教材质疑 | 低镁血症引起低钾血症是何因？

前几天发了一个丁香园论坛的求助，一名医学生对于教材中低镁血症导致低钾血症的机制不清楚，由此引发了一场讨论。问题详见：论坛求助 | 低镁血症引起低钾血症的机制是什么

第八版的病理生理教科书上所给的解释是：低镁使得肾小管上皮细胞的Na⁺-K⁺-ATP酶失活，钾重吸收障碍所致。

在网上简单的查找了一些资料，发现也是如下的类似解释：

然而，这样的解释经不起深究，因为Na⁺-K⁺-ATP酶分布实在是太广泛了，如果说低镁血症引起Na⁺-K⁺-ATP酶活性减低，那么由此导致的后果绝对不仅仅只有低钾血症。

在通过查找资料以及同行的帮助下，发现了这个问题有了新的理解。我们结合JASN上的文章对这个问题进行一些深入的探讨。

首先要了解一下，在远端肾单位（远曲小管后段、连接小管以及皮质集合管）分泌K⁺的主要原理：

K⁺通过基底膜侧的Na⁺-K⁺-ATP酶（图中蓝色椭圆形）进入肾小管上皮细胞，然后通过上皮细胞的管腔侧ROMK通道（图中黄色圆柱体）进入小管液（即泌K⁺）。

这个ROMK，即the renal outer-medullary K+ channel，是今天要说的一个重要结构，有个很拗口的中文名称：肾脏外髓钾通道。也有称之为KIR1.1，学名应该是：potassium voltage-gated channel subfamily J member 1，感兴趣的可以看看这方面更多的文献。

Na⁺通过ENaC（绿色圆柱体）从小管液中进入上皮细胞，使上皮细胞管腔侧去极化，这是泌K⁺的动力。

这里其实ENaC也是一个非常有意思的结构，即epithelial sodium channel，中文称之为：上皮钠通道。这个和肾科的日常联系更紧密，有兴趣也可以参看相关的文献。

因此，得出结论：Na⁺向细胞内转移会刺激K⁺的分泌

这里还可以解释醛固酮作为利尿剂的一个很重要特性：保钠排钾

醛固酮通过ENaC增加Na⁺的重吸收，也使得K⁺的分泌增加（图中红色箭头所示）。

接下来该看看真正的解释了！

如图所示，每幅图中的上下两个深蓝色椭圆形即表示ROMK。右侧为基底膜侧，淡黄色弧形区域表示远端肾单位肾小管上皮细胞，可以看到，ROMK位于上皮细胞的顶端。左侧淡蓝色为肾小管管腔侧。

上皮细胞内Mg²⁺浓度为0时，K⁺在驱动力（见上）的作用下，可以自由在细胞膜的两侧移动。如 图A、图B

我们再来看看这个时候K⁺的转移受哪些因素影响：

第一、细胞内外的K⁺浓度差：细胞内K⁺浓度能高到140mmol/L，而细胞外仅仅只有5mmol/L，因此化学浓度梯度会促使K⁺外流。

第二、电荷：细胞膜负电荷又促使K⁺内流。

内流和外流的力量，在膜电位-86mV时达到平衡（即平衡电位E_k）。

当细胞膜电位比平衡电位更负的时候，（比如 -100mV，但实际上生理情况下在远端肾单位上皮侧很少会出现这么「负」的电位），钾离子是表现为内流的。如图A所示。

同样的，当膜电位比平衡电位更「正」的时候，（比如-50mV，这种情况其实在生理情况下更常见），钾离子表现为向外流。如图B所示。

当细胞内Mg²⁺为生理浓度（如1mmol/L）时，ROMK会让K⁺内流超过外流（即：内向性整流），这是因为细胞内Mg²⁺是和ROMK绑定在一起的，这种绑定阻碍了K⁺的外流（见图D）。

因此，一旦出现低镁血症，上皮细胞内Mg²⁺也会减少，这种阻碍作用就弱化了，细胞内的K⁺就哗啦啦的外流到小管液中了（这个时候更多的类似B图所示，因A图不是常态。），这么多K⁺分泌到管腔中随尿排出体外，低钾血症也就随之而来咯。有报道，低镁血症中低钾血症的发生率约40% ~ 60%。

通过对这个机制的了解，我们还能明白另外一个临床上的问题，对于有些难治性低钾血症，为什么需要补镁？如果把补钾比喻成往桶里倒水的话，水桶下面有一个漏水的孔（ROMK），而镁就是能够堵住这个孔的阀门，不把阀门关上，光往桶里倒水，很难倒满。

“

当然，还有其他情况导致低镁血症同时合并低钾血症，比如使用利尿剂、腹泻、Bartter综合征、Gitelman综合征、肾毒性物质损伤了肾小管等等。

”

最后还看到一张有意思的图，也和大家分享下，如果缺镁的同时使用了螺内酯或盐摄入过多，这个时候「保钾利尿剂」也不保钾啦！后果你们自己看：

个人理解难免不足之处，还请大家不吝赐教！

 真心希望教科书能够与时俱进！

参考文献：

1. Huang CL, Kuo E.Mechanism of hypokalemia in magnesium deficiency.J Am Soc Nephrol. 2007 Oct;18(10):2649-52.

2. Yang L, Frindt G, Palmer LG.Magnesium modulates ROMK channel-mediated potassium secretion.J Am Soc Nephrol. 2010 Dec;21(12):2109-16.

特别鸣谢：麻省总院布莱根妇女医院 李嘉华

编辑 | 徐德宇

题图 | shutterstock