Газы артериальной крови: метаболический, респираторный ацидоз, алкалоз

• Существует четыре основных типа нарушений кислотно-основного равновесия:
  • Респираторный ацидоз
  • Метаболический ацидоз
  • Респираторный алкалоз
  • Метаболический алкалоз
• Как правило, они сопровождаются компенсаторными изменениями
• Эти изменения редко полностью компенсируют основное нарушение
• При хроническом нарушении величина компенсации является большей и рН, вероятно, будет сохраняться в диапазоне нормы

Контроль рН крови

В норме рН крови является несколько щелочным (7,35-7,45). Для того, чтобы нормально работать организм поддерживает рН крови на уровне примерно 7,4. Существует три механизма, с помощью которых организм поддерживает кислотно-щелочной баланс в пределах этого узкого диапазона:

• Внутриклеточные и внеклеточные буферные системы
• Почечная регуляция
• Регуляция с помощью легких.

Самые важные буферные системы рН включают гемоглобин, угольную кислоту (слабая кислота, которая образовывается при растворении CO₂) и бикарбонат (соответственно ее слабое основание). Бикарбонатный буфер является эффективным, поскольку концентрации его компонентов можно независимо регулировать. Его ключевыми компонентами являются CO₂ и HCO₃^—.

• Легкие регулируют парциальное давление CO₂ в крови (pCO₂) путем регуляции альвеолярной вентиляции
• Почки регулируют концентрацию HCO₃^— с помощью регуляции почечной экскреции угольной кислоты и реабсорбции бикарбоната

Уравнение Хендерсона-ХассельбахаАнализаторы газов крови непосредственно измеряют уровень pH и pCO₂. Уровень HCO₃^—рассчитывают с помощью уравнения Хендерсона-Хассельбаха. Это уравнение показывает, что величина рН определяется отношением концентрации HCO₃^— к pCO₂, а не только значением одного из компонентов.

Представленный ниже упрощенный вариант уравнения показывает связь между этими тремя величинами. Если вы запомните этот вариант, то он поможет вам понять компенсаторные изменения, которые описаны далее в модуле.

Определения

Ацидемия

Возникает когда рН крови ниже 7,35.

Алкалемия

Возникает когда рН крови выше 7,45.

Ацидоз

• Это процесс, который вызывает накопление кислот в крови
• Не обязательно приводит к аномальному уровню рН
• Из уравнения Хендерсона-Хассельбаха вы можете увидеть, что ацидоз может быть вызван снижением концентрации HCO₃^— или повышением pCO₂:

• Возникая изолированно он приводит к ацидемии
• При развитии одновременно с алкалозом полученный рН крови может быть нормальным, повышенным или сниженным

Алкалоз

• Это процесс, который вызывает накопление в крови щелочей
• Не обязательно приводит к аномальному уровню рН
• Из уравнения Хендерсона-Хассельбаха вы можете увидеть, что алкалоз может быть вызван повышением концентрации HCO₃^— или снижением pCO₂: 

• Возникая изолированно он приводит к алкалемии
• При развитии одновременно с ацидозом полученный рН крови может быть нормальным, повышенным или сниженным

Избыток оснований

Избыток оснований — это количество основания или кислоты, необходимое для титрования одного литра крови до уровня рН 7,4 при постоянном уровне pCO₂ 5,3 кПа. В контексте ацидоза отрицательная величина избытка оснований указывает на наличие метаболического компонента.

Для чего и как измерять ABG

Для чего измерять газовый состав артериальной крови?

Вам следует определять газовый состав крови для того чтобы:

• Определить кислотно-щелочной баланс
• Определить уровень оксигенации (артериальный pO₂ дает информацию об эффективности газообмена и является более точным, чем определение периферического насыщения кислородом)
• Диагностировать и установить тяжесть дыхательной недостаточности (уровень pCO₂ дает информацию относительно вентиляции легких)
• Определиться с лечением, например, кислород или неинвазивная вентиляция легких у пациентов с хроническими обструктивными заболеваниями легких (ХОЗЛ) или терапия пациентов с диабетическим кетоацидозом.

