Fisiologia da água e dos eletrolitos

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Fisiologia da Água
e dos Eletrólitos 7
A troca de nutrientes e dejetos entre o
sangue e os tecidos é realizada por uma ex-
tensão de capilares, equivalente a aproxi-
madamente 700 metros quadrados. Aque-
las trocas requerem a presença da água,
como o meio nobre em que as células vi-
vem e realizam as suas funções; a perma-
nência da água nos diferentes comparti-
mentos do organismo, depende da presen-
ça de um teor adequado de diversos
eletrólitos.
As alterações da distribuição da água
e dos eletrólitos, são bastante comuns e
podem levar à complicações de extrema
gravidade, ou mesmo determinar a morte
do indivíduo. A circulação extracorpórea
pode produzir distúrbios da composição
hídrica e eletrolítica do organismo, capa-
zes de gerar numerosas complicações. O
reconhecimento das principais funções
desempenhadas pela água e pelos eletrólitos
é fundamental para a prevenção das com-
plicações e suas seqüelas.
 A água corresponde à maior parte do
peso dos indivíduos. Em um neonato, a
água corresponde a cerca de 75 a 80% do
peso. Aos 12 meses de idade o teor de água
do organismo é de 65% e na adolescência
alcança o valor de 60% no sexo masculino
e 55% no feminino, que se mantém na vida
adulta. Essa pequena diferença se deve à
maior quantidade de tecido gorduroso no
organismo feminino. O tecido gorduroso
tem um baixo teor de água em relação aos
músculos e aos órgãos internos.
A água do organismo está distribuida
em dois grandes compartimentos: o intra-
celular e o extracelular. A água do interior
das células (líquido ou compartimento in-
tracelular), corresponde a cerca de 40% do
total do peso do indivíduo, enquanto a água
do líquido extracelular corresponde a 20%.
O compartimento extracelular correspon-
de à água do plasma sanguíneo (4%) e à
água do líquido intersticial (16%), como
demonstra a tabela 7.1.
A água se desloca ativa e continua-
mente entre os diferentes compartimentos
do organismo, regulando a sua composi-
ção, conforme esquematizado na figura
7.1. O fator determinante da movimenta-
Tabela 7.1. Mostra o teor de água dos diversos
compartimentos do organismo e o volume total em cada
compartimento, em um adulto de 70Kg de peso.
Fundamentos da Circulação Extracorpórea - Cirurgia Cardíaca Pediátrica
Maria Helena L. Souza e Decio O. Elias
2 ed - 2006 - Centro Editorial Alfa Rio
140
FUNDAMENTOS DA CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA
ção da água entre os diversos comparti-
mentos líquidos é o gradiente osmótico; a
tendência natural da água é determinar o
equilíbrio osmótico. O plasma e o espaço
intersticial trocam água através das mem-
branas capilares; o interstício e o interior
das células, trocam água através das mem-
branas celulares. As proteinas do plasma
são um importante regulador da quantida-
de e da distribuição de água, em virtude da
pressão oncótica exercida pelas suas
macromoléculas.
O volume de um compartimento líqui-
do do organismo, por exemplo, o líquido
intersticial, pode ser medido, pela intro-
dução de substâncias que se dispersam uni-
formemente pelo compartimento. O grau
de diluição da substância, permite calcu-
lar o volume total do compartimento. Den-
tre as substâncias usadas com aquela fina-
lidade, destacam-se a uréia, a antipirina, a
tiouréia e outras marcadas com radioisó-
topos, como o deutério e a albumina.
NECESSIDADES DIÁRIAS DE ÁGUA
A água do organismo provém de duas
fontes principais. A ingestão de líquidos e
a água contida nos alimentos contribuem
com cerca de 2.100 ml/dia para os líquidos
do organismo, enquanto a oxidação dos
carbohidratos libera cerca de 200 ml/dia.
