urine&electrolytes&and& osmolality& · •...

26
URINE ELECTROLYTES AND OSMOLALITY Assoc. Prof. Damjan Kovač, MD, PhD University Medical Centre Ljubljana Department of Nephrology UREX2015

Upload: lamnhi

Post on 15-Aug-2018

228 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

URINE  ELECTROLYTES  AND  OSMOLALITY  

Assoc.  Prof.  Damjan  Kovač,  MD,  PhD  University  Medical  Centre  Ljubljana  Department  of  Nephrology  

UREX2015  

Page 2: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Urine  electrolytes  

•  Na+  

•  K+  

•  Cl-­‐    

UREX2015  

•  NH4+  

•  Mg2+  

•  Ca2+  

•  PO4-­‐  

Page 3: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

When  are  urine  electrolytes  indicated?  

UREX2015  

In  the  following  clinical  circumstances:    •  Acute  kidney  injury  •  Disorders  of  intravascular  volume  •  Hyponatremia  •  Hypernatremia  •  Polyuria  •  Acid  –  base  disorders  •  AbnormaliYes  of  serum  potassium  concentraYon  

Remember!      1.  electrolyte  and  osmolality  analysis  should  be  done  before                insYtuYon  of  therapy  2.        urine  can  be  saved  and  analysed  at  a  later  Yme  

Page 4: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Osmolality  

UREX2015  

Number  of  moles  of    solute  per  kg  of  solvent  (water).      

Urine  osmolality  can  vary  in  healthy  person  from  80  -­‐1200  mOsm/kg  H2O    

Most  important  osmols  in  the  urine  are  caYons  Na+,  K+,  NH4+  with  their  

corresponding  anions  and  urea.    It  can  be  calculated:    

Uosm  =  2  x  (Na+  +  K+  +  NH4+)  +  (urea)  +  (glucose)  

 

It  is  measured  by  an  osmometer.    

Osmolality  [mOsm/kg  H2O]  =  depression  of  freezing  point    [mK]  ÷  1.858  

1.  Freezing  point  osmometers    2.  Vapor  pressure  osmometers  3.  Membrane  osmometers    

Page 5: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

UREX2015  

Nonosmotic influences:

•  Drugs

•  ê efective arterial volume

•  Nausea

•  Postoperative pain

•  Pregnancy

High blood osmoticity

AnYdiureYc  hormone  (ADH)  

Page 6: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

ADH  acYon  

UREX2015  

ADH  

H2O  

H2O  

H2O  

urine renal interstitium

H2O  

H2O  

H2O  

H2O  H2O  

H2O  

Protein kinaze A

ATP

cAMP

d i s t a l t u b u l e

V2  receptor  

Page 7: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

OSMOLALITY  vs.  SPECIFIC  GRAVITY  

•  Osm:  determines  only  number  of  parYcles    •  SG:  determines  number  of  paYcles  and  their  weight  

•  Usually  they  change  in  paralel  •  SG  of  1.020-­‐1.030  à    osmolality  800-­‐1200  mOsm/kg  H2O  

•  SG  of  1.005  à  osmolaity  <100  mOsm/kg  H2O  •  DisproporYonate  increase  of  SG  if  urine  contains    

–  glucose  or  proteins      –  radiocontrast  material    

UREX2015  

Page 8: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Sodium  excreYon  

UREX2015  

•  Filtered  in  the  glomerulus                                      (25.000  mmol/day)  

•  1-­‐3  %  of  this  filtreed  load  is  excreted  in  the  urine  (FRACTIONAL  EXCRETION)  

•  Na+  determianYon  in  the  urine  is  very  suitable  for  differenYal  diagnosis  of  AKI  

•  Any  acute  kidney  injury  causes  Na+  loss                          (é FE)  

•  In  hypovolemia  and  hypoperfusion  Na+  is  rebasorbed  to  a  grater  extent                                    (ê  FE)  

•  DeterminaYon  of  24-­‐h  Na+  excreYon  is  useful  tool  for  determinaYon  of  salt  consumpYon  (17  mmol  Na+  =  1  g  salt)  

Page 9: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Impact  of  hypovolemia  on  urine  Na+  

Hypovolemia  

é Renin  

Na+  tubular  reabsorbYon  

é Angiotensin  II  

é Aldosterone  

é      ADH  

Concentrated  urine  with  low  Na+  

UREX2015  

Page 10: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Diagnosing  the  cause  of  AKI  by  urine  Na+  

