Streszczenie
Autorzy opisują patofizjologiczne mechanizmy prowadzące do rozwoju kwasicy u pacjentów z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc choroba i jej szkodliwy wpływ na wyniki i śmiertelność. Szczegółowo opisano również kompensację czynności nerek w następstwie kwasicy, z naciskiem na różnice między ostrą i przewlekłą kwasicą oddechową. U tych pacjentów badane są również zaburzenia kwasowo-zasadowe spowodowane współistniejącymi chorobami i skutkami ubocznymi niektórych leków oraz przedstawiono praktyczne wskazówki dotyczące prawidłowej diagnozy.
1. Wprowadzenie
Przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP) jest głównym problemem zdrowia publicznego. Występowanie różni się w zależności od kraju, wieku i płci. Na podstawie danych epidemiologicznych prognoza na 2020 rok wskazuje, że POChP będzie trzecią co do wielkości przyczyną zgonów na świecie i piątą co do wielkości przyczyną niepełnosprawności. Około 15% pacjentów z POChP wymaga przyjęcia do szpitala ogólnego lub oddziału intensywnej terapii z powodu zaostrzeń, co prowadzi do większego wykorzystania zasobów medycznych i wzrostu kosztów. Mimo że ogólne rokowanie chorych na POChP uległo ostatnio poprawie, śmiertelność pozostaje wysoka, a między innymi zaburzenia kwasowo-zasadowe występujące u tych osób mogą wpływać na wynik leczenia.
Celem tego artykułu jest skupienie się na głównych mechanizmach patogennych prowadzących do zaburzeń kwasowo-zasadowych i ich konsekwencjach klinicznych u pacjentów z POChP.
2. Hiperkapnia i kwasica oddechowa
Głównym powikłaniem u pacjentów z POChP jest rozwój stabilnej hiperkapnii.
U zdrowego podmiotu około 16 000–20 000 mmol / dzień dwutlenku węgla (CO2), pochodzą z utleniania składników odżywczych zawierających węgiel. W normalnych warunkach wytwarzanie CO2 jest usuwane przez wentylację płuc. Jednak zmiana w wymianie oddechowej, jaka występuje w zaawansowanej fazie POChP, powoduje zatrzymanie CO2. Dwutlenek węgla jest następnie uwodniony z utworzeniem kwasu węglowego, który następnie dysocjuje z uwolnieniem jonów wodoru (H +) w płynach ustrojowych zgodnie z następującym równaniem: CO2 + H2O⟹H2CO3⟹ − HCO3 + H +. (1)
Zatem konsekwencją hiperkapnii w wyniku zmiany wymiany gazowej u pacjentów z POChP jest głównie wzrost stężenia H + i rozwój kwasicy oddechowej, zwanej również kwasicą hiperkapniczną. Zgodnie z tradycyjną metodą oceny stanu kwasowo-zasadowego, równanie Hendersona-Hasselbacha wyraża zależność między pH (logarytm odwrotnego stężenia H +), stężeniem jonów wodorowęglanowych (-HCO3) i ciśnieniem cząstkowym CO2 (pCO2): pH = 6,1 + log − HCO3 / 0,03 pCO2. (2)
Jest oczywiste, że pH i stężenie jonów wodorowych są ściśle określone przez stosunek wodorowęglanów / pCO2, a nie ich indywidualne wartości. Zmianę pH można więc określić przez prymitywną zmianę licznika tego równania, czyli wodorowęglanu (zaburzenia metaboliczne) lub mianownika, czyli pCO2 (zaburzenia oddychania). W każdym przypadku mechanizmy kompensacyjne są aktywowane w celu określenia konsensualnej zmiany drugiego czynnika, aby utrzymać ten stosunek na możliwie stałym poziomie i zminimalizować zmiany pH. Zakres tych zmian kompensacyjnych jest w dużej mierze zależny od zmiany pierwotnej i można go w pewnym stopniu przewidzieć (oczekiwana odpowiedź kompensacyjna).
W konsekwencji kompensacja kwasicy oddechowej polega na wtórnym wzroście stężenia wodorowęglanów , a gazometria krwi tętniczej charakteryzuje się obniżonym pH, podwyższonym pCO2 (początkowa zmienność) i zwiększonym stężeniem wodorowęglanów (odpowiedź kompensacyjna).
