Rezumat
Autorii descriu mecanismele fiziopatologice care conduc la dezvoltarea acidozei la pacienții cu pulmonare obstructive cronice boală și efectele sale dăunătoare asupra rezultatului și a mortalității. Ajustările compensatorii renale ca urmare a acidozei sunt, de asemenea, descrise în detaliu, cu accent pe diferențele dintre acidoză respiratorie acută și cronică. De asemenea, sunt examinate tulburări mixte acido-bazice datorate comorbidității și efectelor secundare ale unor medicamente la acești pacienți și sunt furnizate considerații practice pentru un diagnostic corect.
1. Introducere
Boala pulmonară obstructivă cronică (BPOC) este o problemă majoră de sănătate publică. Prevalența sa variază în funcție de țară, vârstă și sex. Pe baza datelor epidemiologice, proiecția pentru 2020 indică faptul că BPOC va fi a treia cauză de deces la nivel mondial și a cincea cauză de invaliditate. Aproximativ 15% dintre pacienții cu BPOC au nevoie de internare la spitalul general sau la unitatea de îngrijire respiratorie intensivă pentru exacerbarea acută, ceea ce duce la o utilizare mai mare a resurselor medicale și la costuri crescute. Chiar dacă prognosticul general al pacienților cu BPOC este îmbunătățit în ultima perioadă, rata mortalității rămâne ridicată și, printre altele, tulburările acid-bazice care apar la acești subiecți pot afecta rezultatul.
Scopul acestei lucrări este de a se concentra asupra principalelor mecanisme patogene care duc la tulburări acido-bazice și consecințele lor clinice la pacienții cu BPOC.
2. Hipercapnia și acidoză respiratorie
O complicație majoră la pacienții cu BPOC este dezvoltarea hipercapniei stabile.
La subiectul sănătos, aproximativ 16.000-20.000 mmol / zi de dioxid de carbon (CO2), derivate din oxidarea nutrienților care conțin carbon, sunt produse. În condiții normale, producția de CO2 este eliminată prin ventilație pulmonară. Cu toate acestea, o modificare a schimburilor respiratorii, așa cum se întâmplă în faza avansată a BPOC, are ca rezultat retenția de CO2. Dioxidul de carbon este apoi hidratat cu formarea acidului carbonic care ulterior se disociază cu eliberarea ionilor de hidrogen (H +) în fluidele corpului conform următoarei ecuații: CO2 + H2O⟹H2CO3⟹ − HCO3 + H +. (1)
Astfel, consecința hipercapniei datorată alterării schimbului de gaze la pacienții cu BPOC constă în principal în creșterea concentrației de H + și dezvoltarea acidozei respiratorii, numită și acidoză hipercapnică. Conform metodei tradiționale de evaluare a stării acido-bazice, ecuația Henderson-Hasselbach exprimă relația dintre pH (logaritmul concentrației inverse de H +), concentrația ionilor de bicarbonat (−HCO3) și presiunea parțială a CO2 (pCO2): pH = 6.1 + log − HCO3 / 0.03pCO2. (2)
Este evident că pH-ul și concentrația ionilor de hidrogen sunt strict determinate de raportul bicarbonat / pCO2, mai degrabă decât de valorile lor individuale. O schimbare a pH-ului poate fi astfel determinată de o modificare primitivă a numărătorului acestei ecuații, adică a bicarbonatului (tulburări metabolice) sau a numitorului, adică a pCO2 (tulburări respiratorii). În ambele cazuri, mecanismele compensatorii sunt activate pentru a determina o variație consensuală a celuilalt factor pentru a menține acest raport cât mai constant posibil și a minimiza modificările pH-ului. Măsura acestor modificări compensatorii depinde în mare măsură de cea a modificării primare și poate fi într-o oarecare măsură prezisă (răspuns compensatoriu așteptat).
În consecință, compensarea acidozei respiratorii constă într-o creștere secundară a concentrației de bicarbonat. , iar analiza gazelor arteriale din sânge se caracterizează printr-un pH redus, creșterea pCO2 (variația inițială) și niveluri crescute de bicarbonat (răspuns compensator).
3. Mecanisme compensatorii în acidoză respiratorie acută și cronică
Răspunsul la acidoză respiratorie apare într-o măsură diferită fie în fază acută, fie cronică. Când hipercapnia apare acut, tamponarea H + are loc prin proteine, în principal hemoglobină și alte tampoane intracelulare nonbicarbonate, după cum urmează: H2CO3 + -Hb⟹HHb + -HCO3. (3)
Eficacitatea acestui mecanism este limitată . În astfel de condiții, pentru fiecare creștere de 10 mmHg pCO2 ne așteptăm la o creștere de doar 1 mEq a concentrației de bicarbonat.
