Sammanfattning
Författarna beskriver de patofysiologiska mekanismer som leder till utveckling av acidos hos patienter med kronisk obstruktiv lungsjukdom sjukdom och dess skadliga effekter på utfall och dödlighet. Njurkompenserande justeringar som följer av acidos beskrivs också i detalj med betoning på skillnader mellan akut och kronisk respiratorisk acidos. Blandade syrabasstörningar på grund av comorbiditet och biverkningar av vissa läkemedel hos dessa patienter undersöks också, och praktiska överväganden för en korrekt diagnos ges.
1. Inledning
Kronisk obstruktiv lungsjukdom (KOL) är ett stort folkhälsoproblem. Dess förekomst varierar beroende på land, ålder och kön. På grundval av epidemiologiska data visar prognosen för 2020 att KOL kommer att vara den tredje ledande dödsorsaken världen över och den femte ledande orsaken till funktionshinder. Cirka 15% av KOL-patienter behöver läggas in på allmänt sjukhus eller intensiv andningsvårdsavdelning för akut förvärring, vilket leder till ökad användning av medicinska resurser och ökade kostnader. Även om den övergripande prognosen för KOL-patienter nyligen har förbättrats, är dödligheten fortfarande hög, och bland andra syrabasstörningar som uppträder hos dessa ämnen kan påverka resultatet.
Syftet med denna uppsats är att fokusera på de viktigaste patogena mekanismerna som leder till syrabasstörningar och deras kliniska konsekvenser för KOL-patienter.
2. Hypercapnia and Respiratory Acidosis
En viktig komplikation hos KOL-patienter är utvecklingen av stabil hyperkapni.
Hos den friska patienten är cirka 16 000–20 000 mmol / dag koldioxid (CO2), härrörande från oxidation av näringsämnen som innehåller kol produceras. Under normala förhållanden avlägsnas produktionen av CO2 genom lungventilation. En förändring av andningsutbytet, som sker i avancerad fas av KOL, resulterar dock i kvarhållande av CO2. Koldioxid hydratiseras sedan med bildandet av kolsyra som därefter dissocieras med frisättning av vätejoner (H +) i kroppsvätskorna enligt följande ekvation: CO2 + H2O⟹H2CO3⟹ − HCO3 + H +. (1)
Följaktligen består följden av hyperkapni på grund av förändring av gasutbytet hos KOL-patienter huvudsakligen i ökad H + -koncentration och utveckling av respiratorisk acidos, även kallad hyperkapnisk acidos. Enligt den traditionella metoden för att bedöma syrabasstatus uttrycker Henderson-Hasselbach-ekvationen förhållandet mellan pH (logaritm för invers koncentration av H +), bikarbonatjonkoncentration (−HCO3) och partiellt tryck av CO2 (pCO2): pH = 6.1 + log − HCO3 / 0.03pCO2. (2)
Det är uppenbart att pH och koncentrationen av vätejoner bestäms strikt av bikarbonat / pCO2-förhållandet snarare än deras individuella värden. En förändring av pH kan således bestämmas av en primitiv förändring av täljaren för denna ekvation, det vill säga bikarbonat (metaboliska störningar) eller av nämnaren, det vill säga pCO2 (andningsstörningar). I båda fallen aktiveras kompenserande mekanismer för att bestämma en samstämmig variation av den andra faktorn för att hålla detta förhållande så konstant som möjligt och minimera pH-förändringar. Omfattningen av dessa kompenserande förändringar är i stor utsträckning beroende av den primära förändringen och kan till viss del förutsägas (förväntat kompenserande svar).
Följaktligen består kompensationen till respiratorisk acidos i en sekundär ökning av bikarbonatkoncentrationen och den arteriella blodgasanalysen kännetecknas av ett reducerat pH, ökad pCO2 (initial variation) och ökade bikarbonatnivåer (kompenserande svar).
3. Kompensationsmekanismer vid akut och kronisk respiratorisk acidos
Svaret på respiratorisk acidos uppträder i en annan utsträckning antingen i akut eller kronisk fas. När hyperkapnia uppträder akut sker buffringen av H + av proteiner, främst hemoglobin och andra intracellulära icke-bikarbonatbuffertar enligt följande: H2CO3 + −Hb⟹HHb + −HCO3. (3)
Effektiviteten hos denna mekanism är begränsad . I ett sådant tillstånd förväntar vi oss för varje ökning av 10 mmHg pCO2 bara 1 mEq ökning av bikarbonatkoncentrationen.
