Abstrakt
Autoři popisují patofyziologické mechanismy vedoucí k rozvoji acidózy u pacientů s chronickou obstrukční plicní nemocí nemoc a její škodlivé účinky na výsledek a úmrtnost. Podrobně jsou také popsány kompenzační úpravy ledvin v důsledku acidózy s důrazem na rozdíly mezi akutní a chronickou respirační acidózou. Rovněž jsou u těchto pacientů zkoumány smíšené acidobazické poruchy způsobené komorbiditou a vedlejšími účinky některých léků a jsou uvedeny praktické úvahy o správné diagnóze.
1. Úvod
Chronická obstrukční plicní nemoc (CHOPN) je hlavním problémem veřejného zdraví. Jeho prevalence se liší podle země, věku a pohlaví. Na základě epidemiologických údajů projekce pro rok 2020 naznačuje, že CHOPN bude celosvětově třetí nejčastější příčinou úmrtí a pátou nejčastější příčinou zdravotního postižení. Asi 15% pacientů s CHOPN potřebuje pro akutní exacerbaci přijetí do všeobecné nemocnice nebo na jednotku intenzivní respirační péče, což vede k většímu využití lékařských zdrojů a zvýšeným nákladům. Přestože se celková prognóza pacientů s CHOPN v poslední době zlepšuje, zůstává úmrtnost vysoká a výsledek mohou ovlivnit mimo jiné poruchy acidobazické rovnováhy u těchto subjektů.
Cílem této práce je zaměřit se na hlavní patogenní mechanismy vedoucí k acidobazickým poruchám a jejich klinické důsledky u pacientů s CHOPN.
2. Hyperkapnie a respirační acidóza
Hlavní komplikací u pacientů s CHOPN je vývoj stabilní hyperkapnie.
U zdravých jedinců asi 16 000–20 000 mmol / den oxidu uhličitého (CO2), vznikají oxidací živin obsahujících uhlík. Za normálních podmínek je produkce CO2 odstraněna plicní ventilací. Avšak změna v respiračních výměnách, jak se vyskytuje v pokročilé fázi CHOPN, vede k retenci CO2. Oxid uhličitý je poté hydratován tvorbou kyseliny uhličité, která se následně disociuje uvolněním vodíkových iontů (H +) v tělních tekutinách podle následující rovnice: CO2 + H2O⟹H2CO3⟹ − HCO3 + H +. (1)
Důsledek hyperkapnie v důsledku změny výměny plynů u pacientů s CHOPN tedy spočívá hlavně ve zvýšení koncentrace H + a rozvoji respirační acidózy, nazývané také hyperkapnická acidóza. Podle tradiční metody pro hodnocení acidobazického stavu vyjadřuje Henderson-Hasselbachova rovnice vztah mezi pH (logaritmus inverzní koncentrace H +), koncentrací hydrogenuhličitanových iontů (−HCO3) a parciálním tlakem CO2 (pCO2): pH = 6,1 + log − HCO3 / 0,03 pCO2. (2)
Je zřejmé, že pH a koncentrace vodíkových iontů jsou přísně určovány spíše poměrem hydrogenuhličitan / pCO2 než jejich individuálními hodnotami. Změnu pH lze tedy určit primitivní změnou čitatele této rovnice, tj. Bikarbonátu (metabolické poruchy) nebo jmenovatele, tj. PCO2 (poruchy dýchání). V obou případech se aktivují kompenzační mechanismy k určení konsensuální variace druhého faktoru, aby se tento poměr udržel co nejkonstantnější a minimalizovaly se změny pH. Rozsah těchto kompenzačních změn do značné míry závisí na rozsahu primárních změn a lze je do určité míry předvídat (očekávaná kompenzační odpověď).
Následkem toho kompenzace respirační acidózy spočívá v sekundárním zvýšení koncentrace bikarbonátu a analýza arteriálních krevních plynů je charakterizována sníženým pH, zvýšeným pCO2 (počáteční variace) a zvýšenými hladinami hydrogenuhličitanu (kompenzační odpověď).
3. Kompenzační mechanismy při akutní a chronické respirační acidóze
Odpověď na respirační acidózu se vyskytuje v různém rozsahu, a to v akutní nebo chronické fázi. Pokud se hyperkapnie vyskytne akutně, pufrování H + probíhá pomocí proteinů, hlavně hemoglobinu a dalších intracelulárních nonikarbonátových pufrů následovně: H2CO3 + −Hb⟹HHb + −HCO3. (3)
Účinnost tohoto mechanismu je omezená . V takovém stavu očekáváme pro každé zvýšení pCO2 o 10 mmHg pouze 1 mEq zvýšení koncentrace hydrogenuhličitanu.
