32 李 忠 政 黃 文 德 林 石 化 圖 一 內 帶 負 電, 膜 外 帶 正 電, 這 就 是 靜 止 膜 電 位 (resting membrane potential) 的 形 成, 對 神 經 肌 肉 的 傳 導 扮 演 著 重 要 角 色 ( 二 ) 分 佈 大 約 98% 的 K +

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1 內 科 學 誌 2010:21:31-39 李 忠 政 1 黃 文 德 1 林 石 化 2 1 國 軍 左 營 總 醫 院 內 科 部 2 三 軍 總 醫 院 腎 臟 內 科 摘 要 人 體 內 鉀 離 子 (K + ) 靠 細 胞 間 快 速 的 轉 移, 與 腎 臟 調 節 每 日 鉀 離 子 的 排 泄, 來 維 持 急 性 與 慢 性 的 恆 定 低 血 鉀 (hypokalemia) 主 要 為 鉀 離 子 大 量 快 速 往 細 胞 內 移 動, 或 腎 臟 及 非 腎 臟 因 素 的 鉀 離 子 流 失 過 多 所 導 致 低 血 鉀 可 能 會 增 加 心 臟 血 管 疾 病 患 者 的 罹 病 率 及 死 亡 率, 導 致 心 律 不 整 (cardiac arrhythmias) 肌 肉 癱 瘓 甚 至 呼 吸 停 止, 因 此 如 何 快 速 的 診 斷 與 治 療 低 血 鉀 是 本 篇 探 討 的 主 題 其 病 因 可 以 依 尿 液 鉀 離 子 的 排 泄 量 (potassium (K + ) excretion) 血 中 酸 鹼 值 血 壓 高 低 血 漿 腎 素 活 性 (renin activity) 醛 固 酮 (aldosterone) 濃 度 皮 質 類 固 醇 (cortisol) 濃 度, 及 尿 液 中 鈉 離 子 與 氯 離 子 的 濃 度 而 進 一 步 鑑 別 診 斷 低 尿 液 鉀 離 子 排 泄 可 為 鉀 離 子 急 性 往 細 胞 內 移 動, 腸 道 鉀 離 子 流 失 或 之 前 腎 臟 過 度 排 泄 所 引 起 而 高 尿 液 鉀 離 子 排 泄 則 通 常 合 併 有 酸 鹼 異 常 低 血 鉀 的 治 療, 主 要 取 決 於 低 血 鉀 的 程 度 造 成 低 血 鉀 的 快 慢 臨 床 症 狀 潛 在 病 因 及 其 他 相 關 的 潛 在 危 險 因 子 關 鍵 詞 : 低 血 鉀 (Hypokalemia) 心 律 不 整 (Cardiac arrhythmias) 鉀 離 子 的 排 泄 量 (Potassium (K + ) excretion) 醛 固 酮 (Aldosterone) 前 言 鉀 離 子 (K + ) 主 要 的 生 理 功 能 是 維 持 細 胞 膜 正 常 的 電 位 差, 人 體 內 K + 是 靠 細 胞 間 快 速 的 轉 移, 與 腎 臟 調 節 每 日 K + 的 排 泄, 來 維 持 急 性 與 慢 性 的 恆 定 低 血 鉀 可 能 會 導 致 心 律 不 整 與 肌 肉 癱 瘓, 因 此 如 何 快 速 的 診 斷 與 治 療 低 血 鉀 是 本 篇 的 主 題 鉀 離 子 的 生 理 一 生 理 功 能 與 分 佈 ( 一 ) 功 能 細 胞 內 K + 的 維 持 主 要 是 靠 細 胞 膜 上 鈉 鉀 幫 浦 (Na + - K + pump) 來 維 持, 當 三 磷 酸 腺 (ATP) 水 解 時, 可 將 3 個 鈉 離 子 (Na + ) 打 出 細 胞,2 個 K + 打 入 細 胞, 因 此 使 得 細 胞 膜 聯 絡 人 : 林 石 化 通 訊 處 :(114) 台 北 市 內 湖 區 成 功 二 路 325 號 三 軍 總 醫 院 腎 臟 內 科

2 32 李 忠 政 黃 文 德 林 石 化 圖 一 內 帶 負 電, 膜 外 帶 正 電, 這 就 是 靜 止 膜 電 位 (resting membrane potential) 的 形 成, 對 神 經 肌 肉 的 傳 導 扮 演 著 重 要 角 色 ( 二 ) 分 佈 大 約 98% 的 K + 存 在 於 細 胞 內, 總 量 約 3000 ~ 4000 mmol (50 mmol/kg) 其 中 最 多 是 在 肌 肉 細 胞 內 (~3000 mmol), 其 次 是 在 紅 血 球 (~200 mmol) 與 肝 臟 (~200 mmol), 而 在 細 胞 外 液 的 K + 相 當 少 (<1 mmol/kg) 1, 但 其 濃 度 受 到 相 當 嚴 格 的 控 制, 其 中 主 要 的 調 節 機 轉 是 靠 細 胞 內 外 K + 的 移 動 以 維 持 K + 濃 度 的 快 速 恆 定 (acute internal balance), 及 腎 臟 排 泄 K + 的 量, 而 維 持 每 日 K + 的 慢 性 恆 定 (chronic external balance) 2 二 急 性 調 節 : 細 胞 間 移 動 (Intercellular shift) 前 面 已 經 提 過 K + 主 要 存 在 於 細 胞 內, 細 胞 外 K + 總 量 約 為 60 ~ 80 mmol 假 設 我 們 喝 一 