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Bilan du potassium et comportement rénal du potassium

I. BILAN du POTASSIUM

• Le potassium est le principal cation des liquides intracellulaires.

Plus de 90 % du potassium de l’organisme est situé dans le compartiment intracellulaire , la majorité étant contenue dans le muscle.

• Le potassium est peu abondant dans le compartiment extracellulaire (moins de 2 % du potassium total) mais sa concentration plasmatique est très finement régulée entre
3,5 et 5,0 mmol/L. La kaliémie ne reflète donc pas le capital

potassique de l’organisme.

• Lestransferts de potassium sont régulés par :

– l’état acido-basique ;
– l’insuline ;
– les catécholamines ;
– l’aldostérone.

I.1. ENTREES DE POTASSIUM :

Le potassium est essentiel pour de nombreuses fonctions cellulaires. Il est présent dans la plupart des aliments et est excrété principalement par le rein.
Les apports dans un régime standard typique occidental représente environ 70 à 150 mmol/j (tableau 1).
Le potassium est absorbé dans le jéjunum, l’iléon et le colon. Les sorties extrarénales, digestives représentent 5 à 10% et ne sont pas régulées.

I. 2. DISTRIBUTION DU POTASSIUM

Après son absorption intestinale, le potassium est essentiellement stocké dans le compartiment intracellulaire dont il est le principal cation. Sa concentration intracytoplasmique est de l’ordre de 100 à 120 mmol/L. Le contenu intracellulaire total est de 3 000 à 3 500 mmol et se distribue principalement dans le muscle (70%) et dans une moindre mesure dans les os, les globules rouges, le foie et la peau (tableau 2). Seulement 1 à 2% du potassium total est réparti dans le compartiment extra-cellulaire.

La pompe électrogénique Na-K-ATPase, présente sur la majorité
des surfaces cellulaires transporte 2 ions potassium à l’intérieur de la cellule en échange de 3 cations sodium conduisant une concentration élevée de potassium intra-cellulaire (120 mEq/L) et très faible de sodium (10 mEq/L). Le rapport entre la concentration de potassium intra et extracellulaire est un déterminant majeur du potentiel des membranes
cellulaires.

Plusieurs facteurs interviennent dans les transferts de potassium entre les compartiments extra et intracellulaires (figure 3).

EFFETS DES MODIFICATIONS DE L’EQUILIBRE ACIDE-BASE

L’acidose associée à la présence d’anions inorganiques (tel que NH4Cl

ou HCl), est responsable d’une sortie du K intracellulaire (transfert) et conduit à une hyperkaliémie plus sévère qu’avec les anions organiques (lactate) où le transfert de potassium est moindre.

EFFETS DE L’INSULINE ET DES CATECHOLAMINES

L’insuline et l’activation des récepteurs β 2 adrénergiques stimulent la Na-K-ATPase, résultant en une augmentation du potassium intracellulaire. L’action de l’insuline est indépendante de l’entrée cellulaire de glucose. Les effets de l’insuline et l’activation de récepteurs β2-adrénergiques sont synergiques.

L’exercice peut être responsable d’une hyperkaliémie du fait de l’activation des récepteurs α-adrénergiques (s’opposant à la stimulation β2 adrénergiques) qui inhibe la Na-K-ATPase et aboutit à un transfert de potassium à l’extérieur de la cellule musculaire.

EFFETS DES MODIFICATION DE L’OSMOLALITE

Les changements d’osmolalité plasmatique, notamment lorsqu’ils sont aigus peuvent occasionner des transferts cellulaires de potassium.

III. COMPORTEMENT RENAL DU POTASSIUM

La régulation à long terme du potassium est principalement assurée par l’excrétion rénale du potassium.

Le potassium est complètement filtré au niveau du glomérule (figure
2). La majorité du potassium filtré est réabsorbée dans le tubule proximal mais cette réabsorption n’est pas régulée à ce niveau.

