Samenvatting
De auteurs beschrijven de pathofysiologische mechanismen die leiden tot de ontwikkeling van acidose bij patiënten met chronisch obstructieve longziekte. ziekte en de schadelijke effecten ervan op de uitkomst en het sterftecijfer. Renale compensatoire aanpassingen als gevolg van acidose worden ook in detail beschreven met de nadruk op verschillen tussen acute en chronische respiratoire acidose. Gemengde zuur-base-stoornissen als gevolg van comorbiditeit en bijwerkingen van sommige medicijnen bij deze patiënten worden ook onderzocht, en praktische overwegingen voor een juiste diagnose worden gegeven.
1. Inleiding
Chronische obstructieve longziekte (COPD) is een groot probleem voor de volksgezondheid. De prevalentie varieert per land, leeftijd en geslacht. Op basis van epidemiologische gegevens geeft de projectie voor 2020 aan dat COPD de derde belangrijkste doodsoorzaak wereldwijd en de vijfde belangrijkste oorzaak van invaliditeit zal zijn. Ongeveer 15% van de COPD-patiënten moet worden opgenomen in een algemeen ziekenhuis of een afdeling intensieve respiratoire zorg voor acute exacerbaties, wat leidt tot meer gebruik van medische middelen en hogere kosten. Hoewel de algehele prognose van COPD-patiënten de laatste tijd is verbeterd, blijft het sterftecijfer hoog, en onder andere kunnen zuur-base-aandoeningen die bij deze personen voorkomen, de uitkomst beïnvloeden.
Het doel van dit artikel is om zich te concentreren op de belangrijkste pathogene mechanismen die leiden tot zuur-base-aandoeningen en hun klinische gevolgen bij COPD-patiënten.
2. Hypercapnie en respiratoire acidose
Een belangrijke complicatie bij COPD-patiënten is de ontwikkeling van stabiele hypercapnie.
Bij de gezonde proefpersoon wordt ongeveer 16.000-20.000 mmol / dag kooldioxide (CO2), afgeleid van oxidatie van voedingsstoffen die koolstof bevatten, worden geproduceerd. Onder normale omstandigheden wordt de productie van CO2 verwijderd door pulmonale ventilatie. Een verandering in ademhalingsuitwisselingen, zoals optreedt in de gevorderde fase van COPD, resulteert echter in het vasthouden van CO2. Koolstofdioxide wordt vervolgens gehydrateerd met de vorming van koolzuur dat vervolgens dissocieert onder afgifte van waterstofionen (H +) in de lichaamsvloeistoffen volgens de volgende vergelijking: CO2 + H2O⟹H2CO3⟹ − HCO3 + H +. (1)
Het gevolg van hypercapnie als gevolg van verandering van gasuitwisseling bij COPD-patiënten bestaat dus voornamelijk uit een toename van de H + -concentratie en de ontwikkeling van respiratoire acidose, ook wel hypercapnische acidose genoemd. Volgens de traditionele methode om de zuur-base-status te beoordelen, drukt de Henderson-Hasselbach-vergelijking de relatie uit tussen pH (logaritme van omgekeerde concentratie van H +), bicarbonaationenconcentratie (−HCO3), en partiële druk van CO2 (pCO2): pH = 6.1 + log − HCO3 / 0.03pCO2. (2)
Het is duidelijk dat de pH en de concentratie van waterstofionen strikt bepaald worden door de bicarbonaat / pCO2-verhouding, in plaats van hun individuele waarden. Een verandering in pH kan dus worden bepaald door een primitieve wijziging van de teller van deze vergelijking, dat wil zeggen bicarbonaat (stofwisselingsstoornissen) of van de noemer, dat wil zeggen pCO2 (ademhalingsstoornissen). In beide gevallen worden compensatiemechanismen geactiveerd om een consensuele variatie van de andere factor te bepalen om deze verhouding zo constant mogelijk te houden en veranderingen in pH te minimaliseren. De omvang van deze compenserende veranderingen is grotendeels afhankelijk van die van de primaire verandering en kan tot op zekere hoogte worden voorspeld (verwachte compenserende respons).
