06/03/2014 GRAMAGLIA Anaïs D1 RVUAGM Pr DUSSOL

RVUAGM – Physiologie du potassium, Anomalies du bilan du potassium
06/03/2014
GRAMAGLIA Anaïs D1
RVUAGM
Pr DUSSOL
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Physiologie du potassium, Anomalies du bilan du potassium
Plan
A. Introduction
I. La kaliémie
II. Le potentiel de membrane
B. Distribution du potassium dans l'organisme et balance interne du potassium
I. Rôle des hormones
II. Rôle de l'équilibre acide-base
C. Comportement rénal du K+
I. Tube proximal
II. Branche ascendante large de Henlé
III.
Tube collecteur cortical
D. Facteurs influençant l'excrétion rénale du K+
E. Exploration d'une dyskaliémie
I. Démarche
II. Calcul du GTTK / débit osmole du TCC
F. Les hypokaliémies
G. Les hyperkaliémies
Les points F et G (hypo et hyperkaliémies) n'ont pas été traités. Pour les curieux, la diapo est disponible sur
l'ENT.
A. Introduction
I. La kaliémie
La kaliémie est une valeur très finement régulée, elle varie entre 3,5 et 5 mmol/L.
Le potassium joue un rôle majeur dans la génération du potentiel de membrane qui influence de
nombreuses fonctions biologiques, en particulier l'excitabilité des cellules nerveuses et musculaires.
Si la kaliémie est en dehors des valeurs normales, le potentiel de membranes des cellules est modifié : leur
excitabilité augmente.
Ainsi, une modification de la kaliémie peut entraîner des troubles potentiellement très graves (comme des
troubles du rythme cardiaque).
Le rein est le seul organe de contrôle de l'homéostasie potassique de l'organisme : une dyskaliémie
suppose généralement un problème rénal.
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II. Le potentiel de membrane
Le potentiel de membrane correspond à la différence de charges de part et d'autres de la membrane
cellulaire. Ce potentiel est essentiel pour que la cellule puisse assurer ses fonctions.
Le potentiel de membrane est encore plus important dans les cellules dites « excitables » :
– Cellules nerveuses
– Cellules musculaires (cœur, muscles striés, muscles lisses)
Le potassium est le principal responsable du potentiel de membrane. Sa distribution est très irrégulière,
98% du K+ de l'organisme est intracellulaire.
3 éléments permettent de générer et maintenir le potentiel de membrane :
– Action de la pompe Na+/K+ ATPase
• Maintien du Na+ dans le secteur extracellulaire
• Maintien du K dans le secteur intracellulaire
• → Sortie de 3 Na+ et entrée de 2 K+
– Faible perméabilité de la membrane cellulaire au Na+
– Présence d'anions intracellulaires (macromolécules, phosphates) peu diffusibles
B. Distribution du potassium dans l'organisme et balance interne du potassium
Le K+ est le principal cation intracellulaire :
– 95% du potassium de l'organisme est situé dans les cellules, principalement dans les cellules
musculaires. [K+]IC= kalicytie = 120 à 150 mmol/L d'eau cellulaire
– 2% extracellulaire. [K+]EC = kaliémie = 3,5 à 5 mmol/L
NB : le taux de K+ intrac est maintenu grâce à la pompe Na+/K+ et est équivalent aux taux de Na+ en extrac.
La valeur régulée par l'organisme n'est pas la kaliémie elle même mais plutôt le rapport des
concentrations entre le K+ intra et extracellulaire (rapport kaliémie / kalicytie).
→ c'est de ce rapport dont dépend réellement le potentiel de membrane.
Si ce rapport est modifié, le potentiel de membrane est modifié et les cellules seront plus facilement excitables.
→ Les modifications de kalicytie sont minimes, c'est pourquoi on parle de régulation de la kaliémie (par un
'abus de langage') : si le rapport est anormal, c'est le potassium extracellulaire qui est en cause, qui lui varie
beaucoup plus.