杯 木 瓜 汁 含 60 mmol 的 K +, 如 果 身 體 沒 有 快 速 處 理 此 攝 入 的 K +, 則 可 使 細 胞 外 K + 濃 度 倍 增 一 倍, 使 血 K + 由 正 常 的 4 mmol/l 升 至 8 mmol/l, 這 對 身 體 非 常 危 險, 因 此 正 常 人 身 體 有 一 精 巧 的 設 計, 會 使 這 攝 入 的 K + 短 暫 快 速 地 存 入 細 胞 內, 再 慢 慢 地 由 腎 臟 排 出 K + 往 細 胞 內 移 動 之 驅 力 (driving force) ( 如 圖 一 所 示 ) 3 : ( 一 ) 陽 電 荷 往 外 移 動 使 細 胞 內 呈 負 電 狀 態, 主 要 是 靠 Na + - K + pump, 而 b2 腎 上 腺 素 接 受 作 用 劑 (b2-adrenergic agonists) 胰 島 素 與 甲 狀 腺 素 等 可 以 增 加 此 幫 圖 二 浦 的 活 性 4 ( 二 ) 增 加 細 胞 內 之 Na + 主 要 是 靠 鈉 氫 離 子 交 換 器 (Na + /H + exchanger,nhe), 使 細 胞 內 Na + 增 加, 但 並 不 改 變 細 胞 內 外 之 電 位 差 (electroneutral), 而 間 接 使 Na + - K + pump 之 活 性 增 加, 使 K + 進 入 細 胞 隨 飲 食 分 泌 增 加 的 胰 島 素 亦 可 活 化 此 交 換 器, 因 此 可 以 避 免 飲 食 後 輕 易 地 造 成 高 血 鉀 此 外 細 胞 內 氫 離 子 過 多 ( 酸 中 毒 ) 時 此 交 換 器 也 會 被 活 化 5 三 慢 性 調 節 : 腎 臟 排 泄 ( 如 圖 二 所 示 ) 6,7,8 ( 一 ) 近 曲 小 管 (proximal convoluted tubule, PCT) 人 體 每 日 攝 入 的 K + 由 腎 臟 負 責 主 要 的 排 出, 但 多 數 濾 過 的 K + 仍 16 由 近 曲 腎 小 管 再 吸 收 (65-70 %) ( 二 ) 髓 質 再 循 環 (medullary recycling) K + 先 在 外 髓 質 進 入 髓 質 間 質, 部 分 的 K + 再 由 第 三 段 的 近 曲 小 管 (PCT S3) 或 亨 利 氏 環 細 β 2-adrenergics Thyroxine Na + Na + 3Na + 3 Na + Electro-neutral Negative Na-K-ATPase Na + /H + exchanger H + H + K + 2K + 2 K + Insulin 圖 一 : 鉀 離 子 在 細 胞 間 移 動 的 機 轉 Na + : sodium; K + : potassium. K+ channel Insulin 480 mmol mmol 720 mmol 近 曲 小 管 亨 遠 曲 小 管 皮 質 集 尿 管 : 鉀 分 泌 的 主 要 位 置 利 腎 絲 球 氏 環 髓 質 再 循 環 (300 mmol) 少 量 的 鉀 再 吸 收 或 分 泌 鉀 離 子 60~90 mmol 圖 二 : 腎 臟 對 鉀 離 子 的 調 節

3 低 血 鉀 33 下 降 枝 (thin descending limb) 分 泌 入 腎 小 管, 未 被 分 泌 入 腎 小 管 的 K + 則 在 髓 質 處 吸 收 存 於 髓 質, 以 營 造 一 個 高 張 的 髓 質 間 質, 此 K + 再 循 環 真 正 生 理 目 的 不 明, 但 此 高 張 的 間 質, 則 有 利 於 K + 的 排 出 ( 可 防 止 K + 由 腎 小 管 腔 回 漏 回 來 ) ( 三 ) 皮 質 集 尿 管 (cortical collecting duct, CCD) 負 責 K + 排 出 的 主 要 細 胞 是 主 細 胞 (principle cell), 此 細 胞 會 在 醛 固 酮 (aldosterone) 的 作 用 下, 先 打 開 腎 小 管 上 皮 鈉 離 子 通 道 (epithelial Na + channel (ENaC)), 促 使 腎 小 管 管 腔 中 之 Na + 流 入 Na + 濃 度 較 低 之 細 胞 內, 在 此 同 時, 腎 小 管 細 胞 基 底 膜 (basal lateral membrane) 上 的 Na + - K + pump 被 活 化 增 加, 此 幫 浦 會 將 Na + 挪 出 細 胞, 避 免 胞 內 Na + 濃 度 過 高 帶 陽 電 的 Na + 入 細 胞 後, 使 管 腔 中 陽 離 子 減 少 而 呈 負 電 狀 態, 此 負 電 荷 會 使 鉀 離 子 通 道 (K + channel) 在 醛 固 酮 的 協 助 下 打 開, 進 而 促 使 K + 分 泌 出 去 但 是 當 氯 離 子 (Cl - ) 由 細 胞 間 隙 再 吸 收 進 入 血 液 時, 則 會 減 少 管 腔 負 電 荷 在 CCD 造 成 管 腔 負 電 荷 增 加 的 機 轉 有 兩 種, 當 以 Na + 再 吸 收 為 主 且 遠 