Ulterior, modificările de adaptare renală apar în principal în celulele tubulare proximale decât în tubii distali, ducând la o reabsorbție crescută a bicarbonatului și la o excreție crescută a acidului titrabil și a amoniului.
Excreția de H + prin membrana apicală are loc printr-un antiporter Na + / H + (NHE3) și într-o măsură mai mică printr-o pompă de protoni (Figura 1). H + secretat în fluidul tubular se combină cu ioni filtrati de bicarbonat care duc la formarea acidului carbonic. Anhidrază carbonică este apoi împărțită în CO2 și H2O. CO2 se difuzează în celulă unde CO2 este rehidratat în acid carbonic.Acest lucru dă naștere la ion bicarbonat care iese din celulă prin membrana basolaterală în interstitiu printr-un simportor 3HCO3 / Na (NBCe1), în timp ce H + este secretat din nou în lumen. Antiporterul Na + / K + ATPaza al membranei bazolaterale, menținând o concentrație scăzută de sodiu intracelular, îmbunătățește în continuare activitatea NHE3.
Pe scurt, reabsorbția bicarbonatului necesită anhidrază carbonică și este strict asociată cu reabsorbția natriului.
Studiile experimentale arată că abundența totală de proteine NHE3 și NBCe1 este reglată în sus de acidoză respiratorie cronică. Cu toate acestea, principalul mecanism responsabil de creșterea bicarbonatului seric este excreția crescută a acidului titrabil și a amoniului, care sunt stimulate de pCO2 crescut persistent.
Amoniacul (NH3), în celula proximală, se formează prin dezaminarea glutaminei în acid glutamic și apoi în alfa-cetoglutarat. Prin urmare, pentru fiecare moleculă de glutamină, se formează două molecule de amoniac (Figura 2). Amoniacul se leagă de H + rezultând ion de amoniu (NH4 +) care este secretat ulterior în lumenul tubular renal de NHE3, cu NH4 + substituind H + pe transportor și excretat în urină sub formă de clorură de amoniu (NH4Cl). Ca alternativă, unele NH4 + pot fi secretate în fluidul tubular ca NH3, unde este apoi protonat. Astfel, amoniacul înlocuiește ionul bicarbonat care acționează ca tampon urinar și leagă ionul hidrogen. În consecință, pentru fiecare H + excretat ca ion de amoniu, un „nou-HCO3” este returnat în sânge. Cu toate acestea, are loc o reabsorbție semnificativă a NH4 + în membrul ascendent al buclei Henle. În tubul distal, NH4 + este reabsorbit excretat ulterior de un transportor NH4 + aparținând familiei glicoproteinelor Rh, localizat atât pe membranele apicale cât și pe cele bazolaterale ale celulelor canalelor colectoare.
Astfel, celulele colectoare ale canalelor joacă un rol esențial în menținerea acidului -echilibru bazic și excreție netă de acid. Dacă amoniul reabsorbit nu ar fi excretat în urină, acesta ar fi metabolizat de ficat generând H + și o producție „nouă -HCO3” ar fi negată.
Anorganic fosfații, în special în nefronul distal, joacă, de asemenea, un rol.
H + derivat din descompunerea acidului carbonic sunt excretați în lumenul tubular, unde sunt tamponați de fosfați (2 − HPO4 + H + ⇒ −H2PO4) , în timp ce −HCO3 traversează membrana basolaterală printr-un schimb de anioni (AE) Cl – / – antiporter HCO3 (Figura 3).
Fosfații leagă apoi ioni de hidrogen înlocuind ioni de bicarbonat „regenerat”. Interesant este faptul că acidemia și hipercapnia reduc pragul de reabsorbție a fosfatului, punând astfel la dispoziție o cantitate mai mare de tampon urinar în tubul distal.
Pendrin este un schimbător de bicarbonat / clorură situat în domeniul apical al celulei intercalate de tip B și non-A, non-B a canalelor colectoare (Figura 4). Hipercapnia determină o reducere a expresiei pendrinului cu până la 50%, contribuind la creșterea bicarbonatului plasmatic și a scăderii clorurii plasmatice observate în acidoză respiratorie cronică.
