Homéostasie du Potassium (Partie 2) - Capsules 15-16 - PDF

Pr I. Tack Physiologie rénale - Capsules Les CM 15 et 16 HOMÉOSTASIE DU POTASSIUM (PARTIE 2) I. Régulation de la balance interne du K+ 1) Pourquoi ne meurt-on pas d’hy...

Pr I. Tack Physiologie rénale - Capsules Les CM 15 et 16 HOMÉOSTASIE DU POTASSIUM (PARTIE 2) I. Régulation de la balance interne du K+ 1) Pourquoi ne meurt-on pas d’hyperkaliémie après un repas ? L’apport quotidien de K+ est d’environ 4 grammes, donc en considérant un repas moyen qui apporte environ 2g de K+ élément (≈ 50 mmol), et un volume de distribution extracellulaire de 14L pour un individu de 70 kg, la kaliémie devrait augmenter de 3.5 mmol/L et donc amener la kaliémie à environ 7.5 mmol/L après chaque repas. Hors cette valeur est dangereuse au niveau cardiaque. Notre organisme sait donc très bien gérer ces variations (il a même été démontré que des apports 10x plus importants ne provoquaient pas de variations pour un sujet à la fonction rénale normale et homéostatiquement fonctionnel). Cela est dû au fait qu’il y a un shift extrêmement rapide du secteur extracellulaire vers le secteur intracellulaire : le K+ arrive par le tube digestif, passe dans le secteur plasmatique, puis passe en extracellulaire et se distribue rapidement vers le secteur intracellulaire (cell musculaires et hépatiques ++). 2) Principe général Les systèmes qui vont aboutir à ce shift lors d’un repas sont : - L’insuline - Les catécholamines Le repas (apportant des glucides) stimule la sécrétion d’insuline qui va agir sur ses cellules cibles (cell musculaires, adipocytaires et hépatiques) et ainsi stimuler l’échangeur Na+/H+, et l’entrée de Na+ va secondairement activer la pompe Na+/K+ ATPase permettant l’entrée 2 K+ et augmentant donc la concentration intracellulaire de K+. En même temps les catécholamines agissent sur le récepteur β2 qui par une voie AMPc dépendante vont augmenter l’activité de la Na+/K+ ATPase aboutissant à une entrée de K+ et donc augmentant la concentration intracellulaire de K+. Page 1 sur 12 Cet équilibre est obtenu de façon concomitante avec le niveau d’ouverture des canaux Na+ et K+. Le bilan total est une entrée de K+ en intracellulaire pour « tamponner » (absorber temporairement) l’excédent de K+, le temps de la mise en place de l’élimination rénale. 3) Mise en jeu de la balance Cette balance a lieu dans les deux sens, sous l’influence de différents facteurs : Du compartiment extracellulaire vers le Du compartiment intracellulaire vers le compartiment intracellulaire +++ (quand la compartiment extracellulaire kaliémie augmente) - L’insuline et les catécholamines (R β2) - Les catécholamines (R α) surtout pendant - L’aldostérone (joue aussi un rôle dans les exercices physiques l’élimination rénale du K+ en plus du shift - L’acidose (il y a donc apparition d’une temporaire) hyperkaliémie de transfert, pas une - L’alcalose (surtout à la phase initiale du hyperkaliémie nette) repas, phase alcaline) - L’hypo-osmolarité extracell (sous réserve - L’hyper-osmolarité extracell pour équilibrer qu’il n’y ait pas d’hypokalicytie préalable la pression osmotique (surtout dans le foie sinon la capacité d’adaptation à l’isotonie est lors d’un repas pour protéger les cellules amoindrie) d’un gradient osmotique trop important) 4) Variations physiologique de la kaliémie L’exercice physique fait augmenter la kaliémie de façon diphasique. Pendant l’activité l’augmentation du tonus adrénergique (stimulation α-adrénergique) et l’acidification des cellules musculaires (qui fonctionnent d’abord en anaérobie puis aérobiose) vont provoquer une sortie de K+ qui va fortement augmenter en particulier dans sa phase initiale. Un effort prolongé de quelques minutes peut entraîner une augmentation de kaliémie de 2 à 3 points de façon physiologique, sans danger car il s’agit d'un shift transitoire. Lorsque l’activité s’arrête, que les cellules musculaires vont retrouver un statut acide-base normal, et que les transferts de nutriments énergétiques vont avoir lieu, il y aura un ré uptake cellulaire de