אשלגן בבריאות וחולי – חלק א'

אשלגן הוא  מינרל חיוני[1]. הוא אחד משבעת האלקטרוליטים[2] (נתרן[3], אשלגן, כלור, סידן, מגנזיום, גפרית וזרחן), הדרושים לגוף על מנת לתפקד באופן תקין. תפקידיהם העיקריים של האלקטרוליטים כוללים שמירה על מאזן חומצה-בסיס[4] ומאזן הנוזלים בגוף, סיוע בוויסות פעילות העצבים והשרירים וייצור אנרגיה.

איפיוניו של האשלגן נידונות בסקירה, המתפרסמת באופן מקוון מטעם מכון לינוס פָּאוּלינג שבאוניברסיטת אורגון בארה"ב, סקירה, שהתפרסמה ב-Seminars in Nephrology, וסקירה שהתפרסמה ב-Journal of the American Society of Hypertension. אשלגן הוא המינרל השלישי המצוי בשפע בגופנו, כשכ-98% ממנו נמצאים בתאים, ו-80% מכמות זו נמצאים בתאי השרירים, בו בזמן ש-20% נמצאים בעצמות, בכבד ובתאי הדם האדומים. אשלגן הוא הקטיון[5] המצוי בשפע הרב ביותר בנוזל התוך-תאי[6] (intracellular fluid), בו הוא משחק תפקיד בשמירה על תפקוד התא, במיוחד בתאים הנתונים לגירויים (excitable), דוגמת שרירים ועצבים. נתרן הוא הקטיון העיקרי בנוזל החוץ-תאי[7] (extracellular fluid). ריכוזי האשלגן גבוהים כמעט פי 30 בתאים מאשר מחוצה להם, בו בזמן שריכוזי הנתרן בתאים נמוכים פי למעלה מ-10 מאשר מחוצה להם.

תכולת האשלגן במבוגרים היא כ-45 מילימול[8]/ק"ג משקל גוף (כ-140 גרם למבוגר במשקל כ-79 ק"ג), ממנה רק כ-2% מצויים בנוזל החוץ-תאי. ריכוז האשלגן בנוזל החוץ-תאי הוא הגורם הקובע המכריע של פוטנציאל ממברנות התאים במנוחה וחייב להיות שמור בטווח צר של ריכוזים בפלסמה, בין 3.5 לבין 5 מילימול. אולם, אשלגן הוא קטיון תוך-תאי עיקרי, ואיזון חוץ-תָאִי של האשלגן קשור באופן הדוק באיזון התוך-תאי שלו. איזון בין יוני[9] נתרן ואשלגן קריטי לקיום החיים, כשבמיוחד חשובות רמות האשלגן החוץ-תאי. רמות יוני אשלגן התוך-תאי יכולות להיות מושפעות על ידי אינסולין, אלדוסטרון, זירוז ביתא-אדרנרגי של מערכת העצבים הסימפתטית, הפרעות באיזון חומצה-בסיס, פירוק ממברנת התא (cell lysis), ופעילות גופנית מאומצת (strenuous exercise). בו-בזמן שוויסות לטווח קצר מערב פיזור אשלגן מחדש בתאים (cellular redistribution), וויסות לטווח רחוק מערב הפרשה וספיגה חוזרת בכליה.

סך תכולת האשלגן בגוף ופיזור האשלגן בין מדורי הגוף (body compartments) השונים תלוי בצריכת אשלגן בתזונה ובאמצעות תוספים, במערכות נוֹירוֹ-הוּמֶרָליות[10], במאזן חומצה-בסיס, וחשוב במיוחד, בתפקוד כליות תקין. הוֹמֶאוסטזיס[11] האשלגן (potassium homeostasis) תלוי מאזן (balance) חיצוני (כלומר, צריכה בתזונה וספיגה לעומת הפרשה) ובמאזן פנימי (פיזור האשלגן בין נוזלים התוך-תאיים והחוץ-תאיים).

צריכה מספקת של אשלגן יכולה להיות מושגת הן על ידי התאמות תזונתיות והן על ידי תוספים. אולם, הגברת צריכת אשלגן בתזונה מלווה גם בצריכה של רכיבי תזונה מיטיבים אחרים. לכן, מומלץ להשיג צריכה מוגברת של אשלגן באמצעות תזונה, למשל על ידי צריכת פירות וירקות. יעילות גישה זו הודגמה בסוף המאה העשרים בניסוי DASH (Dietary Approach to Stop Hypertension Trial), אשר בו לחולים שהוקצו באופן אקראי לצרוך יותר פירות וירקות (אשר סיפקו 4,700 מיליגרם/יום של אשלגן), היה לחץ דם נמוך יותר באופן מובהק. דיאטת DASH מספקת אשלגן בכמות הגבוהה פי 3 מאשר דיאטה אמריקאית ממוצעת. אולם, היא מגבירה גם את הצריכה של רכיבי תזונה אחרים, כגון מגנזיום וסידן, אשר גם הם קשורים בהורדת לחץ דם, כך שלא ניתן לקבוע את תרומתו העצמאית של האשלגן.

