陳鋭溢: 人是水做成的嗎？談水的生理分佈與機轉

人是水做成的嗎？身體中的水分佔體重的五到六成，細胞內外的水分移動，離子的通透性，影響血液中鈉離子的濃度，尿崩症也與身體的水分習習相關，此篇文章探討水的生理分佈與機轉。

水分佔體重的60%，其中細胞內佔2/3，細胞外佔1/3，細胞外又分為組織間和血管內，組織間佔3/4，血管內佔1/4，以70公斤的人來說，血管內的水分約3.5公升

細胞膜上有鈉鉀通道，鈉離子由細胞內移到細胞外，鉀離子由細胞外移到細胞內，鈉離子無法自由通過細胞膜，細胞外的碳酸鹽是細胞內的三倍，尿素(Urea)可以自由通透細胞內外。

Osmolality等於2倍的鈉＋Glucose除以18＋BUN除以2.8，這代表液體中所有溶質的濃度，但是total osmolality並不等於Tonicity，Tonicity等於Osmolality Gradient，所以會造成細胞內外Osmolality濃度差才會影響Tonicity，其中，Na+, Mannitol 不能通過細胞膜，侷限於細胞外，造成濃度差，使水移動。但是，Urea, Ethanol, Methanol 自由通過細胞膜，不會造成細胞內外濃度差，不會造成水在細胞內外移動。

Glucose 如何通過細胞膜呢？正常情況下，是透過主動運輸進入細胞，是Ineffective solutes，但是在Insulin insufficiency的情況下，細胞沒辦法進行主動運輸，是Effective solutes。

不會造成Effective Osmolality改變的物質，不會造成Cellular dehydration，Effective osmolality的物質，才會影響AVP的分泌，除了Effective osmolality以外，Age ( 增加Osmoregulatory system的敏感度 )、鈣離子、Luteal Phase、Estrogen-treated Men也都會影響AVP的分泌。

至於 Insensible Loss大概多少？健康的人是 10 mL/Kg BW( 0.5-0.7 L in 70 Kg Adult)，如果活動和溫度升高，Insensible Loss可以提高到 20 mL/Kg BW。

尿液排除有兩大關鍵，包括Solute load和Antidiuretics，基本尿液濃縮的Osmolality 為 600 mOsm/Kg H2O，如果欲排出900-1200 mOsm/day，一天需要1.5-2.0公升的尿液來排出溶質。

但是，抗利尿激素的分泌使尿液滲透壓1200 mOsm/Kg H2O，如果一樣一天要排出 900-1200 mOsm的溶質，總需要尿量降低為0.75-1公升。

所以，如果抗利尿激素分泌異常，使尿液Osmo最低 60 mOsm/Kg H2O ，為了排出相同的溶質，每天需要 Total Urine volume 15-20 L 來排出solute load。

腦中下視丘有對Osmolality變化敏感的地方、也可以偵測到Angiotensin微量的變化。以下就大腦製造AVP，影響身體水份調控的細節，詳細介紹。

AVP( Arginine Vasopressin ) 早期稱為ADH ( Antidiuretic Hormone ) 是在下視丘製造，由9個Amino acid組成；OT( Oxytocin )，在乳腺發現，有弱的抗利尿功能，會收縮乳腺和子宮的平滑肌，兩者皆由腦垂體後葉釋放。

AVP( Arginine Vasopressin ) 和 OT( Oxytocin ) 是 neurohypophysis 製造，腦垂體後葉釋放Neurohypophysis 的neural cells 主要在下視丘的兩個地方，分別是 PVN（ Paraventricular nuclei）和 SON ( Supraoptic nuclei )。

另外，AVP, OT 基因也會表現在 Adrenal medulla、ovary、testis、thymus、Certain sensory ganglia。

OVLT（ Organ of the lamina terminalis ）對 Hyper-Osmolality 敏感。Hyper-Osmolality 會活SFO （ Subfornical organ ）、MnPO （ median preoptic nucleus）、 ( Magnocellular neurons ) 。

