Vorlesung - MedUni Wien

Physiologie und Pathophysiologie des K+-Haushaltes
Inhalt:
1. Innere und äußere K-Bilanz
2. Regulation der K-Verteilung zwischen Intra- und Extrazellulärvolume
3. Regulation der äußeren K-Bilanz - Anpassung der renalen Ausscheidung an die
Zufuhr Transportmechanismen entlang des Nephrons
4. Hypokaliämie
Störungen der äußeren Bilanz
Störungen der inneren Bilanz
Folgen
5. Hyperkaliämie
Störungen der äußeren Bilanz
Störungen der inneren Bilanz
Folgen
6. Abbildungen
7. Krankengeschichten (Hypokaliämie) und Kommentare
Krankengeschichte_1 (Thiaziid-Diuretikum)
Krankengeschichte_2 (ACTH-produzierender Tumor)
1. Innere und äußere K+-Homöostase
Anm:
K+-reiche / K+-arme Nahrungsmittel - hohe Variabilität der Aufnahme und Ausscheidung dabei muß die Konzentration im Plasma und Extrazellulär-Volumen in engem Bereich
aufrecht erhalten werden.Abweichungen in beide Richtungen, Hyperkaliämie und
Hypokaliämie, können tödliche Folgen haben.
Daher ist eine rasche intrazelluläre Speicherung nach Aufnahme notwendig: rasche Zufuhr
von 1 L Orangensaft (ca 50 meq/L) verursacht keine tödl. Hyperkaliämie
Bei K+-Mangel wird intrazelluläres K+ zur Erhaltung der Plasmakonzentration zur Verfügung
gestellt, bis zu 30 % Kaliumverlust des Gewebes werden toleriert.
Bei Nierenversagen kann die K+-Ausscheidung über den Stuhl gesteigert werden.
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2. Regulation der K-Verteilung zwischen ICV und ECV - "Innere Bilanz"
Mechanismen:
(Ouabain-empfindliche) Na/K-ATPase vs. (Ba2+-empfindliche) K-Kanäle
("Pump-Leak" Gleichgewicht)
Funktioneller K/H-Austausch
Abb_6_1
a. Steigerung der zellulären Aufnahme (+verminderter Efflux) z.B. bei postprandialer KAnflutung:
Insulin
gesteigerte Insulinsekretion bei Hyperkaliämie
Therapeutisch: Insulin + Glucose bei lebensbedrohlicher Hyperkaliämie
Gefahr einer Hypokaliämie bei akuter Behandlung einer diabetischen Ketoazidose,
weniger bei einem Insulinom
ß-sympathomimetische Wirkung
Alkalose
Langfristige Steigerung der Pumpendichte:
Wachstum und Zellproliferation:
diverse Hormone: Insulin und andere Wachstumsfaktoren (EGF...)
NNR-Steroide, insbes Aldosteron, Thyroxin/T3 (vgl. Beteiligung der Na/K-ATPase am GU)
Muskeltraining (dadurch Ruhe-Hypokaliämie bei Sportlern)
positive äußere K-Bilanz
RVI (kaum Auswirkung auf Bilanz)
b. Steigerung der zellulären Abgabe (+verminderte Aufnahme)
Acidose
ß-sympathomimetische Wirkung
Hyperosmolarität
Zellnekrose (Hämolyse, Rhabdomyolyse, Thyreotoxikose, div. Tumore)
akute sportliche Betätigung (K-Freisetzung während der Aktionspotentiale / vgl.
Durchblutungsregulation)
Chronische Verminderung der Pumpendichte:
Diabetes (vgl. [Na+]i und [Ca2+]i (erhöhter Gefäßtonus, Hypertonie)
chron. negative äußere Bilanz u/o
chron. Niereninsuffizienz
Bei K+-Mangel und Gefahr einer Hypokaliämie ist die Freisetzung von K+ aus verschiedenen
Geweben unterschiedlich z.B. wesentlich größer aus der Muskulaur als aus dem Gehirn.
