Souhrn
Autor popisuje vztah mezi acidobazickou rovnováhou a plazmatickým iontogramem. Přístup Stewarta a Fencla je rozšířen o koncept strong ion gap při dostupnosti měření laktátu s každým vzorkem na moderních acidobazických analyzátorech. Jsou uvedeny některé kritické poznámky k teorii Stewarta a Fencla společně s problémem neměřených kationtů. Infuzní tekutinová terapie je zmíněna s ohledem na diferenci silných iontů roztoků a jejich vlivu na acidobazickou rovnováhu pacientů.
Klíčová slova: acidobazická rovnováha, diference silných iontů, anion gap, strong ion gap, infuzní tekutinová terapie
Summary
Author describes the relationship between acid-base metabolism and plasma ions. Stewart-Fencl approach is expanded with respect to the lactate availability in modern acid-base analyzers and a new concept of strong ion gap is introduced. Some critical points of Stewart-Fencl approach are described together with unresolved problem of unmeasured cations. Intravenous fluid therapy is mentioned in terms of strong ion difference and hence the possible changes in patient acid-base balance.
Key words: acid-base metabolism, strong ion difference, anion gap, strong ion gap, intravenous fluid therapy
Úvod
Na vztahy mezi iontogramem plazmy a acidobazickou rovnováhou lze pohlížet z několika úhlů pohledu, kterými jsou: vztahy ve vnitřním prostředí organismu, teoretické zázemí interpretace a přístupy k tekutinové terapii.
1. Vnitřní prostředí organismu
Mezi acidobazickými parametry a iontogramem existují statisticky významné vztahy. Je zajímavé analyzovat „big data“ vlastní laboratoře s přihlédnutím k ošetřované populaci. Na rozsáhlém souboru (15 000 pouze arteriálních odběrů) lze demonstrovat téměř neuvěřitelný výsledek směřování homeostatických mechanismů k „fyziologickým“ středům, s dosažením mediánu pH téměř přesně 7,40, pCO2 5,3 kPa a base excess 0 mmol/l. Tato velká data byla získána v nemocniční populaci pacientů v závažných stavech (IKEM, Praha). Hodnoty pH nad 7,55 v této populaci již představují závažné alkalémie, naopak hodnoty pH pod 7,20 nejsou výjimečné a hodnoty pCO2 nad 8,0 kPa se vyskytují málo často (většina pacientů v intenzivní péči na umělé plicní ventilaci). Uvedené mediánové hodnoty pH a pCO2 jsou provázeny analogicky mediány Na+ na úrovni 138 mmol/l, K+ 4,3 mmol/l, Cl– 108 mmol/l a anion gap 12 mmol/l. Hodnoty kalémie pod 3,0 a nad 6,5 jsou v uvedeném souboru výjimečné, hodnoty chloridů odpovídají revidovanému vyššímu referenčnímu intervalu, převažují hyperchloridémie. Široké rozmezí anion gap s maximy přes 30 mmol/l ukazuje vhodnost používání tohoto parametru pro identifikaci metabolických acidóz ze zvýšení neměřených aniontů. V uvedeném souboru jde především o těžší laktátové acidózy (u pacientů se selháním jater, v před- anebo v potransplantačním období). V uvedeném souboru lze také identifikovat statisticky vysoce významné vazby mezi parametry: růst base excess se zvyšující se natremií (v pojetí teorie Stewarta a Fencla jde o koncentrační alkalózu, resp. diluční acidózu), negativní korelaci mezi base excess a chloridy (hyperchloremická acidóza, resp. hypochloremická alkalóza), negativní korelaci mezi base excess a laktátem (laktátová acidóza). Tyto ukázky by mohly svědčit pouze pro statistické vazby, ale v jejich pozadí jsou jasné a interpretovatelné patofyziologické procesy související s acidobazickou rovnováhou a iontogramem: orgánové dysfunkce, metabolické změny, náhrady orgánových funkcí, vlivy tekutinové terapie.
