초록
저자는 만성 폐색 성 폐 질환 환자의 산증 발병으로 이어지는 병태 생리 학적 메커니즘을 설명합니다. 질병 및 결과 및 사망률에 대한 해로운 영향. 산증으로 인한 신장 보상 조정 또한 급성 및 만성 호흡기 산증의 차이를 강조하여 자세히 설명합니다. 이들 환자에서 일부 약물의 동반 질환 및 부작용으로 인한 혼합 산-염기 장애도 검사하고 정확한 진단을위한 실질적인 고려 사항을 제공합니다.
1. 소개
만성 폐쇄성 폐 질환 (COPD)은 주요 공중 보건 문제입니다. 유병률은 국가, 연령 및 성별에 따라 다릅니다. 역학 데이터에 따르면 2020 년 예상치는 COPD가 전 세계적으로 세 번째 주요 사망 원인이자 다섯 번째 주요 장애 원인이 될 것임을 나타냅니다. COPD 환자의 약 15 %는 급성 악화로 인해 종합 병원이나 중환자 실에 입원해야하므로 의료 자원 사용이 늘어나고 비용이 증가합니다. 최근 COPD 환자의 전반적인 예후가 개선 되었음에도 불구하고 사망률은 여전히 높으며, 무엇보다도 이러한 피험자에서 발생하는 산-염기 질환이 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.
이 논문의 목적은 산-염기 질환으로 이어지는 주요 병원성 메커니즘과 COPD 환자의 임상 적 결과에 초점을 맞추는 것입니다.
2. 고 탄산증 및 호흡기 산증
COPD 환자의 주요 합병증은 안정된 고 탄산증이 발생하는 것입니다.
건강한 피험자의 경우 하루에 약 16,000 ~ 20,000mmol의 이산화탄소 (CO2), 탄소를 포함하는 영양소의 산화에서 파생됩니다. 정상적인 조건에서 CO2 생성은 폐 환기를 통해 제거됩니다. 그러나 COPD의 진행 단계에서 발생하는 것처럼 호흡기 교환의 변화는 CO2의 보유를 초래합니다. 이산화탄소는 다음 방정식에 따라 체액에서 수소 이온 (H +)의 방출과 함께 해리되는 탄산의 형성과 함께 수화됩니다 : CO2 + H2O⟹H2CO3⟹−HCO3 + H +. (1)
따라서 COPD 환자에서 가스 교환의 변화로 인한과 탄산증의 결과는 주로 H + 농도의 증가와과 탄산증이라고도하는 호흡기 산증의 발생으로 구성됩니다. 산-염기 상태를 평가하는 전통적인 방법에 따르면 Henderson-Hasselbach 방정식은 pH (H +의 역 농도 로그), 중탄산염 이온 농도 (−HCO3) 및 CO2 부분압 (pCO2) 사이의 관계를 나타냅니다. pH = 6.1 + log−HCO3 / 0.03pCO2. (2)
pH와 수소 이온 농도는 개별 값이 아닌 중탄산염 / pCO2 비율에 의해 엄격하게 결정된다는 것이 분명합니다. 따라서 pH의 변화는이 방정식의 분자, 즉 중탄산염 (대사 장애) 또는 분모, 즉 pCO2 (호흡 장애)의 초기 변경에 의해 결정될 수 있습니다. 두 경우 모두 보상 메커니즘이 활성화되어이 비율을 가능한 한 일정하게 유지하고 pH 변화를 최소화하기 위해 다른 요인의 합의 된 변화를 결정합니다. 이러한 보상 적 변화의 정도는 1 차 변화에 크게 의존하며 어느 정도 예측할 수 있습니다 (예상 보상 반응).
결과적으로 호흡 성 산증에 대한 보상은 중탄산염 농도의 2 차 증가로 구성됩니다. , 동맥혈 가스 분석은 pH 감소, pCO2 증가 (초기 변화), 중탄산염 수치 증가 (보상 반응)를 특징으로합니다.