As necessidades de água dos indivídu-
os variam de acordo com as taxas metabó-
licas e com a eliminação hídrica. As crian-
ças de baixo peso necessitam mais água em
relação aos adultos, em virtude do meta-
bolismo mais acelerado que apresentam. De
um modo geral, as necessidades de água
de um indivíduo podem ser estimadas com
base nas calorias metabolizadas, na super-
fície corporal ou em relação ao peso. O or-
ganismo humano necessita, diariamente,
de 1.800ml de água, por cada metro qua-
drado de superfície corporal. As necessi-
dades de água dos diferentes indivíduos es-
tão relacionadas na tabela 7.2, conforme o
peso corporal. Aqueles valores referem-se
à indivíduos sadios, sem disfunção renal,
cardiovascular ou metabólica e, portanto,
sem restrições à ingestão normal de água.
As alterações da água consistem, prin-
cipalmente, de desidratação, quando há
perda excessiva de líquidos do organismo
ou, ao contrário, hiperidratação, quando
Fig. 7.1. Diagrama mostrando o intercâmbio líquido entre
os diferentes compartimentos do organismo. A água
atravessa as membranas capilar e celular para as
diferentes trocas.
Tabela 7.2. Necessidades diárias de água em relação ao
peso. Um indivíduo com peso entre 10 e 20Kg necessita
de 1.000ml + 50ml por cada quilo de peso acima de 10.
Exemplo: um indivíduo com 15Kg de peso, necessita
diariamente de 1000ml + 50 x 5 = 1.250ml.
141
CAPÍTULO 7 – FISIOLOGIA DA ÀGUA E DOS ELETRÓLITOS
há oferta excessiva de líquidos ao organis-
mo. Na circulação extracorpórea, princi-
palmente em crianças, não é rara a ocor-
rência de hiperidratação, causada pelo ex-
cesso de soluções cristalóides no perfusa-
to. Devemos considerar que durante um
procedimento cirúrgico, a administração de
água e eletrólitos é feita pelo perfusionista
através o perfusato; pelo anestesista, atra-
vés das soluções venosas administradas
durante a operação e pelo cirurgião, atra-
vés da administração das soluções cardio-
plégicas, principalmente a cardioplegia
cristalóide. Sem controle adequado, a soma
dos volumes infundidos pode ultrapassar
em muito, as necessidades diárias dos pa-
cientes que, além de tudo, receberão mais
líquidos no pós-operatório imediato.
A hiperidratação pode também ocor-
rer em pacientes com quantidades de pro-
teinas abaixo do normal. A pressão
oncótica do plasma fica reduzida e permi-
te o extravasamento de líquidos do plasma
para o espaço intersticial, especialmente se
a oferta líquida não for adequadamente
dimensionada.
Quando há perda excessiva ou insufi-
ciente administração de sódio, também
pode ocorrer hiperidratação. A causa é a
redução da pressão osmótica do líquido
extracelular, em relação ao interior das cé-
lulas. A água passa do interstício para o
líquido intracelular, para refazer o equilí-
brio osmótico.
O paciente hiperidratado pode apre-
sentar edema de face ou generalizado,
ascite, derrame pleural, insuficiência
respiratória, astenia, desorientação, de-
lírio e convulsões ou outras manifesta-
ções neurológicas.
A migração da água entre os diferen-
tes compartimentos, depende da concen-
tração dos eletrólitos, para que o equilíbrio
hídrico do organismo seja mantido.
ELETRÓLITOS
Os eletrólitos, quando em uma solução
aquosa, comportam-se como íons. Os íons
são a menor porção de um elemento quí-
mico que conserva as suas propriedades.
Os cátions são os íons que tem carga elé-
trica positiva, como o sódio (Na
+
) e o po-
tássio (K
+
). Os anions são os íons que tem
carga elétrica negativa, como o cloro (Cl
-
)
ou o bicarbonato (HCO
3
-
). O equilibrio
químico de uma solução significa a existên-
cia de igual número de cátions e anions.
