Der Quotient Ganzkörperkalium/Ganzkörperwasser als Maß für die mittlere intrazelluläre Kaliumkonzentration

O. Schober; J. Ollech; L. Lehr; H. Hundeshagen

doi:10.1055/s-0037-1620648

Nuklearmedizin - NuclearMedicine, Table of Contents

Nuklearmedizin 1981; 20(05): 220-228
DOI: 10.1055/s-0037-1620648

Originalarbeiten – Original Articles

Schattauer GmbH

Der Quotient Ganzkörperkalium/Ganzkörperwasser als Maß für die mittlere intrazelluläre Kaliumkonzentration

The Ratio Total Body Potassium/Total Body Water as a Measure of the Mean Intracellular Potassium Concentration

O. Schober

¹Aus der Abteilung für Nuklearmedizin und spezielle Biophysik (Prof. Dr. H. Hundeshagen) im Zentrum Radiologie und der Abteilung für Abdominal- und Transplantationschirurgie (Prof. Dr. R. Pichlmayr) im Zentrum Chirurgie, Medizinische Hochschule Hannover, Hannover, Bundesrepublik Deutschland

,

J. Ollech

¹Aus der Abteilung für Nuklearmedizin und spezielle Biophysik (Prof. Dr. H. Hundeshagen) im Zentrum Radiologie und der Abteilung für Abdominal- und Transplantationschirurgie (Prof. Dr. R. Pichlmayr) im Zentrum Chirurgie, Medizinische Hochschule Hannover, Hannover, Bundesrepublik Deutschland

,

L. Lehr

¹Aus der Abteilung für Nuklearmedizin und spezielle Biophysik (Prof. Dr. H. Hundeshagen) im Zentrum Radiologie und der Abteilung für Abdominal- und Transplantationschirurgie (Prof. Dr. R. Pichlmayr) im Zentrum Chirurgie, Medizinische Hochschule Hannover, Hannover, Bundesrepublik Deutschland

,

H. Hundeshagen

¹Aus der Abteilung für Nuklearmedizin und spezielle Biophysik (Prof. Dr. H. Hundeshagen) im Zentrum Radiologie und der Abteilung für Abdominal- und Transplantationschirurgie (Prof. Dr. R. Pichlmayr) im Zentrum Chirurgie, Medizinische Hochschule Hannover, Hannover, Bundesrepublik Deutschland

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Abstract

Die Quotienten Ganzkörperkalium (TBK)/Ganzkörperwasser (TBW) und TBK/(TBW-⁸²Br-R) wurden in ihrer Einsetzbarkeit als Maß der mittleren intrazellulären Kaliumkonzentration verglichen. TBK (⁴⁰K), THO-Verteilungsraum (TBW) und ⁸²Bromid-Verteilungsraum (⁸²Br-R) (Isotopenverdünnungsmethode) wurden bei 15 Patienten mit Leberzirrhose, 37 bzw. 42 beatmeten Intensivpflegepatienten und 28 Kontrollpersonen bestimmt. Mit einem mathematischen Modell werden die Effekte von Dehydration, Hyperhydratation und erhöhter Membranpermeabilität auf die Quotienten ⁸²Br-R/TBW, TBK/TBW und TBK/(TBW - ⁸²Br-R) simuliert. Die Leberzirrhotiker wiesen bei stark vermindertem TBK gleichzeitig erhöhte Werte des TBW und des ⁸²Br-R auf (⁸²Br-R/TBW = 0.51 ± 0.07; TBK/TBW = 45 ± 14 mmol/1; TBK/(TBW-⁸²Br-R) = 97 ± 15 mmol/1), was nur teilweise als isotone Hydratation bei Kaliumdepletion zu interpretieren ist. Bei den Intensivpflegepatienten war das TBK vermindert, bei normalem TBW aber stark vergrößertem ⁸²Br-R (: letaler Verlauf: ⁸²Br-R/TBW = 0.81 ± 0.17; Überlebende: 0.64 ± 0.14; TBK/TBW = 67 ± 11 mmol/1; TBK/(TBW-⁸²Br-R) = 363 ± 100 mmol/1). Dieses ist wahrscheinlich auf eine erhöhte Membranpermeabilität für Tracerionen bei gleichzeitiger Kaliumdepletion zurückzuführen. Insgesamt ergab sich: a) bei physiologischem Wasser- und Elektrolythaushalt ist der Quotient TBK/TBW dem Quotienten TBK/(TBW-⁸²Br-R) als Maß für die mittlere intrazelluläre Kaliumkonzentration wegen seines kleineren mittleren Fehlers und der verminderten Strahlenbelastung überlegen; b) im Fall der isotonen Hyperhydratation wird die mittlere intrazelluläre Kaliumkonzentration besser durch den Quotienten TBK/ (TBW-⁸²Br-R) beschrieben als durch die Größe TBK/TBW, mit der Einschränkung, daß in den folgenden zwei Wochen eine TBK-Verlaufskontrolle nicht möglich ist; und c) bei pathophysiologischen Zuständen mit erhöhter Zellmembranpermeabilität eines Tracers für den Extrazellulärraum (Bromid) erweist sich der Quotient TBK/TBW als das bessere Maß der intrazellulären Kaliumkonzentration, da der Bromidverteilungsraum nicht mehr als ein Maß für den anatomischen Extrazellulärraum angesehen werden kann.