Le potassium est ensuite sécrété dans le fluide tubulaire au niveau de l’anse descendante de Henle, puis réabsorbé dans les cellules de l’anse large ascendante par le co-transporteur apical Na-K-2Cl (figure 3).

Ces cellules recyclent le potassium vers la lumière du tubule par des canaux potassiques (ROMK), ce qui explique le faible impact sur la réabsorption nette de potassium à ce niveau.

La régulation importante du bilan rénal du potassium s’effectue en fait dans la partie distale du néphron (tubule collecteur cortical).

Au niveau de la cellule principale du tubule collecteur, le potassium est sécrété par un canal potassique apical. Cette sécrétion est couplée à la réabsorption du sodium, elle-même activée par la Na⁺K⁺-ATPase qui maintient une concentration élevée de potassium intracellulaire (Figure 4).

Plusieurs facteurs régulent la sécrétion de potassium dans les cellules principales : le débit du fluide tubulaire, les apports en sodium dans le tube distal, l’aldostérone, concentration de sodium extracellulaire et le pH extracellulaire.

• Une augmentation du débit tubulaire diminue la concentration
luminale de potassium, augmentant ainsi le gradient de concentration à travers la membrane apicale qui stimule en
retour la sécrétion de potassium. A l’inverse, une diminution du débit tubulaire (comme par exemple dans l’insuffisance rénale fonctionnelle chez un insuffisant cardiaque ou en cas d’obstacle sur les voies excrétrices) diminue la sécrétion de potassium et expose au risque d’hyperkaliémie.

• De la même façon, une diminution de la réabsorption apicale de
sodium, du fait d’un moindre apport distal en sodium [1]
, aboutit à une diminution de la sécrétion distale de potassium.

• L’aldostérone augmente l’activité de la Na-K-ATPase et stimule l’activité du canal épithélial sodique et la sécrétion de potassium dans la lumière tubulaire.

• La concentration de K dans les cellules tubulaires

• L’alcalose métabolique

Tableau 2 : Facteurs physiologiques majeurs stimulant la sécrétion distale de potassium :

Stimulation	Inhibition
Hyperkaliémie	Déficit en K+
Aldostérone	Débit de Na+ tubulaire distal bas
Débit de Na+ élevé délivré dans le tube distal	Débit urinaire bas
Débit urinaire élevé	Acidose métabolique aiguë
Alcalose métabolique	.

A côté des cellules principales, les cellules intercalaires du tubule
collecteur agissent de façon opposée sur le métabolisme du potassium en stimulant la réabsorption de potassium via une pompe H+-K+-ATPase qui sécrète directement des protons H+ dans le fluide tubulaire en échange de la réabsorption de potassium. Cette réabsorption active de potassium permet de diminuer l’excrétion de potassium jusqu’à un débit de 15 mmol/jour au minimum. L’acide métabolique stimule également la H⁺-K⁺-
ATPase et aggrave le risque d’hyperkaliémie.

IV. CONDITIONS PHARMACOLOGIQUES MODIFIANT LE COMPORTEMENT TUBULAIRE DU POTASSIUM

Au niveau de la branche large ascendante, l’administration de diurétiques de l’anse bloquant le co-transport Na-K-2Cl diminue la réabsorption de potassium et augmente l’apport en sodium au niveau distal et les échanges Na-K au niveau du tubule collecteur (cf chapitre diurétiques)

Au niveau de la cellule du tubule collecteur, les épargneurs de potassium bloquant le canal épithélial sodique, diminuent les échanges Na-K inhibant ainsi la sécrétion de K (hyperkaliémie), de même l’hypoaldostéronisme ou l’inhibition du couplage de la liaison de l’aldostérone à son récepteur (spironolactone) aboutit à une diminution de l’activité de la Na-K-ATPase, du canal épithélial sodique et de la sécrétion de potassium (hyperkaliémie). Un certain nombre de médicaments sont connus pour inhiber la production d’aldostérone ou son action (inhibiteurs de l’enzyme de conversion, bloqueur du récepteur AT1 de l’angiotensine, héparine, spironolactone,…).

