Potassio ADF Semeiotica E.Fiaccadori enrico.fiaccadori@unipr.it Dipartimento di Clinica Medica Nefrologia & Scienze della Prevenzione

Potassio Principale catione intracellulare (K+) Peso molecolare 39 Range valori normali 3.5 – 5.0 mEq/L (o mmol/L) Partecipa alla regolazione dell’attività elettrica cellulare

Il potassio nell’alimentazione umana

(per il 99% è contenuto nelle cellule) Il potassio è il principale catione intracellulare (per il 99% è contenuto nelle cellule)

Nelle cellule, il potassio è legato a differenti anioni (proteine, fosfati, bicarbonato etc), oltre che al glicogeno

Pool potassico 45-50 mEq/Kg Distribuzione del potassio nell’organismo La maggior parte del pool potassico dell’organismo è contenuta nelle cellule dei muscoli scheletrici Pool potassico 45-50 mEq/Kg Valori di potassiemia determinati da: Apporto di K Distribuzione intra-extracellulare Escrezione urinaria

Rapporti tra potassiemia e pool potassico Per ogni riduzione della potassiemia di 0.3 mEq/L, il deficit prevedibile è circa di 100 mEq (quantità indicativa)

La distribuzione cellulare del potassio è mantenuta dalla Na-K-ATPasi

Omeostasi del potassio: due componenti fondamentali Distribuzione extra-intracellulare (Bilancio interno) Scambio con l’esterno (Bilancio esterno) Entrambe le componenti sono essenziali per il mantenimento dei valori normali di potassiemia

Regolazione della potassiemia   Due strategie di controllo della potassiemia: - In acuto: meccanismi cellulari (redistribuzione tra intra ed extracellulare) - In cronico: meccanismi renali di escrezione (aldosterone)

Redistribuzione cellulare del potassio e adattamento ad un carico acuto Nel soggetto normale un carico di potassio provoca modeste variazioni della potassiemia, che sono comunque sufficienti ad attivare i meccanismi di compenso acuti e cronici

Na-K-ATPasi e distribuzione del potassio La maggior parte dei fattori che influenzano la distribuzione del potassio agisce direttamente o indiretamente sulla Na-K-ATPasi (ad es. ormoni e farmaci adrenergici)

La somministrazione di glucosio determina ingresso di K nelle cellule (se l’insulina è presente e funziona)

Agenti adrenergici e potassiemia

L’acidosi (metabolica) aumenta la fuoriuscita di K dalle cellule

La somministrazione di bicarbonato riduce la potassiemia nel soggetto con acidosi metabolica

K out Ischemia Trauma Catabolismo Chemioterapia ipotermia Il danno e/o la lisi cellulare determinano fuoriuscita di K dalle cellule danno cellulare                                                                     Ischemia Trauma Catabolismo Chemioterapia ipotermia Esercizio massimale in condizioni climatiche estreme K out

L’anabolismo determina ingresso di K nelle cellule L’anabolismo promuove l’ingresso di potassio nelle cellule, ma una volta ricaricati i depositi cellulari di K, il sovrappiù viene eliminato nelle urine  inutile introdurre quantità eccessive di K

Bilancio esterno del potassio Il controllo a medio e lungo termine del bilancio del potassio dipende dal rene (bilancio esterno del K) Il principale sito renale di regolazione del bilancio del potassio è il nefrone distale (tubulo collettore corticale) Il tubulo collettore corticale, per effetto dell’aldosterone, è in grado di eliminare o conservare il potassio a seconda delle necessità, mantenendo valori di potassiemia normali

Controllo della secrezione di aldosterone potassiemia

Rene e aldosterone: un meccanismo a grande capacità per l’adattamento al carico di K

Conservazione del potassio In caso di necessità, il rene può eliminare completamente il potassio dalle urine, oppure ne può eliminare quantità elevate  nel paziente ipopotassiemico la potassiuria dovrebbe essere praticamente assente, e cioè < 5 mEq/L (se i meccanismi renali di conservazione del K sono integri)  non è possibile avere iperpotassiemia se i meccanismi renali di eliminazione del K sono integri (compresa la risposta all’aldosterone),

