Diagnostyka laboratoryjna
Zaburzenia gospodarki kwasowo-zasadowej
1. Bufory, pojemność buforowa;
Pierwszą linię obrony przed zmianami odczynu płynów ustrojowych są układy buforowe.
Istotą buforowania jest wiązanie mocnego kwasu przez aniony słabego kwasu; w wyniku czego powstaje słaby kwas lub wiązanie mocnych zasad rzez słaby kwas, przy czym powstaje słaby anion. Dochodzi więc do „zamiany” mocnego kwasu na słaby kwas lub mocnej zasady na anion słabego kwasu.
HCl + A- => Ha + Cl-
NaOH + AH + A? => A? +Na+ + H2O
Bufor wodorowęglanowy
Jest on głównym ilościowo i najważniejszym fizjologicznie buforem płynów ustrojowych. Rolę tę zawdzięcza pewnym właściwościom, których nie mają inne bufory organizmu. Jedną z nich jest fakt, że wchodzący w skład tego buforu słaby kwas H2CO3 pozostaje w stanie równowagi ze swoim bezwodnikiem CO2 rozpuszczonym w płynach ustrojowych. Zmienia to nie tylko właściwości H2CO3 jako kwasu, ale uzależnia jego stężenie od środowiska zewnętrznego.
Krew i płyn pozakomórkowy człowieka stanowi układ otwarty, pozostając w równowadze z fazą gazową, którą jest powietrze pęcherzykowe zawierające dwutlenek węgla. Dwutlenek węgla w fazie wodnej (czyli we krwi i płynie pozakomórkowym)pozostaje w stanie równowagi z dwutlenkiem węgla powietrza pęcherzykowatego.
Do całkowitego zrozumienia zasad równowagi kwasowo-zasadowej człowieka potrzebne jest prawidłowe pojęcie równania Handersona-Hasselbacha, wg którego pH krwi i innych płynów ustrojowych jest wprost proporcjonalne do ciśnienia jonów wodorowęglanowych a odwrotnie proporcjonalne do ciśnienia dwutlenku węgla. Jeżeli z 3 występujących w równaniu Handersona-Hasselbacha zmiennych (pH, pCO2, [HCO3-]) zmierzymy dwie, to z łatwością obliczymy trzecią.
pH=pK + log [HCO3-]/? pCO2
Pełna krew zawiera, oprócz buforu wodorowęglanowego, wiele innych związków, które mogą działać jako bufory. Z praktycznego punktu widzenia może przyjąć, że błona komórkowa krwinek czerwonych, w przeciwieństwie do innych błon innych komórek, jest swobodnie przepuszczalna dla jonów wodorowych, wodorowęglanowych dwutlenku węgla, i można uznać pełną krew za jednorodny, układ buforowy.
Udział poszczególnych układów buforowych w pojemności buforowej pełnej krwi przedstawia się następująco:
bufor wodorowęglanowy - 53%
Hemoglobina i oksyhemoglobina - 35%
Białka osocza - 7%
Fosforany organiczne i nieorganiczne - 5%
Dla uproszczenia można podzielić bufory krwi na 2 klasy:
bufor wodorowęglanowy HCO3-/CO2 - 53%
Bufory niewodorowęglanowe Buf-/Buf-H - 47%
Podział ten jest uzasadniony z jednej strony unikatowością buforu wodorowęglanowego, a z drugiej podobieństwem zachowanie wszystkich pozostałych buforów krwi, mimo ich chemicznej niejednorodności. (za: Biochemia kliniczna p. r. S. Angielskiego i J. Rogulskiego str. 570)
Utrzymanie równowagi kwasowo-zasadowej powinniśmy jednak rozpatrywać szerzej, ponieważ oprócz wymienionych systemów buforowych istnieje jeszcze buforowanie narządowe i komórkowe.
Zatem, wówczas równowagę kwasowo-zasadową w ustroju utrzymują trzy systemy buforowe:
a) układy buforowe znajdujące się w przestrzeni pozakomórkowej i śródkomórkowej
b) buforowanie narządowe
c) buforowanie komórkowe
Buforowanie narządowe polega na wielokierunkowej współzależności pomiędzy nerkami, płucami, przewodem pokarmowym, układem kostnym, którego celem jest wydalenie jonu H+ z ustroju z równoczesną aktywną regeneracją układów buforowych . W równaniu Handersona- Hasselbacha płuca reprezentują komponent oddechowy a nerki metaboliczny równania:
|[jakiś wzór, zupełnie nieczytelny]
|
Podstawową funkcją płuc jest wydalanie CO2 i pobieranie O2. Kompensacja narządowa poprzez układ oddechowy sprowadza się do zwiększania wentylacji i nasilenia wydanie CO2, gdy zmniejszona zostanie wielkość komponenty metabolicznej (jeśli wystąpi pierwotny spadek wartości licznika równania Handersona-Hasselbacha wtórnie obniża się wartość mianownika).
W efekcie zachować stałą wielkość ilorazu tj. wartości pH. W przypadkach pierwotnego wzrostu wielkości komponentu metabolicznego wielkość komponentu oddechowego również wzrasta dla zachowania stałej wartości pH.
W warunkach prawidłowych stosunek H2CO3 do HCO3- jest wielkością stałą równą 1/20. Wzrost wartości ilorazu 1/20 występuje przy nadmiarze jonu wodorowego w ustroju, czyli w kwasicach, a obniżenie wartości w stanach niedoboru jonu wodorowego, czyli w zasadowicach.
Kompensacja metaboliczna przez nerki pierwotnych zaburzeń komponentu oddechowego polega na zwiększeniu resorpcji zwrotnej wodorowęglanów a nasileniu wydalania jonu wodorowego w przypadkach pierwotnej hiperkapnii (przy pierwotnym wzroście mianownika równania H-H, wtórny kompensacyjny wzrost licznika).