V. CONDITIONS PATHOLOGIQUES MODIFIANT LE COMPORTEMENT RENAL DU POTASSIUM

Les situations aboutissant à une diminution de la production d’aldostérone (hyporéninisme, hypoaldostéronisme dans la néphropathie diabétique), ou à une diminution du fluide tubulaire (obstacle sur les voies excrétrices)… favorisent la rétention de potassium.

Inversement les conditions pathologiques qui augmentent le niveau d’aldostérone : hyperaldostéronisme primaire (adénome de Conn), ou secondaire (sténose unilatérale des artères rénales, HTA maligne, utilisation des diurétiques….) augmentent la sécrétion de potassium par le rein.

En revanche dans d’autres situations où il existe un
hyperaldostéronisme secondaire parfois très important (insuffisance cardiaque, cirrhose) l’hyperkaliémie peut prédominer du fait d’une diminution importante de l’apport de sodium dans la partie distale du
tubule.

VI. APPROCHE CLINIQUE DES ANOMALIES DE LA KALIEMIE

VI.1. HYPERKALIEMIE

[bleu]A. DEFINITION[/bleu]

• L’hyperkaliémie est définie par une concentration plasmatique de
potassium supérieure à 5,0 mmol/L. L’hyperkaliémie de
constitution brutale peut mettre rapidement en jeu le pronostic
vital.

• Des fausses hyperkaliémies sont dues à la libération de potassium
du compartiment intracellulaire vers le compartiment
extracellulaire :
– hémolyse lors d’un prélèvement laborieux avec un garrot serré ;
– centrifugation tardive du tube (prélèvement au domicile du patient) ;
– hyperleucocytose majeure (> 100 000/mm3) ou thrombocytémie
(> 1 000 000/mm3).

[bleu]B. SYMPTOMATOLOGIE[/bleu]

Les manifestations cliniques de l’hyperkaliémie résultent des
modifications du gradient potassique entre les compartiments intra et
extracellulaires responsables d’altérations des potentiels de membrane.

1. [rouge] Signes cardiaques [/rouge] (Figure 5)

• Les symptômes cardiaques se manifestent par des modifications
électrocardiographiques que sont successivement :
– une augmentation de l’amplitude des ondes T, pointues et
symétriques ;
– des anomalies de la conduction auriculaire (diminution puis
disparition de l’onde P), auriculo-ventriculaire (blocs sinoauriculaires
et auriculo-ventriculaires) ;
– puis de la conduction intraventriculaire avec élargissement
des complexes QRS ;
– puis d’une tachycardie ventriculaire précédant la fibrillation
ventriculaire et l’arrêt cardiaque.

• Ces anomalies justifient la pratique immédiate d’un ECG
devant toute suspicion d’hyperkaliémie avant même de
confirmer le diagnostic par la mesure de la kaliémie.

[rouge] 2. Signes neurologiques[/rouge]

Les symptômes neuromusculaires, non spécifiques, comportent des
paresthésies des extrémités et de la région péribuccale. Plus
tardivement peuvent apparaître une faiblesse musculaire voire une
paralysie débutant aux membres inférieurs et d’évolution ascendante.

[bleu]C. ETIOLOGIES[/bleu]

Une hyperkaliémie peut être liée :
– à un excès d’apport  ;
– à un transfert exagéré du compartiment intracellulaire vers le
compar-timent extracellulaire ;
– à une diminution de la capacité d’excrétion rénale.

1. [rouge]Excès d’apport[/rouge]

• L’hyperkaliémie par excès d’apport est rare en dehors de
l’insuffisance rénale.

• Une hyperkaliémie peut survenir après administration de doses
massives de potassium par voie orale ou intraveineuse.

[rouge]2. Transfert[/rouge]

• Acidose métabolique  :
– l’élévation de la kaliémie est évaluée à 0,5 mmol/L par
diminution de 0,1 du pH artériel.

