病理生理学钾代谢紊乱

水、电解质代谢紊乱,钾代谢紊乱Disturbance of potassium metabolism,河北联合大学基础医学院病理生理学系 李宏杰,授课内容,正常钾代谢钾代谢紊乱 细胞外液中钾离子浓度的异常变化 高钾血症 （hyperkalemia） 原因、机制、对机体影响、防治原则 低钾血症（hypokalemia） 原因、机制、对机体影响、防治原则,体钾130-160g（50-55mmol/kg体重）,第一节、钾的正常代谢,一、钾的体内分布,二、钾的生理功能,1.维持新陈代谢,2.参与渗透压和酸碱平衡的调节,3 维持细胞膜静息电位和神经肌肉及心肌的正常兴奋性,第一节、钾的正常代谢,三、钾的平衡,1. 摄入(intake)：食物50-200mmol,2. 吸收(absorption): 肠道,3. 排泄(excretion) :最少10mmol 肾（urine 80%90） 肠 (feces 10) 皮肤 (sweat 9mmol/L),多吃多排少吃少排不吃也排,第一节、钾的正常代谢,四、 钾平衡的调节(内自稳调节与外自稳调节),跨细胞转移,肾调节,结肠排钾,泵漏（pump-leak)机制,主细胞泌钾闰细胞重吸收钾,1.影响钾在细胞内外转移的因素,a.胰岛素：刺激Na+-K+-ATP酶活性，促进细胞摄钾,b.儿茶酚胺：激活受体，抑制细胞摄钾 激活受体，促进细胞摄钾,c.细胞外液钾浓度：细胞外高钾，促进细胞摄钾 细胞外低钾，钾向细胞外转移,d.酸碱平衡状态：酸中毒，H+入细胞，K+出细胞 碱中毒，H+出细胞，K+入细胞,1.影响钾在细胞内外转移的因素,e.物质代谢状况：合成代谢钾内流， 细胞破坏钾释放,f.渗透压：细胞外液高渗，钾外流,g.运动：肌肉收缩钾外流，促进局部血管扩张,h.机体总钾量：总钾量不足，钾外流 总钾量增高，钾内流,2.肾对钾排泄的调节,肾小球滤过,近曲小管和髓袢对钾的重吸收,远曲小管和集合管对钾的分泌和重吸收,K+可自由通过肾小球滤过膜,定比重吸收90-95%,根据机体钾的平衡状态决定分泌或重吸收保持体钾的平衡,Na+,K+,K+,Na+,K+,小管液,主 细 胞,血液,(1)远曲小管和集合管调节钾平衡的机制a.远曲小管和集合管的钾分泌机制,基底膜 管腔膜,(1)远曲小管和集合管调节钾平衡的机制a.远曲小管和集合管的钾分泌机制,影响主细胞泌钾的因素：,1.通过影响基底膜面Na+-K+-ATP酶活性,基底膜 管腔膜,2.通过影响管腔面胞膜对K+的通透性,3.通过改变从血液到小管液的K+的电化学梯度,(1)远曲小管和集合管调节钾平衡的机制b. 集合管对钾的重吸收,管腔膜 基底膜,(2).影响远曲小管和集合管排钾的因素,a.醛固酮：激活钠钾泵，促进远曲小管保钠排钾,b.细胞外液的K+浓度 ：远曲小管和集合管泌钾,c.远端流速和流量：泌钾,e.酸碱平衡状态：酸中毒，H+-Na+ ， K+-Na+，泌钾碱中毒，H+-Na+ ，K+-Na+ ，泌钾,d.肾小管细胞管腔面跨膜电位,3.结肠与皮肤的排钾功能,正常时：摄入的钾10%由结肠排出 受醛固酮调节,肾衰时：结肠排钾成为重要的途径， 占摄入钾的34%,汗液：5-10mmol/L， 大量出汗可经皮肤丢失钾,一、高钾血症,定义：血清钾浓度高于5.5mmol/L。高血钾高体钾 假性高钾血症（一）原因和机制1.钾摄入过多：静脉补钾过多过快2.肾排钾减少（1）肾小球滤过率减少：肾衰、失血失液（2）盐皮质激素缺乏：Addisions病，间质肾炎（3）长期用潴钾类利尿剂：安体舒通，氨苯蝶啶,第二节、钾代谢障碍 低钾危险，高钾致命！,3. 钾转移到细胞外过多/进入细胞内减少,（1）急性酸中毒,（2）缺氧,（3）糖尿病：胰岛素缺乏钠钾泵活性降低钾内流 糖尿病高血糖高渗钾外流 酮体增多酮症酸中毒钾外流,3. 