W przypadkach hipokapnii, ograniczona zostaje resorpcja zwrotna HCO3- i wydalanie jonu H+ (wtórny spadek wartości licznika do pierwotnego obniżenia wartości mianownika równania H-H).
Wydalanie jonów wodoru przez nerki odbywa się:
w procesie wytwarzana kwaśności miareczkowej, gdzie HPO4 2- przekształca się w kwaśny HPO4-
w procesie amoniogenezy, gzie wytworzony zostaje w świetle kanalika jon amonowy NH4 po przyłączeniu H+ do NH3
poprzez wydalanie wolnych jonów wodorowych
W procesie tworzenia „kwaśności miareczkowej” i w amoniogenezie występuje równocześnie aktywny proces regeneracji wodorowęglanów.
Buforowanie komórkowe sprowadza się do przesunięć nadmiaru jonów H+ z przestrzeni pozakomórkowej do płynu komórkowego. Komórkę opuszczają Na+ i K+ tj, jony o równoważnym ładunku elektrycznym. Do komórki przenikają także jony Cl- dla utrzymania elektroobjętości. Przesunięci jonu K+ do przestrzeni pozakomórkowej powoduje, że kwasicy często towarzyszy hiperkaliemia. W przypadkach niedoboru jonu wodorowego w przestrzeni pozakomórkowej następuje przejście jonu H+ z płynu śródkomórkowego do pozakomórkowego z zamian za jony K+ i Na+. Stanom zasadowic może więc towarzyszyć hipokaliemia.
Pojemność buforowa
Pojemność buforowa określa ilość silnej zasady lub mocnego kwasu, która po dodaniu do buforu (1 litra) zmniejsza pH o jednostkę.
Pojęcia stosowane w charakterystyce gospodarki kwasowo-zasadowej:
stężenie jonów wodorowych (pH)
ciśnienie cząstkowe dwutlenku węgla (pCO2)
całkowita zawartość CO2 w osoczu (TCO2 )
aktualne stężenie wodorowęglanów (
standardowe stężenie wodorowęglanów
zasady buforujące osocza (Bbp)
nadmiar zasad (BE)
luka anionowa
pH krwi - ujemny logarytm stężenia jonów wodorowych. Wartości prawidłowe wynoszą od 7,35 - 7,45 (45 - 5 mmol H+/l). Zakres wartości skrajnych wynosi 6,8 - 7,8. Wielkość pH zależna jest od zasobu zasad głównie HCO3- jak i pCO2 Wartość pH<7,35 odpowiada kwasicy, którą określa się jako oddechową, jeżeli spadek pH wyrażony jest pierwotnym wzrostem pCO2 lub metaboliczną jeżeli pierwotną przyczyną jest spadek stężenia HCO3-
Ciśnienie cząstkowe CO2 - pCO2 we krwi waha się od 4,55 - 5,98kPa. Wartości <4,65 odpowiadają hipokapnii, a >5,98 hiperkapnii, pCO2 określa komponent oddechowy w równaniu H-H. Wielkość pCO2 uwarunkowana jest funkcją układu oddechowego i układu sercowo-naczyniowego. Zmiany pCO2 odpowiadają wielkości wentylacji, dyfuzji gazów przez ścianę pęcherzyków oraz perfuzji pęcherzyków przez krew.
Hiperkapnia (>5,98)
Hiperkapnia występuje w kwasicy oddechowej (zmiana pierwotna) lub w zasadowicy metabolicznej (zmiana wtórna)
Przyczyny:
1) przerwanie nerwowej regulacji oddychania
a) choroby OUN
- wywołane niedokrwieniem OUN z powodu wzrostu objętości płynu mózgowo-rdzeniowego, stanów zapalnych, czy urazów.
- wywołanie porażenia przez leki
2) Ograniczenie ruchomości klatki piersiowej
uszkodzenie układu kostno-mięśniowego klatki piersiowej (urazy, stany zapalne)
upośledzenie czynności części oddechowych w zaburzeniach metabolicznych (hipokalemia)
kolagenozy
otyłość
3) Choroby płuc i opłucnej - procesy zapalne, nowotworowe, choroby obturacyjne, restrykcyjne
4) Niewydolność krążenia - ostra lub przewlekła
5) Nieefektywna wentylacja mechaniczna
Hipokapnia (<4,65)
Pierwotny spadek pCO2 odpowiada zasadowicy oddechowej i jest wyrazem hiperwentylacji płuc.
Przyczyny:
silne pobudzenie emocjonalne
ból
pobudzenie ośrodka oddechowego przez toksyny, leki
sztuczna wentylacja
nadczynność tarczycy
Całkowita zawartość CO2
Jest to suma dwutlenku węgla zawartego w aktualnych wodorowęglanach i fizycznie rozpuszczonego w osoczu. Ilość CO2 fizycznie rozpuszczonego w osoczu oblicza się ze wzoru:
pCO2 współczynnik rozpuszczalności CO2
Wartość współczynnika alfa dla danego gazu zależy od temperatury i ciśnienia atmosferycznego, dla CO2 i temperatury 37 współczynnik alfa wynosi 0,03
Całkowite CO2 = akt HCO3- + pCO2 * 0,03
Wielkość całkowita CO2 może być oznaczana metodami bezpośrednimi: manometryczną i wolumetryczną. Wartość diagnostyczna tego parametru nie przewyższa akt HCO3-.
Aktualne wodorowęglany - akt. HCO3-
Jest to stężenie krwi pobranej anaerobowo przy aktualnym ciśnieniu pCO2 we krwi.
Wartości prawidłowe mieszczą się w zakresie 22-28 mmol/l.