• Catabolisme cellulaire accru :
– une destruction tissulaire aiguë et massive conduit à la libération
de potassium intracellulaire ;

toutes les causes de lyse cellulaire peuvent être responsables d’une hyperkaliémie(exemple : rhabdomyolyse et écrasement musculaire,

• brûlures étendues, hémolyse massive,

• lyse tumorale spontanée ou au cours d’une chimiothérapie,

• Exercice physique intense
L’exercice musculaire intense et prolongé est responsable d’une
libération de potassium par les cellules musculaires, favorisée par
la sécrétion de glucagon et l’inhibition de la sécrétion d’insuline
induites par l’exercice.

• Causes médicamenteuses et toxiques

De nombreuses substances peuvent être responsables d’une
hyperkaliémie par le biais d’un transfert extracellulaire de
potassium :
– les ß-bloquants non sélectifs facteur favorisant d’hyperkaliémie
en cas d’insuffisance rénale ;
– l’intoxication digitalique par l’inhibition de la pompe Na-KATPase
(augmentation du potassium extracellulaire et à un
effondrement du potassium intracellulaire) ;
– les agonistes α-adrénergiques qui limitent le passage
intracellulaire de potassium ;
– la succinylcholine, utilisée en anesthésie,
– les intoxications par les fluorures ou les ions cyanures.

[rouge]3. Réduction de l’excrétion rénale[/rouge]

• Insuffisance rénale  :
– aiguë  : elle peut être responsable d’une hyperkaliémie sévère
mettant rapidement en jeu le pronostic vital
– chronique  : l’homéostasie du potassium est cependant
maintenue jusqu’à un degré avancé d’insuffisance rénale en
raison d’une adaptation des excrétions rénales et digestives du
potassium.

• Déficit en minéralocorticoïdes :
– insuffisance surrénalienne au cours de la maladie
– syndrome d’hyporéninisme-hypoaldostéronisme se
traduisant par une hyperkaliémie associée à une acidose
métabolique hyperchlorémique (néphropathie diabétique,
néphropathies interstitielles, infection par le VIH… )
– les causes iatrogènes sont de loin les plus fréquentes (cf
tableau ci-dessous) :

Tableau

Médicaments	Mécanismes
Sels de régime Chlorure de K	Augmentation des apports de K+>/sup>
Bétabloquants, agonistes alpha adrénergiques, digitaline	Sortie de K+>/sup> cellulaire
Chimiothérapie	Nécrose cellulaire
Solutés glucosés hypertoniques	Transfert cellulaire
IEC, sartans, héparine	Inhibition de l’aldostérone
Spironolactone, éplérénone	Antagoniste du récepteur minéralocorticoïde
Amiloride, trimethoprime, pentamidine	Blocage canal épithélial sodique
AINS	Syndrome hyporéninisme hypoaldostéronisme
Anticalcineurines intoxications par les fluorures ou les ions cyanures	Autres

VI.2. HYPOKALIEMIES

[bleu]A. DEFINITION[/bleu]

L’hypokaliémie est définie par une concentration plasmatique de
potassium inférieure à 3,5 mmol/L. Elle peut mettre en jeu le pronostic vital en raison de son retentissement cardiaque.

[bleu]B. SYMPTOMATOLOGIE[/bleu]

Les signes cliniques sont essentiellement neuromusculaires et liés à
l’hyperpolarisation membranaire.

1. Signes cardiaques (Figure 6)

• L’atteinte myocardique est liée à une augmentation de
l’automaticité cardiaque et à un retard de repolarisation
ventriculaire conduisant à une prolongation de la période
réfractaire.

• Les signes électrocardiographiques comportent successivement
selon le degré de l’hypokaliémie :
– une dépression du segment ST ;
– un affaissement voire une inversion de l’onde T ;
– l’augmentation d’amplitude de l’onde U physiologique ;
– l’allongement de l’espace QU ;
– l’élargissement des complexes QRS puis l’apparition de troubles
du rythme supraventriculaires ou ventriculaires
(extrasystoles, tachycardie ventriculaire, torsade de pointe,
fibrillation ventriculaire).

