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: pco 2 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 pco 2 (kpa) 6,22 kpa 4,80-6,14 po 2 (kpa) 23,15 kpa 9,50-14,00 HCO 3- (mmol/l) 23,2 20,1-26,0 BE (mmol/l) -3,5-2,3-2,3
Hodnocení ABR 1. oxygenace 2. ph 3. respirace = pco 2 4. metabolismus = BE, HCO 3-5. další analyty: ionty, Hb, laktát aj. 6. reakce na léčbu
Muž, 48 let, po úvodu do CA, UPV Parametr Výsledek Rozmezí FNM ph 7,300 7,360-7,44 pco 2 (kpa) 6,22 kpa 4,80-6,14 1. po 2 (kpa) 23,15 kpa 9,50-14,00 HCO 3- (mmol/l) 23,2 20,1-26,0 BE (mmol/l) -3,5-2,3-2,3
Oxygenace PaO 2 (9,3-14,0 kpa, 70-110 mm Hg) FIO 2 0,21-1,0, tlak v DC (P maw [IP, Peep, I:E]) hodnocení: Horowitzův (PF) index PaO 2 /FiO 2 > 39,9 kpa ALI < 39,9 kpa, ARDS < 26,6 kpa oxygenační index (P maw x FiO 2 )/PaO 2 Peep, Inspirační tlak, FiO 2
Příčiny hypoxemie nízká FiO 2 poruchy ventilace: hypoventilace pco 2 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. 3. ph 7,300 7,360-7,44 pco 2 (kpa) 6,22 kpa 4,80-6,14 po 2 (kpa) 23,15 kpa 9,50-14,00 HCO 3- (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 pco 2 (kpa) 6,22 kpa 4,80-6,14 po 2 (kpa) 23,15 kpa 9,50-14,00 HCO 3- (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, pco 2, po 2 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 tekutáčást krve, krevní plasma, všechny intersticiální tekutiny, zdroj a výslednice všech základních změn.
Anatomie vnitřního prostředí celková tělesná hmotnost 100 % 70 kg pevná část 40 % 28 kg celková tělesná voda 60 % 42 l intracelulární tekutina 40 % 28 l extracelulární tekutina 20 % 14 l intravazální tekutina, tj. plazma 5 % 3,5 l intersticiální tekutina 15 % 10,5 l transcelulární = třetí prostor 2,4 % tekutina ve střevech, v močových a ve žlučových cestách, v tělních dutinách 2 l
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 + ) H 3 O + 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 ph = - log (ah 3 O + ) logaritmická stupnice 0-14 ph 7 = neutrální ph < 7 = kyseliny ph > 7 = zásady Søren Peder Lauritz Sørensen 1868-1939
ph x aktivita vodíkových iontů 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 vody koncentrace 55,5 M/l mol. hm. 18 1 mol obsahuje tolik molekul jako v 12 g 12 C = 6,022.10 23 H 2 O H + + OH - H + (ph 7 a 37 o C) 100 nmol/l
Život je boj s acidózou! příjem potravou aminokyseliny, fosfáty, sulfáty tuky mastné kyseliny endogenní tvorba CO 2, resp. bikarbonát organické kyseliny: laktát, ketokyseliny aj. Doc. Ivan Matouš katabolismus bílkovin (=AK) anorg. kys. + urea = 2 H + (2 NH 4+ + CO 2 = CO(NH 2 ) 2 + 2H + ) X vylučování plícemi: CO 2 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. CO 2 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 = kompenzace MAC, korekce RAC, vznik RAL = kompenzace MAL, korekce RAL, vznik RAC 3. linie: ledviny změna exkrece H + a HCO 3 - kompenzace respiračních poruch korekce metabolických poruch Doc. Ivan Matouš
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 5 % proteiny 7 %
1. linie - pufry bikarbonátový pufr (H 2 CO 3 /NaHCO 3 ) přidání HCl: H + + Cl - + Na + + HCO 3- = Na + + Cl - + H 2 CO 3 přidání NaOH: Na + + OH - + H 2 CO 3 = Na + + HCO 3- + H 2 O 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 ([HCO 3 ] / 0,03. pco 2 ) problémy: pk (6,1) není konstantní (5,8-6,3) (chyba při výpočtu HCO 3- -60-+100 %) přítomny i další pufry (isohydrický princip)
Současný analyzátor krevních plynů např. Nova Stat Profile XPress krevní plyny: ph, pco 2, po 2 biochemie: ionty, Hb, Htk, glykemie, laktát aj.
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
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, 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 ]) 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
D.D. Van Slyke Bostonská škola ph, pco 2 a HCO 3 - (mmol/l, mm Hg) Akutní respirační porucha: 1. Acidóza [HCO 3 ] = 0,1. pco 2 2. Alkalóza [HCO 3 ] = 0,2. pco 2 Chronická respirační porucha: 3. Acidóza [HCO 3 ] = 0,35. pco 2 4. Alkalóza [HCO 3 ] = 0,5. pco 2 Chronická metabolická porucha: 5. Acidóza pco 2 =1,5. [HCO 3 ] + 8 6. Alkalóza pco 2 =0,9. [HCO 3 ] + 15
Bostonská škola ph, pco 2 a HCO 3 - D.D. Van Slyke Kritika: změny pco 2 a HCO 3- nejsou nezávislé zanedbává další pufry
Kodaňská škola epidemie poliomyelitidy 1952 Bjørn Ibsen
Kodaňská škola epidemie poliomyelitidy 1952 Poul Astrup Ole Siggaard-Andersen vysoká hodnota TCO 2 = alkalóza! jen ph elektroda ekvilibrační (Astrupova) metoda ke zjištění pco 2 - Siggaard-Andersenův nomogram
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 ukazatel metabolické poruchy S.-A. křivkový nomogram Van Slykeova rovnice:
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 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) A TOT (Celková koncentrace slabých kyselin) určují ph! 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 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 pco 2 SID A TOT
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, 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
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 + 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
Metabolická acidóza H-H rce: ph = 6,1 + log [HCO 3- ] / 0,3 * pco 2 definice: ph < 7,36 a HCO 3- < 24 mmol/l kompenzace: hyperventilace = pco 2 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 vazodilatace náchylnost k poruchám rytmu posun disociační křivky Hb = změna DO 2 tvorba ATP klesá zhoršení imunity Chronická zvýšená degradace svalů abnormální metabolismus kostí hypotenze
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