Transcript prakticna vezba poremecaja elektrolita

Doc. dr. sc. med Dejan G. Čubrilo
Katedra za biomedicinske nauke u sportu
Fakultet za sport i turizam, Novi Sad
A. Primarna hipokalijemična periodična paraliza skeletnih mišića
Džimi Stanić (JS) ima 16 godina i želi da se bavi atletikom (trčanjem na 100 i 200 m) i
da ispuni nadu roditelja. Međutim, u poslednje vreme posle treninga odnosno
šprinta, osećao je ekstremnu malaksalost, a noge kao da se oduzmu i postanu
drvene. Uzimanjem hrane, posebno ugljenih hidrata, stanje se pogoršalo. Dešavalo
se da neposredno posle uzimanja šećera, Džimi ne može da hoda, već mora da bude
prenet na nosilima sa staze. Džimijevi roditelji su bili veoma zabrinuti i konsultovali
su pedijatra i sportskog fiziologa. Pri rutinskom pregledu i laboratoriji,
elektrolitni nalaz je bio normalan, uključujući i serumsku koncentraciju K+ jona (4,5
mmol/L). Međutim, pošto je sportski fiziolog posumnjao u K+ kao uzročnika
problema, merenje K+ je ponovljeno odmah posle doziranog opterećenja
tredmil testom. Nađena vrednost koncentracije K+ u serumu bila je alarmantno
niska (2,2 mmol/L). Konačno je postavljena dijagnoza ovog urođenog
poremećaja: primarna hipokalijemična periodična paraliza.
Pitanja: Šta? Koji? ali i Kako? Zašto?
Šta znate o normalnoj distribuciji K+ između intracelularne (ICT) i
ekstracelularne (ECT) tečnosti? U kom odeljku životne sredine je
K+ najviše lokalizovano? Kolika je koncentracija K+ u ICT i ECT?
Koji glavni faktori (hormoni i lekovi) mogu narušiti distribuciju K+
između ICT i ECT?
Kakva veza postoji između koncentracije K+ u serumu i membranskog
potencijala ekscitabilnih ćelija (npr. nerava i skeletnih mišića)?
Na koji način smanjenje koncentracije K+ u serumu menja mirovni
membranski potencijal (MMP) skeletnih mišića?
Dajte svoju pretpostavku i objašnjenje mehanizma malaksalosti
skeletnih mišića pri smanjenju koncentracije K+ u serumu,
odnosno ECT.
Zašto se Džimijeva malaksalost javlja posle fizičkog vežbanja,
odnosno sportskog treninga i zašto se ta malaksalost pogoršava
(egzacerbira) posle uzimanja ugljenih hidrata?
Kako i zašto će suplementacija K+ popraviti njegovo stanje?
Primarna hiperkalijemija - periodična paraliza je takođe
nasledni poremećaj koji se karakteriše inicijalnim periodom
spontanih mišićnih kontrakcija (spazma) koji su praćeni
prolongiranom malaksalošću mišića.
Odgovori, objašnjenja i
otvorena diskusija sa STUDENTIMA
1.
2.
Većina K+ je lokalizovana u ICT, pa je K+ majoritetni
intracelularni jon. Intracelularna (ICT) koncentracija
K+ (oko 150 mmol/L) je oko 30 puta viša nego
ekstracelularna (ECT) koncentracija K+ (4-5 mmol/L).
Asimetrična distribucija K+ održava se sistemom Na+
- K+ ATPaze. Ova elektrogena pumpa je presudna u
plazma membranama svih ćelija.
Više faktora, uključujući hormone i lekove, mogu
poremetiti distribuciju K+ između ICT i ECT. Ta
redistribucija naziva se POMAK K+ i označava
pomak iz ECT u ICT, i obrnuto. Budući da je
koncentracija K+ u ECT veoma mala (4-5 mmol/L),
svaki pomak K+ može izazvati značajne promene u
koncentraciji K+ u ECT, odnosno serumu.