Rene e potassio Il potassio è liberamente filtrato nel glomerulo Viene completamente riassorbito nel tubulo prossimale e distale In base alle necessità, di eliminazione, viene secreto a livello del tubulo collettore corticale

Modelli cellulari del trasporto di potassio lungo il nefrone: a livello basolaterale i trasportatori sono simili, mentre a livello apicale differiscono a seconda delle cellule prese in considerazione

Meccanismo di secrezione del K nel collettore Tre tappe: Nelle cellule principali del collettore corticale, la pompa Na-K-ATPasi mantiene una concentrazione elevata di K e bassa di Na  l’ingresso di Na dal lume è favorito Il sodio entra nella cellula attraverso i canali del sodio luminali, seguendo il gradiente di concentrazione. Il movimento di Na+, non accompagnato da Cl- che resta nel lume, crea un gradiente elettrico lume-negativo (trasporto eletrogenico di Na+) Il K+ esce dalle cellule verso il lume utilizzando dei canali specifici (canali del potassio), seguendo sia il gradiente elettrico che il gradiente di concentrazione  secrezione K+ 1 2 3 Cl-

Controllo dell’escrezione renale di K (I°) Aldosterone e attività mineralcorticoide Flusso distale Potassiemia Anioni nonriassorbibili

L’aldosterone viene prodotto nella corticale surrenalica; il precursore è il colesterolo

Effetti cellulari dell’aldosterone (cellule principali del t Effetti cellulari dell’aldosterone (cellule principali del t. collettore corticale) Aumento del numero di pompe Na-K-ATPasi a livello del lato basolaterale della cellula tubulare Aumento del numero dei canali del sodio a livello del lato luminale della cellula tubulare Aumento del gradiente elettrico per il riassorbimento del K

I mineralcorticoidi hanno un effetto sull’escrezione di potassio sovrapponibile a quello dell’aldosterone (  un eccesso di aldosterone o mineralcorticoidi provoca aumento dell’eliminazione di K)

L’aldosterone è in grado di regolare in maniera separata l’escrezione di sodio e di potassio Ciò che conta ai fini della regolazione differenziata è il flusso al nefrone distale, a sua volta influenzato dallo stato dei volumi. Due possibilità: 1) Se l’aldosterone è elevato perché c’è deplezione di volume  risparmio di Na, secrezione di K invariata o ridotta (essendo il flusso basso, anche se l’aldosterone è elevato, il gradiente è sfavorevole all’uscita di K dalle cellule) 2) Se l’aldosterone è elevato perché c’è iperpotassiemia, e i volumi sono normali  flusso nel nefrone distale normale  aumentata escrezione di K

Controllo dell’escrezione renale di K (II°) Aldosterone e attività mineralcorticoide Potassiemia Flusso nel tubulo distale (sodio e acqua) Anioni nonriassorbibili

Potassiemia e secrezione renale di potassio: l’aumento della potassiemia aumenta l’escrezione di K indipendentemente dall’effetto dell’aldosterone Aumento del numero di pompe Na-K-ATPasi a livello del lato basolaterale Aumento del numero dei canali del sodio a livello del lato luminale Aumento del numero dei canali del potassio, con facilitazione dell’escrezione di potassio Aumento del gradiente elettrico che favorisce la diffusione del K nel lume tubulare

Controllo dell’escrezione renale di K (III°) Aldosterone e attività mineralcorticoide Potassiemia Flusso nel tubulo distale Anioni nonriassorbibili

L’escrezione urinaria di K aumenta all’aumentare del flusso urinario a livello del tubulo distale

Controllo dell’escrezione renale di K (IV°) Aldosterone e attività mineralcorticoide Potassiemia Flusso nel tubulo distale Anioni nonriassorbibili

