Концентрация калия в сыворотке крови менее 3,5 ммоль/л (или мэкв/л) называется гипокалиемией. Снижение концентрации калия в сыворотке крови часто сопровождается снижением общего содержания калия в организме, а также вызвано аномальным распределением калия в организме.
(i) Причины и механизмы возникновения
Три основные причины гипокалиемии — недостаточное потребление калия, чрезмерная потеря калия и аномальное распределение калия в организме (избыточное поступление калия в клетки).
1. недостаточное потребление калия
Мясо, фрукты и многие овощи богаты калием, поэтому гипокалиемия не возникает при нормальном питании. При некоторых заболеваниях, таких как рак пищевода и обструкция пилорического отдела желудка, невозможность приема пищи или голодание, а также недостаточное внимание к добавлению калия во время внутривенных инфузий могут вызвать снижение содержания калия в крови.
2. чрезмерная потеря калия
Калий может теряться через пищеварительный тракт, с мочой или с потом. Наиболее распространенные и важные клинические причины потери калия — через пищеварительный тракт и почки.
(1) Потеря калия через пищеварительный тракт.
В случаях сильной рвоты, диареи, кишечных свищей или декомпрессии желудочно-кишечного тракта потеря калия может быть вызвана потерей большого количества пищеварительной жидкости. Потеря жидкости также может привести к уменьшению объема крови и увеличению секреции альдостерона, что также может увеличить почечную экскрецию калия (примечание: если дистальный канальцевый поток снижен, почечная экскреция калия не обязательно увеличивается). У пациентов с рвотой или диареей, несмотря на потерю калия, он может некоторое время оставаться в пределах нормы или степень гипокалиемии может быть не тяжелой из-за уменьшения объема крови и концентрации калия в крови.
Когда кровь «разбавляется» после регидратации, могут проявиться признаки и симптомы гипокалиемии, которая также известна как «дилюционная гипокалиемия».
(2) Трансренальная потеря калия.
1) Чрезмерная почечная потеря калия вследствие увеличения дистального почечного канальцевого потока.
Диуретик ацетазоламид, который ингибирует активность карбоновой ангидразы проксимального канальца, снижает выработку и выведение H+ канальцевым эпителием и реабсорбцию Na+ проксимальным канальцем, что приводит к увеличению потока Na+ в дистальный каналец и усилению Na+ — K+ обмена; он ингибирует поток Cl- и Na+ из толстого сегмента восходящей ветви медуллярной петли и начала дистального канальца. Натрий-уменьшающие диуретики тахикинурия, диуретическая кислота или хлоротиазидные диуретики, которые подавляют реабсорбцию Cl- и Na+ в начале, увеличивают как скорость дистального потока, так и обмен Na+ -K+ в дистальном отделе почек.
2) Почечная недостаточность: например, повышенное выделение мочевины во время полиурии при острой почечной недостаточности, вызывающее осмотический диурез и увеличение скорости дистального потока; интерстициальные заболевания почек, такие как хронический нефрит или пиелонефрит, вследствие нарушения реабсорбции натрия и воды в проксимальных канальцах и медуллярных петлях, что приводит к увеличению скорости дистального потока и усилению Na+ — K+ обмена.
(ii) Повышенный альдостерон: альдостерон является основным солевым кортикостероидом и способствует реабсорбции натрия и секреции калия и водорода, поэтому первичный или вторичный альдостеронизм может вызвать потерю калия. Повышенная секреция других кортикостероидов с аналогичным действием, например, при синдроме Кушинга, врожденной гиперплазии надпочечников или у пациентов с длительным тяжелым применением кортикостероидов, также может привести к гипокалиемии.
(iii) Потеря калия вследствие увеличения отрицательного трансмембранного потенциала в почечных канальцах.
1) Обильное применение некоторых противомикробных препаратов (гентамицин, карбенициллин и др.) увеличивает отрицательные ионы, которые плохо всасываются в дистальном канальце и способствуют выведению калия.
2) При тубулоинтерстициальном ацидозе II типа нарушается реабсорбция HCO3- в проксимальном канальце и повышается содержание отрицательных ионов (HCO3-) в дистальном канальце, что способствует секреторной экскреции K+.
