Sammendrag
Forfatterne beskriver patofysiologiske mekanismer som fører til utvikling av acidose hos pasienter med kronisk obstruktiv lungesykdom. sykdom og dens skadelige effekter på utfall og dødelighet. Nyrekompenserende justeringer som følge av acidose er også beskrevet i detalj med vekt på forskjeller mellom akutt og kronisk respiratorisk acidose. Blandede syrebaseforstyrrelser på grunn av komorbiditet og bivirkninger av noen legemidler hos disse pasientene blir også undersøkt, og praktiske hensyn for en korrekt diagnose er gitt.
1. Innledning
Kronisk obstruktiv lungesykdom (KOLS) er et stort folkehelseproblem. Dens utbredelse varierer avhengig av land, alder og kjønn. På bakgrunn av epidemiologiske data indikerer fremskrivningen for 2020 at KOLS vil være den tredje største dødsårsaken over hele verden og den femte viktigste årsaken til funksjonshemming. Cirka 15% av KOLS-pasientene trenger innleggelse på generelt sykehus eller intensiv respiratorisk avdeling for akutt forverring, noe som fører til større bruk av medisinske ressurser og økte kostnader. Selv om den totale prognosen for KOLS-pasienter i det siste er forbedret, forblir dødeligheten høy, og blant andre syrebaseforstyrrelser som forekommer hos disse fagene, kan påvirke utfallet.
Målet med denne artikkelen er å fokusere på de viktigste patogene mekanismene som fører til syrebaseforstyrrelser og deres kliniske konsekvenser hos KOLS-pasienter.
2. Hypercapnia and Respiratory Acidosis
En viktig komplikasjon hos KOLS-pasienter er utviklingen av stabil hyperkapni.
Hos den friske forsøkspersonen er ca 16.000–20.000 mmol / dag karbondioksid (CO2), avledet fra oksidasjon av næringsstoffer som inneholder karbon, produseres. Under normale forhold fjernes produksjonen av CO2 ved lungeventilasjon. Imidlertid resulterer en endring i luftveisutveksling, som forekommer i avansert fase av KOLS, i oppbevaring av CO2. Karbondioksid blir deretter hydrert med dannelsen av karbonsyre som deretter dissosieres med frigjøring av hydrogenioner (H +) i kroppsvæskene i henhold til følgende ligning: CO2 + H2O⟹H2CO3⟹ − HCO3 + H +. (1)
Konsekvensen av hyperkapni på grunn av endring av gassutveksling hos KOLS-pasienter består således hovedsakelig i økning av H + -konsentrasjon og utvikling av respiratorisk acidose, også kalt hyperkapnisk acidose. I følge den tradisjonelle metoden for å vurdere syrebasestatus, uttrykker Henderson-Hasselbach-ligningen forholdet mellom pH (logaritme av invers konsentrasjon av H +), bikarbonationkonsentrasjon (−HCO3) og partialtrykk av CO2 (pCO2): pH = 6.1 + log − HCO3 / 0.03pCO2. (2)
Det er tydelig at pH og konsentrasjonen av hydrogenioner bestemmes nøye av bikarbonat / pCO2-forholdet, i stedet for deres individuelle verdier. En endring i pH kan således bestemmes ved en primitiv endring av teller for denne ligningen, det vil si bikarbonat (metabolske forstyrrelser) eller av nevner, det vil si pCO2 (respiratoriske lidelser). I begge tilfeller aktiveres kompensasjonsmekanismer for å bestemme en konsensuell variasjon av den andre faktoren for å holde dette forholdet så konstant som mulig og minimere endringer i pH. Omfanget av disse kompenserende endringene er i stor grad avhengig av den primære endringen og kan til en viss grad forutsies (forventet kompenserende respons).
Følgelig består kompensasjonen til respiratorisk acidose i en sekundær økning i bikarbonatkonsentrasjonen , og arteriell blodgassanalyse er preget av redusert pH, økt pCO2 (initial variasjon) og økte bikarbonatnivåer (kompenserende respons).
3. Kompenserende mekanismer ved akutt og kronisk respiratorisk acidose
Responsen på respiratorisk acidose forekommer i en annen grad enten i akutt eller kronisk fase. Når hyperkapnia oppstår akutt, skjer buffringen av H + av proteiner, hovedsakelig hemoglobin og andre intracellulære ikke-bikarbonatbuffere som følger: H2CO3 + −Hb⟹HHb + −HCO3. (3)
Effektiviteten til denne mekanismen er begrenset . I en slik tilstand forventer vi for hver økning på 10 mmHg pCO2 bare 1 mEq økning i bikarbonatkonsentrasjonen.