3. 급성 및 만성 호흡 성 산증의 보상 메커니즘
호흡 성 산증에 대한 반응은 급성 또는 만성 단계에서 다른 정도로 발생합니다. 과 탄산 혈증이 급격하게 발생하면 단백질, 주로 헤모글로빈 및 기타 세포 내 비중 탄산염 완충액에 의해 H +의 완충이 다음과 같이 발생합니다 : H2CO3 + −Hb⟹HHb + −HCO3. (3)
이 메커니즘의 효과는 제한적입니다. . 이러한 조건에서 10mmHg pCO2가 증가 할 때마다 중탄산염 농도가 1mEq 만 증가 할 것으로 예상합니다.
결과적으로 신장 적응 변화는 원위 세뇨관보다 근위 세뇨관 세포에서 주로 발생하여 중탄산염 재 흡수를 증가시키고 적정 가능한 산과 암모늄의 배설을 증가시킵니다.
정단 막을 가로 지르는 H + 배설은 Na + / H + 안티 포터 (NHE3)에 의해 발생하고 양성자 펌프에 의해 덜 발생합니다 (그림 1). 관형 유체로 분비 된 H +는 여과 된 중탄산염 이온과 결합하여 탄산을 형성합니다. 탄산 탈수 효소는 CO2와 H2O로 분리됩니다. CO2는 CO2가 탄산으로 재수 화되는 세포로 확산됩니다.이것은 3HCO3 / Na (NBCe1) symporter를 통해 세포에서 기저 측 막을 통해 간질로 빠져 나가는 중탄산염 이온을 발생시키는 반면 H +는 내강으로 다시 분비됩니다. 낮은 세포 내 나트륨 농도를 유지하는 기저 측 막 Na + / K + ATPase antiporter는 NHE3 활성을 더욱 향상시킵니다.
요약하면 중탄산염의 재 흡수는 탄산 탈수 효소를 필요로하며 나트륨 재 흡수와 엄격하게 관련됩니다.
실험 연구에 따르면 총 NHE3 및 NBCe1 단백질 풍부는 만성 호흡기 산증에 의해 상향 조절됩니다. 그러나 혈청 중탄산염의 상승을 담당하는 주요 메커니즘은 지속적으로 상승 된 pCO2에 의해 자극되는 적정 가능한 산과 암모늄의 배설 증가입니다.
근위 세포의 암모니아 (NH3)는 글루타민을 글루타민산으로 탈 아미 노화 한 다음 알파-케 토글 루타 레이트로 탈 아미 노화함으로써 형성됩니다. 따라서 각 글루타민 분자에 대해 두 개의 암모니아 분자가 형성됩니다 (그림 2). 암모니아는 H +와 결합하여 암모늄 이온 (NH4 +)을 생성하며, 이는 NHE3에 의해 신 세관 내강으로 분비되고, NH4 +는 수송 체에서 H +로 대체되고, 염화 암모늄 (NH4Cl)으로 소변으로 배설됩니다. 대안으로, 일부 NH4 +는 NH3로 관형 유체로 분비 될 수 있으며, 여기서 양성자가됩니다. 따라서 암모니아는 소변 완충제 역할을하고 수소 이온을 결합하는 중탄산염 이온을 대체합니다. 결과적으로 암모늄 이온으로 배설 된 각 H +에 대해 “새로운 -HCO3″가 혈액으로 되돌아갑니다. 그럼에도 불구하고 Henle 루프의 상승하는 사지에서 NH4 +의 상당한 재 흡수가 발생합니다. 원위 세뇨관에서 재 흡수 된 NH4 +는 이후에 Rh 당 단백질 계열에 속하는 NH4 +-수송 체에 의해 배설되며, 수집 관 세포의 정점 및 기저 측 막에 국한됩니다.
