Resumen
Los autores describen los mecanismos fisiopatológicos que conducen al desarrollo de acidosis en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica enfermedad y sus efectos nocivos sobre los resultados y la tasa de mortalidad. Los ajustes compensatorios renales que resultan de la acidosis también se describen en detalle con énfasis en las diferencias entre la acidosis respiratoria aguda y crónica. También se examinan las alteraciones mixtas ácido-base debidas a la comorbilidad y los efectos secundarios de algunos fármacos en estos pacientes, y se proporcionan consideraciones prácticas para un diagnóstico correcto.
1. Introducción
La enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) es un importante problema de salud pública. Su prevalencia varía según el país, la edad y el sexo. Sobre la base de los datos epidemiológicos, la proyección para 2020 indica que la EPOC será la tercera causa principal de muerte en todo el mundo y la quinta causa principal de discapacidad. Aproximadamente el 15% de los pacientes con EPOC necesitan ser ingresados en un hospital general o en una unidad de cuidados respiratorios intensivos por una exacerbación aguda, lo que lleva a un mayor uso de recursos médicos y mayores costos. Aunque el pronóstico general de los pacientes con EPOC ha mejorado últimamente, la tasa de mortalidad sigue siendo alta y, entre otros, los trastornos acidobásicos que ocurren en estos sujetos pueden afectar el resultado.
El objetivo de este artículo es centrarse en los principales mecanismos patogénicos que conducen a los trastornos acidobásicos y sus consecuencias clínicas en los pacientes con EPOC.
2. Hipercapnia y acidosis respiratoria
Una complicación importante en los pacientes con EPOC es el desarrollo de hipercapnia estable.
En el sujeto sano, aproximadamente 16 000-20 000 mmol / día de dióxido de carbono (CO2), derivados de la oxidación de nutrientes que contienen carbono. En condiciones normales, la producción de CO2 se elimina mediante ventilación pulmonar. Sin embargo, una alteración en los intercambios respiratorios, como ocurre en la fase avanzada de la EPOC, da como resultado la retención de CO2. Luego, el dióxido de carbono se hidrata con la formación de ácido carbónico que posteriormente se disocia con la liberación de iones de hidrógeno (H +) en los fluidos corporales de acuerdo con la siguiente ecuación: CO2 + H2O⟹H2CO3⟹ − HCO3 + H +. (1)
Así, la consecuencia de la hipercapnia por alteración del intercambio gaseoso en pacientes con EPOC consiste principalmente en un aumento de la concentración de H + y el desarrollo de acidosis respiratoria, también llamada acidosis hipercápnica. Según el método tradicional para evaluar el estado ácido-base, la ecuación de Henderson-Hasselbach expresa la relación entre el pH (logaritmo de la concentración inversa de H +), la concentración de iones bicarbonato (−HCO3) y la presión parcial de CO2 (pCO2): pH = 6.1 + log − HCO3 / 0.03pCO2. (2)
Es evidente que el pH y la concentración de iones de hidrógeno están estrictamente determinados por la relación bicarbonato / pCO2, en lugar de sus valores individuales. Por tanto, un cambio en el pH puede determinarse mediante una alteración primitiva del numerador de esta ecuación, es decir, bicarbonato (trastornos metabólicos) o del denominador, es decir, pCO2 (trastornos respiratorios). En cualquier caso, se activan mecanismos compensatorios para determinar una variación consensuada del otro factor para mantener esta relación lo más constante posible y minimizar los cambios de pH. El alcance de estos cambios compensatorios depende en gran medida del de la alteración primaria y puede predecirse hasta cierto punto (respuesta compensatoria esperada).
En consecuencia, la compensación de la acidosis respiratoria consiste en un aumento secundario de la concentración de bicarbonato. , y el análisis de gases en sangre arterial se caracteriza por un pH reducido, un aumento de pCO2 (variación inicial) y un aumento de los niveles de bicarbonato (respuesta compensatoria).
3. Mecanismos compensatorios en la acidosis respiratoria aguda y crónica
La respuesta a la acidosis respiratoria se produce en un grado diferente, ya sea en la fase aguda o crónica. Cuando la hipercapnia ocurre de forma aguda, la amortiguación de H + se lleva a cabo mediante proteínas, principalmente hemoglobina, y otros amortiguadores intracelulares distintos de bicarbonato de la siguiente manera: H2CO3 + −Hb⟹HHb + −HCO3. (3)
La eficacia de este mecanismo es limitada . En tal condición, por cada aumento de 10 mmHg de pCO2, solo esperamos un aumento de 1 mEq en la concentración de bicarbonato.
