钾代谢与失衡新课件

董义光 郑州大学第一附属医院 the First Affiliated Hospital of Zhengzhou University 钾代谢与失衡 钾的代谢紊乱在水盐代谢失衡中较常见， 严重紊乱可危机生命 l 钾的正常代谢 l 钾的生理作用 l 低钾血症 一、钾的正常代谢 （一）钾在体内的含量和分布 1. 钾是体内重要的阳离子之一，为一价元素。原子量为 39.1。正常人 血清钾为 3.5 5.5mmol/L。 成人每日需要钾量是 0.4mmol/Kg， 即 3 4克 （ 75 100mmol/L）。 2.全身钾 98%分布在细胞内， 2%在细胞外。细胞中的钾，肌肉占 70% ，皮下占 10%，其余在脑脊液和内脏中。 3.细胞内的正离子主要是 K+（ 平均 155mmol/L） ,Na+很少（仅 7个 mmol/L）， 负离子主要是磷酸盐，硫酸盐，蛋白等有机负离子。 4.细胞外的正离子主要是 Na+（ 142mmol/L）， 钾很少（仅 5mmol/L ）， 负离子主要是 CL-（ 103mmol/L） . 钾在钾在 体内的含量与分布体内的含量与分布 食物食物 细胞外液 K+2% 正离子 Na+ 142mmol/L K+ 5mmol/L 负离子 Cl- 104mmol/L 血钾血钾3.5-5.5 mmol/L 正离子正离子 K+ 155mmol/L 细胞内钾细胞内钾 98% Na+ 7mmol/L 负离子负离子 磷酸盐磷酸盐 硫酸盐硫酸盐 蛋白蛋白 肌肉 70% 皮下 10% 余下脑脊液和内脏 每日需要钾 0.4mmol/Kg 即 3 4克（ 75 100mmol/L） （二） Na+-K+ ATP酶（ Na+泵） 1.细胞内外钾钠浓度差别如此之大，主要依靠 Na+-K+ ATP酶不断将 K+ 泵入细胞内，将 Na+泵到细胞外来维持，而 K+由细胞内依靠浓度差渗漏到 细胞外，而 Na+由细胞外渗漏到细胞内，以保持动态平衡。 2. Na+-K+ ATP酶 实际上是镶嵌在细胞膜的脂质双层中间，具有 ATP酶 活性的蛋白质，由两个亚单位组成，其中一个较小的亚单位是一种糖蛋白 ，含有一个在 ATP酶水解过程中可依次被磷酸化或脱磷酸化的位点。 3.当钠泵糖蛋白处于磷酸化状态时，其上的离子结合点转向膜外，同 时对 Na+的亲合力下降，对 K+的 亲合力增加，使 Na+离解而 K+结合。当糖蛋 白处于脱磷酸化时，离子结合膜位位点转入膜内，对 K+的亲合力下降，对 Na+的亲合力增加，结果 K+离解， Na+结合 ,完成 Na+-K+双向主动转移。 钠 -钾泵在维持细胞内外钠钾离子浓度的作用 4.当细胞外 K+增高或细胞内 Na+增高时，就会激活细胞膜上的 Na+-K+ ATP酶，消耗 1分子 ATP， 可使 3个 Na+排出和 2个 K+进入细 胞内 （三）钾的摄入与排出 1.钾的摄入 1） . 主要由饮食从胃肠道摄取 肉类 水果含钾丰富 食物 水果 蔬菜 种类 含钾量 种类 含钾量 种类 含钾量 稻米（粳） 110 西瓜 124 大白菜 199 小麦粉（标准） 195 葡萄（紫） 124 木耳 773 小米 239 柚 257 小白菜 274 玉米面 494 草莓 135 海带 1503 鲜碗豆 425 橙 182 油菜 346 豇豆 200 苹果 110 紫菜 1649 土豆 502 桃 252 菠菜 502 山药 452 香蕉 472 黄瓜 234 注：每 100g食物的含钾量（ mg） 2） 吸收入血的钾 80%进入细胞内，但血钾进入细胞内的速 度较慢，约需要 15小时才能达到细胞内外的平衡。因此 从静脉大量快速输入离子钾可造成高血钾而致死。 2.钾的排出 主要从肾脏排出，其次粪便，少量由汗液排出 1) 肾调控 K+主要通过重吸收和分泌来完成。正常人肾小球滤出的钾几 乎全部再吸收，其 65%在近曲小管主动吸收， 27%在 Henle袢吸收， 只有 8%在远端肾小管吸收。 2)肾小管滤出的 K+虽可完全被吸收，但 K+在远曲小管和集合管又能主动 分泌。 