Su ve tuz dengesi

Cüneyt kış tatilinde halası Cahide Hanım'ın kuruyemiş dükkânında tezgâha bakıyor. Dükkân serin, iş yavaş; öğleden sonra boyunca tartıya giren her yeni partiden bir avuç tuzlu leblebi ve kavrulmuş ay çekirdeği tadıyor. Akşama doğru dili damağına yapışıyor, gözü raftaki su şişelerinden ayrılmıyor. Kendi durumuna bir türlü anlam veremiyor: «Susamak, vücuttan su gidince olur. Bugün ne koştum ne terledim, montumu bile çıkarmadım. Sabah içimde ne kadar su varsa yine o kadar var.» Cahide Hanım kepengi indirirken tuz kavanozunu sallıyor: «Suyun yerinde duruyor olabilir. Ama bütün gün onun içine bundan kattın.» Su kaybetmediğine inanan Cüneyt'i susatan neydi, ve kandaki bu değişikliği vücutta kim fark etti?

• Kanın derişimindeki bir artışın hipotalamustan böbreğe uzanan yanıt halkasını adım adım sıralarsın.
• ADH ile aldosteronu salgılandıkları yer, uyaranları, nefrondaki etkileri ve kana kazandırdıkları maddeler bakımından ayırt edersin.
• Susuz kalma, bol su içme, tuzlu yemek ve kan kaybı gibi durumlarda hormon düzeylerini ve idrarın miktarıyla yoğunluğunu öngörürsün.
• Bir hormonun ya da reseptörünün çalışmadığı varsayımsal durumların su ve tuz dengesine etkisini gerekçelendirirsin.

Miktar kadar oran da önemli

Cüneyt'in hesabı vücuttaki suyu bir depodaki litre gibi düşünüyor. Hücreler için belirleyici olan ise suyun içinde ne kadar madde çözündüğüdür. Gün boyu yediği leblebi ve çekirdekteki tuz bağırsaktan kana geçti; kandaki su azalmadığı hâlde Na⁺ ve Cl⁻ arttı, kan daha derişik oldu. TYT'de osmozu işlerken gördüğümüz kurala göre su, çözünmüş maddenin çok olduğu yana geçer. Kan ve doku sıvısı derişikleşirse hücrelerden dışarı su çekilir ve hücreler büzüşür; bu sıvılar aşırı seyrelirse hücreler su alıp şişer. Hücrenin hacmi ve içindeki tepkimelerin düzeni bu yüzden vücut sıvılarındaki su ile tuz oranının dar bir aralıkta kalmasına bağlıdır. Ders kitapları bu oranın korunmasını su ve tuz dengesi ya da osmotik denge adıyla anar; iç ortamın sabit tutulması, yani homeostazi, en çok bu dengeye yaslanır.

Suyun girdiği ve çıktığı yollar

Vücut suyu içtiği sıvılardan, besinlerin içerdiği sudan ve hücrelerinde üretilen sudan sağlar. Sonuncusu metabolizma suyudur: oksijenli solunumun son basamağında oksijen hidrojenle birleşir ve su açığa çıkar. Su ise idrarla, terle, verilen soluktaki su buharıyla ve dışkıyla vücuttan ayrılır. Hiç terlemeyen biri de su kaybeder: deriden sürekli bir miktar su buharlaşır, «Solunum yolları» dersinde havayı nemlendirdiğini gördüğümüz mukoza da soluk verirken bu nemi dışarı yollar. Cüneyt'in «hiç su kaybetmedim» sanısı bu yüzden de eksikti.

Bu çıkış yollarının çoğu su dengesine göre ayarlanmaz. Terleme vücut sıcaklığına bağlıdır, «Deri» dersinde gördüğümüz gibi hipotalamus onu serinlemek için açar; soluk verme ise solunumun gereğidir. Vücut susuz kaldı diye soluğunu ya da terini kısamaz. Geriye iki ayar kalır: girişte susama duygusu, çıkışta böbreğin ne kadar suyu ve tuzu kana geri alacağı. «İdrar oluşumu» dersinde nefronun son bölümlerini ayarlanabilir geri emilimin yeri olarak bırakmıştık; şimdi o ayarı yöneten iki hormonu izliyoruz.

Derişimi ölçen hücreler

Kanın derişimini hipotalamustaki özel hücreler, osmoreseptörler izler. Kan derişikleştiğinde bu hücrelerden su çekilir ve uyarılırlar. Uyarı iki yanıt doğurur. Biri susama duygusudur; hipotalamusun bu görevi «Merkezi sinir sistemi: beyin» konusunda tanıtılmıştı. Öteki ADH (antidiüretik hormon) salgısının artmasıdır. ADH'nin hipotalamustaki nöronlarda yapılıp arka hipofizden kana bırakıldığını «Hipotalamus ve hipofiz» dersi anlatmıştı. Cüneyt'in akşamki susuzluğu ile aynı saatlerde böbreklerinde başlayan su tasarrufu, aynı ölçümün iki sonucudur.