Posteriormente, los cambios adaptativos renales ocurren principalmente en las células de los túbulos proximales que en los túbulos distales que conducen a un aumento de la reabsorción de bicarbonato y un aumento de la excreción de ácido y amonio titulables.
La excreción de H + a través de la membrana apical se produce mediante un antiportador Na + / H + (NHE3) y, en menor medida, mediante una bomba de protones (Figura 1). El H + secretado en el líquido tubular se combina con iones de bicarbonato filtrados que conducen a la formación de ácido carbónico. Luego, la anhidrasa carbónica se divide en CO2 y H2O. El CO2 se difunde en la celda donde el CO2 se rehidrata a ácido carbónico.Esto da lugar a un ion bicarbonato que sale de la célula a través de la membrana basolateral hacia el intersticio a través de un simportador 3HCO3 / Na (NBCe1), mientras que el H + se secreta nuevamente en la luz. El antiportador de ATPasa Na + / K + de la membrana basolateral, que mantiene una concentración baja de sodio intracelular, mejora aún más la actividad del NHE3.
En resumen, la reabsorción de bicarbonato requiere anhidrasa carbónica y está estrictamente asociada a la reabsorción de sodio.
Los estudios experimentales muestran que la abundancia total de proteínas NHE3 y NBCe1 está regulada positivamente por la acidosis respiratoria crónica. Sin embargo, el principal mecanismo responsable de la elevación del bicarbonato sérico es el aumento de la excreción de ácido y amonio titulables, que son estimulados por pCO2 persistentemente elevada.
El amoníaco (NH3), en la célula proximal, se forma por desaminación de glutamina a ácido glutámico y luego a alfa-cetoglutarato. Por tanto, por cada molécula de glutamina, se forman dos moléculas de amoniaco (Figura 2). El amoníaco se une al H + dando lugar al ion amonio (NH4 +) que posteriormente se secreta en la luz tubular renal por el NHE3, sustituyendo el NH4 + al H + en el transportador, y se excreta en la orina como cloruro de amonio (NH4Cl). Como alternativa, algo de NH4 + puede secretarse en el líquido tubular como NH3, donde luego se protona. Por lo tanto, el amoníaco reemplaza al ion bicarbonato que actúa como tampón urinario y se une al ion hidrógeno. En consecuencia, por cada H + excretado como ión amonio, se devuelve a la sangre un «nuevo -HCO3». No obstante, se produce una reabsorción significativa de NH4 + en la rama ascendente del asa de Henle. En el túbulo distal, el NH4 + reabsorbido es posteriormente excretado por un transportador NH4 + perteneciente a la familia de las glicoproteínas Rh, localizadas en las membranas apical y basolateral de las células del conducto colector.
Por lo tanto, las células del conducto colector desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento del ácido -Equilibrio de bases y excreción neta de ácido. Si el amonio reabsorbido no se excreta en la orina, sería metabolizado por el hígado generando H + y se anularía una nueva producción de -HCO3.
Inorgánico Los fosfatos, particularmente en la nefrona distal, también juegan un papel.
El H + derivado de la descomposición del ácido carbónico se excreta en el lumen tubular donde son amortiguados por fosfatos (2 − HPO4 + H + ⇒ −H2PO4) , mientras que −HCO3 cruza la membrana basolateral a través de un antiportador de intercambio aniónico (AE) Cl – / – HCO3 (Figura 3).
Luego, los fosfatos se unen a los iones de hidrógeno reemplazando los iones de bicarbonato «regenerados». Curiosamente, la acidemia y la hipercapnia reducen el umbral de reabsorción de fosfato, lo que hace que esté disponible una mayor cantidad de tampón urinario en el túbulo distal.
Pendrina es un intercambiador de bicarbonato / cloruro ubicado en el dominio apical de las células intercaladas de los conductos colectores tipo B y no A, no B (Figura 4). La hipercapnia determina una reducción de la expresión de pendrina hasta en un 50%, lo que contribuye al aumento del bicarbonato plasmático y la disminución del cloruro plasmático observados en la acidosis respiratoria crónica.
La respuesta renal se completa en su totalidad nt después de 3 a 5 días, lo que da como resultado un nuevo estado estable en el que se espera un aumento de 3,5 mEq en la concentración de bicarbonato por cada aumento de 10 mmHg de pCO2. Luego, en el contexto de la acidosis respiratoria crónica, la compensación renal ofrece una protección del pH más significativa en contraste con la amortiguación intracelular en la situación aguda.
