Normal Potassium Metabolism

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颖进胥
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1 钾代谢障碍 Kalemia disturbance

2 Normal Potassium Metabolism

3 160mEq/L Youn JH, McDonough AA. 3.5~5.5mEq/L Annu Rev Physiol. 2009

4 Distribution of K + contrasts with Na + : Na + is predominantly extracellular (EC) and K + is intracellular (IC ~98% = ~3,500 mmoles). High IC K + is needed for regulation of cell volume, ph, enzyme function, DNA/protein synthesis, and growth. Low EC K + (plasma K + ; PK), and the associated steep transmembrane K + gradient, is largely responsible for the membrane potential difference (p.d.) of excitable and non-excitable cells. Any change in the gradient (doubling or halving PK) will disturb cell excitation and contraction. Chronic K + depletion impairs urinary concentrating ability, causes metabolic alkalosis and increases NH4 + excretion.

5 Potassium homeostasis Normal K + homeostasis depends on extrarenal balance - intake ( mmole/day) versus excretion (kidney ~95%; colon ~5%) and intrarenal balance: distribution of K + between IC (most in skeletal muscle cells) and EC compartments. A shift of ~1% of K + between IC and EC will cause a ~50% change in PK - a good steak meal could do it, if there were no 'buffering' mechanisms. The important ones are hormonal (insulin, -adrenergic agonists-adrenaline-and aldosterone) and promote the rapid transfer of K + from EC to IC via the 'sodium' pump.

6 1. Potassium transcellular transfer Na + - K + 泵 ( 泵 ) 细胞内液 [K + ] mmo1 160mmo1/L K + K + 细胞外液 [K + ] Na + Na + 4.2mmol/L K + K + K + 通道 ( 漏 ) K + 细胞内外移动的泵一漏机制 (Pump-leak mechanism) K 通道 :I T0 IK S Ikr Ik 1 K ATP 等十多种

影响钾的跨细胞转移的主要因素影响钾的跨细胞转移的主要因素物质代谢 ECF [K + ] ICF [K + ] 140-160mmol 160mmol/L 运动

肾上腺能神经激活是促 K + 自细胞内移出 ECF [H + ], 细胞内 H + 外移, K + 入细胞内 ECF 每 0.1 ph 变化大约引起 0.

7 影响钾的跨细胞转移的主要因素影响钾的跨细胞转移的主要因素物质代谢 ECF [K + ] ICF [K + ] mmol 160mmol/L 运动胰岛素儿茶酚胺直接刺激 Na + -K + 泵活性, 细胞外钾向细胞内转移酸碱平衡状态肾上腺素通过 camp 机制激活 Na + -K + 泵活性,, 肾上腺能神经激活是促 K + 自细胞内移出 ECF [H + ], 细胞内 H + 外移, K + 入细胞内 ECF 每 0.1 ph 变化大约引起 0.6mmol/L 血清钾变化渗透压 ECF 渗透压, 使细胞内 K + 外移 ECF [K + ] 4.2mmol/L 胰岛素肾上腺素 [K + ]e Na + -K + 泵活性

8 2. Regulation of renal potassium excretion Renal K + handling: proximal nephron (including loop of Henle) - almost all the filtered K + (~90%) is reabsorbed; distal nephron - K + is (predominantly) secreted and this segment determines the final urine K + content. With normal or high K + intake, distal K + secretion accounts for most of the urinary K + ; factors affecting K + excretion are flow rate, lumen negative transepithelial p.d., and aldosterone.

9 2. Regulation of renal potassium excretion 肾对钾调节肾小球滤过近曲小管和髓襻的重吸收远曲小管和集合小管的排泄调节主要调节 ECF ICE 原尿液 H + H + K + H + -K + 泵 ( 闰 ) K + K + K + K + Na + Na + -K + 泵 ( 主 ) Na + Na + 远曲小管集合管主细胞 ( 分泌 K + ) 闰细胞 ( 重吸收 K + )

10 影响远曲小管集合小管排钾的调节因素影响远曲小管集合小管排钾的调节因素醛固酮 (Aldosterone( Aldosterone) Ald Na + -K + 泵 ( 主细胞腔膜对 K + 通透性 ) 肾排 K + 细胞外液的钾浓度 (ECF( potassium concentration) ECF [K + ] 远曲小管的原尿流速小管内原尿流速迅速移去小管细胞分泌 K + 主细胞 Na + -K + 泵活性酸碱平衡状态 (Acid( Acid-base balance) ECF [H + ] 慢性酸中毒 H + 对 Na + -K + 抑制 K + 排泄主细胞 Na + -K + 泵活性近曲小管钠水重吸收远曲小管内原尿流速泌 K + 受阻排 K +