ADH toplama kanalında ne yapar?

Toplama kanalı, Henle kulpunun tuzca zengin tuttuğu öz bölgenin içinden geçer. ADH yokken kanalın duvarı suyu az geçirir ve sıvı içinden pek su vermeden akıp gider. ADH kandan gelip kanal hücrelerindeki reseptörlere bağlanınca hücrelerin zarına su kanalları yerleşir ve duvar suya geçirgen hâle gelir. Su bundan sonra osmozla tuzlu öz bölgeye, oradan da kılcallara geçer. Bu geçiş için hücre ATP harcamaz: ADH kapıyı açar, suyu çeken öz bölgedeki derişim farkıdır. Distal tüpün son kısmı da ADH'ye benzer biçimde yanıt verir.

Sonuç idrarda görünür. ADH bol olduğunda su kana döner, idrar azalır ve derişikleşir, rengi koyulaşır. Kısa sürede bol su içen birinde ise kan seyrelir, osmoreseptörlerin uyarısı zayıflar ve ADH salgısı düşer. Toplama kanalı suyu tutamayınca idrar bol, seyreltik ve açık renkli olur.

Halka kendini nasıl kapatır?

Tuzlu bir günün sonunda olaylar şu sırayla ilerler: kanın derişimi artar → osmoreseptörler uyarılır → susama duygusu doğar ve ADH salgısı artar → kişi su içer, toplama kanalı daha çok suyu kana geri alır → kanın derişimi normale iner → osmoreseptörlerin uyarısı azalır ve ADH salgısı geriler. Halkanın sonucu, onu başlatan değişikliği ortadan kaldırıyor; bu bir negatif geri bildirimdir. «Hormonların genel özellikleri» dersinde bir hormonun kendi salgısını frenlemesini görmüştük. Burada fren, hormonun düzelttiği kan derişiminin kendisidir. Kandaki fazla tuz da zamanla idrarla atılır, ama bu daha yavaş bir iştir. Cüneyt'in ilk saatlerdeki dengesini susama ve ADH kurar.

Aldosteron: tuzu ve hacmi tutmak

İkinci hormon tuzla ilgilenir. Aldosteron böbrek üstü bezinin kabuğundan salgılanır ve kan hacmi ya da kan basıncı düştüğünde, kandaki Na⁺ azaldığında ya da K⁺ arttığında salgısı yükselir. Kan basıncının düşmesi böbreklerin başlattığı renin–anjiyotensin zinciriyle aldosteronu artırır; bunları «Böbrek üstü bezleri» dersinde adlarıyla geçmiştik. Aldosteron distal tüpte ve onu izleyen toplama kanalında Na⁺'un kana geri emilimini artırır, K⁺'un tüpe salgılanmasını hızlandırır. Kana dönen Na⁺ suyu osmozla peşinden çeker. Böylece hem tuz hem su tutulur ve kan hacmi büyür; hacim büyüyünce basıncın da yükseldiğini «Damarlar ve kan basıncı» göstermişti.

İki hormonun ayrıldığı nokta kanın derişimidir. ADH yalnız suyu geri kazandırdığı için kanı seyreltir: derişimdeki bir yükselmeyi düzeltmeye uygundur. Aldosteron tuzu ve onu izleyen suyu birlikte tuttuğu için kan hacmini büyütür, derişimi ise pek değiştirmez: hacim ya da basınç kaybını düzeltmeye uygundur. Ağır bir kan kaybında kanın derişimi değişmez, ama hacmi ve basıncı düşer. Aldosteron bu yüzden artar; hacim kaybı belirginse ADH salgısı da yükselir ve her ikisi idrarı azaltır.

Sıcakta uzun bir yürüyüş

Bir yaz öğleninde saatlerce yürüyen birinin ter bezleri çalışır. Ter su yanında Na⁺ ve Cl⁻ de taşır, ama içindeki tuz oranı kandakinden düşüktür; terle kaybedilen su, tuzdan orantılı olarak fazladır. Kan hem derişikleşir hem hacmini yitirir. Derişim artışı osmoreseptörleri uyarır, ADH yükselir ve kişi susar; hacim kaybı aldosteronu artırır. İki hormon aynı yöne çalışınca böbrek su ve tuzu tutar, yürüyüşün sonunda idrar az ve koyudur. Yürüyüşçü su içtikçe derişim düşer, ADH geriler; idrarı yeniden açılır.

