Disorders of water balance
Outline
Introduction of water and sodium balance
Edema
Alterations in isotonic fluid volume
isotonic fluid volume deficit
isotonic fluid volume excess
Alterations in sodium concentration
hyponatremia
hypernatremia
Introduction of water and sodiumbalance
Water and sodium balance
Total fluid volume and distribution
Body fluid composition
Osmolality of the body fluid
Water balance
Mechanisms of regulation of body fluidand sodium balance
Total fluid volume and distribution
Total body fluid accounts for 60% of bodymass in males.
Total body fluid is mainly distributed inintracellular and extracellular compartments
 Intracellular fluid ( ICF) : 40%
 Extracellular fluid (ECF): 20%
 Interstitial fluid: 15%
 Plasma: 5%
Body fluid composition
The ICF is separated from the ECF by aselective cell membrane that is onlypermeable to a limited number ofsubstances such as water, oxygen andcarbon dioxide, but not to most of theelectrolytes in the body.
The concentration of ions in theinterstitial fluid and plasma areconsidered to be equal except forprotein.
Osmolality of the body fluid
The total osmolality is almost equal amongplasma, the interstitial and intracellular fluidswith a range from 280-310 mOsm/L, due to afree permeability of cell membrane to water.
Nearly 80% of the osmolality of plasma andthe interstitial fluid is induced by sodium andchloride ions. And approximately half of theintracellular osmolality is caused bypotassium.
Water balance
Water intake
Ingestion in the form of liquid and water in food:2100ml/day
Metabolism in the body following the oxidation ofcarbohydrates: 300ml/day
Water output
Insensible evaporation from respiratory tract andthrough the skin: 700ml/day
Sweating: 100ml/day
Feces: small amount
Urine: 1500ml/day
Mechanisms of regulation of body fluidand electrolyte balance
Sensation of thirst
Antidiuretic hormone (ADH)
Renin-angiotensin-aldosterone system
Atrial natriuretic peptide (ANP)
ADH
Main target sites: distal tubules andcollecting ducts in kidney
Function: to Promote the waterreabsorption and cause increased ECFvolume and decreased urinary output.
Stimulating factors:
Blood pressure
Plasma osmolality
Blood volume 
Renin-angiotensin-aldosterone system
Arterial pressure ↓
Plasma sodium content
Sympathetic nerve ↑
       Glomerulus(juxtaglomerular cells)
renin
Angiotensin I
Angiotensin II
Angiotensin converting enzyme
aldosterone
Renal retention of sodium
Increase potassium secretion
ECF volume ↑
     Arterial pressure
Adrenal gland
ANP
ANP is a hormone produced by specific cells ofcardiac atrim in response to blood volumeexpansion.
Function: ANP inhibits the reabsorption ofsodium and water by the renal tubules, which inturn increases urinary excretion and helps toreturn blood volume back toward normal.
ANP exerts a negative regulation against ADHin the central nervous system.
Edema
Definition of edema
Edema can be defined as palpableswelling produced by expansion of theinterstitial fluid volume.
Edema is caused by excessive fluid inthe interstitial compartment.
Causes and pathogenesis of edema
Increased capillary filtration pressure
Decreased capillary colloidal osmoticpressure
Increased capillary permeability
Obstruction to lymph flow
Increased capillary filtration pressure
Increased vascular volume
heart failure
kidney disease
pregnancy
Venous obstruction
liver disease with portal vein obstruction
venous thrombosis
Decreased capillary colloidalosmotic pressure
Increased loss of plasma proteins
protein-losing kidney diseases
extensive burns
Decreased production of plasmaproteins
liver disease
starvation
malnutrition
Increased capillary permeability
Inflammation
Allergic reaction
Malignancy
Tissue injury and burns
Obstruction to lymph flow
Malignant obstruction of lymphaticstructures
Surgical removal of lymph nodes
Manifestations of edema
Life threatening in some locations,such as brain, larynx, lungs.
Interfering  with movement and limitingjoint motion.
Increasing the distance for diffusion ofoxygen, nutrients and wastes at thetissue level.
Treatment of edema
Correcting or controlling the cause , andpreventing tissue injury
Diuretic therapy
Elastic support stockings and sleeves forpatients with lymphatic or venousobstruction
Administering albumin intravenously to raisethe colloidal osmotic pressure when edemais caused by hypoalbuminemia.