Os eletrólitos são quantificados em
miliequivalentes, que correspondem à
milésima parte de um equivalente grama,
ou simplesmente equivalente. O equiva-
lente de uma substância é a menor porção
da substância, capaz de reagir quimicamen-
te e, corresponde ao peso atômicoou ao
peso molecular, dividido pela valência. Em
geral, nos líquidos do organismo, os
eletrólitos são considerados em termos de
miliequivalentes por litro (mEq/l).
COMPOSIÇÃO ELETROLÍTICA
DOS LÍQUIDOS ORGÂNICOS
Os líquidos orgânicos tem uma com-
posição semelhante, sob o ponto de vista
da atividade química e das pressões
osmóticas. A natureza dos íons, contudo,
difere entre os compartimentos intracelu-
lar e extracelular.
O líquido extracelular inclui o liquido
142
FUNDAMENTOS DA CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA
intersticial e o plasma sanguíneo. O liqui-
do extracelular tem grandes quantidades
de sódio e cloreto. O sódio é o cátion pre-
dominante do líquido extracelular, en-
quanto o potássio é o cátion predominan-
te no líquido intracelular. Aproximada-
mente 95% do potássio existente no
organismo está situado no interior das cé-
lulas. A distribuição do magnésio, como o
potássio, também é predominantemente
intracelular.
Os principais eletrólitos celulares são
o potássio, magnésio, fosfato, sulfato, bi-
carbonato e quantidades menores de
sódio, cloreto e cálcio.
O liquido intracelular possui grande
quantidade de potássio e pequena quanti-
dade de sódio e de cloreto. As grandes pro-
teinas e alguns tipos de ácidos orgânicos
ionizáveis, existem exclusivamente no lí-
quido intracelular; não existem no plasma
e no líquido intersticial.
As diferenças de composição entre os
liquidos intracelular e extracelular são
muito importantes, para o desempenho
adequado das funções celulares.
O liquido extracelular inclui ainda a
linfa, o liquor, o liquido ocular e outros
liquidos especiais do organismo, menos
importantes em relação à regulação hídrica
e eletrolítica.
A tabela 7.3 demostra a comparação
da composição eletrolítica dos principais
liquidos orgânicos, o intravascular (plas-
ma), o intersticial e o intracelular.
Quando analisamos os solutos dos lí-
quidos orgânicos, pela sua carga iônica,
separando os cátions dos anions, observa-
mos o perfeito equilibrio químico entre os
diversos compartimentos (Tabela 7.4). O
plasma tem 154 mEq de cátions e 154 mEq
de anions. O mesmo equilibrio entre cáti-
ons e anions é demonstrado para os líqui-
dos intersticial e intracelular.
O plasma e o líquido intersticial são os
grandes responsáveis pela regulação da
água do organismo; a sua composição
eletrolítica é praticamente a mesma,
exceto pela presença das proteinas no plas-
ma. Os íons presentes nos liquidos orgâni-
cos desempenham funções essenciais à
manutenção do perfeito equilíbrio funcio-
nal celular.
Sódio (Na
+
): O sódio é o cátion mais
abundante no líquido extracelular; é fun-
damental na manutenção do equilíbrio
hídrico. A perda de sódio causa redução da
pressão osmótica do líquido extracelular,
que resulta na migração de água para o in-
terior das células. O aumento da concen-
tração do sódio no líquido extracelular, ao
contrário, aumenta a sua pressão osmótica
e favorece o acúmulo de água no interstí-
cio, produzindo edema.
Tabela 7.3. Compara a composição eletrolítica do plasma,
do líquido intersticial e do líquido intracelular. O plasma
e o líquido intersticial são semelhantes entre sí e diferem
substancialmente do líquido intracelular.
