Глава 5

НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА КАЛИЯ

Гипокалиемия - это патологическое состояние организма вследствие падения содержания калия во внеклеточной жидкости и жидкой части плазмы крови ([К*]) до уровня меньшего, чем 5 ммоль/л.

Гипокалиемия вызывает опасные дисфункции и проявляет себя соот­ветствующими симптомами, когда [К⁺] меньше, чем 3,0 ммоль/л. Внекле­точная жидкость содержит всего 60 ммоль калия, что составляет лишь 2 % его общего содержания в организме. Поэтому изменения [К⁺] не всегда от­ражают патологические сдвиги общего содержания катиона в клетках и во внеклеточной жидкости. [К⁺] меньше 3,0 ммоль/л свидетельствует о потере организмом не менее, чем. 200 ммоль калия.

У большинства больных с хронической гипокалиемией ее обуславливают потери калия во внешнюю среду. Их вызывают рвота, потери содержимого желудка по гастральному зонду, понос или действие мочегонных средств. Обычно при этом выявляют симптомы и получают данные специальных ис­следований, которые свидетельствуют о развитии дефицита внеклеточной жидкости. Если признаков дефицита ОВнЖ нет, то причиной гипокалиемии следует считать избыточную секрецию альдостерона (вторичный или пер­вичный альдостеронизм). Так, избыточная секреция минералкортикоидов при вторичном альдостеронизме как следствии и (или) причине артериальной гипертензии ведет к гипокалиемии, которую может опасно обострить дей­ствие мочегонных* повышающих экскрецию калия. Перемещение калия в клетки из внеклеточного сектора редко вызывает хроническую опасную ги- покалиемию. Калий перемещается в клетки из внеклеточного пространства под действием гормонов (инсулин, эндогенные катехоламины), в результате метаболического алкалоза, вследствие преобладания на системном уровне анаболических процессов над катаболическими.

Одна из наиболее частых причин гипокалиемии у тяжелых больных в условиях стационара - это усиленная экскреция калия с мочой.

Почти весь калий, который попадает в состав ультрафильтрата в клу­бочках нефронов, реабсорбируется до того, как жидкость в просвете каналь­цев достигнет дистальных сегментов нефрона, где происходит секреция калия в просвет канальцев, вторичная по отношению к активной реабсорб­ции натрия. Ключевой гормон в регуляции экскреции калия почками - это усиливающий ее альдостерон. Стимулом для секреции альдостерона слу­жат гиперкалиемия, рост содержания в циркулирующей крови ангиотензи- на II и усиление высвобождения передней долей гипоталамуса альдосте- рон-рилизинг-фактора, которое происходит вне зависимости от секреции адренокортикотропного гормона. Содержание ангиотензина II в плазме крови возрастает в результате увеличения в ней активности ренина. Высвобожде­ние ренина клетками юкстагломерулярных аппаратов нефронов растет в

Рис. 5.1. Активная секреции натрия в дистальных сегментах нефрона

ответ на развитие дефицита ОВнЖ при стенозе почечной артерии (реновас- кулярная артериальная гипертензия), а также в результате возбуждения бета- один-адренорецепторов. Увеличение объема внеклеточной жидкости и дей­ствие бета-один-адреноблокаторов угнетают секрецию ренина, уменьшают высвобождение альдостерона надпочечниками и секрецию калия в просвет дистальных сегментов нефрона. Деструкция юкстагломерулярных аппара­тов нефронов при заболеваниях, поражающих почечный интерстиций, осо­бенно характерная для диабетической нефропатии, резко снижает актив­ность ренина в плазме. Ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента снижают концентрации в крови ангиотензина II и альдостерона, несмотря на высокую активность ренина в плазме крови. Предсердный натрийурети- ческий пептид угнетает секрецию альдостерона клетками клубочковой зоны коры надпочечников.

