StudyMed医師国家試験

カリウムは細胞の内と外を行き来する―利尿薬と酸塩基で読み解く体液平衡

第109回医師国家試験 E問題 第20問

国試問題にチャレンジ

第109回 E問題 第20問

体液平衡について正しいのはどれか。

  1. a.ADH不適合分泌症候群〈SIADH〉では体液量は減少している。
  2. b.炭酸脱水酵素阻害薬は代謝性アルカローシスをきたす。
  3. c.ループ利尿薬は代謝性アシドーシスをきたす。
  4. d.代謝性アシドーシスは血清Kを上昇させる。
  5. e.塩分負荷は血清Kを上昇させる。

対話形式の解説

ドクタードクター
今回は水・電解質・酸塩基平衡の基本をまとめて確認する問題だ。選択肢はばらばらに見えるけれど、「体液の量と濃度を区別すること」「利尿薬が尿細管のどこに効くか」「カリウムが細胞の内外をどう動くか」の3つに整理すると一気に見通しがよくなるよ。まずSIADHから考えてみよう。
医学生医学生
SIADHは低Na血症になる病気なので、Naが足りない、つまり体液量も減っているイメージがあります。
ドクタードクター
そこがよくある誤解なんだ。体液の「量」を決めるのは体内の総Na量で、主にレニン-アンジオテンシン-アルドステロン系が調節している。一方、血清Naの「濃度」を決めるのは水の出入りで、こちらはADHと口渇が担当だ。SIADHは低浸透圧なのにADHが抑制されず、水が貯まって薄まる希釈性の低Na血症なんだよ。
医学生医学生
水が貯まっているなら、むしろ体液量は増えているということですか。
ドクタードクター
その通り、わずかに増える。ただ増えた分はナトリウム利尿で調整されるので浮腫が出るほどにはならず、臨床的には体液量はほぼ正常と評価する。脱水や嘔吐・下痢、副腎不全のような体液量減少型の低Na血症とは区別しなければならない。だから「体液量は減少している」は誤りだ。
医学生医学生
腎臓内科の講義で、低Na血症はまず体液量で3つに分けると習ったのを思い出しました。SIADHは正常のグループですね。
ドクタードクター
よく覚えているね。次は利尿薬だ。炭酸脱水酵素阻害薬、たとえばアセタゾラミドはどこに効いて、何が起こるかな。
医学生医学生
近位尿細管です。炭酸脱水酵素が止まるとHCO3−の再吸収ができなくなるので……あ、アルカリが尿に逃げるからアシドーシスになるんですね。
ドクタードクター
正解。HCO3−が尿中に失われて、アニオンギャップ正常の代謝性アシドーシスになる。近位尿細管性アシドーシスと同じ状態だ。この性質を逆手にとって、代謝性アルカローシスの補正に使うこともあるくらいだから、「アルカローシスをきたす」は誤り。
医学生医学生
ループ利尿薬はどうでしょう。薬理学の講義で「フロセミドは低K血症」と覚えたのですが、酸塩基までは自信がありません。
ドクタードクター
Henleループ上行脚のNa-K-2Cl共輸送体を阻害すると、Cl−に富む液が失われて細胞外液が減り、残ったHCO3−が相対的に濃くなる。これが濃縮性アルカローシスだ。さらに体液量減少でアルドステロンが増え、集合管に届くNaと尿流量も増えるから、H+とK+の分泌が進む。結果は低K血症を伴う代謝性アルカローシス。サイアザイドも同じ方向だよ。
医学生医学生
ということは、利尿薬で代謝性アシドーシスを起こすのは炭酸脱水酵素阻害薬とK保持性利尿薬のほう、と整理すればいいですか。
ドクタードクター
その整理でばっちりだ。では残る2つ、カリウムの話に入ろう。体内のK+の約98%はどこにあるか知っているかな。
医学生医学生
細胞内です。だから細胞外のKは少なくて、少し動くだけで血清K値が大きく変わるんですよね。
ドクタードクター
そう、それが鍵になる。代謝性アシドーシスでは、増えたH+が細胞内へ入って緩衝される。そのとき電気的な中性を保つために細胞内のK+が外へ出てくる。だから血清Kは上昇する。これが正解だ。逆にアルカローシスではK+が細胞内に入り、血清Kは下がる。
医学生医学生
でも臨床実習で、下痢が続いて代謝性アシドーシスなのに低K血症だった患者さんを見ました。矛盾しませんか。
ドクタードクター
鋭い疑問だね。血清K値は「細胞内外の移動」と「体外への喪失」の総和で決まる。下痢や尿細管性アシドーシスでは腸管や腎からK+が大量に失われるので、細胞外への移動があってもトータルでは低K血症になることが多い。また細胞外への移動は塩酸のような無機酸負荷で目立ち、乳酸アシドーシスやケトアシドーシスでは比較的小さいとされている。原則と例外をセットで押さえておこう。
医学生医学生
最後の塩分負荷はどうですか。Naが増えればKも上がりそうな気がしてしまいます。
ドクタードクター
実は逆方向に働くんだ。食塩を負荷すると集合管に届くNa+と尿流量が増え、Na+の再吸収と引き換えにK+の分泌が促される。一方で体液量が増えればアルドステロンが抑えられるので、その効果は打ち消し合い、血清Kは大きくは変わらないか、むしろ下がりうる。上昇させることはないから誤りだ。血清Kを上げるのは、Kの多い果物や生野菜の大量摂取、K製剤、RAAS阻害薬、腎機能障害などだね。
医学生医学生
Kの細胞内外移動を使ったものといえば、高K血症の治療もそうですよね。
ドクタードクター
その通り。グルコース・インスリン療法、β2刺激薬、炭酸水素ナトリウムは、いずれもK+を細胞内へ移動させて一時的に血清Kを下げる治療だ。根本的に体外へ出すには、利尿薬、陽イオン交換樹脂、透析が必要になる。インスリン欠乏や高血糖による高浸透圧、横紋筋融解や腫瘍崩壊のような細胞崩壊でも血清Kは上がるから、高K血症を見たら「移動」と「排泄低下」の両面から原因を探す習慣をつけよう。
医学生医学生
SIADHも、治療の基本は水制限で、補正を急ぐと浸透圧性脱髄症候群が怖いんでしたね。
ドクタードクター
よく覚えているね。体液平衡の問題は丸暗記よりも、何が量を決め、何が濃度を決め、K+がどこへ動くかという原理から考えるのが一番の近道だよ。