快 於 Cl - 的 再 吸 收 時 (fast Na + disorder), 細 胞 外 液 會 上 升, 導 致 血 壓 偏 高, 而 當 Cl - 的 再 吸 收 過 慢 (slow Cl - disorder), 導 致 管 腔 帶 負 電 荷 時, 則 血 壓 不 會 偏 高 ( 如 圖 三 所 示 ) 7,8,9 另 外, 如 果 增 加 集 尿 管 不 可 吸 收 陰 離 子 的 總 量 時, 亦 會 造 成 K + 由 尿 液 排 出 增 加 圖 三 ENaC Na + K + Cl - 8 Fast Na + Slow Cl - CCD Negative CCD Negative Na + ECF ECF Fast Na + Slow Cl - High blood pressure Normal blood pressure 圖 三 : 鉀 離 子 在 皮 質 集 尿 管 的 排 泄 機 轉 CCD: cortical collecting duct; ENaC: epithelial sodium channel; ECF: extracellular fluid; Na + : sodium; K + : potassium; Cl - : chloride. Cl - K + ( 四 ) 決 定 尿 液 K + 排 泄 量 的 最 重 要 兩 個 因 素 : 1. CCD K + 濃 度 ([K + ] CCD ): 因 CCD 以 下, K + 已 經 較 少 被 吸 收 或 分 泌 2.CCD 處 尿 液 的 流 速 (flow rate CCD ): 故 我 們 可 用 一 個 簡 單 的 公 式 來 表 示 尿 液 K + 的 排 泄 K + secretion = [K + ] CCD x Flow rate CCD 低 血 鉀 (Hypokalemia) 6 : 一 定 義 低 血 鉀 症 的 定 義 是 血 清 K + 濃 度 低 於 3.5 mmol/l 二 臨 床 迷 思 (Clinical pitfalls) 血 鉀 偏 低 並 不 一 定 代 表 體 內 K + 的 總 量 減 少, 例 如 血 中 白 血 球 數 大 於 10 萬 /µl 則 有 可 能 造 成 假 性 低 血 鉀 (pseudohypokalemia) 血 中 K + 移 動 到 細 胞 內 亦 可 造 成 低 血 鉀, 但 體 內 鉀 的 總 量 並 未 減 少 相 對 而 言, 體 內 K + 的 總 量 減 少, 也 不 一 定 會 造 成 低 血 鉀 症, 如 糖 尿 病 酮 酸 中 毒, 由 於 低 胰 島 素 代 謝 性 酸 中 毒 和 高 滲 透 壓 的 作 用, 可 造 成 K + 從 細 胞 內 移 出, 使 血 鉀 上 升, 但 酮 尿 造 成 不 可 吸 收 的 陰 離 子 排 泄 增 加, 促 使 尿 液 排 K + 增 加, 使 體 內 K + 含 量 減 少, 兩 者 互 補 仍 可 能 維 持 正 常 血 鉀 濃 度 三 臨 床 症 狀 細 胞 內 外 K + 轉 移 造 成 的 急 性 低 血 鉀 症, 其 臨 床 症 狀 與 徵 候 比 因 為 慢 性 K + 缺 乏 所 造 成 的 來 得 明 顯 低 血 鉀 最 常 見 的 臨 床 症 狀 主 要 是 心 律 不 整 肌 肉 無 力 腎 臟 調 節 及 新 陳 代 謝 功 能 的 不 平 衡 ( 表 一 ) 四 評 估 尿 液 鉀 離 子 排 泄 的 臨 床 方 法 與 指 標 ( 表 二 ) ( 一 ) 24 小 時 尿 液 與 單 次 尿 液 (spot urine) 的 差 別 以 傳 統 收 集 24 小 時 尿 液 的 方 式 評 估 K + 排 泄, 每 日 排 泄 小 於 15 mmol 代 表 是 由 腎 臟 以 外 的 部 份 流 失 K + 先 前 腎 臟 流 失 K + 或 飲 食 攝 入 K + 過 少 相 對 地 K + 每 日 排 泄 大 於 15 mmol 則 代 表 是 由 腎 臟 流 失 10,15 但 是 其 缺 點 包 括 : 收 集 不 便 耗 時 收 集 不 全 受 飲 食 與 藥 物 影 響 以 及 無 法 反 映 即 時 的 K + 排 泄 狀 況, 尤 其 是 急 性 的 K + 細 胞 間 轉 移 16, 然 而 單 次 尿 液 評 估 K + 排 泄 則

4 34 李 忠 政 黃 文 德 林 石 化 表 一 : 低 血 鉀 的 臨 床 症 狀 與 表 徵 心 臟 心 律 不 整 心 肌 收 縮 力 下 降 血 壓 上 升 增 加 毛 地 黃 類 藥 物 毒 性 腎 臟 在 慢 性 低 血 鉀 狀 況 下, 腎 絲 球 濾 過 率 及 腎 血 流 下 降 腎 臟 濃 縮 小 便 能 力 下 降 導 致 多 尿 腎 臟 對 鈉 檸 檬 酸 (citrate) 及 重 碳 酸 根 (HCO 3 - ) 重 吸 收 增 加 導 致 高 血 壓 低 檸 檬 酸 尿 症 (hypocitraturia) 及 代 謝 性 鹼 中 毒 腎 囊 泡 (renal cyst) 形 成, 甚 至 導 致 慢 性 腎 臟 病 肌 肉 腸 胃 道 蠕 動 減 少 膀 胱 收 縮 力 減 少 導 致 膀 胱 擴 大 橫 紋 肌 溶 解 肌 肉 無 力 癱 瘓 周 邊 神 經 感 覺 異 常 肌 腱 反 射 (deep tendon reflex) 減 少 新 陳 代 謝 ( 慢 性 低 血 鉀 狀 況 下 ) 醛 固 酮 (aldosterone) 分 泌 減 少 增 加 胰 島 素 抗 性 增 加 腎 素 (renin) 分 泌 增 加 胺 離 子 生 成 (ammoniagenesis) 表 二 : 評 估 尿 液 鉀 離 子 排 泄 的 臨 床 方 法 與 指 標 Tests Units Hypokalemia expected Hyperkalemia expected Pitfalls I. 24-hour excretion mmol/day < 15 > 20 inaccurate or incomplete collections, K + shift, drugs II. Spot urine 1. Random urine (K + ) mmol/l None None polyuria or oliguria 2. Fractional excretion of K + % < 2% > 10% need nomogram if renal function impairment 3. K + per creatinine mmol/mmol < 1.5~2.0 > 5 renal failure, muscle mass, volume depletion, severe rhabdomyolysis might affect the rate 4.TTKG < 3 > 10 low urine osmolality K + : potassium; TTKG: transtubular K + gradient. 較 無 以 上 之 缺 點 ( 二 ) 尿 液 K + 濃 度 單 獨 只 以 K + 濃 度 大 於 或 小 於 mmol/l 來 判 斷 是 腎 臟 或 非 腎 臟 因 素 造 成 的 K + 流 失 常 會 因 為 尿 液 濃 縮 程 度 不 同 而 誤 判, 據 統 計 有 85% 的 慢 性 腎 臟 K + 流 失 的 病 人 尿 液 中 K + 濃 度 小 於 20 mmol/l 17, 因 此 並 不 建 議 以 此 評 估 腎 臟 K + 排 泄 ( 三 ) K + 排 泄 率 (Fractional excretion of K +,FE K ) FE K 是 臨 床 上 常 用 的 指 標, 主 要 反 應 出 K + 的 排 泄 量 與 其 過 濾 量 間 的 關 聯 性, 其 公 式 為 (urine/plasma [K + ]) / (urine/plasma creatinine ) 正 常 腎 功 能 的 健 康 人 在 正 常 飲 食 攝 取 K + (1mmol/Kg/day) 的 狀 況 下,FE K 約 為 10%, 當 低 血 鉀 時 FE K 應 小 於 2%, 如 大 於 2% 表 示 經 腎 臟 流 失 18 然 而 每 日 控 制 K + 排 泄 量 主 要 是 在 CCD 的 分 泌 量, 而 非 整 個 腎 小 管 或 腎 絲 球 K + 過 濾 量 所 以 在 腎 功 能 下 降 的 腎 臟 病 患, 因 為 K + 的 濾 過 減 少, 腎 小 管 會 代 償 性 增 加 K + 的 分 泌 與 排 泄, 因 此 在 腎 功 能 下 降 的 病 患 此 值 需 要 校 正 ( 四 ) 腎 小 管 兩 側 鉀 離 子 濃 度 梯 度 (transtubular [K + ] gradient, TTKG) (urine/plasma [K + ])/(urine/plasma osmolality) 此 參 數 校 正 了 血 清 K + 濃 度 與 腎 髓 質 水 分 濃 縮 程 度, 因 此 較 能 反 應 CCD 對 K + 分 泌 的 能 力 17,19, 當 低 血 鉀 是 因 為 腎 臟 過 度 排 泄 所 導 致 時, TTKG>3, 但 是 當 尿 液 的 滲 透 壓 小 於 血 清 滲 透 壓 時, 此 參 數 便 不 適 合 使 用 ( 五 ) 尿 液 K + 與 肌 酸 酐 分 率 (urine K + /creatinine ratio) 在 健 康 人 尿 液 K + 與 肌 酸 酐 的 比 例 正 常 為 5 mmol/mmol ( 或 0.4mEq/mg), 當 因 腎 臟 流 失 所 造 成 之 低 血 鉀 時, 此 數 值 應 大 於 2 mmol/mmol ( 或 0.17 meq/mg) 然 而 在 腎 衰 竭 肌 肉 瘦 小 嚴 重 的 體 液 不 足 或 嚴 重 的 橫 紋 肌 溶 解 時, 會 影 響 腎 臟 對 肌 酸 酐 的 排 泄 量, 進 而 影 響 此 數 值 的 準 確 性 20

