پتاسيم فرآوان­ترين كاتيون بدن، عمدتاً محدود به مايع درون سلولي مي­گردد. حدود 50 ميلي اكي والان پتاسيم به ازاي هر كيلوگرم وزن مايع بدن وجود دارد كه بيش از 97 درصد آن با غلظت حدود  150 ميلي اكي والان در ليتر در مايع درون سلولي است و كمتر از 3 درصد با غلظت طبيعي بين 3.5 تا 5 ميلي الكي والان در ليتر در مايع برون سلولي وجود دارد. با توجه به اين اختلاف غلظت پتاسيم درون و برون سلولي، پتاسيم به خروج از سلول تمايل دارد. مسئله براي سديم درست برعكس است و غلظت آن در مايع برون سلولي زياد و در مايع درون سلولي كم است، در نتيجه تمايل به انتشار به داخل سلول دارد. نگهداري غلظت بالاي پتاسيم در درون سلول و غلظت بالاي سديم در برون آن از طريق عمل تلمبه­هاي تعويض كننده يون كه در غشاء‌ سلول وجود دارند و سديم را به خارج و پتاسيم را به داخل مي­برند انجام مي­گيرد. اين تلمبه­ها كه در نگهداري حجم و فعاليت الكتريكي سلول نقش اساسي را به عهده دارند به سيستم سديم پتاسيم آدنوزين تري فسفاتاز (ATP ase)‌ وابسته­اند. غلظت داخل سلولي بالاي پتاسيم در تنظيم گروهي از فرآيندهاي بيولوژيكي از قبيل حجم سلول، ‌وضعيت اسيد – باز، ويژگي­هاي الكتروفيزيولوژيكي سلول و سنتز RNA، پروتئين و گليكوژن، نقش تعيين كننده دارد. با توجه به اهميت اين فرآيندها مي­شود پيش بيني كرد كه تغيير در متابوليسم پتاسيم اثرات باليني عميقي بر جاي خواهد گذاشت.

 

توزيع و تعادل طبيعي پتاسيم:

كل محتوي عادي پتاسيم بدن به وسيله تعادل ميان دريافت و دفع آن معين مي­شود. توزيع و پخش پتاسيم بين مايع برون سلولي و درون سلولي به اندازه كل مقدار پتاسيم در بدن داراي اهميت است.

دريافت (Intake):

حد متوسط موجود در رژيم غذايي در آمريكاي شمالي 60 تا 100 ميلي اكي والان مي­باشد، كه عمدتاً در روده كوچك جذب مي­شود. روده بزرگ توانائي دفع پتاسيم را دارد ولي در شرايط معمولي نقش اندكي در تعادل پتاسيم ايفا‌ء مي­كند. با اين وجود ، چون روده بزرگ به آلدوسترون حساس است،‌ممكن است عمل ترشحي آن  در حالات مرضي اهميت داشته باشد.

پس دادن (Excretion):

تعادل پتاسيم بيشتر به وسيله دفع كليوي تعيين مي­شود.

