Dit artikel gaat over een relatief bekende elektrolytenstoornis, namelijk hypokaliëmie. Je komt hem minder vaak tegen dan de hyperkaliëmie en hij is ook iets minder berucht maar toch niet te onderschatten. We gaan kijken naar oorzaken en gevolgen, met name gericht op het ECG.

Normaal gesproken wordt kalium in het bloed strak gereguleerd tussen de 3.5 tot 5.0 mmol/l. Hypokaliëmie komt voor in 20% van alle opnames in ziekenhuizen (Paice, 1986). Lagere waardes zijn geassocieerd met een 10x hogere mortaliteit (Paltiel O, 2001) waarbij een 5x hoger mortaliteit door VF wordt gelinkt aan hypokaliëmie in vergelijking met mensen zonder hypokaliëmie (Kjeldsen, 2010).  Hogere en lagere waarden zorgen voor elektrofysiologische effecten die aritmieën in de hand spelen. Dat komt niet alleen door de afwijkende serumkalium maar ook door de balans (of disbalans) in de cel tussen natrium (Na⁺), kalium (K⁺) en calcium (Ca²⁺). Deze stofjes hebben een nauw verband door de Na⁺-, K⁺ ATPasepomp en Na⁺ – CA²⁺uitwisseling pomp. Dus hypo- maar ook hyperkaliëmie hebben een directe impact op Na⁺ en Ca²⁺ als ook de K⁺ balans.

ECG kenmerken hypokaliëmie

Hieronder zie je de belangrijkste ECG kenmerken van hypokaliëmie. Later komen we er op terug.

  • Toename P-top amplitude
  • PR-interval verlenging
  • Toename amplitude U-golven
  • Diffuse ST-depressies en T-top inversies

Hieronder gaan we uitgebreid uitleggen hoe deze ECG veranderingen tot stand komen, echter is dit zeer ingewikkelde materie. Als je het heel erg vereenvoudigt ontstaan de elektrische problemen bij hypokaliëmie door de volgende factoren:

Kalium in het lichaam

In ons lichaam zit zo’n 45 mmol kalium per kilogram lichaamsgewicht. Daarvan zit zo’n 90% intracellulair, 2% extracellulair en zo’n 8% zit in het bot. Kalium wordt in het lichaam gemakkelijk opgenomen via het maag-darm kanaal. Het wordt vrijwel volledig uitgescheiden via de nieren onder invloed van aldosteron.

Kalium heeft een duidelijke link met de pH van ons bloed. Er is een omgekeerde relatie, wat wil zeggen dat als de pH daalt het kalium stijgt en vice versa. Het kalium daalt ongeveer 0,3 mmol/L voor iedere 0,1 punt stijging van de pH boven de 7,45. Bij een alkalose zal kalium verschuiven naar intracellulair en het serum kalium dus dalen, bij correcte van de alkalose zal het serum kalium weer stijgen. Bij een acidose is dus dus precies andersom.

De belangrijkste functie van intracellulair kalium is invloed uitoefenen op de osmolaliteit van de cel. Ook heeft het invloed op het intracellulair volume, op de neuromusculaire prikkelbaarheid van de cellen. Daarnaast is kalium belangrijk bij onder andere de eiwit en glycogeen synthese en het koolhydraatmetabolisme.

Pathofysiologie

Om de pathofysiologie goed te begrijpen is kennis van de normale actiepotentiaal nodig.

Kalium is het belangrijkste intracellulaire kation en is 30 tot 40 keer geconcentreerder aanwezig ten opzichte van de extracellulaire concentratie door activiteit van Na⁺- K⁺ ATPase pomp (beter bekend als natrium-kalium pomp) in het plasmamembraam. Deze gebruikt (hydrolyseert) ATP om 3 Na⁺ ionen de cel uit te pompen in ruil voor 2 K⁺ ionen die de cel ingepompt worden, wat een uitwaartse (meer negatieve) stroom genereert in het proces. Omdat de meeste cellen tijdonafhankelijke K+-ion kanalen in hun plasmamembraan tot expressie brengen, genereert de hoge selectieve permeabiliteit voor K⁺-ion kanalen ten opzichte van andere ionen een negatief rustpotentiaal (Em) dat het K⁺-evenwichtspotentieel (Ek) benadert, zoals bepaald door de Nernst-vergelijking (Wet van Nernst)(-95 mV voor extracellulair en intracellulair K⁺ van respectievelijk 4.0 en 140 mmol/l).