SFO ( Subfornical organ）沒有BBB，Angiotensin II receptor type I ( ATR1 ) 可偵測到微量Angiotensin的變化。

Baroreceptor 會受到 Hypovolemia, Hypotension的刺激，刺激VML ( Ventrolateral medulla )的A1 cells; 除此之外，也會刺激 NST( Nucleus of the solitary tract ) ，使得下視丘的 Magnocellular cell 分泌AVP 。

CCK ( Cholecystokinin )主要作用在 Gastric vagal afferents，終止於NST ( Nucleus of the solitary tract ) ，如果CCK dose較高，會作用在AP( Area Postrema ) 。

Plasma Osmolality和血液AVP濃度呈線性關係，Threshold是 280 mOsm/Kg，超過280 mOsm/Kg時，AVP 開始分泌。

Osmolality 對AVP的敏感度比Volume敏感，只要Plasma Osmolality一改變，AVP就變化很大，因為 AVP半衰期短（10~20 minutes），所以可以使腎臟在幾分鐘內反應對Osmolality的改變。

當體內體積或血壓降低，改變幅度越大，AVP分泌越多。

這張圖是血液的Osmolality、AVP濃度、尿液Volume和Osmolality之間的關係，Thirst Osmotic Threshold 比 AVP Osmotic Threshold 來得高，AVP的Osmolality threshold為280 mOsm/Kg；除此之外，懷孕時AVP Osmotic threshold point會下降，和Placental分relaxin，促使NO分泌，造成Vasodilation有關。

AVP濃度低時，對Volume 影響大。

Non-Osmolality Regulation，原因有 Hemodynamic stimuli、Drinking、Stress、Hypoxic、Hypercapnia、Drug、Nausea、 Renin Angiotensin Aldosterone System。其中在Hemodynamic stumuli方面，可以看上面這張圖，圖的左邊表示 Volumeru減少越多，AVP分泌量增加更多；圖的右邊代表，Volume急速增加，減少AVP的分泌，所以臨床上的意義是： Hypovolemia 相較於 Euvolemia 對於相同程度 Plasma Osmolality的上升，Hypovolemia會分泌更多的AVP。

其他像是因為血管內容積減少，也會刺激AVP的分泌，例如：Upright posture、Sodium depletion、Congestive heart failure、Cirrhosis、Nephrosis；至於Drinking是因為降低血中AVP濃度，Cold fluids抑制AVP ；Stress 像是痛、情緒、生理壓力都會導致AVP分泌變多；低血氧、高二氧化碳或藥物，像是 Isoproterenol、Nicotine、High dose morphine、Carbamazepine、 Ethanol 皆會刺激AVP的分泌。

Nausea使AVP濃度增加200-400 pg/mL，而引起 Nausea 有可能為 Apomorphine, morphine, nicotine, alcohol, motion sickness ，機轉可能是作用在腦幹AP( Area Postrema )。如果事先給予治療，避免nausea產生，血液中AVP也不會增加。

SFO : Subfornical organ 沒有BBB，Angiotensin II receptor type I ( ATR1 )，可偵測到微量 Angiotensin的變化，若給予 Ang II receptor antagonist會抑制AVP對於Osmolality和Volume的反應。

Thirst引發喝水的反應，可以分為Osmotic Thirst 和 Hypovolemic Thisrt，Osmotic thirst 在Anterior hypothalamus，有 Osmoreceptor。當Effective osmolality 增加2~3 %，會感到口渴想喝水，而Plasma osmolality增加，有可能是輸入溶質，或損失水分。此外，Osmotic Threshold是指一個人開始想要喝水的Osmolality，正常健康的人是 295 mOsm/Kg H2O。

Hypovolemic thirst 的機轉還不是很明確，可能和Brain stem Baroreceptor Pathway，影響Circulating Ang II有關。