Różnica pomiędzy st. HCO3- a akt. HCO3-, przy stałej wartości pH, odpowiada różnicy prężności CO2 we krwi
Znaczenie i interpretacja zmian wartości akt. HCO3- jest podobna do st. HCO3-. Wzrost stężenia aktualnych HCO3- występuje przy wzroście pCO2, a przy spadku pCO2, obniża się również stężenie akt. HCO3-.
Standardowe stężenie wodorowęglanów - st. HCO3-
Parametr ten określa komponent metaboliczny. Wartości prawidłowe - 21-27 mmol/l. Standardowe wodorowęglany jest to stężenie HCO3- określane w osoczu krwi całkowicie utlenowanej i wysyconej O2, przy ciśnieniu pCO2 = 5,32 kPa. Spadek stężenia HCO3- występuje pierwotnie w kwasicy metabolicznej na skutek nagromadzenia się kwasów lub zużycia wodorowęglanów. Wzrost ma miejsce zasadowicy metabolicznej.
Standardowe wodorowęglany umożliwiają ocenę zmian dynamicznych komponentu metabolicznego przez porównanie różnic pomiędzy poszczególnymi pomiarami st HCO3- u badanej osoby.
Zasady buforujące osocza - Bbp
Jest to parametr komponentu metabolicznego, określający sumę układów buforujących występujących w osoczu - wodorowęglanów, fosforanów, białczanów i układu buforującego hemoglobiny. Stężenie fosforanów w osoczu jest małe, stąd też jest pomijane w obliczaniu BB. Suma stężeń wodorowęglanów i białczanów w normalnych warunkach jest równa 41,7 mEq/l, a układ hemoglobiny zwiększa zasób zasad na każde 0,6205 mmol/l = ?? (0,36mEq/l)
Dla każdego poziomu hemoglobiny określa się wielkość normalnych zasad buforujących wg wzoru:
NBB mmol/l = 41,7 + 0,042 * Hb/?/?
NBB odpowiada ilości zasad buforujących jakie miałby badany przy swoim aktualnych stężeniu hemoglobiny i prawidłowym pH (7,4), pCO2 równa 5,32 kPa i stężenia HCO3- = 24 mmol/l?
Nadmiar zasad BE (Base Excess)
Określa ilość kwaśności lub zasadowości miareczkowanej jaką należy użyć miareczkując krew do pH 7,4 przy pCO2 = 5,32 kPa i temp 37 oC. Zakres wartości prawidłowych wynosi-3 mEq/l - +3 mEq/l przy czym wartości dodatnie oznaczą nadmiar zasad a ujemne niedobór zasad.
Całkowity niedobór zasad (lub nadmiar) można ocenić wg wzoru:
Całkowity BE = BE * 0,3 * masa ciała
Luka anionowa
Zgadnie z prawem elektroobjętości płynów ustrojowych suma ładunków dodatnich w płynach ustrojowych musi się równać sumie ładunków ujemnych (patrz: diagram Gamle'a), czyli suma anionów musi się równać sumie kationów.
Oznaczając jako NK (nieoznaczone kationy) sumę kationów innych niż Na+, natomiast przez NA (nieoznaczone aniony) sumę anionów innych niż Cl- i HCO3-, można napisać następujące równanie:
[Na+] + NK - [Cl- + HCO3-] + NA
czyli:
[Na+] - [Cl- + HCO3-] = NA - NK
Różnicę [Na+] - [Cl- + HCO3-] określa się jako lukę anionową. Równa się ona różnicy NA-NK. Faktycznie na „nieoznaczone aniony (NA) składają się stężenia białek, fosforanów, siarczanów, mleczanów, pirogronianów i kwasów organicznych, występujących u zdrowych osób w bardzo niewielkich ilościach (np. kwas acetooctowy, beta-hydroksymasłowy itp). Normalnie stężenie NA wynosi 23 mEq/l. Natomiast tzw. nieoznaczone kationy(NK) w warunkach fizjologicznych stanowią sumę stężeń potasu, wapnia i magnezu równą 11 mEq/l. „Luka anionowa” stanowi różnicę pomiędzy nieoznaczonymi anionami a kationami i w warunkach fizjologicznych wynosi ona 12 mEq/l.
Zwiększenie „luki anionowej” - mając na uwadze, że luka anionowa stanowi różnicę pomiędzy NA a NK, wzrost wartości LA może być spowodowany spadkiem sumy NK (np. w hipokalcemii, hipokaliemii lub hipomagnezemii) lub wzrost=em wartości NA.
Częściej wzrost LA uwarunkowany jest wzrostem NA, aniony warunkujące ten wzrost to: kwas acetylooctowy, beta-hydroksymasłowy, fosforowy i siarkowy - powstające endogennie lub np. kwas salicylowy podany egzogennie
Zmniejszenie „luki anionowej” - przyczyną zmniejszenia LA może być zwiększenie NK lub spadek NA. Wzrost NK może być wywołany hiperkalcemią, hipermagnezemią lub hiperkaliemią jak i w gammapatiach monoklonalnych typu IgG. Spadek LA jako następstwo obniżonego NA spotykamy w hipoalbuminemiach.
Znaczenie oznaczania „luki anionowej”
Oznaczanie tego parametru ma znaczenie w diagnostyce:
1) kwasic nieoddechowych
2) określonych gammapatii
3) zatruć litem lub bromkami
4) kontroli klinicznej wyników oznaczania stężenia sodu, chlorków i wodorowęglanów w osoczu krwi.
Ad. 1
W zależności od wielkości „luki anionowej” kwasice nieoddechowe można podzielić na przebiegające ze zwiększoną lub prawidłową „luką anionową”. W kwasicach ze zwiększoną „luką anionową” wodorowęglany ulegają zużyciu pod wpływem endogennych kwasów (acetooctowego, beta-hydroksymasłowego, mlekowego, fosforowego, siarkowego) lub egzogennych (salicylowego, mrówkowego). Tutaj aniony endogenne lub egzogenne zajmują miejsce jonów wodorowęglanowych.