따라서 덕트 세포 수집은 산을 유지하는 데 중추적 인 역할을합니다. -염기 균형 및 순산 배설. 재 흡수 된 암모늄이 소변으로 배설되지 않으면 H +를 생성하는 간에서 대사되고 “새로운 -HCO3″생성이 무효화됩니다.
무기물 특히 말단 네프론에서 인산염도 역할을합니다.
탄산 분해에서 파생 된 H +는 관형 루멘으로 배설되어 인산염에 의해 완충됩니다 (2-HPO4 + H + ⇒ −H2PO4). , -HCO3는 음이온 교환 (AE) Cl-/ − HCO3 안티 포터 (그림 3)를 통해 기저 측 막을 통과합니다 (그림 3).
인산염은 “재생 된”중탄산염 이온을 대체하는 수소 이온을 결합합니다. 흥미롭게도 산혈증과 고 카프 니아는 인산염의 재 흡수 한계를 감소시켜 더 많은 양의 원위 세뇨관의 소변 완충액.
Pendrin은 B 형 및 비 A, 비 B 삽입 된 세포의 정점 도메인에 위치한 중탄산염 / 염화물 교환기입니다 (그림 4). 펜 드린 발현이 최대 50 %까지 감소하여 만성 호흡기 산증에서 관찰되는 혈장 중탄산염 증가와 염화 혈장 감소에 기여합니다.
신장 반응은 완전한 exte에서 완료됩니다. 3 ~ 5 일 후 nt가 발생하여 10mmHg pCO2가 증가 할 때마다 중탄산염 농도가 3.5mEq 증가 할 것으로 예상되는 새로운 정상 상태가됩니다. 그런 다음 만성 호흡기 산증의 설정에서 신장 보상은 급성 상황에서 세포 내 완충과 대조적으로 더 중요한 pH 보호를 제공합니다.
예를 들어 pCO2가 80mmHg로 급격히 증가하는 것을 고려하면 중탄산염 농도 보상은 4mEq만큼 증가합니다.
Henderson-Hasselbach 방정식에 동의하여 𝐩𝐇 = 𝟔.𝟏 + 𝐥𝐨𝐠 (𝟐𝟖 / 𝟎.𝟎𝟑 × 𝟖𝟎) = 𝟕. (마지막 예)
. , pH 값의 변화는 이전보다 훨씬 작습니다 (0.11 대 0.23 단위).이것은 만성 호흡기 산증이 유사한과 탄산증을 가진 급성보다 일반적으로 덜 심각하고 더 잘 견디는 이유를 설명합니다. 그림 5는 급성 및 만성 호흡기 산증에서 pCO2와 중탄산염 사이의 관계의 다른 기울기를 보여줍니다.
4. 산증의 임상 적 결과
산증은 부정적인 예후 지표이며 혈역학 및 신진 대사에 대한 몇 가지 해로운 영향의 원인이됩니다. 산증은 심근 억제, 부정맥, 말초 혈관 저항 감소 및 저혈압을 유발합니다. 또한, 고탄산 산증은 호흡근의 약화, 전 염증성 사이토 카인 및 세포 자멸사 증가, 악액질의 원인이됩니다. 더욱이 고탄 산성 COPD 환자에서 신장 혈류 감소, 레닌-안지오텐신 시스템의 활성화, 항 이뇨 호르몬, 심방 나트륨 이뇨 펩티드 및 엔도 텔린 -1의 순환 수치 증가가보고되었습니다. 이러한 호르몬 이상은 심근 기능 장애의 존재와 관계없이 염분과 수분을 유지하고 폐 고혈압을 발생시키는 역할을 할 수 있다고 생각됩니다.
임상 및 역학 데이터는 산증의 중증도가 불량한 예후와 관련이 있음을 분명히 보여줍니다.
COPD 및 호흡 부전 환자 139 명을 대상으로 한 연구에서 Jeffrey et al. 동맥 H + 농도는 생존을위한 중요한 예후 인자라고 결론지었습니다.