→ L'ECG au cours des dyskaliémies enregistre l'excitabilité des cellules cardiaques. Il reflète le rapport [K +]EC
/ [K+ ]IC , et non la kaliémie seulement.
On ingère entre 50 et 100 mmol de potassium par jour, soit plus que le K+ du secteur extracellulaire.
(Kaliémie ~ 4mmol/L, soit 70kg x 20% d'eau extracellulaire = 14L x 4 mmol ~ 50 à 60 mmol de K+
extracellulaire). (majoritairement fournit par les fruits et légumes)
Ce K+ va être transféré dans les cellules.
Il sera ensuite absorbé en majorité par le tube digestif
– 5 à 10 mmol sont éliminés par les selles ( petite quantité)
– 90 à 95 mmol sont pris en charge par le rein +++ qui va réguler la sortie du K+ en fonction des entrées.
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•
•
70% du potassium est transféré dans les cellules dans les 30 minutes suivant l'absorption
digestive
30% sera rapidement éliminé par voie urinaire
Plusieurs paramètres déterminent si le potassium aura tendance à entrer ou sortir des cellules. C'est une
régulation sur le court terme.
mEq = mmol
–
–
2 facteurs influencent la balance interne du potassium :
Les hormones : insuline, catécholamines et aldostérone
L'équilibre acido-basique
I. Rôle des hormones
Hormone
Insuline
Entrée de K dans la cellule
Mécanisme principal
Autres mécanismes
Stimulation
de
l''échangeur
Na/proton (entrée 1 Na /sortie 1 H).
→ activation pompe Na+/K+ ATPase
et donc entrée de K+
Entrée du glucose dans la cellule
→↑ de molécules d’ATP (Krebs)
→ apparition d’anions (G6P2-)
→ activation pompe Na/K pour
rétablir le potentiel de membrane
qui est chargé plus négativement.
- Stimulation de glycogénolyse
Catécholamines β2 adrénergiques
Activation directe de la pompe - Stimulation de la libération de
Par stimulation du s. sympathique
Na/K
rénine (β1 adrénergiques)
Entrée de K dans la cellule
→ aldostérone
Catécholamines α adrénergiques
Sortie de K de la cellule
Inhibition (probablement) de la
pompe Na/K
Aldostérone
Entrée de K dans la cellule
Mécanismes inconnus
L'insuline est l'hormone la plus importante. C'est le meilleur traitement lors d'hypokaliémies (insuline+ glucose
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injecté)
En résumé, ce qui fait entrer le K+ :
– hyperkaliémie
– alcalose
– insuline ++
– stimulation du sympathique
– aldostérone
Ce qui fait sortir le K+ :
– hypokaliémie
– acidose
– hyperosmolalité
– stimulation α adrénergiques
II. Rôle de l'équilibre acido-basique
a. Les acidoses
•
–
Acidose métaboliques aiguës
Pour une acidose métabolique aiguë minérale, (addition d'ions H+ et Cl- dans l'espace extracellulaire,
comme lors de diarrhées), les protons H+ rentrent dans la cellule mais pas le Cl- : Du K+ sort de la cellule
pour maintenir l'électroneutralité, un cation rentre un autre sort
→ Hyperkaliémie.
–
Pour une acidose métabolique aiguë par apport d'acide organique (ex : acidose lactique), l'ion H+
pénètre la cellule, mais accompagné de son anion (anion lactate). Puisque l'électroneutralité est
respectée, cette acidose n'entraînera pas de mouvement de potassium
→ Pas de modification de la kaliémie
•
Acidose métabolique chroniques
Il y a un apport constant d'ions car ce surplus ionique stimule l'excrétion rénale du K+ (voir plus loin).
→ Hypokaliémie
Acidose respiratoire
Il y a un défaut d'élimination du CO2, mais ce gaz diffuse très facilement à travers les membranes
cellulaires : on n'a pas de modification du potentiel de membrane donc non rééquilibré.
