Tavoitteita Happoemästasapaino Antti Pertovaara Fysiologia/Biolääketieteen laitos, HY Esitys perustuu kirjaan: Benjamin Abelow: Understanding AcidBase William & Wilkins (ISBN 0683182722) Ymmärtää happoemästasapainon säätelyn perusteet Ymmärtää, miten arterielli ph, bikarbonaatti ja pco 2 kuvastavat happoemästasapainon säätelytilanteita Kyetä diagnostisoimaan tavalliset happoemästasapainon häiriöt arteriaveren ph:n, bikarbonaatin ja pco 2 :n perusteella Ihan lopuksi vielä kertaus ventilaatioperfuusiosuhteen häiriöstä ph ph = log [H + ] [H + ] ph 10 6 6 10 7 7 10 8 8 Logaritminen muutos! Kysymykset 1. Mikä on elimistön normaali ph? 2. Miksi ph:n on pysyttävä vakiona elimistössä? 3. Mitkä elimet ja elimistön säätöjärjestelmät osallistuvat happoemästasapainon säätelyyn? 4. Kuinka nopeasti eri säätöjärjestelmät pystyvät kompensoimaan happoemästasapainon häiriöitä? 5. Mitä puskureita elimistössä esiintyy ja mikä niistä on tärkein? Perustele. 6. Onko virtsa normaalisti hapan vai emäksinen? Miksi? 7. Miten elimistön happoemästasapaino muuttuu rasituksen aikana ja miten tilanne korjataan? Mitä suuruusluokka ovat muutokset? 8. Miksi kutsutaan tilaa, jossa elimistön ph on a)pienempi b) suurempi kuin normaaliarvo? 9. Mihin tyyppeihin happoemästasapainon häiriöt jaetaan? 10. Appelsiinituoremehun vaikutus veren pharvoon? Kysymykset 1 ja 2 1. Mikä on elimistön normaali ph? Kysymykset 3 ja 4 3. Mitkä elimet ja elimistön säätöjärjestelmät osallistuvat happoemästasapainon säätelyyn? 2. Miksi ph:n on pysyttävä vakiona elimistössä? 4. Kuinka nopeasti eri säätöjärjestelmät pystyvät kompensoimaan happoemästasapainon häiriöitä? 1
Kysymys 5 5. Mitä puskureita elimistössä esiintyy ja mikä niistä on tärkein ph:n muutos vaikuttaa kaikkiin puskureihin Puskurit Yhden puskurin muutos vaikuttaa pharvoon ja sitä kautta myös muihin puskureihin Puskurikapasiteetti on suurin lähellä puskurin happovakiota Miksi puskuri tehokkain pkarvoaan vastaavassa ph:ssa? (pk = ph, jossa yhtä paljon puskurin A ja HAkomponenttia) Kysymys 6 6. Onko virtsa normaalisti hapan vai emäksinen? Miksi? ph:n alentamiseen yhdellä yksiköllä tarvitaan 409 mmol [H + ], jos lähtötilanteessa ph = pk. Happoemästasapaino H + tuotto H + eritys Haihtuva CO 2 13 000 Keuhkot 13 000 Maksa, 1 500 Laktaatti 1 500 munuaiset Haihtumaton SO 4 45 Titrattava happo 30 PO 4 13 (HPO 4 > H 2 PO 4 ) Muut 12 NH + 4 40 Nyrkkisääntö 1 Keuhkojen ja munuaisten nettovaikutus: H + Kun keuhkojen tai munuaisten toiminta heikkenee: ph (ellei muutosta kompensoida) 2
HCO 3 :n reabsorptio 1 Proksimaalisessa tubuluksessa (90%) HCO 3 :n reabsorptio 2 Distaalisessa tubuluksessa (10%) H + :n eritys 1 (hapon eritys = bikarbonaatin regeneraatio) Titrattavan hapon avulla proksimaalisessa tubuluksessa H + :n eritys 2 Titrattavan hapon avulla distaalisessa tubuluksessa H + :n eritys 3 Kysymys 7 NH 4+ :n avulla proksimaalitubulus 7. Miten elimistön happoemästasapaino muuttuu rasituksen aikana ja miten tilanne korjataan? Mitä suuruusluokkaa ovat muutokset? 3
