Y khoa Ykhoa, y học, y tế, kiến thức, lâm sàng, cận lâm sàng, chẩn đoán, điều trị, phác đồ, diễn đàn y khoa, hệ sinh thái y khoa online, mới nhất và đáng tin cậy.
Jimmy Jawoski là một vận động viên 16 tuổi của trường trung học. Gần đây, sau khi hoàn thành các sự kiện của anh ta, anh ta cảm thấy vô cùng yếu, chân anh ta trở nên “giống cao su”. Ăn, đặc biệt là carbohydrate, làm anh ta cảm thấy tồi tệ hơn. Sau lần gặp gỡ gần đây nhất, anh ta không thể đi lại và được mang trên cán từ trường đua về. Ba mẹ anh ta rất hoảng hốt và sắp xếp cuộc hẹn với bác sĩ nhi khoa để đánh giá tình trạng của anh ta. Một phần của việc xử lý, bác sĩ nhi khoa đo nồng độ K+ huyết thanh của Jimmy, nó bình thường (4.5 mEq/L). Tuy nhiên, bởi vì bác sĩ ngạc nhiên khi liên kết với K+, đo một lần nữa sau khi tập thể dục làm căng cơ bằng máy chạy bộ. Sau kiểm tra trên máy chạy bộ, nồng độ K+ huyết thanh của Jimmy thấp báo động (2.2 mEq/L). Jimmy được chẩn đoán là rối loạn bẩm sinh gọi là primary hypokalemic periodic paralysis và phải điều trị bằng cung cấp bổ sung K+. (Hạ kali máu giai đoạn gây liệt nguyên phát).
1, Phân phối K+ bình thường giữa dịch nội bào và dịch ngoại bào? Nơi nào chứa hầu hết K+?
Hầu hết K+ trong cơ thể ở vị trí dịch nội bào; K+ là cation chính nội bào. Nồng độ K+ nội bào nhiều gấp 20 lần K+ ngoại bào. Phân bố bất đối xứng của K+ được duy trì bởi bơm Na+-K+ ATPase – nó hiện diện trên màng của tất cả các tế bào. Na+-K+ ATPase, sử dụng năng lượng ATP, vận chuyển chủ động K+ từ dịch ngoại bào vào dịch nội bào chống lại gradient nồng độ => duy trì nồng độ K+ dịch nội bào cao.
2, Nhân tố chính có thể thay đổi sự phân phối K+ giữa dịch nội bào và dịch ngoại bào?
Rất nhiều nhân tố, bao gồm hormone và thuốc, có thể thay đổi sự phân phối ion K+ giữa dịch nội bào và dịch ngoại bào. Tái phân phối được gọi là K+ shift để biểu thị K+ có thể được di chuyển đổi từ dịch ngoại bào vào trong dịch nội bào hoặc từ dịch nội bào ra dịch ngoại bào. Bởi vì nồng độ K+ bình thường ở dịch ngoại bào thấp, K+ di chuyển có thể gây ra những thay đổi sâu sắc trong nồng độ K+ dịch ngoại bào hoặc trong huyết thanh.
Nhân tố chính làm K+ di chuyển vào bên trong tế bào (từ ECF vào ICF) là insulin, beta-adrenergic agonists (epinephrine, norepinephrine) và alkalemia. Nhân tố chính làm K+ di chuyển ra ngoài tế bào (từ ICF ra ECF) là thiếu insulin, beta-adrenergic antagonists, tập thể dục, hyperosmolarity, cell lysis (ly giải tế bào) và acidemia. Do đó, insulin và beta-adrenergic agonists làm K+ di chuyển từ ECF vào ICF và làm giảm K+ huyết thanh (hypokalemia). Ngược lại, thiếu insulin, beta-adrenergic antagonists, tập thể dục, hyperosmolarity hoặc cell lysis gây tăng K+ huyết thanh (hyperkalemia).
3, Mối liên hệ giữa nồng độ K+ huyết thanh và điện thế nghỉ của màng tế bào kích thích (thần kinh, cơ xương)?
Tại điện thế nghỉ, màng tế bào cơ xương và thần kinh có tính thấp cao (độ dẫn cao) với ion K+. Lượng lớn gradient nồng độ cho K+ xuyên qua màng tế bào được tạo ra bởi bơm Na+-K+ ATPase (nồng độ K+ cao ở dịch nội bào và thấp ở dịch ngoại bào). Lực thúc đẩy (driving force) hóa học, cùng với độ dẫn cao K+, gây ra K+ khuếch tán từ dịch nội bào ra dịch ngoại bào. Như bàn luận case 3, quá trình hình thành sự chênh lệch điện thế âm bên trong hoặc K+ khuếch tán điện thế, với cơ bản cho điện thế nghỉ của màng. Điện thế nghỉ của màng tiếp cận với điện thế cân bằng K+ (được tính bằng Nernst equation cho gradient nồng độ K+) vì tính thấm cao ion K+ ở trạng thái nghỉ.