Bijgevolg bestaat de compensatie voor respiratoire acidose uit een secundaire verhoging van de bicarbonaatconcentratie , en de arteriële bloedgasanalyse wordt gekenmerkt door een verlaagde pH, verhoogde pCO2 (aanvankelijke variatie) en verhoogde bicarbonaatspiegels (compenserende respons).
3. Compensatiemechanismen bij acute en chronische respiratoire acidose
De reactie op respiratoire acidose vindt in verschillende mate plaats, hetzij in de acute of chronische fase. Wanneer hypercapnie acuut optreedt, vindt de buffering van H + plaats door eiwitten, voornamelijk hemoglobine, en andere intracellulaire niet-bicarbonaatbuffers als volgt: H2CO3 + −Hb⟹HHb + −HCO3. (3)
De effectiviteit van dit mechanisme is beperkt . In dergelijke omstandigheden verwachten we voor elke toename van 10 mmHg pCO2 slechts 1 mEq toename van de bicarbonaatconcentratie.
Vervolgens treden renale adaptieve veranderingen voornamelijk op in de proximale tubulaire cellen dan in de distale tubuli, wat leidt tot verhoogde reabsorptie van bicarbonaat en verhoogde uitscheiding van titreerbaar zuur en ammonium.
H + -uitscheiding over apicale membraan vindt plaats door een Na + / H + antiporter (NHE3) en in mindere mate door een protonpomp (Figuur 1). Het uitgescheiden H + in de buisvormige vloeistof combineert met gefilterde bicarbonaationen, wat leidt tot de vorming van koolzuur. Het koolzuuranhydrase wordt vervolgens opgesplitst in CO2 en H2O. CO2 diffundeert in de cel waar CO2 wordt gerehydrateerd tot koolzuur.Dit geeft aanleiding tot bicarbonaation dat de cel verlaat via het basolaterale membraan naar het interstitium via een 3HCO3 / Na (NBCe1) symporter, terwijl H + weer wordt uitgescheiden in het lumen. De basolaterale membraan Na + / K + ATPase-antiporter, die een lage intracellulaire natriumconcentratie handhaaft, versterkt de NHE3-activiteit verder.
Samengevat, reabsorptie van bicarbonaat vereist koolzuuranhydrase en is strikt geassocieerd met natrium-reabsorptie.
Experimentele studies tonen aan dat de totale hoeveelheid NHE3- en NBCe1-eiwitten wordt opgereguleerd door chronische respiratoire acidose. Het belangrijkste mechanisme dat verantwoordelijk is voor de verhoging van serumbicarbonaat is echter de verhoogde uitscheiding van titreerbaar zuur en ammonium, die worden gestimuleerd door aanhoudend verhoogde pCO2.
Ammoniak (NH3), in de proximale cel, wordt gevormd door deaminering van glutamine tot glutaminezuur en vervolgens tot alfa-ketoglutaraat. Daarom worden voor elk molecuul glutamine twee moleculen ammoniak gevormd (Figuur 2). Ammoniak bindt H + resulterend in ammoniumion (NH4 +) dat vervolgens door NHE3 in het tubulaire lumen van de nieren wordt uitgescheiden, waarbij NH4 + H + op de transporter vervangt en in de urine wordt uitgescheiden als ammoniumchloride (NH4Cl). Als alternatief kan wat NH4 + worden uitgescheiden in de buisvormige vloeistof als NH3, waar het vervolgens wordt geprotoneerd. Ammoniak vervangt dus bicarbonaationen die als urinaire buffer en bindend waterstofion fungeren. Bijgevolg wordt voor elke als ammoniumion uitgescheiden H + een ‘nieuw −HCO3’ in het bloed teruggevoerd. Desalniettemin vindt een significante reabsorptie van NH4 + plaats in het stijgende deel van de lus van Henle. In de distale tubulus wordt NH4 + gereabsorbeerd. vervolgens uitgescheiden door een NH4 + -transporteur behorende tot de Rh-glycoproteïnenfamilie, gelokaliseerd op zowel apicale als basolaterale membranen van verzamelbuiscellen.
