Các yếu tố chính điều chỉnh sự bài tiết kali của thận

Sự điều hòa bình thường của bài tiết kali xảy ra chủ yếu là kết quả của những thay đổi trong bài tiết kali của các tế bào chính của ống lượn xa và ống góp. Các yếu tố quan trọng nhất kích thích sự bài tiết kali của các tế bào chính bao gồm (1) tăng nồng độ kali trong dịch ngoại bào, (2) tăng aldosterone, và (3) tăng tốc độ dòng chảy của ống thận.

Một yếu tố làm giảm bài tiết kali là tăng nồng độ ion hydro (nhiễm toan).

Hình. Ảnh hưởng của nồng độ aldosteron huyết tương (vạch đỏ) và nồng độ ion kali ngoại bào (vạch đen) đến tốc độ bài tiết kali qua nước tiểu. Những yếu tố này kích thích sự bài tiết kali của các tế bào chính.

Tăng nồng độ kali trong dịch ngoại bào kích thích tiết kali

Tốc độ bài tiết kali ở các ống lượn xa và ống góp bị kích thích trực tiếp bởi nồng độ kali trong dịch ngoại bào tăng lên, dẫn đến tăng bài tiết kali, như trong hình. Tác dụng này đặc biệt rõ rệt khi nồng độ kali trong dịch ngoại bào tăng trên khoảng 4,1 mEq / L, thấp hơn một chút so với nồng độ bình thường. Do đó, tăng nồng độ kali huyết tương đóng vai trò là một trong những cơ chế quan trọng nhất để tăng bài tiết kali và điều chỉnh nồng độ ion kali trong dịch ngoại bào.

Tăng lượng kali trong khẩu phần ăn và tăng nồng độ kali trong dịch ngoại bào kích thích bài tiết kali theo bốn cơ chế:

1. Tăng nồng độ kali trong dịch ngoại bào khi kích thích bơm natri-kali ATPase, do đó làm tăng hấp thu kali qua màng đáy. Sự hấp thu kali tăng lên này đến lượt nó làm tăng nồng độ ion kali nội bào, làm cho kali khuếch tán qua màng tế bào vào ống thận.

2. Nồng độ kali ngoại bào tăng làm tăng gradien kali từ dịch kẽ thận đến bên trong tế bào biểu mô, làm giảm sự thấm ngược của ion kali từ bên trong tế bào qua màng đáy.

Hình. Ảnh hưởng của nồng độ ion kali dịch ngoại bào đến nồng độ aldosteron huyết tương. Lưu ý rằng những thay đổi nhỏ về nồng độ kali gây ra những thay đổi lớn về nồng độ aldosterone.

3. Lượng kali tăng lên sẽ kích thích tổng hợp các kênh kali và sự chuyển vị của chúng từ tế bào đến màng tế bào, do đó, làm tăng khả năng khuếch tán kali dễ dàng qua màng.

4. Nồng độ kali tăng lên sẽ kích thích sự bài tiết aldosterone của vỏ thượng thận, điều này tiếp tục kích thích bài tiết kali.

Aldosterone kích thích bài tiết kali

Aldosterone kích thích sự tái hấp thu tích cực các ion natri của các tế bào chính của ống lượn xa và ống góp. Hiệu ứng này được thực hiện thông qua bơm natri-kali ATPase vận chuyển natri ra ngoài qua màng đáy của tế bào và vào dịch kẽ thận cùng lúc bơm kali vào tế bào. Vì vậy, aldosterone cũng có tác dụng mạnh mẽ để kiểm soát tốc độ mà các tế bào chính tiết ra kali.

Tác dụng thứ hai của aldosterone là làm tăng số lượng kênh kali trong màng tế bào và do đó tăng tính thấm của nó đối với kali, làm tăng thêm hiệu quả của aldosterone trong việc kích thích bài tiết kali. Do đó, aldosterone có tác dụng tăng thải kali rất mạnh.