钾转移到细胞外过多/进入细胞内减少,（4）组织分解：重度溶血，严重创伤,（5）高钾血症型周期性麻痹,（6）药物： 受体阻滞剂、洋地黄类干扰钠钾泵功能 氯化琥珀胆碱增加骨骼肌膜对钾的通透性,3. 钾转移到细胞外过多/进入细胞内减少,ECF,ICF,血清钾,消化道,5.5mmol/l,1.对神经肌肉组织的影响（1）急性高钾血症,轻度高钾,K+i/K+e变小,+外流,Em与Et距离,神经肌肉兴奋性,手足感觉异常、疼痛、膝健反射亢进、轻度肌肉震颤,（二）对机体的影响,Em：膜静息电位 Et：阈电位,Em负值变小,严重高钾,Em负值显著,快钠通道失活,去极化阻滞状态,神经肌肉兴奋性降低,肌肉无力、膝键反射减弱，甚至出现呼吸肌麻痹,1.对神经肌肉组织的影响（1）急性高钾血症,急性高钾血症时，因细胞内外钾离子浓度比值降低，Em负值变小，Em-Et距离过小，细胞膜快钠通道失活而导致肌细胞兴奋性降低，称为去极化阻滞,K+i也升高,K+iK+e变化不明显,兴奋性无明显改变,1.对神经肌肉组织的影响（2）慢性高钾血症,2.对心脏的影响,心肌传导性,心肌兴奋性轻度重度,心肌自律性,心肌收缩性,-引起室颤和心跳停止,（1）对心肌兴奋性的影响:轻度重度,轻度高钾,K+i/K+e 变小,+外流,Em负值,心肌兴奋性,重度高钾,K+i/K+e过小,Em负值过小,快钠通道失活,心肌兴奋性或消失,（2）对心肌传导性的影响：传导性,（3）对心肌自律性的影响：自律性,（4）对心肌收缩的影响：收缩性,血K+,细胞内外 K+比值,静息电 位,与阈电位距离,兴奋性, 低于阈电位, 兴奋性,0期Na+内流,0期除极化,传导性,膜对K+通 透性, 4期K+外流, 自动除极化, 自律性,Ca2+内流,收缩性,正常心电图的波形及意义,P波:心房的除极波,QRS波:心室的除极波,T波:心室的复极波,PR间期：房室传导时间,U波:意义和成因不清浦肯野氏纤维复极,QT间期:心室的动作电位时间,高钾心电图的变化,T波高尖,QRS增宽,PR间期延长,房性停搏、室颤,墓志铭,(1) 波高尖，QT间期缩短：复极化3期钾外流加速，动作电位时间缩短所致(2) 传导性各种类型的传导阻滞房内传导阻滞：P波压低、增宽或消失 房室传导阻滞：P-R间期延长 室内传导阻滞：R波降低；QRS波增宽 （3）传导阻滞+有效不应期缩短折返激动室颤，心脏停搏于舒张期,高钾心电图的改变及机制,K+,K+,H+,H+,3 代谢性酸中毒 反常性碱性尿,高钾血症引起酸中毒时，由于肾小管排H+减少，尿液呈碱性，称为反常性碱性尿。,（三）防治原则,1.防治原发病，限制钾的摄入2.促进钾进入细胞内（1）注射葡萄糖和胰岛素（2）应用碳酸氢钠3.使钾排出体外：阳离子交换树脂 腹膜透析、血液透析4.拮抗钾的毒性：钙剂、钠盐,HCO3-提高PH,Na+拮抗K,病例分析,患者，女性，因大面积烧伤和严重呼吸道烧伤入院体格检查：头面及胸腹部烧伤，面积约占85%（。烧伤占60%），经全面积极处理，病情一直比较稳定。第28天发现创面感染，体温39，细菌培养阳性（绿脓杆菌G-），血压70/50mmHg,尿量400ml/dpH7.088，HCO3- 9.8mmol/L，PaCO2 33.4mmHg血K+6.8mmol/L， 血Na+132mmol/L，血Cl-102mmol/L,心电图：P波和QRS波振幅降低，QRS波间期增宽，T波高尖虽经积极抢救，病情仍无好转，最终于第33天时引发心室纤颤和心脏停搏而死亡,病例分析,思考题：1.患者血钾增高的原因是什么？2.患者死亡的主要原因是什么？,1.患者重度烧伤且合并G-感染，引起感染性休克并导致急性肾功能衰竭，患者出现少尿，肾脏排钾障碍，是造成血钾升高的主要原因。 