• La survenue d’arythmie est favorisée par :
– une cardiopathie ischémique sous-jacente ;
– une hypertrophie ventriculaire gauche ;
– une hypercalcémie ;
– les traitements par digitalique ou anti-arythmiques ;
– la survenue d’une torsade de pointe est favorisée par une
hypomagnésémie.

[rouge]2. Signes musculaires[/rouge]

• L’atteinte comporte :
– des crampes ;
– des myalgies ;
– une faiblesse musculaire voire une paralysie survenant
typiquement par accès, débutant aux membres inférieurs puis à
progression ascendante, atteignant progressivement le tronc et
le diaphragme.

• Une rhabdomyolyse peut survenir en cas de déplétion potassique
sévère.

[rouge]3. Signes digestifs[/rouge]

Il s’agit essentiellement d’une constipation, d’un iléus paralytique, voire
d’un retard à la reprise du transit post-opératoire.

[rouge]4. Signes rénaux[/rouge]

Une déplétion chronique sévère en potassium peut être responsable
d’une néphropathie hypokaliémique se traduisant par :
– un syndrome polyuro-polydipsique (lié à une résistance tubulaire
à l’ADH et à une réduction du gradient corticopapillaire) ;
– une alcalose métabolique (liée à une augmentation de la
réabsorption des bicarbonates par le tube contourné proximal, à
la sécrétion de protons et à la production d’ammonium) ;
– et à long terme, une néphropathie interstitielle chronique.

[bleu]C. ETIOLOGIES[/bleu]

Une hypokaliémie peut être liée à une carence d’apport en
potassium, un transfert exagéré du compartiment extracellulaire vers le
compartiment intra-cellulaire ou un excès de pertes.

[rouge]1. Carence d’apport[/rouge]

Exceptionnelle, elle peut survenir au cours de :
– l’anorexie mentale
– de la nutrition artificielle exclusive si un apport de 3 g par jour
de potassium n’est pas maintenu.

[rouge]2. Transfert excessif du compartiment extracellulaire vers
le compartiment intracellulaire [/rouge]

• Alcalose métabolique ou respiratoire (responsable de l’entrée
du potassium extracellulaire dans la cellule en échange de protons
relargués par les tampons intracellulaires). La kaliémie baisse
d’environ 0,5 mmol/L par élévation de 0,1 unité du pH
extracellulaire.

• Administration d’insuline au cours de l’acido-cétose diabétique
ou après perfusion de grandes quantités de solutés glucosés
(hyperinsulinisime réactionnel).

• Agents ß-adrénergiques :
– endogènes (phéochromocytome, ou situations pathologiques
associées à un stress et une hypercatécholergie : cardiopathies
ischémiques, traumatismes crâniens, delirium tremens) ;
– ou exogènes (salbutamol au cours du traitement de l’asthme ou
des menaces de fausse couche, dobutamine, intoxication à la
théophylline).

• Forte stimulation de l’hématopoïèse :
– après administration d’acide folique ou de vitamine B12 ;
– en cas d’anémie mégaloblastique ;
– au cours de leucémies d’évolution rapide ;
– ou au cours du traitement par G-CSF en cas de neutropénie.

• Paralysie périodique familiale :
– affection autosomique dominante, caractérisée par l’apparition
brutale de paralysie des membres inférieurs et du tronc,
favorisée par un repas riche en glucose ou par l’exercice
musculaire ;
– due à une anomalie de la sous-unité alpha1 des canaux
calciques sensibles à la dihydropyridine dans la cellule
musculaire ;
– un tableau clinique similaire peut être provoqué par l’ingestion
de sels de baryum ou la thyrotoxicose, en particulier chez des
patients asiatiques.