3. Mechanizmy kompensacyjne w ostrej i przewlekłej kwasicy oddechowej
Odpowiedź na kwasicę oddechową występuje w różnym stopniu zarówno w fazie ostrej, jak i przewlekłej. Kiedy hiperkapnia występuje ostro, buforowanie H + zachodzi przez białka, głównie hemoglobinę, i inne wewnątrzkomórkowe bufory niewęglanowe, jak następuje: H2CO3 + −Hb⟹HHb + −HCO3. (3)
Skuteczność tego mechanizmu jest ograniczona . W takich warunkach na każdy wzrost pCO2 o 10 mmHg spodziewamy się tylko 1 mEq wzrostu stężenia wodorowęglanów.
Następnie zmiany adaptacyjne nerek zachodzą głównie w komórkach kanalików proksymalnych niż w kanalikach dystalnych, prowadząc do zwiększonego wchłaniania zwrotnego wodorowęglanów i zwiększonego wydalania miareczkowalnego kwasu i amonu.
Wydalanie H + przez błonę szczytową zachodzi przez antyporter Na + / H + (NHE3) i, w mniejszym stopniu, przez pompę protonową (ryc. 1). H + wydzielany do płynu rurowego łączy się z przefiltrowanymi jonami wodorowęglanowymi, prowadząc do powstania kwasu węglowego. Anhydraza węglanowa jest następnie dzielona na CO2 i H2O. CO2 dyfunduje do komórki, gdzie jest ponownie uwodniony do kwasu węglowego.Prowadzi to do powstania jonu wodorowęglanowego, który opuszcza komórkę przez błonę podstawno-boczną do śródmiąższu przez symporter 3HCO3 / Na (NBCe1), podczas gdy H + jest ponownie wydzielany do światła. Antyporter Na + / K + ATPazy błony podstawno-bocznej, utrzymujący niskie wewnątrzkomórkowe stężenie sodu, dodatkowo zwiększa aktywność NHE3.
Podsumowując, reabsorpcja wodorowęglanu wymaga anhydrazy węglanowej i jest ściśle związana z reabsorpcją sodu.
Badania eksperymentalne pokazują, że całkowita obfitość białek NHE3 i NBCe1 jest regulowana w górę przez przewlekłą kwasicę oddechową. Jednak głównym mechanizmem odpowiedzialnym za podwyższenie stężenia dwuwęglanów w surowicy jest zwiększone wydalanie dającego się miareczkować kwasu i amonu, które jest stymulowane przez trwale podwyższony poziom pCO2.
Amoniak (NH3) w proksymalnej komórce powstaje w wyniku deaminacji glutaminy do kwasu glutaminowego, a następnie do alfa-ketoglutaranu. Dlatego dla każdej cząsteczki glutaminy powstają dwie cząsteczki amoniaku (rysunek 2). Amoniak wiąże H +, w wyniku czego powstaje jon amonowy (NH4 +), który jest następnie wydzielany do światła kanalików nerkowych przez NHE3, przy czym NH4 + zastępuje H + na transportera i wydalany z moczem w postaci chlorku amonu (NH4Cl). Alternatywnie, część NH4 + może być wydzielana do płynu rurkowego jako NH3, gdzie jest następnie protonowana. W ten sposób amoniak zastępuje jon wodorowęglanowy działający jako bufor moczu i wiążący jon wodorowy. W konsekwencji, dla każdego H + wydalonego w postaci jonu amonowego, „nowy −HCO3” powraca do krwi. Niemniej jednak następuje znaczna reabsorpcja NH4 + w odcinku wstępującym pętli Henle. W kanaliku dystalnym NH4 + jest ponownie wchłaniany następnie wydalany przez transporter NH4 + należący do rodziny glikoprotein Rh, zlokalizowany na błonach szczytowych i podstawno-bocznych komórek przewodu zbiorczego.
W ten sposób zbieranie komórek przewodowych odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu kwasu – równowaga zasadowa i netto wydalanie kwasu. Gdyby ponownie wchłonięty amoniak nie był wydalany z moczem, byłby metabolizowany przez wątrobę wytwarzającą H +, a produkcja „nowego -HCO3” byłaby zanegowana.