COPD 악화 295 회에 대한 후 향적 연구에서 Guy et al. 삽관 및 사망률은 가장 낮은 pH 그룹에서 가장 높았다 고보고했습니다. 유사하게, Kettel et al. 및 Warren et al. 입원시 pH 값이 각각 7.23 및 7.26 미만인 환자의 사망률이 더 높다고보고했습니다. Plant et al. 산성병 환자가 많을수록 기존 요법을받은 그룹과 비 침습적 인공 호흡을받은 그룹 모두에서 사망률이 더 높다고보고했습니다. 더 심각한 산증이 COPD 환자의 결과를 악화 시킨다는 것을 확인한 더 최근의 논문에서도 비슷한 결과가보고되었습니다.
COPD 환자의 예후도 동반 질환의 영향을받습니다. 만성 신부전은 연구 시리즈 및 진단 기준에 따라 COPD와 관련된 사례의 22 ~ 44 %에서 발견되었습니다. 신부전은 고혈압, 말초 동맥 혈관 질환 및 허혈성 심장 질환의 발병에 기여할 수 있습니다.
또한 COPD 환자에서 신부전이 발생하면 호흡 성 산증에서 신장의 보상 역할이 덜 효과적 일 수 있으며 결과적으로 혈청 중탄산염의 증가가 더 적고 더 심각한 결과로 암모니아 생성 감소 및 적정 가능한 산도 생성이 발생할 수 있습니다. 산증. 임상 보고서에 따르면 이러한 환자의 중탄산염 수치는 생존과 반비례하며 수반되는 신부전은 사망 및 악화 위험을 예측합니다.
이러한 이전 임상 연구는 신장 기능의 역할과 중요성을 간접적으로 확인합니다. 산-염기 질환의 보상 기관.
5. 혼합 산-염기 장애
호흡 성 산증은 COPD 환자에서 관찰되는 유일한 산-염기 장애가 아닙니다. COPD 환자를 치료하는 데 사용되는 일부 약물의 동반 질환 및 부작용의 존재는 다른 장애를 유발합니다. 이러한 상태는 혼합 된 산-염기 장애로 정의됩니다.
혼합 산-염기 장애로 이어지는 주요 임상 상태는 표 1에 요약되어 있습니다. 예를 들어, 심부전, 급성 폐부종, 신부전 및 패혈증 또는 중증 저산소증의 발병이 가장 많습니다. hypercapnia와 관련된 대사성 산증의 일반적인 원인. 체적 고갈, 저칼륨 혈증 및 스테로이드 사용을 동반 한 이뇨제 남용은 대사성 알칼리증의 동시 존재와 가장 일반적으로 관련된 요인입니다.
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대사성 알칼리증은 또한 다음의 결과 일 수 있습니다. 기계적 환기를받는 환자의 CO2 제거가 너무 빠릅니다. 일부 저자는 세포 수송 과정이 기존 상태의 “기억”을 가질 수 있고 증가 된 중탄산염 재 흡수가 얼마 동안 지속될 수 있다고 가정 했음에도 불구하고 이러한 피험자에서 신장은 CO2 장력의 정상화 후 중탄산염 과잉을 신속하게 제거 할 수 없습니다. .
대사성 산증과 대사성 알칼리증 모두 호흡 성 산증과 공존 할 수 있습니다. 예를 들어, 이러한 임상 환경은 COPD 환자에서 심부전이 발생하고 고용량 이뇨제로 치료 받거나 신부전이있는 환자에서 발생할 수 있습니다. 그리고 구토 또는 심한 저산소증 및 세포 외 부피 고갈.
이 경우 pH의 최종 변화가 산성 또는 알칼리성 요인의 유병률에 따라 달라 지더라도 대사 염기 및 / 또는 모두의 생성 및 / 또는 제거 무기산이 변경됩니다.