Därefter sker njuradaptiva förändringar huvudsakligen i de proximala rörcellerna än i distala tubuli vilket leder till ökad bikarbonatåterabsorption och ökad utsöndring av titrerbar syra och ammonium.
H + -utsöndring över apikalt membran sker med en Na + / H + -hindrare (NHE3) och i mindre utsträckning av en protonpump (figur 1). Det utsöndrade H + i rörvätskan kombineras med filtrerade bikarbonatjoner som leder till kolsyrabildning. Kolanhydraset delas sedan upp i CO2 och H2O. CO2 diffunderar in i cellen där CO2 återhydratiseras till kolsyra.Detta ger upphov till bikarbonatjon som går ut från cellen genom det basolaterala membranet in i interstitiet via en 3HCO3 / Na (NBCe1) symporter, medan H + utsöndras igen i lumen. Det basolaterala membranet Na + / K + ATPas-antiporter, bibehållande av en låg intracellulär natriumkoncentration, förbättrar ytterligare NHE3-aktiviteten.
Sammanfattningsvis kräver återabsorption av bikarbonat kolsyraanhydras och är strikt associerat med natriumreabsorption.
Experimentella studier visar att total NHE3- och NBCe1-proteinöverflöd uppregleras av kronisk respiratorisk acidos. Den huvudsakliga mekanismen som är ansvarig för förhöjningen i serumvätekarbonat är emellertid den ökade utsöndringen av titrerbar syra och ammonium, som stimuleras av ihållande förhöjt pCO2.
Ammoniak (NH3), i den proximala cellen, bildas genom deaminering av glutamin till glutaminsyra och sedan till alfa-ketoglutarat. Därför bildas två molekyler av ammoniak för varje glutaminmolekyl (figur 2). Ammoniak binder H + vilket resulterar i ammoniumjon (NH4 +) som sedan utsöndras i den renala tubulära lumen av NHE3, med NH4 + som ersätter H + på transportören och utsöndras i urinen som ammoniumklorid (NH4Cl). Alternativt kan en del NH4 + utsöndras i rörvätskan som NH3, där den sedan protoneras. Således ersätter ammoniak bikarbonatjon som fungerar som urinbuffert och bindande vätejon. Följaktligen återförs en ”ny −HCO3” till blodet för varje H + som utsöndras som ammoniumjon. Ändå sker en signifikant återabsorption av NH4 + i den stigande delen av öglan av Henle. I den distala tubulan återabsorberas NH4 + utsöndras därefter av en NH4 + -transportör som tillhör Rh-glykoproteinfamiljen, lokaliserad på både apikala och basolaterala membran för uppsamling av kanalceller. >
Således spelar uppsamling av kanalceller en avgörande roll för att upprätthålla syra -basbalans och nettosyrautsöndring. Om ammoniumåterabsorberat inte utsöndrades i urinen, skulle det metaboliseras av levern som genererar H + och en ”ny −HCO3” produktion skulle förnekas.
Oorganisk fosfater, särskilt i den distala nefronen, spelar också en roll.
H + härledd från nedbrytningen av kolsyra utsöndras i den rörformiga lumen där de buffras av fosfater (2 − HPO4 + H + ⇒ −H2PO4) , medan −HCO3 korsar basolateralt membran via en anjonbytare (AE) Cl – / – HCO3 antiporter (Figur 3).
Fosfater binder sedan vätejoner som ersätter ”regenererade” bikarbonatjoner. Intressant är att acidemi och hyperkapni minskar tröskeln för återabsorption av fosfat, vilket ger en större mängd urinbuffert i den distala tubulan.
Pendrin är en bikarbonat / kloridväxlare placerad i den apikala domänen av typ B och icke-A, icke-B intercalerad cell för uppsamlingskanaler (Figur 4). Hyperkapnia bestämmer en minskning av pendrinuttrycket med upp till 50%, vilket bidrar till den ökade plasmabikarbonatet och minskad plasmaklorid observerad vid kronisk respiratorisk acidos.
Njurresponsen fullbordas i sin fulla exte nt efter 3–5 dagar, vilket resulterar i ett nytt steady-state där en ökning med 3,5 mEq i bikarbonatkoncentration förväntas för varje ökning av 10 mmHg pCO2. I samband med kronisk respiratorisk acidos erbjuder njurkompensation mer betydande pH-skydd i motsats till intracellulär buffring i den akuta situationen.