Por ejemplo, si consideramos un aumento agudo de pCO2 a 80 mmHg, la concentración de bicarbonato aumenta compensatoriamente en 4 mEq.
De acuerdo con la ecuación de Henderson-Hasselbach, 𝐩𝐇 = 𝟔.𝟏 + 𝐥𝐨𝐠 (𝟐𝟖 / 𝟎.𝟎𝟑 × 𝟖𝟎) = 𝟕.𝟏𝟕. (4)
En el último ejemplo , la variación en el valor de pH es significativamente menor que en el anterior (0,11 frente a 0,23 unidades).Esto explica por qué la acidosis respiratoria crónica es generalmente menos grave y mejor tolerada que la aguda con hipercapnia similar. La Figura 5 muestra la diferente pendiente de la relación entre pCO2 y bicarbonato en la acidosis respiratoria aguda y crónica.
4. Consecuencias clínicas de la acidosis
La acidosis es un indicador de pronóstico adverso y es responsable de varios efectos deletéreos sobre la hemodinámica y el metabolismo. La acidosis causa depresión miocárdica, arritmias, disminución de las resistencias vasculares periféricas e hipotensión. Además, la acidosis hipercápnica es responsable de la debilidad de los músculos respiratorios, aumento de citocinas proinflamatorias y apoptosis y caquexia. Además, en pacientes con EPOC hipercápnica se ha informado una disminución del flujo sanguíneo renal, una activación del sistema renina-angiotensina y un aumento de los valores circulantes de hormona antidiurética, péptido natriurético auricular y endotelina-1. Se ha supuesto que estas anomalías hormonales pueden desempeñar un papel en la retención de sal y agua y el desarrollo de hipertensión pulmonar, independientemente de la presencia de disfunción miocárdica.
Los datos clínicos y epidemiológicos demuestran claramente que la gravedad de la acidosis está asociada con un mal pronóstico.
En el estudio de 139 pacientes con EPOC e insuficiencia respiratoria, Jeffrey et al. concluyó que la concentración arterial de H + es un factor pronóstico importante para la supervivencia.
En un estudio retrospectivo sobre 295 episodios de exacerbación de la EPOC, Guy et al. informó que la tasa de intubación y mortalidad fue más alta en el grupo de pH más bajo. Del mismo modo, Kettel et al. y Warren et al. comunicaron una mayor tasa de mortalidad en pacientes con un valor de pH al ingreso por debajo de 7,23 y 7,26, respectivamente. Plant et al. informaron que los pacientes más acidémicos tenían una mayor tasa de mortalidad tanto en el grupo con terapia convencional como en el grupo sometido a ventilación no invasiva. Se informaron hallazgos similares en artículos más recientes que confirman que una acidosis más grave empeora el resultado de los pacientes con EPOC.
El pronóstico de los pacientes con EPOC también se ve afectado negativamente por la comorbilidad. Se encontró insuficiencia renal crónica asociada a EPOC en el 22-44% de los casos, según la serie de estudios y los criterios diagnósticos. La insuficiencia renal puede contribuir al desarrollo de hipertensión, enfermedad vascular arterial periférica y la aparición de cardiopatía isquémica.
Además, cuando se produce insuficiencia renal en pacientes con EPOC, el papel compensador del riñón en la acidosis respiratoria puede ser menos eficaz, lo que da como resultado una reducción de la amoniagénesis y la producción de acidez titulable con el consiguiente aumento más pequeño de bicarbonato sérico y más grave acidosis. Los informes clínicos demostraron que los niveles de bicarbonato en estos pacientes están inversamente relacionados con la supervivencia y que la insuficiencia renal concomitante predice la muerte y el riesgo de exacerbación.
Estos estudios clínicos previos confirman indirectamente el papel y la importancia de la función renal como órgano compensador en trastornos acidobásicos.
5. Trastornos acidobásicos mixtos
La acidosis respiratoria no es el único trastorno acidobásico observado en pacientes con EPOC. La presencia de comorbilidad y efectos secundarios de algunos fármacos utilizados para tratar pacientes con EPOC provocan diferentes trastornos. Estas condiciones se definen como trastornos mixtos ácido-base.
