Nagły zgon sercowy (NZS), definiowany jako „naturalny zgon spowodowany niespodziewanym zatrzymaniem krążenia i występujący w ciągu 1 godziny od pojawienia się objawów choroby lub w czasie snu”, jest problemem o skali epidemicznej (~10% rocznej śmiertelności, 1 zgon/1000 osobników populacji generalnej rocznie, w Polsce ~50 tys. NZS rocznie) (1-3). Przyczyną NZS są głównie groźne zaburzenia rytmu, takie jak częstoskurcz komorowy i migotanie komór (2, 4-7). Dlatego identyfikacja mechanizmów powstawania i opracowanie metod prewencji tych arytmii jest ważnym wyzwaniem dla współczesnej kardiologii.

NZS może być traktowany jako „wypadek” elektrofizjologiczny, którego zaistnienie wymaga „zbiegu następujących trzech okoliczności”: (a) obecności substratu – w postaci organicznej choroby serca skutkującej zmianami anatomicznymi, takimi jak blaszki miażdżycowe, blizny, zwłóknienie miokardium, przebudowa elektryczna miokardium itp., (b) obecności czynnika wyzwalającego – w postaci zmian środowiska życiowego miocytów i/lub komórek układu His-Purkinje (niedokrwienie/reperfuzja, zaburzenia elektrolitowe z hypokalemią na czele, aktywacja współczulna sama i/lub skutkująca hypokalemią itp.) wywołujących potencjalnie arytmogenne zaburzenia czynności elektrycznej komórek sercowych, oraz (c) specjalnej konstelacji zmian elektrofizjologicznych potrzebnych do wystąpienia mechanizmu pobudzenia krążącego (re-entry) stanowiącego podstawę > 90% groźnych arytmii takich jak częstoskurcz komorowy i migotanie komór (ryc. 1). Za słusznością tego trójskładnikowego modelu NZS przemawiają dwa fakty. Po pierwsze, powszechnie występujące komorowe pobudzenia dodatkowe (PVC) i nieutrwalony częstoskurcz komorowy (NSVT) pozostają bez wpływu na ryzyko występowania NZS w populacji osób zdrowych, a są predykatorem występowania NZS wśród osób z organicznymi chorobami serca (2). Podobnie Farmingham Heart Study wykazało, że hypokalemia nie ma wpływu na rokowanie u osób zdrowych (8). Jest natomiast niezależnym czynnikiem ryzyka występowania arytmii u pacjentów z chorobą sercowo-naczyniową (9, 10). Tematem obecnego przeglądu literatury jest hypokalemia, o której wiadomo, że jest bardzo częstym zaburzeniem elektrolitowym w chorobach sercowo-naczyniowych związanym z zaburzeniami neurohormonalnymi towarzyszącymi tym chorobom oraz że jest czynnikiem ryzyka groźnych arytmii, ale również czynnikiem skutkującym proarytmicznymi komórkowymi zmianami elektrofizjologicznymi.

Hypokalemia, definiowana jako poziom K⁺ w surowicy poniżej 3,5 mM, jest częstym zaburzeniem elektrolitowym. Dla przykładu, jej obecność obserwowano u ~20% pacjentów przebywających aktualnie w szpitalu (11), u 10-40% osób leczonych lekami moczopędnymi niezatrzymującymi potasu, zwłaszcza lekami tiazydowymi (9) oraz u 7-17% pacjentów z różnymi postaciami choroby sercowo-naczyniowej (tab. 1) (9).

Najczęstsze przyczyny hypokalemii w kardiologii to: (a) leczenie diuretykami niezatrzymującymi potasu, (b) aktywacja endogennego układu renina-angiotensyna-aldosteron (RAA) oraz (c) aktywacja układu współczulnego (9-13). W rzeczywistości czynniki te najczęściej współistnieją u pacjentów kardiologicznych, więc ich efekty mogą się nawzajem wzmacniać (tab. 2).

Potas bierze udział w regulacji objętości komórek, regulacji pH komórkowego, a także regulacji aktywności różnych enzymów, w tym ATP-azy sodowo-potasowej (pompy Na⁺/K⁺). Aktywność pompy Na⁺/K⁺ i duży przezbłonowy gradient K⁺ (wnętrze ~140 mM, zewnętrze 3,5-5,0 mM) decydują o potencjale spoczynkowym komórek, a w przypadku tkanek pobudliwych (tkanka nerwowa, mięśnie, serce) także o ich pobudliwości i przewodzeniu impulsów elektrycznych. Każde zaburzenie przezbłonowego gradientu K⁺, czy to poprzez zmianę zewnątrzkomórkowego stężenia K⁺, czy komórkowej zawartości K⁺ może skutkować zaburzeniami czynności tych tkanek. Dodatkowo, na drodze nieznanego mechanizmu hypokalemia jest czynnikiem indukującym naczyniowy stres oksydacyjny, a wzrost poziomu K⁺ we krwi zmniejsza naczyniową produkcję wolnych rodników (14).

