不同肾功能水平下的血钾代谢

2018-02-07 20:19 来源:丁香园 作者:董辰木
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病例介绍

一个伴有 2 型糖尿病、高血压的终末期肾病的 55 岁中年患者在肾移植 1 月后出现血钾升高(5.5 mmol/L)。病人既往 10 年前因菌血症导致 AKI 时曾出现重度高钾血症且接受透析治疗,在随后的病程中,患者因加用肾素血管紧张素阻滞剂后出现高钾血症无法耐受此类药物,患者 CKD 病情进行性进展。病人随后接受腹膜透析治疗,此间血钾维持在 3.6 到 4.2 mmol/L,患者移植前透析方式更改为血液透析,透析前血钾维持在 5.5~5.8 mmol/L。

正常的血钾代谢

这个病人向我们表明了不管急性肾损伤/慢性肾衰竭,还是接受透析的情况下,患者都会经常出现高钾血症。我们在此讨论肾功能受损是如何影响钾离子排出,并进一步导致高钾血症的。正常肾脏有十分强大的排钾能力,血钾摄入增加会导致间质血钾蓄积从而抑制髓袢升支粗段及近曲小管(影响程度较髓袢升支粗段小)对氯化钠重吸收减少,从而导致流经远端肾单位的钠离子及原尿流速均增加。过多钾离子摄入可直接作用于远曲小管可调节原尿的流量及钠离子浓度。血钾水平升高会导致远曲小管起始部 (DCT1) 降低噻嗪敏感的钠氯共转运体的活性,因此导致邻近的醛固酮敏感的远端肾单位(DCT2 及集合管)原尿流速及钠离子增加,从而出现电荷介导及流速介导的钾离子排出增加。同时血钾的代谢还存在肠道-肾脏反射轴,当钾离子进入胃部时,可通过此反射轴抑制肾小管钠氯共转运体的活性;另外,去年诺贝尔奖获得者研究的钟基因也对血钾代谢存在影响:当白天血钾摄入做多的时候,钟基因节律也促使血钾在白天排出最多。

上述人体肾脏强大的血钾代谢能力使得史前人类能够在当时食物含钾量 4 倍于今日食物含钾量的情况下仍能保持血钾水平的正常。富钾饮食摄入对于人类健康存在许多好处,人类肾脏进化的功能使其为了维持此益处进化出强大的代谢功能以应对高钾。

急性肾损伤时的血钾代谢

当 AKI(急性肾损伤)累及远端肾单位(尤其是合并集合管受累)时,细胞泌钾功能障碍常会导致高钾血症的出现。缺血、毒物损伤等导致的急性肾小管坏死或类似急性间质性肾炎的 AIN 均可导致这一部位受累。在梗阻性肾病中,因为急剧升高的小管管腔压力破坏远端肾单位的生理功能导致丧失促钾外排的电荷动力基础,因此高钾血症在急性尿路梗阻中是一个早期的临床指标。对于无尿或少尿的患者,因为到达远端肾单位的钠离子及水明显减少,因此无法给远端肾单位提供足够的钠以保证钠-钾交换而出现远端肾单位血钾外排明显减少出现高钾血症。另外,GFR 的短期急剧下降会限制 AKI 病人血钾的外排也加剧了高钾血症的程度。

与 CKD 病人在出现高钾血症前机体还会有足够的时间还产生代偿机制不同,AKI 病人哪怕血钾有轻度的升高也需要高度重视,因为此时机体无法迅速形成代偿机制,这种升高是突然出现且可进行性加重的。横纹肌溶解导致内源性钾离子释放入血及酸中毒时导致的钾离子细胞外移增加均可加重 AKI 时高钾血症。

慢性肾脏病时的血钾代谢

CKD 的特点就是有效肾单位减少,因此可伴随具有泌钾功能的集合管数量减少。因 CKD 病情缓慢进展,因此健存肾单位的远端肾单位或集合管主细胞代偿性增加钾离子的排泌以维持 CKD 病人血钾水平的正常。其实这种代偿机制与正常人在慢性钾负荷(或盐皮质激素活性增加)情况下出现小管基底侧增殖折叠、细胞肥大、线粒体数目增加类似:这种生理适应性改变导致小管基底侧面积随之增加,随之而来的是肾小管上 Na+- K+-ATP 的密度及活性均增加。CKD 时肾单位丢失还会导致流经健存肾单位的钠离子浓度及原尿流速增加,从而促进健存肾单位的远曲小管或集合管泌钾增加。

CKD 病人在 GFR 下降至 15 ml/min 之前,血钾水平是可以维持在 5.5 mmol/L 的。但是当病人出现少尿、高钾饮食、组织分解增加、醛固酮分泌减少或醛固酮活性减低等情况时也会出现高钾血症。

尽管 CKD 病人可以通过代偿机制调节血钾水平,但是其进一步增加泌钾的能力有限,而且此部分人群与正常人相比在同等富钾饮食的情况下血钾水平容易更高且持续时间更长,因此 CKD 病人仍是高钾血症的高危人群。

高钾血症还可以是糖尿病伴 CKD 或晚期心力衰竭患者的一个早期发现。糖尿病患者多伴有盐皮质激素活性降低(多为低肾素-低血管紧张素的早期表现);而晚期心力衰竭时流经远端的钠离子浓度减少,且心衰患者多伴有 RAS 阻滞剂的使用。