3. Regulation der äußeren K-Bilanz
Anpassung der renalen Ausscheidung an die tägliche K+-Zufuhr durch Einflüsse auf diverse
Transportschritte:
Bei normalem Plasma K+ und normaler GFR werden ca. 800 meq K+ von den gesunden
Nieren täglich filtriert. Von dieser Menge werden >>80 % obligatorisch bis zum distalen
Tubulus rückresorbier. Im spät-distalen Tubulus und den Sammelrohren kann die
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verbleibende Menge fast zur Gänze rückresorbiert werden, andererseits kann durch Sekretion
schließlich mehr als die filtrierte Menge ausgeschieden werden - sehr große Anpassungsbreite
Abb 6.2 Clearance
Abb 6.3 Fraktionelle K+-Resorption
Abb 6.4 Zelluläre Mechanismen des tubulären Transports
Mechanismen des tubulären K+-Transports
a. Entlang des ganzen Nephrons: basolaterale Na/K-ATPase
b. Proximaler Tubulus: ca. 65-80% des gefilterten K+ werden rückresorbiert
"solvent drag"
spät proximal: Lumen positives Potential (Cl- -Gradient) - parazelluläre Resorption leaky tight junctions
apikale K+-Kanäle offenbar für "Regulatory cell Volume Decrease RVD
c. Dicker Teil der Henle´schen Schleife (TALH: thick ascending limb of Henle;
"Verdünnungssegment"): ca. 10-25% des gefilterten K werden rückresorbiert
NaKCl2-Kotransport (benötigt ausreichend K+ für Konzentrierung und Verdünnung)
Lumen + Potential für parazelluläre Resorption
apikale Kanäle für das "recycling" von K+; Ermöglichen K+-Sekretion durch Bumetanid
hier verminderte! K-Sekretion durch Aldosteron (antagonistisch zu Wirkung auf CCT)
d. Ende distaler Tubulus bzw corticale Sammelrohre (CCT: cortical collecting tubule)
"physiologisch": K-Sekretion (evtl. mehr als gefiltert)
bei K+-Mangel: weitere K+-Resorption (Ausscheidung ↓ )
Hauptzelle:
sekretorische K-Kanäle (elektrisch an Na-Resorption gekoppelt)
Amilorid und Triamteren hemmen daher K-Sekretion;
Abhängigkeit der K-Sekretion von der distalen Flußrate und dem Na-Angebot
Stimulation der K+-Sekretion durch:
vermehrte K-Aufnahme mit der Nahrung - "K+-Adaptation"
Aldosteron (Stimulation der basolateralen Na/K-ATPase, erhöhte Dichte apikaler Na-Kanäle →
Lumen negatives Potential verstärkt, Steigerung des elektrochemischen Gradienten und
Stimulation der K+-Sekretion)
ADH
Tubuläres Na-Angebot an CCT
Alkalose (direkte Wirkung auf K-Kanäle)
"Cross talk" basolateral-apikal: Abstimmung der Transportraten ohne Veränderungen des
Zellvolumens: Signale noch fraglich: pd, RVD/RVI, ATP/ADP, [Ca2+]i, pHi ?
apikaler KCl-Kotransport (Bedeutung noch fraglich)
Schaltzelle/Zwischenzelle (Typ A):
dient der K+-Resorption und H+-Sekretion
apikale K/H-ATPase (Omeprazol hemmbar)
erhöht bei Hypokaliämie
(apikale H-ATPase)
Die Kooperation der Zellen des CCT erklärt u.a. das allgemeine Konzept der Koppelung von
Na+-Resorption an die Ausscheidung von K+ oder H+:
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Infusion von Na2SO4 : Na2SO4 wird filtriert aber nicht resorbiert → erhöhtes Na+-Angebot an CCT fördert die
H+ und K+-Sekretion, Aldosteron fördert Na+-Resorption und die H+ und K+-Sekretion (außer bei distaler renaler
tubulärer Acidose, distal RTA, (gestörte H+-Sekretion und Urin pH > 5.5 trotz systemischer Acidose) oder bei
hyperkaliämischer distal RTA, bei der H+ und K+-Sekrtetion gestört sind).
−>bei intakter Nierenfunktion besteht eine "Kompetition" zwischen H+ und K+-Sekretion um
das resorbierte Na+ :
bei systemischer Alkalose ist die H +-Ausscheidung reduziert und es überwiegt die K+
Ausscheidung → Hypokaliämie
bei Hypokaliämie überwiegt die H+-Ausscheidung → metabolische Alkalose
Acidose mit gesteigerter H+-Sekretion hemmt K+-Ausscheidung → Hyperkaliämie
Hyperkaliämie hemmt H+-Ausscheidung → Metabolische Acidose
−>häufig
"hyperkaliämische Acidose" bzw "hypokaliämische Alkalose"
(eine zweite Population von Schaltzellen (Typ B) kann bei Bedarf der HCO3--Sekretion dienen; gekoppelte
Aktivität von H/K-ATPase und Cl/HCO3-Austausch dienen evtl. der Resorption von KCl)
e) in den Sammelrohren der äußeren und inneren Medulla (OMCD, IMCD) wird K+ bei
Bedarf reabsorbiert, analog zu den Mechansimen der Typ-A Schaltzellen.
