Wasser- und Elektrolythaushalt

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1 Wasser- und Elektrolythaushalt Anästhesiewerkstatt Weiterbildungsnetzwerk Berlin, 20. November 2017 Jochen Strauß, Helios Klinikum Berlin Buch

2 Übersicht Einführung Körperflüssigkeiten Regulation von extrazellulärem Volumen und Osmolarität Normaler Flüssigkeits- und Elektrolytbedarf Störungen des Flüssigkeits- und Elektrolytgleichgewichts Perioperativ eingesetzte Infusionslösungen Intraoperative Routine-Flüssigkeitszufuhr Akuter Volumenersatz

3 Effects of Intravenous Fluid Restriction on Postoperative Complications: Comparison of Two Fluid Regimens Restrictive, 2740 ml Standard, 5388 ml

4 Was ist Volumenersatz eigentlich genau? Flüssigkeitsersatz Ersatz von Extrazellulärflüssigkeit mit kristalloiden Infusionslösungen Volumenersatz Ersatz von Blut oder Plasma mit Kolloiden

5 Was ist eigentlich die Glykokalyx? Glykokalyx kleidet Kapillarendothel aus Für Wasser und die meisten gelösten Substanzen permeabel Wirkt für Proteine als Barriere Glykokalyx bindet Plasmaproteine Bildung einer endothelialen Oberflächenschicht Zwischen der mit Proteinen beladenen Glykokalyx und dem Spalt direkt unterhalb der Kalyx besteht ein Gradient, der Flüssigkeit im Gefäßsystem zurückhält Wird die Glykokalyx zerstört, kommt es nach dem Starling-Prinzip zum massiven Abstrom von Flüssigkeit und Proteinen aus dem intravasalen Raum in das Interstitium

6 Anästhesiewerkstatt Berlin, Jochen Strauß, Helios Klinikum Berlin Buch

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8 Auf geht s...

9 Übersicht Einführung Körperflüssigkeiten Regulation von extrazellulärem Volumen und Osmolarität Normaler Flüssigkeits- und Elektrolytbedarf Störungen des Flüssigkeits- und Elektrolytgleichgewichts Perioperativ eingesetzte Infusionslösungen Intraoperative Routine-Flüssigkeitszufuhr Akuter Volumenersatz

10 Wo befindet sich das Wasser? Flüssigkeitsräume Plasma, Blutbahn Interstitium, zwischen Intrazellulärraum, von den Zellwänden Zellwänden umschlossen Extrazellulär Intrazellulär

11 Einfuhr Gesamtes Körperwasser Intrazellulär Extrazellulär Plasma Verlust Interstitiell Intrazellulär Extrazellulär

12 Total body water Intracellular water Intrauterin Säugling Kleinkind Schulkind Adoleszent Extracellular water B Friis-Hansen (1961) Body water compartments in children. Pediatrics 28:

13 ammensetzung der Flüssigkeitsräume Extrazellulärraum Intrazellulärraum Osmolalität (mosm) Kationen (mequ/l) Na K + 4,0-4,5 110 Ca ++ 4,5-5,0 - Mg Anionen (mequ/l) Cl HCO HPO SO PO4-3 - Organische Säuren 6 - Protein 16 40

14 Übersicht Einführung Körperflüssigkeiten Regulation von extrazellulärem Volumen und Osmolarität Normaler Flüssigkeits- und Elektrolytbedarf Störungen des Flüssigkeits- und Elektrolytgleichgewichts Perioperativ eingesetzte Infusionslösungen Intraoperative Routine-Flüssigkeitszufuhr Akuter Volumenersatz

15 Regelung von Osmolarität und Blutvolumen des EZR über das ADH-System

16 Regelung der Osmolarität des EZR über das ADH-System Anästhesiewerkstatt Berlin, Jochen Strauß, Helios Klinikum Berlin Buch