La presenza di anioni non riassorbibili nel lume tubulare aumenta la negatività luminale e quindi il gradiente elettrico tra cellule tubulare e lume  è favorita la diffusione del K dalla cellula al lume

Acid/base balance and K+ secretion ACUTE ACIDOSIS: impairs K+ secretion inhibition of Na+/K+-ATPase decreased apical permeability to K+ CHRONIC ACIDOSIS: increases K+ secretion Na+/K+ ATPase inhibition decreases proximal water and NaCl absorption increased tubular flow, increased distal K+ secretion reduced ECF stimulates aldosterone secretion high plasma [K+] stimulates aldosterone secretion

Ipopotassiemia K < 3.5 mEq/L (o mmol/L) Può essere dovuta a redistribuzione cellulare, ridotto apporto alimentare, aumentate perdite (renali o extrarenali)

Ipopotassiemia: diagnosi differenziale (I°) 1 2 3

Perdite extrarenali di K Cause legate a patologie del tratto gastroenterico (più spesso diarrea) Il rene è in grado di ridurre l’escrezione potassica a < 5 mEq/die Soggetti a rischio: etilisti, anziani, anoressia nervosa

Ipopotassiemia: diagnosi differenziale (II°)

Composizione elettrolitica dei fluidi gastroenterici HCO3 mEq/L Na K Cl plasma 22-26 135-145 3.5-5 98-106 bile 30-40 130-140 4-6 95-105 pancreas 80-100 40-60 Int tenue Colon 30-50 80-140 25-45

Ipopotassiemia da perdite renali di K: ruolo centrale della potassiuria (valori inappropriatamente elevati) e della valutazione dell’equilibrio acido-base nella diagnosi differenziale

Fattori che influenzano l’escrezione renale di K Flusso di preurina nel nefrone distale Aldosterone e attività mineralcorticoide Anioni nonriassorbibili

Meccanismi di aumentata escrezione urinaria di K nelle condizioni di aumentata perdita renale di potassio Aumento flusso di preurina nel nefrone distale Diuretici Sindrome di Bartter Sindrome di Gitelman Aumento anioni nonriassorbibili nel lume tubulare chetoacidosi diabetica vomito Acidosi tubulare renale toluene Aumentata attività mineralcorticoide iperaldosteronismo primitivo Sindrome di Cushing Iperplasia surrenalica congenita Iperreninismo pseudoiperldosteronismo

B A Perdite renali di K secondarie a diuretici e alle sindromi di Bartter e Gitelman Diuretici tiazidici B Aumentata Perdita di Na A Aumentata secrezione di K Diuretici dell’ansa

Meccanismi di aumentata escrezione urinaria di K nelle condizioni di aumentata perdita renale di potassio Aumento flusso di preurina nel nefrone distale Diuretici Sindrome di Bartter Sindrome di Gitelman Aumento anioni nonriassorbibili nel lume tubulare Chetoacidosi diabetica Vomito Acidosi tubulare renale prossimale Farmaci e tossici (toluene) Aumentata attività mineralcorticoide iperaldosteronismo primitivo (sindrome di Conn, iperplasia surrenalica, carcinoma del surrene) Sindrome di Cushing Iperplasia surrenalica congenita (deficit di 17α-idrossilasi o 11β-idrossilasi) Iperreninismo (stenosi dell’arteria renale) Pseudoiperldosteronismo (liquerizia, carbenoxolone etc.)

