钾离子

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钾离子(K+)是金属元素钾的阳离子。

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钾离子

钾是人类营养中的一种必要宏量元素,也是动物细胞中主要的阳离子,同时在体液电解质平衡上非常的重要。大量血浆(约每天180升)在肾脏肾小球处过滤。因此一天约会过滤60200毫克的钠与33000毫克的钾。1000-10000毫克的钠及1000-4000毫克的钾需要在每天的饮食内被人体吸收。钠用以保持血液总体积及渗透压的恒定,而吸收钾以维持其于血清中的浓度(约每公升190毫克)。为维持钠含量,钠帮浦需要时常运作,钾有时也需要被保存,但因为血液中钾的含量非常少,且细胞中的钾常成枯竭状态,这种状况对钾来说并不是那么的重要。尿液在到达集尿管以前钾会被分泌两次并且被再吸收三次。从这点看来钾浓度在血清中一般是一样的。若钾元素从饮食中被排除,肾脏中的钾离子每天还是会有最小基本分泌量,约200毫克,而且绝不会被完全中断。正因为并不会完全被中断,若全身的钾下降到约平常的一半将会造成死亡。在这过程的最后如血清浓度太高,钾会被再一次分泌。

钾离子体内平衡

钾离子在日常饮食中以多种型态出现如:胺基酸钾、葡萄糖酸钾柠檬酸钾醋酸钾。钾离子不只可以间接控制体内的水平衡,也是神经脉冲肌肉收缩中不可或缺的离子。除此之外钾离子在人体之中另一项重要的功能是糖类(carbohydrate)的储存。

根据专家的建议,人一天最好摄取4到6公克的钾以避免钾离子不足。人体内的钾离子平衡通常由肾脏来调控,过多的钾离子则以尿液型式排出体外,但若体内的钾离子过多来不及排出则会造成严重的肌肉瘫痪以及心律不整

钾离子的不足或过量都会造成疾病,常见的有高血钾以及低血钾。一般来说钾离子的平衡是由钾离子主动运输帮浦达成,且有两种以上的荷尔蒙讯号影响;

  1. 胰岛素和肾上腺激素性儿茶酚胺(adrenergic catecholamines)可增加细胞膜上的钠钾帮浦对钾离子的通透性,促使钾离子由血液进入细胞;胰岛素则有回馈的作用,即高血钾会刺激胰岛素分泌但低血钾则有抑制作用。
  2. 甲状腺荷尔蒙会刺激钠钾帮浦的合成使血液中的钾离子进入细胞,故甲状腺功能亢进的患者可能发生低血钾症。
  3. 醛固酮(aldosterone)可借由影响肾脏对钾离子的分泌来调控体内的钾离子储存量。

肾脏对钾离子的调控

对于一般人来说,80-90%钾离子流失的途径主要是经由肾脏产生尿液而排泄,而只有少部份(10-20%)是经由粪便排出。因此肾脏对于钾离子的调控作用极为重要,以维持钾离子浓度在正常范围内。然而肾脏排泄钾离子过程大致分为三个阶段:

  1. 肾小球的过滤作用。
  2. 近曲小管再吸收已过滤钾离子的90-95%。
  3. 随着摄入钾离子的数量变化,远曲小管集尿管醛固酮作用下改变钾的分泌而维持平衡。

此外,由上述的介绍,我们可以知道肾脏对钾离子的分泌也可以受到醛固酮的影响,进而调控体内的钾离子储存量。因此,我们必须对于醛固酮有以下的了解:

  1. 什么是醛固酮:醛固酮是由肾上腺皮质层最外层所分泌的激素,而胆固醇为其原料,因此属于脂类物质。
  2. 醛固酮的作用:醛固酮可以维持人体血液中钾离子和钠离子的平衡。当血钾含量过高或血钠含量过低时,会刺激肾上腺使得醛固酮分泌量增加。而当醛固酮进入肾细胞后,会与细胞质中的醛固酮受体蛋白结合,然后再以这个复合物进入细胞核染色质上,转录再转译出一个称为醛固酮诱导蛋白的特殊蛋白。它可以对钠泵起作用,进而促进肾小管集尿管对钠离子的再吸收作用和分泌作用,来维持血钾和血钠含量的平衡。相反的,若血钾含量降低或血钠含量升高时,醛固酮的分泌就会减少,然后再以相对的作用维持平衡。
  3. 醛固酮分泌异常:
    • 分泌过多:醛固酮分泌过多,会使人体从尿液中大量排泄钾、镁等离子,但对于钠离子的排出反而减少,造成了血钾降低、血钠升高的现象。此时,体内水分和血浆的容量也会随着增加,使得血压升高形成高血压。而常见的症状如下:(1)肌肉感到无力而经常无缘无故跌倒;严重的话会导致肌肉瘫痪。(2)心肌功能改变而发生心律紊乱。(3)肾脏方面,容易引起肾小管的变质或坏死,导致肾小管功能紊乱,而使得尿的浓缩功能不佳,所以多数病人有频尿的现象,特别是夜间不仅次数增多,尿量也会增加。
    • 分泌过少:如果醛固酮分泌过少,会引起钠和水排出过多,造成血钠减少、血钾升高,进而有低血压、低血糖的现象,会产生食欲不振、肌力低下、易疲劳、体重减轻等症状。