The ratios total body potassium (TBK)/total body water (TBW) and TBK/(TBW-⁸²Br-R) are compared as a measure of/ the mean intracellular potassium concentration. TBK (⁴⁰K), THO-distribution volume (TBW) and ⁸²Br space (⁸²Br-R) (isotopic dilution method) were measured in 28 controls, in 15 patients with cirrhosis of the liver, and in 37 rsp. 42 mechanically ventilated patients of the intensive care unit. Effects of dehydration, hyperhydration and increased membraneous permeability concerning the ratios ⁸²Br-R/TBW, TBK/TBW and TBK/(TBW-⁸²Br-R) are discussed and evaluated by a theoretical model. In cirrhosis of the liver we found a significantly lowered TBK and simultanously increased values of TBW and ⁸²Br-R (⁸²Br-R/TBW = 0.51 ± 0.07; TBK/TBW = 45 ± 14; TBK/(TBW-⁸²Br-R) = 97 ± 15); this was partly due to an isotonic hyperhydration and potassium depletion. In critically ill patients TBK was lowered whereas the TBW was normal and the bromide space was increased (fatal outcome: ⁸²Br-R/TBW = 0.81 ± 0.16; survivors: ⁸²Br-R/ TBW = 0.64 ± 0.14; TBK/TBW = 67 ± 11 mmol/1; TBK/(TBW-⁸²Br-R) = 363 ± 100 mmol/1). We believe that this was due to an increased bromide penetration into cells and to a potassium depletion. It is concluded that: a) In homeostasis of water and electrolytes TBK/TBW is a better measure of the mean intracellular potassium concentration than TBK/ (TBW-⁸²Br-R); this is because of a lower standard error and a lower radiation dose, b) In the case of isotonic hyperhydration TBK/(TBW-⁸²Br-R) is a better measure of the mean intracellular potassium concentration than TBK/TBW; within the next 2 weeks it is not possible to make a TBK follow-up. c) In a pathophysiological state with an increased permeability of cells to tracers of the extracellular space (bromide) TBK/TBW is the better measure for the mean intracellular potassium concentration in patients with normal TBW values.

