第二節 鉀代謝紊亂

一、正常鉀代謝

（一）鉀的分布及鉀的正常代謝

正常成人體內含鉀量為50～55mmol/kg，其中約98%的鉀存在于細胞內，約2%分布于細胞外。細胞內液的鉀濃度約為140～160mmol/L，細胞外液的鉀濃度約為3.5～5.5mmol/L。鉀是細胞內液主要的陽離子，對維持細胞新陳代謝、細胞膜靜息電位和調節細胞內外液的滲透壓及酸堿平衡均有重要作用。

鉀的攝入量和排出量處于動態平衡。天然食物含鉀非常豐富，成人每天隨飲食攝入的鉀量約為2～4g，其中大部分在小腸吸收，吸收的鉀首先轉移至細胞內，隨后主要經腎隨尿排出體外。腎臟排鉀，具有多吃多排、少吃少排、不吃也排的特點。其余小部分鉀由汗液和糞便排出體外。

（二）鉀平衡的調節

鉀的平衡主要通過鉀的跨細胞轉移和腎的調節來實現。在一些特殊情況下，結腸也可成為重要的排鉀場所。

1．鉀的跨細胞轉移 機體對快速變動的鉀的調節主要依靠細胞內外鉀離子的轉移來實現。鉀離子在細胞內外的轉移可迅速、準確地維持細胞外液中鉀的濃度。調節鉀跨細胞轉移的基本機制稱為泵-漏機制。泵指Na+-K+-ATP酶，將鉀逆濃度差主動轉運至細胞內；漏指鉀離子順濃度差通過鉀離子通道進入細胞外。

（1）促進細胞外鉀進入細胞內的主要因素：胰島素、β腎上腺素受體的激活、細胞外液鉀離子濃度的升高，可刺激Na+-K+-ATP酶，將促進細胞攝鉀；血清鉀濃度的升高可直接刺激胰島素的分泌，從而促進細胞攝鉀；堿中毒也可促進鉀離子進入細胞內。

（2）促進細胞內鉀轉移到細胞外的主要因素：α促腎上腺素受體的激活、酸中毒、細胞外液滲透壓的急劇升高、劇烈運動時肌肉收縮等促進鉀離子從細胞內移出。

2．腎對鉀排泄的調節 腎排鉀的過程可分為三個部分：腎小球的濾過；近曲小管和髓袢的重吸收；遠曲小管和集合管對鉀的排泄和重吸收。

一般情況下，腎小球的濾過、近曲小管和髓袢的重吸收對鉀通常無重要的調節作用。對不斷變動的鉀攝入量，機體主要通過遠曲小管和集合管對鉀的排泄和重吸收來調節。

（1）遠曲小管和集合管調節鉀平衡的機制：根據機體鉀的平衡狀態，遠曲小管和集合管可執行分泌和重吸收的功能，使鉀的攝入量與排出量保持平衡，以維持鉀濃度的相對恒定。

1）遠曲小管和集合管鉀的分泌。正常情況下，大約有1/3的尿鉀是由遠曲小管和集合管分泌的。鉀的分泌由該段小管上皮的主細胞完成。主細胞的基底膜側的Na+-K+-ATP酶將Na+泵入小管間液，而將小管間液的K+泵入主細胞內，提高細胞內的K+濃度；主細胞的管腔面側對K+具有高度的通透性。因此，影響主細胞基底膜側的Na+-K+泵活性，影響管腔面側對K+的通透性，改變細胞內與小管腔內鉀的電化學梯度都可影響主細胞對鉀的分泌。

2）集合管對鉀的重吸收。在攝鉀量明顯不足的情況下，遠曲小管和集合管顯示出對鉀的凈吸收。主要由該段小管上皮的閏細胞完成。閏細胞的管腔面側有H+-K+-ATP酶，也稱質子泵，向小管腔分泌H+而重吸收K+。缺鉀時，閏細胞肥大，對K+的重吸收功能加強。

