Acidobazická rovnováha - jasně a jednoduše Michal Horáček KARIM 2. LF UK v FNM Praha
pH, resp. a[H+]
rovnice 4. řádu: 3 nezávisle proměnné, 5 rychlostních konstant
po zjednodušení:
Acidobazická rovnováha acidóza – normální ABR (pH 7,36-7,44) – alkalóza respirační x metabolická respirační: pCO2 ≠ 4,8-5,8 kPa metabolická: HCO3- ≠ 22-26 mmol/l, nebo BE ≠ -2 - +2 mmol/l akutní x chronická → kompenzace jednoduchá porucha x smíšené poruchy hodnotíme čísla s anamnézou a klinickým obrazem akutní stavy = acidózy, později metabolická alkalóza
Muž, 48 let, po úvodu do CA, UPV Parametr
Výsledek
Rozmezí FNM
pH
7,300
7,36-7,44
pCO2 (kPa)
6,22 kPa
4,80-6,14
pO2 (kPa)
23,15 kPa
9,50-14,00
HCO3- (mmol/l)
23,2
20,1-26,0
BE (mmol/l)
-3,5
-2,3-2,3
Hodnocení ABR 1. 2. 3. 4. 5. 6.
oxygenace pH respirace = pCO2 metabolismus = BE, HCO3další analyty: ionty, Hb, laktát aj. reakce na léčbu
Muž, 48 let, po úvodu do CA, UPV Parametr
Výsledek
Rozmezí FNM
pH
7,300
7,360-7,44
pCO2 (kPa)
6,22 kPa
4,80-6,14
23,15 kPa
9,50-14,00
HCO3- (mmol/l)
23,2
20,1-26,0
BE (mmol/l)
-3,5
-2,3-2,3
1. pO2 (kPa)
Oxygenace • PaO2 (9,3-14,0 kPa, 70-110 mm Hg) ⇓ • FIO2 0,21-1,0, tlak v DC (Pmaw [IP, Peep, I:E]) • hodnocení: – Horowitzův (PF) index PaO2/FiO2 > 39,9 kPa ALI < 39,9 kPa, ARDS < 26,6 kPa – oxygenační index (Pmaw x FiO2)/PaO2 – Peep, Inspirační tlak, FiO2
Příčiny hypoxemie • nízká FiO2 • poruchy ventilace: hypoventilace → pCO2 • poruchy distribuce: – obstrukce – restrikce plicní x mimoplicní
• poruchy difuze: alveolo-kapil. membrána • poruchy perfuze: nízký srdeční výdej • nepoměr V/Q: zkrat - norma – mrtvý prostor • zvýšení metabolismu
Muž, 48 let, po úvodu do CA, UPV Parametr
Výsledek
Rozmezí FNM
2. pH
7,300
7,360-7,44
3. pCO2 (kPa)
6,22 kPa
4,80-6,14
pO2 (kPa)
23,15 kPa
9,50-14,00
HCO3- (mmol/l)
23,2
20,1-26,0
BE (mmol/l)
-3,5
-2,3-2,3
Metabolická, nebo respirační?
http://www.thoracic.org/clinical/critical-care/clinical-education/abgs.php
Muž, 48 let, po úvodu do CA, UPV Parametr
Výsledek
Rozmezí FNM
pH
7,300 acidóza
7,360-7,44
pCO2 (kPa)
6,22 kPa ↑
4,80-6,14
pO2 (kPa)
23,15 kPa
9,50-14,00
HCO3- (mmol/l)
23,2 norma
20,1-26,0
BE (mmol/l)
-3,5 acidóza
-2,3-2,3
Cowley JN et al.: Interpreting arterial blood gas results. Brit Med J BMJ 2013;346:f16 doi: 10.1136/bmj.f16
Acidobazická rovnováha - jasně a jednoduše
Gorgias (483-376 př.n.l.)