COPD 환자의 산-염기 질환에 대한 체계적으로 조사 된 연구는 거의 없지만 이들 중 약 1/3이 atients에는 관련된 호흡 성 산증-대사성 알칼리증이 가장 빈번하게 발견되는 장애인 여러 장애가 있습니다. 혼합 된 산-염기 장애의 존재는 임상 병리 생리학을 복잡하게하고 진단 및 치료에 어려움을 초래합니다.
이 임상 환경에서 Henderson-Hasselbach 방법의 한계는 pCO2에 대한 혈청 중탄산염의 의존성입니다. 중탄산염 수준의 변화는 대사 장애로 인한 것일 수도 있고 pCO2의 초기 변화의 결과 일 수도 있습니다. 혼합 장애에서 중탄산염 수치는 변경된 중탄산염 값만으로는 산-염기 불균형을 시사하지만 대사 성분과 호흡기 성분을 구별하지 못하기 때문에 혼란 요인이 될 수 있습니다.
따라서 혼합 장애에서 대사 성분을 더 잘 정량화하기위한 대체 방법이 제안되었습니다.
이 중에서 표준 염기 과잉 (SBE), 수정 된 음이온 차이 (cAG) 및 스튜어트 접근 방식이 가장 자주 사용됩니다.
SBE는 37 ° C의 온도에서 pH를 7.40으로 복원하고 pCO2를 40mmHg로 유지하기 위해 완전 산소화 된 혈액 1 리터에 첨가해야하는 강산 또는 강염기의 양으로 정의 할 수 있습니다. 및 5 g / dL로 표준화 된 헤모글로빈 농도. cAG는 알부민 농도와 혈청 인산염에 대해 보정 된 주 양이온과 주 음이온의 합의 차이입니다. 그럼에도 불구하고 SBE와 cAG는 문제를 완전히 해결하지 못하며 비판을 받고 있습니다.
SBE는 체액의 더 복잡한 다 구획 실제 상황에 대해 “시험관 내”결과를 추정하는 접근 방식입니다. , 산 또는 염기 부하는 혈액 구획에서 적정 할뿐만 아니라 총 완충 용량이 시험관 내와 다를 수 있습니다.
또한 SBE는 호흡기 질환에서 pCO2와 중탄산염의 상호 의존성을 해결하지 못합니다. 신장 보상 적 조정은 SBE의 변화를 가져옵니다.
cAG는 혈액에 측정되지 않은 음이온의 존재를 밝혀야하며, 일단 대사성 산증 (정상 염소 증이 아닌 고 염소 혈증)의 원인을 확인하는 데 유용합니다.
스튜어트 접근법은 질량 보존, 전기적 중성, 전해질 해리 상수의 원칙에 기반을두고 있으며 용액의 수소 이온 농도를 결정하는 세 가지 독립 변수를 확인했습니다. : 강한 이온 차이 (SID), pCO2 및 총 약산 (Atot). Stewart 방법은 다른 접근 방식을 제안하지만 기존 방법에 비해 신뢰성은 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 일부 저자는 특히 대사 성분을 정량화하기 위해 산-염기 상태를 평가하기 위해 기존의 접근 방식보다 Stewart 방법의 진단 성능을 더 잘 고려한다고 생각하지만, 다른 사람들은 진단 정확도를 향상시키지 않으며이를 더 잘 관리 할 수있는 도구를 제공하지 않는다고 결론을 내 렸습니다. 약간의 조정만으로 전통적인 접근 방식이 동일한 실제 정보를 제공 할 수 있기 때문입니다.
그러면 전통적인 방법에 따라 혼합 장애를 언제 어떻게 의심할까요?
이 목적을 위해 여러 저자가 단계적 접근 방식을 제안했으며 몇 가지 간단한 개념이 혼합 장애의 존재를 가정하는 데 도움이 될 수 있습니다.
(1) 중탄산염과 pCO2의 불일치 변화. 보상 메커니즘은 일정한 중탄산염 / pCO2 비율을 유지하는 것을 목표로하며, 용어 중 하나의 원시적 변형 뒤에 다른 용어의 합의 된 변형이 뒤 따릅니다. 따라서 중탄산염의 증가와 pCO2의 감소 또는 중탄산염의 감소와 pCO2의 증가는 혼합 장애를 시사합니다.