Tăng nồng độ ion kali ngoại bào kích thích tiết Aldosterone

Trong hệ thống điều khiển phản hồi tiêu cực, yếu tố được điều khiển thường có tác động phản hồi lên bộ điều khiển. Trong trường hợp hệ thống kiểm soát aldosterone-kali, tốc độ bài tiết aldosterone của tuyến thượng thận được kiểm soát mạnh mẽ bởi nồng độ ion kali trong dịch ngoại bào. Hình cho thấy sự gia tăng nồng độ kali huyết tương khoảng 3 mEq / L có thể làm tăng nồng độ aldosteron huyết tương từ gần 0 đến tới 60 ng / 100 ml, nồng độ gần như gấp 10 lần bình thường.

Hình. Cơ chế phản hồi cơ bản để kiểm soát nồng độ kali dịch ngoại bào bằng aldosterone (Ald).

Tác động của nồng độ ion kali để kích thích bài tiết aldosterone là một phần của hệ thống phản hồi mạnh mẽ để điều hòa bài tiết kali. Trong hệ thống phản hồi này, sự gia tăng nồng độ kali huyết tương sẽ kích thích bài tiết aldosterone và do đó, làm tăng nồng độ aldosterone trong máu (vòng 1). Sự gia tăng aldosterone máu sau đó gây ra sự tăng bài tiết kali qua thận (vòng 2). Việc tăng bài tiết kali sau đó làm giảm nồng độ kali trong dịch ngoại bào trở lại bình thường (vòng 3 và vòng 4). Do đó, cơ chế phản hồi này hoạt động hiệp đồng với tác động trực tiếp của việc tăng nồng độ kali ngoại bào để nâng cao bài tiết kali khi lượng kali tăng lên.

Hình. Cơ chế chính tăng bài tiết kali khi lượng kali cao. Lưu ý rằng nồng độ kali trong huyết tương tăng trực tiếp làm tăng bài tiết kali của các ống góp và gián tiếp làm tăng bài tiết kali bằng cách tăng nồng độ aldosteron huyết tương.

Phong tỏa hệ thống phản hồi Aldosterone làm giảm đáng kể việc kiểm soát nồng độ kali

Khi không tiết aldosterone, như xảy ra ở bệnh nhân mắc bệnh Addison, sự bài tiết kali ở thận bị suy giảm, do đó làm cho nồng độ kali trong dịch ngoại bào tăng lên mức cao nguy hiểm. Ngược lại, khi bài tiết aldosterone dư thừa (tăng tiết aldosteron nguyên phát), sự bài tiết kali sẽ tăng lên rất nhiều, gây mất kali qua thận và do đó dẫn đến hạ kali máu.

Ngoài tác dụng kích thích bài tiết kali ở thận, aldosterone cũng làm tăng sự hấp thu kali của tế bào, góp phần vào hệ thống phản hồi aldosterone-kali mạnh mẽ.

Tầm quan trọng đặc biệt của hệ thống phản hồi aldosterone trong việc kiểm soát nồng độ kali. Trong thí nghiệm này, lượng kali đã được tăng lên gần gấp bảy lần ở chó trong hai điều kiện: (1) trong điều kiện bình thường và (2) sau khi hệ thống phản hồi aldosterone bị chặn bằng cách cắt bỏ tuyến thượng thận và truyền aldosterone tốc độ cố định. Sao cho nồng độ aldosterone trong huyết tương được duy trì ở mức bình thường nhưng không thể tăng cũng không giảm do lượng kali bị thay đổi.

Hình. Ảnh hưởng của những thay đổi lớn về lượng kali nạp vào, nồng độ kali huyết tương ở điều kiện bình thường (đường màu đỏ) và sau khi phản hồi aldosterone bị chặn (đường màu xanh lam). Lưu ý rằng sau khi hệ thống aldosterone bị phong tỏa, việc điều chỉnh nồng độ kali đã bị suy giảm rất nhiều.

Lưu ý rằng ở động vật bình thường, lượng kali tăng gấp bảy lần chỉ làm tăng nhẹ nồng độ kali trong huyết tương, từ 4,2 đến 4,3 mEq / L.

Do đó, khi hệ thống phản hồi aldosterone hoạt động bình thường, nồng độ kali được kiểm soát chính xác, mặc dù lượng kali nạp vào có thay đổi lớn.