Het verzamelen van kanaalcellen speelt dus een cruciale rol bij het in stand houden van zuur -basisbalans en netto zuuruitscheiding. Als ammonium dat opnieuw wordt geabsorbeerd niet in de urine zou worden uitgescheiden, zou het worden gemetaboliseerd door de lever die H + genereert, en zou een “nieuwe −HCO3” -productie teniet worden gedaan.
Anorganisch fosfaten, vooral in het distale nefron, spelen ook een rol.
H + afkomstig van de afbraak van koolzuur worden uitgescheiden in het buisvormige lumen waar ze worden gebufferd door fosfaten (2 − HPO4 + H + ⇒ −H2PO4) , terwijl −HCO3 het basolaterale membraan passeert via een anionenuitwisseling (AE) Cl – / – HCO3 antiporter (Figuur 3).
Fosfaten binden vervolgens waterstofionen ter vervanging van geregenereerde bicarbonaationen. Interessant is dat acidemie en hypercapnie de drempel verlagen voor reabsorptie van fosfaat, waardoor een grotere hoeveelheid urinaire buffer in de distale tubulus.
Pendrin is een bicarbonaat / chloride-uitwisselaar die zich bevindt in het apicale domein van de type B en niet-A, niet-B geïntercaleerde cel van verzamelkanalen (Figuur 4). Hypercapnia bepaalt een verlaging van de expressie van pendrin met tot wel 50%, wat bijdraagt aan het verhoogde plasmabicarbonaat en het verlaagde plasma-chloride waargenomen bij chronische respiratoire acidose.
De renale respons is volledig voltooid nt na 3–5 dagen, resulterend in een nieuwe evenwichtstoestand waarin een toename van 3,5 mEq in bicarbonaatconcentratie wordt verwacht voor elke toename van 10 mmHg pCO2. In de setting van chronische respiratoire acidose biedt niercompensatie dan een significantere pH-bescherming in tegenstelling tot intracellulaire buffering in de acute situatie.
Als we bijvoorbeeld een acute pCO2-toename tot 80 mmHg beschouwen, stijgt de compenserende bicarbonaatconcentratie met 4 mEq.
In overeenstemming met de Henderson-Hasselbach-vergelijking, 𝐩𝐇 = 𝟔.𝟏 + 𝐥𝐨𝐠 (𝟐𝟖 / 𝟎.𝟎𝟑 × 𝟖𝟎) = 𝟕.𝟏𝟕. (4)
In het laatste voorbeeld , de variatie in pH-waarde is aanzienlijk kleiner dan bij de vorige (0,11 versus 0,23 eenheden).Dit verklaart waarom chronische respiratoire acidose over het algemeen minder ernstig is en beter wordt verdragen dan acuut bij vergelijkbare hypercapnie. Figuur 5 toont de verschillende helling van de relatie tussen pCO2 en bicarbonaat bij acute en chronische respiratoire acidose.
4. Klinische gevolgen van acidose
Acidose is een ongunstige prognostische indicator en is verantwoordelijk voor verschillende schadelijke effecten op hemodynamiek en metabolisme. Acidose veroorzaakt myocardiale depressie, aritmieën, afname van perifere vasculaire weerstand en hypotensie. Bovendien is hypercapnische acidose verantwoordelijk voor zwakte van de ademhalingsspieren, toename van pro-inflammatoire cytokinen en apoptose, en cachexie. Bovendien zijn bij hypercapnische COPD-patiënten een afname van de renale bloedstroom, een activering van het renine-angiotensinesysteem en een toename van de circulerende waarden van het antidiuretisch hormoon, atriaal natriuretisch peptide en endotheline-1 gerapporteerd. Aangenomen wordt dat deze hormonale afwijkingen een rol kunnen spelen bij het vasthouden van zout en water en de ontwikkeling van pulmonale hypertensie, onafhankelijk van de aanwezigheid van myocardiale disfunctie.
Klinische en epidemiologische gegevens tonen duidelijk aan dat de ernst van acidose verband houdt met een slechte prognose.
In de studie van 139 patiënten met COPD en ademhalingsinsufficiëntie, Jeffrey et al. concludeerde dat arteriële H + -concentratie een belangrijke prognostische factor is voor overleving.