17 Situation in der perioperativen Phase Erhöhte ADH-Ausschüttung Volumendepletion des EZR Schmerzen Übelkeit, Erbrechen, Angst Metabolische Störungen,Traumata Inappropriate ADH secretion, nicht mehr regulierte ADH-Ausschüttung ADH ohne Vorliegen von Hypovolämie oder osmotischer Hypertonie Erhöhte Empfindlichkeit der distalen, renalen Tubuli Folge: perioperative Retention von freiem Wasser Jede Na-hypotone Infusion zwangsläufig Hyponatriämie Na-hypotone Infusion kontraindiziert

18 Hyponatriämie postoperativ häufig Retrospektiv: Kinder 83 Fälle von Hyponatriämie (Inzidenz 0,34%) 7 Todesfälle (Mortalität 8,4%) Prospektiv: 16 Kinder mit Hyponatriämie Na + bei Aufnahme 138 mmol/l Abfall auf 115 mmol/l Alle Kinder Hirnödem (CCT, Autopsie) 15 Kinder gestorben, 1 schwere neurologische Defizite Ursachen Extrarenale Na-Verluste Hyponatriämische Substitution AI Arieff (1992) Hyponatriaemia and death or permanent brain damage in healthey children. BMJ 304:

19 Hyponatriämische Enzephalopathie Schwerste Komplikation der Hyponatriämie Bleibende neurologische Schäden oder Tod Mehr als 50% aller Kinder mit einem Na < 125 mmol/l entwickeln eine Enzephalopathie Bei akutem Abfall der Na-Konzentration Shift von Wasser nach IZR Neugeborene, Säuglinge besonders gefährdet Großes ZNS (ratio ZNS : intrakranielles Volumen) Einklemmung schon bei 5% Volumenzunahme Na + -K + -ATPase noch unreif Erwachsene entwickeln Enzephalopathie erst bei Na < 111 mmol/l Säuglinge entwickeln Enzephalopathie schon bei Na < 120 mmol/l Olivier Paut (2006) Recent developments in the perioperative fluid management for the paediatric patient. Current Opinion in Anaesthesiology 2006, 19:

20 Mitteldeutsche Zeitung, 10. August 2006 FOCUS, Heft 01, 2007

21 Hyponatriämie durch perioperative Infusion? Autor, Jahr Infusion Na vor OP (mmol/l) Na nach OP (mmol/l) Δ Na Burrows, ,45% NaCl ,2 Cowley, ,45% NaCl ,5 Hongnat, ,33% NaCl normal < 4 Jahre - 5 Hongnat, ,33% NaCl normal > 4 Jahre - 2,7 Brazel, ,18% NaCl Burrows, 1993 Ringerlösung Dubois, 1992 Ringerlösung Dubois, 1992 RL 1% Glukose Dubois, 1992 RL 2% Glukose Geib, 1993 RL 1% Glukose Geib, 1993 RL 0,9% Glukose

22 Die balanzierte VEL hat eine enorme therapeutische Breite 15 Ferkel, 12 kg KG 100 ml/kg Infusion über eine Stunde Drei Gruppen randomisiert Kein Na, 40% Glukose 70 mmol/l Na, Halbelektrolyt-Infusion mit 5% Glukose (HE-G5) BS-G1 HE-G5 140 mmol/l Na, balancierte VEL mit 1% Glukose (BS-G1) Eine balanzierte VEL mit 1% Glukose ist vollkommen sicher 40% Glukose L. Witt (2010) Safety of glucose-containing solutions during accidental hyperinfusion in piglets. Brit J Anaesth 105 (5): 635 9

23 DER TAGESSPIEGEL vom 15. Januar 2007

24 Übersicht Einführung Körperflüssigkeiten Regulation von extrazellulärem Volumen und Osmolarität Normaler Flüssigkeits- und Elektrolytbedarf Störungen des Flüssigkeits- und Elektrolytgleichgewichts Perioperativ eingesetzte Infusionslösungen Intraoperative Routine-Flüssigkeitszufuhr Akuter Volumenersatz

