HC47: Zuur-base en kaliumregulatie

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt besproken hoe de nieren het kaliumgehalte reguleren
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Functies

Kalium is een erg belangrijke stof in het lichaam. De nieren spelen een belangrijke rol in de kaliumhuishouding. Bij nierfalen kan er een verstoorde kaliumbalans ontstaan. Naarmate de nierfunctie achteruitgaat, neemt de kans op cardiovasculaire schade toe. Kalium heeft verschillende functies:

• Celvolume
  • Kalium bevindt zich vooral intracellulair → slechts 2% van het kalium is extracellulair aanwezig
    • Dit is in tegenstelling tot natrium, wat zich vooral extracellulair bevindt
• Regeling van de pH
  • Bij acidose zullen H⁺-deeltjes zich verplaatsen van extracellulair naar intracellulair → kalium zal zich verplaatsen van intracellulair naar extracellulair → hyperkaliëmie
    • Hyperkaliëmie leidt ook tot acidose
  • Bij alkalose zullen H⁺-deeltjes zich verplaatsen van intracellulair naar extracellulair → kalium zal zich verplaatsen van extracellulair naar intracellulair → hypokaliëmie
    • Hypokaliëmie leidt ook tot alkalose
• Functionering van pompen en enzymen
• DNA-synthese
• Actiepotentialen

Kaliumconcentratie

Kalium komt op 2 manieren in het lichaam:

• Productie door de spieren
• Voedselinname

In totaal is de kaliumconcentratie 50 mmol/kg lichaamsgewicht, bijv. 3500 mmol voor iemand van 70 kg. Kalium bevindt zich intra- en extracellulair:

• 98% van het kalium is intracellulair
  • [K⁺] = 140 mmol/L
• 2% van het kalium is extracellulair
  • [K⁺] = 4 mmol/L
    • [K⁺] > 5 mmol/L → hyperkaliëmie
    • [K⁺] < 3,5 mmol/L → hypokaliëmie

Membraanpotentiaal

Dankzij de aanwezigheid van een Na⁺/K⁺ATPase pomp kan een membraanpotentiaal gecreëerd worden:

• 3 deeltjes natrium worden de cel uitgepompt
• 2 deeltjes kalium worden de cel ingepompt

→ Er wordt een negatieve gradiënt in de cel gecreëerd: de elektrochemische gradiënt.

Hyper- en hypokaliëmie

Invloed op het hart:

Zowel hyper- als hypokaliëmie leiden tot hartritmestoornissen:

• Bij een laag kaliumgehalte wordt de rustpotentiaal negatiever → er is een groter stimulus nodig om de drempelpotentiaal te halen
  • Er ontstaan verlaagde T-golven en ST-segmenten → ritmestoornissen
• Bij een hoog kaliumgehalte wordt de rustpotentiaal minder negatief → snelle natriumkanalen worden geïnactiveerd → depolarisatieproblemen
  • Op het ECG is dit te zien als spitse T-golven en een groot PR-interval → ventrikelfibrilleren

Oorzaken:

Oorzaken van hypokaliëmie:

• Tractus digestivus
  • Braken
  • Diarree
• Drugs
  • Thiazide
  • Lisdiuretica
  • Osmotische diuretica
  • Penicilline
• Intracellulaire shifts
  • Alkalose (H⁺eruit, K⁺erin)
  • Te veel catecholamine
  • Insuline overdosis
• Nier verlies
  • Te veel bijnier steroïden
  • Genetische afwijkingen
    • Bartter syndroom (tekort aan NKCl2)
    • Gittelman syndroom (tekort aan NCl)
    • Liddles syndroom (tekort aan ENaC)
    • Renal tubulaire ziekte
• Huid verlies
  • Brandwonden
  • Excessief zweten

Oorzaken hyperkaliëmie:

• Verhoogde intake
  • Oraal
  • IV
• Beperkte excretie van de nieren
  • Chronische nierziekte
  • Acute nierschade
  • Mineralo-corticoïd receptor antagonisten
  • ACE
  • ARBs
• Toegenomen beweging naar buiten van de cellen
  • Traumatische hemolyse
  • Acidose: toename van H⁺ verwisseld voor K⁺
  • Digitalis

Gevolgen:

Vaak zijn patiënten met hypo- of hyperkaliëmie asymptomatisch (geen klachten). Echter kunnen er wel klachten zijn. Bij hypokaliëmie zijn dit o.a.:

• Spierkrampen
• Hypoventilatie
• Hypotensie
• Hartritmestoornissen
• Verminderd concentrerend vermogen van de nier (polyuria)

Bij hyperkaliëmie zijn dit o.a.:

• Hartritmestoornissen
• Spierzwakte
• Paralyse

Omdat patiënten vaak asymptomatisch zijn vindt vaak controle pas plaats bij patiënten die in het ziekenhuis zijn opgenomen of behandeld worden met medicijnen.

Kaliumverdeling

In de verdeling en balans van kalium moet de input gelijk zijn aan de output:

• Intake: 100 mmol/dag
  • In een banaan zit ongeveer 13 mmol kalium → bananen zijn slecht voor dialysepatiënten
    • Bij een ECF van 14 L is er na het eten van 2 bananen een concentratie van 1,9 mmol/L
• 10% wordt onveranderd via de darm uitgescheiden
• 90% komt in het ECF terecht → verdeelt zich over verschillende compartimenten → wordt via de nieren uitgescheiden

Vaak wordt er gesproken van een interne en externe kaliumbalans. Met de externe balans van kalium wordt bedoeld wat zich in de tractus digestivus en nieren plaatsvindt. Met de interne balans wordt de ECF en ICF bedoeld.