Инактивация Na+ -K+ -АТФазы в эпителиальных клетках восходящих ветвей медуллярных петель приводит к нарушению реабсорбции калия и потере калия. Также считается, что гипомагниемия способствует выведению калия за счет секреции альдостерона. Если гипокалиемия и гипокальциемия присутствуют вместе, часто указывают на дефицит магния.
(5) Другое: При тубулярном ацидозе I типа нарушается секреция H+ дистальными канальцами, что приводит к усилению Na+ — K+ обмена и усилению почечной экскреции калия.
(3) Трансдермальная потеря калия: сильная физическая работа в жаркой среде, приводящая к обильному потоотделению, может привести к гипокалиемии, если электролиты не восполняются должным образом.
3. Внутриклеточный перенос калия
(1) Алкалоз: При алкалозе, в качестве компенсаторного механизма нарушения кислотно-щелочного баланса, H+ переходит из внутриклеточного во внеклеточный, а K+ поступает в клетки, вызывая снижение содержания калия в крови; в это время обмен Na+-H+ в почечных канальцах ослабевает, а Na+-K+ усиливается, поэтому экскреция калия почками также увеличивается.
(2) Использование инсулина: при сахарном диабете нарушается клеточная утилизация глюкозы, снижается синтез гликогена и усиливается изогенез гликогена, распад внутриклеточных макромолекул приводит к переходу калия во внеклеточную жидкость, а потеря калия увеличивается за счет диабетического диуреза, в результате чего организм находится в состоянии пониженного общего содержания калия. В то же время инсулин обладает эффектом усиления активности фермента Na+-K+-ATP, который способствует поступлению калия в клетки. Если калий не восполняется, может возникнуть гипокалиемия.
(3) Гипокалиемический периодический паралич: перенос калия в клетки считается механизмом этого состояния, которое может характеризоваться преходящим параличом конечностей, пониженным содержанием калия в крови и пониженным содержанием калия в моче. Факторы, способствующие поступлению калия в клетки (например, после физических упражнений, диеты с высоким содержанием сахара, выброс адреналина при стрессовых ситуациях), могут вызвать периодический паралич.
(4) Отравление барием: например, отравление хлоридом бария, карбонатом бария, гидроксидом бария и т.д. При отравлении барием активность фермента Na+-K+-ATP усиливается, и калий непрерывно поступает в клетку, что вместе с блокировкой калиевых каналов в клеточной мембране, ведущих от внутриклеточного к внеклеточному, снижает уровень калия в сыворотке крови.
(ii) Последствия гипокалиемии для организма
Функциональные и метаболические изменения, вызванные гипокалиемией, и их тяжесть связаны со скоростью, величиной и продолжительностью снижения содержания калия в крови. Чем быстрее снижается содержание калия в крови, тем ниже концентрация калия в крови и тем сильнее воздействие на организм. Более выраженные клинические проявления обычно наблюдаются при снижении уровня калия в сыворотке крови ниже 3,0 ммоль/л или 2,5 ммоль/л. При хронической потере калия клинические симптомы менее выражены, несмотря на низкую концентрацию калия в крови. Однако этот эффект значительно варьируется от одного человека к другому.
Клинические симптомы гипокалиемии в основном нервно-мышечные и сердечные. Основными нервно-мышечными симптомами являются мышечная слабость, паралич мышц, растяжение живота и парализующая кишечная непроходимость. Сердечные симптомы представлены в основном аритмиями и склонностью вызывать токсичность дигиталиса с соответствующими аномалиями ЭКГ. Кроме того, гипокалиемия может вызвать нарушения кислотно-основного баланса, повреждение почек и нарушение клеточного метаболизма.
1. воздействие на нервы и мышцы
Гипокалиемия оказывает значительное влияние на возбудимость и проводимость нервной и мышечной ткани. При острой гипокалиемии концентрация калия во внеклеточной жидкости ([K+]e) снижается, а концентрация калия во внутриклеточной жидкости ([K+]i) остается неизменной, что приводит к увеличению соотношения [K+]i/[K+]e. Это вызывает снижение возбудимости нервно-мышечных клеток, а в тяжелых случаях возбудимость даже исчезает, что также называется гиперполяризационным блоком.