Alterations in isotonic fluidvolume
Alterations in isotonic fluid volume
Isotonic fluid volume disordersrepresent an expansion or contractionof the ECF brought about byproportionate changes in both sodiumand water.
Two types:
Isotonic fluid volume deficit
Isotonic fluid volume excess
Isotonic fluid volume deficit
Definition:
Isotonic fluid volume deficit resultswhen water and sodium are lost inisotonic proportions
Causes:
Inadequate fluid intake
Excessive fluid losses
Inadequate fluid intake
Oral trauma or inability to swallow
Inability to obtain fluids
Impaired thirst sensation
Therapeutic withholding of fluids
Unconsciousness or inability toexpress thirst
Excessive fluid losses
Excessive gastrointestinal fluid losses
 vomiting, diarrhea, gastrointestinal suction
Excessive renal losses
diuretic therapy, osmotic diuresis, adrenal
insufficiency
Excessive skin losses
fever, exposure to hot environment, burns andwounds that remove skin
Third-space losses
 intestinal obstruction, edema, ascites
Manifestations of isotonic fluidvolume deficit
Acute weight loss
Compensatory increase in ADH
Decreased extracellular fluid volume
   Shock
Treatment of isotonic fluid volumedeficit
Treating the underlying causes
Using isotonic electrolyte solutions forreplacement.
Isotonic fluid volume excess
Definition:
It represents an isotonic expansion ofthe extracellular fluid compartment.Water and sodium are increased inisotonic proportions.
Causes:
Inadequate sodium and water elimination
Excessive sodium  and water intake
Inadequate sodium and waterelimination
Congestive heart failure
Renal failure
Hyperaldosteronism
Liver failure
Excessive sodium and water intake
Excessive sodium intake
Food, sodium containing medications orfluid
Excessive fluid intake
ingestion of fluid in excess of output
administration of fluids or blood at anexcessive rate
Manifestations of isotonic fluidvolume excess
Acute weight gain
Increased interstitial fluid volume
Dependent and generalized edema
Increased vascular volume
Treatment of isotonic fluid volumeexcess
Sodium-restricted diet
Diuretic therapy is commonly used toincrease sodium elimination.
Alterations of sodiumconcentration
Alterations of sodium concentration
Hyponatremia
Hypernatremia
Hyponatremia
Definition
Hyponatremia represents a decrease inplasma sodium concentration below135 mmol/L.
Causes of hyponatremia
Excessive sodium losses andreplacement with sodium-free water
Excessive water intake in relation tooutput
Excessive sodium losses andreplacement with sodium-free water
Exercise- or heat-induced sweating
Gastrointestinal losses
Renal losses (some chronic renaldiseases)
Excessive Water Intake in Relationto Output
Excessive administration of sodium-free solutions
Repeated irrigation of body cavitieswith sodium-free solutions
Irrigation of gastrointestinal tube withdistilled water
Kidney disorders that impair waterelimination
Increased ADH level
Manifestations of hyponatremia
Signs Related to Hypo-osmolality ofExtracellular Fluids and Movement of WaterInto Brain Cells and Neuromuscular Tissue
Muscle cramps, Weakness, Headache, Depression,Personality changes, Lethargy and coma
Gastrointestinal Manifestations
Anorexia, nausea, vomiting, Abdominal cramps,diarrhea
Treatment of hyponatremia
water intoxication
 Limit water intake
 Administer diuretics
 
sodium deficiency
Administer saline solution orally orintravenously
Hypernatremia
Definition
Hypernatremia implies a plasmasodium level above 145 mmol/L.
Causes of hypernatremia
Excessive Water Losses
Decreased Water Intake
Excessive Sodium Intake
Excessive water losses
Watery diarrhea
Excessive sweating
Hyperventilation
Decrease level of ADH
Decreased Water Intake
Unavailability of water
Oral trauma or inability to swallow
Impaired thirst sensation
Withholding water for therapeuticreasons
Unconsciousness or inability toexpress thirst
Excessive Sodium Intake
Rapid or excessive administration ofsodium-containing solutions
Manifestations of hypernatremia
Thirst and signs of increased ADH levels
Oliguria or anuria
Intracellular dehydration
Dry skin and mucous membranes
tongue rough and fissured
decreased salivation
Signs related to hyperosmolality of ECF andmovement of water out of brain cells
Headache, agitation and restlessness, seizure and coma