まとめ

体液の量は総Na量(RAAS)が、血清Na濃度は水の出入り(ADHと口渇)が決めており、SIADHは水の調節異常による希釈性低Na血症で体液量はほぼ正常です。利尿薬では、近位尿細管でHCO3−再吸収を妨げる炭酸脱水酵素阻害薬が代謝性アシドーシスを、ループ利尿薬やサイアザイドは低K血症を伴う代謝性アルカローシスをきたします。K+の大部分は細胞内にあるため、代謝性アシドーシスではH+と交換にK+が細胞外へ出て血清Kが上昇し、アルカローシスでは低下しますが、下痢や尿細管性アシドーシスのようにK+喪失を伴う場合は低K血症となりうるため、移動と喪失の総和で考えることが大切です。塩分負荷は集合管でのK+分泌を促す方向に働き、血清Kを上昇させません。こうした原理の理解は、電解質異常の鑑別や高K血症の緊急治療の判断に直結します。

解答・解説

正解はdです

本問は、水・電解質・酸塩基平衡に関する基本事項をまとめて確認する問題である。各選択肢は次の3つのテーマに分けて整理するとわかりやすい。

1. 水バランスとNaバランスの区別(選択肢a)

体液の「量」(特に細胞外液量)を決めるのは体内の総Na量であり、レニン-アンジオテンシン-アルドステロン系(RAAS)などがこれを調節する。一方、血清Na「濃度」(=血漿浸透圧)を決めるのは水の出入りであり、抗利尿ホルモン(ADH、バソプレシン)と口渇がこれを調節する。SIADHは水の調節の異常であり、Naの調節には本質的な異常がないことがポイントになる。