（2）影響遠曲小管和集合管排鉀的調節因素

1）細胞外液的鉀濃度。細胞外液鉀濃度升高可刺激Na+-K+泵的活性，增強管腔面側對K+的通透性，降低腎間質液與小管細胞內液之間鉀濃度的差，從而增加遠曲小管和集合管的泌鉀速率。

2）醛固酮。醛固酮可增強Na+-K+泵的活性，并增加管腔面對K+的通透性，有利于鉀排入管腔。

3）遠端小管的原尿流速。遠端小管原尿流速增大可迅速移去小管細胞泌出的鉀，降低小管腔中的鉀濃度，使小管上皮細胞與管腔中鉀濃度差增大，從而促進鉀的分泌。

4）酸堿平衡狀態。H+濃度升高可抑制主細胞的Na+-K+泵的活性，使主細胞泌鉀功能受阻，因此，急性酸中毒時腎排鉀減少；堿中毒時則腎排鉀增多。慢性酸中毒患者卻常表現出尿鉀增多，其與慢性酸中毒可使近端小管的水、鈉重吸收抑制，從而使遠端小管的原尿流速增大有關。

3．結腸對鉀的正常排泄 結腸對鉀的排泄正常時，攝入鉀的90%由腎排出，10%由腸道排出，結腸排鉀量亦受醛固酮的調節。在腎功能衰竭，腎小球濾過率明顯下降的情況下，結腸泌鉀量平均可達到攝入鉀量的1/3。

二、鉀代謝紊亂

鉀代謝紊亂是臨床上常見的電解質代謝異常。根據血鉀濃度的高低，鉀代謝紊亂可分為低鉀血癥和高鉀血癥兩大類。測定血鉀可取血漿或血清。血清鉀濃度的正常范圍為3.5～5.5mmol/L，血漿鉀濃度通常比血清鉀低0.3～0.5mmol/L，這與凝血過程中血小板釋放出一定數量的鉀有關。

（一）低鉀血癥和缺鉀

血清鉀濃度低于3.5mmol/L稱為低鉀血癥（hypokalemia）。缺鉀指細胞內鉀和機體總鉀量缺乏。

1．原因和機制

（1）鉀攝入減少：鉀攝入減少見于長期不能進食（如消化道梗阻、昏迷及手術后長期禁食）的患者。

（2）鉀丟失過多

1）經腎失鉀過多?？梢娪冢孩匍L期使用某些利尿劑如呋塞米、噻嗪類利尿劑。其主要機制是抑制髓袢對Na+和Cl-的重吸收，從而使進入遠端小管的鈉量增加，導致遠曲小管K+-Na+交換增多，促進鉀的排出；同時繼發血容量減少，醛固酮分泌增加，導致腎排鉀過多。②腎小管性酸中毒。Ⅰ型（遠曲小管性）酸中毒，遠曲小管泌H+障礙，導致K+-Na+交換增加，尿鉀排出增多；Ⅱ型（近曲小管性）酸中毒是一種以近曲小管重吸收多種物質障礙為特征的綜合征，表現為由尿中丟失、K+和磷而出現代謝性酸中毒、低鉀血癥和低磷血癥。③醛固酮分泌過多。原發性和繼發性醛固酮增多癥時，腎臟排鉀增多。④鎂缺失。近曲小管、髓袢升支對鉀的重吸收有賴于Na+-K+-ATP酶，而此酶需要Mg2+的激活。缺鎂時，Na+-K+-ATP酶活性降低，K+重吸收障礙。

2）經胃腸道失鉀。見于嚴重嘔吐、腹瀉、胃腸減壓、腸瘺等。發生機制是：①因消化液內鉀濃度均高于或接近血清鉀濃度，故消化液的喪失必然導致大量鉀的丟失。②消化液大量丟失伴血容量減少時，可引起醛固酮分泌增加，使腎排鉀增多。