Deretter forekommer nyretilpasningsendringer hovedsakelig i de proksimale rørcellene enn i distale tubuli som fører til økt reabsorpsjon av bikarbonat og økt utskillelse av titrerbar syre og ammonium.
H + -utskillelse over apikal membran skjer av en Na + / H + antiporter (NHE3) og i mindre grad av en protonpumpe (figur 1). Det utskilte H + i rørvæsken kombineres med filtrerte bikarbonationer som fører til dannelse av karbonsyre. Karbonanhydrasen blir deretter delt i CO2 og H2O. CO2 diffunderer inn i cellen der CO2 blir rehydrert til karbonsyre.Dette gir opphav til bikarbonation som går ut fra cellen gjennom den basolaterale membranen inn i interstitium via en 3HCO3 / Na (NBCe1) symporter, mens H + utskilles igjen i lumenet. Den basolaterale membranen Na + / K + ATPase antiporter, som opprettholder en lav intracellulær natriumkonsentrasjon, forbedrer NHE3-aktiviteten ytterligere.
Oppsummert krever reabsorpsjon av bikarbonat karbonanhydrase og er strengt assosiert med natriumreabsorpsjon.
Eksperimentelle studier viser at total NHE3- og NBCe1-proteinmengde oppreguleres av kronisk respiratorisk acidose. Imidlertid er den viktigste mekanismen som er ansvarlig for forhøyelsen i serum bikarbonat den økte utskillelsen av titrerbar syre og ammonium, som stimuleres av vedvarende forhøyet pCO2.
Ammoniakk (NH3), i den proksimale cellen, dannes ved deaminering av glutamin til glutaminsyre og deretter til alfa-ketoglutarat. Derfor blir det for hvert molekyl glutamin dannet to ammoniakkmolekyler (figur 2). Ammoniakk binder H +, noe som resulterer i ammoniumion (NH4 +) som deretter blir utskilt i det renale rørformede lumen av NHE3, med NH4 + som erstatter H + på transportøren, og utskilles i urinen som ammoniumklorid (NH4Cl). Alternativt kan noe NH4 + skilles ut i rørvæsken som NH3, hvor den deretter protoneres. Dermed erstatter ammoniakk bikarbonation som fungerer som urinbuffer og bindende hydrogenion. Følgelig returneres en «ny −HCO3» til blodet for hvert H + som skilles ut som ammoniumion. Ikke desto mindre oppstår en signifikant reabsorpsjon av NH4 + i den stigende delen av løkken til Henle. I det distale tubuli blir NH4 + reabsorbert senere utskilt av en NH4 + -transportør som tilhører Rh glykoproteinsfamilien, lokalisert på både apikale og basolaterale membraner for å samle kanalceller.
Således spiller innsamling av kanalceller en sentral rolle for å opprettholde syre -base balanse og netto syreutskillelse. Hvis ikke ammonium resorbert ble utskilt i urinen, ville det metaboliseres av leveren som genererte H +, og en «ny −HCO3» produksjon ville bli negert.
Uorganisk fosfater, spesielt i den distale nefronen, spiller også en rolle.
H + avledet fra nedbrytningen av karbonsyre skilles ut i det rørformede lumen der de er bufret av fosfater (2 − HPO4 + H + ⇒ −H2PO4) , mens −HCO3 krysser den basolaterale membranen via en anionbytter (AE) Cl – / – HCO3 antiporter (Figur 3).
Fosfater binder deretter hydrogenioner som erstatter «regenererte» bikarbonationer. Interessant nok reduserer acidemi og hyperkapnia terskelen for reabsorpsjon av fosfat, og gir dermed en større mengde urinbuffer i det distale tubuli.
Pendrin er en bikarbonat / kloridveksler plassert i det apikale domenet av type B og ikke-A, ikke-B interkalert celle med oppsamlingskanaler (figur 4). Hyperkapnia bestemmer en reduksjon av pendrinekspresjon med opptil 50%, noe som bidrar til økt plasmabikarbonat og redusert plasmaklorid observert ved kronisk respiratorisk acidose.
Nyresvaret er fullført i sin fulle ekste nt etter 3–5 dager, noe som resulterer i en ny stabil tilstand der det forventes en økning på 3,5 mEq i bikarbonatkonsentrasjon for hver økning på 10 mmHg pCO2. Deretter, i forbindelse med kronisk respiratorisk acidose, gir nyrekompensasjon mer betydelig pH-beskyttelse i motsetning til intracellulær buffering i den akutte situasjonen.