4. Hypokaliämie (< 3.5 mM):
Ursachen:
4.1. Störungen der äußeren Bilanz Zufuhr / Verlust
bei extrarenalem K+ Verlust "versucht" die Niere die Bilanz zu erhalten → Einschränkung der Ausscheidung
auf <20 meq/d, fraktionelle K+ Exkretion < 5%;
bei renalen Ursachen des K+ Verlusts: Ausscheidung >20 meq/d, FEK > 5%
A: Magen-Darmtrakt und Schweiß
. Mangel in der Nahrung
. Malabsorption (Ca- und K-Salze von Fettsäuren bei Steatorrhoe)
. Laxantien (-Abusus)
. sekretorische Diarrhoe (VIP oder GIP mit K-reichem Sekret; div. Enterotoxine) K-Gehalt
des flüssigen Stuhls ca. 50 meq/l !
. erbl. Diarrhoe mit Cl--Verlust
. Speichel (Boxer um Gewichtsverlust zu erzielen)
. Erbrechen (Verlust an Volumen, K+, und Säure), Absaugung enteraler Flüssigkeitsverlust
( Volumsverlust ) führt evtl.zu
a) "Kontraktionsalkalose"
b) sekundärer Hyperaldosteronismus mit weiterem K-Verlust und Alkalose
starkes Schwitzen
B: Niere:
Erhöhtes Na- und Flüssigkeitsangebot an den spät-distalen Tubulus und CCT stimuliert
in den Hauptzellen Na+-Resorption und die daran gekoppelte K+-Sekretion:
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Verminderte proximale Resorption; z.B.
Alkalose mit kompensatorisch verminderter NaHCO3-Resorption
Typ II Acidose mit primär verminderter proximaler HCO3--Resorption
Fanconi-Syndrom (globale Transportstörung des PT)
Verminderte Na+-Resorption im TALH (z.B. nach vorangegangenem ARF (vgl.
Isosthenurie))
Genetische Defekte:
Verminderte Na+-Resorption im TALH bei Bartter-Syndrom
Genetischer Defekt des Furosemid-sensitiven NaKCl2-Kotransports (NKCC2; Typ 1) oder apikaler K+Kanäle (ROMK; Typ 2 - meist ohne Hypokaliämie) oder basolateraler Cl--Kanäle (CLCKB, Typ 3),
die mit dem NaKCl2-Kotransport bei der Resorption von NaCl im Verdünnungssegment kooperieren
(dazu metabolische Alkalose, Hypercalciurie und Nephrocalcinose, und insbes. Volumsverlust,
Hypotonie trotz erhöhtem Renin und Aldosteron)
Verminderte Na+-Resorption im früh-distalen Tubulus bei Gittelman-Syndrom
Genetischer Defekt des Thiazid-sensitiven NaCl-Kotransports (Volumsverlust, Hypotonie,
Hypocalciurie, Hypomagnesiämie)
Diuretika, die vor dem spät-distalen Tubulus und corticalen Sammelrohr angreifen:
Azetazolamid (Carboanhydrase-Hemmer; Diamox), Schleifendiuretika (Hemmung von
NaKCl2-Kotransport inTALH; Furosemid, Bumetanid), Chlorothiazid (Hemmung des NaClKotransports im früh-distalen Tubulus), osmotische Diuretika
(d.h: alle, außer den "K+-sparenden" Diuretika, die entweder den Na+-Kanal der Hauptzellen blockieren
(Amilorid, Triamteren) oder als Aldosteron-Antagonisten wirken (Spironolakton))
Der Volumsverlust durch Diuretika und sekundärer Hyperaldosteronismus ist eine weitere
Ursache für den K+-Verlust
Nicht resorbierbare Anionen: z.B. Penicillin und Analoge (Oxacillin, Ampicillin ....) binden
als Anionen K+ im Lumen des Nephrons.
Amphotericin B (wird als nicht-selektiver Kationenkanal in die apikale Membran der Sammelrohre
eingebaut)
Diabetische Ketoazidose (K-Salze von nicht resobierbaren Anionen (Ketosäuren) im Harn)
- aber auch Hyperkaliämie (s.u.)
Typ I Acidose: K+-Sekretion statt H+ im distalen Nephron (verminderte Ausscheidung von
titrierbarer Säure und von NH4+)
Hyperaldosteronismus (und einige genetische Defekte)
primär (NNR-Adenom, Hyperplasie, Conn-Syndrom....+Hypertonie),
Sekundär : Nierenarterienstenose, Maligne Hypertonie, Renin-produzierende Tumore
(z.T. kompensatorisch bei Volumsverlust, bei chron. Herzversagen, Leberinsuffizienz, nephrotisches
Syndrom und viele andere Ursachen der Aktivierung des RAA-Systems)
Pseudoaldosteronismus / Liddle-Syndrom
Seltene genetische Störung mit Überaktivität des Na+-Kanals, ENaC, (SCNN1B-Untereinheit) →
Na-Retention, Hypertonie, Hypokaliämie, Alkalose
"glucocorticoid remediable aldosteronism"
Seltene genetische Störung, bei der die Aldosteron-Produktion der NNR (Aldosteron Synthase,
18-Oxydation) nicht abhängig ist von Angiotensin II, sondern von ACTH, das sonst u.a. die
11ß-Hydroxylase aktviert.→ Feed-back-Hemmung der ACTH-Produktion durch Cortisol-Gabe kann die
fehlgeleitete Steuerung beheben.
