Changes in interstitial K+ and pH during exercise: implications for blood flow regulation

摘要

The analysis of blood samples has clearly demonstrated that exercise is associated with the release of K+ and H+ from muscle. However, blood samples give only incomplete information about the ion changes in the muscle interstitium. Interstitial changes in ion composition may affect the transport properties of the sarcolemmal membrane, may affect fibre excitability and induce fatigue, and may affect sensory nerve endings. Therefore, to better understand muscle function, it is important to quantify the exercise-induced interstitial ion changes. Both interstitial K+ and H+ changes have been quantified with the microdialysis technique. Interstitial K+ accumulation is dependent on the intensity and duration of muscle activity and may reach 10mmol/L during intense exercise, and the concentration in T-tubules may be even higher. Thus, interstitial K+ can reach a level that affects fibre excitability and the development of fatigue. It has also been demonstrated with microdialysis that the interstitial decrease in pH during muscle activity is larger than the reduction in blood pH. Ion changes in the interstitium may affect blood flow directly or indirectly. Infusion of K+ into the femoral artery in humans has demonstrated that blood flow is affected by changes in K+ as low as 0.1mmol/L. The vasodilatory effect of K+ can be inhibited with simultaneous barium infusion, indicating that inward rectifier potassium (Kir)channels are involved. Acidosis has a direct effect on blood flow and an indirect effect, mediated by changes in other vasoactive compounds.Les analyses des échantillons sanguins révèlent clairement que les muscles libèrent au cours d'un exercice physique des ions de potassium et d'hydrogène. Cependant, les échantillons de sang ne présentent qu'une image incomplète des variations ioniques dans l'interstitium du muscle. Des variations de la composition ionique de l'interstitium peuvent modifier les propriétés du transport du sarcolemme, l'excitabilité des fibres et causer la fatigue; ces variations peuvent aussi modifier les terminaisons nerveuses sensitives. Pour mieux comprendre les fonctions musculaires, il faut donc quantifier les variations ioniques de l'interstitium causées par l'exercice physique. Les variations des concentrations d'ions d'hydrogène et de potassium dans l'interstitium ont été analysées au moyen de la technique de microdialyse. L'accumulation interstitielle de potassium est une fonction de l'intensité et de la durée de l'activité musculaire et peut atteindre le niveau de 10mmol/L au cours d'un effort intense; dans les tubules T, on peut observer de plus grandes concentrations. En conséquence, la concentration interstitielle de potassium peut atteindre un niveau susceptible de modifier l'excitabilité des fibres et d'installer la fatigue. La microdialyse révèle en outre que le pH interstitiel au cours de l'activité musculaire peut descendre à un niveau plus bas que celui observé dans le sang. Les variations ioniques dans l'interstitium peuvent conditionner directement ou indirectement la circulation sanguine. L'infusion chez des humains d'ions de potassium dans l'artère fémorale suscite des variations du débit sanguin pour des concentrations aussi faibles que 0,1mmol/L. On peut inhiber la vasodilatation causée par les ions de potassium en infusant simultanément du barium, signifiant ainsi que les canaux potassiques à rectification entrante jouent un rôle. L'acidose a un effet direct sur le débit sanguin et un effet indirect suscité par des variations d'autres substances vasoactives.