Alkol, kafein ve idrar

Alkol ADH salgısını baskılar. Bu yüzden alkol alan birinde toplama kanalı suyu yeterince geri alamaz, idrar artar ve vücuttan beklenenden fazla su gider. Kafein de idrar miktarını artırabilir; ancak bu etkiyi daha çok nefron tüplerinde tuzun geri emilimini azaltarak gösterdiği düşünülür. Sınav açısından akılda tutulacak ilke, ADH'nin azaldığı her durumda idrarın bollaşıp seyrelmesidir.

Böbrek ve kanın pH'ı

Böbreğin dengelediği tek şey su ve tuz değildir. «İdrar oluşumu» dersinde tüplerin H⁺ salgıladığını ve HCO₃⁻'ü kana geri kazandırdığını görmüştük; kan asitleşince böbrek bu işi hızlandırır, idrarın asitliği de artar. Akciğerler ise CO₂'yi soluk vererek atar ve kanın asitliğini bu yoldan düşürür; CO₂'nin kanda nasıl taşındığını «Gaz değişimi ve taşınması» anlatmıştı. Akciğerin yanıtı dakikalar içinde gelir, böbreğinki saatler ve günler alır ama daha kalıcıdır.

Böbrekler çalışamazsa

Böbrekler işlevini yitirdiğinde su, tuz, K⁺ ve üre kanda birikir; kanın derişimi ve pH'ı denetimden çıkar. Böyle durumlarda kan, bir cihazda yarı geçirgen bir zarın bir yanından geçirilir; zarın öbür yanındaki sıvıya üre ve fazla iyonlar difüzyonla geçer, fazla su da uzaklaştırılır. Bu işleme diyaliz denir. Diyaliz atıkları ve fazla suyu uzaklaştırır, ama sağlıklı bir nefronun hormonlarla ayarlanan geri emilimini tam olarak üstlenemez.

Modülün iki organı aynı kanda

Akciğer ile böbrek ilk bakışta birbirinden uzak görünür, ama ikisi de aynı kandan bir şey eksiltir ve kanın asitliğini ortaklaşa tutar. «Solunum ve boşaltım soru kampı»nda bu ortaklık sorulara taşınacak. Bir hava yolu daralmasının soluk mekaniğini nasıl zorladığı, alveoldeki kısmi basınç farkının nasıl küçüldüğü, kanda biriken CO₂'nin hangi yolla taşındığı ve tüplerin buna saatler sonra H⁺ salgısıyla nasıl karşılık verdiği tek bir soruda bir araya gelebilir. Nefronun bölümleri, süzülme ile geri emilimin yönleri ve ADH ile aldosteronun ayarı aynı soruda birbirine bağlanacak. Böyle bir soruda ilk iş, değişikliğin kanda hangi değeri oynattığını görmek; ardından o değeri hangi organın, hangi hızla eski yerine çektiğini sormak gelir.

Örnek 1 — Bol su içilen bir öğleden sonra

Soru: Bir yaz kampında öğlen yemeğinden sonra kısa sürede bol miktarda su içen bir öğrencide birkaç saat içinde hangi değişiklik sırası beklenir?

• A) Kan derişikleşir → ADH artar → idrar azalır.
• B) Kan seyrelir → ADH azalır → toplama kanalı suyu az geçirir → idrar bol ve açık renkli olur.
• C) Kan seyrelir → aldosteron artar → idrar bol ve koyu olur.
• D) Kanın derişimi değişmez → ADH değişmez → idrar miktarı aynı kalır.
• E) Kan seyrelir → ADH artar → idrar seyrelir.

Çözüm: İçilen su bağırsaktan kana geçince kanın derişimi düşer. Osmoreseptörler daha az uyarılır, arka hipofizden salınan ADH azalır. ADH olmayınca toplama kanalının duvarı suyu az geçirir, su tüpte kalır; idrar bollaşır, seyrelir, açık renkli olur. A durumu tam tersine kuruyor. E ilk halkayı doğru verip ikincisini ters çeviriyor; ADH artsaydı idrar seyrelmezdi. C aldosteronu konuya sokup idrarın rengini yanlış veriyor. Cevap: B.

Örnek 2 — Kan kaybında hangi hormon?

Soru: Varsayımsal olarak bir kazada ağır kan kaybeden bir kişide kanın derişimi değişmiyor, kan hacmi ve basıncı ise düşüyor. Böbrekte kısa süre içinde beklenen yanıt hangisidir?

• A) Kanın derişimi değişmediği için hiçbir hormon yanıtı oluşmaz.
• B) ADH azalır, idrar bollaşır ve kan basıncı yükselir.
• C) Aldosteron azalır, Na⁺ idrarla atılır.
• D) Renin–anjiyotensin zinciri aldosteronu artırır; Na⁺ geri alınır, su da peşinden gelir ve idrar azalır.
• E) Glomerulusta süzülme artar, kan hacmi bu yolla yerine konur.