25 Normaler Flüssigkeits- und Elektrolytbedarf Flüssigkeitsbedarf (Erwachsene) ml/kg KG/Tag 80 kg: ml/tag Aufnahme von Wasser erfolgt vor allem in Form von Getränken, aber auch mit den festen Nahrungsbestand- teilen. Zusätzlich ca. 300 ml Oxidationswasser aus Stoffwechsel Bei Katabolie vermehrter Anfall Beim Abbau von 1 kg Körpergewebe fällt 1 l Oxidationswasser an Wasserabgabe über Urin, Stuhl, Haut und Lungen Durchschnittliche Urinausscheidung ca ml/24 h

26 Normaler Flüssigkeits- und Elektrolytbedarf Wasser ml/kg KG/24 h Natrium mmol/24 h Kalium mmol/24 h (4-6 g KCl) Berechnungen für Wasser- und Elektrolytbedarf nach Körpergewicht oder Alter sehr ungenau! Sinnvoller ist Berechnung mit Bezug auf Metabolismus Wasser- und Elektrolyt-bedarf in 24 h, bezogen auf den Kalorienverbrauch

27 Normaler Flüssigkeits- und Elektrolytbedarf - Kinder Regel ist Geschichte Perioperativ Einsatz von Vollelektrolytlösungen Unter 6 Monate und bei Risiko für Hypoglykämie mit 1-2% Glukose Eskalationsstrategie So lange als möglich trinken lassen Infusionsrate 10 ml/kg KG/h Bolus 10 ml/kg KG, mehrfach wiederholen Albumin oder HAES bolusweise 10 ml/kg KG Hb-Messung, Transfusion bei Erreichen individueller Trigger Postoperativ nach Möglichkeit wieder trinken lassen

28 Übersicht Einführung Körperflüssigkeiten Regulation von extrazellulärem Volumen und Osmolarität Normaler Flüssigkeits- und Elektrolytbedarf Störungen des Flüssigkeits- und Elektrolytgleichgewichts Perioperativ eingesetzte Infusionslösungen Intraoperative Routine-Flüssigkeitszufuhr Akuter Volumenersatz

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30 Welche Aussage trifft nicht zu? Pufferfreie Lösungen führen zu einer Verdünnung des körpereigenen Bicarbonatpools. Laktat wird überwiegend von der Leber metabolisiert. Azetat wird weitgehend gewebeunabhängig verstoffwechselt. Infusion von Laktat kann die Aussagekraft der Laktatbestimmung beeinträchtigen. Alle Infusionslösungen enthalten einen bicarbonatliefernden Puffer

31 Welche Zusammensetzung soll eine Infusionslösung haben? 10 Ferkel, 12 kg KG Infusion 100 ml/kg KG in einer Stunde Zwei Gruppen randomisiert Normale (0,9%) NaCl-Lösung mit 1% Glukose (NS-G1) Isotone, balancierte Vollelektrolyt-Lösung mit 1% Glukose (BS-G1) Na 140 mmol/l Cl 118 mmol/l K 4 mmol/l Ca 2 mmol/l Azetat 30 mmol/l Glukose 55 mmol/l Witt L (2010) A novel isotonic-balanced electrolyte solution

32 Große Mengen einer ungepufferten Lösung führen zu einer Dilutionsazidose 0,9% NaCl Bal VEL Witt L (2010) A novel isotonic-balanced electrolyte solution with

33 Der Zusatz eines bicarbonatliefernden Puffers verhindert die Dilutionsazidose 0,9% NaCl Bal VEL Witt L (2010) A novel isotonic-balanced electrolyte solution with

34 Auch bei Patienten! Ringerlaktat vs. NaCl 0,9% Ringer-Laktat, 30 ml kg -1 h % Kochsalz, 30 ml kg -1 h -1 Ohne Puffer (Dilutions-) Azidose

