低カリウム血症における心電図異常はさほど有益性はない

という我々の常識と違う話

Kildegaard, Helene, Mikkel Brabrand, Jakob Lundager Forberg, Pyotr Platonov, Annmarie Touborg LassenとUlf Ekelund. 「Prevalence and prognostic value of electrocardiographic abnormalities in hypokalemia: A multicenter cohort study」. Journal of internal medicine, 2023年12月14日, 10.1111/joim.13757 . .

背景
入院患者における低カリウム血症は一般的であり、心電図（ECG）の異常と関連しています。しかし、低カリウム血症患者におけるECG異常の有病率と予後的価値は十分に確立されていません。

方法
この研究は多施設コホート研究で、デンマークとスウェーデンの4つの救急部門に到着時に心電図とカリウムレベルが4.4 mmol/L未満で記録された成人患者全員を含みました。心電図からのコンピューター測定を使用して、カリウムレベルと心拍数、QRS期間、補正QT（QTc）間隔、STセグメント降下、T波平坦化、T波逆転の関係を立方スプラインを用いて調査しました。カリウムレベルの層別に、特定のECG異常のある患者とない患者を1:2の傾向スコアでマッチングし、7日間の死亡率、集中治療室（ICU）への入院、心室性不整脈や心停止の診断に対するハザード比（HR）をさらに推定しました。

結果
79,599人の患者を含む中で、低下するカリウムレベルは調査されたすべてのECG変数の濃度依存的な増加と関連していました。
低カリウム血症患者（[K+] <3.5 mmol/L）の40%にECG異常が見られ、T波平坦化、STセグメント降下、QTc延長がそれぞれ27%、16%、14%で発生しました。
軽度の低カリウム血症患者（[K+] 3.0–3.4 mmol/L）では、心拍数>100 bpm、ST降下、T波逆転が7日間の死亡率とICU入院の増加したHRと関連していましたが、[K+] <3.0 mmol/Lの患者では心拍数>100 bpmのみが死亡率とICU入院の両方を予測しました。
しかし、HRの推定値は正カリウム血症患者と似ていました。心室性不整脈によるイベント数が少なかったため、この結果の評価は限定的でした。

結論
低カリウム血症患者ではECG異常が一般的でしたが、現在の標準治療下では短期的な有害事象に対する予後の良いマーカーではありませんでした。

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perplexityに聞いてみた

Hypokalemia, defined as a potassium level below 3.5 mmol/L, can lead to various electrocardiographic (ECG) abnormalities. These include dynamic changes in T-wave morphology, ST-segment depression, and the emergence of U waves, which are often best seen in the mid-precordial leads (V2–V4). Additionally, the PR interval can be prolonged, along with an increase in the amplitude of the P wave. In more severe hypokalemia, ECG changes may include Q-T interval prolongation, visible U waves, and mild ST depression. Severe hypokalemia can also result in arrhythmias such as Torsades de pointes and ventricular tachycardia. The ECG may be a useful diagnostic tool to recognize these changes resulting from hypokalemia, especially when there are delays in obtaining laboratory test results[1][2][3][4][5].

Citations:
[1] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7287199 /
[2] https://academic.oup.com/qjmed/article/111/8/581/4911778
[3] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9301030 /
[4] https://ecgwaves.com/topic/ecg-electrolyte-imbalance-electrolyte-disorder-calcium-potassium-magnesium/
[5] https://emj.bmj.com/content/19/1/74

(1)一部訳

カリウムは最も豊富な細胞内陽イオンの一つであり、静止膜電位を決定します。低カリウム血症はより負の静止膜電位を引き起こし、電気的拡張期において閾値電位と静止膜電位との間の拡大が膜の興奮性の減少につながります。低い細胞外カリウムレベルのために、遅延整流器電流（IKr）が生じ、作用電位の持続時間の増加と再分極の遅延が起こります。遅延整流器チャネルを開くためには、細胞外のカリウムイオンが必要です。重要なことに、低カリウム血症によって作用電位の構成が変化し、フェーズ2の傾斜が最初に増加し、その後減少し、フェーズ3の持続時間が遅くなります。これにより、長い作用電位が生じ、作用電位の終末期における静止膜電位と閾値電位の差の減少と相対不応期の増加が引き起こされます。作用電位の大部分にわたる心筋組織の興奮性の増加は、異所性収縮と関連しています。