לאחרונה, מועצת המזון והתזונה של המכון האמריקאי לרפואה (Food and Nutrition Board of the Institute of Medicine) עדכנה את הצריכה המספקת[12] (Adequate Intake – AI) המומלצת של אשלגן למבוגרים ממין זכר ל-3,400 מיליגרם/יום, וממין נקבה, ל-2,600 מיליגרם/יום (טבלה 1). ההמלצה מבוססת על הצריכה החציונית הגבוהה ביותר של ילדים ומבוגרים בריאים והערכה של צריכת אשלגן מחלב-אם ותרכובות מזון לתינוקות.

טבלה 1. צריכה מספקת של אשלגן, מיליגרם/יום

על פי הסקירה ב-Nutrients, הדרישות בפועל לאשלגן משתנות בהשפעת הגנטיקה של האדם, לחץ דם וצריכת נתרן. הדרישות לאשלגן תלויות גם בזמינות האשלגן מהמזון הנצרך. המלחת המזון וזריקת הנוזלים מביאה להחלפת האשלגן בנתרן ומורידה את ריכוז האשלגן במזון. בעשורים האחרונים, דיאטות מערביות בעלות צריכה גבוהה של דגנים ושל מזונות בעלי צפיפות תזונתית נמוכה וצריכה נמוכה של פירות וירקות הביאה לתזונה דלה יותר באשלגן ועשירה יותר בנתרן. קיים יתרון בהגברת צריכת אשלגן באנשים בעלי יתר לחץ-דם (לחץ דם גבוה) ובאנשים הצורכים דיאטות עתירות נתרן. יתרון אחר של הגדלת צריכת אשלגן עשוי לכלול בקרה טובה יותר על רמות הגלוקוז (סוכר) בדם.

מקורות אשלגן במזון

כיוון שאשלגן הוא היון התוך-תאי העיקרי, הוא מפוזר באופן נרחב במזון שמקורו בתאים חיים. ריכוזו גבוה יותר בפירות ובירקות מאשר בדגנים ובבשר (טבלה 2).

טבלה 2. מקורות מזון נבחרים לאשלגן, מיליגרם/מנה בסדר יורד

https://ods.od.nih.gov/factsheets/Potassium-HealthProfessional/

פעילויות ביולוגיות ופיסיולוגיות של אשלגן

כאמור, אשלגן פועל בגוף כאלקטרוליט. כאשר הוא מומס במים הוא פועל כְּיוֹן בעל מטען חיובי בעל יכולת להוליך חשמל. הגוף משתמש ביכולת זו על מנת לטפל בתהליכים שונים, כולל מאזן נוזלים, אותות עצביים והתכווצות שרירים. תפקוד תקין של הגוף תלוי בוויסות הדוק של ריכוזי האשלגן הן בתוך התאים והן מחוצה להם. סקירה המתפרסמת ב-Physiology, מתארת את מנגנון וויסות איזון האשלגן בגוף. מערכות איברים רבות פועלות יחד כדי לווסת את המאגר הקטן של אשלגן בנוזל החוץ-תאי. האשלגן הנצרך מתפזר במהירות במים בחלל חלקה העליון של מערכת העיכול. המעי הדק הוא מקום ספיגתו העיקרי של האשלגן. כ-90% מהאשלגן נספג באמצעות פעפוע פסיבי[13] (passive diffusion). האשלגן נספג בדרך כלל ביחד עם רכיבי תזונה המעלים את רמות הגלוקוז בדם, והגלוקוז מזרז את הפרשת האינסולין, וזה מפעיל את פעילותו של האנזים Na⁺/K⁺-ATPase הידוע גם בכינויו משאבת נתרן-אשלגן.

