efectos del estado ácido-Base sobre la distribución interna de K+
La mayor parte del contenido de K+ del cuerpo reside en el espacio intracelular del músculo esquelético.2 una visión general de las vías de transporte iónico que median directa o indirectamente los cambios de K+ entre las células musculares y el espacio extracelular En respuesta a los cambios ácido-base se muestra en la Figura 2.
Las múltiples vías de transporte iónico afectan directa o indirectamente al flujo neto K+ en las células del músculo esquelético.,
la contracción muscular se desencadena por potenciales de acción que implican la despolarización de la entrada de Na+ a través de los canales de Na+ seguida de la repolarización de la membrana mediada por el flujo de K+ a través de los canales de K+. Los canales Cl juegan un papel importante en la estabilización del potencial de membrana y contribuyen a la repolarización después de los potenciales de acción. Los gradientes electroquímicos de Na + y K + son restaurados por la extrusión activa de Na + y la absorción de K + por la Na+, K + – ATPasa.5 en consecuencia, el contenido de iones de la célula está determinado por el equilibrio entre la bomba y las vías de fuga para Na+ Y K+.,
sin embargo, las células musculares tienen vías adicionales que regulan la homeostasis del pH intracelular que pueden afectar indirectamente el equilibrio celular de Na+ y K+.6 cuantitativamente, la vía más importante que regula el pH intracelular en el músculo esquelético es el intercambio de Na+-H + 7, como se muestra en la Figura 2. El intercambio de Na+-H + en el músculo esquelético es altamente dependiente del pH intracelular, con marcada activación por acidez intracelular e inhibición por alcalinidad.8 la actividad de esta vía en respuesta a perturbaciones ácido-base afecta fuertemente la carga intracelular de Na+.,7 Na + – h + intercambiador isoforma NHE1 se expresa en el músculo esquelético y presumiblemente representa la mayor actividad de intercambio de Na+-H+ en este tejido.9
Un componente menor de la regulación del pH intracelular en el músculo esquelético es dependiente de HCO3, debido al intercambio de Cl H HCO37,también mostrado en la Figura 2. Además, las isoformas del cotransportador de Na+-bicarbonato, NBCe1 y NBCe2, se expresan en el músculo, lo que aumenta la posibilidad de que el Na+-HCO3− cotransport contribuya a la regulación del pH intracelular10,como también se indica en la Figura 2., Otra vía de importancia potencial para la homeostasis ácido-base celular es el cotransporte de monocarboxilato que media el flujo acoplado de H + con aniones orgánicos como el lactato (Figura 2). Los cotransportadores de monocarboxilato, MCT1 y MCT4, se expresan en el músculo esquelético.11 durante condiciones como la acidosis láctica, esta vía mediará la afluencia de H + y lactato, lo que resulta en una disminución del pH intracelular. La expresión de K + – Cl-cotransportadores KCC1, KCC3 y KCC4, así como Na+-K+-Cl− cotransportador NKCC1, se ha detectado en el músculo esquelético.,12-17 la interacción de K + – Cl-cotransport con el transporte ácido-base se discutirá más adelante.
Los efectos agudos de las alteraciones ácido-base sobre la redistribución de K+ se conocen desde hace mucho tiempo.1,4 en general, la acidosis metabólica con acidemia causa un desplazamiento neto de K + del espacio intracelular al extracelular. Por el contrario, la captación celular neta de K+ se observa en la alcalosis metabólica con alcalemia., Los efectos direccionales de la acidemia y alcalemia sobre la redistribución de K+ son similares en las alteraciones ácido-base respiratorias como en las alteraciones metabólicas4,pero los efectos de las alteraciones respiratorias sobre la redistribución de K+ tienden a ser más pequeños que las alteraciones ácido-base metabólicas.4
¿Cómo pueden explicarse estos efectos de las perturbaciones ácido-base sobre la redistribución de K+ en términos de los mecanismos de transporte celular subyacentes? El efecto general de la acidemia para causar la pérdida de K+ de las células a menudo se atribuye al intercambio de membrana K+-H+., Sin embargo, el intercambio K+-H+ directamente acoplado no se detecta en el músculo esquelético.7 Sin embargo,la reducción del pH extracelular resulta en una pérdida neta de K+ incluso del músculo aislado18,19, lo que indica que este fenómeno es, al menos en parte, intrínseco al músculo e independiente de los cambios en el medio hormonal que podrían ocurrir in vivo. ¿Qué explica entonces el aparente intercambio K+-H+?
