第三节 钾代谢与钾代谢紊乱

一、正常钾代谢

（一）钾的含量与分布

K+（potassium）是体内最重要的无机阳离子之一。正常成人体内的含钾量为50～55 mmol/kg，其中98%存在于细胞内，仅约2%存在于细胞外液中（图3-8）。细胞内液的K+浓度为140～160 mmol/L，是细胞内最主要的阳离子。细胞外液的K+浓度为3.5～5.5 mmol/L。细胞内、外液中的K+浓度之所以有如此大的差别，主要由于细胞膜上Na+-K+-ATP酶的作用所致。

（二）钾平衡

正常膳食中通常都含有较丰富的钾，健康成人饮食中钾的摄入量约为100 mmol/d（波动于50～150 mmol/d），进食后数分钟几乎全部吸收的钾均首先转移至细胞内，其后数小时内主要经由尿排出体外（90 mmol/d），其余小部分（约为10 mmol/d）随粪便及汗液排出体外。机体最低的排钾量（尿、粪）在10 mmol/d以上。

（三）钾平衡的调节

血钾浓度的相对恒定由其在细胞内、外液之间的分布及其摄入与排出之间的相对平衡维持，主要通过钾的跨细胞转移及肾进行调节。

1．钾的跨细胞转移

调节钾跨细胞转移的基本机制被称为泵-漏（Pump-leak）机制。泵指钠-钾泵，即Na+-K+-ATP酶将钾逆浓度差摄入细胞内；漏指K+顺浓度差通过各种K+通道进入细胞外液。血浆钾浓度虽然仅为4.5 mmol/L左右，但它与静息膜电位及许多重要生命功能密切相关。因此，机体对快速变动的钾负荷的首要调节目标即是维持血浆钾浓度的恒定。这主要依靠细胞内外K+的转移来实现。由于细胞内液含有丰富的K+，并具有迅速吸纳大量K+的储备能力，因此，通过K+在细胞内外的转移可迅速、准确地维持细胞外液的钾浓度。影响钾的跨细胞转移的主要因素包括：

（1）细胞外液K+浓度：低钾血症时K+从细胞内移出以维持血钾浓度，细胞外液K+浓度升高可直接激活Na+-K+-ATP酶的活动，促进细胞摄K+。较长期接受高钾负荷的动物，其细胞Na+-K+-ATP酶活性升高，甚至可耐受足以使正常动物致死的静脉内快速给钾。

（2）酸碱平衡状态：酸中毒促进K+移出细胞，而碱中毒作用相反。一个非常粗略的估计是每0.1单位的pH值变动大约引起0.6 mmol/L的血浆钾变动。该作用不能以简单的H+-K+跨细胞交换来解释，如代谢性酸中毒时pH值从7.4降为7.3, H+浓度增加约为10 nmol/L，而K+浓度的变动量为0.6 mmol/L。其可能的机制是酸碱平衡紊乱引起细胞膜对钾通透性的改变。

（3）胰岛素：胰岛素可直接刺激Na+-K+-ATP酶活性，促进细胞摄钾，且该作用可不依赖于葡萄糖的摄取。血清钾浓度的升高也可直接刺激胰岛素的分泌，从而促进细胞摄钾。

（4）儿茶酚胺：儿茶酚胺对K+分布的影响因受体不同而异。兴奋α受体，能降低细胞对K+的摄取。刺激β受体，可与胰岛素一样，通过激活细胞膜上的Na+-K+-ATP酶促进细胞摄K+。肾上腺素由于具有激活α和β两种受体的活性，其作用表现为首先引起一个短暂（1～3分钟）的高钾血症，继之出现一个较持续的血清钾浓度的轻度下降。α受体激动剂去氧肾上腺素（苯福林）则可引起持续而明显的血清钾升高。

（5）渗透压：细胞外液渗透压的急性升高促进K+自细胞内移出。这可能是因细胞外液高渗引起水向细胞外移动时将钾也带出，且高渗引起的细胞失水使细胞内钾浓度升高也促进K+外移。

（6）运动：反复的肌肉收缩使细胞内钾外移，而细胞外液的钾浓度升高可促进局部血管扩张，增加血流量，这有利于肌肉的活动。运动所引起的血清钾升高通常是轻度的，但在极剧烈运动时，血清钾升高也可非常迅速而明显。如在极限量运动时，血清K+浓度可在1分钟内升高至7 mmol/L。

（7）物质代谢：细胞在摄取葡萄糖合成糖原、摄取氨基酸合成蛋白质时，伴有一定量的K+进入细胞内。而在糖原和蛋白质分解过程中，可由细胞内释出相应量的K+。

（8）机体总钾量：机体总钾量的不足或增高也可引起机体钾跨细胞分布的改变。一般来说，机体总钾量不足时，细胞外液钾浓度的下降比例大于细胞内液的钾浓度下降比例。须注意的是，从绝对量上，细胞内钾丢失量仍明显大于细胞外液的失钾量，但从相对量上比，细胞外液钾浓度下降更显著。因此，Ke/Ki减小，使静息膜电位的负值增大，甚至出现骨骼肌兴奋性的超极化阻滞。反之，体内总钾量过多时，通常也表现为细胞外液钾浓度相对较明显的升高。