[rouge]3. Augmentation des pertes de potassium[/rouge]
[rouge]

■ Pertes d’origine digestive[/rouge]

• Les pertes extra-rénales de potassium sont caractérisées par une
réponse rénale appropriée : diminution compensatrice de la kaliurèse
< 20 mmol/L.
– diarrhées aiguës  : associées à une acidose métabolique par perte
digestive de bicarbonates ;
– diarrhées chroniques

[rouge]■ Pertes d’origine rénale : kaliurèse > 20 mmol/L[/rouge]

• Hypokaliémie avec fuite urinaire de potassium et hypertension
artérielle évoquant une sécrétion excessive de stéroïdes
surrénaliens :
– avec rénine plasmatique élevée :

• hyperaldostéronismes secondaires à l’activation du système rénine-angiotensine : HTA maligne, sténose unilatérale de l’artère rénale, tumeur à rénine (rare) ;

– avec rénine plasmatique basse :

• hyperaldostéronisme primitif lié à l’excès de production d’un minéralocorticoïde qui est l’aldostérone dans 90 % des cas. Il s’agit d’un adé-nome de la surrénale dans 2/3 des cas ou d’une hyperplasie bilatérale. L’HTA est dite volo-dépendante et la rénine est basse,

• hyper-minéralocorticismes sans hyperaldostéronisme : syndromes adréno-génitaux
(hypersécrétion de désoxycorticostérone), syndromes de Cushing (notamment
paranéoplasiques) et déficit en 11β-hydroxylase (= syndrome d’excès apparent de
minéralocorticoïdes) soit génétique soit acquis (inhibiteur comme l’acide
glycérrhétinique contenu dans la réglisse ou le zan),

• syndrome de Liddle ou pseudo-hyperaldostéronisme (mutation activatrice du canal
épithélial sodique de la cellule du tubule collecteur, mimant une hyperactivité de
l’aldostérone).

• Hypokaliémie avec fuite urinaire de potassium et pression
artérielle normale ou basse :
– s’il existe une acidose métabolique :

• acido-cétose diabétique,

• acidose tubulaire rénale ;

– s’il existe une alcalose métabolique associée :
• la chlorurie est basse (<10 mmol/L) :
en cas de vomissements abondants ou prolongés ou d’aspiration gastrique
Diarrhées chroniques à chlore : mucoviscidose
• la chlorurie est élevée (> 20 mmol/L) :

diurétiques thiazidiques et de l’anse, responsables d’un effet kaliurétique

néphropathies avec perte de sel (néphropathies interstitielles chro-niques,
syndrome de Bartter, de Gitelman) ;

hypomagnésémies associées à des tubulopathies toxiques : amphotéricine
B, aminosides, cisplatine.<-h5>

Figure 7 : Démarche diagnostique devant une hypokaliémie

VII. AUTOEVALUATION

1) Concernant la kaliémie, citez la (ou les) proposition(s) vraie(s) :
– A) La kaliémie normale est comprise entre 3,3 et 4,5 mmol/l
– B) La kaliémie est finement régulée
– C) La kaliémie peut varier au cours de transfert vers le secteur intra-cellulaire
– D) La kaliémie peut varier au cours d’une diminution d’excrétion rénale
– E) La kaliémie correspond à la majeure partie du contenu corporel en potassium

- Rép : B, C,D

2) Concernant l’hypokaliémie, citez la (ou les) proposition(s) vraie(s) :
– A) Elle peut être secondaire à une baisse des apports alimentaires
– B) Elle peut être secondaire à un traitement par insuline
– C) Elle peut être secondaire à une alcalose
– D) Elle entraîne des troubles de la repolarisation
– E) Elle peut induire un iléus

- Rép : B, C, D, E

3) Concernant l’hyperkaliémie, citez la (ou les) proposition(s)
vraie(s) :
– A) Elle peut être secondaire à une baisse du DFG
– B) Elle peut être secondaire à une alcalose
– C) Elle peut entrainer une fibrillation ventriculaire
– D) Elle est très fréquemment d’origine médicamenteuse
– E) Elle peut entrainer une confusion

Rép : A, C, D