In een retrospectieve studie van 295 episodes van COPD-exacerbatie, Guy et al. meldde dat intubatie en mortaliteit het hoogst waren bij de laagste pH-groep. Evenzo Kettel et al. en Warren et al. rapporteerde een hoger sterftecijfer bij patiënten met een pH-waarde bij opname onder respectievelijk 7,23 en 7,26. Plant et al. meldde dat de meer acidemische patiënten een hoger sterftecijfer hadden, zowel in de groep met conventionele therapie als in de groep die niet-invasieve beademing had ondergaan. Soortgelijke bevindingen werden gerapporteerd door meer recente artikelen die bevestigen dat een ernstigere acidose de uitkomst van COPD-patiënten verslechtert.
Prognose van COPD-patiënten wordt ook nadelig beïnvloed door comorbiditeit. Chronisch nierfalen werd in 22-44% van de gevallen geassocieerd met COPD, afhankelijk van de studiereeks en diagnostische criteria. Nierfalen kan bijdragen aan de ontwikkeling van hypertensie, perifere arteriële vaatziekte en het ontstaan van ischemische hartziekte.
Bovendien, wanneer nierfalen optreedt bij COPD-patiënten, kan de compenserende rol van de nier bij respiratoire acidose minder effectief zijn, wat resulteert in een verminderde ammoniagenese en titreerbare zuurproductie met als gevolg een kleinere toename van serumbicarbonaat en ernstiger acidose. Klinische rapporten toonden aan dat bicarbonaatspiegels bij deze patiënten omgekeerd evenredig zijn met overleving en dat gelijktijdig nierfalen een voorspellende waarde heeft voor overlijden en het risico op exacerbatie.
Deze eerdere klinische onderzoeken bevestigen indirect de rol en het belang van de nierfunctie als compenserend orgaan bij zuur-base-aandoeningen.
5. Gemengde zuur-base-aandoeningen
Ademhalingsacidose is niet de enige zuur-base-stoornis die wordt waargenomen bij patiënten met COPD. De aanwezigheid van comorbiditeit en bijwerkingen van sommige geneesmiddelen die worden gebruikt om COPD-patiënten te behandelen, veroorzaken verschillende aandoeningen. Deze aandoeningen worden gedefinieerd als gemengde zuur-base-aandoeningen.
De belangrijkste klinische aandoeningen die leiden tot een gemengde zuur-base-aandoening zijn samengevat in tabel 1. Hartfalen, acuut longoedeem, nierfalen en het optreden van sepsis of ernstige hypoxie zijn bijvoorbeeld de meest voorkomende aandoeningen. veelvoorkomende oorzaken van metabole acidose geassocieerd met hypercapnie. Misbruik van diuretica met volumedepletie, hypokaliëmie en gebruik van steroïden zijn de meest voorkomende factoren bij gelijktijdige aanwezigheid van metabole alkalose.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Metabole alkalose kan ook het gevolg zijn van een te snelle verwijdering van CO2 bij patiënten die mechanische beademing ondergaan. Bij deze proefpersonen is de nier niet in staat om de overmaat aan bicarbonaat snel te verwijderen na de normalisatie van de CO2-spanning, hoewel sommige auteurs de hypothese hadden dat cellulaire transportprocessen een “geheugen” van reeds bestaande aandoeningen zouden kunnen hebben en dat een verhoogde heropname van bicarbonaat enige tijd kan aanhouden. .
Zowel metabole acidose als metabole alkalose kunnen samengaan met respiratoire acidose. Deze klinische setting kan bijvoorbeeld voorkomen bij patiënten met COPD die hartfalen ontwikkelen en die worden behandeld met hoge doses diuretica of die nierfalen hebben. en braken of ernstige hypoxie en extracellulaire volumedepletie.
In deze gevallen, zelfs als de uiteindelijke verandering van de pH afhangt van de prevalentie van acidogene of alkalogene factoren, de productie en / of verwijdering van beide metabole basen en anorganische zuren zijn veranderd.
Systematisch onderzochte onderzoeken naar zuur-base-aandoeningen bij patiënten met COPD zijn zeldzaam, maar er zijn aanwijzingen dat ongeveer een derde van deze p patiënten hebben meerdere aandoeningen waarbij de bijbehorende respiratoire acidose – metabole alkalose de meest voorkomende aandoening is.
