1 Hlavní ukazatele acidobazické rovnováhy Pro vyšetření parametrů acidobazické rovnováhy (ABR) se odebírá krev arteriální nebo arterilizovaná. Arteriální krev se odebírá z artérií do heparinizovaných zkumavek nebo kapilár. Arterializovaná krev se odebírá z dobře prokrveného místa na periferii (bříško prstů, ušní lalůček). Odběr musí být proveden za anaerobních podmínek, v krvi se nesmí nacházet vzduchové bubliny. Měřené parametry ABR Referenční interval * pH 7,40 0,04 * pCO2 5,3 0,5 kPa * (pO2, tHb, sO2, HbO2, COHb, MetHb) Acidobazické analyzátory, tj. analyzátory pH a krevních plynů, jsou dodnes často nazývané podle jednoho z prvních autorů "Astrup". Jsou to složité přístroje, které pomocí elektrod umožňují přesné měření základních parametrů ABR, tj. pH, pCO2 a pO2. Ostatní parametry jsou kalkulovány podle softwarového vybavení analyzátoru na bázi Hendersonovy-Hasselbalchovy rovnice. Modernější analyzátory umožňují kromě stanovení základních parametrů ještě stanovení koncentrace celkového hemoglobinu, oxygenovaného hemoglobinu a dalších derivátů hemoglobinu. Tato stanovení jsou základem pro výpočet ostatních parametrů, které jsou důležité pro posouzení oxygenace organismu. Odvozené parametry ABR Referenční interval * Aktuální koncentrace HCO3 24 3 mmol/l koncentrace HCO3 v krvi nasycené kyslíkem za aktuálních podmínek * Base excess (BE, odchylka bází) 0 3 mmol/l množství silných kyselin nebo bází v mmolech, které je třeba přidat k 1litru krve/plazmy tak, aby pH bylo 7,4 při pCO2 5,3 kPa a teplotě 37 °C * Saturace hemoglobinu kyslíkem (sO2) 0,94­0,99 podíl oxyhemoglobinu a tzv. efektivního hemoglobinu (koncentrace celkového hemoglobinu od nějž jsou odečteny koncentrace derivátů, které nejsou schopny vázat kyslík) Pro hodnocení ABR jsou dále důležité údaje o koncentraci základních elektrolytů (Na+ , K+ , Cl- , anorganický fosfát) a albumin (viz seminář 10). Pomocné výpočty Referenční interval * Pufrové báze séra BBS = [Na+ ] + [K+ ] - [Cl] 42 2 mmol/l BBS se využívá k posouzení podílu chloridů na poruše ABR. Zvýšená hodnota BBS svědčí o relativním poklesu Cla tím o zvýšení podílu hydrogenkarbonátů ve sloupci aniontů ­ tedy o přítomnosti složky metabolické alkalózy. Snížená hodnota BBS ukazuje na relativní hyperchloremii vedoucí z důvodů elektroneutrality ke snížení koncentrace hydrogenkarbonátů a k hyperchloremické metabolické acidóze. 2 * Anion gap AG = [Na+ ] + [K+ ] - ([Cl] + [HCO3 ]) 18 2 mmol/l Zvýšená hodnota AG svědčí o přítomnosti metabolické složky acidózy. Nevýhodou při používání parametru AG je, že mění-li se koncentrace bílkoviny a RA protichůdně, celková hodnota AG se nemění, přestože může být přítomna změna ABR. * Reziduální anionty RA = ([Na+ ] + [K+ ] + [Ca2+ ] + [Mg2+ ]) ­ ([Cl] + [HCO3 ] + [proteiny]) Parametr se rovněž používá k určení podílu metabolické acidózy na poruše ABR. Zvýšená hodnota reziduálních aniontů (> 12,9) svědčí o podílu metabolické acidózy. Klasická koncepce hodnocení acidobazických poruch založená tzv. dánskou školou (Astrup, O. Siggaard-Andersen) spočívá na dvou základních principech: a) acidobazický stav organismu charakterizuje aktuálními hodnotami pH, pCO2 a BE, které uvádí do vzájemného vztahu založeného na Hendersonově-Hasselbalchově rovnici b) acidobazickou poruchu interpretuje jako aktuální stav dynamického procesu, který