Homéostasie du Potassium - Capsules 13-14 PDF

Pr Ivan Tack Physiologie Rénale - Capsules Les CM 13 et 14 HOMÉOSTASIE DU POTASSIUM I. Rôles et bilan du potassium 1) Potassium Le potassium est le second composé minéral...

Pr Ivan Tack Physiologie Rénale - Capsules Les CM 13 et 14 HOMÉOSTASIE DU POTASSIUM I. Rôles et bilan du potassium 1) Potassium Le potassium est le second composé minéral, après le Ca2+, et le principal cation soluble de l’organisme, loin devant le Na+. Il est très essentiellement intracellulaire (à plus de 95%) et ses transferts transmembranaires jouent un rôle clé dans la polarisation des membranes cellulaires et dans le phénomène de croissance cellulaire en situation physiologique. L’homéostasie du K+ est étroitement couplée à celle du Na+, en particulier au moment des échanges rénaux. Des apports suffisants en K+ peuvent également réduire le risque d’HTA et d’AVC. Ce qui explique que les recommandations nutritionnelles des pays ouest occidentaux tendent à promouvoir sa consommation en plus large quantité en parallèle à la consommation de végétaux. Les variations extrêmes de la kaliémie sont dangereuses : elles peuvent entraîner la mort par trouble du rythme cardiaque brutalement et rapidement (il faut donc avoir le réflexe de faire un ECG en cas d’hypo ou d’hyperkaliémie !). 2) Distribution et bilan La distribution du K+ est très inhomogène, l’essentiel (96-97%) est contenue dans le secteur intra-cellulaire. Pour un sujet de 70 kg, cela représente ≈ 3500 mmol, avec une concentration moyenne comprise entre 100 et 140 mmol/L selon les types cellulaires. L’essentiel du K+ est intramusculaire (≈ les 3/4). Le foie et les érythrocytes sont également riches en K+. Le K+ extracellulaire représente donc une quantité infime (≈ 2%) du K+ total de l’organisme, soit 70 mmol, avec une concentration moyenne de 3,5-5 mmol/L. Le secteur plasmatique étant plus petit mais de même concentration que le secteur extra-cellulaire, sa teneur en K+ représente moins de 0,5 % du K+ total. 1 L’apport quotidien est d’environ 3 à 4 g (soit ≈ 100 mmol/jour). La totalité de ce K+ va être absorbée mais il y aura quelques mmol de sécrétions digestives qui vont partir dans les selles, ce qui fait qu’au final le bilan net d’entrée dans le tube digestif est d’environ 90 %. Ce K+ va pénétrer dans le secteur extra-cellulaire mais ne va pas y rester : il va être transvasé vers le secteur intra-cellulaire. Le bilan net du K+ se fera par excrétion rénale, il y a une perte de seulement quelques mmol par la sudation, qui, ajoutée avec les pertes digestives représente à peine 10 mmol. Le rein élimine l’excédent de K+ apporté par l’alimentation. S’il n’y a pas besoin de construction de novo de cellules, globalement ce qui est entré ressortira donc 90 mmol excrétés par les urines et 10 mmol excrétés par les selles et la sudation. La sortie digestive de K+ peut augmenter fortement en cas de troubles digestifs bas (diarrhées) due à la capacité de sécrétion colique de potassium. 3) Alimentation D’où vient le K+ dans les aliments ? Contrairement au Na+, ce n’est pas le K+ ajouté dans l’alimentation mais celui contenu dans les aliments qui va être la source de K+. La moitié de l’apport en K+ de la journée vient de la consommation de légumes et de fruits, surtout les fruits et légumes secs qui ont un cytosol cellulaire qui a été déshydraté donc très riche en potassium (les abricots secs, les amandes, les lentilles… ). L’autre 2 moitié provient de la viande (le jambon sec qui a été déshydraté sera plus riche en K+ que d’autres viandes) , des laitages,... Il existe des aliments pauvres en K+ comme le porc qui est l’une des viandes les moins riches en K+, le lait contrairement aux autres laitages, le riz et le pain qui correspondent aux molécules d’amidon, et les œufs. II. Principes et objectifs de l'homéostasie du potassium 1) Homéostasie du potassium : 5 messages - Le K+ permet le maintien de la polarité cellulaire grâce à des canaux potassiques et des pompes Na+/K+ ATPase et les dyskaliémies entraîneront des troubles de polarité cellulaire en particulier qui entraînent des troubles du rythme cardiaque. - Les variations rapides de la kaliémie sont pondérées par les transferts trans-cellulaires mais le bilan net du K+ dépend des apports et de l’excrétion rénale car le seul organe d’ajustement est le rein qui excrète et secrète les excédents si nécessaire. - L’humain est très adapté à l’excrétion massive du K+ car c’est un cueilleur et mangeur de fruit donc exposé à de grande quantité de potassium qui lui sont nécessaires à son bon fonctionnement. En revanche, il est rarement exposé à des carences en potassium. Il est donc très adapté à l’expression massive de K+ mais moins performant lorsqu’il s’agit de faire son épargne, contrairement au Na. - En termes de régulation, l’homéostasie du K+ interfère avec celle du Na+, mais en sens opposé : lorsque le rein épargne du Na+, il tend à sécréter du K+. - L’exploration d’une dyskaliémie (hyper ou hypo) impose d’évaluer en parallèle l’homéostasie du sodium. 