„Nic neexistuje.“ „Pokud něco existuje, je to nepoznatelné.“ „Pokud je to poznatelné, poznatky jsou nesdělitelné.“
2013
nebo
Příčiny zmatků • měřené x počítané hodnoty • různé jednotky – mm Hg x kPa – mmol/l x mekv/l
• různé přístupy – Boston – Kodaň – Rhode Island (Stewart)
• spousta různých ukazatelů a vzorců • spousta příčin
Příčiny zmatků • měřené x počítané hodnoty – pH, pCO2, pO2 x ostatní
• různé jednotky – mm Hg x kPa – mmol/l x mekv/l
• různé přístupy – Boston – Kodaň – Rhode Island (Stewart)
• spousta různých ukazatelů a vzorců • spousta příčin
Claude Bernard 1878
„Co je vnitřní prostředí? Je to krev, ve skutečnosti však nikoliv celá krev, nýbrž tekutá část krve, krevní plasma, všechny intersticiální tekutiny, zdroj a výslednice všech základních změn.“
Anatomie vnitřního prostředí • celková tělesná hmotnost 100 %
70 kg
– pevná část – celková tělesná voda
40 % 60 %
28 kg 42 l
• intracelulární tekutina • extracelulární tekutina
40 % 20 %
28 l 14 l
5% 15 %
3,5 l 10,5 l
– intravazální tekutina, tj. plazma – intersticiální tekutina
• transcelulární = třetí prostor
2,4 %
2l
tekutina ve střevech, v močových a ve žlučových cestách, v tělních dutinách
Homeostáza = stálost vnitřního prostředí Claude Bernard (1813-1878)
Walter Bradford Cannon (1871-1945)
plíce
Játra
http://www.bartleby.com/107/
ledviny
Život je boj s acidózou!
Doc. Ivan Matouš
Definice kyseliny • 1887: Svante August Arrhenius (1859-1927) – kyselina = látka ve vodě zvyšuje koncentraci H+ – baze = látka ve vodě zvyšuje koncentraci OH-
• 1923: Johannes Nicolaus Brønsted (1879-1947) Thomas Martin Lowry (1874-1936) – kyselina = látka, která může odštěpit proton (H+) → H3O+ – baze = látka, která může přijmout proton (H+)
• 1923: Gilbert Newton Lewis (1875-1946) – kyselina je akceptor elektronového páru, např. kationty – baze je donor elektronového páru
pH = pondus hydrogenii = potential of hydrogen = vodíkový exponent Søren Peder Lauritz Sørensen 1868-1939
• pH = - log (aH3O+) • logaritmická stupnice 0-14 pH 7 = neutrální pH < 7 = kyseliny pH > 7 = zásady
pH x aktivita vodíkových iontů pH
[H+] nmol/l
7,7 7,6 7,5 7,4 7,3 7,2 7,1 7,0 6,9 6,8
20 25 32 40 50 60 80 100 125 160
Zásoba vodíkových iontů • CTV: 60 % t.hm. = 42 l vody • koncentrace 55,5 M/l – mol. hm. 18 – 1 mol obsahuje tolik molekul jako v 12 g 12C = 6,022.1023
• H2O ↔ H+ + OHH+ (pH 7 a 37oC) 100 nmol/l
Život je boj s acidózou! • příjem potravou – aminokyseliny, fosfáty, sulfáty – tuky → mastné kyseliny
• endogenní tvorba
Doc. Ivan Matouš
– CO2, resp. bikarbonát – organické kyseliny: laktát, ketokyseliny aj. – katabolismus bílkovin (=AK) → anorg. kys. + urea = 2 H+ (2 NH4+ + CO2 = CO(NH2)2 + 2H+)
X
• vylučování – plícemi: CO2 – ledvinami = močí (pH 4,5-8,0)