Následně dochází k renálním adaptivním změnám hlavně v proximálních tubulárních buňkách než v distálních tubulech, což vede ke zvýšené reabsorpci hydrogenuhličitanu a zvýšené vylučování titrovatelné kyseliny a amonia.
K vylučování H + přes apikální membránu dochází antiporterem Na + / H + (NHE3) a v menší míře protonovou pumpou (obrázek 1). Vylučovaný H + do tubulární tekutiny se kombinuje s filtrovanými hydrogenuhličitanovými ionty, což vede k tvorbě kyseliny uhličité. Karboanhydráza se poté rozdělí na CO2 a H20. CO2 difunduje do buňky, kde se CO2 rehydratuje na kyselinu uhličitou.To vede k hydrogenuhličitanovému iontu, který vystupuje z buňky bazolaterální membránou do interstitia prostřednictvím symporteru 3HCO3 / Na (NBCe1), zatímco H + je opět vylučován do lumenu. Antiporter bazolaterální membrány Na + / K + ATPáza, udržující nízkou intracelulární koncentraci sodíku, dále zvyšuje aktivitu NHE3.
Stručně řečeno, reabsorpce bikarbonátu vyžaduje karboanhydrázu a je striktně spojena s reabsorpcí sodíku.
Experimentální studie ukazují, že celkový výskyt bílkovin NHE3 a NBCe1 je regulován chronickou respirační acidózou. Hlavním mechanismem odpovědným za zvýšení sérového bikarbonátu je však zvýšené vylučování titrovatelné kyseliny a amonia, které jsou stimulovány trvale zvýšeným pCO2.
Amoniak (NH3) v proximální buňce se tvoří deaminací glutaminu na kyselinu glutamovou a poté na alfa-ketoglutarát. Proto se pro každou molekulu glutaminu tvoří dvě molekuly amoniaku (obrázek 2). Amoniak váže H +, což vede k amonnému iontu (NH4 +), který je následně vylučován do renálního tubulárního lumenu NHE3, přičemž NH4 + nahrazuje H + na transportéru, a vylučován do moči jako chlorid amonný (NH4Cl). Alternativně může být část NH4 + vylučována do tubulární tekutiny jako NH3, kde je poté protonována. Amoniak tedy nahrazuje hydrogenuhličitanový iont, který působí jako močový pufr a váže vodíkový ion. V důsledku toho se pro každý H + vylučovaný jako amonný iont vrací do krve „nový −HCO3“. Ve vzestupné končetině Henleovy smyčky však dochází k významné reabsorpci NH4 +. V distálním tubulu je reabsorbován NH4 + následně vylučován transportérem NH4 + patřícím do rodiny glykoproteinů Rh, lokalizovaným jak na apikální, tak na bazolaterální membráně sběru buněk kanálu.
Shromažďování kanálků tedy hraje klíčovou roli při udržování kyseliny -bázová rovnováha a čisté vylučování kyselin. Pokud by se reabsorbovaný amonium nevylučoval močí, bylo by to metabolizováno v játrech za vzniku H + a produkce „nového −HCO3“ by byla negována.
Anorganické Fosfáty, zejména v distálním nefronu, také hrají svoji roli.
H + odvozené z rozkladu kyseliny uhličité se vylučují do tubulárního lumenu, kde jsou pufrovány fosfáty (2 − HPO4 + H + ⇒ H2PO4) , zatímco −HCO3 prochází bazolaterální membránou antiporterem pro výměnu aniontů (AE) Cl – / – HCO3 (obrázek 3).
Fosfáty poté váží vodíkové ionty a nahrazují „regenerované“ hydrogenuhličitanové ionty. Je zajímavé, že acidemie a hyperkapnie snižují prahovou hodnotu pro reabsorpci fosfátů, čímž poskytují větší množství močový pufr v distálním tubulu.
Pendrin je výměník hydrogenuhličitanu / chloridu umístěný v apikální doméně typu B a non-A, non-B interkalační buňce sběrných kanálků (obrázek 4). Hyperkapnie určuje snížení exprese pendrinu až o 50%, což přispívá ke zvýšení plazmatického hydrogenuhličitanu a snížení plazmatického chloridu pozorovaného u chronické respirační acidózy.