W kwasicy z normalną „luką anionową” spadkowi stężenia wodorowęglanów może towarzyszyć wzrost stężenia chlorków, przez co LA nie ulega zmianie.
[Na+] - [Cl- + HCO3-] = NA - NK Stan taki może być spowodowany utratą wodorowęglanów przez przewód pokarmowy (biegunki), w hiperaldosteronizmie, w kwasicach cewkowych. Jony chlorkowe zajmują miejsce jonów wodorowęglanowych dążąc do utrzymania elektroobjętości płynów ustrojowych.
Istnieją też kwasice metaboliczne z prawidłowym LA i również prawidłowym lub obniżonym stężeniem chlorków. Jest ona wywołana rozcieńczeniem krwi płynami bezelektrolitowymi (np. roztwory glukozy)podawanymi w dużych ilościach w krótkim czasie. Płyny te rozcieńczają wszystkie składowe osocza równomiernie przez co luka anionowa nie ulega zmianie. Kwasica metaboliczna jest wynikiem spadku stężenia wodorowęglanów we krwi.
Określenie luki anionowej ma wartość diagnostyczną tylko wówczas, kiedy wyniki oznaczeń stężenia Na, Cl, HCO3- są absolutnie pewne.
(„Choroby wewnętrzne” p.r. Franciszka Kokota str 697)
Wykładniki laboratoryjne zaburzeń gospodarki kwasowo-zasadowej
pH[H+] - pH krwi pobranej bez kontaktu z powietrzem atmosferycznym mierzone w temperaturze 38 oC; [H+] = 45,0-35,0 mmol/l
pCO2 - ciśnienie cząstkowe CO2 we krwi bez kontaktu z powietrzem atmosferycznym. 4,5-7,0 kPa
pO2 - zawartość tlenu we krwi tętniczej ???
[HCO3-] - patrz wyżej
wysycenie hemoglobiny tlenem 0,95-0,96 mol (95-98%)
BE - patrz wyżej
Przyczyny:
ostrej kwasicy oddechowej:
obrzęk płuc, nagła samoistna odma opłucnej, zmniejszona drożność dróg oddechowych, stłumienie ośrodka oddechowego przy np: znieczuleniu ogólnym, bardzo dużej dawce morfiny lub zastosowaniu tlenu u chorego z przewlekłym zespołem płucno-sercowym.
przewlekłej kwasicy oddechowej
występuje ona stosunkowo często, zwłaszcza w przewlekłych zaporowych chorobach płuc i oskrzeli, rzadziej jej powodem może być zmniejszenie ruchomości lub zniekształcenie klatki piersiowej.
Objawy kliniczne - są one tym cięższe, im prędzej dochodzi do nagromadzenia CO2 w ustroju. W ostrej hiperkapnii chory bywa , widoczna jest sinica i znaczna duszność, część chorych skarży się na bóle głowy, nieostre widzenie. Spotyka się drżenie mięśniowe. W ciężkich przypadkach dochodzi do majaczeń, zamroczenia i śpiączki określanej niekiedy jako narkoza dwutlenkiem węgla.
W przewlekłej kwasicy oddechowej sinica bywa bardzo nasilona, chorzy są zdezorientowani, senni, pojawia się skłonność do spadków ciśnienia tętniczego krwi. Rozszerzenia naczyń krwionośnych mózgu przez zwiększone w nich stężenie CO2 może dawać różne objawy łącznie z objawami wzmożonego ciśnienia śródczaszkowego.
Podstawą rozpoznania kwasicy oddechowej jest stwierdzenie dużego [H+] (niskiego pH) i hiperkapnii, podczas gdy zwiększenie się [st. HCO3-] ([act. HCO3-] jest jeszcze większe) i BE wskazuje na stopień wyrównania drogą metaboliczną.
Pełna jednak ocena równowagi kwasowo-zasadowej w chorego jest możliwa dopiero po analizie pCO2, [act. HCO3-] i [H+] w zestawieniu z wywiadem i stanem klinicznym chorego.
Kwasica metaboliczna
Powstaje ona na skutek nagromadzenia się w ustroju kwasów nielotnych lub też w skutek utraty zasad. Jony wodorowe odszczepione od kwasów nielotnych, łącząc się w procesie szybkiego buforowania z wodorowęglanami osocza, tworzą kwas węglowy, a wtórnie CO2, który jest łatwo wydalany drogą oddechową. W ten sposób nagromadzenie się kwasów nielotnych powoduje utratę HCO3-, a ponieważ zasadami, które ustrój może utracić są również wodorowęglany, to ostatecznie przyczyny kwasicy metabolicznej sprowadzają się do różnych form utraty HCO3-.
Już po kilku minutach zostaje pobudzone oddychanie, nasila się ono w ciągu kilku godzin i prowadzi do zwiększonego wydalania CO2. Po kilku godzinach zaznacza si udział buforowania komórkowego wraz z uwalnianiem wodorowęglanów z kości. Po kilku dniach dochodzi do maksymalnego wydalenia jonów wodorowych przez nerki. Wyrównanie kwasicy metabolicznej odbywa się zatem przy udziale hipokapnii (podstawowego procesu prowadzącego do zasadowicy oddechowej).
Kwasicy metabolicznej towarzyszy przesunięcie potasu z komórek do płynu pozakomórkowego. W związku z tym powstawać może znaczna hiperkaliemia, podczas gdy ustrojowe zasoby K+ pozostają prawidłowe.