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CAPÍTULO 7 – FISIOLOGIA DA ÀGUA E DOS ELETRÓLITOS
O sódio tambem é importante na pro-
dução do impulso para a condução cardía-
ca e para a contração muscular. Um meca-
nismo especial chamado de bomba de sódio,
controla o fluxo de sódio e potássio atra-
vés da membrana celular, mantendo o sódio
no exterior e o potássio no interior das cé-
lulas. A concentração do sódio é controla-
da pelos rins, pela secreção de aldosterona
e pela secreção do hormônio antidiurético.
Potássio (K
+
): O potássio é o cátion
intracelular mais importante; é transpor-
tado para o interior das células pelo meca-
nismo da bomba de sódio e tem ação fun-
damental na condução do impulso elétri-
co e na contração muscular.
O acúmulo excessivo de potássio no lí-
quido extracelular (hiperpotassemia) pode
causar redução da condução elétrica e da
potência da contração miocárdica, levan-
do à parada cardíaca em assistolia. Esse
efeito do potássio é o princípio fundamen-
tal da sua utilização nas soluções cardio-
plégicas.
Cálcio (Ca
++
): O cálcio é essencial à
formação dos dentes, ossos e diversos ou-
tros tecidos. É tambem um fator importante
na coagulação do sangue. A presença de
pequenas quantidades de cálcio é essenci-
al à manutenção do tônus e da contração
muscular, inclusive miocárdica; a deficiên-
cia do cálcio (hipocalcemia), pode produ-
zir efeitos semelhantes aos do excesso de
potássio.
Magnésio (Mg
++
): O magnésio é um
íon importante na função de numerosas
enzimas e participa ativamente no meta-
bolismo da glicose, de diversos outros
hidratos de carbono e das proteinas. Parti-
cipa também, ativamente, nos processos da
contração e irritabilidade neuromuscular;
o seu excesso (hipermagnesemia) pode pro-
duzir relaxamento muscular, inclusive
miocárdico, além de alterações da condu-
ção elétrica cardíaca.
Cloro (Cl
-
): O anion cloro (cloreto) é
predominante no líquido extracelular; sua
função principal é a manutenção do equilí-
brio químico com os cátions presentes. O clo-
ro participa ainda nos efeitos tampão do san-
gue em intercâmbio com o bicarbonato.
Bicarbonato (HCO
3
-): A função mais
importante do íon bicarbonato é a regula-
ção do equilíbrio ácido-basico, em que par-
Tabela 7.4. Composição do plasma,
líquido intersticial e líquido intrace-
lular em relação aos seus cátions e
anions. Plasma e líquido intersticial
tem composição semelhante e são
isotônicos. O líquido intracelular é
levemente hipertônico em relação ao
plasma e ao interstício.
144
FUNDAMENTOS DA CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA
ticipa com o ácido carbônico (dióxido de
carbono + água ), formando o principal
sistema tampão do organismo.
Para que ocorra o intercâmbio de água
por osmose, através da membrana capilar
ou celular, é necessário que haja diferença
na concentração total de solutos nos dois
lados da membrana. As membranas celu-
lares e capilares são permeáveis à agua e
aos solutos dos líquidos orgânicos e não são
permeáveis às proteinas.
OSMOSE E PRESSÃO OSMÓTICA
Um soluto é uma substância, como o
cloreto de sódio, cloreto de potássio,
glicose, ou proteina, que pode ser dissolvi-
da em um solvente, para formar uma solu-
ção; a solução salina, por exemplo, tem o
cloreto de sódio como soluto e a água como
o solvente.