3）經皮膚失鉀。汗液含鉀約為5～10mmol/L，大量出汗可丟失較多的鉀。

（3）鉀向細胞內轉移增多

1）堿中毒。堿中毒時通過細胞內外離子交換進行代償，H+外移同時K+移入細胞內；腎小管上皮細胞H+-Na+交換減少，K+-Na+交換增加。

2）某些物質中毒時如鋇中毒、粗制棉籽油中毒（主要毒素為棉酚）。鉀通道被阻滯，使K+外流減少。

3）過量使用胰島素。一方面可直接激活細胞膜上的Na+-K+-ATP酶，使細胞外鉀進入細胞內；另一方面可促進細胞合成糖原增多，使細胞外鉀隨同葡萄糖進入細胞內。

4）β腎上腺素受體活性增強。如β腎上腺素受體激動劑可激活細胞膜上的Na+-K+-ATP酶，促進鉀進入細胞內。

5）低鉀性周期性麻痹。這是一種常染色體顯性遺傳病，發作時出現低鉀血癥、肌無力、麻痹，但尿鉀不高。其導致低鉀血癥的機制尚不清楚。

案例3-1分析 患者嘔吐、腹瀉，使含鉀的消化液丟失；另外，發生低滲性脫水，使醛固酮分泌增加，腎排鉀增多，出現低鉀血癥。

2．對機體的影響 低鉀血癥的臨床癥狀和體征與血鉀降低的速度和程度有關。一般情況下，血鉀濃度越低對機體影響越大。慢性失鉀的患者往往癥狀不明顯。

（1）對神經肌肉的影響：主要影響骨骼肌和平滑肌。急性低鉀血癥時神經肌肉興奮性降低，表現為肌肉松弛無力或弛緩性麻痹。骨骼肌以下肢肌肉無力最常見，嚴重時可導致呼吸肌麻痹，是低鉀血癥的主要死亡原因；胃腸道平滑肌受累則表現為食欲不振，嚴重者可發生麻痹性腸梗阻。其機制主要是超極化阻滯的發生。急性低鉀血癥時由于細胞外鉀濃度（[K+]e）急劇降低，而細胞內鉀濃度（[K+]i）變化不明顯，使[K+]i/[K+]e比值增大，靜息電位負值增大，靜息電位與閾電位的距離加大，細胞處于超級化阻滯狀態，因而興奮性降低。

慢性低鉀血癥時，細胞內鉀外移進行緩沖，[K+]i和[K+]e均減少，[K+]i/[K+]e比值可正常，因而靜息電位變化不明顯，神經肌肉興奮性可維持正常。

嚴重鉀缺乏可使骨骼肌血管收縮，導致供血不足，引起肌肉痙攣、缺血性壞死和橫紋肌溶解。

案例3-1分析 患者發生低鉀血癥，使細胞外液中鉀濃度降低，細胞內外鉀濃度比值增大，靜息電位負值增大，靜息電位與閾電位的距離加大，細胞處于超級化阻滯狀態，細胞興奮性降低。所以患者出現厭食、肌肉軟弱無力、腸鳴音減弱、腹壁反射消失等現象。

（2）對心臟的影響

1）對心肌電生理特性的影響。①對心肌興奮性的影響。急性低鉀血癥時，心肌細胞膜通透性下降，K+外流減少，造成靜息電位減少，靜息電位與閾電位的距離縮小，因而興奮性增高。②對心肌傳導性的影響。低鉀血癥時靜息電位減少，除極時鈉內流速度減慢，0期去極化速度減慢，幅度變小，因而心肌傳導性減低。③對心肌自律性的影響。由于低血鉀對膜鉀通透性的抑制作用，K+外流減慢，自律細胞在4期自動去極化時Na+內流相對加速，自動去極化速度加快，故自律性增高。④對心肌收縮性的影響。急性低鉀血癥時，血K+濃度降低，對Ca2+內流的抑制作用減弱，2期復極化時Ca2+內流加速，使興奮-收縮偶聯增強，收縮性升高。但在嚴重缺鉀時，心肌細胞代謝障礙，引起心肌變性、壞死，心肌收縮性減弱。

