Cơ xương - Tế bào bị lãng quên trong hoạt động điều hòa kali máu

Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ bản Tập 22 * Số 1 * 2018 Tổng Quan Chuyên Đề Nội Khoa 5 CƠ XƯƠNG - TẾ BÀO BỊ LÃNG QUÊN TRONG HOẠT ĐỘNG ĐIỀU HÒA KALI MÁU Lê Quốc Tuấn*, Nguyễn Thị Lệ* MỞ ĐẦU Tăng hoặc giảm K+ máu là tình huống lâm sàng thường xảy ra, có thể dẫn đến loạn nhịp nghiêm trọng. Thuốc là nguyên nhân quan trọng trong sự xuất hiện rối loạn K+ máu. Hạ K+ máu xảy ra khi K+ máu < 3,5 mEq/l. Giảm Kali máu gây cản trở dẫn truyền thần kinh (qua acetylcholine) đưa tới liệt cơ, giảm phản xạ gân xương, nhịp chậm, ngưng tim (rung thất hoặc vô tâm thu). Ngược lại, tăng Kali máu xảy ra khi K+ máu > 5 mEq/l. Tăng K+ máu chủ yếu dẫn đến các biểu hiện trên tim mạch như hồi hộp, khó thở, rối loạn nhịp, nếu cao quá có thể đe dọa tính mạng người bệnh. Tăng kali máu cũng có thể gây ra các triệu chứng thần kinh cơ như dị cảm đầu chi hoặc vùng quanh miệng(6). Các thay đổi trên điện tâm đồ thường được ghi nhận trong tăng K+ máu: sóng T cao nhọn, đối xứng; bất thường trong dẫn truyền nhĩ (sóng P giảm dần rồi biến mất) và dẫn truyền nhĩ thất (block xoang nhĩ và block nhĩ thất); bất thường trong dẫn truyền thất với giãn rộng phức hợp QRS; nhịp nhanh thất, rung thất, ngừng tim. Hầu hết các tế bào trong cơ thể đều sở hữu bơm Na+-K+-ATPase, giúp đẩy ion Na+ ra ngoài và đưa ion K+ vào trong tế bào, chịu trách nhiệm duy trì sự chênh lệch nồng độ K+ và điện thế ở 2 bên màng. Như vậy, K+ chủ yếu nằm trong khu vực nội bào (chiếm hơn 90% lượng K+ của toàn cơ thể, đa số được dự trữ ở cơ xương), chỉ có một số ít ở khu vực ngoại bào. Tổng lượng K+ trong cơ thể vào khoảng 30 mEq/l, trong đó số lượng đưa vào qua khẩu phần ăn dao động từ 50-100 mEq/ngày, số lượng thải qua đường phân và mồ hôi là 10 mEq/ngày, còn lại chủ yếu thải qua thận. Do đó, thận giữ vai trò quan trọng trong sự thăng bằng K+. Nồng độ K+ huyết tương được kiểm soát rất chặt chẽ, giới hạn từ 3,5-5 mEq/l, nhằm đảm bảo hoạt động điện của các tế bào, nhất là ở các mô kích thích như thần kinh và cơ tim. Cơ thể có nhiều yếu tố tham gia điều hòa ổn định nồng độ K+ huyết tương, trong đó thận và cơ xương là 2 cơ quan quan trọng nhất(7). Thận là cơ quan chủ yếu chịu trách nhiệm duy trì tổng lượng K+ trong cơ thể bằng cách cân bằng giữa K+ nhập và xuất hàng ngày. Quá trình bài xuất ion K+ thực hiện chủ yếu tại đoạn sau ống lượn xa và ống góp dưới tác động của hormon aldosterone. Tuy nhiên, sự điều chỉnh nồng độ K+ tại thận diễn ra chậm, kéo dài trong khoảng vài giờ, do đó K+ ngoại bào cần được đệm nhanh chóng bởi sự vận chuyển K+ ra vào các tế bào cơ xương(3). Quá trình tái phân bố ion K+ giữa 2 khu vực nội bào và ngoại bào được gọi nội cân bằng