Keuhkot Keuhkojen ph:n säätelykyky perustuu hiilidioksidin määrän säätelyyn. CO 2 CO 2 + H 2 O <=> H 2 CO 3 <=> HCO 3 + H + + HendersonHasselbachin yhtälö: [HCO 3 ] [HCO 3 ] ph = pk + lg [H 2 CO 3 ] = pk + lg pco 2 pk = 6.1 = 0,03 ph riippuu siis hiilidioksidin osapaineesta ja HCO 3 :n määrästä, joita molempia voidaan säädellä. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 + H + Miksi ylläolevasta yhtälöstä tekee helposti väärän johtopäätöksen akuutista bikarbonaattimuutoksesta? Tilanne: CO 2 40 mmhg => 80 mmhg H + 40 nm => nm ph 7.4 => HCO 3 Lähtötilanne: 24 mm, Lisäys _ 24 000 000 nm => nm Normaaliarvo: 2226 mm [HCO 3 ] [HCO 3 ] ph = pk + lg [H 2 CO 3 ] = pk + lg pco 2 Munuainen Keuhkot Hiilihappokaava johtaa medisiinarin helposti harhaan. Respiratorinen häiriö kompensoidaan metabolisesti munuaisen kautta, ja kompensaatio kehittyy vasta usean tunnin/vuorokausien viipeellä. Kysymykset 8 ja 9 8. Miksi kutsutaan tilaa, jossa ph on a) pienempi b) suurempi kuin normaaliarvo? Mihin tyyppeihin happoemästasapainon häiriöt jaetaan? Primaarihäiriö: CO2 Akuutti kompensatorinen bikarbonaattimuutos: Tuntien3 vrk:n viipeellä bikarbonaattimuutos: Kysymys 10 Hedelmätuoremehujen (esim. appeliinituoremehun) ph on matala (esim. ph 4). Voiko veren ja virtsan ph muuttua, jos juo appelsiinituoremehua? Mihin suuntaan ph muuttuu, jos se muuttuu? Metabolinen asidoosi ripuli maitohappoasidoosi verenkiertovajaus ketoasidoosi nälkiintyminen diabetes alkoholi myrkytykset munuaisten toiminnanvajaus Metabolinen alkaloosi oksentelu alkaalisten aineiden liikaanto diureettihoito kuivuminen Respiratorinen asidoosi hengityslama (hypoventil.) drugs, neurologinen tauti, äärimmäinen väsymys COPD akuutti astma (vaaran, hypoventilaation merkki) Respiratorinen alkaloosi hypoksemia (exclude first) psyykkiset syyt hengitystä stimuloivat aineet sairauksien aiheuttama hengityksen stimulaatio 4
Astrup Näyte valtimoverta, erityistapauksissa myös kapillaariveri a. femoralis, a. brachialis, a. radialis Mitataan: po 2 (po 2 ei varsinaisesti Astrupanalyysia, mutta tulkinnalle tärkeä) pco 2 ph Nomogrammi Lasketaan: HCO 3 / BE HendersonHasselbachin yhtälön avulla. [HCO 3 ] ph = pk + lg pco 2 => lg [HCO 3 ] = ph pk + lg( pco 2 ) Interaktiivinen nomogrammi: www.acidbase.com Verikaasuanalyysin / Astrupin normaaliarvot po2 11,3 13,0 kpa 75 100 mmhg pco2 4,7 6,0 kpa 35 45 mmhg ph 7,35 7,45 HCO 3 2226 mmol/l BE 2,3 + 2,3 mmol/l Flow chart for acidbase diagnosis ph < 7.35 > 7.45 Acidosis Alkalosis HCO 3 pco2 HCO 3 pco 2 edistyneemmillä laitteilla lisäksi K +, Na +, Ca ++, Cl, glukoosi, laktaatti Metabolic acidosis Respiratory acidosis Metabolic alkalosis Respiratory alkalosis Fysiologian tentteihin EI tarpeen opetella ulkoa normaaliarvoja. PRIMAARI TEKIJÄ HAPPOEMÄSTASAPAINON HÄIRIÖSSÄ: Komponentti, joka muuttunut samaan