2) Objectifs de l’homéostasie L’exploration d’une dyskaliémie impose d’évaluer en parallèle l’homéostasie du Na+. L’objectif principal de l’homéostasie du K+, à court terme, est de maintenir le ratio Ki / Ke, c'est-à-dire kalicytie (potassium dans la cellule) sur kaliémie. a) Excitabilité neuromusculaire Le potassium détermine l’état d’excitabilité neuromusculaire. Le ratio [Ki]/[Ke], si l’on s'en fie aux données que l’on possède concernant le muscle, c’est 140 mmol/L dans la cellule sur environ 4 mmol/L hors de la cellule ([Ki]/[Ke] = 140/4 = 35) ce qui fait 35 si l'on considère que cette valeur est stable grâce aux canaux potassiques et la pompe sodium/potassium ATPase. On a une stoechiométrie de 3 sodiums sortis pour 2 potassiums rentrés et un ATP consommé. On peut alors réécrire l’équation de NERNST en ne gardant que la partie concernant le potassium et dans ce cas le potentiel de repos d’une cellule est : Em = -60 x log[Ki]/[Ke] = -60 x log 140/4 ≈ -90 mV. 3 Vous voyez bien dans cette équation, que si la kaliémie diminue (donc [Ke]), le ratio va devenir supérieur à 35 et le produit deviendra en valeur absolue supérieur à 90. Cela veut dire que le potentiel de repos va diminuer en valeur négative et que la cellule sera sans doute moins excitable. b) Capacité de régulation anisotonique du volume cellulaire Une seconde fonction importante du potassium est le maintien de la capacité de régulation du volume cellulaire, c’est ce que l’on appelle la régulation anisotonique du volume cellulaire. Lorsque la pression osmotique environnante varie, les flux de potassium vont permettre à la cellule d’ajuster son contenu osmotique de manière à éviter les transferts massifs d’eaux dans un sens ou dans l’autre. Ainsi lorsque l'osmolalité extracellulaire va diminuer, la cellule va tendre à laisser fuir du potassium et donc à diminuer sa kalicytie ce qui aura pour effet de diminuer l’osmolalité intracellulaire puisque c’est une des principale osmole. De ce fait, le gradient de pression osmotique transcellulaire tendra à diminuer voire à s’annuler, stabilisant ainsi le volume cellulaire par baisse du gradient osmotique permettant ainsi d’éviter les variations de volume trop importantes. On aura exactement le même phénomène si l'osmolalité extracellulaire augmente. Pour que ce phénomène ait lieu, il convient que la cellule soit normalement équilibrée en potassium. Une cellule qui serait déjà préalablement dans un contexte d’hypokaliémie chronique aura une beaucoup moins bonne adaptation à une baisse de pression osmotique. C’est ce qu’il se passe par exemple dans les hyponatrémies où il existe une hypokaliémie chronique. 3) Hypokaliémie Si l’on s’intéresse maintenant à l’état du rapport [Ki]/[Ke] et des conséquences d’une hypokaliémie, il faut avoir en tête une chose fondamentale : la kalicytie [Ki] de notre équation diminue moins vite que la kaliémie. C’est assez logique puisque la teneur des deux compartiments en potassium est très largement différente. Comme vous le montre ce graphique de gauche, lorsqu’un déficit en potassium survient (ici c’est un déficit en stock total de potassium pour un sujet de 70 kg) et que l’on regarde la variation de la kaliémie en ordonnée, on obtient une droite de régression. Néanmoins comme vous le voyez, pour la 4 perte d'un mmol (de 4 à 3) on aura perdu environ 350 mmol de potassium dans le secteur essentiellement intracellulaire. Ce qui veut dire que lorsque la kaliémie passe de 4 à 3 elle diminue de 25%. Lorsqu’elle a diminué de 25%, la kalicytie qui, elle, a perdu 350 mmol pour 3500, a diminué d’environ 10%. En conséquence, le ratio [Ki]/[Ke] a augmenté dans cette condition. La conséquence est, d’après la réécriture de l’équation de NERNST, une hyperpolarisation des cellules, en particulier musculaires et nerveuses qui seront moins excitables. Il en résulte paradoxalement une hyperexcitabilité des cellules myocardiques à cause de la non-fermeture des canaux sodés. Cela entraîne : - Une fatigabilité musculaire, des crampes voire une paralysie et une rhabdomyolyse ; - Un retard de repolarisation ventriculaire (ce qui fait apparaître une onde T aplatie et une onde U augmentée), et une excitabilité non physiologique avec l’apparition d’extrasystoles ; - Au niveau du SN, le défaut d’excitabilité se traduira par une moindre activité du complexe moteur migrant avec une constipation ou un iléus. Cette constipation peut être un piège car les personnes auront tendance à prendre des laxatifs ce qui induira une sécrétion de potassium supplémentaire par le tube digestif. Au niveau du SNP on aura une paralysie périphérique ascendante. 