Bilanční pojetí acidobazické rovnováhy Jiří Kofránek 1. LF UK Medsoft 2016

Acidobazická rovnováha Klasická dánská škola Paul Astrup Siggaard-Andersen ? Peter Stewart Vladimír Fencl „Moderní přístup“ dle Stewarta and Fencla

Acidobazická rovnováha Cklasická dánská škola Problém: Jak měřid parametry ABR v klinice

Vyšetřování parametrů ABR pH, pCO2, [HCO3-] CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

Vyšetřování parametrů ABR pH, pCO2, [HCO3-] CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

Vyšetřování parametrů ABR pH, pCO2, [HCO3-] Alkaline reserve CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

Vyšetřování parametrů ABR pH, pCO2, [HCO3-] Alkaline reserve CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf- Van Slyke 1921-22

Vyšetřování parametrů ABR pH, pCO2, [HCO3-] CO2 Vakuová extrakce . Alkalická rezerva CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf- Van Slyke 1921-22

Vyšetřování parametrů ABR pH, pCO2, [HCO3-] CO2 Vakuová extrakce . Alkalická rezerva CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf- Van Slyke 1921-22

Vyšetřování parametrů ABR pH, pCO2, [HCO3-] CO2 Vakuová extrakce . Alkalická rezerva CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf- Van Slyke 1921-22

Vyšetřování parametrů ABR pH, pCO2, [HCO3-] změny tlaku CO2 výpočetn . Vakuová extrakce Alkalická rezerva HCO3- CO2 H2CO3 H2O H+ Buf- HBuf Van Slyke 1921-22

Vyšetřování parametrů ABR pH, pCO2, [HCO3-] změny tlaku CO2 výpočetn . Vakuová extrakce Alkalická rezerva HCO3- CO2 H2CO3 H2O H+ Buf- HBuf Van Slyke 1921-22

Vyšetřování parametrů ABR pH, pCO2, [HCO3-] P. Astrup 1956 CO2 HCO3- H2CO3 H2O H+ HBuf Buf-

Ekvilibrační metadoa měření pCO2 dle Astrupa log PCO 2 Titrační křivka (přímka v log. souřadnicích) Nastavované pCO2 směs O2/CO2 pH Měřené pH

Ekvilibrační metadoa měření pCO2 dle Astrupa log PCO 2 pH po ekvilibraci s vysokým pCO 2 Vysioká hodnota pCO ve směsi O /CO Titrační křivka (přímka) pCO2 v měřeném vzorku pH po ekvilibraci s nízkým pCO 2 Nízká hodnota pCO ve směsi O /CO pH pH v krvi před ekvilibrací

Závisí na koncentraci hemoglobinu Buffer Base (BB) BB = [HCO3- ]+ [Buf - ] CO2 - HCO3 Závisí na koncentraci hemoglobinu H2CO3 H2O H+ Norma Buffer Base (NBB): NBB=41.7+0.42*cHB [g/100ml] HBuf Buf - Nadbytek bazí Base Excess: BE=BB-NBB

Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve CO2 - HCO3 H2CO3 Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve H2O H+ HBuf Buf -

Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve CO2 - HCO3 H2CO3 Přidání + 1 mmol H+ k 1 litru krve H2O H+ HBuf Snížení koncentrace [HCO3-] + [Buf-] o 1 mmol/l Buf - BE=-1mmol/l

Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve CO2 - HCO3 Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve H2CO3 H2O H+ HBuf Buf -

Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve CO2 - HCO3 Přidání + 1 mmol OH- k 1 litru krve H2CO3 H2O H+ HBuf Zvýšená koncentrace [HCO3-] + [Buf-] o 1 mmol/l Buf - BE= 1mmol/l

Siggaard-Andersen BB=[HCO3-] +[Buf-] = konst Jak změřit ВВ a ВЕ? CO2 H2O H+ HBuf Siggaard-Andersen Buf- BB=[HCO3-] +[Buf-] = konst

log pCO2 Plazma a krev s různými koncentracemi hemoglobinu křivka BE BE=0 40 torr BE=-5 BE=5 BE=-10 7.4 pH

BE=0 mEq/l BE=-15 mEq/l

NBB=41,7 + 0,42 * cHB BB=BE+NBB Hodnota BB Hodnota pCO2 Hodnota BE Hodnota standardních bikarbonátů Měřené pH