In prikkelbare weefsels zoals het hart stabiliseert de negatieve rustpotentiaal de werkende atriale en ventriculaire myocyten tijdens de diastole. Hierdoor wordt voorkomen dat nadepolarisaties kunnen ontstaan die voortijdige extrasystolen veroorzaken. Om deze reden wordt het serum K⁺ sterk gereguleerd tussen de normaalwaarden van 3.5 tot 5.0 mmol/l. Buiten deze grenzen heeft dit elektrofysiologische effecten waaruit aritmieën kunnen ontstaan. Niet alleen door de directe afwijking van kalium maar ook door de balans tussen kalium, natrium en calcium die sterk gekoppeld zijn aan elkaar door de Na⁺- K⁺-ATPase pomp en Na⁺- Ca²⁺ wisselaar. Dus hypo- en hyperkaliëmie hebben direct impact op Na⁺ en Ca²⁺ als ook de balans van K⁺.

Repolarisatiereserve

Een belangrijk begrip om te begrijpen is de repolarisatiereserve. Repolarisatiereserve werd door Roden (2008) bedacht om uit te kunnen leggen hoe de ontwikkeling van Torsade de Pointes bij het gebruik van medicatie die repolarisatie van individuele cellen verlengd werkt. Repolarisatiereserve betekent dat er onder normale omstandigheden een aanzienlijke reserve is in uitgaande repolarisatiestroom. De repolarisatie wordt dus niet gecontroleerd door één enkel ionkanaal maar er is een aanzienlijke overlap en overschot in openen en sluiten van verschillende ionkanalen. Dus een medicijn dat één ionkanaal blokkeert zal dus niet zorgen voor het falen van depolarisatie of duidelijke QT-verlenging veroorzaken, tenzij er een ander kanaal is geblokkeerd.

Hypokaliëmie remt K+ geleiding en Na⁺- K⁺ATPase-acitiviteit, waardoor Na⁺- en Ca²⁺ ophoping ontstaat. Door de stapeling van Ca²⁺ in de cel activeert dit Ca²⁺-calmodulinekinase (CaMK)-signalering wat zorgt voor vermindering van de repolarisatiereserve. Er worden namelijk late Na⁺ en Ca²⁺ stromen op gang gebracht (door de ophoping) en daardoor kunnen nadepolarisaties ontstaan met aritmie tot gevolg. Dit wordt nog eens versterkt als er K⁺ kanaal blokkerende medicatie gebruikt.

Hypokaliëmie ontstaat meestal als een complicatie op diuretica gebruik bij de behandeling van hypertensie, hartfalen, nieraandoeningen of andere ziektes. De directie elektrofysiologische effecten betrekken rustpotentiaal hyperpolarisatie, inhiberen van de Na⁺ -K⁺ ATPase pomp en onderdrukking van K⁺ kanaal geleiding wat een verlenging van de duur van het actiepotentiaal geeft, afname van repolarisatiereserve en daarnaast dus risico op nadepolarisaties met aritmie tot gevolg.

Chaos

Vermindering van de repolarisatiereserve zorgt ervoor dat de duur van de actiepotentiaal op een heterogene manier kan veranderen. Ofwel: bepaalde gebieden repolariseren sneller of trager dan andere gebieden. En dat is een goede voedingsbodem voor het ontstaan van aritmie.

Door de gap junctions in myocardcellen wordt er normaal gesproken voor gezorgd dat er weinig verschil in actiepotentiaal zit tussen aangrenzende cellen en gebieden. Het chaotische gedrag bij verminderende repolarisatiereserve zorgt ervoor dat sommige regio’s synchroon vroege nadepolarisaties vertonen, waar nabijgelegen regio’s dit niet doen. Dit fenomeen heet regionale chaos synchronisatie.

Het gevolg hiervan is dat His-Purkinje vezels of gebieden van het myocard met vroege nadepolarisatie het drempelpotentiaal bereiken voor getriggerde activiteit. De extrasystole die hieruit ontstaat kan doorgegeven worden in herstelde cellen zonder vroege nadepolarisatie, maar worden geblokt in gebieden die synchroon vroege nadepolarisatie hebben gehad en hierdoor refractair zijn. Dit kan dan echter weer re-entry veroorzaken. Onder deze omstandigheden kan re-entry een speciale eigenschap hebben genaamd bi-excitabiliteit, waarin 2 soorten onstabiele geleidingspaden (pad van myocardcellen die wel toegankelijk zijn) naast elkaar bestaan. Door incomplete repolarisatie ontstaan kronkelend trage padden van cellen die gebruik maken van de L-type Ca²⁺ stroom (Kan zich uiten in Torsade de Pointes en polymorfe VT), waar complete repolarisatie snelle geleidingsbanen gebruiken door Na⁺ stromen (kan zich uiten in polymorfe VT en ventrikelfibrilleren).

