Klinická fyziologie ABR sekce Základy oboru edukační lekce Michal Horáček KARIM 2. LF UK a FN v Motole Praha
Hlavní ukazatel ABR: ph (resp. a[h + ]) ph = pondus hydrogenii, potential of hydrogen = vodíkový exponent ph = - log koncentrace H +, resp. H 3 O + logaritmická stupnice 0-14 pro vodné roztoky při teplotě 25 o C ph 7 = neutrální ph < 7 = kyseliny ph > 7 = zásady Søren Peder Lauritz Sørensen 1868-1939
Hlavní ukazatel ABR: ph (resp. a[h + ]) rovnice 4. řádu: 3 nezávisle proměnné, 5 rychlostních konstant po zjednodušení: Corey HE: Bench-to-bedside review: Fundamental principles of acid-base Physiology. Critical Care 2005;9(2):184-192. http://ccforum.com/content/9/2/184
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 ph, pco 2, po 2 x ostatní
Příčiny zmatků měřené x počítané hodnoty ph, pco 2, po 2 x ostatní různé jednotky kpa x mm Hg mmol/l x mekv/l různé přístupy Bostonská škola Kodaňská škola škola Rhode Island (Stewart) spousta různých ukazatelů a vzorců spousta příčin poruch ABR hodnoty v plazmě x hodnoty v buňkách
ph čistá voda vždy neutrální (H +, resp. H 3 O + = OH - ) koncentrace H + se mění s teplotou disociace H 2 O, ale kyselost je stejná: 0 o C: H + = 3,4. 10-8 Eq/l = ph 7,5 25 o C: H + = 1. 10-7 Eq/l = ph 7,0 37 o C: H + = 2,1. 10-7 Eq/l = ph 6,68 100 o C: H + = 8,8. 10-7 Eq/l = ph 6,1 důležitější než koncentrace je aktivita H + není jedno normální rozmezí ph! (7,35-7,40 7,40-7,45) plazma je i v (klinické) acidóze alkalická! ph v buňkách neznáme a není všude stejné kompartmenty! Berend K: Acid-base pathophysiology after 130 years: confusing, irrational and controversial. J Nephrol. 2013;26(2):254-65. Weiss JN, Korge P: The cytoplasm: no longer a well-mixed bag. Circulation Research 2001;89(2):108-110
ph, nebo aktivita H +? při teplotě 25 o C ph [H + ] nmol/l 7,7 20 7,6 25 7,5 32 7,4 40 7,3 50 7,2 60 7,1 80 7,0 100 6,9 125 6,8 160
Zásoba vodíkových iontů CTV: 60 % t.hm. = 42 l 1 l H 2 O 1 kg H 2 O = 1000 g = 55,5 M/l mol. hm. H 2 O 18 1 mol obsahuje tolik molekul jako v 12 g 12 C = 6,022.10 23 [H 2 O] [H + ] + [OH - ], tj. [H + ] (ph 7 a 37 o C) 100 nmol/l koncentrace nevodíkových iontů 10 6 x vyšší! Na + 140 mmol/l, K + 5 mmol/l apod. x H + 40 nmol/l (ph 7,4) rozmezí ph slučitelné se životem: 6,9 (= 125 nmol H + /l) - 7,6 (25 nmol H + /l) = změna o pětinásobek, ale 100 nmol H + /l!