como se ilustra en la Figura 3, las múltiples vías de transporte ácido-base mencionadas anteriormente pueden dar lugar a un intercambio aparente de K+-H+., En el caso de la vía reguladora del pH predominante, el intercambio de Na+-H+, El Na + que entra por esta vía debe ser extruido por la Na+, K + – ATPasa (figura 3a). En consecuencia, la captación de K + por la Na+, K + – ATPasa será mayor cuando se estimule la actividad de intercambio de Na+-H+y disminuirá cuando se reduzca la tasa de intercambio de Na+-H+. En el caso de acidosis con acidemia, la caída del pH extracelular daría lugar a la inhibición de la tasa de intercambio de Na+-H+, dando lugar a la acumulación de H+ intracelular y una disminución de Na+intracelular., Esto último daría lugar a una reducción de la actividad de Na+, K+-ATPasa, lo que lleva a una disminución de la captación activa de K+ celular para contrarrestar el eflujo pasivo de K+ a través de los canales de K+.20 el resultado final sería como si H + hubiera entrado en la celda a cambio de K+.
del mismo modo, como se ilustra en la figura 3B,Na+-HCO3− cotransport operando en paralelo con Na+, K+-ATPasa puede resultar en K+-HCO3− cotransport, que es equivalente al intercambio K+-H+., Por ejemplo, en el caso de acidosis metabólica con acidemia, la caída en HCO3− extracelular resulta en la inhibición de la tasa interna de Cotransporte de Na+-bicarbonato,lo que lleva a una caída en Na+ intracelular y una reducción de la actividad de Na+, K+-ATPasa. Una menor actividad de Na+, K + – ATPasa causaría una pérdida neta de K + celular. Una vez más, el resultado sería como si H+ hubiera entrado en la celda a cambio de K+.
finalmente, Cl H HCO3-exchange también puede contribuir al intercambio aparente K+-H + si opera en paralelo con K + – Cl-cotransport, como se muestra en la figura 3C., Acidosis metabólica con una caída en HCO3-extracelular aumentaría el movimiento hacia adentro de Cl – por Cl H HCO3-intercambio. El aumento resultante en CL-intracelular entonces promovería K + eflujo por K + − Cl-cotransport. El resultado neto sería K + eflujo junto con HCO3 -, que es un proceso equivalente al intercambio intracelular K+ por extracelular h+.
una observación sorprendente ha sido que la acidosis metabólica causada por ácido mineral (acidosis hiperclorémica, no AP) causa un cambio mucho mayor de K+ en el líquido extracelular que la acidosis orgánica (acidosis láctica).,21 el efecto del ácido clorhídrico pero no de los ácidos orgánicos para liberar K+ en el espacio extracelular se había observado utilizando preparaciones musculares aisladas, lo que indica que este fenómeno puede ocurrir independientemente de factores sistémicos.22 en el caso de la acidemia causada por una acidosis orgánica como la acidosis láctica, se repetiría el efecto tanto del pH extracelular bajo como del HCO3, que tiende a inhibir el intercambio de Na+− h+ y el cotransporte de Na+-bicarbonato., Esto se ilustra para el caso del intercambio de Na+-H + en la Figura 4, pero en contraste con la situación con la acidosis hiperclorémica, también habría un fuerte flujo hacia adentro de lactato y H+ a través del transportador de monocarboxilato, resultando en una mayor caída en el pH intracelular y HCO3−. La disminución en el pH intracelular y HCO3− tendería a estimular la entrada de Na + por intercambio de Na + – H + y Na+-HCO3− cotransporte, estimulando la actividad de Na+, K+-ATPasa. El efecto neto sería impulsar la captación celular neta de K+.,
Los efectos opuestos del pH extracelular e intracelular modifican la influencia de la acidosis orgánica en el plasma k+.
