要約
著者らは、慢性閉塞性肺疾患患者のアシドーシスの発症につながる病態生理学的メカニズムについて説明しています。病気とその転帰および死亡率への悪影響。アシドーシスに起因する腎代償性調整も、急性呼吸性アシドーシスと慢性呼吸性アシドーシスの違いに重点を置いて詳細に説明されています。これらの患者におけるいくつかの薬剤の併存症および副作用による混合酸塩基障害も調べられ、正しい診断のための実際的な考慮事項が提供されます。
1。はじめに
慢性閉塞性肺疾患（COPD）は、主要な公衆衛生上の問題です。その有病率は国、年齢、性別によって異なります。疫学データに基づくと、2020年の予測では、COPDが世界で3番目に多い死因であり、5番目に多い障害の原因であることが示されています。 COPD患者の約15％は、急性増悪のために総合病院または集中呼吸ケアユニットへの入院を必要とし、医療資源のより多くの使用とコストの増加につながります。 COPD患者の全体的な予後は最近改善されていますが、死亡率は依然として高く、とりわけ、これらの被験者で発生する酸塩基平衡異常が転帰に影響を与える可能性があります。
この論文の目的は、酸塩基平衡異常につながる主な病原性メカニズムと、COPD患者におけるそれらの臨床的影響に焦点を当てることです。
2。高炭酸ガス血症と呼吸性アシドーシス
COPD患者の主な合併症は、安定した高炭酸ガス血症の発症です。
健康な被験者では、約16,000〜20,000ミリモル/日の二酸化炭素（CO2）、炭素を含む栄養素の酸化に由来し、生成されます。通常の状態では、CO2の生成は肺換気によって除去されます。ただし、COPDの進行期に発生するような呼吸交換の変化は、CO2の保持をもたらします。次に、二酸化炭素は炭酸の形成とともに水和され、その後、次の式に従って体液中の水素イオン（H +）の放出とともに解離します：CO2 +H2O⟹H2CO3⟹-HCO3+ H +。（1）
したがって、COPD患者のガス交換の変化による高炭酸ガス血症の結果は、主にH +濃度の上昇と、高炭酸ガス血症とも呼ばれる呼吸性アシドーシスの発症にあります。酸塩基状態を評価する従来の方法によれば、ヘンダーソン-ハッセルバッハ方程式は、pH（H +の逆濃度の対数）、重炭酸イオン濃度（-HCO3）、およびCO2の分圧（pCO2）の間の関係を表します。 6.1 + log-HCO3 / 0.03pCO2。（2）
pHと水素イオンの濃度は、個々の値ではなく、重炭酸塩/ pCO2比によって厳密に決定されることは明らかです。したがって、pHの変化は、この方程式の分子、つまり重炭酸塩（代謝障害）または分母、つまりpCO2（呼吸器障害）の原始的な変化によって決定できます。いずれの場合も、補償メカニズムをアクティブにして、他の要因の合意された変動を決定し、この比率を可能な限り一定に保ち、pHの変化を最小限に抑えます。これらの代償性変化の程度は、一次変化の程度に大きく依存し、ある程度予測することができます（予想される代償性反応）。
したがって、呼吸性アシドーシスの代償は、重炭酸塩濃度の二次的増加にあります。 、および動脈血ガス分析は、pHの低下、pCO2の増加（初期変動）、および重炭酸塩レベルの増加（代償反応）を特徴としています。
3。急性および慢性呼吸性アシドーシスの代償メカニズム
呼吸性アシドーシスへの反応は、急性期と慢性期のどちらでも異なる程度で起こります。高炭酸ガス血症が急性に発生すると、H +の緩衝作用は、タンパク質、主にヘモグロビン、およびその他の細胞内非重炭酸塩緩衝液によって次のように起こります：H2CO3 +-Hb⟹HHb+ -HCO3。（3）