K+ (une augmentation de K+ intracellulaire) et une baisse transitoire de la kaliémie qui peut même passer au-dessous de la valeur de repos pour revenir progressivement à sa valeur initiale. Page 2 sur 6 Le repas tend à faire augmenter la kaliémie (surtout si l’apport K+ est important). S’il s’agit d’un apport de glucides purs, cela va générer une diminution de la kaliémie par activation de l’insuline (temporaire, phénomène de shift). Si l’apport est équilibré (protéines animales et végétaux), l’augmentation massive de K+ qui va en résulter (pratiquement la moitié de la quantité de K+ extracellulaire) va augmenter la kaliémie d’environ 1 mmol (durable mais peu intense) quelque soit l’apport K+ initial car la vitesse de transfert intracellulaire augmente au prorata de l’augmentation de l’apport de K+. II. Régulation de la balance externe du K+ Il existe 2 balances dans l’homéostasie du potassium : - Balance interne : permet à court terme et temporairement de maintenir [Ki]/[Ke] (kalicytie sur kaliémie) le plus stable possible quand les entrées ou sorties de K+ bougent rapidement - Balance externe : permet l’ajustement à long terme du stock de K+ et de [Ki]/[Ke] en éliminant les excédents de K+ ou en le sauvegardant lorsque celui-ci est en état de déplétion 1) Transports du potassium en état de déplétion Quand un sujet est en situation de déplétion potassique l’épargne du rein va être importante. Le débit de charge filtrée (kaliémie x DFG, car ion librement filtré) est de 720 mmol sur 24h pour une kaliémie de 4 mmol/L et un DFG de 180 L /24h. 99% de la charge filtrée est réabsorbée (soit 710 mmol sur 24h) : - Les 2/3 (= 480 mmol/j) de cette charge filtrée vont être obligatoirement réabsorbés au tubule contourné proximal essentiellement par un phénomène paracellulaire - Un autre lieu de réabsorption obligatoire va être la branche ascendante large de henlé avec 20% de la charge filtrée réabsorbée (soit 140 mmol/j) - Au niveau de la partie distale du néphron la quantité réabsorbée sera quantitativement moins importante mais plus finement régulée : - Le tubule contourné distal réabsorbe 3% de la charge filtrée en particulier au niveau de la zone du tube connecteur. - Le canal collecteur cortical est une zone de réabsorption importante quand il y a une carence en potassium car c’est 9% de la charge filtrée qui sera réabsorbée (soit 70 mmol/j). La fraction d’excrétion (EF) est donc < ou égale à 1% (soit une dizaine de mmol sur 24h) Page 3 sur 6 Le verrouillage de l’excrétion du K+ est un peu moins performant que celui du Na+ : la réabsorption n’est pas aussi performante que celle du Na+ dont l’excrétion peut descendre à 1 ou 2 mmol/j alors que pour le K+ elle restera toujours de 5 à 10 mmol/j. 2) Transports du potassium en état normal ou d’excès En cas d’apport potassique habituel (c’est-à-dire de l’ordre de 100 mmol/j) ou même en cas d’excédent on observe une capacité totale d’élimination de 15 à 80% de la charge filtrée (entre 100 mmol /j jusqu’à plus de 500 mmol /j pour une situation extrême d’apport en K+). - La réabsorption au niveau du tubule contourné proximal et de la branche ascendante large de henlé sera la même - Par contre il y a de la sécrétion sur la partie distale du néphron à la place de la réabsorption, au tubule contourné distal (tube connecteur) qui peut atteindre jusqu’à 10 à 50% de la charge filtrée, et 5 à 30% dans le canal collecteur (au canal collecteur cortical et au canal collecteur médullaire externe à un moindre niveau, mais pas dans le canal collecteur médullaire interne /!