35 Metabolisierbare Anionen werden zu Bikarbonat Metabolisierbare Anionen Azetat Malat Zitrat Laktat Glukonat Hartmann (1932) J Clin Invest 11: 327 Zander R (1993) Infusionsther Transfusionsther 20: 217 Abbildung: Strauß JM, Sümpelmann R. Kinderanästhesie Infusionstherapie bei Säuglingen und Kleinkindern. Anästhesiolol Intensivmed Notfallmed Schmerzther 2013; 48:

36 Welches Anion - Laktat oder Azetat? Laktatzusatz Metabolisierung gewebeabhängig (Leber) Laktatdiagnostik (BGA) wird gestört O 2 - Verbrauch/Mol Anion: Glukonat > Laktat > Azetat Azetat wird in allen Organen rasch metabolisiert Stoffwechselrate von Azetat vom Lebensalter unabhängig

37 Welche Aussage trifft nicht zu? Pufferfreie Lösungen führen zu einer Verdünnung des körpereigenen Bicarbonatpools. Laktat wird überwiegend von der Leber metabolisiert. Azetat wird weitgehend gewebeunabhängig verstoffwechselt. Infusion von Laktat kann die Aussagekraft der Laktatbestimmung beeinträchtigen. Alle Infusionslösungen enthalten einen bicarbonatliefernden Puffer

38 Wieviel Kochsalz enthält 1 Liter Jonosteril 1/1E? 1. Jonosteril enthält kein Kochsalz 2. 0,9 g 3. 6,4 mmol 4. 6,4 g mmol g

39 Wieviel Kochsalz enthält 1 Liter Jonosteril 1/1E? 1. Jonosteril enthält kein Kochsalz 2. 0,9 g 3. 6,4 mmol 4. 6,4 g (137 mmol) mmol g

40 Empfohlene tägliche Salzaufnahme Tagesbedarf Salz = 3 g Kochsalz (NaCl) 3 g Kochsalz = ein gestrichener TL 1,2 g Na 1,8 g Cl WHO empfiehlt täglich weniger als 5 g Kochsalz aufzunehmen 100 g Salzstangen = 4,5 g Salz 100 g Salami = 5,4 g Salz 1 Pizza = 6 g Salz

41 Zusammensetzung einer Vollelektrolytlösung (Jonosteril) Na 137 mmol/l K 4 mmol/l Ca 1,65 mmol/l Mg 1,25 mmol/l Cl 110 mmol/l Azetat 36,8 mmol/l Natriumchlorid 6,430 g Natriumazetat 3,674 g Kaliumazetat 0,393 g Magnesiumazetat 0,268 g Calciumazetat 0,261 g Osmolalität 291 mosm

42 Pizza Salami - eine praxisnahe Betrachtung

43 Die physiologischen Folgen einer Pizza - 1 Pizza aufgegessen? Gut gemacht: 6 g Salz aufgenommen! Salzaufnahme Anstieg von Serum-Natrium und osmolalität Durst & gesteigerte ADH-Sekretion Bier oder Wasser auf ex trinken Aufnahme von freiem Wasser & Wasserretention Plasmadilution Volumenzunahme Natrium-Konzentration und Osmolalität fallen durch Volumenexpansion fast auf Ausgangswerte Umverteilung des überschüssigen Natriums und Wassers ins Interstitium

44 Die physiologischen Folgen einer Pizza - 2 Fingerringe werden enger, Socken hinterlassen Schnürfurchen Nieren stellen Produktion von Renin ein kein Renin, also auch kein Angiotensin und kein Aldosteron Na- Rückresorption in den Tubuli nimmt ab renale Na-Exkretion nimmt zu, bis der gesamte Salzüberschuss aus der Pizza ausgeschieden ist Plasma-Osmolalität fällt, wenn Natrium ausgeschieden wird ADH-Bildung sistiert Wasser wird ausgeschieden, bis das Plasmavolumen wieder normal ist!