Nieorganiczne fosforany, szczególnie w dystalnym nefronie, również odgrywają rolę.
H + pochodzący z rozkładu kwasu węglowego jest wydalany do światła kanalika, gdzie jest buforowany przez fosforany (2 − HPO4 + H + ⇒ −H2PO4) , podczas gdy −HCO3 przecina błonę podstawno-boczną przez anionowymiennik (AE) Cl – / – HCO3 antyporter (Rysunek 3).
Fosforany wiążą następnie jony wodoru zastępując „zregenerowane” jony wodorowęglanowe. Co ciekawe, kwasica i hiperkapnia obniżają próg reabsorpcji fosforanów, udostępniając tym samym większą ilość Bufor moczowy w kanaliku dystalnym.
Pendryna jest wymieniaczem wodorowęglanowo-chlorkowym znajdującym się w domenie wierzchołkowej interkalowanej komórki typu B i nie-A, nie-B w przewodach zbiorczych (ryc. 4). Hiperkapnia określa zmniejszenie ekspresji pendryny nawet o 50%, przyczyniając się do zwiększenia stężenia wodorowęglanów w osoczu i zmniejszenia stężenia chlorków w osoczu obserwowanych w przewlekłej kwasicy oddechowej.
Odpowiedź nerek jest zakończona w pełnym wymiarze nt po 3–5 dniach, co skutkuje nowym stanem stacjonarnym, w którym spodziewany jest wzrost stężenia wodorowęglanów o 3,5 mEq przy każdym wzroście pCO2 o 10 mmHg. Następnie, w przypadku przewlekłej kwasicy oddechowej, kompensacja nerkowa zapewnia bardziej znaczącą ochronę pH w przeciwieństwie do wewnątrzkomórkowego buforowania w ostrej sytuacji.
Na przykład, jeśli weźmiemy pod uwagę gwałtowny wzrost pCO2 do 80 mmHg, kompensacyjny wzrost stężenia wodorowęglanów o 4 mEq.
Zgodnie z równaniem Hendersona-Hasselbacha, 𝐩𝐇 = 𝟔.𝟏 + 𝐥𝐨𝐠 (𝟐𝟖 / 𝟎.𝟎𝟑 × 𝟖𝟎) = 𝟕.𝟏𝟕. (4)
W ostatnim przykładzie zmienność wartości pH jest znacznie mniejsza niż w poprzednim (0,11 versus 0,23 jednostki).To wyjaśnia, dlaczego przewlekła kwasica oddechowa jest na ogół mniej ciężka i lepiej tolerowana niż ostra z podobną hiperkapnią. Rysunek 5 przedstawia różne nachylenie zależności między pCO2 i wodorowęglanem w ostrej i przewlekłej kwasicy oddechowej.
4. Kliniczne konsekwencje kwasicy
Kwasica jest niekorzystnym wskaźnikiem prognostycznym i jest odpowiedzialna za kilka szkodliwych skutków dla hemodynamiki i metabolizmu. Kwasica powoduje zahamowanie czynności mięśnia sercowego, zaburzenia rytmu serca, zmniejszenie oporu naczyń obwodowych i niedociśnienie. Ponadto kwasica hiperkapniczna jest odpowiedzialna za osłabienie mięśni oddechowych, wzrost cytokin prozapalnych i apoptozę oraz kacheksję. Ponadto, u pacjentów z POChP z hiperkapnią odnotowano zmniejszenie przepływu krwi przez nerki, aktywację układu renina-angiotensyna oraz wzrost stężenia hormonu antydiuretycznego, przedsionkowego peptydu natriuretycznego i endoteliny-1 w krwiobiegu. Przypuszczano, że te nieprawidłowości hormonalne mogą odgrywać rolę w zatrzymywaniu soli i wody oraz rozwoju nadciśnienia płucnego, niezależnie od obecności dysfunkcji mięśnia sercowego.
Dane kliniczne i epidemiologiczne jasno wskazują, że ciężkość kwasicy wiąże się ze złym rokowaniem.
W badaniu 139 pacjentów z POChP i niewydolnością oddechową Jeffrey i wsp. doszli do wniosku, że stężenie H + we krwi tętniczej jest ważnym czynnikiem prognostycznym przeżycia.