此外，某些药物、毒物以及由其他一些原因所导致的细胞膜损伤等病理性因素亦会对K+的跨细胞转移产生明显影响。

2．肾对钾排泄的调节

肾是排钾的最重要器官，其排钾特点是多食多排、少食少排、不食也排。因此，临床上低钾血症比高钾血症更为多见。肾排钾的过程可大致分为三个部分，即肾小球的滤过、近曲小管和髓襻对钾的重吸收、远曲小管和集合管对钾排泄调节。

钾可自由通过肾小球滤过膜，通常情况下，肾小球的滤过作用不会对钾的平衡产生影响，除非发生肾小球滤过率的明显下降。近曲小管和髓襻重吸收滤过钾量的90%～95%，该吸收比通常也无无调节作用，即无论机体缺钾或钾过多，该段肾小管对钾的重吸收率始终维持在滤过钾量的90%～95%。对不断变动的钾摄入量，机体主要依靠远曲小管和集合管对钾的分泌和重吸收进行调节来维持钾的平衡。

（1）远曲小管、集合管调节钾平衡的机制：根据机体的钾平衡状态，这两段小管既可向小管液中分泌排出钾，在极端高钾膳食的情况下，分泌排泄的钾量甚至可超过肾小球滤过的排钾量；也可重吸收小管液中的钾，最低可使终尿中的钾排出量降至肾小球滤过量的1%以下。

1）远曲小管、集合管的钾分泌机制：正常情况下，大约1/3的尿钾由远曲小管和集合管分泌。钾的分泌由该段小管上皮的主细胞（principal cells，占上皮细胞的90%左右）完成。主细胞基膜面的Na+-K+泵将Na+泵入小管间液，而将小管间液的K+泵入主细胞内，因主细胞的管腔面细胞膜对K+具有高度的通透性，故由此形成的主细胞内K+浓度升高驱使K+被动弥散入小管腔中。影响主细胞钾分泌的因素：①主细胞基膜的Na+-K+泵活性；②管腔面细胞膜对K+的通透性；③从血管内到小管腔内的钾电化学梯度。

2）集合管对钾的重吸收：由于正常膳食含有较丰富的钾，一般情况下，远曲小管和集合管对钾平衡的主要功能是泌钾。在摄钾量明显不足的情况下，远曲小管和集合管才显示出对钾的净吸收。该段小管对钾的重吸收主要由集合管的闰细胞（intercalated cells）执行。闰细胞的管腔面分布有H+-K+-ATP酶，也称质子泵，向小管腔中泌H+而重吸收钾。缺钾时，闰细胞肥大，管腔面细胞膜增生，对钾的重吸收能力增强。

（2）影响远曲小管、集合管排钾的调节因素：

1）细胞外液的钾浓度：细胞外液的钾浓度升高可明显增加远曲小管和集合管的泌钾速率，因其对主细胞泌钾的三个调节机制都有促进作用。即细胞外液钾浓度升高可刺激Na+-K+泵的活性；增大管腔面细胞膜对钾的通透性；降低肾间质液与小管细胞内液钾浓度的差，从而减少小管细胞内液K+向肾间质的返漏，明显增加泌钾速率。

2）醛固酮：醛固酮具显著的促排钾功效，它可使Na+-K+泵的活性升高，并增加肾小管上皮细胞管腔膜上K+通道开放的数量，有利于肾小管上皮细胞内的K+进入管腔。

3）远曲小管、集合管的尿液流速：远曲小管原尿流速增大可促进钾的排泄，因加快的流速可迅速移去从小管细胞泌出的钾，降低小管腔中的钾浓度，这有利于K+的进一步泌出。

4）酸碱平衡状态：H+浓度升高可抑制主细胞的Na+-K+泵，使主细胞的泌K+功能受阻。因此，急性酸中毒时肾排钾减少，碱中毒时则肾排钾增多。但慢性酸中毒患者却常显示尿钾增多，其原因系慢性酸中毒可使近曲小管的水、钠重吸收受抑制，从而使远曲小管的原尿流速增大，该作用可超过H+对远曲小管集合管主细胞Na+-K+泵的抑制作用，从而出现慢性酸中毒时肾排钾反而增多的现象。

3．结肠的排钾功能

正常时，摄入钾的90%经肾排出，约10%的钾由肠道排出，该部分钾主要由结肠上皮细胞以类似于远曲小管上皮主细胞泌K+的方式向肠道分泌。因此，结肠泌钾量亦受醛固酮的调控。在肾衰竭，肾小球滤过率明显下降的情况下，结肠泌K+量平均可达到摄入量的1/3（34%），成为一重要排钾途径。

