УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2008, том 39, № 1, с. 23-41
УДК 612.014.46:546.32.46
КАЛИЙ-МАГНИЕВЫЙ ГОМЕОСТАЗ: ФИЗИОЛОГИЯ, ПАТОФИЗИОЛОГИЯ, КЛИНИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЕФИЦИТА И ОСОБЕННОСТИ ФАРМАКОЛОГИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ
© 2008 г. И. Н. Иежица1, А. А. Спасов
1 Волгоградский государственный медицинский университет, НИИ фармакологии, Волгоград
Метаболизм калия (K+) и магния (Mg2+) тесно взаимосвязан. Клиническая гипомагнезиемия может возникать вместе с гипокалиемией или осложнять уже существующий дефицит K+. Изолированные нарушения K+ гомеостаза, как правило, не приводят к вторичному нарушению гомеостаза Mg2+, но первичный дисбаланс Mg2+, особенно дефицит Mg2+, почти всегда приводит к вторичному дефициту K+. Это связано с неспособностью клетки поддерживать достаточно высокую внутриклеточную концентрацию K+ при дефиците Mg2+, возможно, в результате увеличения клеточной проницаемости для ионов K+ и/или блокады Na+-K+-ATФазы. Дефицит K+ и Mg2+ довольно часто сопутствует таким заболеваниям, как хронический алкоголизм, сердечно-сосудистые заболевания, сахарный диабет (особенно II типа), наследственные заболевания почек (синдромы Барттера и Гительмана), тяжелая форма диареи и рвоты, терапия некоторыми лекарственными препаратами. В литературе описано множество лекарственных форм, позволяющих одновременно устранять внутриклеточный дефицит Mg2+ и K+. Среди таких солей в терапии особенно ценны соли аспарагиновой кислоты K+ и Mg. Многочисленными экспериментальными и клиническими исследованиями было показано, что K-Mg-аспарагинат эффективен в профилактике и лечении различных форм осложнений дефицита K+ и Mg2+. Исходя из сравнительного анализа терапевтической активности, токсичности, метаболизма, фармакодинамики и фармакокинетики индивидуальных стереоизомеров K-Mg-аспара-гината, можно сделать заключение, что оптическая изомерия кислотных остатков может влиять на кинетику устранения дефицита K+ и Mg2+ в организме.
РОЛЬ И ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕТАБОЛИЗМОВ Мё2+ И К+ В ОРГАНИЗМЕ
Физиологическая и биохимическая роль и К+ в организме. В последнее время резко возрос интерес к проблемам изучения биологической роли макро- и микроэлементов, их участия в возникновении предболезненных состояний, этиологии и патогенезе заболеваний человека и соответственно подходам к их диагностике, профилактике и лечению [1, 2, 16, 23, 24, 27, 32, 33]. Это связано в основном с появлением на российском рынке новых средств лечения и профилактики, специальных продуктов питания, содержащих макро- и микроэлементы в лечебных и профилактических дозах [28]. Особое внимание уделяется одним из наиболее важных макроэлементов в организме: М§2+ и К+ [2, 23, 32].
За последние годы достигнуто многое в понимании роли ионов М§2+ и К+ в регуляции различных систем и функций организма в норме, при стрессе, дистрессе и при различных патологических состояниях [5, 31, 32, 35, 38, 61, 63, 92, 104, 163-165, 177]. Наиболее значимо физиологическая и патофизиологическая роль ионов М§2+ проявляется при его дефиците, что, вероятно, в первую очередь определяется кофакторной ролью данного биометалла в регуляции активности более 350 ферментов [32]. Клиническая гипомаг-
незиемия может возникать как вместе с гипокалиемией, так и осложнять уже существующий дефицит К+.
К+ и М§2+ - одни из наиболее важных электролитов, которые в естественных условиях поступают в организм в адекватных количествах. Эти макроэлементы различаются по суточным потребностям (приблизительно 100 ммоль для К+ и приблизительно 12 ммоль для М§2+), степенью всасывания из желудочно-кишечного тракта (К+ почти 100%, магний приблизительно 30%), перераспределением между внутриклеточным и внеклеточным пространствами и выполняемой физиологической ролью в организме.
Ионы К+ играют существенную роль в регулировании функций организма. К+ участвует в процессах проведения нервных импульсов и передаче их на иннервируемые органы, в том числе по проводящей системе сердца, активирует обменные К+-зависимые процессы, оказывает влияние на поддержание кислотно-щелочного равновесия, уменьшает реабсорбцию воды и Ка+ в дистальных канальцах нефрона [29, 51, 68, 153]. В настоящее время доказано, что ионы К+ необходимы в процессе регуляции секреции инсулина [68]. В частности, АТФ-чувствительные К+-каналы (К+-АТФ) Р-клеток поджелудочной железы участвуют в ре-
гуляции глюкозозависимой секреции инсулина [118].