W retrospektywnym badaniu 295 epizodów zaostrzeń POChP, Guy i wsp. podali, że wskaźnik intubacji i śmiertelności był najwyższy w grupie o najniższym pH. Podobnie Kettel i wsp. i Warren i in. zgłosili wyższą śmiertelność u pacjentów z wartością pH przy przyjęciu poniżej odpowiednio 7,23 i 7,26. Plant i in. podali, że bardziej zakwaszeni pacjenci mieli wyższy wskaźnik śmiertelności zarówno w grupie z terapią konwencjonalną, jak iw grupie poddanej wentylacji nieinwazyjnej. Podobne wyniki pojawiły się w nowszych pracach potwierdzających, że cięższa kwasica pogarsza wyniki pacjentów z POChP.
Na rokowanie pacjentów z POChP niekorzystnie wpływają również choroby współistniejące. Przewlekłą niewydolność nerek związaną z POChP stwierdzono w 22–44% przypadków, w zależności od serii badań i kryteriów diagnostycznych. Niewydolność nerek może przyczyniać się do rozwoju nadciśnienia tętniczego, choroby naczyń tętnic obwodowych oraz wystąpienia choroby niedokrwiennej serca.
Ponadto, gdy niewydolność nerek występuje u pacjentów z POChP, kompensacyjna rola nerek w kwasicy oddechowej może być mniej skuteczna, co skutkuje zmniejszoną amoniogenezą i miareczkowalną produkcją kwasowości, aw konsekwencji mniejszym wzrostem wodorowęglanów w surowicy i cięższymi kwasica. Doniesienia kliniczne wykazały, że poziomy wodorowęglanów u tych pacjentów są odwrotnie proporcjonalne do przeżycia i że współistniejąca niewydolność nerek jest czynnikiem prognostycznym zgonu i ryzyka zaostrzeń.
Te wcześniejsze badania kliniczne pośrednio potwierdzają rolę i znaczenie funkcji nerek jako narząd wyrównawczy w zaburzeniach kwasowo-zasadowych.
5. Zaburzenia mieszane kwasowo-zasadowe
Kwasica oddechowa nie jest jedynym zaburzeniem kwasowo-zasadowym obserwowanym u pacjentów z POChP. Występowanie współchorobowości i skutków ubocznych niektórych leków stosowanych w leczeniu pacjentów z POChP powoduje różne zaburzenia. Stany te definiuje się jako mieszane zaburzenia kwasowo-zasadowe.
Główne stany kliniczne prowadzące do zaburzeń mieszanych kwasowo-zasadowych podsumowano w Tabeli 1. Na przykład niewydolność serca, ostry obrzęk płuc, niewydolność nerek oraz początek posocznicy lub ciężkiej hipoksji to częste przyczyny kwasicy metabolicznej związanej z hiperkapnią. Nadużywanie leków moczopędnych ze zmniejszeniem objętości krwi, hipokaliemią i stosowaniem steroidów to najczęściej towarzyszące czynniki z jednoczesną obecnością zasadowicy metabolicznej.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Zasadowica metaboliczna może być również konsekwencją zbyt szybkie usuwanie CO2 u pacjentów poddawanych wentylacji mechanicznej. U tych pacjentów nerka nie jest w stanie szybko usunąć nadmiaru wodorowęglanów po normalizacji napięcia CO2, mimo że niektórzy autorzy postawili hipotezę, że procesy transportu komórkowego mogą mieć „pamięć” wcześniej istniejących warunków, a zwiększona reabsorpcja wodorowęglanów może utrzymywać się przez jakiś czas .
Zarówno kwasica metaboliczna, jak i zasadowica metaboliczna mogą współistnieć z kwasicą oddechową. Ten stan kliniczny może wystąpić na przykład u pacjentów z POChP, u których rozwija się niewydolność serca i którzy są leczeni dużymi dawkami leków moczopędnych lub którzy mają niewydolność nerek i wymioty lub ciężkie niedotlenienie i zmniejszenie objętości zewnątrzkomórkowej.
W takich przypadkach, nawet jeśli końcowe przesunięcie pH zależy od występowania czynników kwasogennych lub alkalicznych, produkcja i / lub usuwanie obu zasad metabolicznych i kwasy nieorganiczne są zmienione.