Till exempel, om vi betraktar en akut pCO2-ökning till 80 mmHg, ökar bikarbonatkoncentrationskompensationen med 4 mEq.
I överensstämmelse med Henderson-Hasselbach-ekvationen, 𝐩𝐇 = 𝟔.𝟏 + 𝐥𝐨𝐠 (𝟐𝟖 / 𝟎.𝟎𝟑 × 𝟖𝟎) = 𝟕.𝟏𝟕. (4)
I det sista exemplet , är variationen i pH-värde signifikant mindre än i det föregående (0,11 kontra 0,23 enheter).Detta förklarar varför kronisk respiratorisk acidos i allmänhet är mindre allvarlig och tolereras bättre än akut med liknande hyperkapni. Figur 5 visar den olika lutningen av förhållandet mellan pCO2 och bikarbonat vid akut och kronisk respiratorisk acidos.
4. Kliniska konsekvenser av acidos
Acidos är en ogynnsam prognostisk indikator och är ansvarig för flera skadliga effekter på hemodynamik och metabolism. Acidos orsakar hjärtinfarkt depression, arytmier, minskning av perifera kärlmotstånd och hypotoni. Dessutom är hyperkapnisk acidos ansvarig för svaghet i andningsmusklerna, ökning av proinflammatoriska cytokiner och apoptos och kakexi. Dessutom har en minskning av renalt blodflöde, en aktivering av renin-angiotensinsystemet och ökning av cirkulerande värden på antidiuretiskt hormon, förmaks natriuretisk peptid och endotelin-1 rapporterats hos hyperkapniska KOL-patienter. Man har antagit att dessa hormonella abnormiteter kan spela en roll vid retention av salt och vatten och utveckling av pulmonell hypertoni, oberoende av närvaron av hjärtinfarkt.
Kliniska och epidemiologiska data visar tydligt att svårighetsgraden av acidos är förknippad med dålig prognos.
I studien av 139 patienter med KOL och andningssvikt, Jeffrey et al. drog slutsatsen att arteriell H + -koncentration är en viktig prognostisk faktor för överlevnad.
I en retrospektiv studie på 295 episoder av KOL-förvärring, Guy et al. rapporterade att intubation och dödlighet var högst vid den lägsta pH-gruppen. På samma sätt har Kettel et al. och Warren et al. rapporterade en högre dödlighet hos patienter med ett pH-värde vid intag under 7,23 respektive 7,26. Plant et al. rapporterade att de mer sura patienterna hade en högre dödlighet både i grupp med konventionell terapi och i grupp genomgått till icke-invasiv ventilation. Liknande resultat rapporterades i nyare artiklar som bekräftade att en allvarligare acidos förvärrar resultatet av KOL-patienter.
Prognos för KOL-patienter påverkas också negativt av comorbiditet. Kronisk njursvikt konstaterades associerad med KOL i 22–44% av fallen, beroende på studien och diagnostiska kriterier. Njursvikt kan bidra till utveckling av högt blodtryck, perifer arteriell kärlsjukdom och uppkomst av ischemisk hjärtsjukdom.
Dessutom, när njursvikt uppträder hos KOL-patienter, kan den kompenserande rollen hos njure vid respiratorisk acidos vara mindre effektiv, vilket resulterar i en minskad ammoniagenes och titrerbar syraproduktion med därmed mindre ökning av serumvätekarbonat och allvarligare acidos. Kliniska rapporter visade att bikarbonatnivåerna hos dessa patienter är omvänt relaterade till överlevnad och att samtidig njursvikt är förutsägbar för dödsfall och risk för förvärring.
Dessa tidigare kliniska studier bekräftar indirekt roll och betydelse av njurfunktion som kompenserande organ vid syrabasstörningar.
5. Blandade syra-basstörningar
Respiratorisk acidos är inte den enda syra-basstörningen som observeras hos patienter med KOL. Förekomsten av comorbiditet och biverkningar av vissa läkemedel som används för att behandla KOL-patienter orsakar olika störningar. Dessa tillstånd definieras som blandade syra-basstörningar.