このメカニズムの有効性は限られています。このような条件では、10 mmHg pCO2が増加するごとに、重炭酸塩濃度が1mEq増加するだけであると予想されます。
その後、腎適応変化は遠位尿細管よりも近位尿細管細胞で主に発生し、重炭酸塩の再吸収が増加し、滴定可能な酸とアンモニウムの排泄が増加します。
頂端膜を通過するH +排泄は、Na + / H +対向輸送体（NHE3）によって発生し、プロトンポンプによって発生します（図1）。尿細管液に分泌されたH +は、ろ過された重炭酸イオンと結合して炭酸を形成します。次に、炭酸脱水酵素はCO2とH2Oに分解されます。 CO2はセルに拡散し、そこでCO2は炭酸に再水和されます。これにより重炭酸イオンが発生し、細胞から基底外側膜を通って3HCO3 / Na（NBCe1）共輸送体を介して間質に排出され、H +は再び内腔に分泌されます。基底外側膜Na + / K + ATPase対向輸送体は、細胞内ナトリウム濃度を低く維持し、NHE3活性をさらに高めます。
要約すると、重炭酸塩の再吸収には炭酸脱水酵素が必要であり、ナトリウムの再吸収と厳密に関連しています。
実験的研究によると、NHE3およびNBCe1タンパク質の総量は慢性呼吸性アシドーシスによってアップレギュレートされます。ただし、血清重炭酸塩の上昇の原因となる主なメカニズムは、持続的に上昇するpCO2によって刺激される滴定可能な酸とアンモニウムの排泄の増加です。
近位細胞のアンモニア（NH3）は、グルタミンがグルタミン酸に脱アミノ化され、次にα-ケトグルタル酸に脱アミノ化されることによって形成されます。したがって、グルタミンの各分子に対して、2つのアンモニア分子が形成されます（図2）。アンモニアはH +に結合し、アンモニウムイオン（NH4 +）を生成します。これは、NHE3によって腎尿細管内腔に分泌されます。NH4+はトランスポーターのH +の代わりになり、塩化アンモニウム（NH4Cl）として尿中に排出されます。別の方法として、一部のNH4 +はNH3として管状流体に分泌され、そこでプロトン化されます。したがって、アンモニアは、尿の緩衝剤として機能し、水素イオンを結合する重炭酸イオンに取って代わります。その結果、アンモニウムイオンとして排泄される各H +について、「新しい-HCO3」が血液に戻されますが、ヘンレ係蹄の上行脚でNH4 +の有意な再吸収が発生します。遠位尿細管では、NH4 +が再吸収されます。その後、Rh糖タンパク質ファミリーに属するNH4 +トランスポーターによって排泄され、収集管細胞の頂端膜と基底外側膜の両方に局在します。
したがって、管細胞の収集は、酸を維持する上で極めて重要な役割を果たします。 -塩基バランスと正味の酸排泄。再吸収されたアンモニウムが尿中に排泄されなかった場合、H +を生成する肝臓によって代謝され、「新しい-HCO3」の生成が無効になります。
無機特に遠位ネフロンのリン酸塩も役割を果たします。
炭酸の分解に由来するH +は管状の内腔に排出され、そこでリン酸塩によって緩衝されます（2-HPO4 + H +⇒-H2PO4） 、一方、-HCO3は陰イオン交換（AE）Cl-/-HCO3アンチポーターを介して基底外側膜を通過します（図3）。
次に、リン酸塩は水素イオンに結合して「再生された」重炭酸イオンに置き換わります。興味深いことに、アシドーシスと高炭酸症はリン酸塩の再吸収のしきい値を下げ、より多くの量を利用できるようにします。遠位尿細管の尿緩衝液。
ペンドリンは、B型の頂端ドメインおよび集合管の非A、非B挿入細胞に位置する重炭酸塩/塩化物交換体です（図4）。ペンドリン発現が最大50％減少し、慢性呼吸器アシドーシスで観察される血漿重炭酸塩の増加と血漿塩化物の減少に寄与します。