así, como se ilustra en la Figura 4, se predice que la acidosis extracelular e intracelular tienen efectos opuestos en la distribución de K+ debido a sus diferentes efectos en la carga de Na+ celular. Durante la acidosis orgánica, habrá mayor acidificación celular y entrada de Na+ que durante la acidosis hiperclorémica,lo que resulta en una mayor actividad de Na+, K+-ATPasa en comparación con la acidosis hiperclorémica., Sin embargo, en varios tejidos,la actividad de la Na+, K+-ATPasa se ve afectada por el pH intracelular, con una actividad reducida cuando el pH intracelular es inferior a lo normal.23-25 para que la acidificación intracelular estimule la captación neta de K+, se requeriría que el efecto del pH intracelular bajo para inhibir la actividad de la Na+, K+-ATPasa sea menos significativo que el efecto de la carga intracelular de Na+ para estimular la actividad de la bomba.,
los mecanismos ácido-base ilustrados en las figuras 2 y and33 también proporcionan una posible explicación para la observación de que el bicarbonato puede afectar a la redistribución de K+ independientemente del efecto del pH extracelular26, 27.la entrada de Na+ mediante el transporte de Na+-HCO3− cotransporte se vería reforzada cada vez que se aumentara la HCO3− extracelular, lo que daría lugar a un aumento de la captación de Na+ celular,la estimulación de la actividad de Na+, K+-ATPasa y la captación neta de K+ celular (figura 3b). Por el contrario, la inhibición de Na + – HCO3-cotransport cuando HCO3 extracelular se reduce conduce a una pérdida neta de la célula k+., Análogamente, la tasa de entrada de Cl por intercambio de Cl H HCO3 sería mayor cuando se reduce la HCO3 extracelular, aumentando el cl celular y mejorando la salida de K+ por K + − Cl-cotransport (figura 3C). Por el contrario, la entrada de Cl por Cl H HCO3-intercambio sería menor cuando HCO3-extracelular se incrementa, lo que lleva a la reducción de K+ eflujo por K+-Cl− cotransporte.
consideraciones similares también pueden explicar los cambios más pequeños en K+ observados con acidosis respiratoria en comparación con acidosis metabólica.4 en la acidosis respiratoria, hay una caída en el pH extracelular, pero el bicarbonato extracelular está elevado., Por lo tanto, uno esperaría que el intercambio de Na+-h+ se inhibiera como en la acidosis metabólica con acidemia equivalente, pero el cotransporte de Na+-bicarbonato no se reduciría. En consecuencia, en comparación con la acidosis metabólica, la acidosis respiratoria se asociaría con un menor decremento de Na+ intracelular, menos inhibición de Na+,actividad de K+-ATPasa y reducción de la pérdida neta de K+ de la célula. Además, durante la acidosis respiratoria con pCO2 elevado, la rápida entrada celular de CO2 acidificará el pH intracelular., Como se discutió anteriormente para el caso de la acidosis orgánica, la acidificación del pH intracelular, al estimular la entrada de Na + por el intercambio de Na+-H + tiende a mejorar la actividad de Na+, K+-ATPasa y oponerse a una pérdida neta de K+intracelular.
en vista de las observaciones de larga data discutidas anteriormente sobre la redistribución de K+ en los trastornos ácido-base, uno esperaría que la alcalinización por la administración de HCO3 sea una modalidad efectiva para el tratamiento agudo de la hiperpotasemia. Sin embargo, algunos investigadores no han podido encontrar un efecto de la administración de HCO3 para reducir el K+ plasmático en pacientes hiperpotasémicos.,28-30 un efecto de la administración de HCO3− para reducir la K+ plasmática ha sido más sorprendente en pacientes con grados más graves de acidosis preexistente que en aquellos con reducciones mínimas de HCO3-plasmática.31 un posible factor que modifica el efecto de HCO3− y pH extracelulares sobre la distribución K+ es el nivel de pH intracelular y HCO3 -. A cualquier pH extracelular dado y HCO3 -, la entrada de Na + por intercambio de Na + – H + y cotransporte de bicarbonato de Na+es mayor cuando el pH intracelular y HCO3− se reducen, como se discutió anteriormente., Se espera que los pacientes con acidosis metabólica preexistente apreciable tengan un pH intracelular y HCO3-más bajos. Esto puede explicar el hecho de que el efecto de la administración de HCO3 para reducir el K+ plasmático haya sido más notable en pacientes con acidosis preexistente.
los efectos del pH y HCO3-en la distribución interna de K+ pueden ser modificados por los sistemas hormonales que afectan la absorción y liberación celular de K+. Por ejemplo,la absorción celular neta de K+ es fuertemente estimulada por la insulina debido al aumento de la actividad de Na+, K+-ATPasa.,3,2 existe evidencia de que la estimulación de la secreción de insulina por acidosis disminuye la hiperpotasemia que de otra manera resulta de la acidosis.32 Además, los efectos diferenciales de la acidosis orgánica versus la hiperclorémica en la secreción de insulina y glucagón pueden contribuir a los diferentes efectos de estas formas de acidosis en el plasma k+ como se discutió anteriormente.33 Aunque el músculo esquelético es la fuente predominante de contenido intracelular de K+, hay evidencia de que el efecto de la secreción de insulina inducida por ácidos orgánicos en el plasma de K+ está mediada, al menos en parte, por la captación hepática de K+.,33 las interacciones de las alteraciones ácido-base con otros sistemas hormonales están actualmente incompletas.