Альдостерон открывает натриевый канал обращенной в просвет канальца части наружной клеточной мембраны эпителиоцита, одновременно снижая ее проницаемость для хлоридного аниона (рис. 5.1). Кроме того, гормон повышает активность натрий-калий-АТФазы базолатеральной мембраны эпителиоцита. Натрий из просвета канальцев устремляется в сторону своей меньшей концентрации в эпителиоцит, из которого его выводит механизм активного трансмембранного переноса (натрий-калий-АТФаза). Одновре­менно действие этого механизма перемещает в обратном направлении че­рез базолатеральную мембрану калий. Рост содержания калия в клетке ве­дет к его выходу в интерстиций и в просвет канальца. В просвете калиевые катионы удерживаются анионами, в том числе и хлоридным, которые не реабсорбируются из просвета канальцев.

Все катионы калия, которые в ходе активной секреции попадают в про­свет дистальных извитого и кортикального собирательных канальцев, вы­деляются в составе конечной мочи. В собирательных канальцах мозгового слоя реабсорбция воды не меняет общего содержания калия в просвете ка­нальцев, а только повышает концентрацию К⁺ в конечной моче.

В этой связи выделяют две детерминанты экскреции почками калия:

• общее количество натрия, которое по просвету канальцев достигает дис­тальных сегментов нефрона, где происходит активная секреция калия;

• действие на эпителиоциты этих сегментов альдостерона.

Наиболее частая причина повышенной секреции альдостерона, приво­дящей к гипокалиемии, - это увеличение секреции ренина клетками юк- стагломерулярного аппарата в ответ на падение объема внеклеточной жид­кости. Дефицит объема внеклеточной жидкости ведет к увеличению секреции ренина не только через гиповолемию, снижающую объемную ско­рость кровотока через клубочки нефронов. Кроме того, он вызывает неспе­цифическую стрессорную реакцию, при которой системная адренергичес­кая стимуляция повышает секрецию ренина через возбуждение бета-один- адренорецепторов . Если объем внеклеточной жидкости падает в такой сте­пени, что это снижает скорость клубочковой фильтрации, то вторичный аль- достеронизм как реакция на дефицит ОВнЖ может не вызывать гипокалие­мии из-за низкого уровня доставки натрия в сегменты нефрона, где происходят сопряженные активная реабсорбция натрия и секреция калия.

Вторичный альдостеронизм как звено патогенеза реноваскулярной ар­териальной гипертензии также может быть причиной гипокалиемии. Де­фицит в организме магния повышает секрецию альдостерона, что у части больных обуславливает гипокалиемию.

Вторичный альдостеронизм как причина гипокалиемии у части больных связан с ренин-продуцирующей опухолью почек или гипертрофией образую­щих и высвобождающих ренин клеток юкстагломерулярного аппарата.

Наконец, вторичный альдостеронизм характеризует такое редкое сис­темное расстройство как синдром Бартера (см. главу, посвященную метабо­лическому алкалозу). При всех этих видах вторичного альдостеронизма в плазме крови высока активность ренина.

Первичный альдостеронизм, обусловленный двусторонней гиперплази­ей коры надпочечников или их аденомой, также приводит к гипокалиемии. При этом активность ренина в плазме крови находится на низком уровне.

В главе, посвященной артериальной гипертензии, описан патогенез ги­покалиемии, а) связанной с высокой концентрацией кортизола как мине- ралкортикоида в плазме крови, б) вызванной ферментопатиями, нарушаю­щими синтез гормонов коры надпочечников, в) обусловленной экзогенными веществами со свойствами минералкортикоидов или усиливающих синтез кортизола в организме, и г) как следствия мутаций генов, детерминирую­щих синтез гормонов коры надпочечников.