Longenecker JC, Nelson TR: High-Yield Acid-Base. LWW, 2. vyd., 2007
Život je boj s acidózou! • obrat H+: – 150 000 mmol/den – 90 % z hydrolýzy ATP – vrátí se do ATP, nemá vliv na pH
Doc. Ivan Matouš
• těkavé kyseliny, tj. CO2 – 15 000 mmol/den, 1/5 z jater, eliminace plícemi
• organické kyseliny, tj. laktát, ketokyseliny, urea – 1500 mmol/den
• anorganické kyseliny, tj. sulfát, fosfát – 1,5 mmol/kg/den
Život je boj s acidózou! obrana: 1. linie: pufry 2. linie: plíce – změna ventilace – –
Doc. Ivan Matouš
↑ = kompenzace MAC, korekce RAC, vznik RAL ↓ = kompenzace MAL, korekce RAL, vznik RAC
3. linie: ledviny – změna exkrece H+ a HCO3– –
kompenzace respiračních poruch korekce metabolických poruch
1. linie - pufry • směsi slabých kyselin a jejich solí • kyselina uhličitá a uhličitan sodný
53 %
– erytrocytární 18 % – plazmatický 35 %
• nebikarbonátové systémy – hemoglobin – oxyhemoglobin
35 %
• HHb = H+ + Hb• HHbO = H+ + HbO-
– primární a sekundární fosfáty – proteiny
5% 7%
1. linie - pufry • bikarbonátový pufr (H2CO3/NaHCO3) – přidání HCl: H+ + Cl- + Na+ + HCO3- = Na+ + Cl- + H2CO3 – přidání NaOH: Na+ + OH- + H2CO3 = Na+ + HCO3- + H2O • pufrační kapacita je maximální, je-li koncentrace obou konjugovaných složek pufru stejná, tj. při pH rovném pK pufru • pH = pK + log [sůl]/[kyseliny]
Henderson-Hasselbachova rovnice (1909, resp. 1916) Lawrence Joseph Henderson 1879-1942
Karl Albert Hasselbalch 1874-1962
• pH = 6,1 + log ([HCO3–] / 0,03 . pCO2) • problémy: – pK (6,1) není konstantní (5,8-6,3) (chyba při výpočtu HCO3- -60-+100 %)
– přítomny i další pufry (isohydrický princip)
Současný analyzátor krevních plynů např. Nova Stat Profile XPress
• krevní plyny: pH, pCO2, pO2 • biochemie: ionty, Hb, Htk, glykemie, laktát aj.
Acido-Bazická Rovnováha (ABR) • analyzátory měří pH (1933), pCO2 (1954) a pO2 (Clark elektroda 1954, polarografie Heyrovský 1922) • hodnocení: – fyziologický přístup – Bostonská škola • měří pH a pCO2, vypočítává HCO3- (H.-H. rovnice) • 4 poruchy (respirační a metabolická acidóza/alkalóza)
– Base Excess přístup – Kodaňská škola • pH a pCO2, vypočítává Base Excess (ukazatel mtb složky nezávislý na respiraci)
– fyzikálně chemický přístup – Stewartův • pH je závislá proměnná, je výsledkem SID, Atot a PCO2 • 6 poruch
Acido-Bazická Rovnováha (ABR) • Fyziologický přístup – Bostonská škola – Donald Dexter van Slyke (1883-1971)
• Base Excess přístup – Kodaňská škola – Poul Bjørndahl Astrup (1915-2000) – Ole Siggaard-Andersen (*1932)
• Fyzikálně chemický přístup – Stewartův – Peter Arthur Robert Stewart (1921-1993)
„Výsledky analýzy krevních plynů a ABR lze vždy správně interpretovat jen spolu s klinickými příznaky, anamnézou a časovým průběhem, nikdy ne izolovaně!“ Philipp Deetjen
Anaesthesist 2012;61 (11,12)