Przyczyny kliniczne kwasicy metabolicznej:
nadmiar nielotnych kwasów powstających w ustroju
niezdolność o sprawnego wydalanie prawidłowej ilości kwasów
nadmierna utrata HCO3-
Typowymi przykładami kwasicy metabolicznej wskutek nadmiernego tworzenia się kwasów są: cukrzycowa kwasica ketonowa, czasem głodowanie oraz kwasica mleczanowa wikłająca wstrząs i niekiedy stosowanie fenforminy w cukrzycy (patrz niżej).
Najczęstszą przyczyną kwasicy metabolicznej wskutek nie dość sprawnego wydalania prawidłowej ilości kwasów nielotnych jest niewydolność nerek. Dopóki zmniejszenie się przesączania kłębkowego nie przekracza 75-80% wartości prawidłowych tj, gdy stężenie kreatyniny w surowicy nie jest mniejsza niż 350-440 mikromol/l (4-5 mg/dl) to mierna zwykle kwasica metaboliczna jest uwarunkowana niedostatecznym wytwarzaniem H+ w nerkach, czemu towarzyszy również zmniejszone wytwarzanie HCO3- oraz amoniaku. Luka anionowa pozostaje prawidłowa. W ciężkiej niewydolności nerek, w miarę zatrzymywania coraz większych ilości fosforanów, siarczanów i innych nieoznaczonych anionów, wraz z nasileniem się kwasicy metabolicznej powiększa się również luka anionowa. Pomimo to w niepowikłanych przypadkach [act. HCO3-] w osoczu rzadko jest mniejsze niż 15 mmol/l, a to dzięki buforowaniu kostnemu.
Przyczyną kwasicy metabolicznej wskutek pozanerkowej utraty HCO3- bywają obfite biegunki, drenaż dróg żółciowych, przetoki jelitowe. Płyn biegunkowy może zawierać do 80 mmol HCO3- w jednym litrze, Ciężka kwasica metaboliczna, częściowo spowodowana utratą wodorowęglanów, bywa częstym powikłaniem po operacji wszczepienia moczowodów do jelita grubego. Zawarte w moczu chlorki zostają wtedy wchłonięte z wymianą na HCO3-, a te ulegają wydaleniu z kałem. Powstaje kwasica z hipercholeremią, którą cechuje prawidłowa luka anionowa.
Większość klinicznych postaci kwasicy metabolicznej to ostre zaburzenia równowagi kwasowo-zasadowej. Do przewlekłego zakwaszenia organizmu dochodzi głównie w niewydolności nerek i kwasicy cewkowo-nerkowej.
Charakterystycznym objawem ciężkiej kwasicy metabolicznej jest oddech Kussmaula, wskazujący na wybitne pobudzenie ośrodka oddechowego. Zwraca uwagę nie tyle przyśpieszenie rytmu, ile pogłębienie oddychania. Nasilenie się wentylacji płuc jest bardziej współmierne do zakwaszenia krwi i płynu mózgowo-rdzeniowego niż zmniejszenia [act. HCO3-]. W szczególnie ciężkiej kwasicy ośrodek oddechowy zostaje stłumiony, tak że życie z [H+] przekraczającym 70 nmol/l (pH poniżej 6,8) jest niemożliwe.
Zakres objawów ze strony układu nerwowego sięga od senności do śpiączki, choć wydaje się, że ta ostatnia nie jest tak częsta i ciężka jak w kwasicy oddechowej. Gdy [H+] we krwi (niskie pH) w obecności małego [st. HCO3-] i jest mniejsza od [act HCO3-]. pCO2 jest również obniżone i wskazuje na stopień kompensacji oddechowej. Wskaźnik BE ma w kwasicy metabolicznej wartość ujemną i, podobnie jak ubytek [st HCO3-] , może być pomocny przy ustaleniu dawkowania środków alkalizujących. Zarówno hiperchloremia, jak i poszerzenie luki anionowej nie służą rozpoznaniu samej kwasicy, lecz mogą dostarczyć cennych wskazówek co do jej przyczyny.
Zasadowica oddechowa
Zasadowica oddechowa jest następstwem hipokapnii, czyli niedoboru dwutlenkiem węgla w ustroju. Przyczynia się do spadku stężenia jonów wodorowych (wzrostu pH) we krwi. Już niewiele minut po powstaniu tej zasadowicy rozpoczyna się jej buforowanie przez bufory bufory tkankowe. Jony wodorowe, przedostające się z komórek, łączą się z HCO3- płynu pozakomórkowego, powodując pewien, lecz tylko niewielki spadek [act HCO3-]. W ciągu 2-4 dni rozwija się maksymalne wyrównywanie nerkowe drogą zahamowania wytwarzania jonów wodorowych, co przyczynia się do wydalania wodorowęglanów z moczem i stąd względnie mniejszej alkalizacji krwi. W ten sposób przewlekła zasadowica oddechowa może być w dużym stopniu, choć nie w pełni, wyrównywana przez nawarstwienie się elementów kwasicy metabolicznej. Zasadowicy tej często towarzyszy hipofosfatemia.
Przyczyną zasadowicy oddechowej jest zawsze nadmierna wentylacja. Najczęściej jest to ostra hiperwentylacja wywołana bodźcami nerwowymi np. lękiem, silnymi emocjami oraz powstająca u osób histerycznych. Jednym z naturalnych bodźców nasilających wentylację jest hipoksemia. Jeżeli trwa ona długo, to może prowadzić do przewlekłej zasadowicy oddechowej, z pełnym uruchomieniem odczynów wyrównawczych. Stany takie spotyka się u osób stale oddychających rozrzedzonym powietrzem np. przebywających przez długi czas w wysokich górach, a także w śródmiąższowych chorobach płuc, w niedodmie lub licznych zatorach płuc. Zasadowica oddechowa zdarza się w posocznicy Gram-ujemnej (pobudzenie ośrodka oddechowego przez toksyny), w ciężkiej niewydolności wątroby (pobudzenie ośrodka oddechowego przez amoniak), w krwawieniu podpajęczynówkowym (zakwaszenie płynu mózgowo-rdzeniowego przez produkty rozpadu krwi), w oddychaniu wspomaganym i przy dużych dawkach salicylanów.