此外，汗液中也含有少量的钾，平均约为9 mmol/L。经汗的排钾量通常很少。但在炎热环境、重度的体力活动情况下，也可经皮肤丢失相当数量的钾。

（四）钾的生理功能

1．维持细胞新陈代谢

钾参与多种新陈代谢过程，与糖原和蛋白质的合成有密切关系。细胞内一些与糖代谢有关的酶类，如磷酸化酶和含巯基酶等必须有高浓度钾存在才具有活性。糖原合成时有一定量钾进入细胞内，分解时则释出，蛋白质合成亦需一定量的钾。

2．保持细胞静息膜电位并参与动作电位的形成

钾是维持神经和肌细胞膜静息电位的物质基础。静息膜电位主要取决于细胞膜对钾的通透性和膜内外钾浓度差。由于安静时细胞膜基本只对钾有通透性，随着细胞内钾向膜外的被动扩散，由此造成细胞内负外正的极化状态，形成了静息电位。此电位对神经、肌组织的兴奋性是不可缺少的。另外，在细胞动作电位暴发过程中钾离子是参与复极化过程的主要离子之一。

3．调节细胞内、外液的渗透压和酸碱平衡

K+是维持细胞内液容量与渗透压的主要离子，也是维持酸碱平衡的重要离子之一。血钾浓度的改变常可引起酸碱平衡紊乱，酸碱平衡紊乱也常影响血钾浓度。

二、钾代谢紊乱

钾代谢紊乱通常根据血钾浓度的高低分为低钾血症（hypokalemia）和高钾血症（hyperkalemia）。测定血钾可取血浆或血清，血清K+浓度通常比血浆K+浓度约高0.4 mmol/L（凝血过程中血小板释放一定数量的钾所致）。正常血清K+浓度为3.5～5.5 mmol/L。

钾代谢紊乱另一类问题是细胞内钾的不足或过多。前者常产生于总体的钾缺乏即缺钾，但由于钾的跨细胞分布的调节，缺钾患者可表现为低钾血症，但也可表现出正常的血清钾浓度。细胞内钾过高通常不成为实质性的临床问题，因为在可测知的细胞内钾过多出现以前，细胞外液的钾过高（高钾血症）已经危及到了患者的生命。因此，一般把钾代谢紊乱分为低钾血症和缺钾与高钾血症两大类。

（一）低钾血症和缺钾

低钾血症指血清钾离子浓度低于3.5 mmol/L。缺钾（potassium deficiency）指机体总钾量的缺失，也包括细胞内钾的缺失。低钾血症和缺钾通常同时发生，但也可分别发生。缺钾时往往伴有低钾血症，而低钾血症发生时并不一定出现缺钾。因此，该部分主要阐述低钾血症的原因、机制及对机体影响等内容，对缺钾不作过多探讨。

1．原因和机制

按照钾代谢的正常生理平衡途径，低钾血症可由于钾摄入不足、丢失过多和跨细胞分布异常引起。

（1）钾摄入不足：单纯因摄入钾不足造成的低钾血症和缺钾通常并不严重且比较少见，只有在胃肠梗阻或昏迷不能进食、胃肠手术后禁食、胃肠外补充营养物质时未补钾或补钾不够才会导致缺钾和低钾血症。另外，也可见于神经性厌食患者，偶见于刻意节食减肥的正常人。

（2）钾丢失过多：这是缺钾和低钾血症最主要的病因，可分为经肾过度丢失和肾外途径过度丢失。

1）经肾过度丢失：肾是排钾的主要器官，经肾丢失钾是成人失钾最重要的原因。①利尿剂：临床上使用的利尿剂，除螺内酯（安体舒通）、三氨蝶呤外，基本上都是排钾类利尿药。其排钾的机制包括：利尿剂引起的远端尿液流速的增加；利尿后容量减少引起的继发性醛固酮分泌增多；利尿引起的氯缺失，氯缺失时远端肾单位的钾分泌持续增多。②肾小管性酸中毒：肾小管性酸中毒可由遗传性因素、肾实质疾病或药物导致肾损害所引起，分Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型又称远曲小管性酸中毒，系集合管质子泵（H+泵）功能障碍使H+排泄和K+重吸收受阻，致酸潴留而钾丢失。药物损害（如两性霉素B）还可导致小管上皮对H+的通透性增加，致使管腔液中的H+反流回血液中，加重酸中毒。Ⅱ型又称近曲小管性酸中毒，系近曲小管重吸收K+障碍所致。若再合并其他物质的重吸收障碍，如HCO3-、葡萄糖、氨基酸以及磷酸盐等重吸收障碍而随尿排出增加，则称为Fanconi综合征。③盐皮质激素过多：见于原发和继发性醛固酮增多症，也有部分糖皮质激素过多患者出现低钾血症。其机制为醛固酮（样）排钾作用导致钾丢失过多。④镁缺失：镁缺失和钾缺失常合并发生。单纯镁缺失对钾代谢的影响可能与Na+-K+-ATP酶的功能障碍有关，因Mg2+是该酶的激活剂。缺镁时，肌细胞的Na+-K+-ATP酶功能低下，可在正常血钾浓度下出现细胞内缺钾，这可能也是同时发生镁、钾缺乏的患者单纯补钾不易纠正缺钾的机制。此外，髓襻升支重吸收钾也有赖于Na+-K+-ATP酶的活性，缺镁时，此段小管的钾重吸收减少，尿钾丢失增多。