כמאגר הגדול ביותר של האשלגן בגוף, שרירי השלד מווסתים את ריכוזי האשלגן בנוזל החוץ-תאי על ידי קליטת היון או פליטתו. קליטת האשלגן על ידי תאי השריר מתוך הנוזל החוץ-תאי מתוּוכת בעיקר על ידי האנזים Na⁺/K⁺-ATPase, כנגד מפל הריכוזים. שחרורו של האשלגן מהתא לנוזל החוץ-תאי מתוּוך על ידי תעלות אשלגן המצויות בכליות. כליות בריאות שומרות על רמות תקינות של האשלגן בגוף, כיוון שהן מסלקות את עודפי האשלגן בשתן. כ-90% מהאשלגן הנצרך מופרש בשתן, כ-10% מופרש בצואה וכמות זעומה, בזעה.

1. שמירה על מאזן נוזלים – בגוף כ-60% מים, מהם כ-40% נמצאים בנוזל התוך-תאי. כמות המים בנוזל התוך-תאי והחוץ-תאי נקבעת על ידי ריכוז האלקטרוליטים בהם, במיוחד אשלגן ונתרן. אשלגן הוא האלקטרוליט העיקרי בנוזל התוך-תאי, וקובע את כמות המים בתאים ומחוץ לתאים. לעומת זאת, נתרן הוא האלקטרוליט העיקרי בנוזל החוץ-תאי, וקובע את כמות המים מחוץ לתאים. קיים מאזן אלקטרוליטים מחוץ ובפנים התאים. כאשר ריכוז האלקטרוליטים עולה בצד אחד, מים בעלי ריכוז נמוך יותר של אלקטרוליטים עוברים לצד בעל ריכוז האלקטרוליטים הגבוה יותר, כדי להשוות את ריכוזי האלקטרוליטים. תהליך זה עלול לגרום לתאים להצטמק כאשר המים יוצאים מהם או להתנפח ולהתפקע עם כניסת מים. לכן, חשוב לצרוך את האלקטרוליטים המתאימים, כולל אשלגן. שמירה על מאזן נוזלים חשובה לבריאות מיטבית. מאזן נוזלים מופרע עלול להביא להתייבשות, אשר בתורה משפיעה על הלב והכליות. צריכת תזונה עשירה באשלגן ושמירה על הספקת נוזלים מספקת עשויה לסייע בשמירה על מאזן נוזלים תקין.
2. וויסות מאזן חומצה-בסיס – כאמור, יוני נתרן הם הקטיונים העיקריים בנוזל החוץ-תאי ויוני אשלגן הם הקטיונים העיקריים בנוזל התוך-תאי. סקירה שהתפרסמה ב-Metal Ions in Life Sciences, מתארת וויסות מאזן חומצה-בסיס בגוף. צריכת דיאטה מערבית טיפוסית העשירה בחלבונים, במיוחד מהחי, יוצרת עומס חומצי. על מנת ליצור מאזן, על הכליות לסלק את עודף החומצות. כדי לשמור על מאזן נוזלים ואלקטרוליטים, מים, נתרן ואשלגן נמצאים בתנועה מתמדת בין מדורי הגוף התוך-תאיים והחוץ-תאיים. יוני אשלגן ונתרן חשובים במיוחד בוויסות מאזן החומצה-בסיס בכליה, כיוון שיוני מימן (של החומצה) מוחלפים ביוני נתרן ואשלגן באָבּובית הכליה (renal tubule). אשלגן משחק תפקיד מפתח, בכך שאשלגן בּיקָרבּוֹנאט מהווה את הבּוּפֶר[14] האַנְאוֹרגני[15] התוך-תאי העיקרי. כאמור, צריכת פירות וירקות מגבירה את צריכת האשלגן. אשלגן נכנס לתא ביתר קלות מאשר נתרן ומתחיל את התהליך הקצר של החלפת נתרן-אשלגן דרך ממברנות התא.
3. שמירה על פוטנציאל (מתח חשמלי) הממברנה – הבדלי הריכוזים בין אשלגן לבין נתרן משני צדי ממברנות התאים יוצרים מפל אלקטרוכימי הידוע בשם פוטנציאל הממברנה. פוטנציאל ממברנת התא נשמר על ידי משאבות יונים בתוך הממברנה, במיוחד משאבות נתרן-אשלגן. משאבות אלה משתמשות ב-[16]ATP (adenosine triphosphate) על מנת לשאוב את הנתרן מתוך התא בתמורה לאשלגן. פיזור האשלגן תחת תנאים פיזיולוגיים תקינים קובע את המאזן הפנימי, כשהמפלים האלקטרוכימיים המתקיימים דרך הממברנה מביאים ליציאת הנתרן מהתא וכניסת אשלגן לתוך התא. פעילותן של משאבות הנתרן-אשלגן מוערכת כאחראית ל-20%-40% מהוצאת האנרגיה במנוחה באדם טיפוסי. השיעור הגדול של האנרגיה המוקדש לשמירה על מפלי הריכוזים של נתרן/אשלגן מדגיש את חשיבות תפקיד זה בקיום החיים.
4. וויסות פעילות העצבים – מערכת העצבים מעבירה מסרים בין המוח לגוף. מסרים אלו מועברים בצורת דחפים (impulses) עצביים ומסייעים בוויסות התכווצויות השרירים, פעימות הלב (heartbeat), רפלקסים ותפקודי גוף אחרים. דחפי העצבים נוצרים על ידי יוני נתרן הנכנסים לתאים ויוני האשלגן היוצאים מהתאים. תנועת היונים משנה את המתח החשמלי (voltage) של התא, אשר מפעיל את הדחף העצבי.
5. וויסות קצב הלב והפעילות החשמלית של הלב – סקירה, שהתפרסמה ב-Cardiac Electrophysiology Clinics, מתארת את האלקטרופיזיולוגיה של הלב. וויסות זרם האשלגן בלב משחק תפקיד חשוב באלקטרופיזיולוגיה של הלב באמצעות שינוי במשך פעילות המתח החשמלי בלב. המתח החשמלי של ממברנות תאי הלב מופעל על ידי זרימת יונים מורכבת דרך ממברנות תאי הלב, אשר מתאמת את התכווצות הלב ואת קצב הלב. בכל פעימת לב תעלות האשלגן המופעלות על ידי סידן מספקות את הקישור בין הסידן התוך-תאי לבין המתח החשמלי של הממברנה.