Objawy zasadowicy oddechowej są wynikiem pobudzenia ośrodkowego układu nerwowego i nerwów obwodowych. W stanach ostrych zwłaszcza typowe są zawroty głowy i zaburzenia świadomości. Drętwienia i mrowienia kończyn, twarzy w okolicy ust oraz kurcze mięśni mogą dawać obraz tężyczki, takiej jak w hipokalcemii. Chorzy często skarżą się na ból głowy, duszność, ucisk klatce piersiowej (szczególnie ci z psychogenną hiperwentylacją). Ciężka zasadowica oddechowa powoduje obkurczenie się naczyń mózgowych i może upośledzać wyższe czynności nerwowe.
Podstawą rozpoznania zasadowicy oddechowej jest:
stwierdzenie zmniejszonego [H+] (podwyższone pH) krwi
niskie pCO2 (skojarzone z hiperwentylacją)
ważną wskazówką może być obecność tężyczki
W niepowikłanej zasadowicy oddechowej [st HCO3-] osocza jest obniżone, [act HCO3-] są jeszcze mniejsze, a wskaźnik BE ma wartość ujemną.
Wskaźnik BE wraz z ubytkiem [st HCO3-] są tu miarą wyrównania zaburzeń oddechowych drogą metaboliczną.
Zasadowica metaboliczna
Zasadowica metaboliczna jest stanem, którego przyczyny zawsze daje się sprowadzić do nadmiernego stężenia wodorowęglanów w osoczu, co prowadzi do małego stężenia jonów wodorowych (wysokiego pH).
Alkalizacja osocza powoduje przytłumienie ośrodka oddechowego, a wraz z tym zmniejszenie wentylacji płuc i wzrost pCO2. W ten sposób w wyrównaniu zasadowicy metabolicznej biorą udział czynniki prowadzące pierwotnie do kwasicy oddechowej. Normalnie takie wyrównanie jest mało skuteczne, gdyż hipowentylacja prowadzi też do hipoksemii, przeciwstawiającej się tłumieniu ośrodka oddechowego. Wyrównawczym mechanizmem zasadowicy oddechowej jest też zmniejszenie wydalania H+ przez nerki, aż do pojawienia się HCO3- w moczu. Nie zawsze jednak nerki są do tego zdolne.
Musimy pamiętać, że nadmiar wodorowęglanów zatrzymywanych w płynie pozakomórkowym zajmuje miejsca chlorków - co daje charakterystyczny obraz hipochloremii.
Zasadowicy metabolicznej towarzyszy również wzmożona utrata potasu z moczem oraz przejście H+ z płynu pozakomórkowego do komórek. Istnieje też odwrotna zależność: hipokaliemia sprzyja przejściu jonów wodorowych z płynu pozakomórkowego do komórek, doprowadza w ten sposób do zasadowicy metabolicznej. Stąd też małe stężenie potasu skojarzone z zasadowicą metaboliczną nie musi oznaczać niedobory K+ w ustroju.
Przyczyny:
nadmierna utrata H+
nadmierna podaż zasad
niedobór jonu potasowego na tle hiperaldosteronizmu
utrata kwasów z moczem na tle hiperaldosteronizmu
stosowanie środków moczopędnych
Objawy zasadowicy metabolicznej nie są tak bardzo nasilone jak oddechowej. Dolegliwości chorych często wydają się być wynikiem raczej odwodnienia. Skarżą się oni na kurcze mięśniowe, ortostatyczne bóle głowy, ogólne osłabienie, inne objawy takie jak słabość mięśniowa, wzmożone pragnienie i związana z tym diureza, mogą zależeć od hipokaliemii. W ciężkiej zasadowicy metabolicznej zdarza się tężyczka. Towarzysząca hipoksemia może stać się poważnym zagrożeniem życia u osób z chorobami serca lub płuc.
Podstawą rozpoznania zasadowicy metabolicznej jest wykazanie małego [H+] (wysokiego pH), a dużego [act HCO3-] w osoczu; [st HCO3-] jest jeszcze większe, zaś wskaźnik BE ma wartość dodatnią. Wzrost p CO2 wskazuje na stopień kompensacji oddechowej.
Podział zaburzeń równowagi kwasowo-zasadowej uwzględniający wzajemną relację komponentu oddechowego do metabolicznego:
a) niewyrównane - wartość pH jest nieprawidłowa, brak wtórnych zmian pomiędzy pCO2 i HCO3-
b) częściowo wyrównane - występują wtórne zmiany kompensacyjne pomiędzy komponentem oddechowym i metabolicznym, ale wielkość pH pozostaje nieprawidłowa
c) całkowicie wyrównana - wielkość pH prawidłowa, występują wtórne zmiany komponentu oddechowego i metabolicznego a stosunek H2CO3 do HCO3-= 1/20
|
pH |
pCO2 |
HCO3- |
BE |
1. Kwasica oddechowa |
||||
niewyrównana |
↓ |
↑ |
↑ |
b.z. |
częściowo wyrównana |
↓ |
↑ |
↑ |
↑ |
wyrównana |
b.z. |
↑ |
↑ |
↑ |
2. Kwasica metaboliczna |
||||
niewyrównana |
↓ |
b.z. |
↓ |
↓ |
częściowo wyrównana |
↓ |
↓ |
↓ |
↓ |
wyrównana |
↓ |
↓ |
↓ |
↓ |
3. Kwasica mieszana |
||||
oddechowo-metaboliczna |
↓ |
↑ |
↓ |
↓ |
4. Zasadowica oddechowa |
||||
niewyrównana |
↓ |
↓ |
↓ |
b.z. |
częściowo wyrównana |
↓ |
↓ |
↓ |
↓ |
wyrównana |
b.z. |
↓ |
↓ |
↓ |
5. Zasadowica metaboliczna |
||||
niewyrównana |
↑ |
b.z. |
↑ |
↑ |
częściowo wyrównana |
↑ |
↑ |
↑ |
↑ |
wyrównana |
b.z. |
↑ |
↑ |
↑ |
6. Zasadowica mieszana |
||||
oddechowo-metaboliczna |
↑ |
↓ |
↓ |
↓ |
Zauważmy, że układ parametrów w wyrównanej kwasicy oddechowej odpowiada układowi wyrównanej zasadowicy metabolicznej, stąd oceniając sam wynik badania gazometrycznego należy mówić o możliwości wyrównanej kwasicy oddechowej lub zasadowicy metabolicznej. O rozpoznaniu decydują badania podmiotowe i przedmiotowe.