М§2+ - универсальный регулятор биохимических и физиологических процессов в организме; он участвует в энергетическом, пластическом и электролитном обмене [8]. Значимость М§2+ для организма в первую очередь определяется его влиянием на ферментные системы, определяющие функциональное состояние различных обменных процессов. Кофакторная роль М§2+ в составе более 350 ферментов [32, 64] определяет углеводный и энергетический обмен, а также пул макроэргических компонентов в клетках, доказана его роль в регуляции иммунного статуса организма и в сокращении гладкомышечных клеток и кардиомиоцитов [8, 32, 29], в синтезе белковых молекул [48], минеральном обмене, синтезе холестерина и регуляции детоксицирующего действия печени [18, 32]. М§2+ выступает в роли физиологического регулятора клеточного роста, поддерживая адекватный запас пуриновых и пиримиди-новых нуклеотидов, необходимых для синтеза ДНК и РНК [38]. Активация и ингибирование системы цАМФ, медиатора влияния многих физиологически активных веществ связаны с М§2+: катион повышает активность аденилатциклазы и формирование цАМФ [8, 20], также необходим для окислительного фосфорилирования в митохондриях, для образования АТФ [108]. М§2+ очень важен для функционирования ЦНС, так как принимает участие в регуляции рецепторных образований (например, блокирует ^МДА-рецепторы) [65], регулирует активность ферментов углеводного обмена - основной путь образования энергии для нервной ткани и ферментов трансмембранного ионного транспорта [63, 172].
По содержанию внутри клетки К+ и М§2+ занимают соответственно первое и второе места, что составляет приблизительно 98% от общего содержания этих макроэлементов в организме. Гомео-стаз К+ и М§2+ тесно взаимосвязан, и обусловлено это главным образом коферментной ролью М§2+ в Ка+-К+-АТФазе. В качестве одного из субстратов для активации Ка+-К+-АТФазы выступает комплекс М§2+-АТФ. При работе К+-Ка+-АТФа-зы за счет энергии макроэргических связей, освобождающейся при гидролизе каждой молекулы АТФ, в клетку переносятся два иона К+ и одновременно из клетки выкачиваются три иона Ка+ [6]. Если внутриклеточная концентрация М§2+ снижена, то Ка+-К+-АТФаза функционирует недостаточно. Это обусловлено уменьшением выхода Ка+ из клетки и входа К+ в клетку, в результате чего возникает повышенная концентрация Ка+ внутри клетки, что ведет к усиленному процессу обмена Ка+ и К+. И хотя в результате этого и происходит снижение количества внутриклеточного Ка+, все же имеют место одновременное увеличение внутриклеточной перегрузки Са2+
(увеличивается инотропия) и возникновение повторных потенциалов (проаритмическое действие). Таким образом, Mg2+ способствует проникновению K+ в клетку и предотвращению перегрузки клетки ионами Na+ и Ca2+ [152, 174], поэтому первичный дисбаланс Mg2+, особенно дефицит Mg2+, почти всегда приводит к вторичному дефициту K+.
Гомеостаз K+ и его лабораторная диагностика. Организм человека содержит приблизительно 50 ммоль К+/кг веса тела, и 75% из этого количества локализовано в поперечно-полосатой мускулатуре [66]. Количество же К+ во внеклеточных жидкостях ничтожно мало и составляет всего 5070 ммоль (или 1-2%) на 70 кг веса [110].
Концентрация сывороточного К+ обычно постоянна и варьирует в узких границах. Регулируется гомеостаз данного катиона главным образом на уровне почек. Системный дефицит К+ связан со снижением реадсорбции К+, тогда как потребление большого количества К+ с пищей не приводит к увеличению этого катиона в организме. Поэтому низкая реадсорбция К+ с мочой является отправной точкой в дефиците К+ [68].
Только небольшая фракция общего К+ циркулирует в сыворотке, и как следствие, К+ плазмы является плохим индикатором К+ гомеостаза. Обычно не обнаруживается какая-либо зависимость между величинами сывороточного К+ и общим К+ организма при различных патологических состояниях, тогда как в норме такая корреляция обнаруживается [77, 151]. В исследованиях Dyckner, Wester [77], Dorup [71] было найдено, что у пациентов, получавших диуретики, значение сывороточного К+ в общем снижается, тогда как индивидуальные нормальные показатели сывороточного К+ не исключали значительного дефицита этого катиона в мышцах. Более того, у больных сахарным диабетом при кетоацидозе, напротив, может наблюдаться значительная гиперкалиемия, несмотря на значительный внутриклеточный дефицит К+ [188]. С другой стороны, гипокалиемия (снижение К+ в сыворотке) может наблюдаться в отсутствие дефицита К+, особенно при состояниях респираторного алкалоза, болевого шока и длительного стресса. Применение препаратов с Р-адренергической активностью может приводить к захвату К+ клетками и поэтому способствовать возникновению переходящей гипокалиемии [53]. Несмотря на это, низкое содержание К+ в сыворотке может являться диагностическим критерием при системном дефиците К+, и поэтому им все же не стоит пренебрегать в комплексной оценке общего калиевого статуса [151]. Кроме того, по мнению Dorup [68], оценка содержания К+ в поперечно-полосатой мускулатуре может быть одним из главных диагностических крите-
Нормальные референтные
значения: Er(Mg) 1.80-2.45 ммоль/л P(Mg) 0.70-1.20 ммоль/л Pit (Mg) 2.75-2.95 ммоль/108 кл
Фракционная экскреция магния (%) представляет собой отношение клиренса магния к клиренсу эндогенного
креатина Нормальные значения: 2.8-4.1 %
Пациентов тестируют на недостаточность М^2+ в организме с помощью нагрузки М^804 (в/в, капельно) 30 ммоль в 0.5 л физ. р-ра в течение 8-12 ч. Дефицит М^2+ диагностируют, если у пациентов выделяется с суточной мочой менее 50% М^2+ от вводимой дозы
Рис. 1. Лабораторные методы оценки гомеостаза Mg2+. Примечание: Er(Mg) - Mg2+ эритроцитов; P(Mg) - Mg2+ п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.