1) 当 Na+自肾小管上皮细胞转移到间质时，则 K+从间质液进入细胞内 与 Na+交换，这一过程是通过 Na+-K+ ATP酶进行的。当 K+进入肾小 管上皮细胞内，由于其浓度比肾小管腔 K+浓度高， K+可通过扩散渗 漏到肾小管腔中，由尿排出。 肾小管腔 上皮细胞 组织间液 Na(40) Na(25) Na(140)K(100) K(10) K(4.5) + - - + 20mV 70mV +50mv- 远端肾小管泌钾示意图 3）影响肾脏远曲小管及集合管分泌钾的因素 a.摄入钾量的多少。摄入过多，间质液中 K+增高，可以激活 Na+-K+ ATP酶， K+进入远曲小管集合管细胞内的 K+增多，与肾小管管腔中的 K+ 梯度增大，故分泌到肾小管管腔中的 K+增多。 b.与远曲小管和集合管细胞内的 H+浓度有关，因 K+、 H+和 Na+交换时 有竞争作用，若 H+多， Na+与 H+交换增多， Na+K+交换减少， K+排出减少 。 c.与 Na+重吸收有关，当肾小球滤过率明显下降时， Na+在近曲小管几 乎完全吸收。到达远端的 Na+已很少， Na+、 K+无法交换， K+排出减少。 d.洋地黄能抑制 Na+-K+ ATP酶使 K+进入细胞内减少。 e.儿茶酚胺可促使 Na+-K+ ATP酶活性，使 K+进入细胞增多。 f.阻滞 受体兴奋 2受体可使 Na+-K+ ATP酶 活性增加。 g.胰岛素可促使 Na+-K+ ATP酶 活性增加。 h.凡能影响 ATP酶生成的因素，如缺氧、 CO中毒、氧化磷酸化障碍都 会影响钾进入细胞内。 i.醛固酮可增加集合管上皮细胞 Na+、 K+通道开放数目，另一方面还可 使集合管上皮细胞基底部 Na+-K+ ATP酶活性增加，结果 Na+从集合管 进入细胞内，同时细胞基底膜 Na+-K+ ATP酶 活性增加将 Na+泵入间质液进入循环，而将间质液中的 K+泵入细胞内， 再排到肾小管腔由尿排出（由于 Na+从肾小管腔转移到细胞内，管腔内 负离子增大，有利于 K+由细胞内渗漏到肾小管腔）。 l钾的正常代谢 l钾的生理作用 l低钾血症 二、钾的生理作用 l 参与细胞代谢 l 酸碱平衡及渗透压 1. 对细胞内渗透压的作用 2. 酸中毒时钾离子的作用 3. 碱中毒时钾离子的作用 l 保持神经、肌肉的应激性 （一）参与细胞代谢 细胞内多种酶的活动必须有 K+的参与，酶合成一克糖原约需 K+0.15mmol， 合成 1克蛋白质需 K+0.45mmol， 组织修复时也需 K+参与 . （二）渗透压和酸碱平衡 1.钾大部分存在于细胞内，多与糖原、蛋白、磷酸根相结合，只有小 部分呈游离状态。虽然对细胞内的晶体渗透压有一定影响，但远不如 Na+ 在细胞外对渗透压的影响。 2.酸中毒时，细胞外 H+进入细胞内 ,但细胞外 Cl-进入细胞内很少，细胞 内 K+转移到细胞外以达到电位的平衡。因此 pH每下降 0.1，血浆 K+浓度升 高 0.1-0.17mmol/L， 故缺钾合并酸中毒时，血浆钾可正常或偏高。 3.代谢性碱中毒， H+转移到细胞外，而细胞外 K+进入细胞内，但血浆 K+浓度变化不大，因碱中毒时细胞内 H+穿膜作用比酸中毒小，但严重呕吐 所致代谢性碱中毒可引起低钾。呼吸性酸碱中毒，血钾变化不大。 （三）保持神经、肌肉应激性 一切有生命的细胞或组织有一个共同特性是对外界的刺激起反应 ，称为兴奋性。这一特性在神经、肌肉和腺细胞表现特别明显。而这 种特性有赖于 K+的作用。 这种兴奋性的共同特点是在细胞膜上存在有静息电位。这种静息 电位是指神经、肌肉、腺细胞在未受到刺激时，细胞膜的内外保持有 一定的电位差，也称极化状态。哺乳动物的肌肉和神经细胞的电位差 为 -70 -90mV， 当 -70mV时，便能激活细胞膜上 Na+-K+ ATP酶产生 动作电位。 极化细胞与极化细胞膜 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + - - - - - - - - 1.