Odpověď na ledviny je dokončena v plném rozsahu nt po 3–5 dnech, což vede k novému ustálenému stavu, ve kterém se očekává zvýšení koncentrace hydrogenuhličitanu o 3,5 mEq při každém zvýšení pCO2 o 10 mmHg. Potom v podmínkách chronické respirační acidózy nabízí renální kompenzace významnější ochranu pH na rozdíl od intracelulárního pufru v akutní situaci.
Pokud například vezmeme v úvahu akutní zvýšení pCO2 na 80 mmHg, kompenzačně se zvýší koncentrace bikarbonátu o 4 mEq.
V souladu s Henderson-Hasselbachovou rovnicí, = 𝟔.𝟏 + 𝐥𝐨𝐠 (𝟐𝟖 / 𝟎.𝟎𝟑 × 𝟖𝟎) = 𝟕.𝟏𝟕. (4)
V posledním příkladu , variace hodnoty pH je významně menší než v předchozí (0,11 oproti 0,23 jednotkám).To vysvětluje, proč je chronická respirační acidóza obecně méně závažná a lépe tolerována než akutní s podobnou hyperkapnií. Obrázek 5 ukazuje rozdílný sklon vztahu mezi pCO2 a bikarbonátem při akutní a chronické respirační acidóze.
4. Klinické důsledky acidózy
Acidóza je nepříznivým prognostickým indikátorem a je zodpovědná za několik škodlivých účinků na hemodynamiku a metabolismus. Acidóza způsobuje depresi myokardu, arytmie, pokles periferních cévních odporů a hypotenzi. Hyperkapnická acidóza je navíc zodpovědná za slabost dýchacích svalů, zvýšení prozánětlivých cytokinů a apoptózy a kachexii. U pacientů s CHOPN s hyperkapnikou bylo navíc hlášeno snížení průtoku krve ledvinami, aktivace systému renin-angiotensin a zvýšení cirkulujících hodnot antidiuretického hormonu, atriálního natriuretického peptidu a endotelinu-1. Předpokládalo se, že tyto hormonální abnormality mohou hrát roli při zadržování solí a vody a rozvoji plicní hypertenze, nezávisle na přítomnosti myokardiální dysfunkce.
Klinické a epidemiologické údaje jasně ukazují, že závažnost acidózy je spojena se špatnou prognózou.
Ve studii 139 pacientů s CHOPN a respiračním selháním Jeffrey et al. dospěl k závěru, že koncentrace arteriálního H + je důležitým prognostickým faktorem pro přežití.
V retrospektivní studii 295 epizod exacerbace CHOPN Guy et al. uvádí, že míra intubace a úmrtnosti byla nejvyšší ve skupině s nejnižším pH. Podobně Kettel a kol. a Warren a kol. uvádí vyšší míru úmrtnosti u pacientů s hodnotou pH při přijetí pod 7,23, respektive 7,26. Plant a kol. uvedli, že více kyselí pacienti měli vyšší míru úmrtnosti jak ve skupině s konvenční terapií, tak ve skupině podrobené neinvazivní ventilaci. Podobné nálezy byly publikovány v novějších dokumentech potvrzujících, že závažnější acidóza zhoršuje výsledek pacientů s CHOPN.
Prognóza pacientů s CHOPN je také nepříznivě ovlivněna komorbiditou. Chronické selhání ledvin bylo nalezeno v 22–44% případů s CHOPN, v závislosti na sérii studií a diagnostických kritériích. Selhání ledvin může přispět k rozvoji hypertenze, vaskulárních onemocnění periferních tepen a nástupu ischemické choroby srdeční.
Navíc při selhání ledvin u pacientů s CHOPN může být kompenzační role ledvin při respirační acidóze méně účinná, což má za následek sníženou tvorbu amoniaku a titrovatelnou produkci kyselosti s následným menším zvýšením séra bikarbonátu a závažnější acidóza. Klinické zprávy prokázaly, že hladiny bikarbonátu u těchto pacientů nepřímo souvisejí s přežitím a že souběžné selhání ledvin předpovídá smrt a riziko exacerbace.
Tyto předchozí klinické studie nepřímo potvrzují úlohu a důležitost funkce ledvin jako kompenzační orgán při acidobazických poruchách.
5. Smíšené poruchy acidobazické rovnováhy
Respirační acidóza není jedinou acidobazickou poruchou pozorovanou u pacientů s CHOPN. Přítomnost komorbidity a vedlejších účinků některých léků používaných k léčbě pacientů s CHOPN způsobuje různé poruchy. Tyto stavy jsou definovány jako smíšené acidobazické poruchy.