4) Critères de gravité Si l’on se fie aux critères classiques de gravité nécessitant un traitement rapide en cas d'hypokaliémie, il existe plusieurs façons d'aborder le problème. La première est réalisée via les classifications, qui est celle qui est classiquement présentée en cours, dont les valeurs sont inscrites sur cette diapositive. (mais qui n’est selon le prof, pas très utile parce que des patients avec une kaliémie à 3 peuvent être en grand danger alors que certains patients avec une kaliémie à 2,5 s'ils sont à l’état d’équilibre depuis de nombreux mois peuvent être dans une situation qui n'est pas très inquiétante). Réellement les deux éléments les plus critiques, les seuls réels signes de gravité sont : - Résultats de l’électrocardiogramme ; - Présence de signes de paralysie en particulier la tétraparésie ascendante qui est un signe de gravité immédiat. L’ECG montre un aspect qui se dégrade progressivement avec sur la partie haute (de la diapo) un ECG normal avec un QRS, l’onde T, l’onde U qui est parfois détectable en D2 et en V1, V2 et V3. On voit progressivement un aplatissement de l’onde T qui va devenir indétectable voire même une dépression du segment ST. 5 On peut voir l’onde U qui reste à peu près identique augmentant parfois un peu en amplitude dans les hypokaliémies très profondes, au point de donner un aspect d’onde T décalée à droite alors qu’en fait il ne s’agit plus de l’onde T mais de l’onde U que l’on détecte plus loin que l’onde T. L'apparition sur l’ECG de ce profil que l’on appelle une torsade de pointe (à gauche en bas sur la diapo) signe la dangerosité extrême du trouble du rythme lié à l’hypokaliémie. Si aucune intervention n’est faite immédiatement le patient va mourir dans les quelques dizaines de secondes suivantes. 5) Hyperkaliémie Prenons maintenant la situation inverse à savoir l’hyperkaliémie. L'évolution du rapport [Ki]/[Ke] va se faire à l’inverse de ce que l’on a vu dans l’hypokaliémie. La kalicytie va augmenter en cas d’hyperkaliémie mais elle augmentera un peu moins vite que n’augmente la kaliémie. De ce fait le rapport [Ki]/[Ke] tendra à diminuer puisque Ke augmente plus vite que Ki. Pour information et pour mémoire il convient lorsque vous observez une hyperkaliémie de tout de suite s’assurer de l’état rénal, en effet la plupart des hyperkaliémies, en particulier celles qui sont menaçantes sont associées à une altération de la fonction rénale. Dans une hyperkaliémie franche avec une valeur au-dessus de 5 mmol/L, la diminution du ratio [Ki]/[Ke] fait que le potentiel de repos devient plus faible en valeur absolue et donc il se rapproche du potentiel de dépolarisation. Cela signifie que l’on aura une hyperexcitabilité neurologique et musculaire. Nous aurons aussi un trouble du rythme cardiaque avec l'apparition d’extrasystoles de type ventriculaire. Au niveau cardiaque comme le montre l’aspect ECG au fur et à mesure que la kaliémie augmente on voit se dégrader le profil ECG avec, dans un premier temps une onde T qui devient pointue et un défaut de conduction qui est caractérisé par un aplatissement de l’onde U. On a également un élargissement du QRS et puis l'apparition de foyers de dépolarisation ventriculaire caractérisés par des extrasystoles très larges avec un risque de mort par arrêt cardiaque en diastole. Au niveau musculaire on observera des paresthésies et des fasciculations puis une tétraparésie hypertonique d'installation progressive. 6  6) Homéostasie : balances interne et externe Si l’on essaie de comprendre dans ces conditions comment l’organisme se protège du risque de variation rapide de [Ki]/[Ke] et de variation à plus long terme de ce ratio, il faut reprendre les déterminants du bilan métabolique à savoir : le tube digestif, le rein, le secteur extracellulaire de faible contenance et le secteur intracellulaire. Très clairement, l’étape initiale lorsque la kaliémie tend à varier (du fait d’un apport alimentaire via le tube digestif ou d’une perte digestive importante) est la balance interne. Il y aura des transferts d’un secteur vers l’autre, le plus souvent du secteur extracellulaire vers le secteur intracellulaire, permettant de tamponner temporairement l’excédent de potassium qui est ingéré. Comme le secteur intracellulaire ne peut pas stocker ad vitam aeternam un cumul de potassium, dans un second temps, la balance du potassium qui permettra le maintien à l’équilibre du stock total de potassium de l’organisme sera basé sur l’excrétion progressive du potassium par le rein. C’est ce que l’on appelle la balance externe qui est une balance à plus long terme qui tend aussi à maintenir stable [Ki]/[Ke] mais au prix d’une sécrétion rénale. 7