→ Pas de modification de la kaliémie
•
b. Les alcaloses
•
Alcalose métabolique
L'ion bicarbonate (HCO3-) dans le secteur extracellulaire ne
diffuse pas et reste dehors. Il force ainsi un H+ à sortir de la
cellule pour tamponner l'alcalinité, et donc l'entrée d'un K+ pour
respecter l'électroneutralité. L'alcalose métabolique induit une
perte urinaire importante de K+ (voir plus loin).
→ Hypokaliémie
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•
Alcaloses respiratoire aiguë
→ Pas de modification de la kaliémie
Alcalose respiratoire chronique
→ L'hypokaliémie est constante mais modérée, elle est secondaire à une fuite urinaire de potassium
donc cause rénale.(voir plus loin).
•
C. Comportement rénal du potassium
Le rein adapte les sorties par rapports aux entrées des ions (Na, K, Mg...) :
La quantité de K+ éliminée dans les urines = la quantité K+ absorbée par le tube digestif
= la quantité ingérée
= 1 mmol/kg/j = 50 à 150 mmol/j
Le débit de filtration glomérulaire est de 120mL/min, la kaliémie normale est de 4 mmol/L
120 (mL/min) x 60 (minutes) x 24 (heures) x 4 (mmol/L) = 720 mmol de potassium filtré par jour.
Autrement dit, largement plus que ce qui est ingéré : dans les tubes rénaux il y aura un très important
phénomène de réabsorption pour retenir ce K+.
–
–
–
–
–
Tube proximal : réabsorption de 60% du K+ filtré : non régulé/ constant.
Anse de Henlé descendante: juste une réabsorption d'eau
Branche large ascendante de Henlé : réabsorption de 30 à 40% du K+ filtré
Tube distal : comportement du K+ flou
Tube collecteur cortical : c'est l'endroit où le K+ sera secrété
La régulation de l'élimination du K+ se fait quasi exclusivement dans le tube collecteur cortical (TCC),
selon 2 composantes : Kaliurèse = [K+]urinaire x QTCC
– [K+]u = concentration de K+ dans le fluide du TCC
– QTTC = débit du fluide dans le TCC.
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On peut calculer ces deux paramètres, ainsi en cas de dyskaliémie, on pourra avoir une idée du comportement
du rein.
– [K+] dans le fluide du TCC en calculant le GTTK
– Débit du fluide dans le TCC en calculant le débit d'osmoles dans le TCC
I. Le potassium au niveau du tube contourné proximal (TCP)
Le K+ extracellulaire est complètement filtré par le glomérule.
– Quelque soit la quantité de K+, le TCP réabsorbe 60% du K+ filtré
– Cette réabsorption est complètement dépendante de la réabsorption active du Na+(aussi 60% réabsorbés)
– Le réabsorption se fait uniquement par voie para-cellulaire (à travers jonctions serrées entre les
cellules)
– Il n'y a aucune régulation à cette étape
Cellule du tube contourné proximal
La réabsorption se fait par voie para-cellulaire selon 2 mécanismes :
Le « solvent drag » (ou ultrafiltration), dépendant du Na :
En baso-latéral, le pompe Na+/K+ fait sortir le Na+. Les transporteurs apicaux peuvent ainsi faire entrer le Na+
le long de son gradient electrochimique. Ce Na+ entraîne avec lui du glucose/phosphore. L'osmolalité diminue
donc dans le fluide tubulaire → l'eau passe à travers les jonctions serrées vers l'intersitium (rappel : l'eau suit
le sel) et entraîne également le K+.
La réabsorbtion du K+ dépend donc : de celle du Na+ et du passage de l'eau.
La diffusion passive, dépendant de charge la du fluide tubulaire :
Initialement négative,elle devient discrètement positif ce qui tend à faire diffuser le K+ vers l'interstitium
( Car les charges – sont réabsorbées plus rapidement que les + à ce niveau)
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Dans la anse de Henlé (descendante) , il ne se passe presque rien : réabsorbtion d'eau uniquement.