Adrenogenitales Syndrom (AGS) mit Defekt der 11ß-Hydoxylase
Die Umwandlung von Desoxycorticosteron zu Corticosteron (und dann Aldosteron) und von
Desoxycortisol zu Cortisol ist gehemmt Mangel an Cortisol führt zu überschießender CRH und ACTH
Produktion (damit verbundenen zu gesteigerter Pigmentierung -vgl. M Addison) und die Steroidsynthese
der NNR steht unter massivem Einfluss von ACTH. Hier wird die Bildung von Desoxycorticosteron
(wirksames Mineralcorticoid) und von androgenen Steroiden gefördert (Pseudopubertas praecox bei
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K naben, Virilisierung bei Mädchen)
Defekt der 17α -Hydroxylase
Die Umwandlung von Progesteron zu Desoxycorticosteron und dann Aldosteron ist erhalten.
17α -Hydroxypregnenolon und 17α -Hydroxyprogesteron werden nicht gebildet.
Es fehlen also die Vorstufen zur Synthese von Cortisol, Androstenolon, Androstendion und weiterer
Sexualhormone. → gesteigerte ACTH-Produktion,
Hyperaldosteronismus, defekte Sexualentwicklung.
Cortisol-Bindung an den Mineralcorticoid-Rezeptor
hochdosierte Glucocorticoide, schwere Cushing´sche KH
Glycerrhetinsäure aus Lakritzen
"paraneoplastisch" ACTH-produzierende Tumore (z.B. kleinzelliges Bronchus-Ca)
Cortisol hat zwar eine relativ hohe Affinität zum Mineralcorticoid-Rezeptor, wird aber intrazellulär durch die
11ß-Hydroxysteroiddehydrogenase, 11ß-HSDH, zu Cortison oxydiert, das nur an den Glucocorticoid-Rezeptor
bindet. Bei Überlastung des Enzyms (sehr hohes Cortisol Angebot) oder bei Hemmung des Enzyms
(Glycerrhetinsäure) wirkt Cortisol daher auch als Mineralcorticoid.
[auch eine Mutation des MR selbst wurde beobachtet, u.a. mit Affinität zu Progesteron → Hypertonie während
Gravidität]
4.2. Verteilungsstörungen:
(gestörtes Verhältnis der inneren Bilanz [K+]i /[K+]o) dabei ist eine Hypokaliämie auch
ohne Verminderung des Gesamtkörper-Kaliums möglich.
Epinephrin:
ß2-Agonisten, Dopamin, Dobutamid (deren Wirkung z.T. über Insulin), Theophyllin
evtl. bei Sympathikusaktivierung bei akuter cardialer Ischämie (?), Asthma-Therapie,
Hemmung vorzeitiger Wehen
Insulin: nach Gabe: Aufnahme von K+ + Glukose in Zellen !!
Hyperaldosteronismus (neben seiner hauptsächlichen Wirkung auf CCT)
Rasche Zellvermehrung (akute Leukämie, Lymphome, Therapie mit GMCSF, B12 bei
Perniziosa)
Periodische hypokaliämische Paralyse (L-type Ca; SCN4A; KCNE3)
Alkalose: funktioneller K/H-Austausch an Zellen (bes. Muskulatur) (verstärkt renalen K/HAntagonismus)
Barium-Vergiftung
4.3. Folgen der Hypokaliämie und/oder des Verlustes an intrazellulärem K+
Folgen an erregbaren Zellen: generell Hyperpolarisation bei Abfall von [K+]o (aber auch
Depolariation bei starker Verminderung von [K+]i und GK)
Skelettmuskulatur: Muskelschwäche, Ermüdbarkeit bis Paralyse u. Atemlähmung
Auch verminderte Durchblutung und Schädigung, Myalgie
glatte Muskulatur: herabgesetzte Peristaltik bis Ileus, Blasenatonie
ZNS: Somnolenz, Coma
Herz: Störung der Erregungsbildung, -ausbreitung und -rückbildung
supraventrikuläre und ventrikuläre Tachyarrhythmien - bis Kammerflimmern
verschiedene zelluläre Effekte beteiligt:
a) Chronotropie: diastolische. Depolarisation bei Hyperpolarisation steiler (Geschwindigkeit
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der Aktivierung von IF hängt vom MDP ab), auch ektope Erregungsbildung in PurkinjeFasern.
b) Dromotropie: zunächst pos. dromotrop -(spannungsabh. Kanäle verfügbar), dann neg.