Thay đổi nồng độ K+ huyết thanh (dịch ngoại bào) làm thay đổi điện thế cân bằng K+ => thay đổi điện thế nghỉ của màng tế bào. Nồng độ K+ thấp hơn, sự chênh lệch nồng độ K+ cao hơn qua màng và sự âm nhiều hơn (hyperpolarized – tăng phân cực) điện thế cân bằng K+. Sự âm hơn điện thế cân bằng K+ => sự âm hơn điện thế nghỉ của màng tế bào. Ngược lại, cao hơn nồng độ K+ huyết tương, sự thấp hơn gradient nồng độ K+ và ít âm hơn điện thế cân bằng K+ và ít âm hơn điện thế nghỉ của màng tế bào.
4, Nồng độ K+ huyết thanh giảm làm thay đổi điện thế nghỉ của màng tế bào cơ xương bằng cách nào (cơ chế)?
Khi nồng độ của K+ huyết thanh giảm (hypokalemia), điện thế màng ở trạng thái nghỉ của cơ xương trở nên âm hơn (hyperpolarized). Thật vậy, sự thấp hơn của nồng độ ion K+ huyết thanh, sự lớn hơn gradient nồng độ K+ qua màng tế bào, sự lớn hơn và âm hơn điện thế cân bằng K+. Bởi vì sự dẫn K+ của màng tế bào cơ xương rất cao ở trạng thái nghỉ, điện thế hoạt động ở màng tế bào hướng về phía điện thế cân bằng K+ âm hơn.
5, Trình bày một cơ chế mà giảm nồng độ K+ huyết thanh có thể dẫn đến yếu cơ xương
Điện thế hoạt động của màng tế bào cơ xương là một sự kiện rất nhanh ( kéo dài khoảng 1 msec) và nó bao gồm khử cực => theo sau nó là tái cực (repolarization). Điện thế nghỉ của màng tế bào khoảng -70 mV. Bởi vì tính thấm cao với K+, điện thế nghỉ của màng tiếp cận điện thế cân bằng K+. Tại trạng thái nghỉ, sự dẫn với Na+ thấp, do đó điện thế nghỉ của màng tế bào “ra xa” điện thế cân bằng Na+. Điện thế hoạtdđộng được bắt đầu khi một dòng ion dương đi vào bên trong tế bào cơ, khử cực màng tế bào cơ. Dòng ion dương (inward current) thường là kết quả của sự lan ion dương tư điện thế hoạt động vị trí lân cận (hàng xóm). Nếu dòng ion dương đi vào đáng kể để khử cực màng tế bào đến điện thế ngưỡng (threshold potential) khoảng -60 mV, cổng hoạt hóa của kênh Na+ mở ra nhanh chóng. Như kết quả đó, sự dẫn của Na+ tăng và trở nên cao hơn sự dẫn K+ (tính thấm Na+ nhiều hơn K+). Tính thấm Na+ tăng lên nhanh chóng tạo ra một dòng ion dương Na+ đi vào tế bào => khử cực điện thế màng về phía điện thế cân bằng của Na+, với tạo thành upstroke của điện thế hoạt động. Giai đoạn tiếp theo là sự tái cực về điện thế nghỉ của màng. Tái cực gây ra bởi hai sự kiện chậm hơn: đóng cổng inactivation gates của kênh Na+ (dẫn đến đóng kênh Na+ và giảm tính thấm Na+) và tăng tính thấm K+, nó đưa điện thế màng trở về điện thế cân bằng K+.
Trở lại câu hỏi: giảm K+ huyết thanh làm tăng “sự âm” của cả điện thế cân bằng K+ và điện thế nghỉ của màng tế bào. Bởi vì điện thế nghỉ của màng tế bào âm hơn so với ngưỡng để bắt đầu khử cực điện thế hoạt động. Hay nói cách khác, khởi phát điện thế hoạt động trở nên khó khăn hơn. Không có điện thế hoạt động, cơ xương của Jimmy không thể co => giống cao su
6, Tại sao Jimmy yếu cơ sau khi tập thể dục? Tại sao ăn nhiều carbohydrate lại làm tình trạng yếu cơ tồi tệ hơn?
Chúng ta có thể suy đoán về giai đoạn liệt cơ của Jimmy sau khi tập thể dục gắng sức và tại sao nó lại nghiêm trọng hơn khi ăn carbohydrates. Cơ chế về vấn đề này vẫn chưa hoàn toàn hiểu được, tập thể dục làm K+ từ nội bào di chuyển ra ngoại bào => sự chuyển tiếp này có thể làm tăng nồng độ K+ ngoại bào. (Ngẫu nhiên, vị trí tăng nồng độ K+ là một nhân tố gây tăng dòng máu đến cơ trong lúc tập thể dục). Bình thường, sau khi tập thể dục, K+ tái tích trữ trong tế bào cơ. Bởi vì anh ta bị rối loạn di truyền, sự tái tích trữ K+ khuếch đại và dẫn đến giảm K+ máu.