začíná (akutní porucha), rozvíjí se (kompenzace), dosahuje ustáleného stavu (ustálená porucha) a je upravován (korekce, léčba). Nevýhodou Astrupovy koncepce je, že jak pH, tak BE a HCO3 se nemění primárně, nýbrž jsou to závislé hodnoty. Dalším nedostatkem je, že na základě měření základních parametrů není možné odhalit dvě současně probíhající antagonistické poruchy. V osmdesátých letech minulého století navrhl Stewart novou koncepci metabolických acidobazických poruch, která vychází ze základního předpokladu, že primární změny koncentrace některých kationů (hlavně Na+ ) a anionů (Cl, albumin, fosfát a neměřené ionty) vyvolávají následné změny acidobazických parametrů. Stewartovu teorii později rozvinul Fencl. Teorie se zaměřuje především na metabolické komponenty acidobazické poruchy (SID, Atot ), respirační poruchy jsou i v Stewartově pojetí posuzovány podle pCO2. Model vychází z principu elektroneutrality plazmy. Dle Stewarta a Fencla jsou definovány tři nezávisle proměnné veličiny, které umožňují přesněji definovat změny acidobazické rovnováhy: a) parciální tlak CO2 b) diference silných iontů (SID) c) celková koncentrace slabých netěkavých kyselin [Atot ] reprezentovaných albuminem a anorganickým fosfátem K výpočtu SID se používá vztah SIDeff = [Na+ ] + [K+ ] + [Ca2+ ] + [Mg2+ ] ­ ([Cl] + [UA]) 38­40 mmol/l Poněvadž přesné měření SID není jednoduché v důsledku obtíží se stanovením neměřitelných anionů, používá se empirický vztah SIDeff = [HCO3 ] + k1[albumin] + k2[Pi] 38­40 mmol/l kde konstanty k1 a k2 jsou závislé na pH (pro pH 7,4: k1 = 0,28 a k2 = 1,8), všechny koncentrace jsou v mmol/l, jen albumin v g/l; 3 Optimální se v současné době jeví kombinované použití obou přístupů k hodnocení acidobazické rovnováhy. Jako základní hodnoty se získají klasické parametry podle Astrupa (dostupné z analyzátorů). Tak jsou získány sumární informace o aktuálním stavu jak metabolické, tak respirační složky acidobazické poruchy. Následně je možno identifikovat a vyhodnotit komponenty podílející se na metabolické poruše podle Stewarta a Fencla. Třídění poruch ABR acidóza metabolická pH < 7,36 alkalóza respirační pH > 7,44 Další třídění poruch ABR: akutní (dekompenzované) ustálené (kompenzované) kombinované Mechanismy podílející se na udržování acidobazické rovnováhy ECT ICT kost plná rozvoj kompenzace účinnost: ihned min h/dny během několika: hodin dní Mechanismus úpravy poruch Prvním systémem, který zasahuje při vychýlení pH v organismu jsou intra- a extracelulární pufrové systémy. Vzestup neprchavých kyselin jako je kyselina sírová, mléčná nebo jako jsou ketokyseliny je ihned ztlumen reakcí s HCO3 v intersticiální tekutině a v krvi; k ekvilibraci této reakce v celém organismu dochází za 10­12 min. Řádově několik hodin trvá vstup H+ do buněčného kompartmentu, kde je pufrován hemoglobinem (v erytrocytech), fosfáty a jinými intracelulárními pufry. Po těchto fyzikálně chemických mechanismech nastupuje orgánový regulační mechanismus. Patří sem regulace plícemi, která změnou dechové frekvence a dechové intenzity (tj. hypo- nebo hyperventilací) může zadržet nebo naopak odvětrat CO2 z organismu a tím změnit koncentraci H2CO3 v tělesných tekutinách. Děje se tak ovlivněním dechového centra ve smyslu stimulace nebo inhibice. 