Khi hệ thống phản hồi aldosterone bị chặn, sự gia tăng lượng kali tương tự đã gây ra sự gia tăng nồng độ kali trong huyết tương lớn hơn nhiều, từ 3,8 đến gần 4,7 mEq / L. Do đó, việc kiểm soát nồng độ kali bị suy giảm rất nhiều khi hệ thống phản hồi aldosterone bị tắc nghẽn. Sự suy giảm điều hòa kali tương tự cũng được quan sát thấy ở người có hệ thống phản hồi aldosterone hoạt động kém, chẳng hạn như xảy ra ở bệnh nhân mắc chứng tăng aldosterone nguyên phát (quá nhiều aldosterone) hoặc bệnh Addison (quá ít aldosterone).

Hình. Liên quan giữa tốc độ dòng chảy trong ống góp với sự bài tiết kali và ảnh hưởng của sự thay đổi lượng kali đưa vào. Lưu ý rằng chế độ ăn uống nhiều kali sẽ làm tăng tác dụng của việc tăng tốc độ dòng chảy của ống thận để tăng bài tiết kali. Thanh tô bóng hiển thị tốc độ dòng chảy bình thường gần đúng của ống trong hầu hết các điều kiện sinh lý. Sự phụ thuộc dòng tiết K + trong các ống lượn xa của chuột.

Tăng tốc độ dòng chảy hình ống ở xa kích thích sự tiết Kali

Tốc độ dòng chảy của ống lượn xa tăng lên, xảy ra khi tăng thể tích, ăn nhiều natri hoặc điều trị bằng một số thuốc lợi tiểu, sẽ kích thích bài tiết kali. Ngược lại, giảm tốc độ dòng chảy của ống lượn xa, do cạn kiệt natri, làm giảm bài tiết kali.

Ảnh hưởng của tốc độ dòng chảy của ống dẫn đến sự bài tiết kali ở ống lượn xa và ống góp, bị ảnh hưởng mạnh bởi lượng kali đưa vào. Khi lượng kali nạp vào nhiều, tốc độ dòng chảy trong ống tăng lên có tác dụng kích thích bài tiết kali lớn hơn nhiều so với khi lượng kali ăn vào thấp.

Có hai tác động của tốc độ dòng chảy khối lượng lớn làm tăng bài tiết kali:

1. Khi kali được tiết vào dịch ống, nồng độ kali tăng lên, do đó làm giảm động lực khuếch tán kali qua màng tế bào. Với tốc độ dòng chảy của ống tăng lên, kali được tiết ra liên tục được xả xuống ống, do đó, sự gia tăng nồng độ kali trong ống trở nên giảm và sự bài tiết kali thực được tăng lên.

Hình. Ảnh hưởng của lượng natri cao đến bài tiết kali qua thận. Lưu ý rằng chế độ ăn nhiều natri làm giảm aldosterone huyết tương, có xu hướng làm giảm bài tiết kali của các ống góp ở vỏ não. Tuy nhiên, chế độ ăn nhiều natri đồng thời làm tăng sự cung cấp dịch đến ống góp, có xu hướng làm tăng bài tiết kali. Các tác động đối lập của chế độ ăn nhiều natri đối trọng lẫn nhau, do đó có rất ít thay đổi trong việc bài tiết kali.

2. Tốc độ dòng chảy trong ống cao cũng làm tăng số lượng kênh BK dẫn điện cao trong màng tế bào. Mặc dù các kênh BK bình thường không hoạt động, chúng trở nên tích cực để đáp ứng với sự gia tăng tốc độ dòng chảy, do đó làm tăng đáng kể độ dẫn của kali qua màng tế bào.

Tác động của việc tăng tốc độ dòng chảy qua ống thận là đặc biệt quan trọng trong việc giúp duy trì sự bài tiết kali bình thường trong quá trình thay đổi lượng natri. Ví dụ, với một lượng natri cao, làm giảm bài tiết aldosterone, tự nó sẽ có xu hướng làm giảm tốc độ bài tiết kali và do đó, làm giảm bài tiết kali qua nước tiểu. Tuy nhiên, tốc độ dòng chảy của ống lượn xa cao xảy ra với lượng natri cao có xu hướng làm tăng bài tiết kali. Do đó, hai tác động của việc hấp thụ nhiều natri - giảm bài tiết aldosteron và tốc độ dòng chảy của ống thận cao - đối trọng lẫn nhau, do đó có rất ít thay đổi trong bài tiết kali. Tương tự như vậy, với một lượng natri thấp, ít có sự thay đổi trong bài tiết kali vì tác dụng đối trọng của việc tăng bài tiết aldosteron và giảm tốc độ dòng chảy của ống đối với bài tiết kali.