De aanwezigheid van een gemengde zuur-base-stoornis compliceert de klinische pathofysiologie en levert problemen op bij de diagnose en behandeling.
Een beperking van de Henderson-Hasselbach-methode in deze klinische setting is de afhankelijkheid van serumbicarbonaat van pCO2. Een variatie in het bicarbonaatniveau kan het gevolg zijn van een stofwisselingsstoornis of kan het gevolg zijn van een aanvankelijke variatie in pCO2. Bij de gemengde aandoeningen kan het bicarbonaatniveau resulteren in een verstorende factor omdat de veranderde bicarbonaatwaarde alleen al duidt op een zuur-base-onbalans, maar het onderscheidt de metabolische component niet van de ademhalingscomponent.
Daarom zijn er alternatieve methoden voorgesteld om de metabolische component in gemengde aandoeningen beter te kwantificeren.
Hieronder vallen standaard overtollige base (SBE), gecorrigeerde anion gap (cAG) en de De Stewart-benadering wordt het meest gebruikt.
SBE kan worden gedefinieerd als de hoeveelheid sterk zuur of sterke base die moet worden toegevoegd aan elke liter volledig zuurstofrijk bloed om de pH te herstellen tot 7,40 bij een temperatuur van 37 ° C en pCO2 bij een temperatuur van 40 mmHg en hemoglobineconcentratie gestandaardiseerd op 5 g / dl. De cAG is het verschil tussen de som van de belangrijkste kationen en de belangrijkste anionen, gecorrigeerd voor albumine-concentratie en serumfosfaat. Desalniettemin lossen SBE en cAG het probleem niet helemaal op en worden ze bekritiseerd.
SBE is een benadering die resultaten “in vitro” extrapoleert naar de meer complexe multicompartimentele reële situatie van lichaamsvloeistoffen, omdat in vivo , zuur- of baseladingen worden niet alleen getitreerd in het bloedcompartiment en de totale buffercapaciteit kan verschillen van in vitro.
Bovendien lost SBE de onderlinge afhankelijkheid van pCO2 en bicarbonaat niet op, omdat bij ademhalingsstoornissen de renale compenserende aanpassingen resulteren in veranderingen in SBE.
De cAG moet de aanwezigheid van ongemeten anionen in het bloed onthullen, en het is nuttig om de oorzaak van metabole acidose (eerder hyperchloremisch dan normochloremisch) te bepalen zodra gediagnosticeerd.
De Stewart-benadering is gebaseerd op de principes van behoud van massa, elektrische neutraliteit en dissociatieconstante van elektrolyten en identificeerde drie onafhankelijke variabelen die de waterstofionenconcentratie in oplossing bepalen : sterk ionenverschil (SID), pCO2, en totaal zwak zuur (Atot). Hoewel de Stewart-methode een andere benadering voorstelt, is de betrouwbaarheid ervan in vergelijking met de traditionele methode nog steeds een onderwerp van discussie. Sommige auteurs beschouwen de diagnostische prestaties van de Stewart-methode beter dan de conventionele benadering om de zuur-base-status te beoordelen, vooral om de metabolische component te kwantificeren, maar anderen concludeerden dat het de diagnostische nauwkeurigheid niet verbetert en geen hulpmiddel biedt om deze beter te beheren. aandoeningen omdat de traditionele aanpak, met slechts kleine aanpassingen, dezelfde praktische informatie kan opleveren.
Dus wanneer en hoe een gemengde aandoening vermoeden volgens de traditionele methode?
Voor dit doel is een stapsgewijze aanpak voorgesteld door verschillende auteurs, en enkele eenvoudige concepten zouden kunnen helpen bij het veronderstellen van de aanwezigheid van een gemengde aandoening.
(1) Discordante variatie van bicarbonaten en pCO2. Compensatiemechanismen zijn bedoeld om een constante bicarbonaat / pCO2-verhouding te houden, en een primitieve variatie van een van de termen wordt gevolgd door een consensuele variatie van de andere. Daarom suggereren toename van bicarbonaten en afname van pCO2 of afname van bicarbonaten en toename van pCO2 een gemengde stoornis.