2. 利尿薬と酸塩基平衡(選択肢b、c)

利尿薬は作用する尿細管の部位によって、酸塩基平衡への影響が異なる。近位尿細管で重炭酸イオン(HCO3−)の再吸収を妨げる薬はアシドーシスを、遠位側へのNa到達量を増やしアルドステロン作用を強める薬はアルカローシスを起こす。

3. カリウムの細胞内外移動と腎排泄(選択肢d、e)

K+の約98%は細胞内にあり、細胞外液中のK+はわずかである。そのため細胞内外のわずかな移動でも血清K値は大きく変わる。酸塩基平衡の変化、インスリン、カテコラミン(β2刺激)などがこの移動に影響する。長期的なK+バランスは、主に腎の集合管でのK+分泌(アルドステロンと、遠位尿細管へのNa+到達量・尿流量に依存)で調節される。 これらの原則に照らすと、代謝性アシドーシスでは細胞外のH+が細胞内に入り、代わりにK+が細胞外へ出るため血清Kが上昇する、という記述が正しい。

選択肢考察

  1. ×a.  ADH不適合分泌症候群〈SIADH〉では体液量は減少している。

    SIADH(syndrome of inappropriate secretion of antidiuretic hormone)は、血漿浸透圧が低いにもかかわらずADHの分泌が抑制されず、腎集合管で水の再吸収が続くことで水が体内に貯留し、希釈性の低Na血症をきたす病態である。貯留した水によって体液量はむしろ軽度に増加するが、体液量の増加に反応してナトリウム利尿(ナトリウム利尿ペプチドの分泌増加、アルドステロン抑制など)が起こるため、浮腫を生じるほどには増えず、臨床的には体液量は正常(ほぼ正常〜軽度増加)と評価される。体液量が減少している低Na血症(脱水、嘔吐・下痢、利尿薬、副腎不全など)とは区別しなければならない。

  2. ×b.  炭酸脱水酵素阻害薬は代謝性アルカローシスをきたす。

    近位尿細管では、炭酸脱水酵素の働きにより、濾過されたHCO3−の大部分が再吸収される。アセタゾラミドなどの炭酸脱水酵素阻害薬はこの過程を妨げるため、HCO3−が尿中に失われ、血中HCO3−が低下する。その結果、アニオンギャップ正常(高Cl性)の代謝性アシドーシスをきたし、近位尿細管性アシドーシス(2型RTA)と同様の状態になる。遠位へのNa+到達量の増加によりK+排泄も増え、低K血症を伴いやすい。この性質を利用して、代謝性アルカローシスの補正に用いられることもある。

  3. ×c.  ループ利尿薬は代謝性アシドーシスをきたす。

    ループ利尿薬(フロセミドなど)はHenleループ上行脚のNa+-K+-2Cl−共輸送体を阻害する。これにより、(1) Cl−に富む液が失われ細胞外液量が減少する(HCO3−は残るため相対的に濃縮される:濃縮性アルカローシス)、(2) 体液量減少によりRAASが活性化され、アルドステロンが集合管でのH+とK+の分泌を促す、(3) 集合管へのNa+到達量と尿流量が増え、H+・K+の分泌がさらに増える。これらの結果、低K血症を伴う代謝性アルカローシスをきたす。サイアザイド系利尿薬も同様に代謝性アルカローシスと低K血症を起こす。

  4. ○d.  代謝性アシドーシスは血清Kを上昇させる。

    代謝性アシドーシスでは、細胞外に増えたH+が細胞内へ移動して緩衝される。このとき電気的中性を保つため、細胞内のK+が細胞外へ移動し、血清K値が上昇する。この細胞外へのK+移動は、塩酸(または塩化アンモニウム)負荷のような無機酸によるアシドーシスで目立ち、乳酸アシドーシスやケトアシドーシスなど有機酸によるアシドーシスでは比較的小さい(有機酸の陰イオンがH+とともに細胞内へ入りやすいためと考えられている)。ただし、実際の血清K値はK+の出入りの総和で決まる。下痢や尿細管性アシドーシス(近位型・遠位型)による代謝性アシドーシスでは、腸管や腎からK+が失われるため、細胞外への移動があってもむしろ低K血症を伴うことが多い点に注意する。逆にアルカローシスではK+が細胞内へ移動して血清Kは低下する。高K血症の鑑別では、こうした細胞内外の移動も考慮する。

