrete about 1500 mL in urine,

• The skin evaporates about 600 mL (400 mL through insensible perspiration—sweat that evaporates before it is perceived as moisture—and 200 mL as sweat),

• The lungs exhale about 300 mL as water vapor, and

• The gastrointestinal tract eliminates about 100 mL in feces.

• In women of reproductive age, additional water is lost in menstrual flow.

On average, daily water loss totals about 2500 mL.

Daily water intake equals daily output

Elektrolit

• Elektrolit merupakan molekul terionisasi yang terdapat di dalam darah, jaringan, dan sel tubuh.

• Elektrolit atau ion adalah Garam yang terurai didalam air menjadi satu atau lebih partikel-partikel bermuatan

• Dalam bentuk positif (kation) maupun yang negatif (anion)

• Fungsi elektrolit

✓ menghantarkan arus listrik

✓ membantu mempertahankan pH dan level asam basa dalam tubuh

✓ memfasilitasi pergerakan cairan antar dan dalam sel melalui proses osmosis

• Elektrolit tubuh terdiri dari natrium (Na+), kalium (K+), kalsium (Ca2+), magnesium (Mg2+), klorida (Cl-), bikarbonat (HCO3-), fosfat (HPO42-) dan sulfat (SO42-).

• Komposisi elektrolit yang mengisi kompartemen tubuh

Komposisi Elektrolit

• Elektrolit tubuh terdiri dari natrium (Na+), kalium (K+), kalsium (Ca2+), magnesium (Mg2+), klorida (Cl-), bikarbonat (HCO3-), fosfat (HPO42-) dan sulfat (SO42-).

Electrolyte and protein anion concentration in plasma, intertitial fluid, and intracellular fluid

Cations and Anions

CES

Sodium(Na+), chloride(Cl-),

bicarbonate (HCO3-),

CIS

Potassium(K+), magnesium (Mg2+),

and phosphate (HPO42-)

Sodium (Na)

• The most abundant ions in extracellular fluid

• 90% of the extracellular cations.

• The normal blood plasma Na concentration is 136–148 mEq/liter.

• When the blood plasma concentration of Na drops below 135 mEq/liter, a condition called hyponatremia

Chloride

CHLORIDE IONS (CL) ARE THE MOST PREVALENT ANIONS IN EXTRACELLULAR

FLUID.

THE NORMAL BLOOD PLASMA CL CONCENTRATION IS 95–105 MEQ/LITER.

Bicarbonate

• Bicarbonate ions (HCO3) are the second most prevalent extracellular anions.

• Normal blood plasma HCO3 concentration is 22–26 mEq/liter in systemic arterial blood

• Normal blood plasma HCO3 concentration is 23–27 mEq/liter in systemic venous blood.

Potassium ions (K)

POTASSIUM IONS (K) ARE THE MOST ABUNDANT CATIONS IN INTRACELLULAR FLUID (140

MEQ/LITER).

K PLAYS A KEY ROLE IN ESTABLISHING THERESTING MEMBRANE POTENTIAL AND IN THE

REPOLARIZATION PHASE OF ACTION POTENTIALS IN NEURONS AND MUSCLE FIBERS

THE NORMAL BLOOD PLASMA K CONCENTRATION IS 3.5–5.0 MEQ/LITER AND IS

CONTROLLED MAINLY BY ALDOSTERONE.

Calcium

A large amount of calcium is stored in bone,

it is the most abundant mineral in the body.

About 98% of the calcium inadults is located in the skeleton

and teeth, where it is combined with phosphates to

form a crystal lattice of mineral salts.

In body fluids, calcium is mainly an extracellular cation (Ca2).

The normal concentration of free or unattached Ca2 in blood plasma is 4.5–5.5

mEq/liter.

Phosphate

About 85% of the phosphate in adults is present as calcium phosphate salts, which are

structural components of bone and teeth.

The remaining 15% is ionized. Three phosphate ions (H2PO4, HPO4, and PO4) are

important intracellular anions.

The normal blood plasma concentration of ionized phosphate is only 1.7–2.6 mEq/liter.

Magnesium

In adults, about 54% of the total body magnesium is part of bone matrix as magnesium salts.

1

The remaining 46% occurs as magnesium ions (Mg2) in intracellular fluid (45%) and extracellular fluid (1%).

2

Mg2 is the second most common intracellular cation (35 mEq/liter).

3

Normal blood plasma Mg2 concentration is low, only 1.3–2.1 mEq/liter.