De viktigaste kliniska tillstånden som leder till en blandad syrabasstörning sammanfattas i tabell 1. Hjärtsvikt, akut lungödem, njursvikt och sepsis eller allvarlig hypoxi är till exempel det mest vanliga orsaker till metabolisk acidos associerad med hyperkapni. Missbruk av diuretika med volymutarmning, hypokalemi och användning av steroider är de vanligast associerade faktorerna med samtidig närvaro av metabolisk alkalos.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
Metabolisk alkalos kan också vara konsekvensen av ett för snabbt avlägsnande av koldioxid hos patienter som genomgår mekanisk ventilation. Hos dessa ämnen kan njuren inte snabbt ta bort bikarbonatöverskottet efter normaliseringen av CO2-spänningen, även om vissa författare antog att cellulära transportprocesser kan ha ett ”minne” av redan existerande förhållanden, och ökad bikarbonatreabsorption kan kvarstå under en tid .
Både metabolisk acidos och metabolisk alkalos kan samexistera med respiratorisk acidos. Denna kliniska inställning kan till exempel förekomma hos patienter med KOL som utvecklar hjärtsvikt och behandlas med höga doser av diuretika eller som har njursvikt och kräkningar eller svår hypoxi och utarmning av extracellulär volym.
I dessa fall, även om den slutliga förskjutningen av pH beror på förekomsten av sura eller alkalogena faktorer, produktion och / eller avlägsnande av både metaboliska baser och oorganiska syror förändras.
Systematiskt undersökta studier av syrabasstörningar hos patienter med KOL är få, men det finns bevis för att ungefär en tredjedel av dessa patienter har flera störningar där tillhörande respiratorisk acidos-metabolisk alkalos är den vanligaste sjukdomen.
Förekomsten av en blandad syrabasstörning komplicerar den kliniska patofysiologin och medför svårigheter vid diagnos och behandling.
En begränsning av Henderson-Hasselbach-metoden i denna kliniska miljö är beroendet av serumvätekarbonat på pCO2. En variation i bikarbonatnivån kan bero på en metabolisk störning eller kan vara en följd av en initial variation i pCO2. I de blandade störningarna kan bikarbonatnivån resultera i en förvirrande faktor eftersom det ändrade bikarbonatvärdet, ensamt, föreslår en syrabasobalans, men det skiljer inte den metaboliska komponenten från andningskomponenten.
Därför har alternativa metoder föreslagits för att bättre kvantifiera den metaboliska komponenten vid blandade störningar.
Bland dessa är standardbasöverskott (SBE), korrigerat anjongap (cAG) och Stewart-tillvägagångssättet används oftast.
SBE kan definieras som mängden stark syra eller stark bas som måste tillsättas till varje liter helt syresatt blod för att återställa pH till 7,40 vid en temperatur av 37 ° C och pCO2 hålls vid 40 mmHg och hemoglobinkoncentration standardiserad till 5 g / dL. CAG är skillnaden mellan summan av huvudkatjoner och huvudanjoner, korrigerad för albuminkoncentration och serumfosfat. Ändå löser SBE och cAG inte helt problemet och kritiseras.
SBE är ett tillvägagångssätt som extrapolerar resultat ”in vitro” till den mer komplexa multikompartimentala verkliga situationen för kroppsvätskor eftersom, in vivo , syra- eller basbelastningar titreras inte bara i blodkammaren, och den totala buffringskapaciteten kan skilja sig från in vitro.
Dessutom löser SBE inte det ömsesidiga beroendet mellan pCO2 och bikarbonat eftersom, i andningsstörningar, njurkompenserande justeringar resulterar i förändringar i SBE.
CAG bör avslöja närvaron av omätade anjoner i blodet, och det är användbart att bestämma orsaken till metabolisk acidos (hyperkloremisk snarare än normokloremisk) när den har diagnostiserats.
Stewart-metoden bygger på principerna för bevarande av massa, elektrisk neutralitet och dissociationskonstant för elektrolyter och identifierade tre oberoende variabler som bestämmer vätejonkoncentrationen i lösning : stark jonskillnad (SID), pCO2 och total svag syra (Atot). Även om Stewart-metoden föreslår ett annat tillvägagångssätt är dess tillförlitlighet jämfört med den traditionella metoden fortfarande en debatterad fråga. Vissa författare anser att den diagnostiska prestandan av Stewart-metoden är bättre än den konventionella metoden för att bedöma syrabasstatus, särskilt för att kvantifiera den metaboliska komponenten, men andra drog slutsatsen att det inte förbättrar diagnostisk noggrannhet och inte ger något verktyg för att bättre hantera dessa störningar eftersom det traditionella tillvägagångssättet, med endast mindre justeringar, kan ge samma praktiska information.