دانسته­هاي ما در باره جذب و دفع كليوي طبيعي پتاسيم از مطالعات ميكروپونكسيوني در جانوران به دست آمده و در مورد انسان تعميم داده شده است. پتاسيم آزادانه در گلومرول پالايش مي­گردد و غلظت پتاسيم در پاليده گلومرولي (Glomerular ultrafiltrate) مساوي با غلظت آن در پلاسما است. در نفرون­هاي سطحي بدون توجه به ميزان پتاسيم دريافت شده،‌ پتاسيم تقريباً به طور كامل باز جذب مي­گردد و بعد از گذشت از لوله نزديك و لوله هنله، ‌تقريباً 5% پتاسيم پالايش شده به ابتداي لوله دور مي­رسد. در جانوراني كه مقدار كمي پتاسيم دريافت نموده­اند نفرون دور به بازجذب پتاسيم ادامه مي­دهد و سرانجام كمتر از 1 درصد پتاسيم پالايش شده در ادرار دفع مي­شود. اگر دريافت پتاسيم عادي يا زياد باشد، لوله نزديك و لوله هنله به بازجذب حدود 95% پتاسيم پاليده ادامه مي­دهند. عليرغم اين بازجذب تقريبا كامل پتاسيم در قسمتهاي نزديك نفرون، سر انجام ادرار داراي پتاسيمي به ميزان 10 تا 20 درصد مقدار پاليده خواهد بود و چون تنها 5 درصد پتاسيم پالايش شده به نفرون دور مي­رسد، ‌بنابراين نفرون دور به ادرار نهائي پتاسيم مي افزايد. افزودن پتاسيم به ادرار ظاهرا كار سلولهاي لوله ارتباطي (Connecting tubule cells) و سلول هاي اصلي (Principal cells) لوله جمع كننده مي­باشد. ظاهرا سلول­هاي بينابيني  (Intercalated cells) هر دو قطعه نقشي در بازجذب پتاسيم ايفاء مي­نمايند. عواملي كه بر ترشح پتاسيم توسط لوله دور و مجراي جمع كننده اثر مي­كنند به خوبي شناخته شده اند و كانوني براي تفسير اتلاف يا احتباس كليوي پتاسيم مي­باشند.

ترشح لوله­اي دور به عوامل زير بستگي دارد:

1-     مقدار پتاسيم دريافتي

2-     غلظت پتاسيم سلول لوله­اي كليه

3-     مقدار سديمي كه به نفرون دور مي­رسد و ميزان جريان ادرار در نفرون دور

4-     آنيون همراه سديم كه به نفرون دور رسيده است.

5-     ميزان فعاليت مينرالوكورتيكوئيدها و گلوكوكورتيكوئيدها

6-     فعاليت بتا 2 كاتكل (Beta2-catechol)

7-     درستي كاركرد سلولهاي لوله دور.

شواهد بارزي در دست است كه نفرون­هاي عمقي به گونه­اي متفاوت با نفرونهاي سطحي كار مي­كنند. در نفرونهاي عمقي، بازجذب پتاسيم در مجراي جمع كننده مدولاري به بازگشت دوباره پتاسيم به درون شاخه پائين رو لوله هنله منجر خواهد شد. شواهد روشني وجود دارد كه پتاسيم رسيده به انتهاي شاخه پائين رو تابعي است از غلظت پتاسيم ادرار و ممكن است بيش از پتاسيم پاليده شود. چرخش دوباره پتاسيم در نفرون­هاي عمقي، بالقوه سبب افزايش پاسخ لوله به تجويز بيش از حد پتاسيم مي­گردد، ولي عمل فيزيولوژيك دقيق اين مكانيسم معلوم نيست

در شخص سالم حدود 100 ميلي اكي والان پتاسيم در روز خورده مي­شود و 60 ميلي اكي والان پتاسيم پالايش مي­شود. هنگامي كه تعادل متابوليك وجود دارد تقريباً 100 ميلي اكي والان پتاسيم بوسيله كليه­ها دفع مي­شود كه البته از مقدار ناچيزي كه به روشهاي غير كليوي دفع مي­شود چشم پوشي شده است.از 600 ميلي اكي والان پتاسيم پالايش شده 180 ميلي اكي والان آن در لوله پروگزيمال مي­ماند. احتمالاً بيشتر اين پتاسيم در لوله هنله باز جذب مي­شود. در طول لوله دور و دستگاه مجراي جمع كننده ترشح پتاسيم حكم فرما است به گونه­اي كه بيشتر پتاسيمي كه در نهايت در ادرار ظاهر مي­شود از ترشح لوله­اي مشتق شده است.