5 低 血 鉀 35 五 病 因 分 類 (Etiological categories) 依 尿 液 K + 的 排 泄 量 我 們 可 分 類 將 低 血 鉀 的 病 因 分 為 兩 大 類.. ( 一 ) 低 尿 液 K + 排 泄 (low urine K + excretion) ( 如 圖 四 所 示 ) 7 1. K + 往 細 胞 內 移 動 (K + intracellular shift).. 血 液 中 激 素 ph 值 和 滲 透 壓 的 改 變, 造 成 細 胞 內 外 K + 重 新 分 布, 這 類 疾 病 通 常 發 生 時 間 較 快, 且 沒 有 合 併 酸 鹼 平 衡 的 問 題 常 見 造 成 K + 往 細 胞 內 移 動 增 加 的 原 因 包 括 : 高 腎 上 腺 素 活 性 狀 態 (high adrenergic states), 如 氣 喘 或 慢 性 阻 塞 性 肺 病 發 作 急 性 心 肌 梗 塞 頭 部 受 傷 震 顫 性 譫 妄 (delirium tremens) 服 用 大 量 咖 啡 因 安 非 他 命 類 藥 物 乙 二 型 交 感 神 經 興 奮 劑 (b2 agonist) 等 甲 狀 腺 亢 進 併 癱 瘓 (thyrotoxic periodic paralysis) 及 高 胰 島 素 狀 態 (hyperinsulinemia), 如 酮 酸 中 毒 恢 復 後 24 但 鋇 劑 中 毒 或 chloroquine 過 量 造 成 低 血 鉀 的 機 轉, 則 為 關 閉 細 胞 膜 K + 通 道 鉀 離 子 的 攝 取 不 足 或 非 腎 臟 因 素, 如 腸 胃 道 與 汗 腺 流 失 K + 過 多 : 單 純 的 飲 食 K + 攝 取 不 足 很 少 造 成 低 血 鉀, 除 非 時 間 長 達 1 個 月 以 上 26 任 何 原 因 的 腹 瀉 ( 通 常 需 要 大 量, 如 霍 亂 ) 異 食 症 (geophagia) 服 用 過 多 陽 離 子 螯 合 劑 (cationic resin)) 等 會 造 成 腸 胃 道 流 失 K + ( 二 ) 高 尿 液 K + 排 泄 (high urine K + excretion) ( 如 圖 五 所 示 ) 7,9 腎 臟 對 K + 排 泄 調 控 失 調, 這 類 疾 病 通 常 合 併 有 酸 鹼 異 常 27, 我 們 可 依 是 否 合 併 代 謝 性 酸 中 毒 或 鹼 中 毒 再 分 為 兩 類 7,9 : 1. 合 併 高 血 氯 性 代 謝 性 酸 中 毒 : 評 估 尿 液 氨 離 子 (NH + 4 ) 排 泄 是 進 一 步 鑑 別 這 類 疾 病 重 要 的 依 據, 直 接 測 量 NH 4 + 在 多 數 的 醫 院 通 常 無 法 進 行, 故 可 以 尿 液 滲 透 壓 差 間 接 測 得 尿 液 氨 離 子 濃 度 (urine osmolar gap = (measuredcalculated) urine osmolality = 2 urine NH 4 + ) 若 小 於 100 mosm/kg.h2o 代 表 NH 4 + 排 泄 過 少, 如 腎 小 管 酸 中 毒 28 NH 4 + 排 泄 正 常 者 可 能 因 腸 胃 道 流 失 K + 與 重 碳 酸 根 慢 性 強 力 膠 吸 食 (chronic glue sniffing) 或 輸 尿 管 分 流 (ureteral diversion) 17,29,30 2. 合 併 代 謝 性 鹼 中 毒 : 可 依 照 病 人 的 血 壓 高 低 分 為 兩 類 19,31, 病 人 血 壓 偏 高 者 測 量 血 清 腎 素 活 性 (renin activity) 醛 固 酮 (aldosterone) 及 皮 質 類 固 醇 ( cortisol) 濃 度 對 於 鑑 別 診 斷 此 類 疾 病 有 所 幫 助 7,32 在 原 發 性 醛 固 酮 過 多 症 的 病 人, 血 清 中 醛 固 酮 濃 度 高 而 腎 素 活 性 低 ; 在 腎 素 分 泌 的 腫 瘤 或 腎 血 管 狹 窄 的 病 人 身 上, 血 清 腎 素 活 性 及 醛 固 酮 的 濃 度 均 高 ; 相 反 的, 在 Liddle s syndrome, 礦 物 質 類 固 醇 過 多 症 候 群 (apparent Hypokalemiawith a low K + urine excretion K + Shift K + Deficit Metabolic acidosis Metabolic alkalosis HPP Barium intoxication Chloroquines 2 -adrenergic agonist Theophylline Caffeine toxicity Alkalosis Hypothermia Anabolic state Hyperadrenergicstate Profound diarrhea Short bowel syndrome Laxatives Malabsorption Villous adenoma Anorexia nervosa Chronic alcoholism Remote diuretics Excessive sweating Cationic resins 圖 四 : 低 血 鉀 合 併 低 尿 液 鉀 離 子 排 泄 的 鑑 別 診 斷 HPP: Hypokalemic periodic paralysis; K+: potassium.