Hlavní klinické stavy vedoucí ke smíšené acidobazické poruše jsou shrnuty v tabulce 1. Srdeční selhání, akutní plicní edém, selhání ledvin a nástup sepse nebo těžká hypoxie jsou například nejvíce běžné příčiny metabolické acidózy spojené s hyperkapnií. Zneužívání diuretik s deplecí objemu, hypokalemie a užívání steroidů jsou nejčastěji spojené faktory se současnou přítomností metabolické alkalózy.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Metabolická alkalóza může být také důsledkem příliš rychlé odstranění CO2 u pacientů podstupujících mechanickou ventilaci. U těchto subjektů není ledvina schopna rychle odstranit přebytek bikarbonátu po normalizaci napětí CO2, i když někteří autoři předpokládali, že procesy buněčného transportu mohou mít „paměť“ na již existující podmínky a zvýšená reabsorpce bikarbonátu může nějakou dobu přetrvávat .
Metabolická acidóza i metabolická alkalóza mohou koexistovat s respirační acidózou. K tomuto klinickému stavu může docházet například u pacientů s CHOPN, u kterých se objeví srdeční selhání a kteří jsou léčeni vysokými dávkami diuretik nebo kteří mají selhání ledvin. a zvracení nebo těžká hypoxie a vyčerpání extracelulárního objemu.
V těchto případech, i když konečný posun pH závisí na prevalenci acidogenních nebo alkalogenních faktorů, produkce a / nebo odstranění obou metabolických bází a anorganické kyseliny jsou pozměněny.
Systematicky zkoumaných studií o acidobazických poruchách u pacientů s CHOPN je málo, ale existují důkazy, že asi jedna třetina těchto p pacienti mají mnohočetné poruchy, u nichž je nejčastěji zjištěnou poruchou asociovaná respirační acidóza-metabolická alkalóza.
Přítomnost smíšené poruchy acidobazické rovnováhy komplikuje klinickou patofyziologii a představuje potíže v diagnostice a léčbě.
Omezením Henderson-Hasselbachovy metody v tomto klinickém prostředí je závislost hydrogenuhličitanu v séru na pCO2. Změna hladiny hydrogenuhličitanu může být způsobena metabolickou poruchou nebo může být důsledkem počáteční změny v pCO2. U smíšených poruch může hladina bikarbonátu vést k matoucímu faktoru, protože samotná změněná hodnota bikarbonátu naznačuje acidobazickou nerovnováhu, ale nerozlišuje metabolickou složku od respirační.
Proto byly navrženy alternativní metody pro lepší kvantifikaci metabolické složky u smíšených poruch.
Mezi nimi je standardní bazický přebytek (SBE), korigovaná aniontová mezera (cAG) a Stewartův přístup je nejčastěji využíván.
SBE lze definovat jako množství silné kyseliny nebo silné báze, které se musí přidat do každého litru plně okysličené krve, aby se obnovilo pH na 7,40 při teplotě 37 ° C a pCO2 udržované na 40 mmHg a koncentrace hemoglobinu standardizovaná na 5 g / dl. CAG je rozdíl mezi součtem hlavních kationtů a hlavních aniontů, korigovaný na koncentraci albuminu a fosfát v séru. SBE a cAG nicméně problém zcela nevyřeší a jsou kritizovány.
SBE je přístup, který extrapoluje výsledky „in vitro“ na složitější multikomponentní situaci tělesných tekutin v reálném životě, protože in vivo , kyselé nebo zásadité dávky se nejen titrují v krevním kompartmentu, a celková pufrovací kapacita se může lišit od in vitro.
Dále SBE neřeší vzájemnou závislost pCO2 a hydrogenuhličitanu, protože při respiračních poruchách renální kompenzační úpravy vedou ke změnám v SBE.
CAG by měla odhalit přítomnost neměřených aniontů v krvi a je užitečné určit příčinu metabolické acidózy (spíše hyperchloremické než normochloremické) byl diagnostikován.
Stewartův přístup je založen na principech zachování hmotnosti, elektrické neutrality a disociační konstanty elektrolytů a identifikoval tři nezávislé proměnné určující koncentraci vodíkových iontů v roztoku : silný iontový rozdíl (SID), pCO2 a celková slabá kyselina (Atot). Ačkoli Stewartova metoda navrhuje jiný přístup, její spolehlivost ve srovnání s tradiční metodou je stále diskutovanou otázkou. Někteří autoři považují diagnostickou výkonnost Stewartovy metody za lepší než konvenční přístup k hodnocení stavu acidobazické rovnováhy, zejména ke kvantifikaci metabolické složky, ale jiní dospěli k závěru, že nezlepšuje diagnostickou přesnost a neposkytuje žádný nástroj pro lepší správu těchto stavů. poruchy, protože tradiční přístup, jen s malými úpravami, může poskytnout stejné praktické informace.