(2) De aanwezigheid van normale pH-waarde en significante veranderingen in bicarbonaten en pCO2-niveaus suggereren ook een gemengde Wanorde. De adaptieve mechanismen brengen de pH niet terug naar een normale waarde. Normale pH pleit in dit geval voor het naast elkaar bestaan van twee tegengestelde problemen in plaats van een perfect gecompenseerde simpele aandoening.
(3) Compenserende respons is significant anders dan verwachte respons. Waargenomen bicarbonaatniveaus of pCO2 die significant verschillen van “verwacht” bewijst het bestaan van een gemengde stoornis. In feite hangt de mate van compenserende variatie af van de uitbreiding van de primitieve verandering, en deze kan redelijkerwijs worden geleverd. Wanneer de verwachte respons niet optreedt, is er is een additieve aandoening die verantwoordelijk is voor variatie van bicarbonaat of pCO2.
(4) Delta Ratio, dat wil zeggen Δanion gap / ΔHCO3 > 2. Wanneer een metabolisch zuur (HA) wordt toegevoegd aan extracellulaire vloeistof, het dissocieert in H + en organisch anion (−A). H + reageert met een molecuul bicarbonaat, terwijl een niet-gemeten organisch anion (−A) de anion gap zal vergroten (positieve minder negatieve ladingen). Theoretisch variatie in de anion gap moet gelijk zijn aan de afname van bicarbonaat, zodat de verhouding tussen deze twee veranderingen gelijk moet zijn aan 1. Desalniettemin wordt een aanzienlijke hoeveelheid organisch zuur gebufferd door intracellulaire eiwitten, niet door −HCO3, terwijl de meeste overmaat anionen blijven in de extracel ular vloeistoffen omdat ze niet vrij het celmembraan passeren. Bijgevolg is bij een zuivere metabole acidose de verandering in bicarbonaatconcentratie kleiner dan de anion gap, en ligt de delta-ratio tussen 1 en 2. Een delta ratio-waarde boven de 2 duidt op een kleinere daling in bicarbonaat dan verwacht op basis van de verandering in anion gap . Deze bevinding suggereert een gelijktijdige metabole alkalose of reeds bestaande hoge HCO3-spiegels als gevolg van chronische respiratoire acidose.
In elk geval kan de interpretatie van arteriële bloedgasanalyse niet voorbijgaan aan de bevindingen van de klinische geschiedenis en lichamelijk onderzoek dat een juiste diagnose.
Artsen moeten ook rekening houden met de reeds bestaande aandoeningen, de gewoonlijk ingenomen medicijnen, de symptomen die de laatste dagen en uren zijn opgetreden, evenals de hydratatiestatus van patiënten, de aanwezigheid van hart- en nierfalen, diabetes, hypokaliëmie of tekenen van sepsis.
Therapie van gemengde aandoeningen is vaak moeilijk. De poging om de pH koste wat het kost te corrigeren met behulp van alkalische of verzurende medicijnen kan schadelijk zijn, en de aandacht van de arts moet worden besteed aan het identificeren van onderliggende pathofysiologische veranderingen.
6. Conclusies
Respiratoire acidose als gevolg van hypercapnie is een veel voorkomende en ernstige complicatie die wordt waargenomen bij patiënten met chronische obstructieve longziekte in een gevorderde fase. Ontwikkeling van acidose verslechtert de prognose en gaat gepaard met een hoger sterftecijfer. Compensatiemechanismen bestaan uit een verhoogde renale reabsorptie van bicarbonaat en verhoogde uitscheiding van H +. Deze aanpassingen van de nierfunctie zijn effectiever in chronische vorm en verklaren waarom de laatste minder ernstig is en beter wordt verdragen dan acuut. Gemengde zuur-base-aandoeningen worden ook vaak waargenomen bij COPD-patiënten. Klinische geschiedenis, lichamelijk onderzoek en een zorgvuldige evaluatie van arteriële bloedgasanalyse kunnen helpen bij de juiste diagnose en gerichte therapie.