Anioni non riassorbibili La presenza nel lume di anioni non riassorbibili (a differenza del Cl che è in parte riassorbibile) che accompagnano il Na, rende ancor più negativo il lume in caso di riassorbimento di quest’ultimo Nel lume tubulare di conseguenza passeranno quantità maggiori di K Gli anioni non riassorbibili in causa sono i corpi chetonici (chetoacidosi diabetica), il bicarbonato (vomito, acidosi tubulare prossimale), farmaci (antibiotici come piperacillina e ticarcillina), tossici (ippurato nell’intossicazione da toluene)

Meccanismi di aumentata escrezione urinaria di K nelle condizioni di aumentata perdita renale di potassio Aumento flusso di preurina nel nefrone distale Diuretici Sindrome di Bartter Sindrome di Gitelman Aumento anioni nonriassorbibili nel lume tubulare chetoacidosi diabetica vomito Acidosi tubulare renale toluene Aumentata attività mineralcorticoide iperaldosteronismo primitivo (sindrome di Conn, iperplasia surrenalica, carcinoma del surrene) Sindrome di Cushing Iperplasia surrenalica congenita (deficit di 17α-idrossilasi o 11β-idrossilasi) Iperreninismo (stenosi dell’arteria renale) Pseudoiperldosteronismo (liquerizia, carbenoxolone etc.)

Eccesso di mineracorticoidi Ipopotassiemia Alcalosi metabolica Ipertensione art.

Meccanismo dell’aumento dell’attività mineracorticoide nel deficit congenito di 11ß-HSD o nell’eccesso di liquerizia Il cortisolo in vivo esercita scarso effetto mineralcorticoide nonostante l’elevata affinità per il recettore dell’aldosterone, per la presenza nelle cellule tubulari della 11ß-idrossisteroide-deidrogenasi (11ß-HSD), che converte il cortisolo in cortisone (che non esercita azione mineralcorticoide) L’enzima è inibito competitivamente dall’acido glicirretinico contenuto nella liquerizia Esistono anche sindromi da apparente eccesso di mineralcorticoidi, dovute a deficit congenito dell’enzima

Ipopotassiemia da aumentata attività mineralcorticoide: il paziente è un soggetto con ipertensione arteriosa nel quale la diagnosi differenziale è basata sui valori di aldosterone, PRA e cortisolemia

I deficits di 11β-idrossilasi e di 17α-idrossilasi determinano eccesso di mineralcorticoidi

vomitus

Un gradiente > 2 è compatibile con perdite renali di K Il gradiente transtubulare di potassio per distinguere perdite renali da perdite extrarenali Un gradiente > 2 è compatibile con perdite renali di K

Ipopotassiemia: sintomi e segni Il potassio è critico per la generazione dei potenziali di membrana nelle cellule eccitabili (cellule nervose e muscolari)  la clinica dell’ipopotassiemia, al di là dei segni e sintomi specifici delle patologie che si associano allo squilibrio (per es. sindrome di Cushing), sarà caratterizzata soprattutto da astenia muscolare e aritmie cardiache Un fattore importante, oltre alla gravità della deplezione potassica, è rappresentato dal ritmo di instaurazione dello squilibrio

Sindrome di Cushing Sintomi e segni Laboratorio Obesità centrale Accumulo di grasso dorsocervicale e sopraclavicolare Cute sottile Strie Rallentata cicatrizzazione ferite Ipertensione art. Acne, irsutismo, amenorrea Osteopenia Debolezza muscolare Depressione, psicosi Laboratorio Ipopotassiemia Alcalosi metabolica Iperglicemia Iperlipemia Ipofosfatemia ipercalciuria

Ipopotassiemia e attività elettrica delle cellule

Potenziale d’azione nelle cellule eccitabili

Effetti dell’ipopotassiemia sul potenziale d’azione: minore eccitabilità cellulare (singola cellula)

Ipopotassiemia: sintomi e segni muscolari Muscolo scheletrico Debolezza Mialgie Crampi Parestesie Paralisi Dolore Aumento CPK, LDH, mioglobina Rabdomiolisi Insuff. ventilatoria Muscolo liscio Ileo paralitico Stipsi Distensione addominale Anoressia Vomito

QRS Onda P ST T P = attivaz. atriale QRS = attivaz. ventricoli T = ripolarizz. ventricoli