K+. Như vậy, cơ xương hoạt động như một hồ chứa K+ dùng để đệm cho nồng độ K+ huyết tương luôn ở trạng thái cân bằng, tạo điều kiện cho các tế bào trong cơ thể hoạt động ổn định. Trong điều kiện bình thường, yếu tố quan trọng nhất để thiết lập nội cân bằng K+ là các hormon insulin và catecholamine. Trong một số rối loạn bệnh lý, sự thay đổi của áp suất thẩm thấu máu và thăng bằng kiềm toan cũng làm thay đổi nội cân bằng K+(1). CÁC HORMON ĐIỀU CHỈNH NỘI CÂN BẰNG K+ TRONG ĐIỀU KIỆN BÌNH THƯỜNG Sau bữa ăn, sự bài tiết insulin từ tuyến tụy không chỉ điều hòa nồng độ glucose huyết, mà còn có vai trò vận chuyển ion K+ từ thức ăn vào tế bào, chủ yếu là cơ xương, cho đến khi thận kịp đào thải K+ và tái lập lại cân bằng nội môi. Insulin có 3 mô đích chính trong cơ thể là: mô gan, mô cơ xương, và mô mỡ. Chức năng của * Bộ môn Sinh lý học, Đại Học Y Dược TP.HCM Tác giả liên lạc: TS. Lê Quốc Tuấn ĐT: 01696929792 Email: tuan_lqc@yahoo.com Tổng Quan Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ bản Tập 22 * Số 1 * 2018 Chuyên Đề Nội Khoa 6 insulin tại mô đích được thực hiện thông qua việc đưa các kênh GLUT4 (glucose transporter 4), và các bơm Na+-K+-ATPase lên màng tế bào(2). Điều này dẫn đến tăng hấp thu glucose và ion K+ từ dịch ngoại bào vào nội bào, làm giảm nồng độ glucose và K+ huyết tương. Ở những bệnh nhân có hội chứng chuyển hóa hoặc suy thận, sự hấp thu glucose qua trung gian insulin bị suy giảm, nhưng sự hấp thu K+ vào tế bào vẫn diễn ra bình thường(5). Do vậy, trong điều trị tiêm truyền insulin liều cao, cần lưu ý dự phòng hạ K+ máu, có thể dẫn đến ảnh hưởng lên hoạt động dẫn truyền tại tim, nhất là trên bệnh nhân hôn mê. Các hormon catecholamine (adrenaline, noradrenaline) từ tuyến tủy thượng thận cũng tham gia điều chỉnh nội cân bằng K+, trong đó nhóm thụ thể α-adrenergic có tác dụng làm suy giảm, còn nhóm thụ thể β-adrenergic (β2) thì thúc đẩy K+ nhập bào bằng cách kích hoạt bơm Na+-K+-ATPase. Hiệu ứng này đóng vai trò quan trọng trong hoạt động thể thao. Ở điều kiện bình thường, sự co cơ khi tập luyện sẽ kết hợp với việc vận chuyển ion K+ theo hướng từ nội bào ra dịch kẽ, có thể đạt đến mức 10-12 mM với các bài vận động mạnh. Sự tích lũy K+ trong khu vực ngoại bào là một yếu tố hạn chế tính kích thích và lực co của cơ xương, dẫn đến sự mỏi cơ(4). Ngoài ra, tăng K+ trong dịch kẽ còn làm giãn mạch nhanh, gây tăng lưu lượng máu đến cơ. Do đó, trong lúc này, sự giải phóng catecholamine gây kích thích lên thụ thể β2 sẽ làm giảm tình trạng tích tụ K+ ngoại bào, và giới hạn lưu lượng máu đến cơ xương(8). Như vậy, cả 2 lộ trình tín hiệu nội bào điều hòa sự thu nhận ion K+ qua trung gian thụ thể β2-adrenergic và insulin đều dẫn đến hấp thu K+ bằng cách kích