Sód jest jonem głównie pozakomórkowym, a K⁺ wewnątrzkomórkowym. Około 98% ustrojowych zasobów K⁺ (~3600 mmoli) znajduje się w komórkach, w tym, ze względu na ich dużą masę, głównie w mięśniach szkieletowych (2600 mmoli), a jedynie 2% w płynie zewnątrzkomórkowym (~65 mmoli) (ryc. 2) (12-14). Fakt, że pula zewnątrzkomórkowego K⁺ jest bardzo mała (~2% całości), sprawia, że pomiary zawartości K⁺ we krwi bardzo słabo informują o komórkowej zawartości K⁺. Generalnie przyjmuje się, że obniżenie stężenia potasu w surowicy o kolejne 0,3 mM oznacza zubożenie ustrojowych zasobów K⁺ o kolejne ~100 mmoli/l. Stąd stężenie K⁺ w surowicy ~3 mM oznaczałoby deficyt ustrojowy K⁺ wynoszący ~200 mmoli/l (12).

Pula zewnątrzkomórkowego K⁺ podlega stałej intensywnej wymianie i jest ściśle regulowana. W życiu codziennym głównymi czynnikami zakłócającymi homeostazę K⁺ są dieta (dzienna pokarmowa podaż K⁺ wynosi ~100 mmoli/l, a zawartość K⁺ w płynie zewnątrzkomórkowym to jedynie 65 mmoli/l) (ryc. 2) oraz wysiłek fizyczny. Komórki mięśni szkieletowych charakteryzują się dużą ekspresją kanałów potasowych, przez które K⁺ wypływa w czasie skurczu, a także dużą ekspresją pompy Na⁺/K⁺, która transportuje K⁺ z powrotem do komórek. Ze względu na dysproporcje w wielkości pul K⁺, niewielkie zmiany w puli wewnątrzkomórkowego K⁺ skutkują ogromnymi zmianami stężenia K⁺ w przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Dla przykładu, w czasie maksymalnego wysiłku mięśnie tracą ~40 mmoli/min K⁺, co oznacza, że stężenie K⁺ we krwi może się w tym czasie prawie podwoić. Z drugiej strony, obliczenia wskazują, że maksymalna aktywacja pompy Na⁺/K⁺ obecnej w mięśniach całego ciała mogłaby teoretycznie skutkować dokomórkowym transportem ~130 mmoli/min K⁺, co w ciągu ~30 sekund zredukowałoby poziom K⁺ we krwi do zera (13).

Głównymi strażnikami stałości poziomu K⁺ we krwi i ogólnie homeostazy potasowej są: aldosteron – stymulujący nerkowe wydalanie K⁺, oraz insulina i katecholaminy – aktywujące dokomórkowy transport K⁺ i jego wewnątrzkomórkową akumulację (ryc. 2) (11-13). Patologie, a także terapie, którym towarzyszą zmiany poziomów i/lub aktywności tych trzech substancji czynnych, mogą skutkować zaburzeniami homeostazy K⁺. Dotyczy to różnych chorób endokrynologicznych (12), ale także kardiologicznych (tab. 2).

Na poposiłkową regulację homeostazy K⁺ składają się trzy elementy: (a) K⁺ w pokarmie na drodze sygnalizacji przewód pokarmowy-nerka skutkuje zwiększonym wydalaniem K⁺ przez nerki. Mechanizm tej sygnalizacji jest niejasny, ale wyprzedza ona w czasie poposiłkowy wzrost poziomu K⁺ i aldosteronu we krwi (15); (b) poposiłkowy wzrost poziomu K⁺ we krwi stymuluje produkcję aldosteronu, który aktywuje nerkowe wydalanie K⁺, oraz (c) poposiłkowy wzrost poziomu K⁺ we krwi stymuluje produkcję insuliny, która aktywuje komórkową sekwestrację K⁺. Istnieje sprzężenie zwrotne między poziom K⁺ we krwi i wydzielaniem aldosteronu i insuliny, hyperkalemia wydzielanie to aktywuje, a hypokalemia je hamuje (11-13).

Aldosteron uczestniczy w bieżącej regulacji homeostazy K⁺, ale w różnych stanach patologicznych może być przyczyną dysregulacji tej homeostazy. Dla przykładu, główną przyczyną utraty K⁺ i hypokalemii u pacjentów leczonych diuretykami tiazydowymi i pętlowymi jest, wtórne do podiuretykowej utraty Na⁺ i hipowolemii, zwiększone uwalnianie reniny, aktywacja układu RAA i stymulowana przez aldosteron nerkowa utrata K⁺ (16). Zgodnie z tym mechanizmem, inhibitory receptora aldosteronowego skutecznie redukują częstość podiuretykowej hypokalemii, a także występowanie arytmii komorowych i NZS u pacjentów leczonych diuretykami. Natomiast zwykła suplementacja K⁺ nie miała takiego efektu (9, 16). Podobnie, spowodowana hipowolemią aktywacja układu RAA i wtórny hiperaldosteronizm jest ważną częścią mechanizmu hypokalemii towarzyszącej intensywnym wymiotom i biegunkom (12). Obok hipowolemii (hipotonii), innymi ważnymi czynnikami pobudzającymi wydzielanie reniny i aktywność całego układu RAA są hiponatremia i aktywacja współczulna (poprzez aktywację receptorów β-adrenergicznych) (17, 20). Z drugiej strony angiotensyna II i aldosteron, działając na różnych poziomach, skutkują zwiększoną aktywacją współczulną (17-19). Na udział układów RAA i układu współczulnego w dysregulacji homeostazy K⁺ u pacjentów kardiologicznych wskazuje fakt, że leki blokujące aktywność układu RAA oraz β-blokery zwiększają stężenie K⁺ w surowicy (10, 12, 13) lub zapobiegają hypokalemii, ostremu niedokrwieniu i zawałowi serca (9).