4

Parenteral Fluid Therapy

• To provide water, electrolytes, and nutrients to meet daily requirements

• To replace water and correct electrolyte deficits

• To administer medications and blood products

SolutionsAccording to whether their total osmolality is the same as, less than, or greater than that of blood

Isotonic if the total electrolyte content (anions + cations) is approximately 310

mEq/L.

Hypotonic if the total electrolyte content is less than 250 mEq/L

Hypertonic if the total electrolyte content exceeds 375 mEq/L.

Isotonik

• Isotonik Suatu cairan yang memiliki tekanan osmotik yang sama dengan yang ada didalam plasma.

• a. NaCI normal 0,9 %

• b. Ringer laktat

• c. Komponen -komponen darah (albumin 5 %, plasma)

• d. Dextrose 5 % dalam air (D 5 W)

Cairan Isotonik

• Cairan Isotonik: osmolaritas (tingkat kepekatan) cairannya mendekati serum (bagian cair dari komponen darah), sehingga terus berada di osmolaritas (tingkat kepekatan) cairannya mendekati serum (bagiancair dari komponen darah), sehingga terus berada di dalam pembuluh darah.

• Bermanfaat pada pasien yang mengalami hipovolemi (kekurangan cairan tubuh, sehingga tekanan darah terus menurun).

• Memiliki risiko terjadinya overload (kelebihan cairan), khususnya pada penyakit gagal jantung kongestif dan hipertensi.

Isotonic Fluid

One liter of isotonic fluid expands the ECF by 1 L;

However, it expands the plasma by only 0.25 L because it is a crystalloid fluid and diffuses quickly into the ECF compartment.

For the same reason, 3 L of isotonic fluid is needed to replace 1 L of blood loss.

Because these fluids expand the intravascular space, patients with hypertension and heart failure should be carefully monitored for signs of fluid overload.

Hipotonik

Suatu larutan yang memiliki tekanan osmotik yang lebih kecil daripada yang ada didalam plasma darah.

One purpose of hypotonic solutions is to replace cellular fluid, because it is hypotonic as compared with plasma.

At times, hypotonic sodium solutions are used to treat hypernatremia and other hyperosmolarconditions.

Dextrose 2,5 % dalam NaCI 0,45 % , NaCI 0,45%, NaCI 0,2 %

Hipotonik

Cairan hipotonik: osmolaritasnya lebih rendah dibandingkan serum (konsentrasi ion Na+ lebih rendah dibandingkan serum), sehingga larut dalam serum, dan menurunkan osmolaritas serum.

Maka cairan “ditarik” dari dalam pembuluh darah keluar ke jaringan sekitarnya (prinsip cairan berpindah dari osmolaritas rendah keosmolaritas tinggi), sampai akhirnya mengisi sel-sel yang dituju.

Digunakan pada keadaan sel “mengalami” dehidrasi, misalnya pada pasien cuci darah (dialysis) dalam terapi diuretik, juga pada pasien hiperglikemia (kadar gula darah tinggi) dengan ketoasidosis diabetik.

Komplikasi yang membahayakan adalah perpindahan tiba-tiba cairan dari dalam pembuluh darah ke sel, menyebabkan kolaps kardiovaskular dan peningkatan tekanan intrakranial (dalam otak) pada beberapa orang.

Hipertonik

Hipertonik Suatu larutan yang memiliki tekanan

osmotik yang lebih tinggi daripada yang ada di dalam plasma darah.

Cairan hipertonik: osmolaritasnya lebih tinggi dibandingkan

serum, sehingga “menarik” cairan dan elektrolit dari jaringan

dan sel ke dalam pembuluh darah.

Mampu menstabilkan tekanan darah,

meningkatkan produksi urin, dan mengurangi

edema (bengkak).

Contoh Larutan Hipertonik

Penggunaannya kontradiktif dengan cairan

Hipotonik.

Misalnya Dextrose 5%, NaCl 45% hipertonik, Dextrose

5%+Ringer-Lactate, Dextrose 5%+NaCl 0,9%,

produk darah (darah), dan albumin.

Jenis Cairan Lain

Cairan Kristaloid

Bersifat isotonik, maka efektif dalam mengisi sejumlah volume cairan

(volume expanders) ke dalam pembuluh darah dalam waktu yang singkat, dan

berguna pada pasien yang memerlukan cairan segera. Misalnya Ringer-Laktat

dan garam fisiologis.

Cairan Koloid

Ukuran molekulnya (biasanya protein) cukup besar sehingga tidak akan keluar

dari membrane kapiler, dan tetap berada dalam pembuluh darah, maka

sifatnya hipertonik, dan dapat menarik cairan dari luar pembuluh darah.