Så när och hur man misstänker en blandad störning enligt den traditionella metoden?
För detta ändamål har flera författare föreslagit ett stegvis tillvägagångssätt, och några enkla begrepp kan hjälpa till att anta närvaron av en blandad störning.
(1) Diskordant variation av bikarbonater och pCO2. Kompensationsmekanismer syftar till att hålla konstant bikarbonat / pCO2-förhållande, och en primitiv variation av ett av termerna följs av en konsensuell variation av den andra. Därför antyder ökning av bikarbonater och minskning av pCO2 eller minskning av bikarbonater och ökning av pCO2 en blandad störning.
(2) Förekomsten av normalt pH-värde och signifikant förändring av bikarbonater och pCO2-nivåer Föreslår också en blandad Oordning. De adaptiva mekanismerna återställer inte pH till ett normalt värde. Normalt pH argumenterar i det här fallet för samexistensen av två motsatta problem snarare än en perfekt kompenserad enkel störning.
(3) Kompensatoriskt svar är signifikant annorlunda än förväntat svar. Observerade bikarbonatnivåer eller pCO2 signifikant annorlunda än ”förväntat” bevisar förekomsten av en blandad sjukdom. Faktum är att mängden kompenserande variation beror på förlängningen av primitiv förändring, och den kan rimligen tillhandahållas. När förväntat svar inte inträffar finns det är en additiv sjukdom som är ansvarig för variation av bikarbonat eller pCO2.
(4) Delta-förhållande, det vill säga Δanion gap / ΔHCO3 > 2. När en metabolisk syra (HA) tillsätts till extracellulär vätska, den dissocieras i H + och organisk anjon (-A). H + reagerar med en molekyl bikarbonat medan obestämd organisk anjon (-A) ökar anjongapet (positiva minus negativa laddningar). Teoretiskt variationen i anjongapet bör vara lika med minskningen av bikarbonat så att förhållandet mellan dessa två förändringar bör vara lika med en. Ändå buffras en betydande mängd organisk syra av intracellulära proteiner, inte av −HCO3, medan det mesta av överskott anjoner kvar i extracellen ularvätskor eftersom de inte fritt passerar cellmembranet. Följaktligen, i en ren metabolisk acidos, är förändringen i bikarbonatkoncentrationen mindre än anjongapet, och delta-förhållandet är mellan 1 och 2. Ett delta-förhållandevärde över 2 indikerar ett mindre fall i bikarbonat än väntat på grundval av förändringen i anjongapet . Detta resultat antyder en samtidig metabolisk alkalos eller redan existerande höga HCO3-nivåer på grund av kronisk respiratorisk acidos.
I vilket fall som helst kan tolkningen av arteriell blodgasanalys inte ignorera resultaten från klinisk historia och fysisk undersökning som kan stödja en korrekt diagnos.
Kliniker bör också överväga de tidigare existerande tillstånden, läkemedel som vanligtvis tas, symtom som presenterats under de senaste dagarna och timmarna samt patienternas hydratiseringsstatus, förekomsten av hjärt- och njursvikt, diabetes, hypokalemi eller tecken på sepsis.
Terapi av blandade störningar är ofta svår. Försöket att korrigera pH till varje pris med användning av alkaliska eller försurande läkemedel kan vara skadligt, och klinikerns uppmärksamhet bör ägnas åt att identifiera underliggande patofysiologiska förändringar.
6. Slutsatser
Respiratorisk acidos på grund av hyperkapni är en vanlig och allvarlig komplikation som observerats hos patienter med kronisk obstruktiv lungsjukdom i avancerad fas. Utveckling av acidos försämrar prognosen och är förknippad med högre dödlighet. Kompensationsmekanismer består av en ökad njuråterupptagning av bikarbonat och ökad utsöndring av H +. Dessa justeringar av njurfunktionen är mer effektiva i kronisk form och förklarar varför den senare är mindre allvarlig och tolereras bättre än akut. Blandade syrabasstörningar observeras också ofta hos KOL-patienter. Klinisk historia, fysisk undersökning och en noggrann utvärdering av arteriell blodgasanalys kan hjälpa till med korrekt diagnos och riktad terapi.