Las principales condiciones clínicas que conducen a un trastorno mixto ácido-base se resumen en la Tabla 1. La insuficiencia cardíaca, el edema agudo de pulmón, la insuficiencia renal y la aparición de sepsis o hipoxia severa son, por ejemplo, las más causas comunes de acidosis metabólica asociada con hipercapnia. El abuso de diuréticos con depleción de volumen, hipopotasemia y el uso de esteroides son los factores más comúnmente asociados con la presencia simultánea de alcalosis metabólica.
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La alcalosis metabólica también puede ser consecuencia de una eliminación demasiado rápida de CO2 en pacientes sometidos a ventilación mecánica. En estos sujetos, el riñón no es capaz de eliminar rápidamente el exceso de bicarbonato después de la normalización de la tensión de CO2, aunque algunos autores plantearon la hipótesis de que los procesos de transporte celular podrían tener una «memoria» de condiciones preexistentes y el aumento de la reabsorción de bicarbonato podría persistir durante algún tiempo. .
Tanto la acidosis metabólica como la alcalosis metabólica pueden coexistir con la acidosis respiratoria. Este escenario clínico puede ocurrir, por ejemplo, en pacientes con EPOC que desarrollan insuficiencia cardíaca y son tratados con altas dosis de diuréticos o que tienen insuficiencia renal. y vómitos o hipoxia severa y depleción del volumen extracelular.
En estos casos, incluso si el cambio final del pH depende de la prevalencia de factores acidogénicos o alcalogénicos, la producción y / o eliminación de ambas bases metabólicas y los ácidos inorgánicos están alterados.
Son pocos los estudios investigados sistemáticamente sobre trastornos ácido-base en pacientes con EPOC, pero hay evidencias de que alrededor de un tercio de estos p Los pacientes tienen múltiples trastornos en los que la acidosis respiratoria-alcalosis metabólica asociada es el trastorno más frecuente.
La presencia de una alteración ácido-base mixta complica la fisiopatología clínica y plantea dificultades en el diagnóstico y tratamiento.
Una limitación del método Henderson-Hasselbach en este entorno clínico es la dependencia del bicarbonato sérico de la pCO2. Una variación en el nivel de bicarbonato puede deberse a un trastorno metabólico o puede ser la consecuencia de una variación inicial en la pCO2. En los trastornos mixtos, el nivel de bicarbonato puede resultar en un factor de confusión porque el valor de bicarbonato alterado, por sí solo, sugiere un desequilibrio ácido-base, pero no distingue el componente metabólico del respiratorio.
Por lo tanto, se han propuesto métodos alternativos para cuantificar mejor el componente metabólico en los trastornos mixtos.
Entre estos, el exceso de base estándar (SBE), la brecha aniónica corregida (cAG) y la Los métodos de Stewart son los más utilizados.
SBE se puede definir como la cantidad de ácido fuerte o base fuerte que se debe agregar a cada litro de sangre completamente oxigenada para restaurar el pH a 7.40 a una temperatura de 37 ° C y mantener la pCO2 a 40 mmHg y concentración de hemoglobina estandarizada a 5 g / dL. El cAG es la diferencia entre la suma de los cationes principales y los aniones principales, corregida por la concentración de albúmina y fosfato sérico. Sin embargo, SBE y cAG no resuelven por completo el problema y han sido criticados.
SBE es un enfoque que extrapola los resultados «in vitro» a la situación multicompartimental más compleja de la vida real de los fluidos corporales porque, in vivo , las cargas ácidas o básicas no solo se valoran en el compartimento sanguíneo, y la capacidad tampón total puede ser diferente de la in vitro.
Además, SBE no resuelve la interdependencia de pCO2 y bicarbonato porque, en los trastornos respiratorios, los ajustes compensatorios renales dan como resultado cambios en SBE.
El CAG debe revelar la presencia de aniones no medidos en la sangre, y es útil para determinar la causa de la acidosis metabólica (hiperclorémica en lugar de normoclorémica) una vez que ha
El enfoque de Stewart se basa en los principios de conservación de masa, neutralidad eléctrica y constante de disociación de electrolitos e identificó tres variables independientes que determinan la concentración de iones de hidrógeno en solución : diferencia de iones fuertes (SID), pCO2 y ácido débil total (Atot). Aunque el método Stewart propone un enfoque diferente, su fiabilidad en comparación con el método tradicional sigue siendo una cuestión debatida. Algunos autores consideran que el rendimiento diagnóstico del método Stewart es mejor que el enfoque convencional para evaluar el estado ácido-base, especialmente para cuantificar el componente metabólico, pero otros concluyen que no mejora la precisión diagnóstica y no proporciona ninguna herramienta para manejarlos mejor. trastornos porque el enfoque tradicional, con solo pequeños ajustes, puede proporcionar la misma información práctica.