Bostonská škola pH, pCO2 a HCO3D.D. Van Slyke
• používá výhradně systém H2CO3/HCO3a isohydrický princip • pH = 6,1 + log ([HCO3- ]/[0,225 x pCO2]) pH = 6,1 + log (24/0,225x5,3) = 6,1 + log (24/1,2) = 6,1 + log 20 = 6,1 + 1,3 = 7,4
• respirační porucha: pCO2 • metabolická porucha: HCO3• globální reakce organismu – kompenzace
Bostonská škola pH, pCO2 a HCO3D.D. Van Slyke
•
Akutní respirační porucha: 1. Acidóza 2. Alkalóza
•
∆ [HCO3−] = 0,1 . ∆pCO2 ∆ [HCO3−] = 0,2 . ∆pCO2
Chronická respirační porucha: 3. Acidóza 4. Alkalóza
•
(mmol/l, mm Hg)
∆ [HCO3−] = 0,35 . ∆pCO2 ∆ [HCO3−] = 0,5 . ∆pCO2
Chronická metabolická porucha: 5. Acidóza 6. Alkalóza
pCO2 =1,5. [HCO3−] + 8 pCO2 =0,9 . [HCO3−] + 15
Bostonská škola pH, pCO2 a HCO3D.D. Van Slyke
Kritika: • změny pCO2 a HCO3- nejsou nezávislé • zanedbává další pufry
Kodaňská škola epidemie poliomyelitidy 1952 Bjørn Ibsen
Kodaňská škola epidemie poliomyelitidy 1952 Poul Astrup
• vysoká hodnota TCO2 = alkalóza! • jen pH elektroda • ekvilibrační (Astrupova) metoda ke zjištění pCO2 - Siggaard-Andersenův nomogram
Ole Siggaard-Andersen
Kodaňská škola pH, pCO2 a BE Poul Astrup
• BE množství kyseliny, nebo bazí, které se musí přidat k 1 l krve in vitro vystavené pCO2 40 mm Hg = 5,3 kPa, aby se dosáhlo normální pH 7,40 • ukazatel metabolické poruchy – S.-A. křivkový nomogram – Van Slykeova rovnice:
Ole Siggaard-Andersen
prof. M. Engliš
Stewartův přístup
Peter Stewart (1921–1993)
Lewis J. Kaplan
Gamblegramy
James L. Gamble 1883-1959
• sloupec kationtů x aniontů • elektroneutralita: ∑ nábojů kationtů = ∑ nábojů aniontů
Stewartův přístup Kacíř, nebo revoluce?
Peter Stewart (1921–1993)
www.acidbase.org
Stewartův přístup • vnitřní prostředí je roztok: – silné ionty plně disociované – slabé kyseliny částečně disociované – CO2 v rovnováze s pCO2 zevně • podmínky: Peter Stewart – zákon zachování hmoty (1921–1993) – zákon zachování elektroneutrality – respektovat rovnovážné disociační konstanty • 3 proměnné: – SID (Strong Ion Difference) určují pH! – ATOT (Celková koncentrace slabých kyselin) – pCO2
Stewartův přístup Kacíř, nebo revoluce? • pH je funkcí disociace vody modifikované nezávisle proměnnými: – pCO2 – slabé kyseliny (ATOT) (albumin a fosfát) – koncentrace silných iontů (SID)
• stav ABR v tělesných tekutinách je určován nezávisle proměnnými veličinami
Peter Stewart (1921–1993)
Corey HE: Fundamental principles of AB physiology. Crit care 2005;9(2):184192
Stewartův přístup Kacíř, nebo revoluce?
• pH není řízeno organismem!
Peter Stewart (1921–1993)
• přidání kyseliny nebo zásady samo o sobě nemění pH!
Vladimír Fencl 1923-2002
Antonín Jabor *1953
Antonín Kazda * 1934
Am J Respir Crit Care Med 2000;162(6):2246–2251
1/6 pacientů s normálním BE má složitou prouchu ABR!