Это также известно как блок гиперполяризации. В то же время наклон кривой деполяризации фазы 0 становится больше, а фронтальный потенциал снижается, потому что расстояние Em-Et уменьшается, а изменение потенциала перед потенциалом действия меньше, чем в норме, поэтому нервно-мышечная проводимость также снижается.
Наиболее ярким проявлением гипокалиемии является слабость расслабления скелетных мышц, что может привести даже к вялому параличу. В целом, когда уровень калия в сыворотке крови падает ниже 3,0 ммоль/л, наблюдаются симптомы слабости конечностей, часто сначала поражаются нижние конечности, а затем верхние конечности и мышцы туловища. При уровне ниже 2,5 ммоль/л может возникнуть вялый паралич, а в тяжелых случаях может наступить смерть от паралича дыхательных мышц.
Слабость гладких мышц проявляется снижением моторики желудочно-кишечного тракта, снижением или отсутствием кишечных шумов, вздутием живота (метеоризм) и даже паралитической кишечной непроходимостью.
Неврологическое поражение проявляется мышечными болями или аномальной чувствительностью, снижением мышечного тонуса, ослаблением или отсутствием сухожильных рефлексов. У некоторых пациентов могут развиться признаки и симптомы со стороны центральной нервной системы, такие как угнетение сознания, отсутствие реакции, дезориентация, сонливость или даже кома.
При хронической гипокалиемии соотношение [K+]i/[K+]e изменяется меньше, поскольку концентрация калия во внеклеточной жидкости снижается медленно, а внеклеточный калий пополняется за счет выхода внутриклеточного калия, поэтому клинические признаки снижения возбудимости мышц менее выражены. Хроническая гипокалиемия вызывает значительный внутриклеточный дефицит калия, что приводит к нарушению клеточного метаболизма и отеку мышечных клеток.
Во время физической нагрузки повышенное высвобождение калия из скелетных мышц, участвующих в упражнении, увеличивает локальную концентрацию калия в кровеносных сосудах, что стимулирует местную вазодилатацию и увеличение кровотока в качестве нормальной физиологической реакции. У пациентов с гипокалиемией высвобождение калия из скелетных мышц при физической нагрузке снижается, а местная вазодилатация и усиленный кровоток недостаточны, что вызывает такие патологические изменения, как мышечная контрактура, ишемический некроз и рабдомиолиз.
Важно отметить, что помимо [K+]e, изменения во внеклеточной жидкости [Ca2+] и [H+] также оказывают значительное влияние на нервно-мышечную возбудимость. Увеличение [Ca2+] во внеклеточной жидкости тормозит входящий поток Na+ в фазе 0, т.е. влияет на процесс деполяризации, тем самым увеличивая Et (уменьшая его отрицательное значение).
Результат аналогичен результату гипокалиемии, поскольку расстояние Em — Et увеличивается, вызывая снижение возбудимости мышц. Снижение уровня [Ca2+] в крови понижает значение Et (увеличивает отрицательное значение), и небольшой стимул может деполяризовать мембрану миоцита, чтобы достичь Et и сгенерировать потенциал действия, что приводит к повышению возбудимости мышц и клиническим симптомам, таким как подергивание рук и ног.
2. влияние на сердце
Основное воздействие гипокалиемии на сердце заключается в возникновении аритмии и, в тяжелых случаях, фибрилляции желудочков, что приводит к сердечной недостаточности. Это связано с аномальными изменениями в электрофизиологии миокарда, вызванными значительным снижением содержания калия в крови.
Влияние изменений концентрации калия в крови на электрофизиологию миокарда.
① Мембранный потенциал: согласно уравнению Нернста, потенциал покоя мембраны должен быть: Em = -59,5 log([K+]i/[K+]e), поэтому аномальный уровень калия в крови может вызвать изменения Em.
② Проницаемость мембраны кардиомиоцита для K+: Мембрана максимально проницаема для калия, когда мембрана кардиомиоцита находится в нормальном потенциале покоя.
