Tubuh manusia mengandung cairan baik di dalam selnya, yang disebut cairan intraseluler (ICF), dan di luar selnya, yang disebut cairan ekstraseluler (ECF). Dua jenis CES adalah plasma darah dan cairan interstisial, yang ditemukan di ruang mikroskopis antar sel. Semua cairan tubuh mengandung elektrolit, yaitu atom yang memiliki muatan positif atau negatif dan sangat penting untuk fungsi sistem saraf dan otot, termasuk jantung, dan untuk menjaga tekanan darah dan keseimbangan asam-basa tubuh, atau potenz hidrogen ( pH). Paru-paru, ginjal dan hipotalamus memainkan peran utama dalam mengatur tingkat cairan dan elektrolit dalam tubuh, seperti halnya osmosis. Ketidakseimbangan antara cairan tubuh dan elektrolit dapat menyebabkan penyakit parah atau kematian.
Ada lima elektrolit utama dalam tubuh manusia. Mereka adalah natrium (Na+), yang membantu sel-sel saraf mengirim sinyal satu sama lain dan membantu menjaga keseimbangan elektrolit; kalium (K+), yang membantu fungsi saraf dan otot serta membantu menjaga pH cairan tubuh; kalsium (CA2+), yang berperan dalam pembekuan darah dan fungsi saraf dan otot; klorida (Cl-), yang berfungsi sebagai penyeimbang terhadap ion positif; dan bikarbonat (HCO3-), yang membantu menjaga pH yang tepat dalam cairan tubuh. Natrium, kalium dan kalsium adalah kation, atau ion bermuatan positif, dan klorida dan bikarbonat adalah anion, atau ion bermuatan negatif. Ion memiliki muatan positif atau negatif, sehingga dapat mempengaruhi pH cairan tubuh. Tubuh hanya dapat mentolerir perubahan pH cairan yang sangat sedikit dan masih berfungsi dengan baik, sehingga tingkat elektrolit yang seimbang diperlukan untuk kelangsungan hidup.
Dehidrasi berat menyebabkan ginjal berhenti mengeluarkan cairan dalam upaya mencegah kehilangan cairan lebih lanjut. Hal ini menyebabkan ketidakseimbangan elektrolit yang mengarah pada asidosis metabolik, suatu kondisi di mana pH cairan tubuh terlalu rendah. Asidosis menyebabkan pernapasan cepat, lesu dan kebingungan, dan dapat menyebabkan syok dan kematian. Kehilangan Cl- yang ekstrim karena muntah yang berkepanjangan menyebabkan alkalosis metabolik, di mana pH cairan tubuh terlalu tinggi. Tanda dan gejala alkalosis termasuk kebingungan, otot berkedut atau kejang, perasaan pusing, mual dan kesemutan di tangan atau wajah dan koma.
Ginjal membantu menjaga keseimbangan elektrolit dengan mengontrol berapa banyak cairan dan elektrolit yang dilepaskan dalam urin, dan paru-paru mengeluarkan karbon dioksida dari darah, yang membuat darah kurang asam. Inilah sebabnya mengapa seseorang yang menderita asidosis bernafas dengan cepat untuk memperbaiki kondisinya dan mengapa hiperventilasi dapat menyebabkan alkalosis respiratorik. Penggunaan obat penenang yang berlebihan dapat memperlambat proses pernapasan yang cukup untuk menyebabkan asidosis respiratorik.
Selain menjaga kadar cairan dan pH, tubuh juga harus menjaga konsentrasi cairan dan elektrolit yang sehat antara ICF dan ECF. Air bergerak melintasi membran sel melalui proses pasif yang disebut osmosis, yang bekerja untuk mempertahankan konsentrasi cairan dan elektrolit yang sama, terutama Na+, di dalam dan di luar membran sel. Jika konsentrasi Na+ di luar sel lebih tinggi, air akan berpindah dari ICF ke CES untuk menyeimbangkan konsentrasi. Terlalu banyak pergerakan air ini menyebabkan sel-sel menjadi dehidrasi, tekanan darah meningkat dan hipotalamus otak memicu rasa haus. Ini disebut haus osmotik, dan itulah sebabnya seseorang merasa haus setelah makan makanan asin.
Ketika orang yang sama meminum air, konsentrasi Na+ dalam darah turun dan air mengalir kembali ke dalam sel, memulihkan keseimbangan cairan dan elektrolit. Saat seseorang kehilangan cairan tubuh melalui keringat, buang air kecil, muntah, diare atau pendarahan, jenis sel lain di dalam hipotalamus memicu rasa haus untuk menggantikan volume cairan. Ini disebut haus hipovolemik.
Proses pasif osmosis dan fungsi paru-paru dan ginjal bekerja sama untuk mempertahankan tingkat cairan dan elektrolit yang tepat di dalam tubuh. Ini memastikan bahwa setiap elektrolit dapat melakukan tugasnya menjaga detak jantung dan fungsi sistem saraf. Terlalu banyak atau terlalu sedikit elektrolit dapat menyebabkan masalah serius. Misalnya, terlalu sedikit K+ menyebabkan asidosis, dan terlalu banyak K+ dapat menghentikan jantung, yang merupakan penyebab kematian bagi banyak pasien penyakit ginjal. Paru-paru dan ginjal juga membantu menjaga keseimbangan kation dan anion untuk menjaga pH yang tepat dalam cairan tubuh sehingga organ dapat berfungsi.