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References

Literatur
1 Alleyne G. A. O. Studies on total body potassium in infantile malnutrition: The relation to body fluid spaces and urinary creatinine. Clin. Sci 34: 199 1968;
2 Astrup J. The effect of hypokalaemia and of digoxin therapy on red cell sodium and potassium content. Scand. J. clin. Lab. Invest 33: 11 1974;
3 Bauer J. H, Burt R. W, Whang R, Grim C. E. Simultaneous determination of extracellular fluid and total body water. J. Lab. clin. Med 86: 1003 1975;
4 Bauer J. H, Willies L. R, Burt R. W, Grim C. E. Volume studies II: Simultaneous determination of plasma volume, red cell mass, extracellular fluid, and total body water before and after volume expansion in dog and man. J. Lab. clin. Med 86: 1009 1975;
5 Bergstrom J. Muscle Electrolytes in Man. Scand. J. clin. Lab. Invest 14 suppl 01 1962;
6 Blut. Zusammenfassender Bericht (ICSH): Standardmethoden für die Bestimmung des Erythrozyten-und Plasmavolumens 29: 422 1974;
7 Boddy K, King P. C, Hume R, Weyers E. The relation of total body potassium to height, weight and age in normal adults. J. clin. Path 25: 512 1972;
8 Brod J, Sterzel R. B. Störungen des Wasser- und Kaliumhaushaltes. Münch. med. Wschr 13: 118 383 1976;
9 Delwaide P. A, Verly W. G, Colord J, Boulonger R. The assay of total body potassium in the human body. Health Phys 9: 147 1963;
10 Delwaide P. Body potassium measurements by whole body counting: Screening of patient populations. J. nucl. Med 14: 40 1973;
11 Deuxchausnes C. S, Collet R. A, Busset R, Much R. C. Exchangeable potassium in wasting, amyotrophy, heart disease and cirrhosis of the liver. Lancet 1: 681 1961;
12 Dickerson J. W. T, Widdowson E. M. Chemical changes in skeletal muscle during development. Biochem. J 74: 247 1960;
13 Edmonds C. J, Jasani B. M, Smith T. Total body potassium and body fat estimation in relationship to height, sex, age, malnutrition and obesity. Clin. Sci. mol. Med 48: 431 1975;
14 Ellis K. J, Shukla K. U, Cohn S. H, Pearson R. W. A predictor for total body potassium in man based on height, weight, sex and age: applications in metabolic disorders. J. Lab. clin. Med 83: 716 1974;
15 Flear C. T. G, Carpenter R. G, Florence I. Variability in the water sodium, potassium and chloride content of human skeletal muscle. J. clin. Pathol 18: 74 1965;
16 Flear C. T. G. Significance of potassium and sodium masses in cardiac disease. In: Compartments, Pools and Spaces in Medical Physiology. Eds. Bergner P. E. E, Lush-baugh C. C. US Atomic Energy Comission; 1967
17 Flear C. T. G, Singh C. M. Hyponatraemia and sick cells. Brit. J. Anaesth 45: 976 1973;
18 Goode A. W, Hawkins T. The use of 40 K counting and its relationship to other estimates of lean body mass. In: Advances in Parenteral Nutrition. Ed. Johnston I. D. A. MTP Press Ltd., St. Leonards House, Lancaster; 1978
19 Harth O. Wasserhaushalt, Stoff-, Flüssigkeitstransport. In: Einführung in die Physiologie des Menschen. Hrsg. Schmidt R. F, Thews G. 18. Aufl Springer Verlag; Berlin-Hei-delberg-New York: 1976
20 Hayes R. L, Brucer M. Compartimentalized phantoms for the standard man, adolescent and child. Int. J. appl. Rad. Isot 9: 113 1960;
21 Hellerstein S, Surapathana L. Erythocyte composition in diarrhoeal dehydration. J. Pediatr 78: 585 1971;
22 Ibsen H. Red blood cell potassium as a measure of body potassium in thiazide-treated patients with essential hypertension. Scand. J. clin. Lab. Invest 34: 161 1974;
23 Junker D. Dosimetrie inkorporierter Strahler. In: Handbuch der medizinischen Radiologie. Hrsg. Hundeshagen H. Springer Verlag; Berlin-Heidelberg: 1980
24 Keitel H. G. Comparison of the change in red cell potassium content with total body balance of potassium during potassium therapy. J. Lab. clin. Med 49: 267 1957;
25 Koeppe P. Ganzkörperaktivitätszähler. Teil 2: Medizinische Anwendungen. Radiobiol. Radiother 5: 491 1975;
26 Kühns K. Über den Einfluß des Kaliumions auf Elektrokardiogramm und Herzsystoliedauer. Z. Kreisl.-Forsch 44: 4 1955;
27 Lehr L, Schober O, Pichlmayr R. Ganzkörperkalium und Ganzkörperwasser als Parameter zur Therapiekontrolle bei Maldigestionssyndromen. Langenbecks Arch. Chir. Suppl. Chir. Forum S. 83 1980
28 Lehr L, Schober O, Pichlmayr R. Verhalten von Ganzkörperkalium und Bromidkompartment bei Intensivpflegepatienten. Langenbecks Arch. Suppl. Chir. Forum S. 13 1981
29 Leth A, Binder C. The distribution volume of ⁸²Br as a measurement of the extracellular volume in normal persons. Scand, J. clin. Lab. Invest 25: 291 1970;