CKD 病人的高钾血症的主要预治措施是限制钾离子的摄入、应用排钾利尿剂、纠正代谢性酸中毒及减少或停用影响血钾分泌的药物。因为 RAAS 阻滞剂在 CKD、DM、心力衰竭中的心血管保护作用,因此在此部分潜在高钾血症病人停用 RAAS 阻滞剂是个治疗上的困局;目前耐受性好及效果好且不需要减少/停用 RAAS 阻滞剂的新型钾离子结合药物已经上市有望解决这一临床困境。

血液透析及腹膜透析病人的血钾代谢

透析可令 ESRD 病人血钾维持正常。采用透析液钾离子与血钾浓度梯度差可有效清除钾离子,钾离子可自由通过透析膜,大多数钾离子都是在透析前 2 h(即浓度梯度最大时)被清除;当血钾浓度降低,细胞内血钾外移至细胞外开始受限制导致透析的后半段时间血钾清除效率明显下降。因此血糖、胰岛素、儿茶酚胺活性、酸碱平衡紊乱等影响血钾在这细胞内外分布的因素对于血钾的清除会产生影响。

对于普通维持性血液透析患者而言,每次可清除 80`100 mmol 钾离子,一周可清除 300 mmol 钾离子。透析患者的结肠可代偿性增加排钾,通过上调结肠上皮细胞高电导 K+通道、Na+- K+-ATP 泵的表达,每日摄入钾离子的 35% 可通过结肠排出,因为每周食物中钾离子水平总是会比透析清除的钾离子多 100-200 mmol,因此结肠对于血钾的排泌显得尤为重要。结肠钾离子的排泌受盐皮质激素影响,这就可以解释为什么在部分无尿的规律透析的病人应用 RAAS 阻滞剂后出现高钾血症了。结肠钾离子的排泌需要在软便的状态下实现,因此便秘会影响血钾的排出。透析病人如果不执行低钾饮食、透析不充分(包括透析时间短及透析不规律)、或透析通路再循环等情况都是出现高钾血症需要考虑的因素。对于还有残余肾功能的患者,影响血钾排泌的药物也是需要考虑的因素。透析病人如果禁食的情况下胰岛素分泌减少会继发出现高钾血症,这种情况下可通过输入糖水+胰岛素或单纯糖水(非糖尿病患者)以维持血钾水平。

腹膜透析多不伴高钾血症,对于每天使用 10L 腹膜液的 PD 患者,大约有 35~46 mmol 钾离子被清除。虽然每日摄入血钾水平远远超过此数值,但是明显的高钾血症在 PD 病人中少见,而且约 30% 的病人会出现低钾血症。这种情况可能与 PD 的特性相关,具体机制如下:PD 导致结肠排钾增加,PD 更好的保护残余肾功能参与到排钾,PD 液中的葡萄糖强制吸收导致胰岛素释放及富钾食物的摄入减少等相关。

血液透析或腹膜透析病人的高钾血症与机体总钾离子水平相关性差。不同的研究对于骨骼肌中的钾离子定量研究发现机体钾存储量有正常、升高、或降低等不同的情况,这种矛盾的结果与具体的临床场景相关。以终末期肾病病人出现呕吐、大剂量使用利尿剂、或低钾饮食导致的真性缺钾为例,因为病人基本上没有肾功能,因此细胞对钾离子的转移是预防此类病人出现高钾血症的重要机制,但是细胞膜上的 Na+-K+-ATP 泵在尿毒症时活性是明显降低的,从而使钾离子无法有效转移至细胞内;有研究证实将尿毒症患者红细胞与正常人的血浆孵育或者透析后再观察,均发现尿毒症红细胞的 Na+-K+-ATP 泵活性可被逆转;这个机制可在一定程度上解释为什么很多病人虽然总体钾含量偏低,但仍然出现高钾血症。CKD 病人中血清中胰岛素水平及儿茶酚胺水平增加有助于减轻尿毒症诱导的上述细胞钾离子转移功能障碍。

肾移植病人的血钾代谢

肾移植患者移植后经常出现高钾血症,与 CKD 出现高钾血症的机制类似,比如已经存在 GFR 减低的情况下应用诸如 RAAS 阻滞剂或甲氧苄嘧啶等药物;肾移植后出现的间质纤维化或小管萎缩导致的小管功能损伤是此类病人钾离子排泌而出现高钾血症的一个常见病因。移植一年后因为免疫介导损伤、既往的缺血-再灌注损伤、供肾的因素等导致小管萎缩的出现几率增加,使得高钾血症的发生几率也随之增加。

对于采用钙调磷酸酶抑制剂(他克莫司或环孢素)作为维持性抗排异方案的患者,高钾血症的发生机制类似于家族性高钾性高血压。正常情况下,钙调磷酸酶酶可使远曲小管起始部(DCT1)上的 Na+-Cl−共转运体发挥去磷酸化的作用;应用钙调磷酸酶抑制剂后,DCT1 上该转运体的磷酸化不受抑制,因此导致流经下游小管的钠离子浓度及流速均减低,导致醛固酮敏感的远端肾单位排钾障碍,而 NaCl 的潴留会导致高血压及容量负荷,继发性抑制循环中肾素及醛固酮水平。

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编辑: 徐德宇

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