thích hoạt động của các bơm Na+- K+-ATPase trong cơ xương. Hormon catecholamine kích thích lên thụ thể β2- adrenergic dẫn đến tạo cAMP và hoạt hóa protein kinase A(1). Hormon insulin gắn vào thụ thể của nó, dẫn đến phosphoryl hóa các protein IRS-1 (insulin receptor substrate 1), gây hoạt hóa enzyme PI3-K (phosphatidylinositide 3-kinase), tiếp theo là kích hoạt enzyme PDPK1 (3- phosphoinositide dependent protein kinase-1). Sau đó, đến lượt mình, PDPK1 hoạt hóa 2 enzyme khác nhau: con đường phụ thuộc Akt chịu trách nhiệm đưa kênh GLUT4 lên màng tế bào để hấp thu glucose; và con đường aPKC (atypical protein kinase C) dẫn đến đưa bơm Na+-K+-ATPase lên màng và hấp thu ion K+. ÁP SUẤT THẨM THẤU VÀ pH MÁU ĐIỀU CHỈNH NỘI CÂN BẰNG K+ TRONG ĐIỀU KIỆN BỆNH LÝ Những thay đổi trong các rối loạn kiềm toan và áp suất thẩm thấu máu cũng ảnh hưởng đến nội cân bằng ion K+. Tăng đường huyết qua mức, như trong biến chứng tăng áp suất thẩm thấu ở bệnh nhân đái tháo đường, dẫn đến kéo nước từ khu vực nội bào ra khu vực ngoại bào, tạo điều kiện thuận lợi cho dòng vận chuyển K+ ra ngoài theo dung môi. Ngoài ra, sự co rút tế bào trong môi trường ưu trương của dịch kẽ cũng góp phần làm tăng nồng độ K+ nội bào, hình thành nên một gradient thích hợp cho sự xuất bào của K+. Về mặt sinh lý, toan chuyển hóa nội bào có thể được phân thành 2 típ: toan chuyển hóa muối (mineral acidosis) do sự xuất hiện dư thừa của các anion vô cơ (là các acid mạnh, sinh ra do sự oxy hóa protein và acid nucleic); và toan chuyển hóa hữu cơ (organic acidosis) do sự xuất hiện dư thừa của các anion hữu cơ (thường sinh ra từ sự oxy hóa không hoàn toàn glucose hoặc triglyceride, đặc trưng bởi tình trạng suy giảm con đường chuyển hóa năng lượng trong các tế bào). Cả 2 típ toan chuyển hóa này đều dẫn đến giảm pH máu và gây ảnh hưởng lên nội cân bằng K+ tại cơ xương, tuy nhiên típ toan chuyển hóa muối gây xáo trộn nhiều hơn. Hiệu quả chung của toan hóa máu là gây mất K+ nội bào, có lẽ không phải do hoạt động trao đổi trực tiếp giữa ion H+ và ion K+ qua màng, mà đúng hơn là do ảnh hưởng lên các kênh vận chuyển ion bình thường của tế bào cơ xương(7). Y Học TP. Hồ Chí Minh * Phụ bản Tập 22 * Số 1 * 2018 Tổng Quan Chuyên Đề Nội Khoa 7 Khi cơ thể bị toan chuyển hóa, trong dịch ngoại bào, nồng độ H+ tăng cao, còn nồng độ HCO3- đang giảm thấp. Trong toan chuyển hóa muối (gây ra bởi các anion vô cơ), sự giảm pH ngoại bào sẽ làm giảm hoạt động của cả bơm trao đổi Na+-H+ (NHE1: Na+-H exchanger 1) và kênh đồng vận chuyển Na+-3HCO3- (NBCe1 và NBCe2: natri-bicarbonate cotransporter 1, 2). Sự giảm nồng độ Na+ nội bào sẽ kéo theo giảm hoạt động của bơm Na+-K+-ATPase, dẫn đến rò rỉ K+ ra ngoại bào. Ngoài ra, sự giảm nồng độ HCO3- trong dịch ngoại bào còn làm tăng hoạt động của kênh trao đổi Cl--HCO3-, đưa ion Cl- vào khu vực nội bào, điều này càng làm tăng cường hơn nữa dòng K+ ra ngoài qua kênh đồng vận chuyển K+- Cl-. Trong toan chuyển hóa hữu cơ (gây ra bởi các anion hữu cơ), sự rò rỉ ion K+ ra ngoài ít hơn rất nhiều. Trong trường hợp này, có một lượng lớn anion hữu cơ và ion H+ đi vào tế bào cơ xương thông qua kênh MCT (MCT1, MCT4: monocarboxylate transporter 1, 4). Ngược lại với toan chuyển hóa muối, sự tích lũy acid làm hạ thấp pH nội bào, kích thích Na+ di chuyển vào tế bào qua bơm Na+-H+ (NHE1) và kênh Na+- 3HCO3- (NBCe1, NBCe2). Sự tăng nồng độ Na+ nội bào sẽ kích thích bơm Na+-K+-ATPase hoạt động, giảm thiểu sự rò rỉ K+ ra ngoại bào(7). KẾT LUẬN Tăng hoặc giảm K+ máu là tình huống lâm sàng thường xảy ra, có thể dẫn đến loạn nhịp nghiêm trọng. Thận là cơ quan chủ yếu chịu trách nhiệm duy trì tổng lượng K+ trong cơ thể bằng cách cân bằng giữa K+ nhập và xuất hàng ngày. Tuy nhiên, sự điều chỉnh nồng độ K+ tại thận diễn ra chậm, kéo dài trong khoảng vài giờ, do đó K+ ngoại bào cần được đệm nhanh chóng bởi sự vận chuyển K+ ra vào các tế bào cơ xương. Như vậy, cơ xương hoạt động như một hồ chứa K+ dùng để đệm cho nồng độ K+ huyết tương luôn ở trạng thái cân bằng, tạo điều kiện cho các tế bào trong cơ thể hoạt động ổn định. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bundgaard H, Kjeldsen K (2002). Potassium depletion increases potassium clearance capacity in skeletal muscles in vivo during acute repletion. Am J Physiol Cell Physiol; 283: C1163–C1170. 2. Ho K (2011). A critically swift response: Insulin-stimulated potassium and glucose transport in skeletal muscle. Clin J Am Soc Nephrol; 6: 1513–1516. 3. McDonough AA, Youn JH (2005). Role of muscle in regulating extracellular [K+]. Semin Nephrol; 25: 335–342. 4. McKenna MJ, Bangsbo J, Renaud JM (2008). Muscle K+, Na+, and Cl disturbances and Na+-K+ pump inactivation: Implications for fatigue. J Appl Physiol; 104: 288–295. 5. Nguyen TQ, Maalouf NM, Sakhaee K, Moe OW (2011). Comparison of insulin action on glucose versus potassium uptake in humans. Clin J Am Soc Nephrol; 6: 1533–1539. 6. Palmer BF (2010). A physiologic-based approach to the evaluation of a patient with hyperkalemia. Am J Kidney Dis; 56: 387–393. 7. Palmer BF (2015). Regulation of Potassium Homeostasis. Clinical Journal of American Society of Nephrology; 10(6): 1050- 60. 8. Williams ME, Gervino EV, Rosa RM, Landsberg L, Young JB, Silva P, Epstein FH (1985). Catecholamine modulation of rapid potassium shifts during exercise. N Engl J Med; 312: 823–827. Ngày nhận bài báo: 20/11/2017 Ngày phản biện nhận xét bài báo: 22/11/2017 Ngày bài báo được đăng: 15/03/2018