Na prática, as soluções podem ser clas-
sificadas conforme o tamanho das
párticulas do soluto ou conforme a sua na-
tureza. Uma solução cristalóide é aquela que
contém partículas homogeneamente dis-
persas no solvente até que ocorra a passa-
gem de uma corrente elétrica ou a sua mis-
tura com outra solução. Os solutos das so-
luções cristalóides, ou simplesmente
cristalóides, são pequenos íons, ácidos e ba-
ses simples, aminoácidos, pequenas molé-
culas orgânicas, como glicose e frutose, pe-
quenas moléculas nitrogenadas, como uréia
e creatinina ou pequenas cadeias de poli-
peptídeos. O limite superior para o tama-
nho das partículas cristalóides está em tor-
no de 50.000 Daltons. Uma solução coloidal
ou, simplesmente, coloide, contém partícu-
las que quando deixadas em repouso por
um tempo prolongado, tendem a deposi-
tar, perdendo a homogeneidade; o proces-
so de deposição pode ser acelerado por
centrifugação e outros meios físico-quí-
micos. As partículas que formam as so-
luções coloidais tem peso molecular mai-or que os solutos cristalóides, acima de
50.000 Daltons.
As membranas biológicas, membrana
capilar e membrana celular, não permitem
a passagem dos coloides e permitem a livre
passagem de água e dos cristalóides.
Se colocarmos uma solução de cloreto
de sódio (NaCl) em um lado de uma mem-
brana permeável à água e ao sal, e colocar-
mos água pura no outro lado da membra-
na, as moléculas de sódio, cloro e água, vão
passar livremente através dos dois lados da
membrana, até que a concentração de
sódio e cloro nos dois lados seja a mesma.
A passagem da água e dos eletrólitos Na
+
e Cl
-
 para o lado da membrana, onde a sua
concentração é menor, ocorre pelo fenô-
meno da osmose.
A pressão osmótica corresponde à
pressão exercida pelas partículas ou íons de
soluto em uma determinada solução. A
pressão osmótica é medida em osmol ou
miliosmol (mOsm). Uma molécula de
cloreto de sódio, por exemplo, se dissocia
em dois íons, Na
+
 e Cl
-
; portanto, a solu-
ção de uma molécula de cloreto de sódio
exercerá uma pressão osmótica de 2 osmol/
litro de água ou por Kg de água (1litro de
água = 1 Kg).
O intercâmbio de água entre os dife-
rentes compartimentos é governado pela
osmose. As membranas celulares e capila-
res são muito permeáveis à água e o inter-
145
CAPÍTULO 7 – FISIOLOGIA DA ÀGUA E DOS ELETRÓLITOS
câmbio diário é enorme, entre os compar-
timentos líquidos do organismo. Quando
a pressão osmótica se altera, a água se
move através das membranas, para resta-
belecer o equilíbrio e manter o estado
isosmótico. A regulação da água, entre o
líquido intracelular e o líquido intersticial,
é representada na figura 7.2.
A tonicidade compara as diferentes
soluções em termos da pressão osmótica
que exercem. Duas soluções com o mes-
mo número de partículas dissolvidas por
unidade de volume, tem a mesma pressão
osmótica e são chamadas, soluções
isotônicas. Quando uma solução tem um
número maior de partículas, é dita
hipertônica em relação à outra e, finalmen-
te, se o número de partículas de uma solu-
ção é menor que a solução de compara-
ção, diz-se que ela é hipotônica. O padrão
de comparação que nos interessa, é o plas-
ma sanguíneo. As soluções que serão mis-
turadas ao plasma, devem ser isotônicas, a
fim de evitar alterações significativas da
pressão osmótica. As soluções hipertônicas,
se necessário, podem apenas ser adminis-
tradas em pequenos volumes, para corrigir
déficits de algum eletrólito específico.
As moléculas de colóides, em geral, são
adicionadas às soluções para acrescentar
pressão oncótica. As soluções coloidais, são
o plasma sanguíneo, as soluções de
albumina, gelatina (Isocel), dextran
(Rheomacrodex) e hidroxietil starch
(Hetastarch).