dromotrop, da Nai (durch Hemmung der Pumpe) und Cai (Depolarisation bei sehr niedrigem
Ko - GK bei K+-Verlust auch herabgesetzt), PQ verlängert bis kompletter AV-Block
(ermöglicht reentry)
c) inhomogene (teilw. verzögerte) Ausbreitung der Erregung im Ventrikel ( ST ↓ ).
d) Verzögerte Repolarisation durch Verlust an [K+]i und vermindertem IK: → flaches T,
Auftreten von U, bzw. Auftreten einer T-U-Verschmelzungswelle
e) positiv inotrop, da [Na+]i und daher auch [Ca2+]i .
f) getriggerte Aktivität: verzögerte Nachpotentiale, da [Ca2+]i hoch, das INS ermöglicht
Chronischer K+-Mangel und arterielle Hypertonie : Korrektur des K+-Mangels kann Druck
senken (Mechanismus ?)
Folgen an der Niere (insbes. bei extrarenalen Ursachen der Hypokaliämie):
a) Metabolische Alkalose:
K+ wird in Schaltzellen als "Adaptation" an den K+-Mangel maximal resorbiert und daher H+
sezerniert
NH3-Produktion aus Glutamin gesteigert (kann auch zu Enzephalopathie beitragen !)
HCO3--Reabsorption im prox. Tubulus gesteigert
(evtl. auch Folge der Steigerung des K/H-Austausch in Geweben - intrazelluläre Acidose)
b) Mangel von K+ im TALH führt zu Isosthenurie und Polyurie
(Konzentrierungsfähigkeit mehr beeinträchtigt, da auch vermindertes Ansprechen auf ADH)
[experimentell verminderte Expression von AQP2 bei Hypokaliämie]
Endokrine Folgen:
Hemmung der Insulin-Sekretion und auch der Organempfindlichkeit gegenüber Insulin !!
Hemmung der ADH-Sekretion (Polyurie, Polydipsie) - auch vermindertes Ansprechen der
Niere
(Hemmung der Aldosteron-Sekretion - würde metabolische Alkalose antagonisieren)
5. Hyperkaliämie (> 5 mM) kurze Zusammenfassung:
Ursachen:
"Pseudohyperkaliämie": Hämolyse bei Blutabnahme oder der Blutproben in vitro
5.1. Störungen der Bilanz : Zufuhr / Ausscheidung
Gesteigerte Zufuhr:
K+-reiche Nahrungsmittel: Fleisch, Gemüse, Obst(-säfte), KCl als Kochsalzersatz, ...
(hoch dosiertes K-Penicillin, Blutkonserve ([K+] ca 20 mM !), Lösung zur
Organkonservierung z.B. bei Lebertransplantation, ....)
Zellzerfall:
fulminantes Leberversagen, Myolyse, Verbrennung, Blutung, Hämolyse, Ischämie mit
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Nekrose, Tumore / gastrointestinale Blutugen
Verminderte Ausscheidung durch die Niere:
gestörte Filtration und Harnproduktion: Olig-, Anurie (Akutes Nierenversagen mit allen
Ursachen, chronische Niereninsuffizienz)
gestörte K+ Sekretion bei Pyelonephritis, interstitielle Nephritis u.a.m.
K-sparende Diuretika (Amilorid, Triamteren, Spironolakton)
Hochdosiertes Trimethoprim blockiert EnaC und hemmt Na/K-ATPase (Therapie von Pneumocystsis carinii bei
AIDS)
andere Arzneimittel-Nebenwirkungen (Cycosporin, Tacrolimus, Lithium...... )
Pseudohypoaldosteronismus: (Typ 1 bei Neugeborenen, 2 und 3 bei Erwachsenen)
PHA-1 : Genet. Defekt des Mineralcorticoid-Rezeptors oder des EnaC der Hauptzellen
PHA-2 : K+-Retention ohne! Volumsverlust (vermehrte NaCl-Resorption vor dem CCT?)
PHA-3 : Gestörtes Ansprechen der CCT auf Aldosteron (Sichelzell-Anämie, Amyloidose,
tubulointerstitielle Erkrankungen, u.a.)
Mangel an Mineralcorticoiden
NNR-Insuffizienz, M.Addison, bilaterale Adrenalektomie,
AGS mit 21-Hydroxylase-Mangel, Aldosteron Synthase-Mangel (Corticosteron-MethylOxydase COMT I u. II), Gabe von Glucocorticoiden bei
11-Hydroxylase-Mangel
Hyporeninämie (Diabetische Nephropathie, Pyelonephritis, interst. Nephritis,
Nephrosklerose, Indomethacin u.a. nicht-steroidale Antiphlogistica,
ß-Antagonisten, ACE-Hemmer, Angiotensin-Rezeptor-Blocker
5.2. Verteilungsstörungen:
(gestörtes Verhältnis der inneren Bilanz [K+]i /[K+]o)
Anstieg des Plasma-K+ bei schwerer körperliche Anstrengung (insbes. bei Diabetes oder unter
Therapie mit ß-Blockern)
Acidose: Zellulärer K/H-Austausch besonders durch Ketosäuren gefördert (Ketosäuren
fördern aber die renale K-Ausscheidung),
rasche therapeutische Kompensation einer Alkalose, z.B. mit Arginin-HCl
Diabetes (Insulinmangel) - mit Hyperosmolarität
familiäre hyperkaliämische periodische Paralyse (Adynamia episodica hereditaria)
Mutation von SCN4A, Po, gestörte Inaktivierung, in Ruhe eher Myotonie,
Kälte u.a.