腎反応は完全に完了します3〜5日後、新しい定常状態になり、10 mmHgpCO2が増加するたびに重炭酸塩濃度が3.5mEq増加すると予想されます。次に、慢性呼吸性アシドーシスの状況では、急性の状況での細胞内緩衝とは対照的に、腎補償はより重要なpH保護を提供します。
たとえば、pCO2が80 mmHgに急激に増加すると考えると、重炭酸塩濃度の代償は4mEq増加します。
ヘンダーソン・ハッセルバッハの式に同意して、𝐩𝐇=𝟔.𝟏+𝐥𝐨𝐠（𝟐𝟖/𝟎.𝟎𝟑×𝟖𝟎）=𝟕.𝟏 、pH値の変動は、前の値よりも大幅に小さくなっています（0.11対0.23単位）。これは、慢性呼吸性アシドーシスが一般に、同様の高炭酸ガス血症を伴う急性よりも重症度が低く、忍容性が高い理由を説明しています。図5は、急性および慢性呼吸性アシドーシスにおけるpCO2と重炭酸塩の関係のさまざまな傾きを示しています。
4。アシドーシスの臨床的影響
アシドーシスは予後不良の指標であり、血行動態と代謝に対するいくつかの有害な影響の原因です。アシドーシスは、心筋の鬱病、不整脈、末梢血管抵抗の減少、および低血圧を引き起こします。さらに、高炭酸ガス血症は、呼吸筋の衰弱、炎症性サイトカインとアポトーシスの増加、および悪液質の原因です。さらに、高炭酸ガス血症のCOPD患者では、腎血流量の減少、レニン-アンジオテンシン系の活性化、および抗利尿ホルモン、心房性ナトリウム利尿ペプチド、およびエンドセリン-1の循環値の増加が報告されています。これらのホルモン異常は、心筋機能障害の存在とは無関係に、塩分と水分の保持および肺高血圧症の発症に役割を果たす可能性があると考えられています。
臨床的および疫学的データは、アシドーシスの重症度が予後不良と関連していることを明確に示しています。
COPDと呼吸不全の139人の患者の研究において、ジェフリー等。動脈のH +濃度は、生存の重要な予後因子であると結論付けました。
COPD増悪の295エピソードに関する後ろ向き研究で、Guy etal。挿管と死亡率は最も低いpHグループで最も高かったと報告しました。同様に、Kettel等。およびウォーレンら。入院時のpH値がそれぞれ7.23および7.26未満の患者でより高い死亡率を報告しました。植物等。酸血症の患者が多いほど、従来の治療を受けたグループと非侵襲的換気を受けたグループの両方で死亡率が高かったと報告されています。同様の所見が、より重度のアシドーシスがCOPD患者の転帰を悪化させることを確認する最近の論文によって報告されました。
COPD患者の予後も、併存疾患によって悪影響を受けます。慢性腎不全は、一連の研究と診断基準に応じて、症例の22〜44％でCOPDに関連していることがわかりました。腎不全は、高血圧、末梢動脈血管疾患、および虚血性心疾患の発症に寄与する可能性があります。
さらに、COPD患者で腎不全が発生した場合、呼吸性アシドーシスにおける腎臓の代償的役割は効果が低くなる可能性があり、その結果、アンモニア生成と滴定可能な酸性度の生成が減少し、その結果、血清重炭酸塩の増加が少なくなり、より重篤になりますアシドーシス。臨床報告は、これらの患者の重炭酸塩レベルが生存率に反比例し、付随する腎不全が死亡と悪化のリスクを予測することを示しました。
これらの以前の臨床研究は、腎機能の役割と重要性を間接的に確認しています。酸塩基平衡異常の代償性臓器。
5。混合酸塩基障害
COPDの患者で観察される酸塩基障害は、呼吸性アシドーシスだけではありません。 COPD患者の治療に使用されるいくつかの薬剤の併存症と副作用の存在は、さまざまな障害を引き起こします。これらの状態は、混合酸塩基平衡異常として定義されています。
