Φυσιολογία του  καλίου

Ιωάννης Γ. Γριβέας, MD, PhD

Νεφρολόγος

Τα αποθέματα K⁺ σ’ ένα υγιή ενήλικα είναι περίπου 3.000-4.000 mΕq (50-55 mΕq/kg βάρους σώματος). Σε αντίθεση με το Νa⁺, το οποίο περιορίζεται στον εξωκυττάριο χώρο, το Κ⁺ είναι κυρίως ενδοκυττάριο κατιόν, με το 98% του Κ⁺ του οργανισμού να εντοπίζεται ενδοκυττάρια. Η συγκέντρωσή του Κ⁺ στο ενδοκυττάριο διαμέρισμα κυμαίνεται μεταξύ 140-160 mEq/L, ενώ στο εξωκυττάριο διαμέρισμα μεταξύ 3,5-5,5 mEq/L. Η μεγαλύτερη συγκέντρωση Κ⁺ στον ενδοκυττάριο χώρο εξασφαλίζεται με την ενεργό λειτουργία της Νa⁺-Κ⁺-ATPάσης, η οποία βρίσκεται στην κυτταρική μεμβράνη και προάγει την έξοδο Νa⁺ από τα κύτταρα και την είσοδο Κ⁺ σ’ αυτά (με σχέση 3:2).

To Κ⁺ έχει δύο κύριες φυσιολογικές λειτουργίες. Πρώτον, έχει σημαντικό ρόλο στον κυτταρικό μεταβολισμό, με αποτέλεσμα μία σειρά από λειτουργίες του κυττάρου να επηρεάζονται σε συνθήκες ανισορροπίας του K⁺. Για παράδειγμα ασθενείς με αναγνωρίσιμο έλλειμμα K⁺ συχνά παραπονιούνται για πολυουρία. Το γεγονός αυτό σε μεγάλο βαθμό οφείλεται σε ελαττωμένη ικανότητα συμπύκνωσης των ούρων, ως αποτέλεσμα περιορισμένης σωληναρικής ανταπόκρισης στη δράση της αντιδιουρητικής ορμόνης (ADH). Δεύτερον, η διαφορά της συγκέντρωσης του ενδοκυττάριου-εξωκυττάριου Κ⁺ είναι ο ρυθμιστής της διατήρησης του δυναμικού ηρεμίας (resting membrane potential, Εm) της κυτταρικής μεμβράνης Αυτό το δυναμικό ηρεμίας είναι η βάση για τη δημιουργία του δυναμικό ενεργείας (action potential), το οποίο είναι απαραίτητο για τη νευρική και την μυική λειτουργία. Στην πράξη με την ενεργοποίηση του action potential ο ενδοκυττάριος χώρος γίνεται ηλεκτροθετικός με τη μαζική εισροή Na⁺ στο εσωτερικό του κυττάρου. Η διάδοση αυτών των μεταβολών στα κύτταρα είναι υπεύθυνη για τη μετάδοση της νευρικής διέγερσης και την έναρξη της μυικής σύσπασης. Έτσι, τόσο η υποκαλιαιμία, όσο και η υπερκαλιαιμία μπορεί να οδηγήσουν σε θανατηφόρο μυική παράλυση και καρδιακές αρρυθμίες, κατά ένα μέρος επηρεάζοντας την αγωγιμότητα του σκελετικού και του καρδιακού μυός.

Κατανομή καλίου μεταξύ κυττάρων και εξωκυτταρίου διαμερίσματος: Η διανομή του Κ⁺ πρέπει να είναι εξαιρετικά αποτελεσματική, αφού μία μετακίνηση ακόμα και 1,5-2% του ενδοκυττάριου Κ⁺ στο εξωκυττάριο διαμέρισμα μπορεί να οδηγήσει σε μοιραία αύξηση του Κ⁺ του πλάσματος σε επίπεδα 8 mEq/L ή και περισσότερο. Σ’ αυτό το βασικό στάδιο η φυσιολογική κατανομή του Κ⁺ επιτυγχάνεται κυρίως με την λειτουργία της Νa⁺-Κ⁺-ATPάσης. Επιπρόσθετα, η ικανότητα του Κ⁺ να μετακινείται ανάμεσα στα κύτταρα και στο εξωκυττάριο διαμέρισμα έχει τη δική του σημασία .