Contohnya adalah albumin

Keseimbangan Asam Basa

• Tubuh dapat berfungsi normal karenaadanya keseimbangan asam basa, karenaregulasi ion hydrogen bebas [H+]

• Keseimbangan asam basa terdeteksi melaluinilai Ph serum (AGD) dengan nilai normal 7,35-7,45

• Three mechanisms (differing effective intervals) : Buffering systems in plasma, Ventilatory changes for CO CO2 excretion, Renal tubular excretion of Hydrogen ions

Buffer System

• protein buffer system, carbonic acid-bicarbonate buffer system, phosphate buffer systeme

• Protein terdiri atas asam amino yang mengandung karboksil –COOH dan setidaknya satu gugus amino. Kelompok karboksi bebas tersebut yang dapat bertindak sebagai asam dengan melepaskan H ketika pH dalam tubuh naik.

• Sistem penyangga protein banyak ditemukan di cairan intraseluler dan plasma darah contohnya protein hemoglobin sebagai buffer yang sangat baik dalam sel darah merah, albumin sebagai buffer utama dalam plasma darah.

Buffer System

• Hemoglobin menyangga H dari CO2 hasil metabolisme. CO2 berdifusi dari jaringan ke darah, kemudian bersama dengan H20 membentuk H dan HCO3 di dalam sel darah merah. Sebagian H tersebut akan terikat dengan Hemoglobin dan tereduksi sehingga tidak membuat cairan tubuh menjadi asam.

• Sistem penyangga fosfat terdiri dari garam fosfat basa (Na2HPO4) yang dapat menerima H+ bebas ketika pH meningkat, dan juga terdiri dari garam fosfat (NaH2PO4) yang asam yang dapat menyumbangkan H+ ketika pH turun. Fosfat banyak terdapat di sel, sehingga fosfat lebih berperan pada keseimbangan asam basa di intraseluler.

Sistem Pernapasan

• Saat pH arteri turun atau cenderung asam,

• maka ventilasi akan menurun sehingga pernapasan menjadi lebih dangkal dan lambat.

• Sehingga CO2 yang berdifusi dari sel ke pembuluh darah lebih cepat dibandingkan yang dari pembuluh darah ke paru.

• Sehingga peningkatan CO2 di pembuluh darah meningkatkan asam di darah dan dapat menaikkan pH.

Sistem Renal

• Ginjal dapat membantu mengontrol keseimbangan asam basa melalui tiga mekanisme yaitu ekskresi H+, ekskresi HCO3, dan sekresi amonia (NH3).

• Aktivitas metabolisme dalam tubuh secara terus menerus menambahkan asam ke dalam cairan tubuh. Asam di dalam cairan tubuh tidak boleh menumpuk dan harus dikeluarkan.

• Paru-paru hanya dapat mengeluarkan H+ yang dihasilkan oleh CO2, sedangkan masih ada H+ yang dihasilkan dari asam sulfur, fosfat, laktat dan yang lain di ginjal.

Sistem Renal

• H+ disekresi di tubulus proksimal, distal, dan koligenstes bersamaan dengan pengeluaran urine sehingga biasanya urine bersifat asam dengan pH 6,0.

• Ginjal juga memiliki mekanisme untuk mereabsorbsi HCO3 kembali ke plasma dan dapat berikatan dengan H+ sehingga dapat mengurangi keasaman.

Acid/Base Balance Extracellular Regulation

Important determinants of extracellular Ph :

• Pulmonary regulation of PaCO

• Renal tubular regulation of HCO

Basically, the pH is determined by the ratio of [HCO3 -/H2CO3]

Normal Values: Arterial and Venous Blood

• PH TURUN = ASIDOSIS

• PH NAIK = ALKALOSIS

ROME

• R = Respiratory = PaCO2 → Ph naik – pco2 turun, ph turun pco2 naik

• O = Opposite = Berlawanan >< Ph

• Ph = 7,2 pco2 = 50, HCO3 =24 – ASIDOSIS RESPIRATORIK

• Ph = 7,5 pco2 = 26, hco3 = 25 – ALKALOSIS RESPIRATORIK

• M = Metabolic = HCO3

• E = Equals = Sama / Searah --- ph

• Ph = 7,2 pco2 = 40 hco3 = 20 – asidosis metabolic

• Ph = 7,5 pcor = 43 hco3 = 43 – alkalosis metabolik