45 Intraoperative Flüssigkeitsbilanz einmal anders betrachtet 4 Liter Jonosteril = 4 x 6,4 = 26 g Natrium-Chlorid 13 Liter Jonosteril = 13 x 6,4 = 83 g Natrium-Chlorid Ausscheidung der Flüssigkeit nur, wenn Natrium ausgeschieden wird Das dauert... beim Gesunden? bei eingeschränkter Nierenfunktion?

46 Effects of Intravenous Fluid Restriction on Postoperative Complications: Comparison of Two Fluid Regimens Restrictive, 2740 ml Standard, 5388 ml

47 Effects of Intravenous Fluid Restriction on Postoperative Complications: Comparison of Two Fluid Regimens Restrictive, 2740 ml Standard, 5388 ml 24,6 g NaCl vs. 48,5 g NaCl

48 Wie lange dauert es, bis ein Gesunder 1 Liter 0,9% NaCl vollständig ausgeschieden hat? 15 Minuten 1 Stunden 6 Stunden 12 Stunden Das wird gar nicht ausgeschieden, weil es sich verteilt

49 Wie lange dauert es, bis ein Gesunder 1 Liter 0,9% NaCl vollständig ausgeschieden hat? 15 Minuten 1 Stunden 6 Stunden 12 Stunden Das wird gar nicht ausgeschieden, weil es sich verteilt... und bei eingeschränkter Nierenfunktion?

50 Na-Extraktionsrate sinkt mit GFR und Alter

51 Na-Exkretion erfordert freies Wasser am besten trinken lassen! Erforderliche Trinkmenge um Na + auszuscheiden Normale GFR GFR um 40 ml/min Urinosmolarität Solutexkretion/d Wasserbedarf ml Wasserbalance ml (Essen + Oxidation Perspiratio) Nötiges Trinken in ml

52 Übersicht Einführung Körperflüssigkeiten Regulation von extrazellulärem Volumen und Osmolarität Normaler Flüssigkeits- und Elektrolytbedarf Störungen des Flüssigkeits- und Elektrolytgleichgewichts Perioperativ eingesetzte Infusionslösungen Intraoperative Routine-Flüssigkeitszufuhr Akuter Volumenersatz

53 Die optimale Infusionsmenge liegt bei ml/kg in 24 Stunden Toni Zhong (2011) Intravenous Fluid Infusion Rate in Microsurgical Breast Reconstruction: Important Lessons Learned from 354 Free Flaps. Plast. Reconstr. Surg. 128: 1153, 2011

54 Die optimale Infusionsmenge liegt bei weniger als 300 ml/h in 24 Stunden (!) (70 kg KG) Toni Zhong (2011) Intravenous Fluid Infusion Rate in Microsurgical Breast Reconstruction: Important Lessons Learned from 354 Free Flaps. Plast. Reconstr. Surg. 128: 1153, 2011

55 Intraoperative Routine-Flüsssigkeitszufuhr Präoperatives Flüssigkeitsdefizit Flüssigkeitsverlust bei Narkosen und Operationen Chirurgischer Stress Flüssigkeitsbelastung bzw Hypervolämie Bedarfsadaptierte Flüssigkeitszufuhr Der präoperativ dehydrierte Patient

56 Übersicht Einführung Körperflüssigkeiten Regulation von extrazellulärem Volumen und Osmolarität Normaler Flüssigkeits- und Elektrolytbedarf Störungen des Flüssigkeits- und Elektrolytgleichgewichts Perioperativ eingesetzte Infusionslösungen Intraoperative Routine-Flüssigkeitszufuhr Akuter Volumenersatz

57 Infusion von 1 Liter NaCl 0,9% Lobo, Dileep N. Physiological aspects of fluid and electrolyte balance. Diss. University of Nottingham, Anästhesiewerkstatt Berlin, Jochen Strauß, Helios Klinikum Berlin Buch