Dit mechanisme van aritmie wordt focal re-entry fibrillatie genoemd omdat de onstabiele geleidingsbanen vaak vanzelf uitdoven maar nieuwe geleidingsbanen worden geïnitieerd bij voortdurende vroege nadepolarisaties en dus getriggerde activiteit, die ontstaan uit His-Purkinje vezels en/of ventrikelmyocardcellen.

K+ en Ca+

Door een laag serumkalium ontstaat er hyperpolarisatie van het rustmembraampotentiaal. Met andere woorden: het rustmembraampotentiaal stijgt zonder significante stijging van in de actiepotentiaalduur. Tevens remt hypokaliëmie de Na⁺- K⁺- ATPase pomp. Hierdoor stijgt de Na⁺ concentratie in de cel en deze verhoging remt het vermogen van de Na⁺- Ca²⁺ wisselaar om Ca²⁺ uit de cel te verwijderen, wat resulteert in spontane diastolische Ca²⁺ golven.

Hypokaliëmie verlengt de duur van het actiepotentiaal door vermindering van uitwaartse stroom door K⁺ kanalen en Na⁺-K⁺ ATPase pomp. Door de verlengde duur van de actiepotentiaal wordt de influx van Ca²⁺ verhoogd. Ondertussen is het verwijderen van intracellulaire Ca²⁺ via Na⁺-Ca²⁺ wisselaar zoals reeds gezegd verminderd door de verhoogde intracellulaire Na⁺ concentratie. door remming van de natrium-kalium pomp.

Deze dingen samen verzorgen een verhoging van Ca²⁺ in het cytoplasma, waardoor CaMK geactiveerd wordt. CaMK zijn enzymen die fosfaat weg transporteren van ATP naar andere eiwitten. Dit heeft weer elektrische gevolgen waardoor vermindering van de repolarisatiereserve en nadepolarisaties kunnen optreden. Dit gaat via allerlei ingewikkelde mechanismen. Hieronder zie je daar een weergave van.

ECG afwijkingen bij hypokaliëmie

Net als bij hyperkaliëmie het geval is, zijn ook de ECG afwijkingen bij hypokaliëmie absoluut niet 100% betrouwbaar. Er zit veel verschil tussen de uitingen van het kaliumgehalte op het ECG tussen patiënten. Sommige patiënten laten de klassieke veranderingen zien, andere patiënten hebben een enorm laag kalium en daarbij een volledig normaal ECG. Dat gezegd hebbende, de veranderingen waarvan we weten dat ze kunnen optreden zijn alsvolgt,in chronologische volgorde:

  • U-golf amplitude neemt toe, uiteindelijk hoger dan T-top amplitude
  • P-top amplitude, P-top duur en PR-interval kunnen toenemen
  • Breder en vlakker worden van T-toppen, later ook T-top inversies
  • ST-depressies, kan samen met T-top inversies ischemie simuleren

Overige zaken die je kunt tegenkomen:

Hieronder zien we een voorbeeld ECG. We zien een sinusbradycardie zien met diffuus afgevlakte T-toppen en zeer prominente U-golven. Deze zijn het best zichtbaar in V2-V3. Kalium in deze casus was 2.4. Het was je misschien ook opgevallen dat afleiding V1 niets registreert, daar is de elektrode misplaatst.

Het tweede voorbeeld, hieronder, laat een sinusritme zien met ST-depressies en verlengde QT-tijd, afgevlakte T-toppen en prominente U-golven. Kalium 1,5 mmol/l.

Dit laatste voorbeeld laat een sinusritme zien met PQ-verlenging, smalle QRS-complexen, verlengd QT-tijd en wederom prominente U-golven.

Afsluiting

Bedankt voor het lezen van dit artikel. Vergeet je niet te abonneren op ons YouTube-kanaal. Ook zijn we te volgen op LinkedIn en Instagram! Verspreid het kanaal ook vooral onder je collega’s en andere geïnteresseerden, dat wordt enorm gewaardeerd!

Categorized in:

Elektrolyten

Tagged in:

,