Действие мочегонных средств, которые не относятся к группе препара­тов, обладающих свойством не вызывать потери калия (спиронолактон, ами- лорид и др.), приводит к росту экскреции калия с конечной мочой. Диуретики блокируют реабсорбцию натрия в почечных канальцах таким образом, что повышают поступление натрия хлорида в сегменты нефрона, где под влияни­ем альдостерона происходят активные реабсорбция натрия и сопряженная с ней секреция калия. Таким образом действие диуретиков усиливает влияние на экскрецию калия с мочой одной из ее детерминант. Одновременно через усиление натрийуреза мочегонные средства снижают объем внеклеточной жид­кости, что служит стимулом для усиления действия второй детерминанты ре- нальной экскреции калия, эффекта альдостерона на эпителиоциты сегментов нефрона, осуществляющие секрецию калия в просвет канальцев (схема 5.1)

Схема 5.1. Патогенез гипокалиемии в результате побочного действия диуретиков

Патогенетически обоснованная коррекция гипокалиемии как следствия побочного действия диуретиков должна быть ориентирована на снижение двух детерминант величины выделения калия с мочой. Количество катио­нов натрия, поступающих в сегменты нефрона, в которых под влиянием альдостерона происходит секреция калия в просвет канальцев, снижают, ограничивая суточное потребления натрия с пищей и напитками 100 ммо­лями. Вторичный альдостеронизм стремятся устранить через действие инги­биторов ангиотензин-превращающего фермента. Одновременно повышают суточное потребление с пищей и напитками калия, снижают дозу диурети­ка или применяют мочегонные средства, в меньшей степени повышающие выделение калия почками.

Содержание калия в желудочном содержимом относительно невелико и обычно не больше, чем 15 ммоль/л. Обычно потери содержимого желудка при частой рвоте и по зонду вызывают гипокалиемию не через потери кати­она во внешнюю среду. Ведущее звено патогенеза гипокалиемии вследствие потерь содержимого желудка - это вторичный альдостеронизм, связанный с дефицитом ОВнЖ. Понос может быть непосредственной причиной гипо­калиемии, так как содержание калия в кишечнике выше, чем в просвете более проксимальных отделов желудочно-кишечного канала. При холерном поносе за несколько часов больной может потерять 6 л воды, содержащей 750 ммоль натрия и 100 ммоль калия. Когда диарея связана с дисфункцией более каудальных отделов кишечника, в частности обусловленных ворсин­чатой аденомой прямой кишки, потери калия больше, так как в просвете этих отделов концентрация К⁺особенно велика.

Вне зависимости от причины, вызвавшей перемещение калия из внекле­точного пространства в клетки, такая миграция катиона сама по себе не может быть причиной клинически значимой гипокалиемии, так как сни­жает концентрацию калия не более, чем на 1 ммоль/л.

сопряженный трансмембранный „ _Гтт+і

ПцДбНИб |_jn J

Рис. 5.2. Патогенез гипокалиемии вследствие метаболического алкалоза (см. объяснения в тексте, пунктиром обозначены причинно-следственные связи)

Перемещение калия в клетки может обострить гипокалиемию, которую в основном вызывает какогой-либо другой патологический процесс. Так, если гипокалиемию у больного выявляют одновременно с метаболическим алкалозом (ростом содержания бикарбонатного аниона во внеклеточной жидкости и в жидкой части плазмы крови), то она часто обусловлена вто­ричным альдостеронизмом вследствие дефицита ОВнЖ, связанного с поте­рями желудочного содержимого или ростом натрийуреза в результате дей­ствия мочегонных.

Наиболее клинически значимое перемещение калия в клетки из всех расстройств кислотно-основного состояния вызывает метаболический ал­калоз (рис. 5.2).

Рост при метаболическом алкалозе содержания во внеклеточной жидко­сти бикарбонатного аниона ([НС0₃ ]) снижает концентрацию в ней прото­нов ([Н⁺]). Это служит причиной выхода из клеток свободных ионов водо­рода, сопряженного с перемещением натрия в клетку. Натрий, поступивший в клетку в обмен на протоны, выводится обратно во внеклеточное простран­ство через действие механизма активного трансмембранного переноса с участием натрий-калий-АТФазы. Работа этого механизма одновременно с выводом натрия из клетки перемещает в нее калий.