W przypadku wyrównanej kwasicy metabolicznej układ parametrów odpowiada możliwości wyrównanej zasadowicy oddechowej, stąd wynik należy interpretować jako możliwość wyrównanej kwasicy metabolicznej lub zasadowicy oddechowej.
Zaburzenia równowagi wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej w wybranych jednostkach chorobowych
cukrzyca
przewlekła niewydolność nerek
niewydolność wątroby
1) Stany zaburzeń gospodarki wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej w cukrzycy są szczególnie groźne
Śpiączka ketonowa
W powstającej ketozie pierwszoplanową rolę odgrywa ostry niedobór insuliny, jednakże głębokość zmian metabolicznych, a także stopień niedoboru jest związany z wpływem zwiększonego wydzielania hormonów antagonistycznych, takich jak glukagon, hormon wzrostu, katecholaminy, kortyzol. Jednym ze skutków ich działania jest nasilenie hiperglikemii, co wiąże się ze wzmożoną glikozurią i wzrostem diurezy osmotycznej, a zatem utratą wody i elektrolitów. Dochodzi jednocześnie do zahamowania syntezy białek, do ich katabolizmu i przetwarzania na glukozę. Część uwolnionych w tym procesie aminokwasów zostaje przetworzona w aminooctan. Zaburzona przemiana białkowa, prowadzi także do wzmożonego wydzielania azotu pozabiałkowego z moczem, a zatem do ujemnego bilansu azotowego. Ostry niedobór insuliny prowadzi także do zaburzeń przemiany tłuszczów w postaci zahamowania syntezy wolnych kwasów tłuszczowych, resyntezy i syntezy trójglicerydów i wzrost lipolizy, co prowadzi do nadmiaru kwasów tłuszczowych w wątrobie i przekształcenie ich w aminooctan i beta-hydroksymaślan. Są to silne kwasy organiczne powodujące kwasicę ketonową. Jednocześnie utrata wody przez diurezę osmotyczną i kationów spowodowane ketonurią prowadzi do zmian molalności płynu zewnątrzkomórkowego i hipowolemii. Zmiany molalności krwi pogłębiane są także poprzez znaczną hiperglikemię, spadek pH krwi oraz zmniejszona podaż tlenu przyczyniają się do zaburzeń czynności mózgu i utraty świadomości w tym rodzaju śpiączki.
Objawy kliniczne
Objawy kliniczne śpiączki cukrzycowej poprzedzone są zwykle okresem co najmniej kilkunastogodzinnego tzw stanu przedśpiączkowego. Wówczas może występować znacznie zwiększone pragnienie i związane z tym zasychanie w jamie ustnej, wielomocz, świąd sromu i skóry, ogólne osłabienie, zapach acetonu z ust. Jest to okres wyrównanej kwasicy ketonowej, stanowiący alarm dla chorego i lekarza. Pojawiają się wymioty treścią żołądkową często o wyglądzie fusowatym. Skóra zaczyna tracić sprężystość, a gałki oczne napięcie, pojawia się oddech kwasiczy. Gdy pH spadnie poniżej 7,0 ośrodek oddechowy przestaje reagować, oddech Kussmaula ustępuje, co jest rokowniczo złym objawem (oznacza to znaczny spadek pH). Mamy więc w tym momencie zaawansowaną, niewyrównaną kwasicę metaboliczną z narastającym jednocześnie odwodnieniem.
Chory jest w stanie wstrząsu, jest nieprzytomny, ma zaróżowioną skórę, mimo że temperatura ciała spada poniżej 36oC. Mogą pojawić się ostre bóle brzucha naśladujące zapalenie otrzewnej. W EKG często możemy zaobserwować obniżenie odcinka ST oraz pojawienie się ujemnego załamka T. Najczęściej występuje towarzyszące kwasicy zwiotczenie mięśni i zanikanie odruchów fizjologicznych.
Ten różnobarwny obraz ketozy cukrzycowej może stwarzać dalsze trudności diagnostyczne, gdy po kilku godzinach leczenia prze zmniejszającej się glikemii wystąpi obrzęk mózgu lub niewydolność nerek lub krążenia.
U chorego z kwasicą ketonową w okresie śpiączki możemy spodziewać się np, glikemii powyżej 20 mmol/l (360 mg/dl, a często poziom ten przekracza 600 mg/dl), ketonemii ponad 7,0 mmol/l (40 mg/dl. Naszym pierwszym zadaniem jest wyprowadzić chorego ze śpiączki, potem przeprowadzamy szczegółową diagnostykę gospodarki węglowodanowej w celu dobrania optymalnych dawek insuliny lub leku hipoglikemizującego.