Οι φυσιολογικοί και παθολογικοί παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την κατανομή του Κ⁺ φαίνονται στον Πίνακα 1. Προσπαθώντας να σταχυολογήσουμε τα σημαντικότερα σημεία του πίνακα θα λέγαμε αρχικά ότι η κύρια φυσιολογική δράση της επινεφρίνης και της ινσουλίνης είναι να διευκολύνει τη διάθεση του φορτίου Κ⁺ που οξέως επιβαρύνει τον οργανισμό και όχι να ρυθμίσει τη συγκέντρωσή του στο πλάσμα. Αν και μία ανεπάρκεια των ορμονών αυτών μπορεί να προκαλέσει ήπια υπερκαλιαιμία, αυτή η επίδραση είναι προσωρινή, αφού το πλεόνασμα Κ⁺ μπορεί, είτε να μετακινηθεί ενδοκυττάρια, είτε να απομακρυνθεί από τα ούρα . Σχετικά με τη συγκέντρωση του Κ⁺ στο πλάσμα ποικίλλει ανάλογα με τα αποθέματα Κ⁺ του οργανισμού. Γενικά, μία ελάττωση στη συγκέντρωση Κ⁺ πλάσματος από 4 σε 3 mEq/L σχετίζεται με έλλειμμα 200-400 mEq του οργανισμού. Από την άλλη, μία αύξηση στη συγκέντρωση του Κ⁺ του πλάσματος από 4 σε 5 mEq/L συνήθως σχετίζεται με πλεόνασμα 100-200 mEq Κ⁺ του οργανισμού. Βέβαια ο κανόνας αυτός έχει εξαιρέσεις όπως το έλλειμμα ινσουλίνης και η υπερωσμωτικότητα σε μη ρυθμιζόμενο σακχαρώδη διαβήτη, ορισμένες μορφές μεταβολικής οξέωσης, βαριά άσκηση και εκσημασμένη λύση μυών, τα οποία προκαλούν μετακίνηση Κ⁺ εξωκυττάρια. Σ’ αυτές τις περιπτώσεις υπερκαλιαιμία εμφανίζεται ακόμη και αν οι αποθήκες Κ⁺ του οργανισμού είναι επαρκείς ή και με μειωμένο απόθεμα.

__________________________________________________________

1. Μειωμένη πρόσληψη

Ενδοφλέβια χορήγηση υγρών χωρίς Κ⁺

Περιορισμός διαιτητικού Κ⁺

2. Ανακατανομή εντός των κυττάρων

Μεταβολική αλκάλωση

Περίσσεια με ινσουλίνη

β-αγωνιστές

Διόρθωση μεγαλοβλαστικής αναιμίας

Χορήγηση αυξητικού παράγοντα των λευκών αιμοσφαιρίων (κοκκιοκυττάρων)

Οξύ έμφραγμα του μυοκαρδίου (κατεχολαμίνες)

Υποκαλιαιμική περιοδική παράλυση

Δηλητηρίαση με βάριο, θεοφυλλίνη

Υποθερμία

3. Απώλεια από το γαστρεντερικό σύστημα

Διάρροιες, έμετοι

Ειλεοστομία

Ειλεός

Σύνδρομο Zollinger-Ellison

4. Νεφρικές απώλειες

Αύξηση αλδοστερόνης

1) Σύνδρομο Conn (πρωτοπαθής υπεραλδοστερισμός)

2) Σύνδρομο Cushing

3) ACTH

4) Σύνδρομο Bartter

5) Σύνδρομο Gitelman

6) Δευτεροπαθής υπεραλδοστερισμός (κίρρωση, καρδιακή ανεπάρκεια)

7) Συγγενής υπερπλασία επινεφριδίων

8) Κακοήθης υπέρταση

Χρήση διουρητικών (θειαζίδες, διουρητικά της αγκύλης)

Νεφρική βλάβη

1) Νεφροσωληναριακή οξέωση (τύπου 1 και 2)

2) Πολυουρική φάση ΟΝΑ

3) Νεφροτοξικά φάρμακα (αμινογλυκοσίδες, κυτταροτοξικά)

4) Σύνδρομο Liddle

Πίνακας 1: Οι φυσιολογικοί και παθολογικοί παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν την κατανομή του Κ⁺

 

Νεφρική απέκκριση Κ⁺: Αν και μικρές ποσότητες Κ⁺ απομακρύνονται κάθε ημέρα διαμέσου του ιδρώτα και των κοπράνων, τα ούρα είναι η κύρια οδός δια της οποίας το Κ⁺ προερχόμενο από την καθημερινή δίαιτα και την ενδογενή κυτταρική παραγωγή απομακρύνεται από τον οργανισμό. Το κύριο γεγονός στη διούρηση είναι η έκκριση Κ⁺ από το σωληναριακό κύτταρο μέσα στον αυλό στον άπω νεφρώνα, ιδιαίτερα στα θεμέλια (principal) κύτταρα των σωληναρίων στη φλοιώδη και στην έξω μυελώδη μοίρα . H έκκριση του Κ⁺ από το κύτταρο στον αυλό είναι πρωτίστως παθητική στηριζόμενη στη διαπερατότητα της μεμβράνης, τη διαφορά συγκέντρωσης και την ηλεκτρική κλίση (electrical gradients) εκατέρωθεν της σωληναριακής μεμβράνης . Η αλδοστερόνη και η συγκέντρωση Κ⁺ πλάσματος, ενεργώντας συνεργικά είναι οι κύριοι φυσιολογικοί ρυθμιστές της έκκρισης Κ⁺. Ο ρυθμός ροής ούρων στον άπω νεφρώνα και το ηλεκτραρνητικό δυναμικό του σωληναρίου διαμέσου της επαναρρόφησης Na⁺ είναι επίσης σημαντικά, αλλά δεν έχουν ρυθμιστικό ρόλο, που σημαίνει ότι δεν αλλάζουν υποχρεωτικά συμπεριφορά ανάλογα με τις εναλλαγές στην ισορροπία K⁺ του οργανισμού .