Nhiễm toan cấp tính làm giảm tiết Kali

Nồng độ ion hydro của dịch ngoại bào tăng cấp tính (nhiễm toan) làm giảm bài tiết kali, trong khi giảm nồng độ ion hydro (nhiễm kiềm) làm tăng bài tiết kali. Cơ chế chủ yếu làm tăng nồng độ ion hydro ức chế bài tiết kali là do làm giảm hoạt động của bơm natri-kali ATPase. Sự giảm này đến lượt nó làm giảm nồng độ kali nội bào và tiếp theo là sự khuếch tán thụ động của kali qua màng tế bào vào ống. Nhiễm toan cũng có thể làm giảm số lượng kênh kali trong màng tế bào.

Với tình trạng nhiễm toan kéo dài hơn, kéo dài trong khoảng thời gian vài ngày, có sự gia tăng bài tiết kali qua nước tiểu. Cơ chế của tác dụng này một phần là do tác động của nhiễm toan mạn tính để ức chế tái hấp thu natri clorua và nước ở ống lượn gần, làm tăng phân phối thể tích, do đó kích thích bài tiết kali. Hiệu ứng này ghi đè tác dụng ức chế của các ion hydro trên bơm natri-kali ATPase.

Do đó, nhiễm toan mãn tính dẫn đến mất kali, ngược lại nhiễm toan cấp tính dẫn đến giảm đào thải kali.

Tác dụng có lợi của chế độ ăn giàu kali và hàm lượng natri thấp

Trong phần lớn lịch sử loài người, chế độ ăn điển hình là chế độ ăn ít natri và hàm lượng kali cao, so với chế độ ăn hiện đại điển hình. Ở những nhóm dân cư biệt lập chưa trải qua quá trình công nghiệp hóa, chẳng hạn như bộ tộc Yanomamo sống ở Amazon, miền Bắc Brazil, lượng natri tiêu thụ có thể thấp tới 10 đến 20 mmol / ngày trong khi lượng kali có thể cao tới 200 mmol / ngày. Lượng tiêu thụ này là do họ có một chế độ ăn uống có nhiều trái cây và rau quả và không có thực phẩm chế biến sẵn.

Dân số có kiểu ăn kiêng này thường không bị tăng huyết áp và các bệnh tim mạch liên quan đến tuổi tác. Với quá trình công nghiệp hóa và sự gia tăng tiêu thụ thực phẩm chế biến sẵn, thường có hàm lượng natri cao và hàm lượng kali thấp, đã làm tăng đáng kể lượng natri và giảm lượng kali. Ở hầu hết các nước công nghiệp phát triển, lượng kali tiêu thụ trung bình chỉ từ 30 đến 70 mmol / ngày, trong khi lượng natri tiêu thụ trung bình từ 140 đến 180 mmol / ngày.

Các nghiên cứu thực nghiệm và lâm sàng đã chỉ ra rằng sự kết hợp của lượng natri cao và lượng kali thấp làm tăng nguy cơ tăng huyết áp và các bệnh tim mạch và bệnh thận. Tuy nhiên, chế độ ăn giàu kali dường như bảo vệ khỏi những tác động xấu của chế độ ăn nhiều natri, làm giảm huyết áp và nguy cơ đột quỵ, bệnh mạch vành và bệnh thận. Tác dụng có lợi của việc tăng lượng kali hấp thụ đặc biệt rõ ràng khi kết hợp với chế độ ăn ít natri.

Các hướng dẫn về chế độ ăn uống được xuất bản bởi các tổ chức quốc tế khác nhau khuyến nghị giảm lượng natri clorua trong khẩu phần ăn xuống còn khoảng 65 mmol / ngày (tương ứng với 1,5 g / ngày natri hoặc 3,8 g natri clorua / ngày), đồng thời tăng lượng kali lên 120 mmol / ngày (4,7 g / ngày) cho người lớn khỏe mạnh.