\) 3) Zone de transfert tubulaires de potassium a) Tubule contourné proximal et BLAH Le tubule contourné proximal et la branche ascendante large de Henlé sont des zones de réabsorption obligatoire. Pour la partie du tubule contourné proximal : la majorité du K+ passe par voie paracellulaire et de façon moins importante par voie transcellulaire (mais les déterminants sont moins bien connus et impliquent des canaux potassiques d’ouverture variable). Au niveau de la branche ascendante large de Henlé (BLAH) : le transport de K+ sera électroneutre grâce au symport Na+/K+/2Cl- exprimé au pôle apical qui permet un transport actif facilité par l’action des pompes baso latérales Na+/K+ ATPase. Le K+ rentrera donc par ce symport et sortira par les canaux potassiques au pôle baso latéral. Il existe aussi un transport de K+ paracellulaire modéré (plus gênant en situation pathologique). Page 4 sur 6  b) Transferts tubulaires distaux Les transferts tubulaires distaux de K+ sont des phénomènes de sécrétion ou réabsorption (sécrétion la majorité des cas pour un apport normal ou large). Les zones concernées sont en particulier le tubule contourné distal (le tubule connecteur surtout) mais aussi le canal collecteur cortical et dans une moindre mesure le canal collecteur médullaire externe. Hyperkaliémie sans excédent de Na+ Dans ces zones l’aldostérone joue un rôle important dans la sécrétion du K+ (puisqu’elle est stimulée par l’hyperkaliémie) en augmentant la perméabilité apicale des cellules pour le Na+ dont le flux entrant va favoriser l’activité des Na+/K+ ATPase qui va favoriser secondairement par équilibre de charge la sortie au pôle apical du K+ rentré par la Na+/K+ ATPase basolatérales. Hyperkaliémie avec excédent de Na+ Un excédent de sodium tend à freiner l’aldostérone, donc l’hyperkaliémie en soit peut favoriser la sécrétion au niveau du canal collecteur cortical en favorisant l’activité des pompes Na+/K+ ATPase ce qui favorise le gradient de sortie au pole apical du K+. Hypokaliémie Dans ce même segment distal en cas d’hypokaliémie il y a une capacité de réabsorption de K+ relativement importante qui dépend de l’activité des cellules intercalaires α qui possèdent une pompe H+/K+ ATPase au pôle apical permettant de réabsorber un K+ qui sortira au pole baso latéral par des canaux potassiques de rectification de charge. On trouve dans ces cellules une anhydrase carbonique, et la production d’acide carbonique (H2CO3) qui va se dissocier permet la sécrétion apicale du H+ en échange de l’entrée du K+ par la pompe H+/K+ ATPase. Donc lorsque cette cellule intercalaire α est recrutée, la réabsorption de K+ est associée à une production de bicarbonate. Le bicarbonate est ensuite sécrété au pôle basolatéral par l’échangeur Cl-/Bicarbonate. Page 5 sur 6 L’activité dans ce segment des pompes Na+/K+ ATPase baso latérale est peu importante ce qui explique la sensibilité de ce système à la présence d’une H+/K+ ATPase apicale. 4) Facteurs influençant la sécrétion distale de potassium Facteurs augmentant la sécrétion de K+ Facteurs diminuants la sécrétion de K+ - Un apport alimentaire riche en K+ - Un faible apport alimentaire en K+ - L’hyperkaliémie - L’hypokaliémie - L’hyperaldostéronisme - L’hypo-aldostéronisme - Un fort débit fluide tubulaire - Un faible débit fluide tubulaire - La forte livraison distale de NaCl - La faible livraison distale de NaCl - Une alcalose métabolique et respiratoire - Une acidose métabolique aiguë - Une alcalose métabolique chronique - Les diurétiques en amont du canal collecteur (par augmentation du débit fluide - Les diurétiques qui vont agir sur le canal tubulaire et augmentation de la livraison collecteur principalement distale de Na+) - Triamtérène - Acétazolamide (diurétique proximal) - Amiloride - Furosemide et bumétanide - Spironolactone (diurétiques de l’anse) - Hydrochlorothiazide (chef de file des diurétiques du tubule contourné distal) Sécrétion colique de K+ Il existe aussi une capacité colique de sécrétion de K+ probablement recrutée chez les patients hyperkaliémiques de façon chronique comme les patients en IR terminale. On peut stimuler cette sécrétion de K+ par des résines échangeuses d’ions lorsqu’elles sont présentes dans la partie distale du tube digestif. Il existe aussi des chélateurs du K+ qui peuvent être administrés en lavement ou en poudre et qui auront un effet stimulant de la sécrétion distale de K+ dans le côlon comme le Kayexalate (chef de file) Toute administration de laxatif chronique génère une sécrétion de K+ et peut induire une hypokaliémie. Page 6 sur 6