Действие инсулина перемещает калий в клетки из внеклеточного про­странства через увеличение трансмембранного клеточного потенциала по­коя и содержания в клетке органических анионов. Если больному сахарным диабетом и гипокалиемией ввести инсулин, то действие гормона может опас­но снизить содержание калия в плазме крови.

Возбуждение бета-два-адренорецепторов вызывает перемещение калия в клетки. Особенно велик уровень возбуждения бета-два-адренорецепторов вследствие системной адренергической стимуляции, обусловленной пато­генным стрессом тяжелого ранения, гиповолемией, хирургической опера­цией в условиях неэффективной анальгезии, а также в результате расстройств внутрицентральных отношений у больных белой горячкой. Передозировка бета-два-адреномиметиков может снизить концентрацию калия в плазме крови на 1,5—2,0 ммоль/л.

Таблица 5.1

Связь патогенеза и симптомов гипокалиемии

Звено патогенеза гипокалиемии

Клинические признаки

Эффектор функциональ­ной системы, состояние которого патологически изменяет гипокалиемия

Скелетные мышцы

Гладкие мышцы стенок желудка и кишечника

Сердце

Почки

Увеличение трансмембранного потенциала скелетных мышц. Па­дение возбуцимиости миоцитов Рост наружного клеточного по­тенциала покоя миоцитов гладких мышц и клеток дуоденального во­дителя ритма. Расстройства гене­рации и распространения по же- лудочно-кишечному каналу миг­рирующего миоэлектрического комплекса

Увеличение трансмембранного потенциала покоя клеток юди­те лей ритма проводящей системы сердца и рабочих кардиомиоцитов

Падение концентрационной спо­собности почек

Мышечная слабость, параличи

Угнетение кишечной мо­торики вплоть до разви­тия острой кишечной не­проходимости

Сердечные аритмии, пато­логические изменения эле­ктрокардиограммы: уплот­нение и инверсия зубца Т, депрессия сегмента 8-Т, появление волны и Полиурия, полидипсия

Без интенсивной коррекции тяжелая гипокалиемия может вызвать опас­ные нарушения сердечного ритма и обусловить прогрессирование наруше­ний водно-солевого обмена, в частности через развитие паралитической кишечной непроходимости (табл. 5.1).

Так как способность почек ограничивать выделение калия с мочой ис­ключительно велика, то гипокалиемия у больных почти не бывает следствием низкого поступления калия в организм. Низкая величина потребления ка­лия с пищей и напитками приводит к снижению его общего содержания в организме на 100 ммоль от нормальной величины в 3000—4000 ммоль за недели или месяцы.

При патологических потерях калия из внеклеточной жидкости, в част­ности вследствие побочного эффекта некоторых мочегонных средств, низ­кое потребления калия с пищей и напитками ускоряет развитие гипокалие­мии и гипокалии (низкого общего содержания калия в организме). Особенно часто гипокалиемия такого происхождения развивается у пожилых боль­ных, страдающих гипертонической болезнью, которым назначают диуре­тики, обладающие свойством повышать ренальную экскрецию калия.

Гиперкалиемия - это патологическое состояние вследствие роста со- держания во внеклеточной жидкости и жидкой части плазмы крови калия.

Гиперкалиемия приводит к опасным дисфункциям, когда концентрация калия в плазме становится выше, чем 6,0 ммоль/л. При остром развитии гиперкалиемии она вызывает сердечные аритмии при меньших значениях [К⁺], чем при хронической гиперкалиемии.

Хроническая гиперкалиемия - это всегда результат сниженной экскре­ции калия.

Если гиперкалиемия не представляет собой следствия почечной недоста­точности, то ее чаще всего обуславливают низкая активность альдостерона в циркулирующей крови или сниженная объемная скорость тока жидкости в просвете канальцев дистальных сегментов нефрона, в которых происходят сопряженные активные реабсорбция натрия и секреция калия. Эту скорость снижает защитно-патогенная реакция спазма приводящих артериол нефро- нов в ответ на гиповолемию, циркуляторную гипоксию и дефицит объема внеклеточной жидкости. Системная патогенная болевая реакция может вы­зывать и обострять спазм приводящих артериол как причину гиперкалиемии.