30 Macknight A. D. C. Epithelial transport of potassium. Kidney int 11: 391 1977;
31 Mariß P. Die Ganzkörperradioaktivitäts-Meßtechnik in der Medizin. Habilitations-Thesis, Medizinische Hochschule Hannover. 1977
32 Mariß P, Jahns E, Schober O. A whole body counter with an invariant response for whole body counting. Eur. J. nucl. Med 3: 129 1978;
33 Miller C. E, Remenchik A. P. Problems involved in accurately measuring the K content of the human body. Ann. N. Y. Acad. Sci 110: 175 1963;
34 Miller C. E, Remenchik A. P, Kessler W. V. Precision of assay of whole-body potassium in man. In: Body Composition in Animals and Man. National Academy of Science, Washington, D.C; 350 1968
35 Moore F. D, Edelman I. S, Olney J. M, James A. H, Brooks L, Wilson G. M. Body sodium and potassium: III. Inter-related trends in alimentary, renal and cardio-vas-cular disease: Lack of correlation between body stores and plasma concentration. Metabolism 3: 334 1954;
36 Moore F. D, Olesen K. H, McMurrey J. D, Parker H. U, Ball M. R, Boyden C. M. The body cell mass and its supporting evironment. Saunders, Philadelphia: 1963
37 Neumann K. persönliche Mitteilung.
38 Novak L. P. Aging, total body potassium, fat-free mass, and cell mass in males and females between ages 18 and 85 years. J. Gerontol 27: 438 1972;
39 Novak L. P. Estimation of total body potassium in normal adolescents by whole body counting: age and sex differences. Med. Sci. Sports 5: 147 1973;
40 Oberhausen E, Onstead C. O. Relationship of potassium content of man with age and sex. In: Radioactivity in Man. Eds. Meneely G. R, Linde S. M. Thomas, Springfield; 179 1965
41 Overman R. R, Feldman H. A. The effect of fatal P. knowlesi malaria on simian circulatory and body fluid compartment physiology. J. clin. Invest 26: 1049 1947;
42 Parker J. C, Welt L. G. Pathological alterations of cation movements in red blood cells. Arch. intern. Med 129: 320 1972;
43 Patrick J, Jones N. F, Bradford B, Gaunt J. Leucocyte potassium in uraemia: Comparison with erythrocyte Potassium and total exchangeable potassium. Clin. Sci 43: 669 1972;
44 Patrick J. Assessment of body potassium stores. Kidney int 11: 476 1977;
45 Pierson R. N, Lin D. H. Y, Phillips R. A. Total body potassium in health: Effects of age, sex, height, and fat. Am. J. Physiol 226: 206 1974;
46 Schober O, Mariß P, Schmidt F. W, Hundeshagen H. Total body water, extracellular water, plasma volume and total body potassium in cirrhosis of the liver. Klin. Wschr 57: 757 1979;
47 Schober O, Lehr L, Hundeshagen H. Water displacement in the critically ill. 18th Int. Ann. Meeting Soc. Nucl. Med.. Nürnberg 1980
48 Schober O, Knoop B, Mariß P, Jordan K, Hundeshagen H. Ein antropomorphes Ganzkörperphantom mit 25 Kompartimenten. Hrsg. Rosenow U. S. Med. Phys 293 1980;
49 Schober O, Lehr L, Hundeshagen H. Bromide space, total body water, and sick cell syndrome. Eur. J. nucl. Med., im Druck. 1981
50 Schober O. Nuklearmedizinische Untersuchungen zum Kaliumhaushalt dargestellt am Beispiel des Morbus Crohn. Ha-bilitations-Thesis, Medizinische Hochschule Hannover. 1981
51 Schoeppe W. Wasser- und Elektrolythaushalt. In: Nuklearmedizin: Funktionsdiagnostik und Therapie. Hrsg. Emrieh D. G. Thieme Verlag, Stuttgart; 1979
52 Shukla K. K, Ellis K. J, Dombrowsky C. S, Cohn S. H. Physiological variation of total body potassium in man. Am. J. Physiol 224 (02) 271 1973;
53 Sim D. W, Wellington G. H. Potassium concentration in bovine muscle as influenced by carcass location, breed, sex, energy intake, age and shrunk body weight. J. Anim. Sci 42: 84 1976;
54 Smith T, Hesp R, Mackenzie J. Total body potassium calibrations for normal and obese subjects in two types of whole body counter. Phys. Med. Biol 24: 171 1979;
55 Snyder W. S, Cook M. J, Nasset E. S, Karhausen L. R, Parry Howells G, Tipton I. H. Report of the Task Group on Reference Man. Pergamon Press; Oxford: 1975
56 Swales J. D. Sodium Metabolism in Disease. Lloyd Luke; London: 1975
57 Wang J, Pierson R. N. Disparate Hydration of Adipose amd Lean Tissue Require a New Model for Body Water Distribution in Man. J. Nutr 106: 1687 1976;
58 Welt L. G, Cap M. P, Gehman E. A, Winters R. W, DeWalt J. L, Diamond E. L. The prediction of muscle potassium from blood electrolytes in potassium depleted rats. Trans. Assoc. Am. Physicians 71: 250 1958;
59 Widdowson E. M, Dickerson J. W. T. The effect of growth and function on the chemical composition of soft tissues. Biochem. J 77: 30 1960;
60 Widdowson E. M, Dickerson J. W. T. Chemical composition of the body. In: Mineral Metabolism. Eds. Comar C. L, Bronner F. Academic Press; New York: 1964