2 3 A CO ][HCO logppH ps K += - porucha pufrační systémy plíce ledvinyjátra 4 Plicní regulace nastupuje během několika minut a maxima je dosaženo obvykle do 12­24 hodin. Dále je to regulace renální. Je umožněna zvýšením nebo snížením zpětné resorpce CO3 a snížením nebo zvýšením exkrece H+ (jako H2PO4 nebo NH4 + ). Začíná obvykle za 1­2 hodiny a dosahuje maxima za 2­5 dní. Další roli hraje regulace jaterní, která je umožněna změnou poměru detoxikace NH4 + cestou ureogeneze (proton-produktivní reakce) a cestou tvorby glutaminu (proton-neutrální reakce). Kompenzace * pochody, kterými jeden pufrační systém/orgán nahrazuje porušenou funkci druhého pufračního systému/orgánu tak, aby poměr [HCO3 ] / pCO2 se blížil k fyziologickému (tj. pH k hodnotě 7,4). Korekce * pochody, kterými postižený pufrační systém/orgán upravuje vlastními prostředky parametry ABR k normě. Grafické vyjádření Hendersonovy-Hasselbalchovy rovnice a poruch ABR K hodnocení stavu ABR se využívají záznamové grafy acidobazických poruch , u nás často tiskopis dle Engliše (Praktický lékař 1972;52:558­560). Graf umožňuje orientační, rychlé zhodnocení stavu acidobazické rovnováhy s klasifikací poruchy podle hodnot pCO2 a BE. Zároveň ukazuje předpokládaný vývoj poruchy kompenzačními ději. Přesné stanovení diagnózy vychází ze znalosti anamnézy, klinických projevů a časového průběhu onemocnění a výsledku jiných laboratorních vyšetření. Zkratky v grafu: Ac acidóza, Alk alkalóza; M metabolická, R respirační; a akutní, u stálená. 7,1 7,2 7,3 7,37 7,43 7,5 7,6 -10 0 10 20 30-20 BE (mmol/l) pCO2 (kPa) 5,3 6,7 8,0 9,8 10,6 12,0 4,0 2,7 1,3 aMAlk uMAlk uRAc aRAc aMAc aRAlkuRAlk uMAc pH 5 Příklady poruch axcidobazické rovnováhy: Metabolická acidóza (MAc) Je definována jako patologické nahromadění neprchavých kyselin nebo ztráta HCO3 z ECT. Pro poruchu je typické hluboké Kussmaulovo dýchání, které je způsobeno stimulací dechového centra vysokou koncentrací H+ iontů. Laboratorním nálezem je snížení BE, snížení HCO3 , pokles hodnoty BBs. Později dochází ke kompenzativní hyperventilaci a poklesu pCO2. Příčiny MAc 1. zvýšená tvorba H+ - laktacidóza (hypoxie; intenzivní svalová práce; anemie; intoxikace salicyláty, methanolem, ethylenglykolem; deficit thiaminu; alkoholismus; dědičné metabolické poruchy) - ketoacidóza (hladovění; dekompenzovaný DM) - acidóza ze zadržení endogenních netěkavých kyselin při renálním selhání 2. exogenní přívod H+ - metabolity při intoxikaci methanolem, ethylenglykolem, předávkování salicyláty - podání HCl, NH4Cl při léčbě MAlk Ve všech případech uvedených výše je metabolická acidóza spojena se zvýšenou hodnotou AG a RA. 3. ztráta HCO3 - průjmy, popáleniny, renální tubulární poruchy, diuretika 4. relativní zředění HCO3 - při nadměrných infuzích izotonických roztoků Hodnoty AG u poruch uvedených pod body 2. a 3. se nemění, naopak dochází ke zvýšení koncentrace chloridů v séru. Korekce a kompenzace Pufrační účinek V první fázi poruchy se uplatňuje pufrační účinek hydrogenkarbonátu. H+ ionty uvolněné ze tkání jsou pufrovány reakcí s HCO3 . Koncentrace hydrogenkarbonátu v plazmě se snižuje i pod 10 mmol/l. Po několika hodinách až dnech, H+ se začne přesouvat do buněk, kde je pufrován intracelulárním nárazníkovým systémem (především hemoglobinem, proteiny a fosfáty). Až 60 % zvýšeného H+ může být pufrováno intracelulárně. Přesun H+ do ICT však současně vede k