ECG nell’ipopotassiemia Onde T appiattite Depressione ST Onda U prominente

Depressione ST

Onda U

Aritmie da ipopotassiemia Extrasistoli atriali Extrasistoli ventricolari Tachiaritmie sopraventricolari Tachiaritmie ventricolari Aumentato rischio di aritmie da intossicazione digitalica

Iperpotassiemia Potassio > 5 mEq/L (o 5 mmol/L) Può essere dovuta ad aumentato apporto (raramente come meccanismo isolato), redistribuzione cellulare (fuoriuscita di K), ridotta escrezione renale Una iperpotassiemia acuta è più spesso dovuta al concorso di varie cause (ruolo centrale della funzione renale) Una iperpotassiemia cronica è sempre dovuta ad una ridotta escrezione renale

Aumentato apporto di K come causa di iperpotassiemia Aumentato apporto per os: causa rara in assenza di riduzione della funzione renale (necessaria l’ingestione rapida di almeno 150 mEq di K) Notevole capacità di adattamento dei meccanismi di escrezione renale Inappropriato apporto e.v.: più frequente, soprattutto nei pazienti ospedalizzati (soluzioni per parenterale e farmaci contenenti potassio)

Il danno e/o la lisi cellulare possono Determinare iperpotassiemia danno cellulare                                                                     Ischemia Trauma Catabolismo Chemioterapia ipotermia Esercizio massimale in condizioni climatiche estreme K out  Iperpotassiemia

Fattori in causa per una adeguata escrezione renale di K Aldosterone e attività mineralcorticoide Tubulo collettore corticale funzionante Flusso di preurina nel tubulo distale (apporto di Na al tubulo distale)

Meccanismi renali di inadeguata eliminazione di potassio (I°) aldosterone flusso preurina Cellula principale normofunzionante

Meccanismi renali di inadeguata eliminazione di potassio (II°) aldosterone flusso preurina Cellula principale normofunzionante

Meccanismi renali di inadeguata eliminazione di potassio (III°) aldosterone flusso preurina Cellula principale normofunzionante

Meccanismi renali di inadeguata eliminazione di potassio (IV°) aldosterone flusso preurina Cellula principale normofunzionante

Farmaci che provocano iperpotassiemia interferendo con l’asse renina-angiotensina-aldosterone FANS: bloccano la sintesi di prostaglandine. Poiché le prostaglandine stimolano il rilascio di renina, i FANS possono provocare iperpotassiemia inibendo il rilascio di renina ACE inibitori: bloccano il passaggio da Ang I a Ang II. Ang II è uno stimolo importante per il rilascio di aldosterone. Antagonisti Ang II: l’inibizione dell’azione dell’Ang II a livello del surrene riduce la produzione di aldosterone

Il gradiente transtubulare di potassio nell’iperpotassiemia Un gradiente > 10 è compatibile con cause renali di iperpotassiemia

Segni e sintomi dell’iperpotassiemia

Effetti dell’iperpotassiemia sul potenziale d’azione: maggiore eccitabilità cellulare e successivamente ineccitabilità (depolarizzazione al di sotto del potenziale soglia)

Iperpotassiemia: alterazioni ECG   Iperpotassiemia: alterazioni ECG K > 6 mEq/L: iniziale incremento della velocita’ di ripolarizzazione l’iperpotassiemia aumenta la permeabilita’ di membrana al K onde T alte ed appuntite (T a tenda), accorciamento QT K > 7 mEq/l: depolarizzazione della membrana al di sotto del potenziale soglia  riduzione del potenziale di membrana  inattivazione parziale dei canali del Na  rallentamento della depolarizzazione  disturbi di conduzione intra-atriali ed intraventricolari # scomparsa dell’onda P # allargamento QRS K > 8 mEq: arresto cardiaco (BAV III°) o fibrillazione ventricolare  La tossicita’ cardiaca da iperpotassiemia e’ aggravata da: - intossicazione digitalica - ipocalcemia - ipomagnesiemia - iposodiemia - acidosi

ECG nell’iperpotassiemia