钾离子失调的症状

由上列叙述可知,常见的症状为低血钾高血钾。以下分别将这两种症状作详细的介绍。

低血钾

  1. 现象:低血钾为常见的电解质异常,成年人人体钾离子总量约为3500meq,血浆中约3.5-4.8meq/L,细胞内含量150meq/L。体内细胞内外的钾离子是依赖钠-钾帮浦及ATPase来维持细胞内外的浓度差而以保持神经传导中的静止膜电位 ,也因此与心脏节律有很大的影响。
  2. 按照血清中钾离子的浓度大略分为:
    • 轻度低血钾症(血清钾浓度介于3.0至3.5 meq/L):没有特别的症状,不易被注意、察觉。
    • 中度低血钾症(血清钾浓度介于2.5至3.0 meq/L):症状像是感到疲倦及有便秘等。
    • 重度低血钾症(血清钾浓度小于2.5meq/L):肌肉坏死,神经肌肉麻痹,呼吸痺衰竭等威胁生命的症状。
  3. 常见造成的原因:
    • 药物的副作用,改变钾的吸收,或造成大量排泻。
    • 摄取减少、流失过多,如运动员长期大量流汗,病人有呕吐症状等。
    • 钾离子突然自细胞外转入细胞内。
    • 甲状腺亢进的低血钾症。
  4. 造成的影响:
  5. 诊断方式:低血钾症通常为测量血清中钾离子浓度而发现,很少为病发后才被为发现,血清中钾离子的浓度若有降低则代表生理中钾的恒定遭到破坏。抽血检验时,因白血球在室温下会摄取钾离子,白血球计数太高的检体(如白血病患者)在室温下存放过久其钾离子会降低,因此临床实验室收到检体时需立即分离血清。

高血钾

  1. 现象:血浆中钾离子浓度大于5.5meq/L时就被称为为高血钾。
  2. 常见造成的原因:
    • 肾脏衰竭,则维持平常的摄取量就可能引起
    • 肾的排出减少
    • 细胞遭破坏(例如烧烫伤)钾离子由细胞内转移至细胞外液
    • 使用诱发高钾血症的药物
  3. 造成的影响:
  4. 诊断方式:
    • 测量血清中钾离子的浓度,大于5.5meq/L即为高血钾症。
    • EKG变化:一般会有尖峰状T波(K+>6.0mEq/l);QRS和P波变宽(K+>7mEq/l)
    • 心室纤维颤动(K+>8 mEq/l)等现象。

生物上的应用

钾离子对于植物的营养很重要,大部份存在于土壤中。最主要在农业、园艺、水耕上用来当作肥料的有氯化钾KCl)、硫酸钾K2SO4)与硝酸钾KNO3)。在动物中则是利用钠钾帮浦来维持细胞生命。

食物上的应用

氯化钾通常被高血压病人用来代替盐,减少钠的摄入。芹菜汁中有丰富的钾,为钾很好的食物来源。[1][[美国农业部将番茄泥、柳橙汁、甜菜、白豆香蕉杏仁等含钾离子的食物来源列出。[2]

酒石酸钾钠(KNaC4H4O6)为泡打粉中主要的组成分。溴酸钾(KBrO3)为强氧化剂,用来作为面粉处理剂,不仅可以使面包更白,而且它可以使面

包更松更漂亮。由于能有效降低成本,许多面粉企业都使用溴酸钾。

亚硫酸钾(KHSO3)用来帮助食物的防腐,像是在酒和啤酒的制造,但不用于肉类。也用于漂白纺织品。

参见

注释

  1. Celery - Nutritional Analysis http://www.juicingbook.com/vegetables/celery
  2. Potassium / K (mg.) Content of Selected Foods per Common Measure, sorted by nutrient content | USDA National Nutrient Database for Standard Reference, Release 20 http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp/Data/SR20/nutrlist/sr20w306.pdf

参考资料

参考来源

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