1-     دريافت پتاسيم:

نسبت به افزايش مزمن دريافت پتاسيم سازگاري وجود دارد كه سبب مي­شود تا يك فرد بتواند پتاسيم اضافي را كه اگر بدون وجود تطابق كافي تجويز مي­شد ايجاد پرپتاسيمي خون مي­نمود، از بدن خارج كند. اين مكانيسم تطبيقي با وقوع افزايشي در فعاليت سديم پتاسيم آدنوزين تري فسفات در سلول هاي نفرون دور ارتباط دارد و همين سازگاري در شخصي كه كاركرد كليه­اش كاهش يافته اجازه مي­دهد مقدار زيادي پتاسيم را به ازاي توده نفروني باقي مانده دفع كند. برانگيختن آلدوسترون به علت طولاني شدن ازدياد دريافت پتاسيم نيز مي­تواند به مكانيسم تطبيقي كمك كند.اگر چه در مورد سازگاري مزمن نسبت به افزايش دريافت پتاسيم شكي نيست، رويدادهاي سلولي كنترل كننده اين تطابق هنوز مورد بحث است و تقريباً با اطمينان مي­توان گفت كه غلظت داخل سلولي پتاسيم در اين پديده نقش دارد.

 

2-     غلظت پتاسيم سلولي لوله كليه:

ميزان پتاسيمي كه توسط لوله دور ترشح مي­شود به غلظت پتاسيم سلولي بيشتر از غلظت پتاسيم سرم وابسته است. بنابراين وقتي پتاسيم سرم و سلول بر اثر دريافت پتاسيم زياد مي­شود، دفع پتاسيم افزايش مي­يابد. هنگامي كه به علت آلكالمي متابوليك يا تنفسي پتاسيم سرم كم مي­شود و پتاسيم سلولي زياد مي­شود، دفع پتاسيم افزايش مي­يابد. همزمان با اسيدمي حاد كه پتاسيم سرم را افزايش و پتاسيم سلولي را كاهش مي­دهد دفع پتاسيم كاهش مي­يابد. در اسيدوز مزمن كه ممكن است با اتلاف پتاسيم همراه باشد وضح پيچيده­تر است.  مكانيسم­هائي كه سبب مي­شوند اسيدمي از شرايط محبوس كننده پتاسيم به حالت اتلاف پتاسيم تبديل شود به خوبي شناخته نشده­اند اما مي­توانند به خاطر تغييري در ميزان سديمي باشند كه به نفرون دور مي­رسد.

3-     مقدار سديمي كه­ به نفرون دور مي­رسد و ميزان جريان ادرار در آن:

­­ميزان سديم و مايعي كه به نفرون دور مي­رسد در تعيين دفع پتاسيم نقش حساسي دارد. هنگامي كه يون سديم با بار مثبت فعالانه در نفرون دور باز جذب مي­شود آنيوني در لومن باقي مي­ماند و باعث مي­شود كه بار الكتريكي لومن نسبت به خارج آن منفي گردد. اين اختلاف بار الكتريكي حركت پتاسيم با بار مثبت را از سلول به لومن تسهيل مي­نمايد. ارتباط ميان تحويل سديم و دفع پتاسيم پديده­اي متغير است،‌چرا كه علاوه بر مقدار سديم تحويل شده به لوله دور، تمايل فراوان لوله به سديم (يعني نياز به حفظ سديم)، غلظت پتاسيم سلولي،‌و قابليت نفوذ آنيوني كه به همران سديم مي­باشد همه و همه بر اين ارتباط تاثير مي­گذراند. بردن پتاسيم از خون به داخل سلول به وسيله يك تعويض مستقيم سديم به جاي پتاسيم صورت مي­گيرد. ميزان رسيدن ادرار به نفرون دور بدون وابستگي به محتوي سديم آن نيز ترشح و پتاسيم را تنظيم مي­نمايد به طوري كه هر چه اين ميزان زيادتر باشد ميزان ترشح پتاسيم هم بيشتر خواهد بود.