Prerenal  azotemia?    or  Acute  tubular  necrosis?    Urine  Na+  <  20    mmol/L              ê  prerenal  azotemia  (osmolality  >  500  mOsm/kg)      Urine  Na+  >  40    mmol/L                 ê  acute  tubular  necrosis                                    (osmolality  <  350  mOsm/kg)  

UREX2015  

Page 11: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Diagnosing  the  cause  of  AKI  by  urine  Na+  

STATES  WHEN  URINE  Na+  CAN  BE  MISLEADING  •  Metaboloc  alkalosis  with  volume  depleYon  (vomiYng):    

 Urine  Na+  is  not  maximally  reduced                      à  obligate  Na+  excreYon  with  HCO3

-­‐  

 

 Urine  Cl-­‐  is  more  accurate  in  such  condiYons                    (Cl-­‐  <  20  mmol/L).    •  Prerenal  azotemia  in  preexisYng  CKD      •  DiureYc  use  

UREX2015  

HCO3-­‐  

Na+  

Page 12: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

FracYonal  excreYon  of  Na+  

The  most  accurate  test  to  disYnguish  prerenal  AKI  from  ATN  in  oliguric  AKI      (24h  urine  <  400  ml)    DefiniYon:  %  of  filtered  Na+  excreted  in  the  urine    FE  1  %  à  99  %  of  filtered  Na+  reabsorbed,  1  %  excreted  in  urine    

     urine  Na+      X      serum  creaYnine  FENa%        =                                                                                                                                      x  100  

     urine  creaYnine      X      serum  Na+  

<  1%:  prerenal  AKI                    >2  %:  ATN  

UREX2015  

Page 13: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Piqalls  of  FENa  It  should  allways  be  taken  with  cau8on.    It  is  validated  only  in  persons  with  oliguria.    FENa  in  healthy  person  is  allways  <1%.  Low  in  several  renal  condiYons  not    associated  with  volume  depleYon:    

•  GN  •  contrast  AKI  •  pigment  nephropathy  •  vascular  diseases  •  vasculiYs  •  liver  disease  

 Some  hypovolemic  paYents  will  not  have  low  FENa.  Value  of  excreted  sodium  is  related  to  GFR:  as  GFR  decreases-­‐  FENa  increases.    Elderly  pts  and  pts  with  CKD  are  not  able  to  generate  FENa  <1%.      

UREX2015  

Page 14: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Hyponatremia  

UREX2015  

•  The  most  aboundant  electrolyte  disturbance,  present  in  15%  to  30%  of  hospitalized  paYents  

•  Hyponatremia  represents  an  excess  of  water  rela8ve  to  solute  in  the  body.    

•  Hyponatremia  usually  develops  as  a  result  of  the  acYon  of  ADH  in  the  kidney  to  diminish  free  water  excreYon.    

•  Most  common  s8muli  are  nonosmo8c:  drugs,              pain,  nausea,  decreased  effecYve  arterial  volume,            strenuous  exercise  ...  

•  Rarely  develops  as  a  consequence  of    •  consuming  very  low  quanYYes  of  solute  or    •  polydipsia  

Page 15: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Hyponatremia  and  anYdiureYc  hormone  

UREX2015  

280                     285                      290  Serum  osmolality  (mOsm/kg  H20)  

Serum [Na+] 135 mmol/L è max. suppressed ADH

ê

urine osmolality < 100 mOsm/kg

Nonosmotic ADH production

•  Drugs

•  ê effective art. volume

•  Nausea

•  Postoperative pain

•  Pregnancy

Physiological    respons  in    

hyponatremia:      

U-­‐Osm  <  P-­‐Osm  

137          Na+          145  

Page 16: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Urine  Na+  and  osmolality  in  hyponatremia  Urine  sodium    (mmol/L)  

Urine  osmolality  (mOsm/kg)  

True  volume  depleYon   <  20   >300  

EfecYve  circulaYng  volume  depleYon  

<  20   >300  

SIADH   >  40  if  consuming  regular  diet   >100-­‐150,  not  maximaly  dilute  

Volume  depleYon  and  SIADH   Variable,  may  be  <20  unYl  volume  depleYon  corrected  

>300    

Water  intoxicaYon   Variable,  may  be  low  due  to  dilute  urine  

<100  

Low  solute  intake  (tea  and  toast)   May  be  <20   Low  (less  than  serum  osmolality)  

UREX2015  

Adapted  from:  Muser  WP,  Korzelius  CA.  Hosp  Med  Clin  2012;  1:  e338-­‐e352.  