2）肾外途径过度丢失：由于消化液中所含钾浓度均高于或接近于血钾浓度，故经胃肠大量丢失消化液是临床上常见的缺钾原因，也是小儿低钾血症的最常见原因之一。肾外途径的过度失钾见于严重腹泻、频繁呕吐、胃肠减压、肠瘘、输尿管乙状结肠吻合术后以及久用缓泻剂或灌肠剂等。另外，大量丢失消化液的同时，由于有效循环血量的减少可使醛固酮分泌增多而促进肾排钾增加。

此外，经皮肤大量失钾亦可导致低钾血症，见于过量发汗时，如部队在炎热环境下的剧烈体力活动，其排汗量可达每日10 L以上，其累计失钾量可在7～10天达到500 mmol，为机体总钾量的1/7～1/8。

（3）钾的跨细胞分布异常：钾向细胞内转移导致低钾血症，此时，体内钾总量并不减少。主要见于：

1）碱中毒：H+从细胞内转移出来，而K+转移到细胞内。需要强调的是，碱中毒导致的低钾血症一般并不严重。代谢性碱中毒伴有低钾血症，主要是由于代谢性碱中毒的原因中呕吐、利尿剂、高醛固酮血症等均能引起H+与K+丢失。

2）某些药物：β受体激动剂如肾上腺素和沙丁胺醇（舒喘宁），糖尿病患者使用的外源性胰岛素等。它们通过对前述的钾跨细胞转移使细胞外K+进入细胞内增加。

3）某些毒物：如钡中毒、粗制棉籽油中毒（主要毒素为棉酚），它们可引起钾通道的阻滞，使细胞内K+外流受阻。

4）低钾性周期性麻痹（hypokalemic periodic paralysis）：是一种少见的常染色体显性遗传性疾病，发作时出现低钾血症和骨骼肌瘫痪，常从肢体远端向躯干逐步进展，不经治疗可在6～24小时自行缓解。其机制与骨骼肌膜上电压依赖型钙通道的基因位点突变有关，导致一个组氨酸被精氨酸取代，使钙内流受阻而致肌肉的兴奋-收缩耦联障碍，出现瘫痪。补钾治疗有助于纠正瘫痪，但导致低钾血症的机制尚不清楚。此外，部分甲状腺功能亢进患者可出现与低钾性周期性麻痹相似的临床表现，此类患者的低钾性麻痹是由于甲状腺素过度激活Na+-K+-ATP酶，使细胞摄钾过多所致。

低钾血症原因、机制及K+转移方向小结见表3-6。

2．对机体的影响

低钾血症和缺钾对机体的主要影响与钾的生理功能密切相关，可引起多种功能和代谢变化，即由于低钾血症导致的膜电位异常引发的一系列障碍，缺钾所致的细胞代谢障碍引发的损害，缺钾、低钾血症引起的酸碱异常。需要指出的是，低钾血症对机体的影响与血钾降低的程度有关，但更取决于血钾降低的速率。

（1）与膜电位异常相关的障碍：神经、肌肉等可兴奋组织的细胞兴奋性由静息膜电位（Em）与阈电位（Et）之间的距离决定。静息膜电位除了与细胞内、外的K+绝对浓度有关外，更取决于细胞内、外K+浓度的比值（[K+]i/[K+]e），即

式中，r=3∶2，系Na+-K+-ATP酶的主动转运比；0.01为Na+与K+的相对膜通透性。血钾与血钠浓度均正常时，静息膜电位为：

按Nernst方程，急性低钾血症时，[K+]e急剧降低，而细胞内的K+在短时间内尚未外逸，细胞内、外K+浓度差增大，[K+]i/[K+]e增高，静息膜电位增大（负值增大），静息膜电位与阈电位之间的距离（Em-Et）变大（图3-9），使组织细胞的兴奋性降低。

这种变化发生于不同组织可有不同的表现：

1）中枢神经系统：早期精神萎靡、神情淡漠、倦怠，低钾血症明显时则出现反应迟钝、定向力减弱、嗜睡甚至昏迷。这些表现与脑细胞兴奋性降低有关，也与缺钾影响糖代谢，使ATP生成减少以及Na+-K+-ATP酶活性下降有关。