4-     آنيون همراه سديم:

از نظر تئوري هر چه آنيون همراه سديم قابليت نفوذ كمتري در نفرون دور داشته باشد، اختلاف بار الكتريكي توليد شده توسط بازجذب سديم بيشتر خواهد بود. به عبارت ديگر اگر سديم همچنان كه بازجذب مي­شود همراه با آنيون غير قابل بازجذبي مثل بيكربنات باشد، لومن از وقتي كه سديم به همراه آنيون قال بازجذب­تري مثل بيكربنات باشد،‌لومن از وقتي كه سديم به همران آنيون قابل بازجذب تري مثل كلريد باشد، منفي­تر مي­گردد. افزايش اختلاف بار، ترشح پتاسيم را زياد مي­كند. اكنون مشخص است همچنان كه غلظت يون كلريد در مايع لوله دور بخودي خود پايين مي_افتد، ترشح پتاسيم بدون وابستگي به تغييرات ولتاژ تحريك مي­شود. كاهش غلظت يون كلريد مي­تواند ترشح پتاسيم را از طريق يك مكانيسم انتقال K-Cl ممزوج زياد كند.

5-     اثر مينرالوكورتيكوئيد و گلوكوكورتيكوئيد:

تراوش آلدسترون توسط دو عامل عمده كنترل مي­شود: سيستم رنين – آنژيوتانسين و پتاسيم. وقتي آلدوسترون ترشح مي­شود به هسته سلولهاي لوله دور مي­پيوندد و پس از طي مراحلي (كه به سنتز پروتئين وابسته­اند) با افزايش كانال­هاي حساس به آميلوريد (Amiloride) در غشاي لومينال سلول لوله دور باز جذب سديم را افزايش مي­دهد. بنابراين بازجذب سديم رسيده به نفرون دور (هر مقدار كه باشد) در حضور آلدوسترون بيشتر خواهد بود. نفرون دور براي بازجذب سديم و ترشح پتاسيم نيازي به آلدوسترون ندارد، ولي آلدوسترون نقش مهمي در محافظت بر عليه پرپتاسيمي خون به هنگام كمبود حجم يا زياد شدن بار پتاسيم يا هر دو دارد. آلدوسترون مهمترين مينرالوكورتيكوئيد موثر بر نفرون دور مي­باشد، ولي مواد ديگري هم وجود دارند كه داراي اثر مينرالوكورتيكوئيدي مي­باشند. مثل دزوكسي كورتيكواسترون،‌18 هيدروكسي كورتيكواسترون، عصاره شيرين بيان (Licorice Extract) گليكوكورتيكوئيدها در غلظتهائي كه از نظر فيزيولوژي قابل دسترس مي­باشند قادر به ايجاد پيوند متعادل تري با گيرنده­هاي آلدوسترون هستند. دگزامتازون مي­تواند ترشح پتاسيم را زياد كند ولي محتملاً اين اثر بيشتر به وسيله افزايش سرعت جريان ادرار اعمال مي­گردد.

6-   بتا 2 كاتكل­ها: ازدياد مقدار بتا 2 كاتكل ها ترشح خالص پتاسيم را در لوله دور مهار مي­كند. اين كه آيا مكانيسم عمل، مهار ترشح است يا افزايش باز جذب معلوم نيست

7-   درستي كاركرد سلول لوله دور: و سر انجام حتي اگر دريافت پتاسيم،‌تحويل سديم و مايع به نفرون دور و آلدوسترون كافي باشد،‌بايد سلول­هاي دور سالم  و كافي نيز وجود داشتهباشند تا سديم را بازجذب و پتاسيم را دفع نمايند. بيماري­هايي كه قادر به توليد نفريت بينابيني هستند مي توانند كاركرد سلول لوله دور را تغيير دهند.

توزيع: پخش پتاسيم در ميان مايع درون و برون سلولي از طريق تلمبه­هاي تعويض يوني كه در غشاء‌ جاي گرفته­اند ابقاء ‌مي­گردد. 75 يا بيش از 75% كل پتاسيم بدن در سلول­هاي عضلاني هستند يعني جائي كه غلظت درون سلولي آن 150 ميلي اكي والان مي­رسد. غلظت پتاسيم درون سلولي ممكن است در بافت­هاي گوناگون متفاوت باشد، ولي همواره چندين برابر غلظت برون سلولي آن است. ممكن است توزيع پتاسيم در عرض غشاء‌سلولي توسط تعدادي از عوامل كه غلظت پتاسيم سرم را بدون تاثير بر محتواي كلي پتاسيم بدن عوض مي­كنند، تغيير كند. مهمترين اين عوامل عبارتند از:

1-     سالم بودن سلول

2-     وضعيت اسيد و باز

3-     اثرات هورموني و

4-     داروها

اگر سلامت پرده سلولي مختل شود (مثلا به هنگام هموليز گويچه هاي سرخ يا له شدن بافت يا وارد شدن ضربه به آن) پتاسيم از سلول به دورن مايع برون سلولي رها مي­شود. در صورتي كه صدمه وارده به سلول خيلي زياد باشد،‌ پتاسيم سرم مي­تواند به مقدار كشنده­اي برسد. افزايش حاد فشار اسمزي سرم بدون وجود صدمه­اي در سلول، مي­تواند به خروج پتاسيم از سلول بيانجامد.

بخش عظيمي از يون هيدروژن زيادي ناشي از اسيدوز متابوليك يا تنفسي، در داخل سلول تامپونه مي­شود. هنگامي كه يونهاي هيدروژن براي تامپونه شدن وارد سلول مي­گردند پتاسيم خارج مي­شود. بنابراين انتظار مي­رود كه اسيدمي غلظت پتاسيم را در مايع برون سلولي زياد كند. وقتي ماده بازي به بدن اضافه مي­شود يونهاي هيدروژن سلول را تحريك مي­نمايند تا باز را تامپونه كند و پتاسيم جايگزين هيدروژن در سلول مي­شود. بنابراين آلكالمي حاد غلظت پتاسيم را در مايع برون سلولي كاهش مي­دهد. اثرات PH‌پيچيده­تر از آن است كه قابل پيش بيني باشد. هم اكنون اين مطلب كه بي­نظمي­هاي متابوليك نسبت به ناهنجاري­هاي تنفسي اثر بيشتري در غلظت پتاسيم ايجاد مي­كنند امري بديهي به شمار مي­رود. از ميان علل السيدوز متابوليك آنهائي كه همرا با پركلري خون (Hyperchloremia)‌ باشند انحراف بيشتري در پتاسيم ايجاد مي­كنند تا اسيدوزهاي آلي و اين مشاهده مي­تواند بدين سبب باشد كه اسيدهاي آلي به نسبت بيشتري وارد سلول سالم مي­شوند در حالي كه يون كلريد عمدتاً منحصر به فضار برون سلولي بوده،‌H+ جهت تامپونه شدن به درون سلول مي­آيد و در نتيجه،‌كاتيون K+‌از سلول خارج مي­گردد.

انسولين مي­تواند پتاسيم را دوباره به درون سلول­ها بفرستد و اين پديده در درمان پر پتاسيمي خون مفيد واقع شده است. وجود عمل متقابل ميان پتاسيم و انسولين هم اكنون به عنوان يك مكانيسم تطابقي حاد و عمده كه از پرپتاسيمي خون جلوگيري مي­كند و كنترل مهار پس نورد (Feed Back)‌ در آن وجود دارد شناخته مي-شود. به عبارت ديگر تزريق پتاسيم به يك جانور سبب رها شدن انسولين مي­شود و باعث مي­شود كه پتاسيم بيشتر به سلول­هاي ماهيچه­اي و كبدي وارد شود. در اثر تزريق پتاسيم به فردي (Subject) كه مكانيسم سالمي براي ترشح انسولين دارد،‌غلظت پتاسيم افزايش ناچيزي خواهد داشت ولي تزريق پتاسيم به فردي كه دچار اختلال در مكانيسم ترشح انسولين مي­باشد،‌منجر به افزايش قابل توجه پتاسيم خون مي­گردد. نقش انسولين در جلوگيري از پرپتاسيمي خون،‌متعاقبا مورد بحث قرار خواهد گرفت.