Systematycznie badanych badań dotyczących zaburzeń kwasowo-zasadowych u pacjentów z POChP jest niewiele, ale istnieją dowody, że około jedna trzecia tych p u pacjentów występuje wiele schorzeń, w których najczęściej spotykanym zaburzeniem jest towarzysząca kwasica oddechowa-zasadowica metaboliczna.
Obecność mieszanych zaburzeń kwasowo-zasadowych komplikuje patofizjologię kliniczną i stwarza trudności w diagnostyce i leczeniu.
Ograniczeniem metody Hendersona-Hasselbacha w tym kontekście klinicznym jest zależność wodorowęglanu w surowicy od pCO2. Zmiana poziomu wodorowęglanów może być spowodowana zaburzeniem metabolicznym lub może być konsekwencją początkowej zmiany pCO2. W zaburzeniach mieszanych poziom wodorowęglanów może powodować zakłócenia, ponieważ sama zmieniona wartość wodorowęglanów sugeruje brak równowagi kwasowo-zasadowej, ale nie odróżnia składnika metabolicznego od oddechowego.
Dlatego zaproponowano alternatywne metody, aby lepiej określić ilościowo składnik metaboliczny w zaburzeniach mieszanych.
Wśród nich, standardowy nadmiar zasad (SBE), skorygowana luka anionowa (cAG) i Podejście Stewarta jest najczęściej stosowane.
SBE można zdefiniować jako ilość mocnego kwasu lub mocnej zasady, którą należy dodać do każdego litra w pełni natlenionej krwi, aby przywrócić pH do 7,40 w temperaturze 37 ° C i pCO2 utrzymywanym na poziomie 40 mmHg i stężenie hemoglobiny standaryzowane do 5 g / dl. Wartość cAG jest różnicą między sumą głównych kationów i głównych anionów, skorygowaną o stężenie albuminy i fosforanów w surowicy. Niemniej jednak SBE i cAG nie rozwiązują całkowicie problemu i są krytykowane.
SBE to podejście, które ekstrapoluje wyniki „in vitro” na bardziej złożoną wieloczęściową rzeczywistą sytuację płynów ustrojowych, ponieważ in vivo , obciążenia kwasowe lub zasadowe są nie tylko miareczkowane w przedziale krwi, a całkowita pojemność buforowa może być inna niż in vitro.
Ponadto SBE nie rozwiązuje współzależności pCO2 i wodorowęglanu, ponieważ w chorobach układu oddechowego, korekta kompensacyjna nerek powoduje zmiany w SBE.
cAG powinno ujawnić obecność niezmierzonych anionów we krwi i przydatne jest określenie przyczyny kwasicy metabolicznej (raczej hiperchloremicznej niż normochloremicznej), gdy zostały zdiagnozowane.
Podejście Stewarta opiera się na zasadach zachowania masy, neutralności elektrycznej i stałej dysocjacji elektrolitów i zidentyfikowało trzy niezależne zmienne określające stężenie jonów wodoru w roztworze : silna różnica jonów (SID), pCO2 i całkowity słaby kwas (Atot). Chociaż metoda Stewarta proponuje inne podejście, jej niezawodność w porównaniu z metodą tradycyjną jest nadal przedmiotem dyskusji. Niektórzy autorzy uważają skuteczność diagnostyczną metody Stewarta za lepszą niż konwencjonalne podejście do oceny stanu kwasowo-zasadowego, zwłaszcza w celu ilościowego określenia składnika metabolicznego, ale inni doszli do wniosku, że nie poprawia ona dokładności diagnostycznej i nie zapewnia żadnego narzędzia do lepszego radzenia sobie zaburzenia, ponieważ tradycyjne podejście, z niewielkimi dostosowaniami, może dostarczyć tych samych praktycznych informacji.
Więc kiedy i jak podejrzewać mieszane zaburzenie zgodnie z tradycyjną metodą?
W tym celu kilku autorów zaproponowało podejście krokowe, a kilka prostych pojęć może pomóc w przypuszczeniu, że występuje zaburzenie mieszane.
(1) Niezgodne odmiany wodorowęglanów i pCO2. Mechanizmy kompensacyjne mają na celu utrzymanie stałego stosunku wodorowęglanów do pCO2, a po prymitywnej wariacji jednego z terminów następuje konsensualna zmiana drugiego. Dlatego wzrost wodorowęglanów i spadek pCO2 lub spadek wodorowęglanów i wzrost pCO2 sugerują mieszane zaburzenie.