המשך הדיון באשלגן מובא בחלק ב'.

[1] מינרלים חיוניים – רכיבי תזונה שאינם יכולים להיווצר בגוף וחייבים להיות מסופקים במזון או בתוספי תזונה, לשם קיומו ופעילותו התקינה של הגוף.

[2] אלקטרוליטים – מינרלים ההופכים בתמיסה ליונים הנושאים מטען חשמלי חיובי או שלילי והינם בעלי יכולת  הולכה חשמלית.

[3] נתרן – מינרל אשר ביחד עם כלור מהווה את המלח שאנו צורכים.

[4] מאזן חומצה-בסיס – מתייחס למנגנונים שהגוף משתמש בהם על מנת לשמור על pH קרוב לנייטרלי (כלומר לא חומצי ולא בסיסי), כך שהגוף יוכל לפעול באופן תקין; pH – מדד לרמת החומציות של תמיסה מימית.

[5] קטיון – יון בעל מטען חשמלי חיובי.

[6] נוזל תוך-תאי – הנוזל המצוי בתוך ממברנת התאים ומכיל מים, אלקטרוליטים וחלבונים .

[7] נוזל חוץ-תאי – מתייחס לכל נוזלי הגוף שמחוץ לתאים, ומורכב מפלסמה, נוזל בין-תאי (interstitial fluid) ונוזל טרנס-תאי (transcellular fluid), כלומר עובר דרך ממברנות ונמצא בחללי הגוף, כמו נוזל המוח ועמוד השדרה, נוזל העין ונוזל המפרקים.

[8] 1 מילימול =  1 mEq

[9] יון – אטום בעל מטען חשמלי.

[10] מערכות נוירו-הומרליות – כוללות מערכת עצבים סימפּתֶטית, מערכת רנין-אנגיוטנסין, וָזוֹפּרֶסין ופפטיד נָטריוּרָטי.

[11] הומאוסטזיס – שמירה על יציבות הסביבה הפנימית בטווחים מסוימים, למרות שינויים המתרחשים בסביבה החיצונית או בגוף עצמו.

[12] צריכה מספקת – אין מספיק עדויות ממחקרים על מנת לקבוע המלצות תזונתיות (Recommended Dietary Allowance – RDA ) וקובעים את הדרישות לרכיב תזונה על פי צריכה  ממוצעת/חציונית באוכלוסייה.

[13] פעפוע פסיבי – מעבר חומר, הנמצא בריכוז גבוה מחוץ לתא ונמוך בתוך התא, אל התא ללא צורך בהשקעת אנרגיה, כלומר, בכיוון, מפל הריכוזים.

[14] בופר – חומר המנטרל את יוני המימן

[15] חומר אנאורגני הוא חומר שאינו מגוף החי או הצומח, כמו ברזל.

[16] ATP – הוא מולקולה שתפקידה לאחסן ולהעביר אנרגיה כימית בתאי הגוף לצורך מטבוליזם ופעילויות היום-יום.