混合酸塩基平衡異常につながる主な臨床症状を表1にまとめています。たとえば、心不全、急性肺浮腫、腎不全、敗血症または重度の低酸素症の発症が最も多いです。高炭酸ガス血症に関連する代謝性アシドーシスの一般的な原因。量の減少、低カリウム血症、およびステロイドの使用を伴う利尿薬の乱用は、代謝性アルカローシスの同時存在に最も一般的に関連する要因です。
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代謝性アルカローシスも次の結果である可能性があります。機械的人工呼吸を受けている患者のCO2の除去が速すぎる。これらの被験者では、細胞輸送プロセスには既存の状態の「記憶」があり、重炭酸塩の再吸収の増加がしばらく続く可能性があると仮定したにもかかわらず、腎臓はCO2張力の正常化後に過剰な重炭酸塩をすばやく除去することができません。
代謝性アシドーシスと代謝性アルカローシスの両方が呼吸性アシドーシスと共存する可能性があります。この臨床設定は、たとえば、心不全を発症し、高用量の利尿薬で治療されているCOPD患者、または腎不全の患者に発生する可能性があります。
これらの場合、pHの最終的な変化が酸生成因子またはアルカリ生成因子の有病率に依存している場合でも、代謝塩基の生成および/または除去と無機酸が変化します。
COPD患者の酸塩基障害に関する体系的に調査された研究はほとんどありませんが、これらのpの約3分の1が患者には複数の障害があり、関連する呼吸性アシドーシス-代謝性アルカローシスが最も頻繁に見られる障害です。
酸塩基混合障害の存在は、臨床病態生理学を複雑にし、診断と治療を困難にします。
この臨床設定におけるヘンダーソンハッセルバッハ法の制限は、血清重炭酸塩のpCO2への依存性です。重炭酸塩レベルの変動は、代謝障害が原因である場合もあれば、pCO2の初期変動の結果である場合もあります。混合障害では、重炭酸塩の値の変化だけで酸塩基平衡異常が示唆されるため、重炭酸塩レベルは交絡因子をもたらす可能性がありますが、代謝成分と呼吸成分を区別しません。
したがって、混合障害の代謝成分をより正確に定量化するための代替方法が提案されています。
これらの中で、標準ベースエクセス（SBE）、補正アニオンギャップ（cAG）、およびスチュワートアプローチが最も頻繁に利用されます。
SBEは、37°Cの温度でpHを7.40に戻し、pCO2を40 mmHgに保つために、完全に酸素化された血液1リットルに追加する必要がある強酸または強塩基の量として定義できます。ヘモグロビン濃度は5g / dLに標準化されています。 cAGは、主な陽イオンと主な陰イオンの合計の差であり、アルブミン濃度と血清リン酸塩を補正したものです。それにもかかわらず、SBEとcAGは問題を完全に解決するわけではなく、批判されています。
SBEは、体液のより複雑なマルチコンパートメントの実際の状況に「invitro」で結果を推定するアプローチです。 、酸または塩基の負荷は血液コンパートメントで滴定されるだけでなく、総緩衝能力はinvitroとは異なる可能性があります。
さらに、SBEはpCO2と重炭酸塩の相互依存性を解決しません。腎代償性の調整によりSBEが変化します。
cAGは、血液中の測定されていない陰イオンの存在を明らかにするはずです。代謝性アシドーシス（正常塩素血症ではなく高塩素血症）の原因を特定するのに役立ちます。
スチュワートアプローチは、電解質の質量、電気的中性、および解離定数の保存の原則に基づいており、溶液中の水素イオン濃度を決定する3つの独立した変数を特定しました。 ：強イオン差（SID）、pCO2、および総弱酸（Atot）。スチュワート法は異なるアプローチを提案していますが、従来の方法と比較したその信頼性はまだ議論の余地があります。一部の著者は、酸塩基状態を評価するために、特に代謝成分を定量化するために、従来のアプローチよりもスチュワート法の診断性能を優れていると考えていますが、他の著者は、診断精度を改善せず、これらをより適切に管理するためのツールを提供しないと結論付けましたわずかな調整だけで、従来のアプローチが同じ実用的な情報を提供できるため、障害。