(2) Obecność normalnej wartości pH i znaczące zmiany w stężeniach wodorowęglanów i pCO2 sugerują również mieszane Nieład. Mechanizmy adaptacyjne nie przywracają pH do normalnej wartości. W tym przypadku normalne pH przemawia za współistnieniem dwóch przeciwstawnych problemów, a nie za doskonale skompensowanym prostym zaburzeniem.
(3) Odpowiedź kompensacyjna jest znacząco inna niż odpowiedź oczekiwana. Obserwowane poziomy wodorowęglanów lub pCO2 znacznie różniące się od „oczekiwanych” dowodzą istnienia zaburzenia mieszanego. W rzeczywistości wielkość zmienności kompensacyjnej zależy od rozszerzenia pierwotnej zmiany i można ją rozsądnie zapewnić. Gdy oczekiwana odpowiedź nie występuje, to zaburzenie addytywne odpowiedzialne za wahania stężenia wodorowęglanów lub pCO2.
(4) Współczynnik delta, czyli Δanion gap / ΔHCO3 > 2. Kiedy kwas metaboliczny (HA) jest dodawany do płynu pozakomórkowego, dysocjuje na H + i anion organiczny (-A) .H + reaguje z cząsteczką wodorowęglanu, podczas gdy niezmierzony anion organiczny (-A) zwiększa lukę anionową (ładunki dodatnie mniej ujemne). zmienność luki anionowej powinna być równa spadkowi wodorowęglanów, tak aby stosunek między tymi dwiema zmianami był równy 1. Niemniej jednak znaczna ilość kwasu organicznego jest buforowana przez białka wewnątrzkomórkowe, a nie przez -HCO3, podczas gdy większość nadmiaru aniony pozostają w zewnątrzkomórce płyny ularowe, ponieważ nie przechodzą swobodnie przez błonę komórkową. W konsekwencji, w czystej kwasicy metabolicznej zmiana stężenia wodorowęglanów jest mniejsza niż luka anionowa, a współczynnik delta wynosi od 1 do 2. Wartość współczynnika delta powyżej 2 wskazuje na mniejszy spadek stężenia wodorowęglanów niż oczekiwano na podstawie zmiany luki anionowej . Odkrycie to sugeruje współistniejącą zasadowicę metaboliczną lub istniejące wcześniej wysokie poziomy HCO3 z powodu przewlekłej kwasicy oddechowej.
W każdym razie interpretacja gazometrii krwi tętniczej nie może pomijać wyników wywiadu klinicznego i badania fizykalnego, które mogą potwierdzić prawidłowa diagnoza.
Lekarze powinni również wziąć pod uwagę istniejące wcześniej schorzenia, zwykle przyjmowane leki, objawy występujące w ostatnich dniach i godzinach, a także stan nawodnienia pacjentów, obecność niewydolności serca i nerek, cukrzycę, hipokaliemię lub objawy sepsa.
Leczenie zaburzeń mieszanych jest często trudne. Próba skorygowania pH za wszelką cenę za pomocą zasadowych lub zakwaszających leków może być szkodliwa, dlatego należy zwrócić uwagę lekarza na identyfikację leżących u podstaw zmian patofizjologicznych.
6. Wnioski
Kwasica oddechowa spowodowana hiperkapnią jest częstym i ciężkim powikłaniem obserwowanym u pacjentów z przewlekłą obturacyjną chorobą płuc w zaawansowanej fazie. Rozwój kwasicy pogarsza rokowanie i wiąże się z wyższą śmiertelnością. Mechanizmy kompensacji polegają na zwiększonym wchłanianiu zwrotnym wodorowęglanów przez nerki i zwiększonym wydalaniu H +. Te dostosowania czynności nerek są bardziej skuteczne w postaci przewlekłej i wyjaśniają, dlaczego ta ostatnia jest mniej ciężka i lepiej tolerowana niż ostra. U chorych na POChP często obserwuje się także zaburzenia kwasowo-zasadowe. Wywiad kliniczny, badanie przedmiotowe i dokładna ocena gazometrii krwi tętniczej mogą pomóc we właściwej diagnostyce i terapii celowanej.