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. CO 2 0,2 l/min * 60 * 24 = 288 l/24 hod; 1 mol = 22,4 l 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
Acido-Bazická Rovnováha (ABR) analyzátory měří ph (1933), pco 2 (1954) a po 2 (Clark elektroda 1954, polarografie Heyrovský 1922) hodnocení: fyziologický přístup Bostonská škola měří ph a pco 2, vypočítává HCO 3 - (H.-H. rovnice) 4 poruchy (respirační a metabolická acidóza/alkalóza) Base Excess přístup Kodaňská škola ph a pco 2, vypočítává Base Excess (ukazatel mtb složky nezávislý na respiraci) fyzikálně chemický přístup Stewartův ph je závislá proměnná, je výsledkem SID, A tot a PCO 2 6 poruch
Bostonská škola ph, pco 2 a HCO 3 - D.D. Van Slyke používá výhradně systém H 2 CO 3 /HCO 3 - a isohydrický princip ph = 6,1 + log ([HCO 3 - ]/[0,225 x pco 2 (kpa)]) 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: pco 2 metabolická porucha: HCO 3 - globální reakce organismu kompenzace
Bostonská škola Rules-of-thumb D.D. Van Slyke (mmol/l, kpa) http://www.acidbase.org/phpscripts6/downloads/peterlloyd_on_acidbase.pdf
Bostonská škola ph, pco 2 a HCO 3 - D.D. Van Slyke Kritika: změny pco 2 a HCO 3 - nejsou nezávislé zanedbává další pufry pk kyseliny uhličité kolísá 5,8-6,3 = chyba při výpočtu HCO 3-
Kodaňská škola epidemie poliomyelitidy 1952 Bjørn Ibsen
Kodaňská škola epidemie poliomyelitidy 1952 Poul Astrup 1915-2000 vysoká hodnota TCO 2 = alkalóza! jen ph elektroda ekvilibrační (Astrupova) metoda ke zjištění pco 2 - Siggaard-Andersenův nomogram Ole Siggaard-Andersen *1932 nárazníková linie
Kodaňská škola ph, pco 2 a BE Poul Astrup Ole Siggaard-Andersen BE množství kyseliny, nebo bazí, které se musí přidat k 1 l krve in vitro vystavené pco 2 40 mm Hg = 5,3 kpa, aby se dosáhlo normální ph 7,40 nezávislý ukazatel metab. poruchy S.-A. křivkový nomogram Van Slykeova rovnice:
prof. M. Engliš 2.2.1932-25.2.2014
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 CO 2 v rovnováze s pco 2 zevně podmínky: Peter Stewart zákon zachování hmoty (1921 1993) zákon zachování elektroneutrality respektovat rovnovážné disociační konstanty 3 proměnné: SID (Strong Ion Difference) určují ph! A TOT (Celková koncentrace slabých kyselin) pco 2
Stewartův přístup Kacíř, nebo revoluce? ph je funkcí disociace vody modifikované nezávisle proměnnými: pco 2 slabé kyseliny (A TOT ) (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 James J. Figge *? Am J Respir Crit Care Med 2000;162(6):2246 2251 1/6 pacientů s normálním BE má složitou poruchu ABR!
Am J Respir Crit Care Med 2000;162(6):2246 2251 pco 2 SID 37-41 mmol/l A TOT 14 mmol/l
prof. A. Kazda
Diferenciální diagnóza metabolických poruch Gilfix 1993 & Story 2004 diagnóza podílu poruch z neměřených aniontů: zjištěný BE = závažnost poruchy 1. vliv iontů (Iontový efekt, IE) IE = [Na + ] - [Cl - ] - 38 2. vliv albuminu (Albuminový Efekt, AE) 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, paco 2 4,65, HCO 3-11, 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, paco 2 4,65, HCO 3-11, 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
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)
Skryté poruchy ABR BE a/nebo bikarbonát mohou být normální Na + Cl - diluční acidóza [Na + ] 136 mmol/l koncentrační alkalóza [Na + ] 148 mmol/l hyperchloremická acidóza [Cl ] 112 mmol/l hypochloremická alkalóza [Cl ] 100 mmol/l M. Rehm Alb P - hypoalbuminemická alkalóza 35 g/l hyperfosfatemická acidóza [P i ] 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
Souhrn pro praxi Cowley JN et al.: Interpreting arterial blood gas results. BMJ 2013;346:f16
Kalkulátory a literatura Acid base Physiology (Amer. Thoracic Soc.) 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
Literatura Kazda A et al.: Kritické stavy. Galén 2012 Jabor A et al.. Vnitřní prostředí. Grada 2008 Schück O: Poruchy metabolizmu vody a elektrolytů v klinické praxi. Grada 2000 Nejedlý B et al.: Vnitřní prostředí, klinická biochemie a praxe. Avicenum 1980