Entonces, ¿cuándo y cómo sospechar un trastorno mixto según el método tradicional?
Para ello, varios autores han propuesto un enfoque escalonado, y algunos conceptos simples podrían ayudar a suponer la presencia de un trastorno mixto.
(1) Variación discordante de bicarbonatos y pCO2. Los mecanismos compensatorios tienen como objetivo mantener constante la relación bicarbonato / pCO2, y una variación primitiva de uno de los términos es seguida por una variación consensuada del otro. Por lo tanto, el aumento de bicarbonatos y la disminución de pCO2 o la disminución de bicarbonatos y el aumento de pCO2 sugieren un trastorno mixto.
(2) La presencia de un valor de pH normal y una alteración significativa en los niveles de bicarbonatos y pCO2 también sugieren una mezcla mixta. Trastorno. Los mecanismos adaptativos no restauran el pH a un valor normal. El pH normal, en este caso, aboga por la coexistencia de dos problemas opuestos en lugar de un trastorno simple perfectamente compensado.
(3) La respuesta compensatoria es significativamente diferente a la respuesta esperada. Los niveles de bicarbonato o pCO2 observados significativamente diferentes de lo «esperado» demuestran la existencia de un trastorno mixto. De hecho, la cantidad de variación compensatoria depende de la extensión del cambio primitivo, y se puede proporcionar razonablemente. Cuando no se produce la respuesta esperada, es un trastorno aditivo responsable de la variación de bicarbonato o pCO2.
(4) Relación delta, es decir, Δanion gap / ΔHCO3 > 2. Cuando un ácido metabólico (HA) se agrega al líquido extracelular, se disocia en H + y anión orgánico (−A). H + reacciona con una molécula de bicarbonato, mientras que el anión orgánico no medido (−A) aumentará la brecha aniónica (cargas positivas menos negativas). La variación en la brecha aniónica debe ser igual a la disminución del bicarbonato, de modo que la relación entre estos dos cambios debe ser igual a uno. Sin embargo, una cantidad significativa de ácido orgánico es amortiguada por proteínas intracelulares, no por -HCO3, mientras que la mayor parte del exceso los aniones permanecen en la extracelda fluidos ulares porque no atraviesan libremente la membrana celular. En consecuencia, en una acidosis metabólica pura, el cambio en la concentración de bicarbonato es menor que el anión gap y la relación delta está entre 1 y 2. Un valor de relación delta por encima de 2 indica una caída del bicarbonato menor de lo esperado en base al cambio en el anión gap. . Este hallazgo sugiere una alcalosis metabólica concurrente o niveles altos de HCO3 preexistentes debido a la acidosis respiratoria crónica.
En cualquier caso, la interpretación del análisis de gases en sangre arterial no puede ignorar los hallazgos de la historia clínica y el examen físico que pueden respaldar una diagnóstico correcto.
Los médicos también deben considerar las condiciones preexistentes, los medicamentos que se toman habitualmente, los síntomas presentados en los últimos días y horas, así como el estado de hidratación de los pacientes, la presencia de insuficiencia cardíaca y renal, diabetes, hipopotasemia o signos de sepsis.
El tratamiento de los trastornos mixtos suele ser difícil. El intento de corregir el pH a toda costa con el uso de medicamentos alcalinos o acidificantes podría ser perjudicial, y se debe prestar atención al médico para identificar los cambios fisiopatológicos subyacentes.
6. Conclusiones
La acidosis respiratoria por hipercapnia es una complicación frecuente y grave que se observa en pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica en fase avanzada. El desarrollo de acidosis empeora el pronóstico y se asocia con una mayor tasa de mortalidad. Los mecanismos de compensación consisten en un aumento de la reabsorción renal de bicarbonato y un aumento de la excreción de H +. Estos ajustes de la función renal son más eficaces en la forma crónica y explican por qué esta última es menos grave y mejor tolerada que la aguda. Los trastornos mixtos ácido-base también se observan con frecuencia en pacientes con EPOC. La historia clínica, el examen físico y una evaluación cuidadosa del análisis de gases en sangre arterial pueden ayudar en el diagnóstico adecuado y la terapia dirigida.