vyplavení K+ do ECT, což způsobuje hyperkalemii a depleci intracelulárního K+ . Plicní kompenzace Zvýšení H+ v krvi vede ke stimulaci periferních arteriálních chemoreceptorů ke zvýšení plicní ventilace a tím k poklesu arteriálního pCO2, takže vychýlené pH se začne upravovat na základě vztahu daného Hendersonovou-Hasselbalchovou rovnicí. Renální korekce Renální korekcí , která se rozvíjí v průběhu 2­3 dní se vylučuje kyselá moč. Sekrece H+ je provázena sekrecí příslušného aniontu (A) (laktát, acetacetát, 3-hydroxybutyrát). HCO3 spotřebovaný v ECT v průběhu pufrovací regulace je regenerován v renálních tubulech; stejně tak se vrací Na+ , který se dostal do ultrafiltrátu s aniontem kyseliny. 6 Metabolická alkalóza (MAlk) Metabolická alkalóza je člověka mnohem hůře kompenzována než metabolická acidóza. Příčiny MAlk: 1. ztráta H+ - zvracení, odsávání žaludečního obsahu 2. přívod HCO3 - nadměrné použití hydrogenkarbonátu 3. ztráta Cla K+ - diuretika 4. hypoalbuminemie Zvyšuje se koncentrace HCO3 , BBs a BE, hodnota pCO2 se nemění a pH se zvyšuje. Dochází buď ke zvýšení SID (viz příčiny MAlk 1­3) nebo poklesu Atot (4). Uvádí se, že pokles koncentrace albuminu o 10 g/l vede k vzestupu koncentrace HCO3 o 3 mmol/l. Korekce a kompenzace Pufrační účinek Nadbytek bází (při ztrátách HCl) reaguje s H2CO3. Respirační kompenzace Vzestup pH inhibuje respirační centrum, dochází k hypoventilaci a tím k retenci CO2 (hyperkapnii), což vede k vzestupu koncentrace H2CO3 a ke zvýšení fyzikálně rozpuštěného CO2. To znamená, že poměr HCO3 /pCO2, který byl původně zvýšen, se normalizuje; ovšem koncentrace obou členů se zvyšuje. Kompenzace plicní cestou je často nedokonalá, poněvadž při útlumu ventilace dochází k hypoxemii. Ta je registrována chemoreceptory s následnou stimulací dechového centra. Renální korekce Ledvina odpovídá na MAlk sníženou výměnou Na+ za H+ , sníženou tvorbou NH4 + a sníženou reabsorpcí HCO3 - . Respirační acidóza (RAc) Respirační acidóza je porucha ABR při níž převažuje produkce CO2 v organismu nad jeho odvětráváním. Vzestup arteriálního pCO2 je způsoben hypoventilací. Dechová nedostatečnost vede spíše k hypoxii než k poruše vylučování CO2. Hypoxie také stimuluje ventilaci prostřednictvím periferního chemoreceptorového reflexu a navozuje tak spíše respirační alkalózu než respirační acidózu. Laboratorně se zvyšuje pCO2 a klesá pH. Při poklesu pO2 se může zvyšovat i koncentrace laktátu a dochází ke kombinaci s MAC. Příčiny RAc: Hypoventilace - útlum dýchacího centra (opiáty, sedativa, narkotika, vysoké koncentrace CO2) - poruchy ventilace, difuze, perfuze (onemocnění plic a dýchacích cest) - poruchy transportu plynů (anemie, oběhová nedostatečnost, otravy CO) - poruchy výměny plynů mezí krví a tkáněmi (otrava kyanidy) - poruchy nervosvalového převodu (farmaka, otravy nikotinem a botulinem) 7 Reakce pufračních bází při RAc Jestliže se mění pCO2, způsobí to změnu [HCO3 ]. Když např. stoupne pCO2 (a tedy [H2CO3]), reakce H2CO3 H+ + HCO3 se posunuje doprava a zvýší se hodnota [HCO3 ]. Uvolněný H+ ihned reaguje s ostatními pufrovacími systémy a redukuje celkový obsah bazí ("buffer base" ­ BB). Výsledkem je pokles celkového BB, ale zvýší se [HCO3 ], který je součástí tohoto nárazníkového systému. Při změnách pCO2 tedy [HCO3 ] není přesným ukazatelem celkového množství bazí v