长期低镁为何会引起低钾?教材上的解释可能不对

2020-01-15 11:44 来源:微信公众号 - dxyguancha 作者:临床用药公众号
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提问:为什么长期低镁血症会易引起「低钾血症」

问题解析:

为什么长期低镁血症的患者会伴有低钾血症?这个问题曾经在 17 年的「临床用药」上有提到过。

这个回答也是第九版《病理生理学》上给的解释:镁缺失,可使肾小管上皮细胞 Na+-K+-ATP 酶失活,钾重吸收障碍,导致钾丢失过多。

然而,这样的解释经不起深究,因为 Na+-K+-ATP 酶分布实在是太广泛了,如果说低镁血症引起 Na+-K+-ATP 酶活性减低,那么由此导致的后果绝对不仅仅只有低钾血症。


原理

在远端肾单位(远曲小管后段、连接小管以及皮质集合管)分泌 K+的主要原理:

K+通过基底膜侧的 Na+-K+-ATP 酶(图中蓝色椭圆形)进入肾小管上皮细胞,然后通过上皮细胞的管腔侧 ROMK 通道(图中黄色圆柱体)进入小管液(即泌 K+)。

ROMK,即 the renal outer-medullary K+ channel,中文名称:肾脏外髓钾通道。

Na+ 通过 ENaC(绿色圆柱体)从小管液中进入上皮细胞,使上皮细胞管腔侧去极化,这是泌 K+ 的动力。

ENaC ,即 epithelial sodium channel,中文:上皮钠通道

因此,得出结论:Na+ 向细胞内转移会刺激 K+ 的分泌。这里还可以解释醛固酮作为利尿剂的一个靶点,是如何保钠排钾的。醛固酮通过 ENaC 增加 Na+ 的重吸收,也使得 K+ 的分泌增加(图中红色箭头所示)。


解释

如图所示,每幅图中的上下两个深蓝色椭圆形即表示 ROMK 。右侧为基底膜侧,淡黄色弧形区域表示远端肾单位肾小管上皮细胞,可以看到,ROMK 位于上皮细胞的顶端。左侧淡蓝色为肾小管管腔侧。

上皮细胞内 Mg2+ 浓度为 0 时,K在驱动力(见上)的作用下,可以自由在细胞膜的两侧移动。如 图 A、图 B。

我们再来看看这个时候 K+的转移受哪些因素影响:

第一、细胞内外的 K+浓度差:细胞内 K+浓度能高到 140 mmol/L,而细胞外仅仅只有 5 mmol/L,因此化学浓度梯度会促使 K+外流。

第二、电荷:细胞膜负电荷又促使 K+内流。内流和外流的力量,在膜电位 -86mV 时达到平衡(即平衡电位 Ek)。

当细胞膜电位比平衡电位更负的时候,(比如 -100 mV,但实际上生理情况下在远端肾单位上皮侧很少会出现这么「负」的电位),钾离子是表现为内流的。如图A所示。 

同样的,当膜电位比平衡电位更「正」的时候,(比如 -50mV,这种情况其实在生理情况下更常见),钾离子表现为向外流。如图B所示。

当细胞内 Mg2+  为生理浓度(如 1mmol/L )时,ROMK 会让 K+ 内流超过外流(即:内向性整流),这是因为细胞内 Mg2+ 是和ROMK 绑定在一起的,这种绑定阻碍了 K+ 的外流(见图 D )。

因此,一旦出现低镁血症,上皮细胞内 Mg2+ 也会减少,这种阻碍作用就弱化了,细胞内的 K+ 就哗啦啦的外流到小管液中了(这个时候更多的类似 B 图所示,因 A 图不是常态。),这么多 K+ 分泌到管腔中随尿排出体外,低钾血症也就随之而来咯。有报道,低镁血症中低钾血症的发生率约 40% ~ 60%。

通过对这个机制的了解,我们还能明白另外一个临床上的问题,对于有些难治性低钾血症,为什么需要补镁?如果把补钾比喻成往桶里倒水的话,水桶下面有一个漏水的孔( ROMK ),而镁就是能够堵住这个孔的阀门,不把阀门关上,光往桶里倒水,很难倒满。

当然,还有其他情况导致低镁血症同时合并低钾血症,比如使用利尿剂、腹泻、Bartter 综合征、Gitelman 综合征、肾毒性物质损伤了肾小管等等。


参考文献

1. xiaospring.教材质疑 | 低镁血症引起低钾血症是何因?.肾内时间.

2. Huang CL, Kuo E.Mechanism of hypokalemia in magnesium deficiency.J Am Soc Nephrol. 2007 Oct;18(10):2649-52.

3. Yang L, Frindt G, Palmer LG.Magnesium modulates ROMK channel-mediated potassium secretion.J Am Soc Nephrol. 2010 Dec;21(12):2109-16.

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编辑: 黄建琴

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