For eksempel, hvis vi vurderer en akutt pCO2-økning til 80 mmHg, øker bikarbonatkonsentrasjonskompensatoren med 4 mEq.
I samsvar med Henderson-Hasselbach-ligningen, 𝐩𝐇 = 𝟔.𝟏 + 𝐥𝐨𝐠 (𝟐𝟖 / 𝟎.𝟎𝟑 × 𝟖𝟎) = 𝟕.𝟏𝟕. (4)
I det siste eksemplet , er variasjonen i pH-verdi betydelig mindre enn i den forrige (0,11 versus 0,23 enheter).Dette forklarer hvorfor kronisk respiratorisk acidose generelt er mindre alvorlig og tolereres bedre enn akutt med lignende hyperkapni. Figur 5 viser forskjellig helling av forholdet mellom pCO2 og bikarbonat ved akutt og kronisk respiratorisk acidose.
4. Kliniske konsekvenser av acidose
Acidose er en ugunstig prognostisk indikator og er ansvarlig for flere skadelige effekter på hemodynamikk og metabolisme. Acidose forårsaker hjerteinfarkt depresjon, arytmier, reduksjon av perifere vaskulære motstander og hypotensjon. I tillegg er hyperkapnisk acidose ansvarlig for svakhet i respiratoriske muskler, økning av proinflammatoriske cytokiner og apoptose, og kakeksi. Videre er det rapportert om reduksjon i renal blodstrøm, aktivering av renin-angiotensinsystemet og økning av sirkulasjonsverdier av antidiuretisk hormon, atrielt natriuretisk peptid og endotelin-1 hos hyperkapniske KOLS-pasienter. Det er antatt at disse hormonelle abnormitetene kan spille en rolle i retensjon av salt og vann og utvikling av pulmonal hypertensjon, uavhengig av tilstedeværelsen av hjerteinfarkt.
Kliniske og epidemiologiske data viser tydelig at alvorlighetsgraden av acidose er forbundet med dårlig prognose.
I studien av 139 pasienter med KOLS og respirasjonssvikt, Jeffrey et al. konkluderte med at arteriell H + konsentrasjon er en viktig prognostisk faktor for overlevelse.
I en retrospektiv studie på 295 episoder med KOLS-forverring, Guy et al. rapporterte at intubasjon og dødelighet var høyest ved den laveste pH-gruppen. Tilsvarende har Kettel et al. og Warren et al. rapporterte en høyere dødelighet hos pasienter med en pH-verdi ved innleggelse under henholdsvis 7,23 og 7,26. Plant et al. rapporterte at de surere pasientene hadde en høyere dødelighet både i gruppe med konvensjonell terapi og i gruppe gjennomgått til ikke-invasiv ventilasjon. Lignende funn ble rapportert av nyere papirer som bekreftet at en mer alvorlig acidose forverrer utfallet av KOLS-pasienter.
Prognose for KOLS-pasienter påvirkes også negativt av komorbiditet. Kronisk nyresvikt ble funnet assosiert med KOLS i 22–44% av tilfellene, avhengig av studieserien og diagnostiske kriterier. Nyresvikt kan bidra til utvikling av hypertensjon, perifer arteriell vaskulær sykdom og utbrudd av iskemisk hjertesykdom.
I tillegg, når nyresvikt oppstår hos KOLS-pasienter, kan den kompenserende rollen til nyre i respiratorisk acidose være mindre effektiv, noe som resulterer i redusert ammoniagenese og titrerbar surhetsproduksjon med påfølgende mindre økning i serumbikarbonat og mer alvorlig acidose. Kliniske rapporter viste at bikarbonatnivået hos disse pasientene er omvendt relatert til overlevelse, og at samtidig nyresvikt er prediktiv for død og risiko for forverring.
Disse tidligere kliniske studiene bekrefter indirekte rollen og viktigheten av nyrefunksjon som kompenserende organ ved syrebaseforstyrrelser.
5. Blandede syrebaseforstyrrelser
Respiratorisk acidose er ikke den eneste syre-baseforstyrrelsen som er observert hos pasienter med KOLS. Tilstedeværelsen av komorbiditet og bivirkninger av noen legemidler som brukes til å behandle KOLS-pasienter, forårsaker forskjellige lidelser. Disse tilstandene er definert som blandede syrebaseforstyrrelser.
