低钾血症

钾离子在细胞功能中的作用

钾离子（K⁺）在维持正常细胞功能方面起着关键作用^[4]。

1、维持细胞内外的电位差

K⁺ 是主要的细胞内阳离子，几乎所有细胞都有一种名为“Na⁺-K⁺-ATP 酶”的泵，它将钠离子（Na⁺）泵出细胞，将 K⁺ 泵入细胞内，导致细胞膜内外出现 K⁺ 梯度（胞内 K⁺ 浓度>胞外 K⁺ 浓度），这在某种程度上维持了跨膜电位差。许多细胞功能都依赖于这种电位差，尤其是在可以产生兴奋的组织中，例如神经和肌肉。2% 的 K⁺ 存在于细胞外液（extra cellular fluid，ECF）中，其浓度仅有 4 mEq/L^[5]。

2、催化酶活性

酶活性以及细胞分裂和生长由钾离子催化，并受钾离子浓度及其变化影响。

3、调节酸碱平衡

细胞内 K⁺ 可通过交换细胞外氢离子（H⁺）和影响肾脏铵盐的生成速率^[6]来参与酸碱调节。

4、反调节机制

反调节机制的存在是为了防止钾离子变化。这些机制有助于维持体内 K⁺ 的适当分布，以及调节体内 K⁺ 的总量。过多的 ECF 钾离子（高钾血症）会降低膜电位，而低钾血症则会导致细胞膜的超极化和无反应性^[7]。如果钾离子平衡被破坏（低钾血症或高钾血症），会导致心脏电传导中断、心律失常甚至猝死。钾离子平衡对细胞内和细胞外水平的（H⁺）平衡以及整体细胞活性有直接的负面影响。

K⁺ 平衡

1、外部钾离子平衡取决于钾的摄入量（通常为 100 mmol/天）、排尿量（通常为 90 mmol/天）和粪便排泄量（通常为 10 mmol/天）。钾离子在肌肉、骨骼、肝脏和红细胞（blood cells，RBC）和 ECF 中的分布对内部钾离子平衡有直接影响^[8，9]（图 1）。

2、肾脏主要负责维持全身 K⁺ 平衡。然而，肾脏排 K⁺ 的调节需要几个小时的时间才能完成；因此，细胞外 K⁺ 浓度的变化最初是通过 K⁺ 进出骨骼肌的活动进行缓冲的。

（1）对细胞内和细胞外 K⁺ 分布的调节被称为内部 K⁺ 平衡。在正常情况下，胰岛素和儿茶酚胺在该调节中发挥最重要的作用^[8]。钾离子通过醛固酮释放的反馈调节控制其自身的 ECF 浓度。K⁺ 水平的上升会导致醛固酮释放，这是通过肾素-血管紧张素-醛固酮机制实现的，或是由受到刺激的肾上腺皮质细胞直接释放醛固酮完成的^[9]。更具体地说，细胞外钾离子浓度的增加会刺激醛固酮分泌（通过血管紧张素 II），这反过来又会增加尿 K⁺ 排泄。在稳定状态下，K⁺ 的排泄量与摄入量相匹配，且大约 90% 的 K⁺ 由肾脏排泄，10% 的 K⁺ 在粪便中恒定排泄。相比之下，远端肾单位的 K⁺ 分泌率变化很大，并根据生理需要的变化受到调节。（集合管）主细胞中 K⁺ 分泌的细胞决定因素包括细胞内 K⁺ 浓度、管腔内 K⁺ 浓度、管腔膜两侧电位（电压）差和管腔膜对 K⁺ 的渗透性。增加细胞内 K⁺ 浓度、降低管腔内 K⁺ 浓度或使管腔更具电负性将会提高 K⁺ 分泌率。增加管腔膜对 K⁺ 的通透性时，K⁺ 分泌率也增加^[10，11]。

（2）K⁺ 分泌的两个主要决定因素是盐皮质激素活性和 Na⁺ 和水的远端传递。醛固酮是人体主要的盐皮质激素，通过与远端肾小管和肾单位集合管中的盐皮质激素受体结合，介导肾脏 K⁺ 的排泄和 Na⁺ 的重吸收。醛固酮通过激活基侧膜中 Na⁺-K⁺-ATP 酶的活性来增加细胞内 K⁺ 浓度，刺激 Na⁺ 跨管腔膜的重吸收，从而增加管腔的电负性，增加有利于 K⁺ 分泌的电梯度，最终直接影响管腔膜使其对 K⁺ 的渗透性增加^[10]。在血容量不足的情况下，肾素-血管紧张素系统的激活导致醛固酮释放增加。循环醛固酮的增加促进肾脏保留钠，这有助于恢复 ECF 容量，但对肾脏分泌 K⁺ 没有明显影响。当高钾血症发生时，K⁺ 对肾上腺皮质球状带细胞的直接作用会介导醛固酮的释放。随之而来的循环醛固酮的增加又会刺激肾脏分泌 K⁺，使血清 K⁺ 浓度恢复正常，但这一过程不会伴随肾源性钠潴留。醛固酮向肾脏发出信号，在血容量不足时促进钠盐保留而不影响 K⁺ 分泌，在高钾血症时促进 K⁺ 分泌而不引起钠盐潴留，这种能力被称为醛固酮悖论^[11]。

（3）此外，K⁺ 可被肾小球自由滤过，而几乎所有滤过的 K⁺ 都会被近端肾小管和髓袢重吸收。肾单位近端的这种吸收被动地跟随 Na⁺ 和水吸收，而髓袢升支粗段的重吸收是由管腔膜中的 Na⁺、K⁺ 和 2 氯（Cl^-）载体（NKCC2）介导的。连接小管部分、皮质集合管和外髓部集合管中的主细胞、以及乳头状集合管（或内髓部集合管）通过管腔钾离子通道分泌 K^+[12]。肾外髓部 K⁺（ROMK）通道是两类 K⁺ 通道之一，已在皮质集合管细胞中发现，并被认为是主要的 K⁺ 分泌途径。该通道的特点是在生理条件下具有低电导和高开放率。maxi-K⁺ 通道（也被称为大电导 K⁺（BK）通道）的特点是具有较大的单通道电导，在基础状态下处于静止状态，在流量增加时处于激活状态。除了增加 Na⁺ 的释放和稀释管腔内 K⁺ 浓度外，maxi-K⁺ 通道的聚集有助于流量依赖性 K⁺ 分泌增加^[13，14]。

（4）回到集合管部分的功能，它们根据生理需要的变化分泌不同数量的 K⁺，是尿钾排泄的主要来源。远端肾小管部分的分泌功能也通过皮质集合管和外髓部集合管中的闰细胞进行 K⁺ 重吸收来平衡^[13]。管腔膜中活跃的 H⁺-K⁺-ATP 酶泵充当介质，促进质子分泌和 K⁺ 重吸收。肾脏增加 K⁺ 排泄的能力远远大于减少 K⁺ 排泄的能力。因此，摄入不足会导致 K⁺ 缺乏和低钾血症。高钾血症通常在肾脏排泄功能受损（肾小球滤过率（glomerular filtration rate，（GFR）<20 mL/min）时发生。