Provokation durch Anstrengung,
Digitalis-Vergiftung, ß-Antagonisten, α -Agonisten
5.3. Folgen der Hyperkaliämie
1. Muskel
Erregbarkeit zunächst erhöht (RP näher an Schwelle), dann Depolarisation bis zum
Refraktärzustand (Paralyse)
2. Acidose (durch Wirkung auf Verteilung und H+ Ausscheidung)
3. Herz:
a) Frequenz: (tachy-) bradycard
(geringe Verminderung des MDP, Schwelle für ICa früher erreicht) stärkere
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Depolarisation: diastolische Depolarisationssteilheit wird flach und Schwelle wird positiver
(rennt davon), evtl. Asystolie, "Cardioplegische Lösung" in der Herzchirurgie
b) Dromotropie: Bei geringer Hyperkaliämie ist am AV-Knoten der Aufstrich des AP (dV/dt) zunächst
steiler (PQ verkürzt); bei stärkerer Hyperkaliämie: am AV-Knoten wird dV/dt flacher, PQ
verlängert; Block ; Kammer: teilweise Inaktivierung der spannungsabhängigen Na-Kanäle,
dV/dt flacher, QRS verbreitert , am Vorhof ebenfalls langsamere Leitung −> flaches P
c) Repolarisationsänderungen:
Kalium-Leitfähigkeit erhöht ! IK führt früher zu Repolarisation, QT verkürzt, schmales,
spitzes, hohes T, verkürzte Refraktärzeit, evtl. Flimmern
Hyponatriämie, Hypocalcämie und Hypomagnesiämie verschieben die Schwelle
spannungsabhängiger Kanäle näher zum Ruhepotential → dabei schwere Rhythmusstörungen
evtl schon bei rel. geringer Hyperkaliämie (6.0-6.5 mM).
Endokrine Folgen
Vermehrete Produktion von Aldosteron (wenn Aldosteron-Mangel nicht die Ursache der
Hyperkaliämie ist)
6. Abbildungen:
6.1 Mechanismen des K+_Austausches zwischen Zellen und Extrazellulärflüssigkeit
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6.2 Prinzip der renalen Clearance
6.3 Fraktionelle Rückresorption von K+ entlang des Nephrons
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6.4 Zelluläre Mechanismen des Na+- und K+-Transportes entlang des Nephrons
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7. Krankengeschichten:
Krankengeschichte 1: 52-jährige Frau
Die Anamnese der Pat. ist unauffällig mit Ausnahme eines seit Jahren bestehenden
Alkoholabusus. Die Pat. war bis vor wenigen Monaten beschwerdefrei. Damals wurde sie zur
Abklärung von Oberbauchschmerzen in ein Krankenhaus aufgenommen. Neben einer
Gastritis wurden Hypertonie, leichter Diabetes mellitus und eine chronisch obstruktive
Bronchitis festgestellt. Neben Alkoholkarenz und diätetischen Maßnahmen wurde die Pat. mit
Cimetidin (H2-Rezeptorenblocker), Theophyllin und Chlorthalidon (Hygroton;
Benzothiadiazin-Diuretikum) behandelt. Vor der jetzigen Aufnahme zunehmende Müdigkeit
und Übelkeit. Erbrechen und Diarrhoe traten nicht auf.
Bei der physikalischen Untersuchung wirkte die Pat. nicht beeinträchtigt. Blutdruck 190/100,
die Haut trocken, keine Ödeme, Fundus hypertonicus, leicht vergrößerte Leber.
Thoraxröntgen: Emphysem. Laborbefunde: Hb 14 g/dl, Hämatokrit 44 %, BUN 8 mg/dl,
Kreatinin 0,8 mg/dl, Blutglukose (nicht nüchtern) 154 mg/dl, Serum-Elektrolyte: Natrium 116
mval/l, Kalium 2,3 mval/l, Cl 80 mval/l, HCO3- 40 mval/l, arterieller pH 7,51, pCO2 41 mm
Hg, Serumosmolarität 242 mosmol/l. Harnelektrolyte: Natrium 10 mval/l, Cl < 15 mval/l,
Kalium 21 mval/l.