De viktigste kliniske tilstandene som fører til en blandet syrebaseforstyrrelse er oppsummert i tabell 1. Hjertesvikt, akutt lungeødem, nyresvikt og utbrudd av sepsis eller alvorlig hypoksi er for eksempel det mest vanlige årsaker til metabolsk acidose assosiert med hyperkapni. Misbruk av diuretika med volumutarming, hypokalemi og bruk av steroider er de hyppigst assosierte faktorene med samtidig tilstedeværelse av metabolsk alkalose.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Metabolsk alkalose kan også være konsekvensen av en for rask fjerning av CO2 hos pasienter som gjennomgår mekanisk ventilasjon. Hos disse fagene er ikke nyrene i stand til raskt å fjerne bikarbonatoverskuddet etter normalisering av CO2-spenningen, selv om noen forfattere antar at cellulære transportprosesser kan ha et «minne» om eksisterende forhold, og økt bikarbonatreabsorpsjon kan vedvare i noen tid. .
Både metabolsk acidose og metabolsk alkalose kan eksistere samtidig med respiratorisk acidose. Denne kliniske situasjonen kan for eksempel forekomme hos pasienter med KOLS som utvikler hjertesvikt og behandles med høye doser diuretika eller som har nyresvikt og oppkast eller alvorlig hypoksi og utarming av ekstracellulært volum.
I disse tilfellene, selv om den endelige forskyvningen av pH avhenger av forekomsten av acidogene eller alkalogene faktorer, produksjon og / eller fjerning av både metabolske baser og uorganiske syrer endres.
Systematisk undersøkte studier av syrebaseforstyrrelser hos pasienter med KOLS er få, men det er bevis for at omtrent en tredjedel av disse atienter har flere lidelser der tilhørende respiratorisk acidose-metabolsk alkalose er den hyppigst forekommende lidelsen.
Tilstedeværelsen av en blandet syre-base forstyrrelse kompliserer den kliniske patofysiologien og utgjør vanskeligheter med diagnose og behandling.
En begrensning av Henderson-Hasselbach-metoden i denne kliniske setting er avhengigheten av serumbikarbonat av pCO2. En variasjon i bikarbonatnivået kan skyldes en metabolsk forstyrrelse eller kan være en konsekvens av en innledende variasjon i pCO2. I de blandede lidelsene kan bikarbonatnivået resultere i en forvirrende faktor fordi den endrede bikarbonatverdien alene antyder en syre-base ubalanse, men den skiller ikke den metabolske komponenten fra respiratorisk komponent.
Derfor er det foreslått alternative metoder for bedre å kvantifisere den metabolske komponenten i blandede lidelser.
Blant disse er standard baseoverskudd (SBE), korrigert aniongap (cAG) og Stewart-tilnærmingen er den mest brukte.
SBE kan defineres som mengden sterk syre eller sterk base som må tilsettes til hver liter fullstendig oksygenert blod for å gjenopprette pH til 7,40 ved en temperatur på 37 ° C og pCO2 holdes på 40 mmHg og hemoglobinkonsentrasjon standardisert til 5 g / dL. CAG er forskjellen mellom summen av hovedkationene og hovedanionene, korrigert for albuminkonsentrasjon og serumfosfat. Likevel løser ikke SBE og cAG problemet helt og blir kritisert.
SBE er en tilnærming som ekstrapolerer resultatene «in vitro» til den mer komplekse flerkompetimentelle virkelige situasjonen til kroppsvæsker fordi, in vivo , syre- eller baselast er ikke bare titrert i blodrommet, og total bufferkapasitet kan være forskjellig fra in vitro.
Videre løser SBE ikke den gjensidige avhengigheten av pCO2 og bikarbonat, fordi i respiratoriske lidelser, nyrekompenserende justeringer resulterer i endringer i SBE.
CAG bør avsløre tilstedeværelsen av umålte anioner i blodet, og det er nyttig å fastslå årsaken til metabolsk acidose (hyperkloremisk snarere enn normkloremisk) når den har blitt diagnostisert.
Stewart-tilnærmingen er basert på prinsippene for bevaring av masse, elektrisk nøytralitet og dissosiasjonskonstant for elektrolytter og identifiserte tre uavhengige variabler som bestemmer hydrogenionkonsentrasjon i løsning : sterk ioneforskjell (SID), pCO2 og total svak syre (Atot). Selv om Stewart-metoden foreslår en annen tilnærming, er dens pålitelighet sammenlignet med den tradisjonelle metoden fremdeles et diskutert spørsmål. Noen forfattere anser den diagnostiske ytelsen til Stewart-metoden bedre enn den konvensjonelle tilnærmingen for å vurdere syrebasestatus, spesielt for å kvantifisere metabolsk komponent, men andre konkluderte med at den ikke forbedrer diagnostisk nøyaktighet og ikke gir noe verktøy for å bedre håndtere disse lidelser fordi den tradisjonelle tilnærmingen, med bare mindre justeringer, kan gi samme praktiske informasjon.