Takže kdy a jak podezřívat smíšenou poruchu podle tradiční metody?
Za tímto účelem navrhlo několik autorů postupný přístup a některé jednoduché koncepty by mohly pomoci předpokládat přítomnost smíšené poruchy.
(1) Nesouladná variace bikarbonátů a pCO2. Cílem kompenzačních mechanismů je udržovat konstantní poměr hydrogenuhličitan / pCO2 a po primitivní variaci jednoho z termínů následuje konsensuální variace druhého. Zvýšení hydrogenuhličitanů a snížení pCO2 nebo snížení hydrogenuhličitanů a zvýšení pCO2 proto naznačuje smíšenou poruchu.
(2) Přítomnost normální hodnoty pH a významné změny v bikarbonátech a úrovních pCO2 také navrhují smíšené poruchy. Porucha. Adaptivní mechanismy neobnovují pH na normální hodnotu. Normální pH v tomto případě argumentuje spíše koexistencí dvou protichůdných problémů než dokonale kompenzovanou jednoduchou poruchou.
(3) Kompenzační odpověď se výrazně liší od očekávané odpovědi. Zjištěné hladiny hydrogenuhličitanu nebo pCO2 významně odlišné od „očekávaného“ dokazují existenci smíšené poruchy. Ve skutečnosti výše kompenzační variace závisí na rozšíření primitivní změny a lze ji rozumně poskytnout. Když nenastane očekávaná odpověď, existuje je aditivní porucha zodpovědná za variaci hydrogenuhličitanu nebo pCO2.
(4) Delta Ratio, tj. Δanion gap / ΔHCO3 > 2. Když je metabolická kyselina (HA) se přidává do extracelulární tekutiny, disociuje se v H + a organickém aniontu (−A). H + reaguje s molekulou hydrogenuhličitanu, zatímco neměřený organický aniont (−A) zvětší aniontovou mezeru (pozitivní méně záporné náboje). variace v aniontové mezeře by se měla rovnat poklesu bikarbonátu, takže poměr mezi těmito dvěma změnami by měl být roven jedné. Přesto je významné množství organické kyseliny pufrováno intracelulárními proteiny, nikoli −HCO3, zatímco většina přebytku anionty zůstávají v extracellu ulární tekutiny, protože volně neprocházejí buněčnou membránou. V důsledku toho je u čisté metabolické acidózy změna koncentrace bikarbonátu menší než aniontová mezera a delta poměr je mezi 1 a 2. Hodnota delta poměru nad 2 indikuje menší pokles bikarbonátu, než se očekávalo na základě změny aniontové mezery . Toto zjištění naznačuje souběžnou metabolickou alkalózu nebo již existující vysoké hladiny HCO3 v důsledku chronické respirační acidózy.
V každém případě interpretace analýzy arteriálních krevních plynů nemůže ignorovat výsledky klinické anamnézy a fyzikálního vyšetření, které mohou podpořit správná diagnóza.
Lékaři by měli také vzít v úvahu již existující stavy, obvykle užívané léky, příznaky prezentované v posledních dnech a hodinách, stejně jako stav hydratace pacientů, přítomnost srdečního a renálního selhání, cukrovku, hypokalemii nebo známky sepse.
Léčba smíšených poruch je často obtížná. Pokus za každou cenu upravit pH pomocí alkalických nebo okyselujících léků může být škodlivý a je třeba věnovat pozornost klinickému lékaři k identifikaci základních patofyziologických změn.
6. Závěry
Respirační acidóza způsobená hyperkapnií je běžnou a závažnou komplikací pozorovanou u pacientů s chronickou obstrukční plicní nemocí v pokročilé fázi. Vývoj acidózy zhoršuje prognózu a je spojen s vyšší úmrtností. Mechanismy kompenzace spočívají ve zvýšené renální reabsorpci bikarbonátu a zvýšeném vylučování H +. Tyto úpravy funkce ledvin jsou účinnější v chronické formě a vysvětlují, proč je tato méně závažná a lépe tolerovaná než akutní. U pacientů s CHOPN jsou také často pozorovány smíšené poruchy acidobazické rovnováhy. Klinická anamnéza, fyzikální vyšetření a pečlivé vyhodnocení analýzy krevních plynů v tepnách mohou pomoci při správné diagnostice a cílené terapii.