Если при гиперкалиемии снижена активность ренина в плазме, то это свидетельствует о недостаточности секреции ренина и вторичному по отношению к ней падению секреции альдостерона, вызывающему гиперка- лиемию. Это может быть следствием потери почками значительного числа нормально функционирующих юкстагломерулярных аппаратов нефронов, которую обуславливают:

• интерстициальный нефрит как результат инфекций;

• нефротоксическое действие нестероидных противоспалительных средств и некоторых антибиотиков (метициллин и др.);

• амилоидоз почек или отложения в них уратов;

• диабетическая нефропатия.

Побочное действие бета-адренолитиков через снижение уровня возбуж­дения бета-один-адренорецепторов ведет к снижению активности в плазме крови ренина, альдостерона и гиперкалиемии.

У части больных гиперкалиемия - это элемент синдрома хлоридного шунта, который, кроме нее, характеризуют:

• умеренный рост ОВнЖ;

• незначительная артериальная гипертензия;

• метаболический ацидоз при нормальном АПП;

• низкая концентрация калия в конечной моче.

У больных с синдромом хлоридного шунта действие альдостерона на тубулярные эпителиоциты, секретирующие калий, не приводит к снижению проницаемости стенки канальцев для хлоридного аниона, то есть не вызы­вает деполяризации обращенной в просвет канальцев части наружной кле­точной мембраны клетки тубулярного эпителия. Без деполяризации нет сек­реции калия и протонов в просвет канальцев. Сниженная секреция протонов служит причиной метаболического ацидоза. Рост концентрации протонов во внеклеточной жидкости при метаболическом ацидозе у больных с синд­ромом хлоридного шунта - это результат не только сниженной секреции протонов в просвет канальцев, но и торможения вследствие гиперкалиемии образования аммиака эпителиоцитами. Предположительно гиперкалиемия служит стимулом усиленной секреции альдостерона, которая повышает ре­абсорбцию натрия. Усиленная реабсорбция натрия служит причиной роста объема внеклеточной жидкости и артериальной гипертензии у пациентов с синдромом хлоридного шунта.

Если у больного выявляют гиперкалиемию и высокую активность рени­на в плазме крови, то патологический рост содержания калия в плазме обус­ловлен или низкой активностью в крови альдостерона или угнетением физиологической реакции почек на действие минералкортикоида.

Низкую активность альдостерона в циркулирующей крови чаще всего обуславливает первичная недостаточность надпочечников (см. главу, посвя­щенную эндокринопатиям). Вероятность недостаточности надпочечников как причины гиперкалиемии велика при синдроме приобретенного имму­нодефицита (результат обширного некроза надпочечников), саркоме Кало­ши, цитгломегаловирусной инфекции, туберкулезе, инфекциях, вызванных атипичными микобактериями и СгурШсоссш.

Недостаточная активность альдостерона в плазме крови может быть следствием действия ингибиторов ангиотензинпревращающего фермента, антибиотиков из класса циклоспоринов и диуретика спиронолактона.

В основе синдрома тубулярной гиперкалиемии без дефицита альдосте­рона лежит угнетение физиологической реакции клеток тубулярного эпите­лия, осуществляющих секрецию калия в просвет канальцев, на действие гормона. Синдром вызывают:

• обструктивная уропатия;

• постишемические изменения эпителиоцитов в пересаженной почке;

• системные красная волчанка и амилоидоз, поражающие паренхиму почек;

• нефропатия вследствие серповидно-клеточной анемии;

• избыточное действие диуретиков, не обладающих свойством повы­шать выделение калия с мочой.