Najvažniji faktori koji uzrokuju pomak K+ u ćeliju (iz ECT u
ICT) su insulin, betaadrenergički agonisti (npr. adrenalin,
noradrenalin) i alkalemija (alkaloza >pH).
Glavni faktori koji uzrokuju pomak K+ iz ćelije (ICT u ECT) su
nedostatak insulina, betaadrenergički antagonisti, fizičko
vežbanje, hipeposmolalnost, liza ćelija i acidemija
(acidoza<pH).
Dakle, insulin može dovesti do hipokalijemije, a mišićni rad
(fizičko vežbanje) do lokalne, tranzitorne
hiperkalijemije.
ATPsenzitivni kalijumovi (KATP) kanali su veoma važni, jer
verovatnoća da oni budu otvoreni zavisi od metaboličkog
stanja ćelije. KATP kanali su zatvoreni kada je visok
odnos ATP/ADP, a otvoreni kao odgovor na smanjenje ATP
i povećanje ADP stepena. Ova aktivnost KATP kanala
predstavlja snažni kontrolni mehanizam celularne
ekscitabilnosti.
Funkcionalna uloga KATP kanala može se najbolje razumeti na
primeru beta ćelija pankreasa, gde ovi kanali povezuju
stepen glukoze u krvi sa sekrecijom insulina. Zapamtite da
su KATP kanali beta ćelija esencijalni senzori promene
koncentracije glukoze u krvi. Analogno tome, KATP kanali
neurona, posebno u hipotalamusu, su uključeni u
neuroendokrinoj kontroli homeostaze glukoze.
Aktivacija KATP kanala dovodi do hiperpolarizacije i smanjenja
ekscitabilnosti ćelije.
3. U miru (tj. između akcionih potencijala), membrana
nerva i mišića je veoma propustljiva za K+. Postoji i
veliki koncentracioni gradijent K+ kroz ćelijsku
membranu (nastalo radom Na+- K+ ATPaza) i
tendencija K+ da difunduje iz ćelije. Taj difuzioni,
odnosno ekvilibrijum potencijal K+ (izračunat
Nernstovom jednačinom za dati koncentracioni
gradijent K+) je blizu MMP. Dakle, svaka promena K+
koncentracije dovodi i do promene ekvilibrijum
potencijala za K+, odnosno membranskog mirovnog
potencijala (MMP). Što je manja koncentracija K+ u
serumu, to je veći koncentracioni gradijent K+ sa
jedne i druge strane membrane i veća negativnost
(hiperpolarizacija) K+ ekvilibrijum potencijala. Ako je
veća negativnost K+ ekvilibrijum potencijala, veća je
i negativnost MMP.
4. Kako i zašto smanjena koncentracija K+ u serumu
dovodi do hiperpolarizacije, odnosno veće
negativnosti MMP skeletnih mišića? Manja
koncentracija K+ u serumu, veći koncentracioni
gradijent K+ sa unutrašnje i spoljne strane ćelijske
membrane i veći, odnosno negativniji ekvilibrijum
potencijal K+. Budući da je konduktivnost za K+ u
miru skeletnih mišića veoma visoka, MMP će pratiti
porast negativnosti ekvilibrijum potencijala K+.
5. Da bi se odgovorilo na pitanje zašto je Džimi osećao jaku malaksalost, potrebno
je dobro razumeti sve događaje koji su odgovorni za pomak K+ promene
MMP i AP, kao i dejstvo insulina i transport glukoze u skeletnim mišićima.