2）對心電圖的影響。與心肌細胞在低鉀血癥時電生理特性變化密切相關，典型表現為ST段壓低，T波低平和U波增高，Q-T間期延長。嚴重低鉀血癥時還可見P波增寬、P-R間期延長、QRS波增寬。

（3）對中樞神經系統的影響：低鉀血癥患者常有精神萎靡、表情淡漠、反應遲鈍、定向力減弱、嗜睡甚至昏迷癥狀。其發生機制可能是：①腦細胞靜息電位負值增大使細胞興奮性降低。②腦細胞內缺鉀影響糖代謝，使ATP生成減少。③血清鉀降低使腦細胞Na+-K+-ATP酶活性降低，細胞內Na+含量增多，引起細胞水腫。

（4）對腎臟的影響：主要損害表現為尿濃縮功能障礙，其發生機制為：①慢性缺鉀時，集合管和遠曲小管上皮細胞受損，對ADH反應性降低，水重吸收減少，出現多尿。②缺鉀時髓袢升支粗段對Na+、Cl-的重吸收減少，髓質滲透梯度形成發生障礙，尿濃縮功能降低，出現多尿和低比重尿。

（5）對酸堿平衡的影響：當血鉀濃度降低時（細胞外鉀向細胞內轉移者除外），細胞內的K+移到細胞外，細胞外液的H+移入細胞內，使細胞外液H+濃度降低，引起代謝性堿中毒。堿中毒時尿液一般呈堿性，但缺鉀引起的代謝性堿中毒中，腎小管上皮細胞內鉀濃度降低，K+-Na+交換減少而H+-Na+交換增加，導致腎臟排氫增多，尿液呈酸性，故稱為反常性酸性尿（paradoxial acidic urine）。

3．防治原則

（1）治療原發病，盡早恢復正常飲食。

（2）低鉀血癥較嚴重或臨床表現明顯者應及時補鉀，并遵循以下原則：①見尿補鉀。即尿量每小時大于30mL時才能補鉀，每日尿量少于500mL時不宜補鉀，以避免發生高鉀血癥。②盡量口服補鉀。一般口服氯化鉀每日3～6g，若不能口服或遇到緊急情況，可考慮靜脈滴注。③靜脈補鉀時應控制劑量和速度，終濃度控制在30～40mmol/L，滴注速度控制在10～20mmol/h?？焖傺a鉀需在心電圖監護下進行。

（二）高鉀血癥

血清鉀濃度高于5.5mmol/L稱為高鉀血癥（hyperkalemia）。

1．原因和機制

（1）腎排鉀減少：這是高鉀血癥發生最主要的原因。常見于：①腎功能衰竭，急性腎功能衰竭的少尿期及慢性腎功能衰竭終末期出現少尿或無尿時，腎小球濾過率減少或腎小管排鉀障礙，導致血鉀升高。②鹽皮質激素缺乏，包括絕對缺乏和相對缺乏。前者見于腎上腺皮質功能減退，后者見于某些腎小管疾?。ㄈ玳g質性腎炎、狼瘡腎等），腎小管對醛固酮的反應性降低，兩者均可導致鉀排出減少，血鉀升高。③長期潴鉀利尿劑的使用，螺內酯等具有對抗醛固酮保鈉排鉀的作用，故長期大量使用可導致鉀在體內潴留。

（2）細胞內鉀外移增多

1）急性酸中毒。酸中毒時細胞外液中H+進入細胞內，同時細胞內K+被釋放到細胞外，以維持體液電中性。酸中毒時腎小管上皮細胞內H+濃度增加，H+-Na+交換增加，抑制K+-Na+交換，導致高鉀血癥。

2）大量溶血和組織壞死。如在血型不合的輸血、嚴重創傷等情況下，細胞內K+大量釋放，若同時伴有腎功能不全，極易發生高鉀血癥。

3）高血糖合并胰島素不足。主要見于糖尿病。胰島素缺乏可抑制Na+-K+-ATP酶活性，抑制K+進入細胞。糖尿病引起的酮癥酸中毒和高血糖造成的高滲均可促進細胞內K+外移，使血鉀升高。