PRESSÃO OSMÓTICA E PRESSÃO
ONCÓTICA (COLOIDO-OSMÓTICA)
A pressão osmótica de uma solução
depende do número de partículas ou mo-
léculas na solução. Quanto menor o peso
da molécula de uma substância, mais mo-
léculas existirão, em um determinado peso
da substância. Dessa forma, 1 grama de
cloreto de sódio conterá um número infi-
nitamente maior de moléculas do que 1
grama de albumina; o peso da molécula de
cloreto de sódio é 58,5 enquanto o peso da
molécula de albumina é 80.000. Podemos,
portanto, afirmar que 1 grama de cloreto
de sódio exerce uma pressão osmótica
muito maior que 1 grama de albumina.
Quando em uma solução, adicionamos
um soluto como a albumina, cuja molécu-
la é de elevado peso, confinada por uma
membrana impermeável à albumina, esta
exercerá uma grande pressão oncótica (ou
coloido-osmótica).
A adição de grandes moléculas, como
albumina, dextran e outras, aumenta a
pressão oncótica da solução. Contudo,
Fig. 7.2. Regulação do intercâmbio de água entre o líquido
extracelular (E) e o líquido intracelular. C, representa
uma célula. Em A, está representada a situação normal
do equilíbrio entre os dois líquidos, intra e extracelular.
A concentração iônica normal de 300mOsm/l existe em
ambos. Se adicionarmos solutos (íons), ao líquido
extracelular, aumentando a sua osmolaridade para
450mOsm/l, a água passa do interior da célula para o
líquido extracelular, representado em B. A célula de
desidrata. Se, diluirmos os solutos no líquido extracelular,
reduzindo a sua osmolaridade para 200 mOsm/l, a água
passa para o interior da célula, como representado em
C, produzindo edema celular acentuado, que pode,
inclusive, romper a célula.
146
FUNDAMENTOS DA CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA
como o número de moléculas na solução é
pequeno, o seu efeito sobre a pressão
osmótica é negligível. A pressão oncótica
é expressa em milímetros de mercúrio
(mmHg) e tem grande importância na
manutenção da água do plasma e na cap-
tação da água do líquido intersticial. Quan-
do a pressão oncótica do plasma está redu-
zida a água tende a migrar para o líquido
intersticial.
PERDAS DIÁRIAS DE ÁGUA
O organismo normal mantém o equilí-
brio entre o ganho e a perda diária de água,
regulando a diurese, o suor e as perdas insen-
síveis. Qualquer interferência nos mecanis-
mos normais da regulação, pode gerar distúr-
bios do equilíbrio dos líquidos e de eletrólitos.
Durante a circulação extracorpórea, a oferta
excessiva de líquidos ou de eletrólitos atra-
vés o perfusato, pode romper aquele equi-
líbrio e produzir complicações.
A perda diária de água corresponde à
eliminação pela urina, pelas fezes, pela eva-
poração nos pulmões, durante a respiração
(perda insensível), e pela formação do suor,
dependendo da temperatura ambiente e
do grau de atividade física. A perda total
diária de um indivíduo adulto é de aproxi-
madamente 2.400 à 2.900 ml (tabela 7.5).
O adequado equilíbrio da água e dos
eletrólitos do organismo deve ser lembra-
do na preparação da perfusão, na escolha
dos componentes do perfusato e nos volu-
mes necessários ao procedimento. As so-
luções para o perfusato devem ter a com-
posição química e a pressão osmótica idên-
ticas ao plasma, para minimizar a
possibilidade de produzir distúrbios hídricos
e eletrolíticos.
A liberação de radicais livres e de nu-
merosas citoquinas e outros agentes pró-
inflamatórios durante a circulação extra-
corpórea altera a permeabilidade das mem-
branas capilares e celulares e contribui
substancialmente para alterar os volumes
de água contidos nos diferentes comparti-
mentos do organismo. Esse processo é par-
te importante da reação inflamatória sis-
têmica do organismo e, quando intenso,
pode produzir complicações difíceis de
controlar ou reverter.
Tabela 7.5. Perdas
diárias de água de um
adulto, pelas diversas
vias de eliminação.
147
CAPÍTULO 7 – FISIOLOGIA DA ÀGUA E DOS ELETRÓLITOS
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