Ăn carbohydrat làm nghiêm trọng hơn tình trạng yếu cơ là do glucose kích thích tiết insulin, mà insulin là nhân tố chính gây ra hấp thu K+ vào trong tế bào => giảm K máu.
7, Cung cấp bổ sung K+ được kỳ vọng để cải thiện tình trạng của Jimmy bằng cách nào?
Cung cấp bổ sung K+ ngoại bào bù trừ sự hấp thu khuếch đại của K+ vào trong tế bào cơ xảy ra sau khi tập thể dục.
8, Một rối loạn bẩm sinh khác, primary hyperkalemic periodic paralysis, liên quan đên một giai đoạn co cơ tự phát (co thắt), tiếp theo đó là sự yếu cơ kéo dài. Sử dụng kiến thức về những ion cơ bản cho điện thế hoạt động màng tế bào cơ xương, trình bày cơ chế tăng K+ huyết thanh => sự co tự phát => sau đó là yếu cơ kéo dài.
Bắt đầu co thắt cơ (hyperactivity) có thể được hiểu từ bàn luận trước đó. Khi nồng độ K+ huyết thanh tăng (hyperkalemia), điện thế cân bằng K+ và điện thế nghỉ của màng trở nên ít âm (khử cực). Điện thế nghỉ của màng được di chuyển gần hơn với điện thế ngưỡng và như kết quả đó, ít dòng ion dương đi vào được đòi hỏi để bắt đầu khử cực của điện thế hoạt động.
Vậy thì tại sao phía sau giai đoạn hyperactivity là giai đoạn yếu cơ kéo dài? Quay về kênh Na+ (phần này mình tích hợp từ nhiều sách thay vì chỉ dịch trong quyển này): Đây cũng là lời giải thích cho câu hỏi tại sao tăng K máu gây ngưng tim:
Kênh Na+ có hai cổng, cổng m – cổng activated (mặt tiếp xúc môi trường ngoại bào) và cổng h – cổng inactivation (mặt tiếp xúc môi trường nội bào). Kênh Natri chỉ thật sự cho Na đi vào khi cả hai cổng này đều mở. Như vậy kênh Na sẽ có hai trạng thái bất hoạt là đóng cổng m hoặc đóng cổng h. Chia 3 giai đoạn:
- Đóng: cổng m đóng, cổng h mở
- Mở: khử cực => hai cổng đều mở => tăng Na => làm quá trình khử cực sâu hơn nữa (Điều hòa ngược dương tính)
- Bất hoạt (inactivated): Cổng m mở, cổng h đóng, xuất hiện khi điện thế màng trở nên dương. => Sự tái cực là chuyển từ trạng thái bất hoạt sang trạng thái đóng. Nhưng từ trạng thái bất hoạt thì không trở về trạng thái mở trực tiếp được.
Quay lại vấn đề, tăng K máu là tăng K ngoại bào sẽ có hai giai đoạn cấp và mạn:
- Giai đoạn cấp: sẽ làm giảm lượng K đi ra ngoài => ban đầu sẽ tăng kích thích tế bào gần đến ngưỡng.
- Giai đoạn mạn: khử cực giai đoạn mở => điện thế màng dương ở trạng thái kênh bất hoạt. Vị trí này đáng quan tâm. Vì điện thế màng luôn dương nên không thể xảy ra tái cực, tức là không chuyển từ trạng thái bất hoạt sang trạng thái nghỉ => Không thể qua trạng thái mở cho Na đi vào nữa.
Thế thì câu hỏi đặt ra là tại sao tăng K+ ngoại bào lại làm khử cực màng?
Bản chất điện thế nghỉ phụ thuộc vào 2 yếu tố: tính thấm của màng và điểm cân bằng của các chất, tính thấm phụ thuộc vào sự kích thích, điểm cân bằng phụ thuộc vào cân bằng nernst => phụ thuộc vào nồng độ chất ở bên trong và bên ngoài màng tế bào.
Bản chât của điện thế hoạt động là thay đổi tính thấm màng liên tục => các chất thay nhau đưa điện thế nghỉ về điểm cân bằng của mình. Việc tái cực phụ thuộc vào K+ điện thế màng về điểm cân bằng của K (xấp xỉ -85mV).
=> Trở lại, khi tăng K ngoại bào => cân bằng Nernst thay đổi do tỉ số log(Ki)/log(Ko) thay đổi giảm xuống => cân bằng Nernst của K không còn là -85mV nữa mà dương hơn là -70 hoặc -75 mV.
Case được dịch từ sách: Physiology cases and problems
Dựa trên bản dịch của: NGUYỄN THỊ HUỲNH NHƯ. Khoa Y ĐHQG TP.HCM