カリウムの伝導は、細胞外カリウム濃度（[K+]o）に対する強いアロステリック依存性と二分法的効果によって特徴づけられます。これには、内向き整流器カリウムチャネル（IK1）、遅延整流器様カリウムチャネルの急速成分（IKr）、および一過性外向きカリウム電流（Ito）が含まれます。細胞質のマグネシウムとポリアミンのために、IK1は低カリウム血症中に二分法的効果を示します。IK1は[K+]oと逆説的な関係を持ち、低カリウム血症中にIK1のピーク電流密度が減少します。低カリウム血症はカリウム平衡電位を過分極化させるものの、外向きカリウム流の駆動力を増加させ、孔内のカチオンの増加したブロッキング安定性が伝導性と外向きカリウム電流の減少を引き起こします。IKrおよびItoのカリウムチャネルの伝導を調節するメカニズムは異なります。これらのメカニズムは、中等度の低カリウム血症でも、IKrの迅速な不活性化とItoの遅い再活性化運動学を促進し、外向き再分極電流を減少させます。低カリウム血症はまた、数時間以内にIKrの発現の内在化と分解を引き起こします。細胞膜において、IKrの強化された分解はIKrおよびIKsの発現のダウンレギュレーションを引き起こします。

ナトリウム-カリウムポンプによるイオン輸送の速度は、ナトリウム/カリウムの結合部位の親和性と静止膜電位に依存します。マウス心臓のナトリウム-カリウムATPアーゼのα1アイソフォームに関しては、外部カリウム結合部位の半最大飽和濃度は[K+]oの1.9mmol/Lであり、この濃度で半最大ポンピング率で作動します。[K+]oが4.5から2.7mmol/Lに減少すると、イオンポンピング率は約20%減少します。α2アイソフォームでは、[K+]oの半最大飽和濃度が2.9mmol/Lである場合、イオンポンピング率は>50%減少します。ナトリウム-カリウムポンプは正味の外向き電流を生成し、過分極化によって阻害されるため、低カリウム血症の効果はナトリウム-カリウムポンプのイオンポンピング率を減少させることです。

低カリウム血症中に外向き電流が減少するため、作用電位の持続時間が延長され、これによりカルシウムチャネルを介したカルシウムの流入が増加します。ナトリウム-カリウムポンプの阻害による細胞内ナトリウム濃度の上昇のため、ナトリウム-カルシウム交換による細胞内カルシウムの除去が妨げられます。これらのプロセスのすべてが細胞質カルシウム濃度の過負荷とカルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼの活性化を引き起こします。さらに、低カリウム血症によってプルキンエ線維のプラトーが延長される一方で、心室線維では短縮されます。伝導系の作用電位の尾部の延長は心室よりも長く、再分極の分散が増加します。低カリウム血症はプルキンエ線維の拡張期脱分極を増加させ、自動能を高め、U波の基盤となります。

これらの分子変化はすべて、再分極予備能の減少に寄与します。カリウムチャネルの伝導性の減少は、複雑なT波の細胞基盤です。Yanらによる研究では、通常の状況下では、T波は通常直立しており、心外膜が最初に再分極され、T波の頂点と一致します。最終的に、M細胞が再分極され、T波の終わりと一致します。心筋再分極のフェーズ2および3中のM領域間の電圧勾配により、ECGのT波が形成され、T波の高さおよび上昇または下降肢が決定されます。心室心筋の作用電位のフェーズ2および3は、主に[K+]oに依存するIKrおよびIKsによって媒介されます。しかし、低カリウム血症の状態では、IKrおよびIKsの分解とIKrの伝導の減少が、異なる横断層の作用電位の好ましい延長に寄与します。これにより、M領域の両側間の電圧勾配の変化が生じます。電圧勾配の変化は、二相性、反転性、三相性のT波など、複雑なT波形態に寄与します。