6 36 圖 五 李 忠 政 黃 文 德 林 石 化 Hypokalemia with a high urine K + excretion Metabolic acidosis Metabolic alkalosis High ß Vqnwgpg" cdwug ß Rtqhqwpf" fkcttjgc ß Wtgvgtcn fkxgtukqp NH 4 + excretion ) TVC Low Tgpkp Cnfq""" ßOcnkicpv j{rgtvgpukqp ßTXJ ßTgpkp/ugetgvkpi"vwoqt ßRjgqejtqoqe{vqoc High Tgpkp Cnfq""" Rtkoct{ cnfquvgtqpkuo Tgpkp Cnfq""" Eqtvkuqn Eqtvkuqn P" Eqtvkuqn Blood pressure Pc -" ß Tgoqvg" xqokvkpi ß Tgoqvg" fkwtgvke ß En / /nqukpi" fkcttjgc WEn / Pc -" ß Tgegpv" xqokvkpi ß Icuvtke" ftckpcig ß Pqp/ cduqtdcdng" cpkqpu Normal Pc -" ß Fkcttjgc" ß Nczcvkxg" cdwug WEn / Pc -" ß IU ß DU ß Fkwtgvkeu ß Uqnwvg" fkwtguku ß Cokpqin{eq/ ukfgu ß Ekurncvkp ß 33β/j{ftqz{ncug" fghkekgpe{ ß 39α/j{ftqz{ncug" fghkekgpe{ ß Cnfquvgtqpg cpcnqiwg ß COG ß Ectdgpqzqnqpg kpiguvkqp ß Nkeqtkeg"kpiguvkqp ß Nkffng u u{pftqog ß FQE/ugetgvkpi" vwoqt ß Gevqrke CEVJ ß Ewujkpi u" u{pftqog ß Gzqigpqwu" j{ftqeqtvkuqpg 圖 五 : 低 血 鉀 合 併 低 尿 液 鉀 離 子 排 泄 的 鑑 別 診 斷 RTA: renal tubular acidosis; Aldo: aldosterone; RVH: renal vascular hypertension; N: normal; AME: apparent mineralocorticoid excess; DOC: 11-deoxycorticosterone; ACTH: adrenocorticotropic hormone; UCl - : urine chloride; UNa + : urine sodium; GS: Gitelman's syndrome; BS: Bartter's syndrome. mineralcorticoid excess syndrome), 長 期 服 用 甘 草 及 異 位 性 促 腎 上 腺 皮 質 素 (adrenocorticotropic hormone,acth) 分 泌 的 病 人, 血 清 腎 素 活 性 及 醛 固 酮 濃 度 均 低 病 人 血 壓 正 常 者 偵 測 尿 中 氯 鈉 鈣 與 鎂 離 子 之 排 泄, 可 以 再 區 分 為 腎 小 管 疾 病 或 腸 胃 道 疾 病 導 致 之 低 血 鉀 治 療 第 一 步 決 定 此 低 血 鉀 是 否 為 緊 急 的, 如 果 病 人 心 電 圖 已 出 現 心 律 不 整 或 有 肌 肉 無 力 之 現 象, 可 在 有 心 電 圖 監 視 器 監 視 下 由 中 央 靜 脈 管 快 速 補 充 補 充 K + 第 二 步 應 評 估 是 否 有 治 療 導 致 之 潛 在 危 險, 過 度 快 速 或 過 量 的 K + 補 充 會 導 致 反 彈 性 高 血 鉀, 尤 其 在 因 K + 往 細 胞 內 移 動 所 導 致 之 低 血 鉀 時 須 特 別 小 心 此 外 也 必 須 注 意 治 療 中 是 否 有 其 他 因 素 或 藥 物, 如 高 交 感 神 經 活 性 因 治 療 後 逐 漸 下 降 而 減 少 對 Na + - K + pump 的 抑 制, 治 療 藥 物 含 有 葡 萄 糖 或 重 碳 酸 鈉 (NaHCO 3 ) 導 致 K + 繼 續 往 細 胞 內 移 動 ( 表 三 ) 7,33 表 三 : 低 血 鉀 的 治 療 1. Medical emergency Cardiac arrhythmia, respiratory insufficiency 2. Avoid risks of K + shift into cells Do not give glucose, insulin and NaHCO 3 3. Magnitude of K + deficit Large vs. small does 20 of K + 4. Route of K + administration Central, peripheral or oral 5. K + preparations KCl vs. KHCO 3 (K + citrate) vs. K + phosphate 6. Adjuncts to therapy K + -sparing agents, ACEI, AIIA 7. Associated settings HPP, chronic hyponatremia, hypomagnesemia, volume depletion, severe metabolic acidosis, low muscle mass ACEI: angiotensinogen converting enzyme inhibitor, AIIA: angiotensin II antagonist, HPP: hypokalemic periodic paralysis.

7 低 血 鉀 37 其 他 注 意 事 項 : 一 K + 補 充 量 : 在 病 人 沒 有 K + 往 細 胞 內 移 動 的 狀 況 下,K + 濃 度 由 4 mmol/l 下 降 到 3 mmol/l 需 要 流 失 350 mmol, 如 果 降 到 2 mmol/l 則 需 流 失 750 mmol 的 K +1 二 K + 補 充 途 徑 : 如 果 聽 不 見 腸 音, 口 服 補 充 K + 則 不 可 行 ; 周 邊 靜 脈 補 充 濃 度 不 可 超 過 40 mmol/l; 補 充 速 度 除 非 在 緊 急 狀 況 下, 否 則 不 可 超 過 60 mmol/hour 三 K + 製 劑 : 當 病 患 為 缺 乏 K + 且 合 併 代 謝 性 鹼 中 毒 時 可 使 用 KCl, 當 病 患 合 併 代 謝 性 酸 中 毒 時 則 可 用 碳 酸 氫 鉀 (KHCO 3 ) 或 檸 檬 酸 鉀 (K + citrate) 29, 但 須 注 意 當 快 速 補 充 KHCO 3 或 K + citrate 時, 會 降 低 血 中 離 子 鈣 的 濃 度 當 病 患 為 營 養 不 良 合 併 磷 離 子 過 低 時 可 用 磷 酸 鉀 (K + phosphate) 四 同 時 使 用 保 鉀 利 尿 劑 (K + -sparing diuretics): 可 減 少 腎 臟 對 K + 的 排 泄, 通 常 只 用 在 長 期 低 血 鉀 的 病 人,amiloride 或 triamterene 比 spironolactone 較 不 會 有 腸 胃 道 或 荷 爾 蒙 的 副 作 用 ( 如 : 無 月 經 症 男 性 女 乳 症 性 慾 減 低 等 ), 且 這 些 藥 物 的 半 衰 期 較 長, 與 K + 補 充 製 劑 一 起 使 用 容 易 造 成 高 血 鉀 五 合 併 甲 狀 腺 亢 進 癱 瘓 : 在 某 些 甲 狀 腺 亢 進 癱 瘓 病 人, 尤 其 是 心 跳 較 快 血 壓 較 高 給 予 K + 補 充 後 K + 濃 度 反 而 降 低 的 病 人, 可 以 考 慮 給 予 非 選 擇 性 乙 型 阻 斷 劑 治 療 以 加 速 其 恢 復 34 六 合 併 慢 性 低 血 鈉 : 低 血 鉀 是 慢 性 低 血 鈉 治 療 中 導 致 滲 透 性 脫 髓 鞘 症 候 群 (osmotic demyelination syndrome) 的 危 險 因 子, 因 此 在 矯 正 鈉 離 子 濃 