Akcioni potencijal (AP) u skeletnom mišiću je veoma brz (traje oko 1ms) i
sastoji se od ushodnog dela - depolarizacije, koju prati repolarizacija. MMP
iznosi oko -70 mV u nervu, a između -80 i -90 mV i mišićnom tkivu. U miru
je ćelijska membrana oko 100 puta propustljivija za K+ nego za Na+, zbog
čega je MMP daleko od ekvilibrijum potencijala za Na+ (+65 mV), dok je
veoma blizu ekvilibrijum potencijalu za K+ (-85 mV). AP je iniciran
ulaznom strujom (ulazom pozitivnih jona u miocit), pa dolazi do blage
depolarizacije membrane miocita. Kada se membrana miocita depolarizuje
do pragovnog potencijala (oko -60 mV), otvaraju se voltažno zavisni brzi
Na+ kanali. Rezultat toga je porast konduktivnosti Na+ (gNa+), koja je čak
veća od konduktanse K+. Ovaj brz porast propustljivosti membrane Na+
proizvodi ulaznu Na+ struju i dalju depolarizaciju membranskog potencijala
prema ekvilibrijum potencijalu za Na+, čime se konstituiše uzlazna kriva
AP. Uzlazna kriva se smenjuje repolarizacijom do mirovnog membranskog
potencijala. Uzrok repolarizacije su dva nešto sporija događaja: a) zatvaranje
inaktiviranih Na+ kanala, i b) povećanje K+ konduktanse, čime se vraća
membranski potencijal prema K+ ekvilibrijum potencijalu. Konačno,
koristeći ovaj fiziološki koncept i put u rešavanju problema, može se
objasniti Džimijevo stanje i slabost skeletnih mišića (periodična paraliza)
usled hipokalijemije. Smanjenje koncentracije K+ u krvi dovodi do
povećanja negativnosti kako K+ ekvilibrijum potencijala tako i MMP. Zbog
hiperpolarizacije, ekscitabilnost miocita je manja i otežano je okidanje AP.
Bez AP ne mogu se kontrahovati Džimijevi skeletni mišići, i zbog toga on
oseća slabost mišića do paralize.
6. Zašto se Džimijeve periodične paralize javljaju posle
napornog treninga i zašto se stanje pogoršava (egzacerbira)
pri uzimanju ugljenih hidrata. Poznato je da pri fizičkom
vežbanju dolazi do pomaka K+ iz ICT u ECT. To može
takođe dovesti do tranzitnog lokalnog povećanja
koncentracije K+ u ECT (što je jedan od faktora koji dovodi
do povećanja protoka krvi kroz mišić pri vežbanju). Posle
vežbanja normalno dolazi do reakumulacije K+ u ćelije
skeletnog mišića. Međutim, s obzirom na Džimijev urođeni
poremećaj, ova reakumulacija K+ je preterana i dovodi
do hipokalijemije. Ingestija UH dovodi do egzacerbacije
mišićne slabosti, jer glukoza stimuliše sekreciju insulina
koji uzrokuje ulazak K+ u ćeliju i dovodi do hipokalijemije.
Veličina olakšane difuzije glukoze može se povećati u
skeletnim mišićima i srcu 10 do 20 puta dejstvom
insulina. Glukoza se transportuje kroz ćelijske membrane
uz pomoć proteinskih transportera glukoze (nosača glut 1-7). U masnom tkivu, srcu i skeletnim mišićima
zastupljen je Glut 4, koji je veoma osetljiv na insulin.
Ukratko, uzimanjem UH dolazi do povećane koncentracije
glukoze, što je stimulus za povećano lučenje insulina, a
ovaj hormon povećava ulazak glukoze i K+ u ćelije.
Glukoza - stimulacijom olakšane difuzije (Glut 4), a K+stimulacijom Na+-K+ ATPazne pumpe.
Insulin redukuje koncentraciju glukoze u krvi stimulacijom ulaska
glukoze u mišiće i masno tkivo (Glut 4), kao i inhibicijom
formiranja i oslobađanja glukoze iz jetre.
JETRA
Deponovana glukoza kao
GLIKOGEN
Skeletni mišići
Sinteza PROTEINA
GLUKOZA
Adipozno tkivo
Sinteza MASTI
Insulin
Aminokiseline
Masne kiseline
NALAZ U KRVI
Glukoza

Aminokiseline 
Masne kiseline 
Insulin (vidi sliku) redukuje stepen glukoze u krvi, jer stimuliše ulazak glukoze (Glut 4) u
ćelije skeletnih mišića i masnog tkiva. Pored toga, insulin stimuliše intracelularnu
konverziju glukoze u glikogen jetre, kao i glukoneogenezu. Insulin, takođe, smanjuje
nivo masnih kiselina i aminokiselina u krvi, jer povećava deponovanje masnih kiselina
u adipoznom tkivu inhibicijom njihovog oslobađanja i razlaganja, odnosno
stimulacijom preuzimanja aminokiselina i sinteze proteina u mišićnim ćelijama. Isto
tako, insulin sprečava povećanje koncentracije K+ u krvi, stimulacijom većeg
preuzimanja ovog jona od strane tkiva kroz stimulaciju Na+-K+-ATPazne pumpe.