1962 – pCO2 elektroda pro přímé měření pCO2 pH, pCO2, pO2 electrody

BE=-6 mmol/l pH=7.29 pCO2=44 mm Hg [HCO3]=20 mmol/l cHb=16 g/100 ml

Acidobazické poruchy: CO2 - HCO3 TA + NH4+ H2CO3 H2O H+ Respirační (CO2) bilance HBuf Metabolická (H+ ) bilance Buf - - metabolická acidóza/alkalóza - respirační acidóza/alkalóza

PCO2 torr Base Excess mmol/l -25 -20 -15 -10 -5 5 10 15 20 25 30 40 50 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 PCO2 torr Base Excess mmol/l pH=7,1 pH=7,2 pH=7,3 pH=7,37 pH=7,43 pH=7,5 pH=7,6 Acute metabolic acidosis Akute metabolic alkalosis respiratory acidosi Acute Acute respiratory acidosis Sustained metabolic alkalosis Sustained metabolic acidosis Sustained respiratory alkalosis Sustained respiratory acidosis

Siggaard-Andersen (1960-1962) Definice (pro krev in vitro) - Pufrační báze: [BB]=[HCO3-]+[Buf-] nezávisí na pCO2 Normální pufrovací báze: [NBB] [BB] při pH=7.4 při pCO=40 torr a daném Hb (a normálních plazm. bílkovinách) Base Excess: [BE]=[BB]-[NBB] Definice pouze pro standardní podmínky nezahrnuje hypo/hyperalbuminémii diluci a dehydrataci původně definováno pro teplotu 38°C

Siggaard-Andersen (1974-1995) Definice (pro krev in vitro) - Pufrační báze: [BB]=[HCO3-]+[Buf-] nezávisí na pCO2 Normální pufrovací báze: [NBB] [BB] při pH=7.4 při pCO=40 torr a daném Hb a dané koncentraci albuminů, globulinů a fosfátů. Base Excess: [BE]=[BB]-[NBB] Definice i z ohledem na koncentraci albuminů, globulinů a fosfátů Přepočet i pro teplotu 37°C (MEDSOFT 2009) 30

Problémy přístupu Dánské školy Problémy: u akutních nemocných s poruchou nebikarbonátových pufrů…hemodiluce, hemokoncentrace, jiná koncentrace plazmatických bílkovin (pokud použit původní SA nomogram).

Stewartova teorie (1983) Ca+ Mg+ K+ [H+] [OH-] = K'w HCO3- Buf- XA- Cl- Na+ K+ SID [H+] [OH-] = K'w [Buf-]+[HBuf] = [BufTOT] [Buf-] [H+] = KBuf [HBuf] [H+] [HCO3-] = M × pCO2 [H+] [CO32-] = N × [HCO3-] SID+ [H+]– [HCO3-] – [Buf-]– [CO32-]– [OH-] = 0 Peter Stewart

Stewartova teorie – řešení rovnice [H+]4 + (SID + KBUF) [H+]3 + +(KBUF (SID - [BufTOT])- K'w-M×pCO2)[H+]2 - (KBUF(K'w2 + M × pCO2)-N×M×pCO2)[H+] - K'w×N×M×pCO2 = 0 pH = f (pCO2, SID, BufTOT)

Matematické čarodějnictví Stewardových následovníků Vladimír Fencl závislost proměnných v rovnici je ztotožněna s kauzalitou pH = f (pCO2, SID, BufTOT)

Regulace ABR dle Stewarta a Fencla

Primární poruchy acidobazické rovnováhy   Acidóza Alkalóza I. Respirační vzestup pCO2 pokles pCO2 II Nerespirační (metabolická) 1. Abnormální SID a) převodnění pokles SID, pokles [Na+] b) ztráta vody vzestup SID, vzestup [Na+] c) hyperchlorémie pokles SID, vzestup [Cl-] d) hypochlorémie vzestup SID, pokles [Cl-] f) vzestup [XA-] pokles SID, vzestup [XA-] 2. Změny [Atot] a) hyperalbuminémie vzestup [Atot], vzestup [Alb] b) hypoalbuminémie pokles [Atot], pokles [Alb] c) hyperfosfatémie vzestup [Atot], vzestup [Pi] d) hypofosfatémie pokles [Atot], pokles [Pi]