度 前 應 先 矯 正 其 低 血 鉀 的 情 形 35 七 合 併 低 血 鎂 : 低 血 鎂 會 導 致 頑 固 性 的 低 血 鉀 與 心 律 不 整, 同 時 補 充 鎂 離 子 可 以 幫 助 血 鉀 濃 度 的 提 升 與 避 免 心 律 不 整 的 發 生 36 八 合 併 體 液 不 足 : 當 體 液 不 足 時, 交 感 神 經 活 化 會 抑 制 胰 島 素 分 泌, 間 接 使 得 K + 移 出 細 胞 外, 使 血 中 K + 濃 度 較 高 37, 隨 著 體 液 補 充 交 感 神 經 活 性 下 降,K + 濃 度 下 降 的 程 度 可 能 會 超 過 預 期 因 此 體 液 不 足 又 合 併 低 血 鉀 患 者 鉀 離 子 補 充 量 應 更 大 九 合 併 代 謝 性 酸 中 毒 : 當 病 患 同 時 有 低 血 鉀 與 代 謝 性 酸 中 毒 時, 應 先 矯 正 其 低 血 鉀, 以 避 免 給 予 鹼 基 治 療 時, 使 K + 更 往 細 胞 內 移 動, 而 加 重 低 血 鉀, 導 致 危 險 的 併 發 症 36 十 合 併 低 肌 肉 量 : 因 體 內 K + 主 要 存 於 肌 肉 中, 同 樣 程 度 的 低 血 鉀 在 肌 肉 量 少 的 病 患, 所 需 補 充 的 K + 應 較 少 結 論 低 血 鉀 是 臨 床 上 常 見 到 的 電 解 質 異 常, 如 何 快 速 正 確 的 診 斷 及 適 當 的 治 療 頗 具 挑 戰 性 低 血 鉀 本 身 並 不 是 特 別 的 疾 病, 而 是 在 眾 多 不 同 疾 病 上 連 帶 相 關 的 發 現 低 血 鉀 可 以 與 心 臟 血 管 神 經 肌 肉 腎 臟 新 陳 代 謝 等 及 遺 傳 疾 病 有 關 其 病 因 可 以 依 尿 液 鉀 離 子 的 排 泄 量 及 血 中 酸 鹼 值 的 評 估 而 進 一 步 鑑 別 診 斷 低 血 鉀 的 治 療, 主 要 觀 念 在 於 低 血 鉀 的 程 度 造 成 低 血 鉀 的 快 慢 臨 床 的 表 徵 存 在 的 原 因 及 引 發 相 關 狀 況 潛 在 的 危 險 因 子 參 考 文 獻 1. Sterns RH, Cox M, Feig PU, Singer I. Internal potassium balance and the control of the plasma potassium concentrations. Medicine 1981; 60: Steele A, deveber H, Quaggin SE, Scheich A, Ethier J, Halperin ML. What is responsible for the diurnal variation in potassium excretion? Am J Physiol 1994; 267: R Groeneveld JH, Sijpkens YW, Lin SH, Davids MR, Halperin ML. An approach to the patient with severe hypokalaemia: the potassium quiz. QJM 2005; 98: Clausen T. Clinical and therapeutic significance of the Na, K pump. Clin Sci 1998: 95: Counillon LL, Pouyssegur RJ. The members of the Na + /H + exchanger gene family: Their structure, function, expression and regulation. In: Seldin DW, Giebisch G, eds. The Kidney: Physiology & Pathophysiology. Philadelphia PA, Lippincott Williams & Wilkins, 2000: Giebisch G. Renal potassium transport: mechanisms and regulation. Am J Physiol 1998; 274: F Lin SH, Halperin ML. Hypokalemia: a practical approach to diagnosis and its genetic basis. Curr Med Chem 2007; 14: Kamel KS, Quaggin S, Scheich A, Halperin ML. Disorders

8 38 李 忠 政 黃 文 德 林 石 化 of potassium homeostasis: an approach based on pathophysiology. Am J Kidney Dis 1994; 24: Brown RS. Potassium homeostasis and clinical implications. Am J Med 1984; 77: Weiner ID, Wingo CS. Hypokalemia-consequences, causes, and correction. J Am Soc Nephrol 1997; 8: Helfant RH. Hypokalemia and arrhythmias. Am J Med 1986; 80: Coca SG, Perazella MA, Buller GK. The cardiovascular implications of hypokalemia. Am J Kidney Dis 2005; 45: Lin YF, Lin SH, Tsai WS, Davids MR, Halperin ML. Severe hypokalemia in a Chinese male. QJM 2002; 95: Nath KA, Hostetter MK, Hostetter TH. Increased ammoniagenesis as a determinant of progressive renal injury. Am J Kidney Dis 1991; 17: Mandal AK. Hypokalemia and hyperkalemia. Med Clin North Am 1997; 81: Kamel KS, Ethier JH, Richardson RM, Bear RA, Halperin ML. Urine electrolytes and osmolality: when and how to use them. Am J Nephrol 1990; 10: Lin SH, Lin YF, Chen DT, Chu P, Hsu CW, Halperin ML. Laboratory tests to determine the cause of hypokalemia and paralysis. Arch Intern Med 2004; 164: Elisaf M, Siamopoulos KC. Fractional excretion of potassium in normal subjects and in patients with hypokalaemia. Postgrad Med J 1995; 71: West ML, Marsden PA, Richardson RM, Zettle RM, Halperin ML. New clinical approach to evaluate disorders of potassium excretion. Miner Electrolyte Metab 1986; 12: Welle S, Thornton C, Totterman S, Forbes G. Utility of creatinine excretion in body-composition studies of healthy men and women olser than 60 y. Am J Clin Nutr 1996; 63: Beal AL, Scheltema KE, Beilman GJ, Deuser WE. Hypokalemia following trauma. Shock 2002; 18: Alazami M, Lin SH, Cheng CJ, Davids