Răspunsul renal este finalizat în întregul său nt după 3-5 zile, rezultând o nouă stare de echilibru în care este de așteptat o creștere de 3,5 mEq în concentrația de bicarbonat pentru fiecare creștere de 10 mmHg pCO2. Apoi, în cadrul acidozei respiratorii cronice, compensarea renală oferă o protecție a pH-ului mai semnificativă, spre deosebire de tamponarea intracelulară în situația acută.
De exemplu, dacă luăm în considerare o creștere acută a pCO2 la 80 mmHg, compensarea concentrației de bicarbonat crește cu 4 mEq.
În acord cu ecuația Henderson-Hasselbach, 𝐩𝐇 = 𝟔.𝟏 + 𝐥𝐨𝐠 (𝟐𝟖 / 𝟎.𝟎𝟑 × 𝟖𝟎) = 𝟕.𝟏𝟕. (4)
În ultimul exemplu , variația valorii pH-ului este semnificativ mai mică decât în precedenta (0,11 față de 0,23 unități).Aceasta explică de ce acidoza respiratorie cronică este în general mai puțin severă și mai bine tolerată decât acută cu hipercapnie similară. Figura 5 prezintă diferitele pante ale relației dintre pCO2 și bicarbonat în acidoză respiratorie acută și cronică.
4. Consecințele clinice ale acidozei
Acidoza este un indicator de prognostic advers și este responsabil pentru mai multe efecte dăunătoare asupra hemodinamicii și metabolismului. Acidoza provoacă depresie miocardică, aritmii, scăderea rezistențelor vasculare periferice și hipotensiune. În plus, acidoză hipercapnică este responsabilă de slăbiciunea mușchilor respiratori, creșterea citokinelor și apoptozei proinflamatorii și cașexie. Mai mult, la pacienții cu BPOC hipercapnic au fost raportate o scădere a fluxului sanguin renal, o activare a sistemului renină-angiotensină și creșterea valorilor circulante ale hormonului antidiuretic, peptidei natriuretice atriale și endotelinei-1. S-a presupus că aceste anomalii hormonale pot juca un rol în reținerea sării și a apei și dezvoltarea hipertensiunii pulmonare, independent de prezența disfuncției miocardice.
Datele clinice și epidemiologice demonstrează în mod clar că severitatea acidozei este asociată cu un prognostic slab.
În studiul a 139 de pacienți cu BPOC și insuficiență respiratorie, Jeffrey și colab. a concluzionat că concentrația arterială de H + este un factor de prognostic important pentru supraviețuire.
Într-un studiu retrospectiv pe 295 de episoade de exacerbare a BPOC, Guy și colab. a raportat că rata de intubație și mortalitate a fost cea mai mare la cel mai mic grup de pH. În mod similar, Kettel și colab. și Warren și colab. a raportat o rată a mortalității mai mare la pacienții cu o valoare a pH-ului la internare sub 7,23 și respectiv 7,26. Plant și colab. au raportat că pacienții mai acidemici au avut o rată a mortalității mai mare atât în grupul cu terapie convențională, cât și în grupul supus ventilației neinvazive. Rezultate similare au fost raportate de lucrări mai recente care confirmă faptul că o acidoză mai severă agravează rezultatul pacienților cu BPOC.
Prognosticul pacienților cu BPOC este, de asemenea, afectat negativ de comorbiditate. Insuficiența renală cronică a fost găsită asociată cu BPOC în 22-44% din cazuri, în funcție de seria de studii și de criteriile de diagnostic. Insuficiența renală poate contribui la dezvoltarea hipertensiunii arteriale, a bolii vasculare arteriale periferice și la apariția bolii cardiace ischemice.
În plus, atunci când apare insuficiența renală la pacienții cu BPOC, rolul compensator al rinichiului în acidoză respiratorie poate fi mai puțin eficient, rezultând o amoniageneză redusă și producția de aciditate titrabilă, cu o creștere mai mică a bicarbonatului seric și o severitate acidoză. Rapoartele clinice au demonstrat că nivelurile de bicarbonat la acești pacienți sunt invers legate de supraviețuire și că insuficiența renală concomitentă este predictivă pentru moarte și riscul de exacerbare.
Aceste studii clinice anterioare confirmă indirect rolul și importanța funcției renale ca organ compensator în tulburările acido-bazice.
5. Tulburări mixte acido-bazice
Acidoza respiratorie nu este singura tulburare acido-bazică observată la pacienții cu BPOC. Prezența comorbidității și a efectelor secundare ale unor medicamente utilizate pentru tratarea pacienților cu BPOC provoacă diferite tulburări. Aceste condiții sunt definite ca tulburări mixte acido-bazice.