4）某些藥物的使用。β受體阻滯劑、洋地黃類藥物中毒等通過干擾Na+-K+-ATP酶活性而妨礙細胞攝鉀。肌肉松弛劑氯化琥珀堿可增大骨骼肌膜對K+通透性，使鉀從細胞內外溢，導致血鉀升高。

5）高鉀性周期性麻痹。是一種常染色體顯性遺傳性疾病，麻痹發作時常伴血鉀升高。發生原因可能為肌細胞膜異常，在劇烈運動和應激后發作。發作時K+從細胞內釋放，使血鉀升高，并引起骨骼肌麻痹，一定時間后可自行恢復。

（3）K+攝入過多，常見于靜脈輸液補鉀過快。

2．對機體的影響

（1）對神經肌肉的影響：輕度高鉀血癥時，[K+]e濃度升高而[K+]i變化不大，導致[K+]i/[K+]e比值降低，靜息電位負值減少，靜息電位與閾電位的距離變小，興奮性增高。臨床上可出現肌肉輕度震顫、四肢感覺異常。但重癥高鉀血癥時，[K+]e濃度顯著升高，[K+]i/[K+]e比值明顯降低，靜息電位顯著變小以致接近閾電位，導致肌細胞快鈉通道失活而處于去極化阻滯狀態，不能引起興奮。臨床上可出現四肢軟弱無力、腱反射減弱、弛緩性麻痹。

（2）對心肌的影響：高鉀血癥的主要危險是重癥高鉀血癥可引起心室顫動和心搏驟停。

1）對心肌電生理特性的影響。①心肌興奮性的變化，與高鉀血癥對神經肌肉興奮性的影響相似。輕度高鉀血癥時，靜息電位變小，與閾電位的距離縮小，興奮性增高。重癥高鉀血癥時，靜息電位過小，快鈉通道失活，興奮性反而降低。②心肌傳導性降低，即靜息電位降低，膜上快鈉通道部分失活，以致0期鈉內流減慢，導致0期去極化的速度減慢，幅度減小，傳導性降低?；颊叱０l生傳導延緩或阻滯。③心肌自律性降低，即高鉀血癥時快反應自律細胞膜對鉀通透性增高，在達到最大復極電位后，細胞內K+外流速度加快，而Na+內流相對緩慢，導致快反應自律細胞4期自動去極化減慢，自律性降低。④心肌收縮性減弱，即由于細胞外液K+濃度增高，抑制心肌2期復極化的Ca2+內流，使興奮-收縮偶聯發生障礙，心肌收縮性減弱。

2）對心電圖的影響。由于復極3期鉀外流加速，復極時間和有效不應期縮短，反映復極3期的T波高尖；由于傳導性降低，代表房-室傳導的P-R間期延長，代表心室內傳導的QRS波增寬；相當于心房去極化的P波和心室去極化的R波降低。

（3）對酸堿平衡的影響：由于細胞外液鉀增多，K+移入細胞內，細胞內H+移向細胞外，引起代謝性酸中毒。酸中毒時應排酸性尿，但腎小管內K+濃度升高，促進了K+-Na+交換而減少了H+-Na+交換，從而使排H+減少，尿液呈堿性，故稱為反常性堿性尿（paradoxial alkaline urine）。

3．防治原則

（1）治療原發病，并限制高鉀飲食。

（2）重癥高鉀血癥（血K+濃度在7.0mmol/L以上），應迅速采取緊急措施降低血鉀，保護心臟：①靜脈注射10%葡萄糖酸鈣或氯化鈉溶液；②靜脈注射胰島素和葡萄糖，促進糖原合成，使K+進入細胞內；③口服陽離子交換樹脂，在胃腸道內通過Na+-K+交換，加速排出鉀。嚴重高鉀血癥可用腹膜透析、血液透析清除體內過多的鉀。