Så når og hvordan man kan mistenke en blandet lidelse i henhold til den tradisjonelle metoden?
For dette formålet har flere forfattere foreslått en trinnvis tilnærming, og noen enkle begreper kan hjelpe til med å anta tilstedeværelsen av en blandet lidelse.
(1) Diskordant variasjon av bikarbonater og pCO2. Kompenserende mekanismer er rettet mot å holde konstant bikarbonat / pCO2-forhold, og en primitiv variasjon av et av begrepene blir etterfulgt av en konsensuell variasjon av den andre. Derfor antyder økning av bikarbonater og reduksjon av pCO2 eller reduksjon av bikarbonater og økning av pCO2 en blandet forstyrrelse.
(2) Tilstedeværelsen av normal pH-verdi og betydelig endring i bikarbonater og pCO2-nivåer foreslår også en blandet Uorden. De adaptive mekanismene gjenoppretter ikke pH til en normal verdi. Normal pH argumenterer i dette tilfellet for sameksistens av to motstridende problemer i stedet for en perfekt kompensert enkel lidelse.
(3) Kompenserende respons er vesentlig annerledes enn forventet respons. Observerte bikarbonatnivåer eller pCO2 signifikant forskjellige enn «forventet» beviser eksistensen av en blandet lidelse. Faktisk avhenger mengden kompenserende variasjon av utvidelsen av primitiv endring, og den kan med rimelighet gis. Når forventet respons ikke forekommer, er det er en additiv lidelse som er ansvarlig for variasjon av bikarbonat eller pCO2.
(4) Delta Ratio, That is, Δanion gap / ΔHCO3 > 2. Når en metabolsk syre (HA) tilsettes ekstracellulær væske, den dissosieres i H + og organisk anion (−A). H + reagerer med et molekyl bikarbonat mens umålt organisk anion (−A) vil øke aniongapet (positive mindre negative ladninger). variasjon i aniongapet skal være lik reduksjonen i bikarbonat slik at forholdet mellom disse to endringene skal være lik en. Likevel er en betydelig mengde organisk syre buffret av intracellulære proteiner, ikke av −HCO3, mens det meste av overskudd anioner forblir i ekstracellen ularvæsker fordi de ikke krysser cellemembranen fritt. Følgelig, i en ren metabolsk acidose, er endringen i bikarbonatkonsentrasjonen mindre enn aniongapet, og delta-forholdet er mellom 1 og 2. En delta-forholdsverdi over 2 indikerer et mindre fall i bikarbonat enn forventet på grunnlag av endringen i aniongapet . Dette funnet antyder en samtidig metabolsk alkalose eller allerede eksisterende høye HCO3-nivåer på grunn av kronisk respiratorisk acidose.
Uansett kan ikke tolkningen av arteriell blodgassanalyse ignorere funnene fra klinisk historie og fysisk undersøkelse som kan støtte en riktig diagnose.
Klinikere bør også vurdere de eksisterende tilstandene, medisiner som vanligvis er tatt, symptomer som er presentert de siste dagene og timene, samt pasientens hydratiseringsstatus, tilstedeværelsen av hjerte- og nyresvikt, diabetes, hypokalemi eller tegn på sepsis.
Terapi av blandede lidelser er ofte vanskelig. Forsøket på å korrigere pH for enhver pris ved bruk av alkaliske eller forsurende medikamenter kan være skadelig, og klinikerens oppmerksomhet bør rettes for å identifisere underliggende patofysiologiske endringer.
6. Konklusjoner
Respiratorisk acidose på grunn av hyperkapni er en vanlig og alvorlig komplikasjon observert hos pasienter med kronisk obstruktiv lungesykdom i avansert fase. Utvikling av acidose forverrer prognosen og er forbundet med høyere dødelighet. Kompensasjonsmekanismer består av økt nyreabsorpsjon av bikarbonat og økt utskillelse av H +. Disse justeringene av nyrefunksjonen er mer effektive i kronisk form og forklarer hvorfor sistnevnte er mindre alvorlig og tolereres bedre enn akutt. Blandede syrebaseforstyrrelser blir også ofte observert hos KOLS-pasienter. Klinisk historie, fysisk undersøkelse og nøye evaluering av arteriell blodgassanalyse kan hjelpe til med riktig diagnose og målrettet terapi.