11 Na-K-ATPase Tubular flow Aldosterone Insulin K + uptake camp(from liver) glucagon Youn JH, McDonough AA. Annu Rev Physiol. 2009

12 Disorders of Potassium Metabolism 成年人血清钾的正常值为 3.5 ~ 5.5 mmol/l The concentration of serum potassium in normal adult 3.5 ~ 5.5 mmol/l. Potassium Disorders Hypokalemia Hyperkalemia

13 低钾血症 (Hypokalemia)

14 Definition

15 低钾血症血清钾浓度低于 3.5 mmol/l(3.5meq/l 3.5mEq/L) ) Hypokalemia and potassium deficiency often occur simultaneously, but sometimes, they can occur separately. Hypokalemia is a decrease in serum K + levels less than 3.5 mmol/l (3.5mEq/L). Potassium deficiency is referred to the loss of intracellular potassium and the total body stores of potassium. 缺钾 (Potassium( deficiency)

16 Pathogenesis

17 Inadequate intake

18 Excessive loss 经胃肠道失钾 vomiting diarrhea pyloric obstruction

19 过量应用排钾利尿剂 (Diuretics) 经肾失钾肾上腺皮质激素过多 (Excessive corticoid) 醛固酮增多症 Cushing 综合征肾功能不全 (Renal dysfunction ) 肾小管性酸中毒 (I / II / III 型 ) 镁缺失 (Loss of magnesium)

20 经皮肤失钾汗液含钾只有 9mmol/L 在一般情况下, 出汗不致引起低钾血症但在高温环境中进行重体力劳动时, 大量出汗亦可导致钾的丧失

21 Increased movement of potassium into cells H + K + K + β-ar insulin K + K + Ba K + K + Hypokalemic Periodic Paralysis 1 碱中毒 2 胰岛素的使用 3 - 肾上腺素能受体活性增强 4 钡中毒 5 低钾性周期性麻痹症

22 Alteration of Metabolism and Function

23 低钾血症对机体的影响对神经 - 肌肉兴奋性的影响兴奋性降低, 使肌肉处于超极化阻滞状态, 引起骨骼肌和消化道平滑肌松弛无力, 甚至发生呼吸困难和麻痹性肠梗阻

24 轻度低钾血症 ( 血清钾 <3.5mmol/L) CNS: 萎靡倦怠 ; ; 骨骼肌 : 四肢无力 ; 胃肠道平滑肌 : 食欲不振肠蠕动肠鸣音重度低钾血症 ( 血清钾 <2.5mmol/L) CNS: 嗜睡昏迷 ; ; 胃肠道平滑肌 : 腹胀麻痹性肠梗阻骨骼肌 : 软瘫呼吸运动停止腱反射 (-) 肌坏死

25 +30 mv Ca 2+ e Ca 2+ e Et 正常 K + e K + e Em 血清钾和钙离子浓度变化对骨骼肌 Em 和 Et 的影响

26 对心脏的影响引起心律失常, 严重者发生心室纤维颤动, 导致心功能衰竭自律性兴奋性传导性收缩性

27 自律性 : 自律细胞在复极化 4 期膜内外有 K + Na + ( 对慢反应自律细胞如窦房结 ) 或 K + Ca 2+ ( 对快反应细胞如 purkinje) 细胞的交互性移动, 因内向的正离子流大于 K + 外流, 使细胞缓慢除极化并在达到阈电位达到阈电位时产生动作电位 K + e 的明显变化能影响这一期细胞膜对钾的通透性, 从而影响自律细胞的自律性

28 兴奋性 : 与骨骼肌细胞一样, 心肌工作细胞兴奋性决定于膜电位 (Em( Em) 与阈电位 (Et( Et) 距离的适当大小

29 30 mv 心肌细胞心房肌心室肌 Na + K + Ca 2+ K + K + 钠泵 K + 0 电位心肌动作电位 Et Em 膜离子转运 P R Q S T Na + 心电图

30 传导性 : 传导性与 0 期除极化的速度 ( 表现为曲线斜率大小 ) 和峰值 ( 表现为锋电位大小 ) 相关, 直接与兴奋发生时的电压变化大小有关

31 收缩性 : 与动作电位 2 期 Ca 2+ 内流的速度相关, 从而影响细胞内 Ca 2+ 的变化以及心肌的兴奋收缩偶联

32 低钾血症时心肌电生理的变化特点 1 K + e 降低膜通透性降低 4 期 K + 外流减少,Na + 或 Ca 2+ 内流增加自律细胞自动除极加快, 使自律性增高 ; 2 K + e 降低膜通透性降低工作细胞 Em 绝对值和 Em Et 间距减小兴奋性增高 ; 3 Em 绝对值和 Em Et 间距减小 0 期曲线斜率变大, 锋电位减小传导性降低 ; 4 K + e 降低 2 期 Ca 2+ 内流加速 Ca 2+ i 升高较快心肌收缩性增高 ( 严重及慢性低钾血症因使细胞内缺钾, 影响细胞代谢, 心肌结构破坏, 心肌收缩性降低 )