  5. ×e.  塩分負荷は血清Kを上昇させる。

    食塩(NaCl)を負荷すると、遠位尿細管・集合管へのNa+到達量と尿流量が増え、Na+の再吸収と引き換えにK+の分泌が促進される方向に働く。一方で、Na+の貯留により体液量が増えるとRAASが抑制されアルドステロンが減少するため、K+分泌促進の効果は打ち消される。結果として血清Kは原則として大きく変化せず、むしろ低下しうることはあっても、上昇させることはない。血清Kを上昇させるのは、K+を多く含む果物・生野菜の大量摂取、K製剤やRAAS阻害薬、腎機能障害などである。

SIADHの診断のポイント

・低Na血症と血漿浸透圧の低下があるのに、尿浸透圧が不適切に高い(100 mOsm/kg以上) ・尿中Na排泄が持続している(通常20〜30 mEq/L以上) ・脱水所見や浮腫がなく、体液量はほぼ正常 ・腎機能・副腎皮質機能・甲状腺機能は正常 ・血漿ADHが低浸透圧にもかかわらず抑制されていない ・BUNや血清尿酸値が低めになりやすい 原因として肺小細胞癌などの異所性ADH産生腫瘍、中枢神経疾患(髄膜炎、頭部外傷、くも膜下出血など)、肺疾患(肺炎など)、薬剤(ビンクリスチン、カルバマゼピン、SSRIなど)がある。治療の基本は水制限であり、バソプレシンV2受容体拮抗薬(トルバプタン)も用いられる。低Na血症を急速に補正すると浸透圧性脱髄症候群をきたすため、補正速度に注意する。

利尿薬と酸塩基・電解質異常の整理

・炭酸脱水酵素阻害薬(アセタゾラミド):近位尿細管に作用。代謝性アシドーシス(AG正常)、低K血症。 ・ループ利尿薬(フロセミド):Henleループ上行脚。代謝性アルカローシス、低K血症、高Ca尿症、低Mg血症。 ・サイアザイド系利尿薬:遠位尿細管。代謝性アルカローシス、低K血症、低Ca尿症(血清Ca上昇傾向)、高尿酸血症、高血糖。 ・K保持性利尿薬(スピロノラクトン、エプレレノンなどのミネラルコルチコイド受容体拮抗薬、トリアムテレン):集合管。代謝性アシドーシス、高K血症。

血清Kを細胞内外の移動で変化させる因子

・細胞外へ(血清K上昇):アシドーシス、インスリン欠乏、β遮断薬、高浸透圧(高血糖など)、細胞崩壊(横紋筋融解、腫瘍崩壊症候群、溶血) ・細胞内へ(血清K低下):アルカローシス、インスリン、β2刺激薬、カテコラミン 高K血症の緊急治療でインスリン(グルコースとともに投与)、β2刺激薬、炭酸水素ナトリウムが用いられるのは、K+を細胞内に移動させる作用を利用したものである。

POINT

・SIADHは水の調節異常であり、体液量は正常(〜軽度増加)で、浮腫や脱水を伴わない低Na血症である。 ・炭酸脱水酵素阻害薬は近位尿細管でのHCO3−再吸収を妨げ、代謝性アシドーシスをきたす。 ・ループ利尿薬・サイアザイド系利尿薬は代謝性アルカローシスと低K血症をきたす。 ・アシドーシスではK+が細胞外へ移動して血清Kが上昇し、アルカローシスでは低下する。 ・塩分負荷は血清Kを上昇させない(集合管でのK+分泌はむしろ促進される方向に働く)。

※問題・正答は厚生労働省の公開資料をもとに掲載しています。