患者并发严重代谢性酸中毒，促使钾外流；感染、烧伤引起细胞坏死，释放钾到细胞外；高热引起物质分解增强，促进钾外流。2.患者死亡的主要原因是高钾引发的室颤和心搏骤停,二、低钾血症 定义：血清钾浓度低于3.5 mmol/L 低钾血症缺钾,（一）原因和机制,1.钾摄入不足：不能进食、禁食、静脉营养补钾不足,2.钾丢失过多,（1）经胃肠道（2）经肾脏（3）经皮肤,3. 钾向细胞内转移增多/向细胞外转移减少,第二节、钾代谢障碍 低钾危险，高钾致命！,频繁呕吐、腹泻，胃肠吸引及肠瘘。 滥用灌肠剂或缓泻剂（减肥产品）,2、钾丢失过多 （1）经消化道丢失,利尿剂:速尿、利尿酸、噻嗪类,2、钾丢失过多 （2）经肾脏丢失,肾小管酸中毒,利尿剂:,K+,2、钾丢失过多 （2）经肾脏丢失,氢泵,醛固酮,皮质激素,利尿剂:,K+,Na+,K+,2、钾丢失过多 （2）经肾脏丢失,原发性或继发性醛固酮增多,Cushing综合征,镁缺失:,醛固酮,皮质激素,利尿剂:,Mg+,2、钾丢失过多 （2）经肾脏丢失,渗透性利尿：,远端流速,镁缺失:,醛固酮, 皮质激素,肾小管酸中毒,利尿剂:,Na+,K+,Na+,K+,远曲小管中不易重吸收的阴离子增多,管腔内负电位增大,2、钾丢失过多 （2）经肾脏丢失,渗透性利尿：,3.钾进入细胞内过多或外流减少：体钾量可正常,2、钾丢失过多 （3）经皮肤丢失：大汗,（1）碱中毒,（2）药物：受体激动剂和胰岛素激活钠钾泵,（3）毒物：钡、棉酚阻断钾通道，钾外流受阻,（4）低钾性周期性麻痹,A、细胞内外H+-K+交换B、肾脏排H+减少排K+增多,常染色体显性遗传病钙通道基因突变钙内流受阻发作时K+进入细胞内,（5）甲状腺毒症： 甲状腺素过度激活钠钾泵,体钾,ECF,血钾3.5-5.5mmol/L,钾140- 160mmol/L,K+,90%,ICF,1.4%,骨钾7.6,跨细胞液钾1,低钾血症的原因和机制,（二）对机体的影响,1.对神经-肌肉的影响：CNS、平滑肌和骨骼肌表现为超极化阻滞状态,因Em-Et距离增大而导致的可兴奋组织的兴奋性降低，称为超极化阻滞,K+e,K+i/K+e,静息电位负值,静息电位与阈电位间的差距,超极化阻滞,兴奋性,肌无力、麻痹,急性低钾血症,细胞内钾进入细胞外,K+i/K+e变化不大,静息电位正常,兴奋性不变,慢性低钾血症,（1）对中枢神经系统的影响：,轻度：精神萎靡、淡漠、倦怠,重度：反应迟钝、定向力减弱、嗜睡、昏迷,机制：低血钾神经细胞兴奋性降低 糖原合成减少，能量产生不足 钠钾泵活性下降，脑细胞水肿,（2）对胃肠道平滑肌的影响：,机制：低血钾平滑肌细胞兴奋性降低 糖原合成减少，能量产生不足 ATP酶活性降低，能量利用障碍,运动减弱,恶心、呕吐厌食、腹胀、麻痹性肠梗阻,（3）对骨骼肌的影响：,肌无力迟缓性麻痹,血清钾浓度为2.53.5mmol/L时:四肢软弱无力,血清钾浓度 2.5mmol/L时：软瘫、呼吸肌麻痹,机 制：骨骼肌细胞兴奋性（急性和严重低钾）,细胞缺钾丙酮酸磷酸激酶及ATP酶活性能量产生与利用障碍骨骼肌收缩性,(),（3）对骨骼肌的影响：,血清钾浓度 2.5mmol/L时；横纹肌溶解,肌肉缺血,正常,血管扩张血流增多,2 对心脏的影响,心电图的变化,心肌生理特性的改变：心肌兴奋性，传导性，自律性，收缩性先后,心肌功能的损害,对心肌兴奋性的影响：兴奋性,低钾血症,心肌细胞膜钾电导,钾外流,Em负值,Em-Et差值,兴奋所需的阈刺激,兴奋性,(1)心肌生理特性的改变,对心肌传导性的影响：传导性,Na+内流速度数量,对心肌自律性的影响：自律性,低钾,心肌细胞膜钾电导,复极化3期末钾外流减慢,钠内流相对加速,4期自动除极化加速,自律性提高,对心肌收缩性的影响：收缩性先后,低钾,对Ca2+抑制减弱,Ca2+内流增多,收缩性增强,严重低钾影响心肌细胞代谢,收缩性减弱,(2)低钾心电图的改变及机制,+30,0,-30,-60,-90,0,1,2,3,4,P,Q,R,S,T,ST段： 