33 对机体其它方面的影响对酸碱平衡的影响低钾血症可引起碱中毒对肾的影响使肾的浓缩功能障碍, 发生所谓缺钾性肾病

34 高钾血症 (hyperkalemia)

35 Definition

36 血症高钾血症 (hyperkalemia) 血清 K + 浓度大于 5.5 mmol/l /L( 或 meq /L) 称为高钾 Hyperkalemia is defined as a serum potassium exceeding 5.5mmol/L. Hyperkalemia is potentially lethal, primarily because of effect on cardiac conduction. Clinical management requires urgency treatment.

37 Pathogenesis

38 Increased intake of potassium 静脉输入钾过快或浓度过高可立即引起严重的高钾血症, 并导致患者猝死

39 Decreased renal excretion of potassium 1 急性肾衰少尿期 ; 慢性肾衰终末期 2 醛固酮分泌减少或肾小管对醛固酮反应性降低 3 长期使用能引起钾潴留的利尿剂

40 K + shifts out of cells 1 酸中毒 2 大量溶血或组织损伤坏死 3 糖尿病酮症酸中毒时 4 膜钠泵功能障碍 5 高钾血症型周期性麻痹症

41 Alteration of Metabolism and Function

42 对神经肌肉兴奋性的影响轻度高钾血症 (5.5~7.0mmol/L) 常表现为兴奋性增加, 临床上有手足感觉异常, 震颤肌痛或肠绞痛与腹泻 ; 重度高钾血症 (7.0~9.0mmol/L) 常使肌细胞出现去极化阻滞状态, 引起肌麻痹, 临床上有肌肉软弱, 弛缓性麻痹等症状

43 对心脏的影响高钾血症对心脏的影响与低钾血症一样也能引起心律失常或发生心室纤维颤动 ; 但与低钾血症不同的是, 严重高钾血症可引起心脏停搏

44 高钾血症时心肌电生理的变化特点 1 K + e 增高自律细胞复极化后膜对 K + 的通透性增高 4 期 K + 外流增加自动除极化减慢自律性降低 2 K + e 增高心脏工作细胞 Em 负值减小 Em Et 间距缩小兴奋性在轻症增高重症降低 3 Em Et 间距缩小 0 期除极化减慢, 锋电位减低传导性降低 4 K + e 增高 2 期钙内流减少收缩性降低

45 自律性传导性有效不应期窦性心动过缓, 窦性停搏房室房内室内传导阻滞兴奋折返心室纤颤致死性心律失常, 心搏骤停

46 对酸碱平衡的影响高钾血症使 H + 向细胞外转移, 肾排 H + 减少, 故可发生代谢性酸中毒

47 mv 低钾血症和高钾血症时心肌动作电位与心电图变化特征 Et -90 Em 心电图改变 S-T 压低 ; T 波低平 ;U 波明显 S-T 抬高 ;T 高耸 ;Q-T 缩短

49 例题男性患儿,2 岁, 腹泻 2 天, 每天 6-7 次, 水样便 ; 呕吐 3 次, 呕吐物为所食牛奶, 不能进食伴有口渴尿少腹胀查体 : 精神萎靡, T37, BP11.5/6.67KPa (86/50mmHg), 皮肤弹性减退, 两眼凹陷, 前囟下陷, 心跳快而弱, 肺无异常, 腹胀, 腹壁反射消失, 肠鸣音减弱, 膝反射迟钝, 四肢发凉化验 : 血清 K + 3.3mmol/L,Na + 140mmol/L 该患儿发生何种水电解质紊乱? 依据是什么?

水与电解质平衡紊乱 (Disturbances of water and electrolyte balance)

水与电解质平衡紊乱 (Disturbances of water and electrolyte balance) 第三节钾代谢及钾代谢障碍 (Potassium homeostasis and its disorders) Questions 引起血钾浓度改变的常见原因是什么? 高钾血症对人体最主要的危害是什么? 为什么低钾血症和高钾血症在临床上都会出现肌肉无力软瘫的表现? 为什么酸中毒患者常伴有高血钾, 碱中毒患者常伴有低血钾? Case study 病史 : 男 41 岁, 呕吐 4 天, 不能进食食物和水