Śpiączka hiperosmolarna
Jest to stan znacznie nasilonego odwodnienia hipertonicznego występującego u ludzi starczych z cukrzycą, bez dominującego zespołu wzmożonej ketonemii i ketonurii, jak w śpiączce ketonowej, z upośledzeniem ośrodka pragnienia.
U podstawy śpiączki hipermolarnej leży znaczny niedobór insuliny, trwający przez dłuższy czas, co prowadzi do bardzo dużej glikemii oraz do diurezy osmotycznej i odwodnienia hipertonicznego dotyczącego przestrzeni zarówno zewnątrz- jak i wewnątrzkomórkowej. Prowadzić do niej może, szczególnie u ludzi w podeszłym wieku, stosowanie niektórych leków np. furosemidu, kortykosteroidów.
Najbardziej charakterystycznym zjawiskiem w śpiączce hiperosmolarnej jest hiperglikemia, przekraczająca często 55 mmol/l (1000 mg/dl), przy czym ta wielkość nie jest proporcjonalna do niedoboru insuliny. Następstwem tak znacznej hiperglikemii jest zwiększona molalność osocza, przekraczająca 50 mmol/kgH2O.
Rozpoznanie
Zwykle pojawia się wzmożona ketonemia i ketonuria, choć ketogeneza ulega niewielkiemu nasileniu, natomiast obserwuje się dość często małe stężenie wolnych kwasów tłuszczowych. Zasób zasad i pH krwi są często prawidłowe. Molalność osocza wzrasta ponad 350 mmol/kgH2O. Występuje już wówczas zwykle mocznica przednerkowa i wstrząs oligowolemiczny. W surowicy krwi zwiększa się stężenie sodu, chlorków i mocznika przy prawidłowej kaliemii. Hematokryt wzrasta bardzo znamiennie. Dominujące objawy kliniczne spowodowane są odwodnieniem i głównie dotyczą ośrodkowego układu nerwowego.
Śpiączka mleczanowa
Kwas mlekowy wytwarzany jest w kocowej fazie glikolizy beztlenowej i zużytkowaniu głównie w procesie glukoneogenezy oraz spalany w cyklu kwasów trójkarboksylowych do CO2 i H2O.
Prawidłowe stężenie mleczanu we krwi żylnej u człowieka wynosi 1 mmol/l (9 mg/dl), a stężenie pirogronianu 0,1 mmol/l (0,88 mg/dl). Tak więc stosunek mleczanu do pirogronianu wynosi ok. 10. Kwasica mleczanowa est wynikiem zaburzenia tej równowagi. Ten rodzaj zaburzeń metabolicznych może występować u chorych na cukrzyce, będących w złym stanie ogólnym, z chorobami towarzyszącymi, powodującymi hipoksję tkanek, hipowolemię krwi tętniczej, jak: wstrząs, krwotok, niedrożność tętnicy, niewydolność oddechowa itd., a także w przypadkach współistnienia kwasicy ketonowej, niewydolności nerek, posocznicy, zapalenia wątroby i trzustki o ciężkim klinicznym przebiegu, niedokrwistości o różnej etiologii. Pojawiać się może podczas źle prowadzonego leczenia biguanidami. Wszystkie zaburzenia metaboliczne zmniejszające dostawę tlenu do komórek i odgrywają istotną rolę w kwasicy mleczanowej.
Rozpoznanie
Do kwasicy mleczanowej dochodzi, gdy stężenie mleczanu we krwi przekracza 2 mmol/l, a objawy śpiączki, gdy przekracza 7 mmol/l.
Śpiączka mleczanowa rozpoczyna się gwałtownie. Pojawię się głęboki oddech Kussmaula, utrata świadomości. Szybko narasta stężenie mleczanu, a zmniejszają się zasoby wodorowęglanów.
Luka przekraczająca 20 mmol/l wskazuje na obecność kwasu organicznego, jako przyczyny śpiączki. Pojawia się hiperchloremia i hipokaliemia. Często występuję także hipotermia i hipotonia.
Laktacydemia może dochodzić do 30 mmol/l, a stosunek mleczanu do pirogronianu może wzrosnąć trzykrotnie. Odróżnienie kwasicy ketonowej od mleczanowej może być nieraz trudne, szczególnie gdy nie mamy możliwości określenia stężenia mleczanu i pirogronianu w surowicy.
Zaburzenia gospodarki wodno-elektrolitowej i kwasowo-zasadowej w przebiegu niewydolności nerek i wątroby opisano wyżej.
Bibliografia:
Tomasz Borkowski i wsp. „Próby czynnościowe w diagnostyce laboratoryjnej”. PZWL 1986
Jan Sznajd „Biochemia kliniczna w praktyce lekarskiej”, PZWL 1983
Stefan Angielski i wsp. „Zarys biochemii klinicznej i analityki”, PZWL 1982
Sławomir Pawelski i Stanisław Maj „Normy i kliniczna interpretacja badań diagnostycznych w medycynie wewnętrznej”, PZWL 1981
Ryszard Brzozowski i wsp. „Choroby wątroby i dróg żółciowych”, PZWL 1991
Maria Krzemińska-Pakuła i wsp. „Ostre stany zagrożenia życia w medycynie wewnętrznej”, PZLW 1992
Witold Orłowski i wsp. „Nauka o chorobach wewnętrznych” tom IV, PZWL 1989
Franciszek Kokot i wsp. „Diagnostyka różnicowa w chorobach wewnętrznych”, PZWL 1990
Sławomir Pawelski i wsp. „Diagnostyka laboratoryjna w hematologi”, PZWL 1990
D.E.F. Tweedle „Postępowanie w zaburzeniach metabolicznych”, PZWL 1987
Lech Torliński - Wykłady z diagnostyki laboratoryjnej
Skrypt z diagnostyki laboratoryjnej dla studentów Akademii Medycznej