Причиной гипокалиемии есть четыре главных механизма. Низкое потребление калия, внепочечные и почечные его потери приводят к снижению общего содержания калия. При переходе же калия из внеклеточной среды в клетки общее его содержание не меняется, хотя не исключено одновременное действие каких-либо факторов, снижающих общее содержание калия.
При лейкозе или очень высоком лейкоцитозе может иметь место ложная гипокалиемия, если плазма длительно оставалась при комнатной температуре в контакте с лейкоцитами, которые поглощают калий. При высоком содержании лейкоцитов в крови можно получить ложнозавышенные результаты определения калия (ложную гиперкалиемию), если его концентрацию определять в сыворотке крови или в хранившейся на холоде плазме.
Поскольку концентрация калия в клетках выше плазмы, большие его количества могут поступать в клетки без значительного увеличения его внутриклеточной концентрации. Одна из наиболее частых причин гипокалиемии — алкалоз. При этом метаболический алкалоз оказывает гораздо большее влияние, чем дыхательный. Существенную роль как причина гипокалиемии при диабетическом ацидозе играет экзогенный инсулин. При быстром введении глюкозы аналогичное действие может оказывать и эндогенный инсулин. Поглощение калия клетками стимулируют как эндогенные (например, адреналин при стрессе), так и экзогенные (например, сальбутамол) адреномиметики. Передозировка теофиллина, отравление барием и толуолом (при нюхании красок или клея) вызывают переход калия в клетки, гипокалиемию, часто с тяжелыми клиническими симптомами.
Недостаточное потребление калия как причина гипокалиемии встречается при нервной анорексии; сопутствующая ей булимия и злоупотребление слабительными и диуретиками усугубляют дефицит калия. Тяжелая работа при высокой температуре сопряжена со значительными потерями калия с потом. Гиповолемия и гиперальдостеронизм увеличивают потери калия с мочой и есть причиной гипокалиемии. Каловые массы при поносе содержат большое количество калия, развивающаяся в таких условиях гипокалиемия сопровождается метаболическим ацидозом. При повреждении почечных канальцев (лекарственными средствами или при интерстициальном нефрите) с мочой теряется не только калий, но и магний, натрий, а также вода. Такие повреждения могут быть причиной почечноканальцевого ацидоза с метаболическим ацидозом. К потере калия через почки приводит изолированный дефицит магния. Пенициллин представляет собой анион, и его экскреция с мочой усиливает выведение калия, поскольку анионы выводятся вместе с катионами. Пенициллиновая гипокалиемия встречается при использовании только натриевой, но не калиевой соли антибиотика.
Потеря калия с мочой часто сопровождается метаболическим алкалозом. Обычно это обусловлено повышенным уровнем альдостерона, который увеличивает экскрецию и калия, и кислоты. Потеря калия и метаболический алкалоз нередко имеют и другие причины. При рвоте или отсасывании содержимого желудка через зонд потеря калия невелика, так как желудочная жидкость содержит небольшое количество этого катиона (около 10 мэкв/л). Большее значение имеет потеря при этом соляной кислоты, приводящая к метаболическому алкалозу и гиповолемии. Метаболический алкалоз компенсируется усиленной экскрецией бикарбоната с мочой, но это обязательно сопровождается потерей калия и натрия. Гиповолемия увеличивает уровень альдостерона, который препятствует коррекции гипокалиемии, пока не будет восстановлен внутрисосудистый объем. В ответ на гиповолемию снижается выведение хлорида с мочой, но поскольку сама гиповолемия является следствием потери хлорида, развивается его дефицит. Описаны случаи дефицита хлорида вследствие его малого содержания в детских питательных смесях. В таких случаях метаболический алкалоз с гипокалиемией также регистрируется на фоне низкого содержания хлорида в моче. Современные детские питательные смеси содержат достаточное количество хлорида. При муковисцидозе возрастают потери хлорида с потом. При аутосомно-рецессивном врожденном поносе большое количество хлорида теряется со стулом, что приводит к метаболическому алкалозу, который при обычном поносе отсутствует. Из-за сопутствующих потерь калия с калом у больных развивается гипокалиемия. При дыхательном ацидозе включаются почечные механизмы компенсации, ведущие к задержке бикарбоната и экскреции хлорида. После коррекции дыхательного ацидоза дефицит хлорида сохраняется и может развиться алкалоз со вторичной гипокалиемией. В таких случаях уровень хлорида в моче не достигает и 10 мэкв/л. Причиной гипокалиемии, метаболического алкалоза, дефицита хлорида есть петлевые и тиазидные диуретики. Содержание хлорида в моче при этом возрастает. Однако после отмены диуретиков его содержание в моче снижается, а гипокалиемия и алкалоз сохраняются до полного устранения дефицита хлорида.
Уровень альдостерона может возрастать и вследствие повышенной секреции ренина, например, при стенозе почечной артерии, что приводит к вторичному гиперальдостеронизму и артериальной гипертонии. Хотя при повышении уровня альдостерона электролитные сдвиги отсутствуют, это может вызывать гипокалиемию, метаболический алкалоз. Причиной гипокалиемии могут быть и крайне редкие ренинпродуцирующие опухоли.
Многие заболевания бывают причиной гипокалиемии без повышения альдостерона. При некоторых из них повышена секреция не альдостерона, а других минералокортикоидов. Это наблюдается при двух формах врожденной гиперплазии коры надпочечников. При недостаточности 11Р-гидроксилазы (когда имеет место вирилизация) возрастает секреция 11Р-дезоксикортикостерона, приводящая к той или иной степени повышения АД и гипокалиемии. Увеличение 11Р-дезоксикортикостерона наблюдается и при недостаточности 17а-гидроксилазы; у таких больных артериальная гипертония, гипокалиемия развиваются чаще. В этих случаях нарушается синтез половых гормонов. Синдром Кушинга часто сопровождается повышением АД, но метаболический алкалоз, гипокалиемия (вследствие минералокортикоидной активности кортизола) при этом синдроме отмечаются реже. При аутосомно-рецессивной недостаточности 11р-гидроксистероиддегидрогеназы блокируется превращение кортизола в кортизон. Поскольку кортизол активирует рецепторы альдостерона, у таких детей имеются все признаки избытка минералокортикоидов, включая артериальную гипертонию, гипокалиемию, метаболический алкалоз. При этой причине гипокалиемии (называемом также «кажущимся избытком минералокортикоидов») помогает спиронолактон, который блокирует минералокортикоидные рецепторы. Недостаточность 11Р-гидроксистероиддегидрогеназы возникает и при отравлении веществами, ингибирующими этот фермент. Классическим примером служит отравление глициризиновой кислотой, присутствующей в лакрице. Синдром Лиддла — одна из причин гипокалиемии, аутосомно-доминантное заболевание, обусловленное активирующей мутацией гена натриевых каналов в дистальном отделе нефрона. В норме эти каналы активируются альдостероном.