suuntaan kuin ph. Esim. jos ph asidoosin suuntaan ja respiratorinen komponentti asidoosin suuntaan (hyperkapnia), niin kyseessä primaaristi respiratorinen asidoosi. KOMPENSATORINEN (sekundaarinen) MUUTTUJA: Komponentti, joka muuttunut päinvastaiseen suuntaan kuin ph: Esim. jos ph alkaloosin suuntaan ja metabolinen komponentti asidoosin suuntaan (matala HCO 3 ), niin metabolisen komponentin muutos on kompensatorinen/sekundaarinen. ph: laskenut eli asidoosin suuntaan pco 2 : normaali bikarbonaatti: laskenut eli asidoosin suuntaan diagnoosi: (kompensoimaton) metabolinen asidoosi 5
Häiriö voi olla kompensoimaton tai kompensoitu ( happoemästasapainon ylikompensaatiota ei esiinny) Täysin kompensoidussa tilanteessa voi olla vaikea arvioida pelkästään happoemästasapainoarvojen perusteella, mikä on ollut primaarinen häiriö ja mikä kompensatorinen mekanismi ph: pco2: bikarbonaatti: diagnoosi: Näissä tilanteissa lisätietoja antavat mm. potilaan anamneesi ja sairauden kuva elektrolyytit po 2 Esimerkki Jos sekä bikarbonaatti (metabolinen komponentti) että pco 2 (respiratorinen komponentti) muuttuneet samaan suuntaan, niin kyseessä a mixed disturbance Esim: alkaloottisella potilaalla pco 2 matala ja bikarbonaatti korkea => Respiratorinen JA Metabolinen alkaloosi Potilaalla ollut anafylaktinen shokki. Sairaalassa Astruparvot: ph = 7,25 7,35 7,45 pco 2 = 48 mmhg (6,3 kpa) 35 45 (4,76,0) HCO 3 = 18 mmol/l 22 26 BE = 7,5 mmol/l 2,3 +2,3 ph on laskenut, joten potilaalla on pco 2 on noussut ja BE laskenut, joten potilaalla on. Älä tee hoitovirhettä Tapaus 1 1. Ensin diagnoosi (Mikä syy aiheuttaa happoemästasapainon häiriön? Happoemästasapainon häiriö on seuraus, ei syy!) 2. Hoito kohdistuu ensisijaisesti häiriön aiheuttajaan. Esim. diabeettisen ketoasidoosin primaarihoito on insuliini, nesteytys & K + tasapainon hoito, ei HCO 3 :n anto (mikä voi olla vaarallista!). Akuutin astmakohtauksen hypoventilaatioon ja respiratoriseen asidoosin johtaneen tilan primaarihoito on ventilaation palauttaminen (bronkokonstriktion avaus lääkkeillä ja tarvittaessa mekaaninen ventilaatio) 3. Bikarbonaattihoito on toki tarpeen eräissä tilanteissa. Yleensä bikarbonaattia EI anneta, mikäli ph > 7.2 ja HCO 3 > 10 mmol/l. Ellet omaa asiantuntemusta primaarisyyn patofysiologiasta, ÄLÄ ryhdy bikarbonaattihoitoon. 4. Poikkeus: Elvytys (sydän ja hengityspysähdys) => ilman Astrupanalyysiakin voi antaa bikarbonaattia. ph = 7,30 PCO 2 = 20 mmhg (2,7 kpa) HCO 3 = 13 mmol/l BE = 15 mmol/l 7,35 7,45 35 45 (4,76,0) 22 26 2,3 +2,3 6