Insulin ispoljava ove metaboličke efekte stimulacijom svojih tirozin kinaza receptora u
membrani ćelije i inicijacijom signalne kaskade dovodi do fosforilizacije proteina.
7. Suplementacija K+ obezbeđuje više K+ u ECT, kao protivtežu većeg
ulaska K+ u miocit posle fizičkog vežbanja. Kada doktor shvati
fiziološku bazu Džimijevog problema, a to je veliki pomak
K+ u ćeliju posle sportskog treninga, onda je problem rešiv, jer
ako nema rešenja, nema ni problema. Davanjem kalijuma može se
preventivno sprečiti smanjenje koncentracije K+ u serumu, odnosno
hipokalijemija posle fizičkog opterećenja.
8. Posle opisane hipokalijemične paralize, opisan je još jedan urođeni
poremećaj nazvan primarna hiperkalijemična periodična
paraliza, koja dovodi do slabosti skeletnih mišića. Međutim, ovoj
slabosti prethode spazmi mišića. Kroz ovaj primer želim da zapazite
od kolike je važnosti čuvanje homeostaze K+ i kako se svi događaji
mogu objasniti kroz događaje akcionog potencijala mišića.
Kako objasniti hiperaktivnost, odnosno inicijalne spazme u osoba sa
hiperkalijemijom?
Pri povećanoj koncentraciji K+, u serumu dolazi do smanjenja
negativnosti K+ ekvilibrijum potencijala, što znači da se MMP
približava pragovnom potencijalu okidanja, pa je dovoljna mala
ulazna struja da dovede do AP.
Nešto je teže razumeti zašto je inicijalna faza hiperaktivnosti mišića
(spazam) praćena prolongiranom slabošću skeletnih mišića. Ako je
membranski potencijal redukovan do kritičnog nivoa, tj. pragovnog
potencijala (oko -60 mV), dolazi do generisanja AP, ali se ne nastavlja
spontano okidanje AP. Odgovor leži u ponašanju regulacijskih vrata
(m i h) Na+ kanala, a vrata zatvaraju ekstracelularnu stranu Na+
kanala, a i vrata intracelularnu stranu Na+ kanala. Aktivaciona vrata
(a vrata) Na+ kanala se otvaraju u odgovoru na depolarizaciju. Ova
vrata su odgovorna za strmi, uzlazni deo i vrh šiljka AP. Da bi Na+
mogao da difunduje kroz svoj kanal, moraju se otvoriti i m i h vrata.
Međutim, inaktivaciona vrata (h vrata) Na+ kanala se zatvaraju u
odgovoru na depolarizaciju, ali znatno sporije nego što se aktivaciona
vrata otvaraju. Prema tome, u odgovoru na prolongiranu
depolarizaciju, kao što je to slučaj u hiperkalijemiji, inaktivaciona
vrata (h vrata) Na+ kanala se zatvaraju i ostaju zatvorena. Kada su
inaktivaciona vrata (h) zatvorena, Na+ kanali su zatvoreni, bez obzira
na poziciju aktivacionih vrata (m). Za nastanak uzlaznog dela i šiljka
akcionog potencijala (AP) moraju biti otvorena i m i h vrata Na+
kanala. Ako su inaktivaciona vrata zatvorena, ne može doći do
okidanja AP, pa samim tim ni do kontrakcije mišića. To je razlog
slabosti mišića. (Za bliža objašnjenja konsultuj poglavlje 10).
Nadam se da je sada znatno jasnija pojava spazma, slabosti i periodičnih
paraliza u osoba sa hiperkalijemijom.