دومين هورمون مهمي كه پتاسيم را تنظيم مي­نمايد و توسط آن تنظيم مي­شود آلدوسترون است. در مبحث حجم و تركيب مايعات بدن،‌تذكر داده شد كه سيستم رنين-آنژيوتانسين به طور اوليه به تغييرات حجم مايع برون سلولي حساس است. تنظيم كننده ديگر سنتز آلدوسترون پتاسيم است. زياد شدن پتاسيم سرم (حتي اگر فقط 0.2 تا 0.3 ميلي اكي والان در ليتر باشد) به افزايش فوري ترشح آلدوسترون مي­انجامد، در حالي كه كاهش پتاسيم آن را مهار مي­كند.

افزايش آلدوسترون در چرخش، به نوبه خود حركت پتاسيم به درون سلول را تسريع مي­نمايد و ترشح پتاسيم گوارشي را افزايش مي­دهد و از همه مهمتر دفع كليوي پتاسيم را زياد مي­كند. اين تفسيري ساده از عمل متقابل پتاسيم و آلدوسترون مي­باشد. در واقع پتاسيم بر توليد رنين نيز اثثر مي­گذارد  و بالا رفتن آن آزاد شدن رنين را مهار مي-كند. بنابراين پتاسيم به طور مستقيم با عمل بر روي عده فوق كليوي ترشحش آلدوسترون را تحريك و به طور غير مستقيم،‌با جلوگيري از آزاد شدن رنين كليه،‌ترشح آن را كم مي­كند و به اين ترتيب ترشح آن را كنترل مي­نمايد. دوزهاي فارماكولوژيك گلوكوكورتيكوئيدها كه از راه گيرنده­هاي آلدوستروني عمل مي­نمايد نيز مي­تواند پتاسيم را به درون سلول ببرند.

اپي نفرين سبب افت پتاسيم پلاسما و در عين حال كاهش دفع پتاسيم ادراري مي­گردد. چون پتاسيم پلاسما بدون خارج شدن آن از بدن كاهش پيدا مي-كند قاعدتاً اپي­نفرين بايستي پتاسيم را به درون سلول ببرد. هم اكنون روشن شده است كه اين اثر به علت تحريك گيرنده­هاي بتا 2 مي­باشد. تحريك بتا 1 بر غلظت پتاسيم پلاسما اثر نمي­گذارد. تحريك گيرنده بتا 2 سبب كاهش و مهار آن موجب افزايش غلظت پتاسيم پلاسما مي­شوند. بيماراني كه بازدارنده­هاي بتا 2 يا بازدارنده­هاي غير انتخابي (بازدارنده­هائي كه هر بر بتا 1 و هم بر بتا 2 اثر دارند) دريافت كنند سطح پتاسيم سرم­شان كمي بالاتر از وقتي است كه اين داروها را دريافت نمي­نمايند. هنگامي كه ساير مكانيسم­هاي محافظت كننده غلظت پتاسيم سرم آسيب مي­بينند،‌باز داشتن بتا 2 مي­تواند خطرناك باشد. تحريك كاتكل آلفا،‌پتاسيم سرم را بالا مي­برد (اين اثر به وسيله بازدارنده­هاي كاتكل آلفا مهار مي­شود).

يك گروه از داروها هستند كه بر توزيع پتاسيم اثر مي­گذارند. ديژيتاليس با مهار تلمبه­هاي تعويض يون غشاء‌،‌وقتي به ميزاني خورده شود كه مسموميت ايجاد كند مي-تواند سبب بروز پرپتاسيمي خون شود. سوكسينيل كولين كه غشاء‌هاي سلول را دپلاريزه مي­كند،‌اجازه ميدهد تا پتاسيم بيشتري از سلول خارج شده،‌پتاسيم خون زياد گردد. عوامل ضد التهابي غير استروئيدي سنتز پروتاگلاندين­ها و به دنبال آن برانگيخته شدن سيستم رنين آلدوسترون را مهار مي-كنند. كاهش توليد آلدوسترون مي-تواند به افزايش پتاسيم خون بيانجامد. اكنون با توجه به مطالب ذكر شده مي­توان تمام حالات كم پتاسيمي خون يا پرپتاسيمي خون را به وسيله واچه­هاي دريافت،‌پس دادن و توزيع پتاسيم تفسير نمود.