では、従来の方法に従って、いつ、どのように混合障害を疑うのでしょうか。
この目的のために、段階的なアプローチが数人の著者によって提案されており、いくつかの簡単な概念が混合障害の存在を想定するのに役立つ可能性があります。
（1）重炭酸塩とpCO2の不一致な変動。代償メカニズムは、一定の重炭酸塩/ pCO2比を維持することを目的としており、一方の項の原始的な変化の後に、もう一方の合意された変化が続きます。したがって、重炭酸塩の増加とpCO2の減少、または重炭酸塩の減少とpCO2の増加は、混合障害を示唆します。
（2）通常のpH値の存在と、重炭酸塩およびpCO2レベルの大幅な変化も混合を示唆します障害。適応メカニズムは、pHを正常値に戻しません。この場合、通常のpHは、完全に補償された単純な障害ではなく、2つの相反する問題の共存を主張します。
（3）補償応答は予想される応答とは大幅に異なります。観察された重炭酸塩レベルまたは「予想」とは大幅に異なるpCO2は、混合障害の存在を証明します。実際、代償変動の量は、原始的な変化の延長に依存し、合理的に提供できます。期待される応答が発生しない場合は、は、重炭酸塩またはpCO2の変動の原因となる相加的障害です。
（4）デルタ比、つまり、Δアニオンギャップ/ΔHCO3> 2。代謝酸の場合（HA）は細胞外液に加えられ、H +と有機陰イオン（-A）で解離します。H+は重炭酸塩の分子と反応しますが、測定されていない有機陰イオン（-A）は陰イオンギャップを増加させます（正から負の電荷が少ない）。陰イオンギャップの変動は重炭酸塩の減少に等しく、これら2つの変化の比率は1に等しくなるはずです。それにもかかわらず、かなりの量の有機酸は、-HCO3ではなく細胞内タンパク質によって緩衝されますが、過剰のほとんどは陰イオンは細胞外に残るそれらは細胞膜を自由に通過しないため、通常の液体。その結果、純粋な代謝性アシドーシスでは、重炭酸塩濃度の変化はアニオンギャップよりも小さく、デルタ比は1〜2です。デルタ比の値が2を超えると、アニオンギャップの変化に基づいて予想されるよりも重炭酸塩の低下が少ないことを示します。 。この所見は、慢性呼吸性アシドーシスによる代謝性アルカローシスまたは既存の高HCO3レベルの同時発生を示唆しています。
いずれの場合も、動脈血ガス分析の解釈は、正しい診断。
臨床医は、既存の状態、通常服用している薬、過去数日および数時間に現れた症状、患者の水分補給状態、心不全および腎不全の存在、糖尿病、低カリウム血症、または敗血症。
混合障害の治療はしばしば困難です。アルカリ性または酸性化薬を使用してpHを修正しようとすると有害である可能性があるため、根本的な病態生理学的変化を特定するために臨床医の注意を払う必要があります。
6。結論
高炭酸ガス血症による呼吸性アシドーシスは、進行期の慢性閉塞性肺疾患の患者に見られる一般的で重篤な合併症です。アシドーシスの発症は予後を悪化させ、より高い死亡率と関連しています。補償のメカニズムは、重炭酸塩の腎再吸収の増加とH +の排泄の増加で構成されています。腎機能のこれらの調整は慢性型でより効果的であり、後者が急性よりも重症度が低く、忍容性が高い理由を説明しています。混合酸塩基障害は、COPD患者でも頻繁に観察されます。病歴、身体診察、および動脈血ガス分析の注意深い評価は、適切な診断と標的療法に役立つ可能性があります。