2. Teoretický základ vztahů mezi acidobazickou rovnováhou a iontogramem
Často se hovoří o Stewartově, případně Stewartově a Fenclově přístupu. Tato teorie (někdy je nesprávně kladena do protikladu ke „klasické“ nebo „dánské“ interpretační škole) je založena na předpokladu tří tzv. nezávislých proměnných, které určují acidobazický stav (1, 2):
- pCO2,
- SID,
- Atot.
Parciální tlak oxidu uhličitého (pCO2) se interpretuje shodně v „dánském“ i Stewartově a Fenclově pojetí. SID (strong ion difference, diference silných iontů) představuje rozdíl mezi plně disociovanými kationty (v plazmě až na výjimky všechny kationty) a plně disociovanými anionty (v plazmě především chloridy). Pojem Atot představuje sumu slabých netěkavých kyselin a ta je reprezentována v plazmě především počtem nábojů na molekule albuminu a fosfátů. Sloupec kationtů se obvykle redukuje na součet látkových koncentrací Na+ a K+, ve sloupci aniontů lze měřit koncentraci Cl–, laktátu, lze vypočítat hodnotu HCO3–, nábojů na albuminu a fosfátů. Z uvedeného vyplývá, že prostor v gamblegramu, odpovídající pojmu anion gap (AG, aniontové okno), je zajímavý jak z hlediska jeho „naplnění“ různými anionty, tak z hlediska diferenciální diagnostiky.
Anion gap
Jde o roky používaný výpočet (všechny složky rovnice jsou v mmol/l): AG = [Na+] + [K+] – [Cl–] – [HCO3–], který charakterizuje prostor tvořený silnými anionty: laktátem, „ketolátkami“ (pozor – 3-hydroxybutyrát nemá ketoskupinu) a organickými kyselinami (fyziologicky se vyskytující nebo při intoxikacích). V situacích se závažnou hypoalbuminémií je z důvodu elektroneutrality nahrazen chybějící aniont albuminu hydrogenkarbonátem a hodnota AG se může – falešně – normalizovat i při výskytu patologických silných aniontů. Proto také Fencl používá pojem „adjustovaný anion gap“ (aAG, mmol/l) (3):
aAG = AG + 0,25 (Albnormal – Albměřený), kde AG je pozorovaný anion gap (mmol/l), Albnormal je 40 g/l a Albměřený je v g/l. Referenční interval aAG je totožný s referenčním intervalem pro AG.
V roce 2008 byl Mehtou navržen akronym GOLDMARK [glycols (ethylene and propylene), 5-oxoproline (linked to paracetamol use), L-lactate, D-lactate, methanol, aspirin, renal failure and ketoacidosis] (4). Pokud je autorovi známo, v češtině podobné mnemotechnické pomůcky do roku 2008 nebyly, takže jazykově univerzální GOLDMARK lze krásně použít:
Glykoly, 5-oxoprolin, L-laktát, D-laktát, Methanol, Aspirin, Renální poškození, Ketoacidóza.
Upřesnění pojmu SID
Diferenci silných iontů lze diskutovat z hlediska teorie a z hlediska vztahu k efektivnímu vlivu na acidobazickou rovnováhu. Rozlišuje se SIDa (SIDapparent) a SIDe (SIDeffective).
SIDa = [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] – [Cl–], kde údaje v hranatých závorkách představují látkové koncentrace iontů v mmol/l.