2）骨骼肌：四肢软弱无力，甚至出现松弛性瘫痪，通常下肢重于上肢。轻者丧失劳动力，重者累及躯干，甚至导致呼吸肌麻痹。后者是低钾血症患者死亡的主要原因，但较为少见。急性低钾血症时，[K+]e急剧降低，[K+]i/[K+]e比值增大，静息膜电位的绝对值增大，与阈电位之间的距离（Em-Et）加大，需要刺激增强才能引起兴奋，骨骼肌细胞的兴奋性降低，严重时甚至不能兴奋，导致骨骼肌松弛无力甚至麻痹，称之为超极化阻滞（hyperpolarized blocking）。除兴奋性降低外，骨骼肌松弛无力甚至麻痹还与低钾使丙酮酸激酶和ATP酶活性降低、能量的产生和利用障碍以及骨骼肌收缩力减弱等有关。

3）胃肠：胃肠运动功能减退，轻者食欲缺乏、消化不良、恶心、呕吐、便秘，严重者可出现麻痹性肠梗阻。与平滑肌细胞超极化阻滞、ATP产生和利用障碍，导致兴奋性降低、收缩力减弱有关。

4）心血管系统：

①对心肌生理特性的影响：

（a）兴奋性：[K+]e明显降低时，由于心肌细胞膜内外K+浓度差增大，心肌细胞静息膜电位按Nernst方程式计算应该增大，但实际所见静息膜电位是降低的，这是由于细胞外液K+浓度降低时，心肌细胞膜的钾电导（potassium conductance）降低（膜电导是膜电阻的倒数，在恒定的Em和离子浓度时，膜通透性与膜电导有着直接的比例关系，一般来说，两者含义是一致的，即钾电导降低，膜对K+通透性减弱）, K+随化学浓度差移向细胞外的力受膜的阻挡，达到电化学平衡所需电位差相应减小，即静息膜电位的绝对值减小（|Em|↓），与阈电位（Et）的差距减小，则兴奋性升高。同时由于钾电导降低所致复极化3期钾外流减慢，超常期延长，加上细胞外液低钾对2期Ca2+内流的抑制作用减弱，Ca2+内流加速，复极化2期缩短，有效不应期变短，故低钾血症患者容易出现期前收缩（早搏）。

（b）传导性：传导性与动作电位0期去极化（除极）速度和幅度有关，而0期去极化速度又受静息膜电位大小的影响。低钾血症时| Em|降低，0期去极化速度降低，传导性下降。

（c）自律性：自律性的产生依赖于自律细胞在舒张期的自动除极化，即在动作电位第4期，须有一净内向电流使细胞逐步去极化，而使细胞发生兴奋。低钾血症时，细胞膜对钾的通透性下降，钾外流减少，形成相对的内向Na+电流增大，自动除极化速度加快，自律性升高。

（d）收缩性：急性低钾血症时，细胞膜对钙的通透性升高，Ca2+内流加速使兴奋-收缩耦联增强，收缩性升高。严重缺钾时，由于缺钾所导致的细胞代谢障碍，收缩性反而降低。

严重而持久的低钾血症，心肌细胞内也有钾的缺失及缺钾导致的细胞代谢障碍使心肌收缩性减弱，故易于发生以心率加快、节律不整为基本特征的心律不齐。由于阻力血管收缩不良，可能发生直立性低血压。

②心肌电生理特性改变的心电图表现：低钾血症心电图改变与心肌细胞在低钾时的电生理特性变化密切相关（图3-10）。其典型表现有：

（a）T波低平：T波反映心室肌的3期复极化，3期复极化的主要离子电流是K+外流，低K+血症造成细胞膜对K+的通透性下降，该过程延缓则T波降低、平坦。

（b）U波增高：U波据认为与浦肯野（普肯耶，purkinj e）纤维的复极化有关，一般情况下被心室肌的复极化波掩盖而不明显。低钾血症对浦肯野纤维的影响大于对心室肌的影响，使浦肯野纤维的复极化过程延长大于心室肌的复极化过程，则浦肯野纤维的复极化过程得以显现，出现U波增高。

（c）ST段下降：ST段反映动作电位2期平台期，此期的跨膜基本电流为Ca2+内流和K+外流，两者皆系慢通道，其内、外向电流基本平衡，因此，膜电位维持稳定无升降。在心电图上则回到基线成ST段。低钾血症使细胞膜对K+的通透性下降，出现Ca2+内向电流的相对增大使ST段不能回到基线而呈下移表现。