Page 17: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Urine  chemistries  in  hypernatremia  

Reason   Urine  osmolality  (mOsm/kg)   Urine  sodium    (mmol/L)  

Water  depleYon   >600-­‐800   Variable  

Water  and  volume  depleYon   >600-­‐800   <20  

OsmoYc  diuresis  (hyperglicemia,  manitol)  

>300   Variable  

Diabetes  insipidus  (central  or  nephrogenic)  

<300  (<100  in  complete  nephrogenic  DI)  

Variable  (depends  on  intake)  

Salt  intoxicaYon   >600-­‐800   >20  (very  high)  

UREX2015  

•  Deficit  of  free  water  relaYve  to  solute.    

•  Inadequate  free  water  intake  because  of  impaired  access,  impaired  thirst  (in  elderly  paYents).    

•  Most  adult  paYents  with  hypernatremia  also  have  concurrent  volume  depleYon.    

 

Adapted  from:  Muser  WP,  Korzelius  CA.  Hosp  Med  Clin  2012;  1:  e338-­‐e352.  

Page 18: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Urine  chemistry  in  polyuria  

Urine  osmolality  (mOsm/kg)  

Urine  sodium    (mmol/L)  

Water  diuresis   <  300   Low  (total  daily  excreYon  matches  intake)  

Solute  diuresis   Usually  >  300   Variable  (high  if  sodium  diuresis)  

Water  diuresis:        polydipsia                                                                        diabetes  insipidus    Solute  (osmoYc)  diuresis:    i.v.  NaCl    

           hyperalimentaYon                hyperglycemia                high  protein  intake              recovery  from  AKI  

UREX2015  

Adapted  from:  Muser  WP,  Korzelius  CA.  Hosp  Med  Clin  2012;  1:  e338-­‐e352.  

Page 19: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Diagnosing  polyuria  

UREX2015  

Water  restricYon  test:    1.  At  8.00  a.m.:  a)  Empty  bladder,  record  the  volume,  and  send  urine  osmolality  b)  Take  a  serum  osmolality  c)  Record  the  paYent's  weight.  2.  Then  for  the  next  8  hours  check:    Urine  osmolality  and  weight  every  hour  

           Serum  osmolality  every  2  hours  Stop  the  test  if  the  paYent's  weight  decreases  by  more  than  3%  of  body  weight  (or  by  4kg)  or  the  serum  osmolality  rises  >300  mOsm/kg/H2O.    3.  If  the  urine  osmolality  at  4  p.m.  remains  <600mOsm/kg  proceed  with  the  desmopressin  test.  a)  Desmopressin  (DDAVP)  20  μg  intranasally  or  2  µg  intramuscularly  b)  Can  eat  and  drink  freely  c)  Hourly  urine  volumes  and  osmolality  unYl  8.30  p.m.  

Polydypsia   Central  DI   Nephrogenic  DI  

Serum  osmolality  (mOsm/kg)  

<295   >300   >300  

Urine  osmolality  (mOsm/kg)  

>600  (400-­‐600  if  chronic)  

<300  ORen  <200  

<300  

Post  DDAVP  urine  osmolality  (mOsm/kg)  

No  or  mild  response  

>400-­‐600   No  response  

Page 20: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Acid-­‐base  disorders  

UREX2015  

Kidney  role  in  maintaining  acid-­‐base  balance:    -­‐  resorbYon  or  excreYon  HCO3

-­‐  

-­‐  secreYon  of  H+  

-­‐  producYon  of  NH3    Most  acid-­‐base  disorders  can  be  diagnosed  and  treated  without  measurement  of  urine  electrolytes.      ExcepYons:    1.  METABOLIC  ALKALOSIS  Urine  Cl-­‐  more  useful  than  urine  Na+  to  asses  volume  status.  HCO3

-­‐  excreted  in  urine  and    followed  by  Na+.  Urine  Cl-­‐  <  20  mmol/L  suggests  volume  depleYon.    2.  NON-­‐ANION-­‐GAP  METABOLIC  ACIDOSIS  Urine  electrolyte  measurement  in  non-­‐anion-­‐gap  metabolic  acidosis  to  disYnguish  between  bicarbonate  loss  and  impaired  renal  acid  excreYon.    

HCO3-­‐  

Na+  

Metabolic  alkalosis  

?  