SIDa (mmol/l) představují „ideální“ situaci, kdy nejsou v plazmě jiné než uvedené kationty a jiné než uvedené anionty. Část aniontů popisuje SIDe: SIDe = [HCO3–] + [Albx–] + [Py–], kde [HCO3–] je látková koncentrace hydrogenkarbonátu v plazmě (výpočet z pCO2 a pH), [Albx–] a [Py–] jsou látkové koncentrace nábojů na albuminu a fosfátech v mmol/l, vypočtené z koncentrace albuminu (označeno [Alb], v g/l), resp. z koncentrace fosfátů (označeno [Pi], v mmol/l):
[Albx–] = [Alb] * (0,123 * pH – 0,631)
[Py–] = [Pi] * (0,309 * pH – 0,469)
Fencl (1) používal výpočet tzv. neměřených nebo neidentifikovaných silných aniontů (unindentified strong anions, XA–): XA– = SIDa – SIDe.
Zde je spojeno použití moderních vícekanálových acidobazických analyzátorů s potřebou redefinice SIDa (dále označujeme rSIDa) a definice nového pojmu, SIG (Strong Ion Gap). Důvodem je dostupnost laktátu s každým měřením acidobazických parametrů na moderních vícekanálových analyzátorech (5).
Redefinice SIDa a definice SIG
rSIDa = [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] – [Cl–] – [laktát–]
SIG = rSIDa – SIDe = = [Na+] + [K+] + [Ca2+] + [Mg2+] –[Cl–] – [laktát–] – [HCO3–] – [Albx–] – [Py-]
Všechny uvedené veličiny jsou v mmol/l, a to včetně nábojů na albuminu a nábojů na fosfátech. Molární vyjádření je logicky použito s ohledem na definici molu – počet entit – a entitami jsou v tomto případě kladné a záporné náboje na příslušných složkách rovnic.
SIG (Strong Ion Gap) tedy představuje rozdíl mezi zdánlivou a efektivní diferencí silných iontů, kdy vzhledem k technologické dosažitelnosti laktátu s každým acidobazickým výsledkem je mezi silné anionty počítán sloupec chloridů + sloupec laktátu. Pojem „gap“ (mezera) byl zvolen podobně jako v případě „anion gap“, tedy mezera obsahující látky s negativním nábojem. Předpokládá se, že „referenční“ hodnota SIG je kolem 2 mmol/l, ale u nemocných na jednotkách intenzivní péče může být přiměřená ještě hodnota
5 mmol/l (6).
Význam SIG
SIG představuje prostor ve sloupci aniontů, ve kterém se vyskytují „neměřené“ anionty: 3-hydroxybutyrát, pyruvát, acetoacetát, acetát, sulfát, salicylát, formiát, glykolát, oxalát, D-laktát (není měřen elektrodami vícekanálových acidobazických analyzátorů) a další (7). Část z nich může být měřena (3-hydroxybutyrát při ketoacidóze pomocí ketometrů v plazmě, případně z dechu, salicylát při intoxikaci salicyláty). Ostatní je nutné vyloučit/předpokládat z anamnézy a jiných laboratorních nálezů: acetoacetát při ketoacidóze s pozitivitou ketolátek v moči, sulfát (může být přítomen u akutního poškození ledvin), formiát (u intoxikace methanolem ve fázi prohlubování metabolické acidózy a normalizace osmolálního okna) a podobně.
Problém neměřených kationtů
Vyskytují-li se jiné než dosud uvažované kationty (například aluminia nebo lithia, Al3+, Li+), bude jejich partnerem obvykle hydrogenkarbonát (pokud jsou do organismu „dopraveny“ s jiným aniontem a ten bude metabolizován). Nepřiměřeně nízké hodnoty SIG mohou k existenci jiných kationtů navádět. Kromě zmíněných je vhodné uvážit přítomnost kationických paraproteinů (indikace k provedení elektroforézy sérových proteinů a imunofixace). Neřešitelným problémem je ovšem současný vliv neměřených aniontů a neměřených kationtů. SIG bude zřejmě v referenčním intervalu a pro interpretaci je potřebné zapojit zkušenost a znalost probíhajících nebo možných patofyziologických procesů.