plazmě. Renální kompenzace Spočívá ve zvýšené sekreci H+ a zvýšené zpětné resorpci HCO3 . Oxid uhličitý má přímý stimulační účinek v buňkách renálních tubulů na tento mechanismus. Renální kompenzace nastupuje za 1­2 hodiny a dosahuje svého maxima za 2­3 dny. Respirační korekce Možnost korekce závisí na funkční zdatnosti dýchacího ústrojí; jeho porucha je však často vlastní příčinou rozvoje respirační acidózy. Nelze-li stav terapeuticky příznivě ovlivnit nebo odstranit vyvolávající příčinu nebo očekávat zlepšení spontánní ventilace pacienta, je nutno zavést ventilační podporu. Respirační alkalóza (RAlk) Respirační alkalóza vzniká, poklesne-li pCO2 v alveolárním vzduchu. K poklesu pCO2 dochází, když převládá exkrece CO2 plícemi nad jeho produkcí ve tkáních. Protože produkce CO2 ve tkáních je relativně konstantní, je pokles pCO2 primárně způsobován hyperventilací. K hyperventilaci může vést zvýšená neurochemická stimulace centrálními nebo periferními nervovými vlivy, hyperventilace při řízené ventilaci nebo vědomá hyperventilace pacienta. Nárazníková reakce u respirační alkalózy probíhá velmi rychle, aby se zabránilo výraznému vzestupu pH na hodnoty, které by mohly ohrozit životní funkce organismu. 99 % H+ pochází z nitrobuněčných zdrojů, tj. z laktátu a z organických kyselin, jejichž koncentrace v buňkách stoupá díky sníženému přísunu O2 (posun disociační křivky Hb doleva při alkalóze). Příčiny RAlk: Hyperventilace - při nesprávném řízeném dýchání - při zvýšeném dráždění dýchacího centra: podněty z CNS (hysterie, úzkost, infekce), intoxikace léky (salicyláty), dráždění termoregulačního centra (horečka, fyzická práce). - v normálním těhotenství - poruchy dechového centra (iktus, trauma, tumor, zánět) CO2 CO2 + H2O H2CO3 + protn- Hprot(n-1)- + HCO3 - ICT 8 Laboratorně je nalezen pokles pCO2 a vzestup pH. Reakce pufračních bází při RAlk Renální kompenzace RAlk je zrcadlovým obrazem kompenzace RAc. Protože renální exkrece H+ a reabsorpce HCO3 přímo odvisí od hodnoty arteriálního pCO2, pokles pCO2 způsobuje zvýšenou eliminaci H+ a sníženou zpětnou resorpci HCO3 . Hydrogenkarbonát se ztrácí močí, která má pH vyšší než 6,5. Renální kompenzace nastupuje po 1­2 hodinách a vrcholí za 2­3 dny. Je velmi účinná (pokud není funkce ledvin porušena). U RAlk dochází k mírné hypokalemii pro přesun K+ do buněk výměnou za H+ . Chloridy mají tendenci nahradit pokles HCO3 v plazmě. Stoupá též AG pro vystupňovanou glykolýzu a zvýšenou tvorbu laktátu (laktát stoupá až na 4 mmol/l), pravděpodobně pro snížený průtok krve játry. U prolongované těžké alkalózy stoupají také ketolátky pro sníženou utilizaci glukosy. Hladina anorganického fosfátu bývá snížena. Změny koncentrace K+ a H+ v ECT acidóza únik K+ z buňky alkalóza hypokalemie (acidóza je nejčastěji vyvolána katabolismem) Pozn.: při změně pH o 0,1 se změní koncentrace K+ v ECT v průměru o 0,4 mmol/l Kombinované/smíšené poruchy ABR 1. Protichůdné ­ např. MAc a MAlk 2. Stejnosměrné ­ např. MAc a RAc * parametry ABR se často nachází v referenčním rozmezí (např. hypochloremie odhalí MAlk) * rozpoznání kombinovaných poruch ABR na základě vyšetření elektrolytů, proteinemie, laktátu, výpočtů z iontogramu (AG, SID) * výsledky musí být konfrontovány s klinickou situací CO2 CO2 + H2O H2CO3 + protn- Hprot(n-1)- + HCO3 H+ H+ K+K+ buňka H+ H+ K+ K+ buňka