Если [K+]e уменьшается, хотя разница между внутриклеточной и внеклеточной концентрациями ионов калия увеличивается, т.е. увеличивается градиент концентрации, что облегчает отток калия и может привести к увеличению абсолютного значения Em и расстояния между Em и Et. Однако, поскольку проницаемость мембраны для калия уменьшается более значительно, отток калия фактически замедляется в фазе 3 реполяризации из-за уменьшения проницаемости калия. Это означает, что интервал Em-Et уменьшается, а возбудимость миокарда повышается.
(iii) Влияние [K+]e на входящий поток Ca2+: считается, что [K+]e и Ca2+ конкурируют при прохождении через клеточную мембрану, и также считается, что снижение [K+]e при гипокалиемии ускоряет входящий поток Ca2+ фазы 2 реполяризации, в то время как нормальное плато фазы 2 укорачивается или пропадает. Ускоренный входящий поток Ca2+ приводит к быстрому увеличению концентрации внутриклеточного кальция ([Ca2+]i ), что повышает сократимость миокарда через связь возбуждение-систола. При гиперкалиемии [K+]e увеличивается, что замедляет реполяризованный поток Ca2+ внутрь фазы 2, поэтому плато фазы 2 может затянуться. Уровень [Ca2+]i повышается не так быстро, что приводит к снижению сократительной способности миокарда.
В настоящее время считается, что быстрая и переходная фаза реполяризации 1 вызвана в основном оттоком K+, а не притоком Cl-. Плато фазы реполяризации 2 обусловлено входящим потоком Са2+ и выходящим потоком К+ со сравнимыми обменными зарядами внутри и снаружи мембраны, за которым следует более быстрое падение напряжения в фазе реполяризации 3 из-за инактивации каналов Са2+, в основном формирующих выходящий поток ионов калия. Как упоминалось ранее, уровень [K+]e во время фаз реполяризации 2 и 3 также играет роль в проницаемости клеточной мембраны для K+.
При гипокалиемии отток калия замедляется, а входящий поток Са2+ ускоряется, поэтому плато фазы 2 укорачивается или исчезает, а фаза 3 удлиняется в условиях замедленного оттока калия; при гиперкалиемии проницаемость мембраны для К+ увеличивается и отток К+ ускоряется, что также может укорачивать плато, но увеличение [K+]e ингибирует входящий поток Са2+ и замедляет скорость потока Са2+, поэтому плато значительно не укорачивается, но фаза 3 значительно укорачивается.
(1) Изменения электрофизиологии миокарда во время гипокалиемии характеризуются
(1) Ауторегуляция: Ауторегуляция зависит от скорости автоматической деполяризации ауторегуляторных клеток в фазе 4. Снижение [K+]e при гипокалиемии уменьшает проницаемость клеточной мембраны миокарда для калия и уменьшает отток K+ и увеличивает входящий поток Na+ или Ca2+ во время фазы 4 автоматической деполяризации ауторегуляторных клеток, что приводит к более быстрой деполяризации и увеличению ауторегуляции.
(ii) Возбудимость: Согласно уравнению Нернста, при острой гипокалиемии отношение [K+]i/[K+]e увеличивается, и абсолютное значение Em должно возрастать. Однако при уменьшении [K+]e проницаемость мембраны клеток миокарда для калия снижается, и внутриклеточный отток калия уменьшается, что приводит к уменьшению абсолютного значения Em и уменьшению расстояния Em-Et, тем самым повышая возбудимость клеток миокарда.
(3) Проводимость: снижение абсолютного значения Em и расстояния Em-Et в сердечных миоцитах приводит к более медленной и менее усиленной деполяризации фазы 0, более узкой разности потенциалов между местом возбуждения и периферией и более медленному распространению возбуждения, что приводит к снижению проводимости.
Сократимость: Сократимость кардиомиоцитов связана со скоростью входящего потока Ca2+ во время фазы 2 потенциала действия. При гипокалиемии [K+]e снижается и его ингибирующее действие на поток Ca2+ в фазе реполяризации 2 уменьшается, а поток Ca2+ в фазе реполяризации 2 ускоряется, что приводит к более быстрому увеличению [Ca2+]i и усилению процесса связи возбуждения и сокращения в миокарде, что приводит к повышению сократимости. Однако при тяжелой или хронической гипокалиемии сократимость миокарда снижается из-за дефицита внутриклеточного калия, что влияет на клеточный метаболизм и вызывает структурные повреждения миокарда.