Page 21: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Urine  anion-­‐gap  

UREX2015  

In  steady  state  UAG  is  posiYve:  with  a  mean  41  ±  9  mmol/L.      NH4

+=  0.8  (Cl-­‐-­‐Na++K+)  x  Vu  +  80    In  severe  diarrhea  with  metabolic  acidosis  urine  NH3  will  increase  and  be  secreted  with  Cl-­‐  à  negaYve  urine  anion  gap    In  type  4  and  type  1    RTA  NH3  excreYon  is  defecYve  à  posiYve  urine  anion  gap    

NH4+  NH4+  

K+   K+  

Na+  Na+  

Cl-­‐  

Cl-­‐  

Other    anions  

Other    anions  

NegaYve    anion  gap  

PosiYve    anion  gap  

UAG  =        (urine  Na+    +    urine  K+)    -­‐  (urine  Cl-­‐)  

Diarrhea  

RTA  4  

NH3  +  H+        à  NH4+  

éNH4+      à    é  Cl-­‐  

Page 22: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Potassium  disorders  

•  Daily  K+  dietary  load  is  80-­‐120  mmol,  excreted  mainly  in  the  urine.  

•  The  amount  of  excreted  K+  arises  from  the  tubular  excreYon  in  the  distal  and  collecYng  tubule  –  effect  of  aldosterone.  

•  Daily  K+  excreYon:  10  mmol  -­‐  400  mmol.  

•  The  most  important  indicaYon  for  determinaYon  of  urine  K+  is  differenYal  diagnosis  of  hypokalemia.    

UREX2015  

Hypokalemia,  UK+  <  10  mmol/L   Hypokalemia,  UK+  >  30  mmol/L    

Reduced  potassium  intake   Renal  potassium  loss  

Extrarenal  potassium  loss  

Page 23: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

TRANSTUBULAR  POTASSIUM  GRADIENT    

                                                                         urine  K+/serum  K+  TTKG  =                                                urine  osmolality/serum  osmolality    

High  value:    kidney  is  excreYng  K+  Low  values:    conservaYon  of  K+    Urine  must  be  isotonic  or  hypertonic  to  serum  (300  mOsm/kg)  Urine  Na+  concentraYon  must  be  >25  mmol/L    

Potasium  concentraYon  in  a  urine  spot  is  difficult  to  interpret  without  daily  urine  volume  and  urine  concentraYon.      •  to  assess  kidneys  tendency  to  reabsorb  or  excrete  potassium      •  it  is  a  surogate  measure  of  aldosteron  effect  

UREX2015  

K+   K+  

CollecYng  duct  

Distal    capillary  

Page 24: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

TTG  in  hypokalemia  and  hyperkalemia    

Hypokalemia    

Hyperkalemia  

Transtubular  potassium  gradient  

 <  2  

 >  2  

 <  7  

 >  10  

Cause   gastrointesYnal  loss  

hyper-­‐  aldosteronism  

hypo-­‐aldosteronism  

Normal  aldosterone  effect  

Example   Diarrhea   Conn  syndrome   ACEI,  spironolactone  

Potassium  shiz,  overload  

UREX2015  

Adapted  from:  Muser  WP,  Korzelius  CA.  Hosp  Med  Clin  2012;  1:  e338-­‐e352.  

Page 25: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

Magnesium  excreYon  

UREX2015  

•  Mg++  concentraYon  in  serum  does  not  provide  accurate  informaYon  about  the  actual  Mg++    content  in  the  body.    

•  Renal  Mg++  excreYon  is  suprisingly  accurate  at  regulaYng  the  total  Mg++  content.  

•  In  Mg++  deficiency  excreYon  in  the  urine  is  reduced,  therefore  Mg++  excreYon  can  be  used  for  diagnosing  of  Mg++  deficiency,  even  though  Mg++  concentraYon  is  normal.    

Hypomagnesemia,    UMg++  <  0.5  mmol/L  

Hypomagnesemia,    UMg++  >  1.5  mmol/L  

 Extrarenal  magnesium  loss  

 Renal  magnesium  loss  

Page 26: URINE&ELECTROLYTES&AND& OSMOLALITY& · • Disorders&of&intravascular&volume& • Hyponatremia • Hypernatremia • Polyuria ... treated&withoutmeasurementof&urine&electrolytes.&&

UREX2015  

Conclusion  

Urinary  electrolytes  and  osmolality  are  useful   tool   in  many  clinical   situaYons,  and  they  have  to  be  used  more  ozen,  to  show  their  full  value.