(2) 정상 pH 값의 존재와 중탄산염 및 pCO2 수치의 현저한 변화 또한 혼합을 제안합니다. 무질서. 적응 메커니즘은 pH를 정상 값으로 복원하지 않습니다. 이 경우 정상 pH는 완벽하게 보상 된 단순한 장애가 아니라 두 가지 상반되는 문제의 공존을 주장합니다.
(3) 보상 반응은 예상 반응과 크게 다릅니다. 관찰 된 중탄산염 수준 또는 pCO2가 “예상”과 크게 다른 것은 혼합 장애의 존재를 증명합니다. 사실 보상 변동의 양은 원시 변화의 연장에 따라 다르며 합리적으로 제공 할 수 있습니다. 예상 반응이 발생하지 않을 경우 중탄산염 또는 pCO2의 변화를 일으키는 부가적인 장애입니다.
(4) 델타 비율, 즉, Δ 음이온 갭 / ΔHCO3 > 2. 대사 산이 (HA)는 세포 외액에 첨가되어 H +와 유기 음이온 (-A)에서 해리됩니다. H +는 중탄산염 분자와 반응하는 반면 측정되지 않은 유기 음이온 (-A)은 음이온 간격을 증가시킵니다 (양전하에서 음전하를 뺀 양). 음이온 갭의 변화는 중탄산염의 감소와 같아야 두 변화 사이의 비율이 1이되어야합니다. 그럼에도 불구하고 상당량의 유기산은 -HCO3가 아닌 세포 내 단백질에 의해 완충되지만 대부분의 초과분은 음이온은 Extracell에 남아 있습니다. 세포막을 자유롭게 가로 지르지 않기 때문입니다. 결과적으로 순수한 대사성 산증에서 중탄산염 농도의 변화는 음이온 갭보다 적고 델타 비율은 1과 2 사이입니다. 델타 비율 값이 2를 초과하면 음이온 갭의 변화를 기준으로 예상보다 중탄산염의 감소가 적음을 나타냅니다. . 이 발견은 만성 호흡기 산증으로 인한 동시 대사 알칼리증 또는 기존의 높은 HCO3 수치를 시사합니다.
어쨌든 동맥혈 가스 분석의 해석은 임상 병력 및 신체 검사 결과를 무시할 수 없습니다. 정확한 진단.
임상 인은 또한 기존 상태, 일반적으로 복용하는 약물, 마지막 며칠 및 몇 시간 동안 나타난 증상, 환자의 수분 공급 상태, 심장 및 신부전의 존재, 당뇨병, 저칼륨 혈증 또는 증상을 고려해야합니다. 패혈증.
혼합 장애의 치료는 종종 어렵습니다. 알칼리성 또는 산성화 약물을 사용하여 모든 비용을 들여 pH를 수정하려는 시도는 해로울 수 있으며, 근본적인 병태 생리 학적 변화를 확인하기 위해 임상의의주의를 기울여야합니다.
6. 결론
고 탄산증으로 인한 호흡 성 산증은 진행 기의 만성 폐쇄성 폐 질환 환자에서 관찰되는 흔하고 심각한 합병증입니다. 산증의 발달은 예후를 악화시키고 높은 사망률과 관련이 있습니다. 보상 메커니즘은 중탄산염의 신장 재 흡수 증가와 H + 배설 증가로 구성됩니다. 이러한 신장 기능의 조정은 만성 형태에서 더 효과적이며 후자가 급성보다 덜 심각하고 더 잘 견디는 이유를 설명합니다. 혼합 산-염기 장애는 또한 COPD 환자에서 자주 관찰됩니다. 임상 병력, 신체 검사 및 동맥혈 가스 분석에 대한주의 깊은 평가는 적절한 진단 및 표적 치료에 도움이 될 수 있습니다.