压低，缩短T波： 增宽，低平U波： 明显增高QT间期：延长P波： 增宽，低平P-R间期：延长QRS波： 增宽，幅小,复极2期缩短，复极3期（超常期）延长，动作电位时间延长,传导性降低,心房内传导阻滞,房室间传导阻滞,心室内传导阻滞,低钾血症与高钾血症对心肌细胞膜电位及心电图影响的比较,S-T段压低T波低平U波明显QT间期延长,T波高耸Q-T间期缩短,相同的变化为传导性降低引起的传导阻滞：P波压低增宽；PR间期延长；R波降低；QRS波增宽。,(3)低钾血症对心功能的损害,对洋地黄毒性敏感性增高,心律失常,洋地黄与Na+-K+-ATP酶的亲和力增高毒性增大，治疗效果降低,兴奋性，超常期延长，自律性,3.对肾脏的影响,（1）形态结构变化 髓质集合管上皮细胞肿胀、增生 近端肾小管上皮细胞发生空泡变性 间质纤维化，小管萎缩或扩张（2）功能变化 慢性低钾出现尿液浓缩功能障碍多尿,慢性缺钾,NaCl,水重吸收,尿浓缩功能障碍多尿、低比重尿和烦渴,a.肾小管上皮细胞受损，对ADH反应性 b.髓袢升支粗段对NaCl重吸收，妨碍髓质 高渗梯度形成,K+,4.代谢性碱中毒 反常性酸性尿,低钾血症引起碱中毒时，由于肾小管排H+增多，尿液呈酸性，称为反常性酸性尿。,肾小管酸中毒或腹泻引起的低血钾患者可伴有代谢性酸中毒,（三）防治原则,1.治疗原发病，恢复饮食和肾功能。2.补钾 首选口服补钾，静脉补钾遵循原则：（1）不能过多120mmol/d（2）不能过快 10mmolh（3）不能过浓 40mmol/L。（4）见尿补钾500ml日密切观察心率和节律；定时测血钾；细胞内缺钾恢复较慢，一般需4-6天。3.积极治疗并发症：其他水电紊乱，如钠、镁。,病例分析,患者，女性，22岁，因结核性腹膜炎和肠梗阻进行手术，术后行持续胃肠减压7天，共抽吸液体2200ml.平均每天静脉补液（5%葡萄糖溶液）2500ml,尿量2000ml，术后2周，患者精神不振，面无表情，嗜睡、食欲减退，腹胀、全身乏力、腱反射迟钝。实验室检查：血K+2.4mmol/L， 血Na+140mmol/L，血Cl-103mmol/L,心电图：、aVF、V1、V5导联ST段下降， aVF 导联T波低平，V3导联出现u波治疗：立即开始每日以KCL加入5%葡萄糖滴注，4天后血钾升至4.6mmol/L，上述表现消失,病例分析,思考题：1.患者发生了何种电解质紊乱？2.其病理生理学基础是什么？,1.手术后禁食钾摄入减少；胃肠减压 钾丢失增加；每天补充大量葡萄糖溶液，促进胰岛素分泌，促及细胞内糖原合成钾向细胞内转移 2. 神经系统兴奋性降低精神不振，面无表情，嗜睡 低钾胃肠平滑肌兴奋性降低食欲减退，腹胀 骨骼肌兴奋性降低全身乏力、腱反射迟钝 低钾ST段下移、T波低平、出现U波,低钾血症 高钾血症血钾 浓 度 5.5mmol/L钾 摄 入 不足 过多钾 排 出 过多 障碍钾分布异常 C摄钾 钾外流 C摄钾 钾外流 骨 骼 肌 兴奋性 兴奋性先 后心 肌 兴奋性 兴奋性先 后 传导性 传导性 自律性 自律性 收缩性先 后 收缩性 酸碱失衡 代谢性碱中毒 代谢性碱中毒尿 液 反常性酸性尿 反常性碱性尿,本章重点内容,列表比较高钾血症和低钾血症的概念、发生原因和对机体的影响（重点为心脏、骨骼肌和酸碱平衡）分析钾代谢紊乱与酸碱平衡紊乱的关系,选择题,1血清钾浓度的正常范围是 A130150 mmol/L B140160 mmol/L C3.55.5 mmol/L D0.751.25 mmol/L E2.252.75 mmol/L,答案(C ),