„Moderní přístup“ Stewarta PLÍCE Ventilace Perfúze KREV Nezávislé proměnné PCO2 SID [BufTOT] Závislé proměnné [HCO3-] [Buf-] [CO32-] [OH-] [H+] (pH) CO2 TKÁNĚ Perfúze Metabolismus Transport CO2 SILNÉ IONTY LEDVINY Filtrace Resorpce Sekrece JÁTRA Syntéza Degradace GIT Absorbce Sekrece PROTEINY SILNÉ IONTY SILNÉ IONTY 38

„Moderní přístup“ Stewarta PLÍCE Ventilace Perfúze KREV Nezávislé proměnné PCO2 SID [BufTOT] Závislé proměnné [HCO3-] [Buf-] [CO32-] [OH-] [H+] (pH) CO2 Na přesnosti výpočtu vylučování Na+, Cl- a dalších plně disociovaných iontů závisí SID a tím i pH TKÁNĚ Perfúze Metabolismus Transport CO2 SILNÉ IONTY LEDVINY Filtrace Resorpce Sekrece JÁTRA Syntéza Degradace GIT Absorbce Sekrece PROTEINY SILNÉ IONTY SILNÉ IONTY 39

Bilanční teorie

Bilanční teorie Nezávislé proměnné Závislé proměnné [HCO3-] PLÍCE Ventilace Perfúze KREV v rovnováze s IST Nezávislé proměnné Respirační bilance (CO2) PCO2 Metabolická bilance (H+/HCO3-) BE, (ctH+), dSID Pufry albuminy, fosfáty, hemoglobin Závislé proměnné [HCO3-] [Buf-] [CO32-] [OH-] [H+] (pH) CO2 TKÁNĚ Perfúze Metabolismus Transport CO2 Tvorba silných kyselin LEDVINY Filtrace Resorpce Sekrece JÁTRA Syntéza Degradace GIT Absorbce Sekrece PROTEINY Vylučování TA, NH4+ (tvorba HCO3-) Ztráty H+/HCO3- při zvracení/průjmech

Acidobazická rovnováha Klasická dánská škola Paul Astrup Siggaard-Andersen ? Peter Stewart Stejný problém nazíraný z různých hledisek Vladimír Fencl „Moderní přístup“ dle Stewarta and Fencla

Ca+ Mg+ K+ XA- Cl- Stejný problém nazíraný z různých hledisek SID = BB HCO3- Buf- XA- Cl- Na+ K+ SID = BB Změny SID = změny v BB a BE Iontová bilance (Na+, K+, Cl-,…) H+ /HCO3- bilance silných kyselin

Bilanční teorie Nezávislé proměnné Závislé proměnné [HCO3-] PLÍCE Ventilace Perfúze KREV v rovnováze s IST Nezávislé proměnné Respirační bilance (CO2) PCO2 Metabolická bilance (H+/HCO3-) BE, (ctH+), dSID Pufry albuminy, fosfáty, hemoglobin Závislé proměnné [HCO3-] [Buf-] [CO32-] [OH-] [H+] (pH) CO2 TKÁNĚ Perfúze Metabolismus Transport CO2 Tvorba silných kyselin LEDVINY Filtrace Resorpce Sekrece JÁTRA Syntéza Degradace GIT Absorbce Sekrece PROTEINY Vylučování TA, NH4+ (tvorba HCO3-) Ztráty H+/HCO3- při zvracení/průjmech

Bilanční teorie plasma SID = plasma BB HCO3- BB Buf - Buf-

Patogeneze hypoproteinové alkalózy

Patogeneze hypoproteinové alkalózy

Patogeneze hypoproteinové alkalózy

Patogeneze hypoproteinové alkalózy Játra – produkce albuminu Alb - H+ Endotel, játra – odbourávání albuminu

Patogeneze hypoproteinové alkalózy Játra – produkce albuminu H2O + CO2 Alb - H+ HCO3- HCO3- -d[Alb-] = d[HCO3-] Endotel, játra – odbourávání albuminu Žádné změny v SID

Děkuji za pozornost