II. Branche ascendante large de Henlé
–
–
Quelque soit l'apport en K + , la branche ascendant large de Henlé réabsorbe 30 à 40% du K+ filtré
Il n'y a pratiquement pas de régulation
La réabsorption se fait par les 2 voies : para-cellulaire et trans-cellulaire
•
La diffusion passive para-cellulaire est liée à la différence de potentiel transtubulaire dont la lumière
est très fortement positive, favorisée par le recyclage d'une partie du K + par les canaux potassiques
apicaux : répulsion du K+, Ca++, Mg++.
Un peu comme au niveau du TCC : Na+ réabsorbé, suivi par l'eau et le K+.
•
–
La voie trans-cellulaire suppose que le potassium doit franchir les membranes apicales et basolatérales.
La membrane apicale est franchie grâce au co-transport Na+/K+/2 Cl- . Le potassium et le chlore
rentrent contre le gradient électrochimique, l'énergie nécessaire est apportée par l'entrée du sodium.
Au niveau de la membrane basolatérale, le Na va être expulsé de la cellule par la pompe Na/K, le Cl et
le K vont sortir par des canaux, dans le sens de leur gradient.
–
→ Le K+ est en parti « recyclé » et repasse dans le fluide tubulaire.
Le co-transporteur Na/Cl/K est très important à connaître, notamment car il est la cible d'un diurétique très
largement utilisé : le furosémide.
→ Après la branche ascendante, pratiquement tout le potassium a été réabsorbé.
On arrive alors dans le tube contourné distal et le tube connecteur. Ces segments sont sensibles à
l'aldostérone, ils ont probablement un rôle dans l'homéostasie du potassium mais cette implication est mal
connue du fait de la difficulté de leur étude.
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III. Tube collecteur cortical (TCC)
→ Site de sécrétion du K+
Le tube collecteur cortical est composé de 3 types cellulaire :
– Cellules principales sécrétion K+, ce sont les plus nombreuses
– Cellules intercalaires α réabsorbent le K+ et secrètent du H+ (pompe H+/K+ ATPase luminale)
– Cellules intercalaires β qui peuvent sécréter du K+ en même temps que des ions HCO 3- (pompe H+
ATPase basolatérale)
Ces cellules sont plus ou moins actives selon les apports potassiques :
– Si les apports sont faibles : pas de sécrétion de K+
– Si les apports sont standards (50 à 150 mmol/j) : tout est réabsorbé avant donc sécrétion
– Si les apports sont élevés : forte sécrétion de K+ par les cellules β
L'excrétion urinaire de potassium dépend de 2 facteurs :
• La concentration K+ dans le fluide tubulaire du TCC
• Le débit du fluide tubulaire
a. Les cellules principales
La concentration en K+ dans le fluide tubulaire est dépendante de la sécrétion de K+ dans le TCC, ellemême liée à 3 éléments :
– Une réabsorption dite « électrogénique » du Na+ qui génère une différence de potentiel transtubulaire
lumière négative (cette lumière était positive jusqu'à la branche ascendante de Henlé)
– Un gradient de concentration chimique de K+ entre la cellule et la lumière tubulaire
– Des mouvements de K+ à travers des canaux spécifiques de la membrane apicale des cellules principales
1. Réabsorption éléctrogénique
→ Grâce à la pompe à sodium basolatérale, le cytosol est pauvre en Na. Cela lui permet d'entrer dans la
cellule principale.
Elle crée aussi un gradient de concentration chimique entre le K+ intracellulaire (augmente) et extracellulaire
(diminue)
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→ Le Na+ luminal diffuse dans la cellule beaucoup plus rapidement que le Cl- (réabsorption « électrogénique »)
grâce à un canal spécifique très important de la membrane luminale : le canal épithélial sodique.