2 Stunden nach der Aufnahme Bewußtlosigkeit, Krampfanfälle, ventrikuläre Tachykardie und
Kammerflimmem. Nach Elektrodefibrillation und Korrektur der Hyponatriämie und
Hypokaliämie durch langsame NaCl- und KCI-Infusion blieb ein Vorhofflimmern weiterhin
bestehen.
Kommentare zu Hypokaliämie, Hyponatriämie und metabolische Alkalose bei Therapie
mit Thiazid-Diuretikum
(auch Theophyllin-Gabe könnte die K+-Verteilung beeinflußt haben)
Thiazid-Diuretika hemmen die NaCl-Resorption im früh-distalen Tubulus. Erhöhtes Na+- und
Flüssigkeitsangebot an die corticalen Sammelrohre, dort vermehrte Sekretion von K+ und H+,
dadurch gesteigerte Bildung von HCO3- und dessen Abgabe in das Blut. Metabolische
Alkalose verstärkt die Hypokaliämie (s.o.) zusätzliche Überlegungen:
Na+ -Verlust durch Diuretika-Gabe:
Bei der Pat. keine Hinweise auf einen schweren Volumsmangel (z.B.: gestörte orthostatische
Kreislaufregulation, trockene Schleimhäute, Kollaps - Schock) oder Volumsvergrößerung
(Ödeme).
Allgemein stellt sich unter kontinuierlicher diuretischer Therapie nach vorübergehender
negativer Na+-Balance wieder eine ausgeglichene äußere Balance auf einem niedrigeren
Niveau des Gesamtkörper-Na+ ein. Es werden Mechanismen aktiviert, die den Diuretika
entgegenwirken, u.a. Durst, RAA - damit gesteigerte proximale Na+-Resorption durch
Angiotensin II, Aldosteronwirkung auf CCT; vermehrtes Flüssigkeitsangebot an CCT und
auch dessen Hypertrophie.
Vor allem Schleifendiuretika schränken die Fähigkeit des Verdünnungssegments ein,
einerseits einen hypotonen Harn zu produzieren (Resorption von NaCl ohne gleichzeitiger
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Wasser-Resorption) und gleichzeitig ein hypertones Mark herzustellen, das bei ADHWirkung die Wasserresorption aus den Sammelrohren und damit die Konzentrierung des
Harns ermöglicht. Bei Thiazid-Diuretika ist die Fähigkeit einen konzentrierten Harn zu
produzieren nicht gestört und unter ADH-Wirkung kann Wasser resorbiert werden. Es besteht
also eher die Tendenz zu einer Verminderung der Clearance des freien Wassers ( CLFW =
Harnvolumen - osmot. Clearance) und zu Wasser-Retention.
Clearance des freien Wassers: man kann sich den Harn (auch die Nahrung) als ein Gemisch
von reinem, von gelösten Substanzen "freien" Wasser und einer Plasma-isotonen Flüssigkeit
vorstellen. Ist der Harn gegenüber dem Plasma hypoton, dann ist CLFW positiv, ist der Harn
hyperton, dann fehlt Wasser um ihn plasmaisoton zu machen und CLFW ist negativ.
Die neurologischen Symptome der Pat. sind vor allem durch die starke Hypoosmolarität zu
erklären. Die Korrektur der Hyponatriämie muß langsam erfolgen !! evtl. durch
Mannitol-Diurese statt langsamer Infusion von NaCl. Rasche Korrektur kann tödlich sein
oder bleibende neurologische Folge haben : bei hypotonem Plasma und ExtrazellulärFlüssigkeit ist auch die Intrazellulärflüssigkeit hypoton. Erhöhung der Osmolarität der
Extrazellulär-Flüssigkeit führt zu osmotischem Schrumpfen der Zellen, wobei sich Axone von
ihrer Markscheide lösen können --- z.B. pontine Myelinolyse.
Rasche Infusion von K+ kann einen Herzstillstand zur Folge haben (vgl. K+-reiche
cardioplegische Lösung in der Herzchirurgie)
Krankengeschichte 2: 70-jähriger Mann
Anamnese: Appendektomie in der Kindheit, vor 12 Jahren Prostatektomie wegen Karzinoms.
Seither diesbezüglich keine Komplikationen. Der Pat. ist Raucher (ca. 20 Zigaretten pro Tag)
und konsumiert größere Mengen Alkohol (4-6 "Drinks" am Abend). Seit vielen Jahren besteht
eine Hypertonie, die mit Hygroton (50 mg/d) behandelt wurde. Vor 6 Monaten
Durchuntersuchung mit weitgehend normalen Befunden, insbesondere normale
Serumelektrolyte. 14 Tage vor der Aufnahme ins Krankenhaus zunehmende Schwäche,
Krankheitsgefühl und Schwindel beim Stehen, zunehmende Appetitlosigkeit, jedoch kein
Erbrechen oder Durchfälle.