Factoren:

Factoren die een rol spelen bij kaliumverdeling:

• Fysiologisch
  • Adrenerge receptor agonisten
  • Insuline
  • Aldosteron
• Pathofysiologisch
  • Zuur-base stoornissen
  • Plasma osmolariteit
  • Cell lyse → kalium komt vrij in de circulatie
  • Te veel beweging
• Drugs/medicatie die hyperkaliëmie veroorzaken
  • Kaliumsupplementen (ACE-remmers)
  • Angiotensine-omzettende enzym inhibitoren
  • Kalium-sparende diuretica

Kalium wordt heel snel opgenomen door de cellen. Dit kan dankzij verschillende hormonen, waaronder insuline. Type 1 diabetes patiënten hebben een tekort aan insuline en dus ook een te hoog kaliumgehalte.

Kaliumfiltratie, -reabsorptie en -secretie:

De GFR van de nieren is 180/L per dag. De concentratie kalium in het bloed is 4,5 mmol/L → per dag wordt er 810 mmol kalium gefiltreerd. Heel veel hiervan wordt terug geresorbeerd. Afhankelijk van hoeveel de kaliuminname is, wordt de hoeveelheid kalium gereguleerd. Dit doen de nieren minder goed dan bij natrium → bij lage kaliuminname wordt alsnog kalium gesecreerd.

Proximale tubulus:

De proximale tubulus is belangrijk voor de terugresorptie van veel deeltjes en water. Hier wordt kalium vooral passief terug geresorbeerd → via paracellulaire transportmechanismes gaat kalium met water mee richting het basolaterale membraan. Dit heet solvent drag.

Lis van Henle:

In het dikke stijgende been wordt kalium actief getransporteerd door de Na/K/2Cl co-transporter. Paracellulair vindt diffusie via de chemogradiënt plaats.

Verzamelbuis:

In de verzamelbuis is er in het geval van lage kaliumintake terugresorptie en in het geval van hoge kaliumintake secretie.

Bij het corticale gedeelte van de verzamelbuis vindt actief kaliumresorptie plaats in de intercalated cellen via de K⁺/H⁺pomp aan het apicale membraan. Aan het basolaterale membraan wordt het passief afgegeven aan de bloedbaan.

In de principal cell vindt kaliumsecretie plaats via het ENaC kanaal → doordat natrium geresorbeerd wordt, wordt kalium gesecreerd. Hierbij zorgt aldosteron ervoor dat door het creëeren van principal cells en ENaC kanaaltjes natrium wordt opgenomen en kalium uitgescheiden. Ook stimuleert het de Na⁺/K⁺ATPase pomp.

Naast aldosteron zorgt toename van de flow er ook voor dat het kalium terug geresorbeerd kan worden. Bij een hoge flow is er namelijk minder mogelijkheid om het kalium terug te resorberen.

Diuretica

Verschillende diuretica kunnen ingrijpen op verschillende delen van het nefron om de kalium resorptie te inhiberen:

• Lisdiuretica: blokkeert de Na/2Cl/K co-transporter in de lis van Henle → meer kaliumverlies → meer vochtverlies
• Thiazide diuretica: grijpen in de distale tubulus in op de Na/Cl transporter → minder natrium terugresorptie → ontzouting
• Aminloride: grijpt aan op de principal cell in de verzamelbuis → minder ENaC kanaaltjes → minder kaliumsecretie
  • Dit is dus een kalium-sparend diureticum

Drop

Het eten van drop heeft effect op het kaliumgehalte en de bloeddruk. Drop bevat glycerytine:

1. Glycerytine remt het enzym 11b-HSO2
2. Cortisol wordt niet meer omgezet naar cortison 
3. Er komt meer cortisol in de cel
   • Cortisol heeft het hetzelfde effect als aldosteron
4. Het lijkt alsof er veel aldosteron is → veel natriumresorptie
5. Er vindt meer vochtresorptie plaats
6. Het circulerend volume verhoogd
7. Er ontstaat hypertensie

Door negatieve feedback wordt de renine- en aldosteronproductie geremd. Door de hoge cortisolspiegels lijkt het echter alsof er een hoog aldosterongehalte is → pseudo-hyperaldosteronisme.

In dit geval is het kaliumgehalte in het bloed verlaagd. Er vindt natriumretentie en dus kaliumsecretie plaats.

Casus 1: hypokaliëmie en diarree

Iemand met diarree heeft een laag kaliumgehalte. Dit kan 2 oorzaken hebben:

• Door het vele vochtverlies vindt er veel kaliumverlies plaats
• Door hypaldosteronisme vindt er kaliumverlies plaats

Casus 2: hyperkaliëmie in ESRD

Iemand met ESRD (een hele slechte nierfunctie) heeft een hoog kaliumgehalte. Dit heeft 2 oorzaken:

• De filtratie is verminderd
• Er kan onvoldoende H⁺ worden uitgescheiden met de urine → acidose

Casus 3: crush trauma

Een soldaat die betrokken is bij een crush trauma (hoog energetisch trauma) heeft kans op hyperkaliëmie omdat alle cellen kapotgaan. Er komt heel veel kalium vrij. Dit kan behandeld worden met insuline of een bicarbonaat, waardoor het kalium de cel in wordt gejaagd. Ook kan het helpen om een infuus aan te leggen → veel vocht, waardoor het kalium wordt uitgeplast.