（d）心率增快和异位心律：由自律性升高所致。

（e）QRS波增宽：QRS波反映心室的去极化过程，传导性降低使心室肌去极化过程减慢，QRS波可轻度增宽。

另外，心电图还可出现P波轻微的缩小，P-R间期轻微延长，其变化主要认为与心肌静息膜电位减小和传导性降低有关。

③心肌功能损害的具体表现：低钾血症对心肌生理特性的影响表现出的较典型损害为心律失常和对洋地黄类强心药物毒性的敏感性增加。

（a）心律失常：由于自律性增加，可出现窦性心动过速；异位起搏的插入而出现期前收缩、阵发性心动过速等。再加上兴奋性升高，3期复极化延缓所致的超常期延长更易化了心律失常的发生。

（b）对洋地黄类强心药物毒性的敏感性增高：洋地黄是治疗心力衰竭的主要强心药，而心力衰竭患者常因K+摄入不足或使用利尿剂等引起缺钾和低钾血症。低钾血症时，洋地黄与Na+-K+-ATP酶的亲和力增高会明显增大洋地黄致心律失常的毒性作用，明显降低其治疗效果。

应该指出的是，慢性低钾血症发展缓慢，细胞内K+逐渐外移，使细胞内、外K+浓度均有所降低，但比值仍在正常范围，静息电位无明显变化，对神经、肌肉的影响不明显。

（2）与细胞代谢障碍有关的损害：由于K+是细胞内的主要阳离子，与细胞代谢密切相关，缺钾可引起细胞结构和功能的明显损害，比较典型的表现在骨骼肌和肾脏。

1）骨骼肌损害：当血清K+浓度低于3 mmol/L时即可见血清肌酸磷酸激酶活性升高，提示肌细胞损伤。当其低于2 mmol/L时，则会出现明显的肌细胞坏死，被称为横纹肌溶解，这主要发生于缺钾患者伴有较剧烈的肌肉活动时。其机制主要与缺钾时运动所诱发的舒血管反应丧失，造成肌肉缺血有关；此外，缺钾时肌肉的糖原合成减少，能源储备不足；缺钾时Na+-K+泵活性降低使细胞内Na+增多，与Na+伴随的物质转运活动也受到损害。

2）肾损伤：缺钾所造成的肾损害在形态学上比较典型的表现在髓质集合管，出现小管上皮的肿胀、增生、细胞质内颗粒形成等，长时间的严重缺钾可波及各段肾小管甚至肾小球，出现间质性肾炎样表现。在功能上的主要损害表现为尿浓缩功能的障碍，出现多尿、低密度（比重）尿，这与集合管对ADH反应性降低和髓襻升支受损对Na+、Cl-的重吸收减少有关。

此外，低钾血症时胰岛素分泌抑制，影响糖原合成和糖的利用，糖耐量降低，易致高血糖；缺钾可引起负氮平衡，成为儿童生长障碍的原因之一。

（3）对酸碱平衡的影响：缺钾和低钾血症在人类倾向于诱发代谢性碱中毒。其主要机制是低钾血症时H+向细胞内转移增多，其次是肾在缺钾时排NH4+（排H+）增多，这两个方面的因素可使细胞外液呈碱性而尿液呈酸性，出现反常性酸性尿（paradoxical aciduria）。需要指出的是，低钾血症患者的酸碱平衡状态因原发疾病或引起低钾血症的原因不同而有所变化，如肾小管性酸中毒、腹泻导致缺钾时，则常伴有代谢性酸中毒。

3．防治原则

（1）防治原发病：去除引起缺钾的原因，如停用某些排钾利尿药。

（2）低钾血症和缺钾时的补钾原则：

1）口服补钾能见效时尽量口服补钾。

2）必须静脉补钾时须避免引起高钾血症。故静脉补钾必须遵循“补钾四不宜”原则：浓度不宜过高、速度不宜过快、量不宜过大、无尿不宜补钾。

3）严重缺钾时（细胞内K+明显不足）补钾须持续一段时间，因缺钾后细胞内外液的钾恢复完全平衡较慢，操之过急又易导致高钾血症。若无其他影响钾跨细胞转移的因素存在（如酸中毒等），则可通过观察血清K+浓度的恢复情况，估计缺K+的补足程度。

4）纠正水和其他电解质代谢紊乱：引起低钾血症的原因中，有些可同时引起水和其他电解质如钠、镁等的丧失，应及时检查，一经发现须积极处理。如低钾血症是由缺镁引起的，不补镁单纯补钾往往很难奏效。

（二）高钾血症

血清K+浓度大于5.5 mmol/L称之为高钾血症（hyperkalemia）。

1．原因和机制

按照钾代谢的正常生理平衡途径，高钾血症可由于钾摄入过多，排出受阻和跨细胞分布异常引起。

（1）摄钾过多：肾功能正常者因高钾饮食引起高钾血症极为罕见。经胃肠摄钾过多一般不会发生高钾血症，因高浓度的钾摄入会引起呕吐、腹泻，且肠道的吸收也有限，仅有的报道为自杀性大量摄入高钾溶液时导致的高钾血症。但静脉途径补充钾过快或浓度过高则容易引起高钾血症。