La lumière tubulaire devient plutôt négative
2.Mouvements des K+
→ le K+ peut alors diffuser passivement vers la lumière tubulaire par les canaux potassiques (+++), mais aussi
par le co-transport K+/Cl→ L'aldostérone (hormone corticoïde) se fixe sur son récepteur dans le noyau.
↑ l'ouverture du canal épithélial sodique
↑ l'ouverture du canal potassique,
↑ l'activité de la pompe Na/K ATPase
L'aldostérone fait tout pour que le potassium soit sécrété par la cellule principale. La concentration du
potassium dans le TCC est élevé grâce son action.
b. Cellules intercalaires α
Elles sont chargées de réabsorber le K+ si on a un sujet ingérant peu de K+ : réabsorbe si besoin ↑ en K+
On a vu qu'après la branche ascendante large de Henlé, la quasi-totalité du potassium a déjà été absorbée.
Les cellules intercalaires α interviennent par :
– L'H+/K+ ATPase luminale qui secrète des H+ contre un réabsorption active de K+
Elle est alimentées par la dissociation de l'acide carbonique qui libère des protons et fait fonctionner la pompe
tandis que le HCO3 – ressort.
– Une fois dans la cellule, le K+ va franchir la membrane basolatérale par des canaux potassiques.
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En résumé :
– Il y a une filtration libre du potassium dans le glomérule
– Une réabsorption obligatoire et non régulée de 90 à 100% du K+ se fait dans le tube contourné proximal
et la branche ascendante large de Henlé
– La régulation du bilan potassique a lieu dans le tube collecteur cortical TCC:
• Sécrétion par les cellules principales
• Réabsorption par les cellules intercalaires α
D. Facteurs influençant l'excrétion rénale du potassium
•
Apport en K+ +++: la quantité de potassium ingérée influence directement l'excrétion urinaire du K
Les apports élevés en K+ stimulent directement la sécrétion d'aldostérone.
•
Quantité de Na+ délivrée au TCC : en cas d'apports sodés importants, l'augmentation du flux tubulaire
favorise l'excrétion rénale de K+
•
Glucocorticoïdes : favorisent les sorties de potassium de la cellule
• Présence de HCO-3 dans le TCC : favorise la sécrétion urinaire de K+ ;
Les vomissements sont des sorties d'ions H+ , donc une génération de bicarbonate pour tamponner l'alcalose. On
assiste à une hypokaliémie par fuite rénale. ( à la différence de la diarrhée où il y a perte de K+ directement
par le tube digestif alors que le suc gastrique est pauvre en K+)
Equilibre acide-base ++ : En règle générale, l'alcalose favorise l'excrétion de K+ et l'acidose tend à
la réduire (à savoir)
→ L'alcalose (métabolique, respiratoire, chronique ou aiguë) augmente la sécrétion de K+ dans le TCC par
•
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stimulation de la Na+/K+ ATPase. L'alcalose métabolique a un effet encore plus important que l'alcalose
respiratoire.
→ Les acidoses métaboliques ou respiratoires aiguës ont exactement les effets inverses de l'alcalose par
inhibition de la pompe : réduction kaliurèse
Sauf : l'acidose métabolique chronique entraîne plutôt une hypokaliémie secondaire à une fuite rénale de K+.
E. Exploration d'une dyskaliémie
La base de l'exploration d'une dyskaliémie est de savoir si le rein répond de façon adaptée ou pas à cette
situation en évaluant l'excrétion urinaire de K+ (kaliurèse)
– S'il y a une hypokaliémie, la sécrétion de K doit devenir très faible (< 15 mmol/j). Ceci traduit une
origine extrarénale de l'anomalie
– S'il y a une hyperkaliméie, cause très souvent rénale avec une diminution de l'excrétion urinaire de K+,
même si parfois un apport trop élevé de K+ ou un transfert cellulaire contribuent à l'hyperkaliémie
I. Démarche
Interrogatoire :
– ATCD rénaux et extra-rénaux
– Troubles digestifs, signes musculaires (hypotonie, paralysie, pseudo-paralysie, faiblesse)
– Médicaments ++ etc...
