教材质疑 | 低镁血症引起低钾血症是何因?

2018-01-14 00:35 来源:丁香园 作者:xiaospring
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前几天发了一个丁香园论坛的求助,一名医学生对于教材中低镁血症导致低钾血症的机制不清楚,由此引发了一场讨论。问题详见:低血镁使得肾小管上皮细胞钠泵失活,为啥会导致低血钾?

第八版的病理生理教科书上所给的解释是:低镁使得肾小管上皮细胞的 Na+-K+-ATP 酶失活,钾重吸收障碍所致。

在网上简单的查找了一些资料,发现也是如下的类似解释:

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然而,这样的解释经不起深究,因为钠-钾-ATP 酶分布实在是太广泛了,如果说低镁血症引起钠-钾-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。

在通过查找资料以及同行的帮助下,发现了这个问题有了新的理解。我们结合 JASN 上的文章对这个问题进行一些深入的探讨。

首先要了解一下,在远端肾单位(远曲小管后段、连接小管以及皮质集合管)分泌钾的主要原理:

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K+通过基底膜侧的钠-钾-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+)。

这个 ROMK,即 the renal outer-medullary K+ channel,是今天要说的一个重要结构,有个很拗口的中文名称:肾脏外髓钾通道。也有称之为 KIR1.1,学名应该是:potassium voltage-gated channel subfamily J member 1,感兴趣的可以看看这方面更多的文献。

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。这里其实 ENaC 也是一个非常有意思的结构,即 epithelial sodium channel,中文称之为:上皮钠通道。这个和肾科的日常联系更紧密,有兴趣也可以参看相关的文献。

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作用靶点的一个很重要特性:保钠排钾。即 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)。

接下来该看看真正的解释了!

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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 -100mV,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 1 mmol/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。

最后还看到一张有意思的图,也和大家分享下,如果缺镁的同时盐摄入过多或伴有醛固酮升高,低钾就更明显啦!后果你们自己看:

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个人理解难免不足之处,还请大家不吝赐教!

真心希望教科书能够与时俱进!


参考文献:

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

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

特别鸣谢:麻省总院布莱根妇女医院 李嘉华

编辑: 徐德宇

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