ph = 7,1 pco 2 = 80 mmhg (10,6 kpa) HCO 3 = 17 mmol/l BE = 9 mmol/l Tapaus 2 7,35 7,45 35 45 (4,76,0) 22 26 2,3 +2,3 Tapaus 3 Aiemmin terve potilas saapuu aamuyöllä ensiapuun, koska heräsi tunteeseen, että happi loppuu ja vaikea hengittää. Toteatte uloshengityksen vaikeutuneen ja uloshengityksen aikana voimakas vinkuna keuhkoista. Astrupanalyysi: ph: koholla pco 2 : matala bikarbonaatti: normaalialueella Diagnoosi: Tapaus 4 Ensiapuun tulee aamulla toinen nuori, aiemmin terve potilas, joka myös herännyt hengitysvaikeuteen ja hapen puutteeseen. Hänellä myöskin selvä uloshengitysvaikeus ja uloshengitykseen liittyvät voimakkaat vinkunat kehkoputkissa. Astrupanalyysin tulos on: ph: matala 7.22 pco 2 : korkea 63 mmhg bikarbonaatti: normaalialueella 25 mmol/l Diagnoosi: Tapaus 5 Ensiavussa eläkeikäinen mies, joka ollut ketjupolttaja yli 30 vuotta. Krooninen yskä. Levossa pärjäilee jotenkuten, mutta kevyessäkään rasituksessa ei happi tunnu riittävän. Tilanne ollut viimeaikoina suhteellisen stabiili. Astrupissa löytyy seuraavaa: ph: normaalialueella 7.35 pco2: korkea 63 mmhg bikarbonaatti: koholla 34 mmol/l Diagnoosi: Pidä kliinisessä tilanteessa mielessä: Tapaus 6 Potilaan historia (anamneesi) antaa arvokasta tietoa mahdollisesta häiriöstä oksenteleva potilas => metabolinen alkaloosi ripuloiva potilas => metabolinen asidoosi ph = 7,30 PCO 2 = 48 mmhg (6,3 kpa) BE = 3,5 mmol/l 7,35 7,45 35 45 (4,76,0) 2,3 +2,3 jne. Muut testit (po 2, elektrolyytit, munuaisen toimintatestit, Bglu ym.) antavat myös arvokasta tietoa. Happoemästasapainon kliinistä arviota ei pidä tehdä pelkästään verikaasuanalyysin perusteella, vaan otettava huomioon tilanteen kokonaiskuva 7
ph = 7,1 PCO 2 = 18 mmhg (2,4 kpa) HCO 3 = 6,5 mmol/l BE = 27 mmol/l Tapaus 7 7,35 7,45 35 45 (4,76,0) 22 26 2,3 +2,3 Tapaus 1: ph 7.2 pco2: 60 BE: 0 Tapaus 2: ph 7.35 pco2: 60 BE: 7 Tapaus 3: ph 7.15 pco2: 60 BE: 6 Tapaus 4: ph 7.30 pco2: 30 BE 10 (BE=base excess in meq/l, pco2 in mmhg) Yritä ratkaista ensin itse. Mene sen jälkeen nettiin sivulle www.acidbase.com ja siellä tarkista tulos ensin käyttäen interaktiivista AcidBase Diagram mia. Lopuksi saat sanallisen lisävarmistuksen kohdasta: AcidBase Interpretation ja siinä kohdasta Examples. Tietoisku Miten ventilaatioperfuusiosuhteen häiriö vaikuttaa arteriaveren O 2 ja CO 2 osapaineisiin, ja miksi? Ventilaatioperfuusiosuhteen häiriössä (esim. keuhkoembolia tai akuutti astmakohtaus) aivan aluksi suunta: po 2 pco 2 Ventilaatioperfuusiosuhteen häiriössä tyyppilöydös: Edellämainittu käynnistää välittömästi kompensaation: Ventilaatio verenkierto Kompensaation vuoksi ventilaatioperfuusiosuhteen häiriö näkyy arteriaverinäytteessä : po 2 pco 2 Miksi? po 2 (tai jos kompensaatio riittävä) pco 2 8
Hypoxemia + HYPOcapnia: Syy 1 Toimivan alueen verenkierron kiihtyessä diffuusiorajoite: O 2 > CO 2 Hypoxemia + HYPOcapnia: Syy 2 Toimivan alueen kapasiteetti lisätä hengityskaasujen kuljetusta: O 2 <<< CO 2 O 2 CO 2 O 2 kompensaatio jää usein vajaaksi: Hypoksemia CO 2 poiskuljetuksessa ylikompensaatio: HYPOcapnia Akuutti ventilaatioperfuusiosuhteen häiriö (esim. astmakohtaus, keuhkoembolia): Tyyppilöydös: po 2 pco 2 Jos kuitenkin (tai tilanne etenee): po 2 pco 2 Diagnoosi: HYPOVENTILAATIO 1. Varmista: hengitystiet ovat auki 2. Valmistaudu: ventiloimaan (mekaanisesti) 9