Examen physique
– Pression artérielle, état hydratation
– diurèse des 24h …
Examen complémentaires
– Ionogramme sanguin, réserve alcaline, osmolalité
– Fonction rénale (urée, et créatinine évaluation du DFG)
– Parfois gazométrie
– Ionogramme et urée urinaire, osmolalité urinaire
– Dosages hormonaux : rénine, aldostérone, cortical, ADH
Conduite à tenir
– ECG systématique
– Quel est l'organe en cause ?
– Problème musculaire (peu fréquent) : muscle striés (transfert de K+ du secteur IC vers l'EC ou
l'inverse)
Réponse rénale adaptée si kaliurèse > 15mmol/j si hyperkaliémie
< 15mmol/j si kypokaliémie
– Tube digestif : hypokaliémie par pertes digestives.
Réponse rénale adapté si kaliurèse basse. Sauf si vomissement/aspiration gastrique
– Rein +++
• Réponse rénale inadaptée
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• Atteinte rénale directe (parenchyme rénal en cause : tubulopathies, médicaments, etc...)
• Atteinte rénale indirecte (insuffisance surrénale …)
→ Si cause rénale, quelle est la composante de l'excrétion rénale qui fait défaut ?
Donc calculs à faire :
– Quelle est la concentration en K+ dans le fluide du TCC ? → calcul GTTK gradient trans-tubulaire du K
– Quel est le débit d'osmoles dans le TCC → calcul du débit d'osmoles qui dépend du débit de fluide dans
le TCC
II. Calcul du GTTK / débit osmole du TCC
a. Calcul du GTTK (Gradient transtubulaire potassique)
– Sang
Osmolalité sanguine = (2 x Na+) + 10
–
–
Echantillon urinaire
Ionogramme, urée
Osmolalité urinaire = [2 x (Na + K)] + urée
GTTK = ( [K]urine/ [K]sang ) / ( Osm urine/Osm sang)
= [K]u x Osm sang / Osm u x [K]sang
VN : 290mosm/l
(mosm/L)
(Pas d'unité)
Pour une hypokaliémie (le rein doit retenir le potassium), le GTTK doit être inférieur à 2. S'il est supérieur à 5
par exemple, il y a une dysfonctionnement rénal.
b. Débit d’osmoles dans le TCC
Débit de fluide TCC = Osmu/Osmsg x diurèse/j
Débit d’osmoles TCC = débit de fluide x Osm sg
(L/jour)
(mosm/jour)
Valeurs «normales» des paramètres rénaux
• GTTK = 6 à 12
• Débit d’osmoles TCC = 600 à 1000 mosm/j
Exemple :
Diurèse 2 litres
K+ = 3 mmol/L : hypokaliémie
Na+ = 140mM → Osm sg = 290 mosm/l
Na+u = 60 mmol/L + K+u = 40 mmol/L + urée 150 mmol/L = Osm u 350 mosm/L
GTTK = [K]u x Osmsg / Osmu x [K]sg = 11, ce qui est totalement inadaptée, le GTTK devrait être inférieur à
2.
Débit de fluide TCC = 2,4 litres/jour
Débit d’osmoles TCC = 696 mosm/jour, ce qui est normal
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Pour ce patient : c'est une hypokaliémie due à une fuite rénale de potassium provoquée par une augmentation
du gradient transtubulaire, donc de la concentration en potassium dans le fluide tubulaire, et non à une
augmentation du débit de fluide.
Je dédicace ce ronéo aux robes qui claquent, aux nœuds papillons qui en jettent, aux chaussures gauches
baladeuses, aux pistes de danse usées (encore et toujours par les mêmes infatigables – sauf si des talons de
10cm rentrent en jeu, là on a mal avant...), aux petit déj post-soirée trèèès matinaux, aux courbatures
improbables.
Gala de folie, comme d'hab', comme prévu. On est cool jtrouve, bisous à tous !;D
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