（2）肾排钾障碍：是引起高钾血症的主要原因。经肾排钾是机体的最主要排钾途径，其基本的排钾过程包括肾小球的滤过和远曲小管、集合管的分泌。任何一方受到影响时，均可引起高钾血症的发生。

1）肾小球滤过率（GFR）显著下降，这主要见于急性肾衰竭少尿期，慢性肾衰竭的末期（尿毒症），或因失血、休克等使血压显著下降时，皆可引起GFR的明显下降，从而使钾滤出受阻，血K+浓度升高。

2）远曲小管、集合管的泌钾功能受阻，该段小管的泌钾主要受醛固酮的调节，各种遗传性和获得性的醛固酮分泌不足或该段小管对醛固酮的反应不足皆可导致钾排出减少而致血K+浓度升高。常见的原因有：肾上腺皮质功能不全（Addison病），醛固酮的合成障碍（先天性酶缺乏），某些药物 [如吲哚美辛（消炎痛）]或疾病（如糖尿病、间质性肾炎等）所引发的继发性醛固酮不足，或该段小管对醛固酮的反应不足（如假性低醛固酮症、少数系统性红斑狼疮、肾移植后早期等）。

3）大量使用保钾利尿剂时，可因其竞争性阻断醛固酮排钾保钠的作用或抑制远曲小管和集合管对K+的分泌，可引起钾在体内潴留而导致高钾血症。

4）使用洋地黄过量时，洋地黄可抑制Na+-K+-ATP酶，导致肾小管泌钾障碍并使组织细胞摄钾减少，而致血K+浓度升高。

（3）钾的跨细胞分布异常：出现显著的细胞内K+移出，超过了肾代偿排出能力时，血K+浓度升高。主要见于：

1）大量细胞破坏：如血型不合的输血导致大量溶血，挤压综合征患者大量肌组织损伤，使细胞内大量K+逸出。

2）组织缺氧：ATP生成不足，细胞膜Na+-K+-ATP酶功能障碍，Na+滞留于细胞内，细胞外液中的K+不易进入细胞。

3）酸中毒：如前所述，酸中毒可使钾漏出增多，粗略的关系是pH值每降低0.1，血清K+浓度约升高0.6 mmol/L。这在高氯性代谢性酸中毒时表现比较明显，而在有机酸增多的代谢性酸中毒或呼吸性酸中毒时血K+浓度升高相对较弱。

4）高血糖合并胰岛素不足：主要见于糖尿病。在正常人，高血糖刺激胰岛素分泌反可使血K+浓度降低。但在糖尿病，由于胰岛素缺乏，高血糖造成的高渗状态和糖尿病常常伴随的酮体增高性酸中毒都促进K+外移，使血K+浓度升高。

5）某些药物：如β受体阻滞剂通过干扰Na+-K+泵的功能妨碍细胞摄钾。骨骼肌松弛剂氯化琥珀胆碱则可增大骨骼肌细胞膜的K+通透性，钾外漏增多。

6）高钾性周期性麻痹（hyperkalemic periodic paralysis）：这也是一种少见的常染色体显性遗传性疾病，肌肉麻痹发作时常伴血钾升高，骨骼肌静息膜电位负值减小。但血钾升高与骨骼肌麻痹的因果关系尚未确定，可能与肌细胞膜异常、剧烈运动和应激后K+从细胞内释出有关。

（4）假性高钾血症：是指测得的血清K+浓度增高而实际上体内的血浆K+或血清K+浓度并未增高的情况。最常见的原因为采集血样时发生溶血，红细胞内的K+大量释放所致，但肉眼很容易发现血清带红色。此外，当血小板数超过1×1012/L时，在形成血清过程中血小板释放的K+可使血清K+浓度明显超过血浆K+浓度。当白细胞计数超过2× 1011/L时，也可因取血后血样放置期间白细胞的K+释放使血清K+或血浆K+浓度升高。

高钾血症原因、机制及K+转移方向小结见表3-7。

2．对机体的影响

高钾血症对机体的影响主要表现在因膜电位异常引发的障碍（图3-9），以心肌和骨骼肌的表现最为典型。

（1）高钾血症对心肌的影响：

1）对心肌生理特性的影响：高钾血症对心肌细胞静息膜电位的影响与低钾血症不同，这主要是因高钾血症时静息期心肌细胞对钾已处于最大通透状态，高钾血症虽可使心肌细胞膜钾电导增大，但其作用已因通透达最大状态而不能显现出来。因此，细胞静息膜电位的大小仍主要取决于细胞内外的钾电化学梯度，此时钾对心肌细胞静息膜电位的影响仍按Nernst方程式来计算。高钾血症对心肌生理特性的影响主要体现在以下几个方面：