(2) Изменения электрокардиограммы (ЭКГ).
(1) Снижение проводимости может вызвать удлинение интервала P-R ЭКГ и расширение волны комплекса QRS, что отражает атриовентрикулярную и внутрижелудочковую блокаду проводимости, соответственно.
(2) Ускоренный приток Ca2+ во второй фазе способствует транзиторному оттоку K+, что приводит к ускоренной реполяризации во второй фазе, что отражается депрессией сегмента S-T на ЭКГ.
(3) Отток калия в фазе 3 замедляет и удлиняет фазу реполяризации 3, что приводит к длительной фазе гиперактивности миокарда, вызывая такие изменения ЭКГ, как низкие, расширенные и инвертированные Т-волны, выраженные U-волны и удлиненный интервал Q-T.
Среди перечисленных изменений ЭКГ наиболее характерными изменениями при гипокалиемии являются депрессия сегмента S-T и наличие отчетливой волны U после волны T.
(3) Проявления аритмии при гипокалиемии.
При гипокалиемии возбудимость миокарда повышается, сверхнормативный период удлиняется, ауторегуляция точек эктопического пейсмекера увеличивается, в то время как проводимость замедляется за счет снижения проводимости, а эффективный период индукции укорачивается, что может легко привести к складыванию возбуждения. Поэтому гипокалиемия чревата преждевременными сокращениями, атриовентрикулярной блокадой, фибрилляцией желудочков и другими сердечными аритмиями.
3. влияние на кислотно-щелочное равновесие
Гипокалиемия может вызвать алкалоз по следующим механизмам.
① В дополнение к гипокалиемии, вызванной аномальным распределением калия, гипокалиемия вызывает внутриклеточный ацидоз и внеклеточный алкалоз из-за внутри- и внеклеточного обмена K+-H+;
② При снижении содержания калия в крови внутриклеточные эпителиальные клетки почечных канальцев [K+ ] уменьшаются, секреция K+ снижается, а обмен H+ — Na+ усиливается. В то же время секреция аммиака почечными канальцами увеличивается и выводится вместе с H+ в виде NH4+ с мочой; дефицит калия также снижает реабсорбцию хлора дистальными канальцами, вызывая дефицит хлора в организме. При алкалозе, вызванном гипокалиемией, моча кислая из-за увеличения H+, что отличается от щелочной мочи при общем алкалозе, и поэтому называется «парадоксальной кислой мочой».
4. воздействие на кровеносные сосуды
Снижение уровня калия в крови может привести к прямой диастоле мелких артерий, а также к снижению периферического сосудистого сопротивления из-за увеличения вазодилататора PGE. Поэтому пациенты с гипокалиемией склонны к таким симптомам, как головокружение и гипотония.
5. воздействие на почки
Хроническая гипокалиемия может вызвать снижение почечного кровотока и скорости гломерулярной фильтрации, а также структурные и функциональные изменения в канальцах, такие как снижение реакции на АДГ и нарушение реабсорбции NaCl в восходящей толстой части медуллярной петли, что приводит к нарушению концентрационной способности почек, полиурии, ноктурии и даже нефрогенному энурезу. Существует также возможность развития так называемой «нефропатии истощения калия», с очевидным гистологическим повреждением почечных канальцев и интерстициальным фиброзом.
6. другие аспекты тела
При гипокалиемии, помимо повышения уровня глюкозы в крови из-за снижения секреции инсулина, снижается синтез белка в клетках тканей. В зависимости от степени снижения содержания калия в крови могут наблюдаться различные симптомы со стороны центральной нервной системы, такие как психическая заторможенность, апатия, неотзывчивость, сонливость или кома. Это связано с такими факторами, как снижение возбудимости нервных клеток, нарушение метаболизма глюкозы и дисфункция натриевого насоса клеточной мембраны.
(iii) принципы профилактики и лечения гипокалиемии
1. Сначала перорально, а затем внутривенно
2.Смотрите мочу для пополнения запасов калия
3. контролируйте количество и скорость, внутривенные инъекции строго запрещены.