Çözüm: Tetikleyici, derişim değil hacim ve basınç kaybıdır. Basınç düşünce böbreğin başlattığı renin–anjiyotensin zinciri aldosteronu artırır; distal tüpte Na⁺ geri emilir, su osmozla peşinden gelir, kan hacmi büyür, idrar azalır. A yalnız osmoreseptörleri hesaba katıp hacim algısını unutuyor. B ile C hormonların yönünü ters kuruyor. E ise basıncın düşmesinin süzülmeyi azalttığını gözden kaçırıyor. Cevap: D.

Örnek 3 — Aynı hacim, farklı derişim

Soru: Varsayımsal iki deneyde X kişisine yalnız ADH etkisi, Y kişisine yalnız aldosteron etkisi veriliyor ve ikisinde de böbrek bir miktar suyu kana geri kazandırıyor. Kanın derişimiyle ilgili hangisi beklenir?

• A) X'te kan seyrelir; Y'de su tuzla birlikte tutulduğu için derişim pek değişmez.
• B) Her ikisinde de kan aynı ölçüde seyrelir.
• C) X'te kan derişikleşir, Y'de seyrelir.
• D) Y'de kan seyrelir; X'te derişim pek değişmez.
• E) Her ikisinde de kan derişikleşir, çünkü su geri alınmıştır.

Çözüm: ADH toplama kanalından yalnız suyu kana kazandırır; çözünen madde artmadan su eklendiği için kan seyrelir. Aldosteron Na⁺'u geri aldırır, su onu osmozla izler; tuz ve su birlikte eklendiği için kan hacmi büyür, derişim ise pek değişmez. D iki hormonun rolünü yer değiştiriyor. B tuzun da tutulduğunu unutuyor. C ile E, su eklenen bir sıvının derişikleşeceğini söyleyerek osmoz kuralını tersine işletiyor. Cevap: A.

Örnek 4 — Hormon var, yanıt yok

Soru: Varsayımsal bir kişide toplama kanalı hücrelerindeki ADH reseptörleri çalışmıyor; hipotalamus ve arka hipofiz ise sağlam. Bu kişide hangisi beklenir?

• A) Kanda ADH düşüktür, idrar az ve koyudur.
• B) Kanda ADH düşüktür, idrar bol ve seyreltiktir.
• C) Aldosteron ADH'nin yerini alır, idrar normaldir.
• D) Kanda ADH normaldir, idrar az ve koyudur.
• E) İdrar bol ve seyreltiktir; kan derişikleştikçe osmoreseptörler uyarılır ve kandaki ADH yüksek kalır.

Çözüm: Reseptör çalışmadığı için toplama kanalının duvarı suya geçirgen hâle gelemez; su tüpte kalır, idrar bol ve seyreltik olur. Kaybedilen su kanı derişikleştirir, osmoreseptörler uyarılır, kişi sık susar ve ADH salgısı artar. Ama hormon etki edemediği için halka kapanmaz ve ADH yüksek kalır. B idrarı doğru verip hormonu ters kuruyor; ADH'yi düşük bulmak üretimin bozulduğu durumu anlatır. C aldosteronun yalnız suyu değil tuzu da tuttuğunu ve ADH'nin işini göremeyeceğini atlıyor. Cevap: E.

• ADH'yi böbrek üstü bezine yerleştirmek. Böbrek üstü bezinden aldosteron gelir; ADH hipotalamusta yapılır, arka hipofizden kana verilir. İki hormonun da hedefi böbrek olduğu için yerleri karıştırılıyor.
• ADH'nin suyu pompaladığını sanmak. ADH toplama kanalının duvarını suya geçirgen yapar; suyu taşıyan, tuzlu öz bölgenin yarattığı derişim farkıyla yürüyen osmozdur.
• Susamayı yalnız su kaybına bağlamak. Osmoreseptörler suyun miktarını değil kanın derişimini ölçer; su eksilmeden de, kana tuz eklenince susama duygusu doğar.
• ADH ile aldosteronu aynı işin iki adı saymak. ADH yalnız su tutar ve kanı seyreltir; aldosteron Na⁺ tutar, su onu izler, hacim büyür, derişim pek değişmez. Aldosteron ayrıca K⁺'u idrara verir.
• Hormonun yönünü idrarın yönüyle aynı kurmak. ADH ya da aldosteron arttığında idrar artmaz, azalır; ADH azaldığında idrar bollaşır ve seyrelir.
• Reseptör bozukluğunda hormonu düşük sanmak. Hedef hücre yanıt vermezse geri bildirim kapanmaz; kanda hormon yüksek kalır, belirtiler ise hormonun hiç olmadığı duruma benzer.