58 Anästhesiewerkstatt Berlin, Jochen Strauß, Helios Klinikum Berlin Buch Infusion von 1 Liter NaCl 0,9%

59 Infusion von 1 Liter NaCl 0,9% 5% Anästhesiewerkstatt Berlin, Jochen Strauß, Helios Klinikum Berlin Buch

60 Anästhesiewerkstatt Berlin, Jochen Strauß, Helios Klinikum Berlin Buch Infusion von 1 Liter NaCl 0,9%

61 Flüssigkeit (Natriumarm) Elektrolyte (Kochsalz) Energieträger (Protein, Fett)

62 Bolus von 10 ml/kg KG bei Kindern? Strauß JM, Sümpelmann R. Kinderanästhesie Infusionstherapie bei Säuglingen und Kleinkindern. Anästhesiolol Intensivmed Notfallmed Schmerzther 2013; 48:

63 Aus: JM Strauß, R Sümpelmann (2007) Perioperative Flüssigkeitstherapie bei Früh- und Neugeborenen, Säuglingen und Kleinkindern. AINS 9:

64 Wie verteilt sich eine Vollelektrolytlösung im EZR, also zwischen Plasma und Interstitiellem Raum? Aus: JM Strauß, R Sümpelmann (2007) Perioperative Flüssigkeitstherapie bei Früh- und Neugeborenen, Anästhesiewerkstatt Säuglingen Berlin, und Kleinkindern. AINS 9: Jochen Strauß, Helios Klinikum Berlin Buch

65 Wie verteilt sich eine Vollelektrolytlösung im EZR, also zwischen Plasma und Interstitiellem Raum? Interstitium Plasma 90% 10% 90% 10% 80% 20% 75% 25% Aus: JM Strauß, R Sümpelmann (2007) Perioperative Flüssigkeitstherapie bei Früh- und Neugeborenen, Anästhesiewerkstatt Säuglingen Berlin, und Kleinkindern. AINS 9: Jochen Strauß, Helios Klinikum Berlin Buch

66 Volumenersatz - womit? (ml) (ml) G 5% Shift to Intracellular Ionosteril 1/1E (1l) Intravasal 5% Albumin (1l) 6% HAES (1l) Interstitiell 10% HAES (1l) 25% Albumin (100ml) 7.5% NaCl (250 ml) 0 (ml)

67 Verteilungsräume sind durch Membranen getrennt Intrazellulär Extrazellulär Semipermebale Membran frei permeabel für Wasser. Kalium diffundiert langsamer durch die Membranen und Natrium sogar hundertmal langsamer als Kalium. Für Proteine und andere hochmolekulare Substanzen ist die Membran undurchlässig

68 Verteilungsräume sind durch Membranen getrennt Intrazellulär Extrazellulär Semipermebale Membran Unter physiologischen Bedingungen stehen intraund extrazellulärer Raum miteinander im osmotischen Gleichgewicht. Die Serumosmolalität ist daher repräsentativ für beide Räume und beträgt mosmol/l

69 Hyponatriämische Infusion Hyponatriämische Infusion Intrazellulär Extrazellulär Membran für Wasser permeabel

70 Hyponatriämie: Na + im EZR Hyponatriämische Infusion Intrazellulär Extrazellulär Na + - Konzentration Überschuß von freiem Wasser

71 Wasserüberschuß im EZR Intrazellulär Extrazellulär Na + - Konzentration Verschiebung von Wasser nach intrazellulär Wasserverschiebung EZR IZR 7

72 Intrazelluläres Ödem Intrazellulär Zunahme des intrazellulären Volumens Extrazellulär Na + normal Intrazelluläres Hirnödem Zelltod! Wasserverschiebung EZR IZR 7

73 Sonderzeichen Anästhesiewerkstatt Berlin, Jochen Strauß, Helios Klinikum Berlin Buch