H μικρή αύξηση στη συγκέντρωση K⁺ στο πλάσμα προκαλεί απελευθέρωση αλδοστερόνης, γεγονότα που με τη σειρά τους προκαλούν έκκριση K⁺. Η αλδοστερόνη εμπλέκεται στην παραπάνω διαδικασία με τους εξής μηχανισμούς: α) αυξάνοντας την επαναρρόφηση του Νa⁺ γεγονός που κάνει το σωληνάριο πιο ηλεκτραρνητικό, β) με μεταφορά Νa⁺ εξωκυττάρια διαμέσου της Νa⁺-Κ⁺-ATPάσης που μεταφέρει K⁺ ενδοκυττάρια και γ) με αύξηση του αριθμού των ανοιχτών καναλιών K⁺ στη μεμβράνη του σωληναρίου . Oι παραπάνω αλλαγές στη σωληναρική λειτουργία αναστρέφονται με δίαιτα χαμηλής περιεκτικότητας σε K⁺ ή σε καταστάσεις με έλλειμμα K⁺. Ο συνδυασμός της ελαττωμένης συγκέντρωσης K⁺ στο πλάσμα με τη μειωμένη έκκριση αλδοστερόνης οδηγούν σε αναγνωρίσιμη ελάττωση της σωληναριακής έκκρισης K⁺. Το αποτέλεσμα είναι ότι η έκκριση K⁺ μπορεί να ελαττωθεί σε 15-25 mEq ημερησίως σε ήπιο έλλειμμα K⁺ έως 5-15 mEq ημερησίως σε μεγαλύτερο έλλειμμα K⁺ . 

Η αυξημένη ροή του διηθήματος στον άπω νεφρώνα επηρεάζει την έκκριση K⁺ με μηχανισμό που δεν σχετίζεται με τη συγκέντρωση K⁺ ενδοκυττάρια. H έκκριση K⁺ αυξάνει την συγκέντρωσή του στο σωληναριακό υγρό, περιορίζοντας μ’ αυτόν τον τρόπο την κλίση συγκέντρωσης για περαιτέρω διάχυση έξω από το κύτταρο. Η αυξημένη ροή του διηθήματος στον άπω νεφρώνα περιορίζει το παραπάνω φαινόμενο, αφού το εκκρινόμενο K⁺ παρασύρεται και αντικαθίσταται από ελεύθερο Κ⁺ υγρό που προέρχεται από την αγκύλη του Henle . 

Η αυξημένη ροή του διηθήματος στον άπω νεφρώνα έχει σημαντικό ρόλο σε φυσιολογικές και παθολογικές καταστάσεις. Συγκεκριμένα, επιτρέπει στην αλδοστερόνη να ρυθμίζει την ομοιόσταση του Νa⁺ και στην ADH να ρυθμίζει την υδρική κατάσταση του ασθενούς, χωρίς να επηρεάζεται η ισορροπία του K⁺. Εκσημασμένη απώλεια K⁺ και υποκαλιαιμία μπορεί να παρατηρηθεί, ωστόσο, αν η ροή διηθήματος στον άπω νεφρώνα αυξηθεί ενώ η έκκριση αλδοστερόνης και ADH είναι φυσιολογικές ή αυξημένες. Αυτή η ακολουθία μπορεί να ακολουθήσει τη χορήγηση Νa⁺ σ’ έναν ασθενή με αδένωμα που παράγει αλδοστερόνη (όπου η έκκριση της αλδοστερόνης δεν επηρεάζεται από την έκπτυξη του όγκου) ή τη χρήση διουρητικών (θειαζιδικών ή της αγκύλης) . 

 

Βιβλιογραφία

1. Clausen T, Everts ME. Regulation of the Na⁺, K⁺-pump in skeletal muscle. Kidney Int 1989; 35: 1-13.
2. Κnochel JP. Neuromuscular manifestations of electrolyte disorders. Am J Med 1982; 75: 521-535.
3. Caterall WA. Structure and function of voltage-sensitive ion channels. Science 1988; 242: 50-61.
4. Brown RS. Extrarenal potassium homeostasis. Kidney Int 1986; 30: 116-127.
5. De Fronzo RA, Bia M, Birkhead G. Epinephrine and potassium homeostasis. Kidney Int 1981; 20: 83-91.
6. Wright FS. Renal potassium handling. Semin Nephrol 1987; 7: 174-184.
7. Stanton BA. Renal potassium transport: Morphological and functional adaptations. Am J Physiol 1989; 257: R989-R997.
8. Stanton BA. Regulation of Νa⁺ and K⁺ transport by mineralocorticoids. Semin Nephrol 1987; 7: 82-90.
9. Good DW, Wright FS. Luminal influences on potassium secretion: Sodium concentration and fluid flow rate. Am J Physiol 1979; 236: F192-F205.
10. George JM, Wright L, Bell NH, Bartter FC. The syndrome of primary aldosteronism. Am J Med 1970; 48: 343-356.