Aufnahmebefunde: Guter AZ und EZ, die Haut warm und trocken, Lungen auskultatorisch
und perkutorisch unauffällig. Normale Herztöne, Abdomen weich, keine Organomegalie,
keine Schmerzhaftigkeit, keine Ödeme. Bei der neurologischen Untersuchung allgemeine
Schwäche, jedoch keine fokalen Ausfälle. Sehnenrefelexe symmetrisch, keine pathologischen
Reflexe. Blutdruck im Liegen 150/100, Puls 100/min, im Stehen 120/70; 120/min. Vereinzelt
Extrasystolen. EKG: Sinusrhythmus, Linksschenkelblock.
Thoraxröntgen: Emphysem, Atelektase im linken Unterlappen.
Laborbefunde: Na 144, K 1,7, Cl 80, HCO3 43, BUN 44, Kreatinin 1,6, Blutglukose 155,
GOT 56, GPT 94, Albumin 3,3 g/dl, Blutbild: Leuko 14.700/mm3, Diff.-BB unauffällig,
Hämatokrit 50 %. Blutgasanalyse: pH 7,55, pCO2 55, pO2 59 - Harn: pH 7,0, spez.Gew. 1010,
Na 4, Cl 7, K 50, Osm. 714, Kreatinin 154.
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Der Patient wurde durch Infusion von isotoner NaC1 und Gabe von KCI behandelt (150
mmol/d KCI Infusionen, 4 x 16 mmol/d per os an den ersten zwei Tagen). Das Plasmakalium
stieg auf 3,5 mval/l. Der Pat. wurde vorübergehend entlassen, eine weitere Aufklärung der
Hypokaliämie sollte zu einem späteren Zeitpunkt durchgeführt werden. Nach einer Woche
wieder Auftreten von Schwäche, neuerlicher Abfall des Plasmakaliums (3,1). Bei der
Aufnahme: Ultraschallbefund des Abdomens: Ascites, Lebermetastasen, Vergrößerung der
perigastrischen und periaortalen Lymphknoten. Die Nadelbiopsie eines perigastrischen
Lymphknotens ergab die Diagnose eines kleinzelligen Karzinoms. Folgende weitere Befunde
wurden erhoben: (Normalwerte in Klammer): Serum: freies Cortisol 60 ?g/dl (morgens: 525), ACTH 3.578 pg/ml (<100), Steroidausscheidung im Harn: freies Cortisol 240 ?g/24h
(20-135), 17 Hydroxycorticosteroide 25 mg/24h (2-12), 17 Ketosteroide 25 mg/24h (6-20); 5
Hydroxyindolessigsäure 11,8 mg/24h (1-7). Der Pat. verstarb nach wenigen Tagen.
Autoptisch wurde ein kleinzelliges Bronchuskarzinom im linken Unterlappen festgestellt.
Kommentare zur Krankengeschichte: Kleinzelliges Bronchuskarzinom mit Bildung von
ACTH
Im Gegensatz zur Krankengeschicht 1 besteht Hypokaliämie und metabolische Alkalose aber
keine Hyponatriämie.
Zur Wirkung von Cortisol als Mineralcorticoid s.o., außerdem steigert ACTH in hoher
Konzentration auch die Produktion von Mineralcorticoiden.
Die Befunde und Symptome lassen sich vor allem durch die überschießende MineralcorticoidWirkung und folgliche Hypokaliämie erklären (s.o.).
Teilweise respiratorische Kompensation der metabolischen Alkalose bei Hypoventilation :
(pCO2↑ , pO2 ↓ )
Berechnung der pathologisch gesteigerten fraktionellen K+-Exkretion aus den
Laborwerten:
FEK ist der prozentuelle Anteil an der gefilterten Menge, der auch ausgeschieden wird :
(ausgeschiedenes K / gefiltertes K).x 100.
Gefiltertes K = GFR x Plasma-K
Ausgeschiedenes K = Harnzeitvolumen x Urin-K
PK = 1.7, aber GFR unbekannt
UK = 50, aber V unbekannt
FEK = (VxUK) / (GFRxPK) x 100 = (UK/PK) x (V/GFR) x 100
Kreatinin wird weder tubulär sezerniert noch rückresorbiert, die ausgeschiedene Menge ist gleich der gefilterten
Menge (vgl Abb 6.2)
GFR x PKr = V x UKr
gefilterten Wassers wird rückresorbiert
V/GFR = PKr/UKr
Volumens (1.04 %)
PKr = 1.6; UKr = 154 [mg/dl] ≅ 99 % des
das Harnvolumen ist 1.6 / 154 des gefilterten
FEK = (50 / 1.7) x (1.6 / 154) x 100 = 30.6 %
Wie groß ist FENa ?
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