Четыре основных нарушения кислотно-основного состояния представлены:

• Респираторным ацидозом
• Метаболическим ацидозом
• Респираторным алкалозом
• Метаболическим алкалозом.

Интерпретация результатов ABG

Пошаговый подход к интерпретации результатов газового состава артериальной крови

Следующий подход представляет собой систематический способ, который поможет вам правильно интерпретировать результаты газового состава артериальной крови (таблица 1).

Таблица 1. Пять шагов для интерпретации результатов газового состава артериальной крови

В первую очередь, вам необходимо знать нормальные показатели (таблица 2). Обратите внимание, что эти показатели несколько отличаются в разных больницах, поэтому всегда используйте показатели нормы, принятые в вашей больнице.

Таблица 2: Нормальные показатели газового состава артериальной крови

Шаг 1: Ацидемия или алкалемия?

Посмотрите на рН. Если он:

• ниже 7,35, то у пациента ацидемия
• выше 7,45 — у пациента алкалемия.

Если рН в норме, тогда смотрите на уровень pCO₂ и концентрацию HCO₃^—. Если один или два показателя отклоняются от нормы, то у пациента может быть смешанное нарушение.

Шаг 2: Респираторный или метаболический?

Является ли первичное нарушение респираторным или метаболическим?

Смотрите на рН, pCO₂ и концентрацию HCO₃^—.

• Если рН ниже 7,35, то ацидоз вызывает ацидемию и:
  • если уровень pCO₂ повышен, то это первичный респираторный ацидоз
  • если концентрация HCO₃^— снижена, тогда это первичный метаболический ацидоз.
• Если рН выше 7,45, то алкалоз вызывает алкалемию и:
  • если уровень рCO₂ снижен, то это первичный респираторный алкалоз
  • Если концентрация HCO₃^— повышена, то это первичный метаболический алкалоз.

Шаг 3: Причины ацидоза

В случае метаболического ацидоза, наблюдается ли увеличенный анионный интервал?

Определение типа ацидоза поможет вам ограничить возможные основные причины.

Что такое анионный интервал?

В организме количество катионов и анионов одинаковое. С помощью анализов крови измеряют большинство катионов и лишь несколько анионов. Следовательно, при добавлении всех измеряемых анионов и катионов остается интервал, который отображает неизмеряемые анионы, такие как белок плазмы, альбумин.

Поскольку Na⁺ является основным измеряемым катионом, а Cl^— и HCO₃^— — основными измеряемыми анионами, анионный интервал вычисляют с помощью следующей формулы:

Na⁺ — (HCO₃^— +Cl^—)

В норме анионный интервал составляет 8-16 ммоль/л.

В некоторых больницах лаборатории при вычислении анионного интервала включают K +. В случае включения K⁺ нормальный диапазон составляет 12-20 ммоль/л.

Основные причины ацидоза с высоким анионным интервалом (больше 16 ммоль/л) приведены в таблицe 3.

Таблица 3. Основные причины ацидоза с высоким анионным интервалом (больше 16 ммоль/л)

Как откорректировать анионный интервал у пациентов с низкой концентрацией альбумина?

Из 8-16 ммоль/л анионного интервала,как правило, 11 ммоль/л обусловлены альбумином. Снижение концентрации альбумина может снизить исходный анионный интервал. У пациента с низкой концентрацией альбумина может наблюдаться нормальный анионный интервал при наличии патологии, которая обычно сопровождается повышением анионного интервала.

Анионный интервал снижается примерно на 2,5 ммоль/л при снижении уровня альбумина на каждые 10 г/л.

Шаг 4: Имеется ли компенсация?

Компенсация означает реакцию организма, направленную на восстановление нормального кислотно-щелочного равновесия. Стандартные меры компенсации это:

• Буферы, которые включают гемоглобин, белки плазмы, бикарбонат и фосфат. Эта реакция возникает в течении нескольких минут.
• Дыхательная реакция, которая развивается в течении от нескольких минут до нескольких часов
• Почечная реакция, которая может развиваться в течении нескольких дней.

Почему распознавание компенсации является важным?