MR, Halperin ML. Unusual causes of hypokalemia and paralysis. QJM 2006; 99: Brown MJ, Brown DC, Murphy MB. Hypokalemia from beta2-receptor stimulation by circulating epinephrine. N Engl J Med 1983; 309: Lee KO, Taylor Oh VM, Cheah JS, Aw SE. Hyperinsulinaemia in thyrotoxic hypokalemia periodic paralysis. Lancet 1991; 337: Wwlls JA, Wood KE. Acute barium poisoning treated with hemodialysis. Am J Emerg Med 2001; 19: Agarwal R, Afzalpurkar R, Fordtran JS. Pathophysiology of potassium absorption and secretion by the human intestine. Gastroenterology 1994; 107: Lin YF, Wu CC, Pei D, Chu SJ, Lin SH. Diagnosing thyrotoxic periodic paralysis in the ED. Am J Emerg Med 2003; 21: Kamel KS, Briceno LF, Sanchez MI, et al. A new classification for renal defects in net acid excretion. Am J kidney Dis 1997; 29: Lin SH, Lin YF, Halperin ML. Hypokalemia and paralysis. QJM 2001; 94: Carlisle EJ, Donnelly SM, Vasuvattakul S, Kamel KS, Tobe S, Halperin ML. Glue-sniffing and distal renal tubular acidosis: sticking to the facts. J Am Soc Nephrol 1991; 1: Halperin ML, Kamel KS. Potassium. Lancet 1998; 352: Lin SH, Chau T. A puzzling cause of hypokalaemia. Lancet 2002; 360: Kunin AS, Surawicz B, Sim EA. Decrease in serum potassium concentrations and appearance of cardiac arrhythmias during infusion of potassium with glucose in potassium-depleted patients. N Engl J Med 1962; 266: Lin SH, Lin YF. Propranolol rapidly reverses paralysis, hypokalemia, and hypophosphatemia in thyrotoxic periodic paralysis. Am J Kidney Dis 2001; 37: Lin SH, Chau T, Wu CC, Yang SS. Osmotic demyelination syndrome after correction of chronic hyponatremia with normal saline. Am J Med Sci 2002; 323: Whang R, Flink EB, Dyckner T, Wester PO, Aikawa JK, Ryan MP. Magnesium depletion as a cause of refractory potassium repletion. Arch Intern Med 1985; 145: Porte D Jr, Williams RH. Inhibition of insulin release by norepinephrine in man. Science 1966; 152:

9 低 血 鉀 39 Diagnosis and Treatment of Hypokalemia Chung-Cheng Lee 1, Wen-Te Huang 1, Shih-Hua Lin 2 1 Department of Internal Medicine, Zuoying Armed Forces General hospital, Kaohsiung, Taiwan; 2 Division of Nephrology, Department of Medicine, Tri-Service General Hospital, National Defense Medical Center, Taipei, Taiwan The concentration of potassium (K + ) in plasma is determined on a rapid distribution of K + between intracellular and extracellular fluid (ECF) compartments and on a day-to-day basis by the renal excretion of K +. Accordingly, hypokalemia usually arises from a shift of K + into cells and/or excessive renal (or extrarenal) K + loss. Further, hypokalemia is associated with increased morbidity and mortality in patients with cardiovascular disease. It may provoke cardiac arrhythmias and/or respiratory arrest. Our aim is to suggest better diagnostic tools and therapeutic principles. The measurement of urine K + excretion rate by spot and/or 24-hour urine to evaluate K + excretion, the acid-base status in blood, the level of blood pressure, plasma renin activity, plasma aldosterone concentration, cortisol levels and the urine sodium (Na + ) and chloride (Cl - ) concentration can help differentiate among the various causes of hypokalemia. In patients with a low rate of K + excretion, hypokalemia can be explained by an acute shift of K + into cells, intestinal K + loss, or prior renal K + excretion. Patients with a high rate of K + excretion usually have metabolic acid-base disorders. The treatment of hypokalemia depends on the degree and timing of hypokalemia, clinical manifestations, the underlying causes, and potential risks attributable to associated conditions. (J Intern Med Taiwan 2010; 22: 31-39)