Principalele afecțiuni clinice care conduc la o tulburare mixtă acid-bazică sunt rezumate în Tabelul 1. Insuficiența cardiacă, edemul pulmonar acut, insuficiența renală și apariția sepsisului sau a hipoxiei severe sunt, de exemplu, cele mai cauze frecvente ale acidozei metabolice asociate cu hipercapnie. Abuzul diureticelor cu depleție de volum, hipokaliemie și utilizarea steroizilor sunt factorii asociați cel mai frecvent cu prezența simultană a alcalozei metabolice.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Alcaloza metabolică poate fi, de asemenea, consecința o îndepărtare prea rapidă a CO2 la pacienții supuși ventilației mecanice. La acești subiecți, rinichiul nu este capabil să îndepărteze rapid excesul de bicarbonat după normalizarea tensiunii CO2, chiar dacă unii autori au emis ipoteza că procesele de transport celular ar putea avea o „memorie” a condițiilor preexistente și o reabsorbție crescută a bicarbonatului ar putea persista pentru o perioadă .
Atât acidozele metabolice, cât și alcaloza metabolică pot coexista cu acidoză respiratorie. Această situație clinică poate apărea, de exemplu, la pacienții cu BPOC care dezvoltă insuficiență cardiacă și sunt tratați cu doze mari de diuretice sau care au insuficiență renală. și vărsături sau hipoxie severă și depleție de volum extracelular.
În aceste cazuri, chiar dacă deplasarea finală a pH-ului depinde de prevalența factorilor acidogeni sau alcalogeni, producerea și / sau îndepărtarea ambelor baze metabolice și acizii anorganici sunt modificați.
Studiile investigate sistematic asupra tulburărilor acido-bazice la pacienții cu BPOC sunt puține, dar există dovezi că aproximativ o treime din aceste p pacienții au tulburări multiple în care acidoza respiratorie asociată – alcaloza metabolică este cea mai frecvent întâlnită tulburare.
Prezența unei tulburări mixte acido-bazice complică fiziopatologia clinică și pune dificultăți în diagnostic și tratament.
O limitare a metodei Henderson-Hasselbach în acest cadru clinic este dependența bicarbonatului seric de pCO2. O variație a nivelului de bicarbonat se poate datora unei tulburări metabolice sau poate fi consecința unei variații inițiale a pCO2. În tulburările mixte, nivelul bicarbonatului poate duce la un factor de confuzie, deoarece valoarea bicarbonatului modificată, singură, sugerează un dezechilibru acido-bazic, dar nu distinge componenta metabolică de componenta respiratorie.
Prin urmare, au fost propuse metode alternative pentru a cuantifica mai bine componenta metabolică în tulburările mixte.
Dintre acestea, excesul de bază standard (SBE), decalajul anionic corectat (CAG) și Abordarea Stewart este cea mai frecvent utilizată.
SBE poate fi definit ca cantitatea de acid puternic sau bază puternică care trebuie adăugată la fiecare litru de sânge complet oxigenat pentru a restabili pH-ul la 7,40 la o temperatură de 37 ° C și pCO2 menținut la 40 mmHg și concentrația de hemoglobină standardizată la 5 g / dL. CAG este diferența dintre suma cationilor principali și a anionilor principali, corectată pentru concentrația de albumină și fosfatul seric. Cu toate acestea, SBE și cAG nu rezolvă în totalitate problema și sunt criticate.
SBE este o abordare care extrapolează rezultatele „in vitro” la situația reală multicompartimentală mai complexă a fluidelor corporale deoarece, in vivo , încărcăturile acide sau bazice nu sunt doar titrate în compartimentul de sânge, iar capacitatea totală de tamponare poate fi diferită de cea in vitro.
Mai mult, SBE nu rezolvă interdependența pCO2 și a bicarbonatului deoarece, în tulburările respiratorii, ajustările compensatorii renale duc la modificări ale SBE.
CAG ar trebui să dezvăluie prezența anionilor nemăsurați în sânge și este util să se determine cauza acidozei metabolice (mai degrabă hipercloremică decât normocloremică) odată ce a avut a fost diagnosticată.