以心肌细胞为例 1） 安静状态下， K+通透性较大，可从高浓度的膜内向低浓度的膜外扩散 ，而膜内的负离子不能透过，故膜外有较多正离子 K+而荷正电，膜内留下负 离子荷负电。就形成膜内外的电位差，称静息电位，也叫极化状态。目前已 知心肌细胞极化状态电位差为 -90mV。 2） 兴奋刺激 当心肌细胞被刺激时，极化状态破坏。细胞膜对离子通透性 发生改变， K+通透性下降， Na+通透性增加 ,激活细胞膜上 Na+-K+ ATP酶发生 构型变化， Na+进入细胞膜内荷正电，膜外留下 Cl-离子荷负电，这就产生动 作电位。（产生电穴和电原） 心肌细胞电位与离子转运 动作电位可分为 5个位相 0位相：除极期，大量 Na+进入细胞内。 1位相：快速复极初期， Na+通道关闭 ,少量 Cl-内流。 2位相：缓慢复极相，又称平台期， Ca+缓慢持续内流 （静息期 Ca+不能透过细胞膜，当膜除极到一定 水平，膜上 Ca+通道相关蛋白被激活，构型变 化， Ca+通道开放）。又称缓慢通道。相当心 电图 S-T段。 3位相：快速复极末期，此时膜对 K+的通透性又增强且 因 Na+、 Ca+内流，膜内正电位叫 “正 ”，因此 K+迅 速外流，膜内电位较快下降，回到外正内负的 静息电位，相当心电图的 T波。 0 3期合称为动作电位期，相当于心电图 Q-T间期。 4位相：为静息期或舒张期 葡萄糖刺激的胰岛素分泌葡萄糖刺激的胰岛素分泌 l钾的正常代谢 l钾的生理作用 l低钾血症 低钾血症诊断： 通常当血清 K+ 3.5mmol/L称低血钾 三、低钾血症 （一）病因： 1.摄入不足 2.丢失过多 a. 胃肠道丢失： -特点 :24h尿钾 20mmol b.肾脏丢钾 : -特点： 24h尿钾 20mmol 血钾 3.5mmol/L 尿钾 35mmol/d 血钾 3.0mmol/L 尿钾 30mmol/d c.大量出汗、大面积烧伤 3.钾转移 （二）临床表现 1.循环表现：心律失常，容易发生各种类型的心律紊，早搏、阵发 心动过速、心室扑动或室颤。心电图是 u波， Tu融合， T波倒置， ST段下 移。 2.神经肌肉系统：肌无力、肌麻痹、软瘫、腹胀、便秘、肠麻痹、 尿潴留（ K+是一些 ATP酶的激活剂。与三羧酸循环正常进行及乙酰胆碱合 成有关。缺钾则乙酰胆碱合成减少，发生神经肌肉传导障碍，产生肌无力 ）。 周麻可能与细胞膜功能异常有关，发作时细胞膜的 Na+-K+ ATP酶 兴奋增加，大量 K+移入细胞内引起细胞膜的去极化和对电刺激无反应导致 发作瘫痪。 钡中毒时，钡剂可阻滞细胞膜上的 K+通道使 K+不能外移，但 Na+- K+ ATP酶可使 K+泵入细胞内引起低血钾。 3.泌尿系统 可发生肾小管空泡变性，引起浓缩功能障碍，发 生多尿、夜尿多、低比重尿。 4.对酸碱平衡影响 严重低钾时，细胞内液的 K+与细胞外液的 H+交换 增加， H+进入细胞内增加，形成细胞内酸中毒，而细 胞外 H+减少，形成碱中毒。此时由于肾小管上皮细胞 内 K+减少， K+与肾小管腔中 Na+交换减少，而 H+与 Na+ 交换增多，所以低钾碱中毒时，尿呈酸性。 低钾诊断的思路 1.注意是持续低钾还是发作性低钾。 2.持续低钾的原因是摄入不足还是丢失过多。 3.若无摄入不足则应鉴别是胃肠道丢钾或是肾丢钾。 4.若为肾丢钾则注意是否伴高血压。 5.有高血压者注意是高肾素性、低肾素性、正常肾素性。 6.无高血压者注意有无酸中毒。 肾脏丢钾可分为 : l 血压正常伴低血钾 l 高血压伴低血钾 高血压高肾素伴低血钾 高血压低肾素伴低血钾 高血压正常肾素伴低血钾 低钾血症 低钾血症诊断思路 发作性 胰岛素过多 甲亢 周期性麻痹 碱中毒 钡中毒 细胞生长过 速 持续性 摄入不足丢失过多钾转移 多汗、烧伤 胃肠道丢失 呕吐 腹泻 肠瘘 胆瘘 胃肠减压 肾脏丢失 伴高血压 不伴高血压 酸中毒 碱中毒 肾小管酸中毒 Fonconi综合症 糖尿病酮症酸 中毒 利尿剂 Batter 低镁血症 棉酸中毒 高肾素活性 正常肾素活性低肾素活性 恶性高血压 肾动脉狭窄 肾素瘤 肾实质病变 原醛 Liddle 17 羟