Am J Respir Crit Care Med 2000;162(6):2246–2251
pCO2 SID
ATOT
© prof. A. Kazda
Diferenciální diagnóza metabolických poruch Gilfix 1993 & Story 2004 diagnóza podílu poruch z neměřených aniontů: • změřený BE = závažnost poruchy 1. vliv iontů (Iontový efekt, IE) IE = [Na+] - [Cl-] - 38 2. vliv albuminu (Albuminový efekt) AE = 0,25 . [42 - albumin (g/l)] 3. vliv laktátu = změřená hodnota BE neměřených aniontů = BE – IE – AE - Lac
Diferenciální diagnóza metabolických poruch Gilfix 1993 & Story 2004 • pH 7,12, paCO2 4,65, HCO3- 11, BE -17 laktát 3, Na 133, Cl 105, albumin 28 g/l
Funk G-Ch: Das Säure-Basen-Modell nach Stewart. Wien Klin Wochenschr 2007;119(13-14):390-403
Diferenciální diagnóza metabolických poruch Gilfix 1993 & Story 2004 • pH 7,12, paCO2 4,65, HCO3- 11, BE -17 laktát 3, Na 133, Cl 105, albumin 28 g/l • Iontový efekt: 133-105-38 = -10 • Albuminový efekt: 0,25 * (42-28) = 3,5 ≈ 4 mmo/l • Laktát: 3 mmol/l • BE neměřených aniontů = -17 – (-10) – 4 – 3 = -8
Funk G-Ch: Das Säure-Basen-Modell nach Stewart. Wien Klin Wochenschr 2007;119(13-14):390-403
Souhrn pro praxi
Cowley JN et al.: Interpreting arterial blood gas results. BMJ 2013;346:f16
Skryté poruchy ABR BE a/nebo bikarbonát mohou být normální Na+
• diluční acidóza [Na+] ≤136 mmol/l • koncentrační alkalóza [Na+] ≥148 mmol/l
M. Rehm
Cl-
• hyperchloremická acidóza [Cl−] ≥112 mmol/l • hypochloremická alkalóza [Cl−] ≤100 mmol/l
Alb P-
• hypoalbuminemická alkalóza ≤ 35 g/l • hyperfosfatemická acidóza [Pi−] ≥ 2 mmol/l
XA-
• zvýšení neměřených aniontů [XA−] ≥ 14 mmol/l
Rehm M et al: Das Stewart Model. „Moderner“ Ansatz zur Interpretation des Säure-Basen-Haushalts. Anaesthesist 2004;53:347–357
Metabolická acidóza • H-H rce: pH = 6,1 + log [HCO3-] / 0,3 * pCO2 • definice: pH < 7,36 a HCO3- < 24 mmol/l • kompenzace: hyperventilace = ↓ pCO2 Kussmaulovo dýchání
• Příčiny (KULT DRACa): – přívod silné kyseliny – ztráta bikarbonátu (ledviny, GIT)
Metabolická acidóza KULT • Ketoacidóza • Uremie • Laktátová acidóza • Toxiny – – – – – –
metanol → kys. mravenčí etanol → kys. octová etylenglykol paraldehyd paracetamol kyselina salicylová aj.
DRAC • Diarrhea • Renální tubulární acidózy • Adisonova choroba • Chloridy – infuze, léky, parenterální výživa
Důsledky metabolické acidózy Akutní •srdeční výdej klesá hypotenze •vazodilatace •náchylnost k poruchám rytmu •posun disociační křivky Hb = změna DO2 •tvorba ATP klesá •zhoršení imunity Chronická •zvýšená degradace svalů •abnormální metabolismus kostí
Kalkulátory a literatura • Acid base Physiology http://www.anaesthesiamcq.com/AcidBaseBook/ABindex.php
• Acid base Online Tutorial University of Connecticut, USA http://fitsweb.uchc.edu/student/selectives/TimurGraham/Welcome.html
• Säure-Base-Kalkulator Klinik für Anästhesiologie und Operative Intensivmedizin, Augsburg, BRD http://www2.klinikum-augsburg.de/3041/Saeure-Base-Kalkulator.htm