Молекулы этих лекарственных средств (спиронолактон и др.), связыва­ясь с альдостероновыми рецепторами, обуславливают ареактивность эпи­телиоцитов к действию минералкортикоида.

Гиперкалиемию может вызывать выход калия из клеток во внеклеточ­ное пространство вследствие эндокринопатий, ацидоза и цитолиза.

Недостаточная секреция инсулина, инактивация гормона на пререцеп- торном уровне, угнетение физиологической реакции клеток на действие инсулина на рецепторном и пострецепторном уровнях, которые лежат в ос­нове развития сахарного диабета, ограничивают вход калия в клетку с глю­козой и аминокислотами в качестве субстратов анаболических процессов. Резистентность к инсулину (см. главу, посвященную сахарному диабету) обуславливает гиперкалиемию. Выход калия из клеток у больных сахар­ным диабетом не связан с диабетическим кетоацидозом. Это следствие ре­зистентности к инсулину.

Бета-адренолитики могут вызвать гиперкалиемию, так как возбуждение соответствующих адренорецепторов перемещает калий в клетки. Бета-ад- ренолитики, не обладающие свойством селективных бета-адреноблокато- ров, одновременно с бета-два-адренорецепторами блокируют бета-один- адренорецепторы. Это снижает синтез ренина и секрецию альдостерона, вызывая гиперкалиемию. Вот почему действие бета-адреноблокаторов мо­жет приводить к клинически значимой гиперкалиемии. Альфа-адреноми-

метики усиливают выход калия из клеток. Их действие может усилить ги- перкалиемию, в основном обусловленную другими причинами.

Особенно выражена гиперкалиемия когда ее обуславливают резистент­ность к инсулину и снижение секреции альдостерона при низкой активнос­ти ренина в плазме крови у больного с инсулинзависимым сахарным диабе­том и диабетической нефропатией, разрушающей клетки юкстагломе- рулярных аппаратов, секретирующие ренин.

Рис. 5.3. Схема патогенеза гиперкалиемии, вызванной метаболическим ацидозом

наружная клеточная мембрана

СГ

лактатный

анион

Рост концентрации калия во внеклеточном секторе снижает трансмемб­ранный потенциал покоя миоцитов скелетных мышц и сердца, а также ней­ронов. В результате возникают расстройства возбудимости данных клеток, которые проявляют себя парестезиями, слабостью мышц вплоть до парали­ча, высокими и острыми зубцами Т электрокардиограммы, а также депресси­ей ее сегмента Б-Т. В тяжелых случаях гиперкалиемии, когда концентрация калия в циркулирующей крови превышает 7 ммоль/л, возникают фибрилля­ция желудочков и асистолия.

Из расстройств кислотно-основного состояния острую гиперкалиемию может вызвать острый метаболический ацидоз при нормальной величине анионного пробела плазмы (АПП), обусловленный потерями бикарбонат- ного аниона во внешнюю среду, которые в частности происходят при поно­се и бикарбонатурия. Падение [НС0₃ ] вызывает рост содержания во вне­клеточной жидкости протонов. В результате роста концентрации протонов во внеклеточной жидкости они начинают мигрировать в клетки без обычно присутствующих во внеклеточной жидкости анионов (хлоридного, бикар- бонатного и других). В клетках протоны связываются внутриклеточными буферными системами, на что расходуются внутриклеточные анионы. На­рушение электронейтральности внутри клеток ведет к выходу из клетки калия и гиперкалиемии. Если рост концентрации протонов во внеклеточ­ной жидкости происходит одновременно с появлением в ней органических анионов, которое увеличивает АПП (лактатный ацидоз, диабетический ке- тоацидоз), то он не вызывает выхода калия из клеток. Дело в том, что эти органические анионы свободно мигрируют в клетки вместе с протонами (рис. 5.3). В результате электронейтральность внутриклеточной среды из­менений не претерпевает, так как расходуемые на связывание протонов внут­риклеточные анионы замещаются анионами из внеклеточной жидкости.