①心肌兴奋性：轻度高钾血症时（K+浓度达5.5～7.0 mmol/L）[K+]e增高，而[K+]i变化不大，[K+]i/[K+]e比值降低，按Nernst方程静息膜电位负值减小，与阈电位的差距缩小，兴奋性升高。高钾血症进一步加重时（达7.0～9.0 mmol/L），静息膜电位可达到-55～-60 mV，此时，快Na+通道失活，而致兴奋性下降，被称为“去极化阻滞”（depolarized blocking）。

②传导性：由于静息膜电位的绝对值减小，故0期去极化的速度降低，传导性下降。且当快Na+通道失活，而由Ca2+内流来完成动作电位的0期去极化时，传导性下降会相当严重。

③自律性：细胞外液K+浓度升高，使膜对K+的通透性升高，因此，4期的K+外向电流增大，延缓了4期的净内向电流的自动除极化效应，则自律性下降。

④收缩性：细胞外液K+浓度升高干扰Ca2+内流，Ca2+内流延缓，兴奋-收缩耦联受到一定影响，心肌收缩性下降。

2）心肌电生理特性改变的心电图表现（图3-10）：

① T波高尖：高钾血症时心肌细胞膜对K+的通透性升高，动作电位中对应于心电图T波的3期钾外向电流加速，使T波突出，表现为高尖状。这在高钾血症早期，血清K+浓度超过5.5 mmol/L时即可出现。

② P波和QRS波振幅降低，间期增宽，S波增深：这主要由于传导性明显下降所致。心房去极化的P波因传导延缓变得低平，严重时无法辨认。心室去极化的QRS波群则压低、变宽，出现宽而深的S波。严重高血钾时S波与后面的T波相连成正弦状波，此时，心室停搏或心室颤动（又称心室纤颤，简称室颤）已迫在眼前。

③ 多种类型的心律失常：由于自律性降低，可出现窦性心动过缓，窦性停搏；由于传导性降低，出现各种类型的传导阻滞，如房室、房内、室内传导阻滞等；以及因传导性、兴奋性异常等的共同影响可出现心室颤动。

3）功能损害的具体表现：主要是可出现各种类型的心律失常，已如上述。特别是一些致死性的心律失常，如心脏停搏、心室颤动成为高钾血症对机体的主要威胁。

（2）高钾血症对骨骼肌的影响：慢性高钾血症进展缓慢，通过机体代偿使[K+]i/[K+]e比值变化不大，很少出现表现异常。对于急性高钾血症，随着K+浓度的上升，如同心肌的兴奋性一样，骨骼肌的兴奋性随血K+浓度逐步升高亦经历先升高后降低的过程，如轻度高钾血症可出现肌肉轻度震颤，手足感觉异常，但不明显，常被原发病掩盖而被忽视。重度高钾血症因去极化阻滞四肢软弱无力，腱反射减弱甚至消失，出现迟缓性麻痹，常先累及四肢，然后向躯干发展，甚至波及呼吸肌。

应该指出，高钾血症对骨骼肌的影响较为次要，因骨骼肌出现麻痹以前，患者往往已因致命性的心律失常或心搏骤停而死亡。但在高钾血症周期性瘫痪患者，血K+浓度有时不到5.5 mmol/L便出现肌无力或肌麻痹，可能与肌细胞膜功能异常有关。

（3）高钾血症对酸碱平衡的影响：高钾血症在人类倾向于诱发代谢性酸中毒。其主要机制是高钾血症时H+向细胞外转移增多，其次是肾在高钾时排钾增多而排NH4+（排H+）减少。这两个方面的因素可使细胞外液呈酸性而尿液呈碱性，出现反常性碱性尿（paradoxical alkaline urine）的现象。

3．防治原则

因高钾血症可导致致命性的心搏骤停，对机体的危害较低钾血症更大。

（1）防治原发疾病：针对轻度高钾血症应去除引发高钾的原因，积极治疗原发病，并限制高钾饮食。

（2）治疗重症高钾血症：应采取紧急措施降低血K+浓度以保护心脏。主要从以下两个方面入手：

1）对抗高钾的心肌毒性作用：可在心电图监测下缓慢静脉注射10%葡萄糖酸钙提高血钙，使Em-Et电位差接近正常，恢复心肌细胞的兴奋性、增强心肌收缩性；亦可静脉注射氯化钠提高血Na+浓度，促进去极化的Na+内流，使心肌传导性恢复正常。

2）降低血K+浓度，其中最有效的措施为血液透析或腹膜透析排出过多的钾。无透析条件或病情尚不十分紧急者，可用阳离子交换树脂口服或灌肠，在肠内通过Na+-K+交换，促进钾的排出。亦可静脉注射NaHCO3纠正酸中毒，葡萄糖和胰岛素同时静脉注射，促使K+向细胞内转移。

（3）纠正其他电解质代谢紊乱：在引起高钾血症的原因中，有些也可同时引起高镁血症，应及时检查并给予相应的处理。