Abordarea Stewart se bazează pe principiile conservării masei, neutralității electrice și constantei de disociere a electroliților și a identificat trei variabile independente care determină concentrația ionilor de hidrogen în soluție : diferență puternică de ioni (SID), pCO2 și acid slab total (Atot). Deși metoda Stewart propune o abordare diferită, fiabilitatea sa în comparație cu metoda tradițională este încă o întrebare dezbătută. Unii autori consideră performanța diagnosticului metodei Stewart mai bună decât abordarea convențională de evaluare a stării acido-bazice, în special pentru a cuantifica componenta metabolică, dar alții au ajuns la concluzia că aceasta nu îmbunătățește acuratețea diagnosticului și nu oferă niciun instrument pentru a gestiona mai bine tulburări deoarece abordarea tradițională, cu doar ajustări minore, poate oferi aceleași informații practice.
Deci, când și cum să suspectezi o tulburare mixtă conform metodei tradiționale?
În acest scop, o abordare etapizată a fost propusă de mai mulți autori, iar unele concepte simple ar putea ajuta la presupunerea prezenței unei tulburări mixte.
(1) Variația discordantă a bicarbonatelor și a pCO2. Mecanismele compensatorii vizează menținerea constantă a raportului bicarbonat / pCO2, iar o variație primitivă a unuia dintre termeni este urmată de o variație consensuală a celuilalt. Prin urmare, creșterea bicarbonatelor și scăderea pCO2 sau scăderea bicarbonatelor și creșterea pCO2 sugerează o tulburare mixtă. Tulburare. Mecanismele adaptive nu readuc pH-ul la o valoare normală. PH-ul normal, în acest caz, susține coexistența a două probleme opuse, mai degrabă decât o tulburare simplă perfect compensată.
(3) Răspunsul compensator este semnificativ diferit de răspunsul așteptat. Nivelurile de bicarbonat observate sau pCO2 semnificativ diferite de cele „așteptate” demonstrează existența unei tulburări mixte. De fapt, cantitatea de variație compensatorie depinde de extinderea schimbării primitive și poate fi asigurată în mod rezonabil. Când răspunsul așteptat nu apare, există este o tulburare aditivă responsabilă de variația bicarbonatului sau a pCO2.
(4) Raportul Delta, adică gapanion gap / ΔHCO3 > 2. Când un acid metabolic (HA) se adaugă lichidului extracelular, se disociază în H + și anion organic (−A). H + reacționează cu o moleculă de bicarbonat în timp ce anionul organic nemăsurat (-A) va crește decalajul anionic (sarcini pozitive mai puțin negative) variația diferenței anionice ar trebui să fie egală cu scăderea bicarbonatului, astfel încât raportul dintre aceste două modificări să fie egal cu una. Cu toate acestea, o cantitate semnificativă de acid organic este tamponată de proteinele intracelulare, nu de -HCO3, în timp ce majoritatea excesului anionii rămân în extracelulară fluidele ular deoarece nu traversează liber membrana celulară. În consecință, într-o acidoză metabolică pură, modificarea concentrației de bicarbonat este mai mică decât decalajul anionic, iar raportul delta este între 1 și 2. O valoare a raportului delta mai mare de 2 indică o scădere mai mică a bicarbonatului decât se aștepta pe baza modificării decalajului anion . Această constatare sugerează o alcaloză metabolică concomitentă sau niveluri preexistente de HCO3 ridicate din cauza acidozei respiratorii cronice. diagnostic corect.
Medicii trebuie, de asemenea, să ia în considerare condițiile preexistente, medicamentele luate de obicei, simptomele prezentate în ultimele zile și ore, precum și starea de hidratare a pacienților, prezența insuficienței cardiace și renale, diabetul zaharat, hipokaliemia sau semnele de sepsis.
Terapia tulburărilor mixte este adesea dificilă. Încercarea de a corecta pH-ul cu orice preț cu utilizarea medicamentelor alcaline sau acidifiante ar putea fi dăunătoare și ar trebui acordată atenția clinicianului pentru a identifica modificările fiziopatologice care stau la baza.
6. Concluzii
Acidoza respiratorie datorată hipercapniei este o complicație frecventă și severă observată la pacienții cu boală pulmonară obstructivă cronică în fază avansată. Dezvoltarea acidozei agravează prognosticul și este asociată cu o rată a mortalității mai mare. Mecanismele de compensare constau într-o reabsorbție renală crescută a bicarbonatului și o excreție crescută de H +. Aceste ajustări ale funcției renale sunt mai eficiente în formă cronică și explică de ce aceasta din urmă este mai puțin severă și mai bine tolerată decât acută. Tulburările mixte acido-bazice sunt, de asemenea, frecvent observate la pacienții cu BPOC. Istoricul clinic, examenul fizic și o evaluare atentă a analizei gazelor arteriale din sânge pot ajuta la diagnosticarea corectă și la terapia țintită.