Распознавание компенсации поможет вам разделить первичное нарушение и нарушения газового состава крови, которые возникают только из-за первичного расстройства. Например, пациент с гипервентиляцией, который снижает уровень pCO₂ исключительно в качестве компенсации метаболического ацидоза, вероятно имеет частично компенсированный метаболический ацидоз, а не первичный респираторный алкалоз.

Хотя у пациентов с отдельными слабо выраженными нарушениями и с полной компенсацией pH может находиться в нормальном диапазоне (7.35-7.45), нормальное значение pH и отклонение от нормы HCO₃^— и pCO₂ должны навести вас на мысль о смешанном нарушении кислотно-основного равновесия.

Вам может быть сложно решить вызвана ли патология кислотно-основного состояния смешанным нарушением или же только компенсацией. Целесообразно быть в курсе возможной степени компенсации первичного расстройства. Если изменение одного параметра выходит за рамки ожидаемых изменений, то, вероятно, имеется смешанное нарушение (смотрите таблицу 5). Компенсаторные реакции при метаболических нарушениях не являются настолько прогнозируемыми как при респираторных нарушениях.

Таблица 5. Резюме: компенсаторные реакции

Компенсация всегда происходит в том же направлении, что и первичное химическое изменение.Это происходит потому, что в основе компенсаторных реакций лежит поддержание соотношения концентрации HCO₃^— к pCO₂. Помните про соотношение Хендерсона-Хассельбаха: pH ~ HCO₃^—/pCO₂.

При хроническом нарушении величина компенсации является большей, с дальнейшим более эффективным поддержанием рН. Зная о возможных изменениях метаболической компенсации первичных респираторных нарушений вам будет легче диагностировать смешанные нарушения кислотно-основного равновесия.

Метаболическая компенсация

Метаболическая компенсация занимает несколько дней. Она возникает в два этапа:

• Клеточная буферизация, которая возникает в течении нескольких минут или часов. Это лишь немного повышает уровень бикарбоната в плазме (HCO₃^—)
• Почечная компенсация, которая возникает в течении от трех до пяти дней.

В результате при острых и хронических нарушениях наблюдаются разные типы ответов.

• При респираторном ацидозе почечная экскреция угольной кислоты и реабсорбция бикарбоната увеличиваются
• Респираторный алкалоз почки компенсируют путем снижения реабсорбции бикарбоната и экскреции аммония

Респираторная компенсация

Респираторная компенсации длится часами. Максимальная респираторная компенсация при метаболическом нарушении длится от 12 до 24 часов. Эта реакция начинается в течении первого часа и заканчивается в период от 12 до 24 часов.

• При метаболическом ацидозе стимуляция центральных и периферических хеморецепторов, которые контролируют дыхание приводит к увеличению альвеолярной вентиляции. Это, в свою очередь, вызывает компенсаторный респираторный алкалоз
• При метаболическом алкалозе тяжело обеспечить гиповентиляцию с целью компенсации. При гиповентиляции также нарушается и оксигенация. Поэтому, дыхательная система редко поддерживает pCO₂ выше 7,5 кПа. Большая величина свидетельствует о смешанном нарушении: это скорее метаболический алкалоз с дыхательным ацидозом, а не компенсированный метаболический алкалоз

Смешанные нарушения кислотно-щелочного равновесия

Смешанные нарушения кислотно-щелочного равновесия возникают при наличии более чем одного первичного нарушения кислотно-основного равновесия одновременно. Они часто возникают у пациентов в больнице. Имея хорошие знания о компенсаторных механизмах и степени компенсации вы сможете определить эти нарушения.Обратите внимание. что невозможно иметь одновременно респираторный алкалоз и респираторный ацидоз.

Вам следует подозревать смешанное нарушение кислотно-щелочного равновесия когда:

• Компенсаторная реакция развивается, но уровень компенсации является недостаточным или слишком выраженным
• pCO₂ и концентрация HCO₃^— отклоняются от нормы в противоположных направлениях (одно повышается, в то время как второе снижается). При простых нарушениях кислотно-основного равновесия направление компенсаторного ответа всегда совпадает с первичным химическим патологическим изменением
• pH в норме, но pCO₂ или концентрация HCO₃^— отклоняются от нормы. При простых нарушениях кислотно-основного равновесия компенсаторная реакция редко возвращает рН до нормального уровня.В таком случае следует подозревать смешанное нарушение

Как общее правило:

• Когда pCO₂ повышено и концентрация HCO₃^— снижена, то респираторный ацидоз и метаболический алкалоз имеются одновременно.
• Если pCO₂ снижено, а концентрация HCO₃^— повышена, то одновременно имеются респираторный и метаболический алкалоз.

Шаг 5: А-а градиент

Что такое альвеолярно-артериальный градиент?

А-а градиент является разницей между рассчитанным альвеолярным pO₂ и измеренным артериальным pO₂. Артериальное pO₂ является функцией газообмена и фракционной вдыхаемой концентрации O₂ в воздухе (FiO₂). Следовательно, нормальный диапазон варьирует.

Вычисление A-a позволяет определить, нормальное ли для пациента измеренное значение артериального кислорода:

• Высота
• Процент вдыхаемого кислорода
• Частота дыхания.

Это обеспечивает оценку газообмена у постели больного.

Это позволяет вам рассчитать эффективность попадания кислорода из альвеол в артериальный кровоток. Альвеолярное pO₂ всегда выше чем артериальное pO₂. У здоровых людей градиент составляет 2-4 кПа. Повышенный градиент указывает на нарушение газообмена, так как значения выше 4 кПа являются патологическими.

Получение A-a градиента

При дыхании воздухом на уровне моря парциальное давление вдыхаемого кислорода составляет 21 кПа. Оно снижается до 20 кПа при насыщении водяным паром из верхних дыхательных путей (PiO₂). В альвеолах O₂ поглощается и замещается CO₂, что дополнительно снижает альвеолярное pO₂ до ~13-14 кПа.

Соотношение pCO₂, которые вырабатывается к потребляемому pO₂ определяется дыхательным коэффициентом.Его величина составляет 0,8. Следовательно, альвеолярное pO₂ рассчитывают путем вычитания pCO₂ в альвеолах от PiO₂. Величина pCO₂ несколько увеличивается за счет дыхательного коэффициента.

Альвеолярное pO₂ = pO₂ при вдохе — альвеолярное pCO₂ / 0.8 = pO₂ при вдохе — альвеолярное pCO₂ x 1.2

Так как альвеолярное pCO₂ примерно равняется артериальному pCO₂, то:

Альвеолярное pO₂ = pO₂ при вдохе — артериальное pCO₂ x 1.2.

Поскольку A-a градиент является разницей между рассчитанным альвеолярным pO₂ и измеренным артериальным pO₂, вы можете рассчитать градиент в кПа, путем вычитания артериального pO₂ от рассчитанного альвеолярного pO₂:

• Альвеолярное pO₂ = PiO₂ — артериальное pCO₂ x 1.2
• A-a градиент = альвеолярное pO₂ — артериальное pO₂
• PiO₂ = эффективное pO₂ при вдохе.

Распространенные нарушения кислотно-основного равновесия

Респираторный ацидоз

Является клиническим нарушением, вызванным альвеолярной гиповентиляцией (то есть, дыхательной недостаточностью). Неэффективная вентиляция быстро приводит к повышению артериального pCO₂. Основные причины представлены в таблице 6.

Таблица 6. Основные причины респираторного ацидоза

Респираторный алкалоз

Является клиническим нарушением, которое вызвано альвеолярной гипервентиляцией. Респираторный алкалоз может быть острым или хроническим. Основные причины представлены в Таблице 7.

Таблица 7. Основные причины респираторного алкалоза

Метаболический ацидоз

Является клиническим нарушением, которое характеризуется относительным повышением общего содержания кислоты в организме. Вам следует рассматривать состояния, которые могут быть признаком основного заболевания, которое влияет на организм. Определение этого основного заболевания является главным для начала соответствующей терапии

Существует два типа метаболического ацидоза:

• С высоким анионным интервалом
• С нормальным анионным интервалом.

Метаболический алкалоз

Является относительно распространенной клинической проблемой. Он характеризуется высоким уровнем бикарбоната. Основные причины представлены в таблице 8.

Таблица 8. Основные причины метаболического алкалоза