Kritika Stewartova a Fenclova přístupu
Přístup má řadu zastánců, ale i kritiků. Ti upozorňují na fakt, že Stewartův a Fenclův přístup užívá jiný význam pojmu „kyselina“, věnuje se pouze plazmatickému kompartmentu (bez úvahy o pufrových systémech v erytrocytech a intersticiální tekutině), řeší pouze bodový stav z hlediska času bez dalších ambicí na hodnocení patologických či regulačních (kompenzačních) procesů. Kritici dále zdůrazňují, že pH je považováno za sekundární, závislou proměnnou, ale náboj na fosfátech a albuminu závisí na aktuální hodnotě pH.
3. Iontové roztoky a acidobazická rovnováha
Pro hodnocení vlivu infuzních roztoků na acidobazický stav organismu lze teorii Stewarta a Fencla dobře aplikovat. Podání roztoku bude mít dva vlivy: diluční (méně často koncentrační) a ovlivnění SID plazmy. Diluce (nebo naopak koncentrace při relativním „odejmutí“ vody) se dotkne jak Atot (mírný rozvoj hypoalbuminemické alkalózy), tak SID (rozvoj diluční acidózy). Současně ale může docházet k ovlivnění SID plazmy tím více, čím je SID roztoku vzdálenější SID plazmy. Velká většina běžně používaných roztoků má SID blízké nule (typicky „fyziologický“ roztok) a jejich aplikace bude acidifikovat. Dále je nutné uvažovat o SID roztoku in vitro (v produktu) a in vivo (po zmetabolizování přidaného organického aniontu). Hodnoty SID in vitro jsou nulové, ale hodnoty in vivo se liší pro různé infuzní preparáty (podrobnosti lze nalézt například v recentní práci Kilice) (6).
Balancované a nebalancované roztoky
Ne zcela ideální pojem „balancovaný“ má v souladu s anglosaskou literaturou naznačit „vyrovnanost“ iontového složení infuzních roztoků ve vztahu ke složení plazmy. Balancované roztoky mají iontové složení blízké plazmě a jejich SID se blíží SID plazmy. Nebalancované roztoky naopak mají SID odlišné, zvýšené či snížené oproti plazmě, obvykle nulové. Mezi hlavní zástupce nebalancovaných roztoků patří roztoky glukózy (5 %), NaCl, Ringerův roztok (bez organických aniontů), mannitol (20 %), hydroxyetylškrob (6 % v roztoku NaCl), dextran 70 (6 % v roztoku glukózy).
Mezi balancované roztoky patří Ringerův roztok s organickým aniontem (laktát, acetát, malát), Plasmalyte, albumin (4 % a 20 %), hydroxyetylškrob (6 % v balancovaném roztoku), želatinové roztoky. Kilic (6) mezi balancované roztoky počítá i hydrogenkarbonát sodný (bikarbonát 8,4 %), jeho SID in vivo však je 1000 mmol/l a významně ovlivňuje acido-
bazickou rovnováhu ve smyslu alkalizace.
Závěry
Vztah mezi acidobazickou rovnováhou a iontogramem lze považovat za klinicky podložený a významný. Přes kritické poznámky tvoří Stewartova teorie s Fenclovou klinickou aplikací robustní základ interpretace. Přestože není Stewartova teorie (publikována poprvé v roce 1983) žádnou novinkou a Fenclův příspěvek má za sebou více než dvacetiletou historii, jde stále o diskutovanou oblast laboratorní a klinické diagnostiky. Nověji je zajímavým příspěvkem redefinice SID a definice SIG. K tomu přispěla zejména dostupnost stanovení koncentrace laktátu s každou sérií výsledků měřených na současných vícekanálových analyzátorech. Nově definovaný SIG je užitečný, ale stále je významná část interpretace založena na zkušenosti, detailní znalosti stavu pacienta a patofyziologii. Zajímavou oblastí pro aplikaci Stewartova přístupu je tekutinová terapie. Složení roztoků může ovlivnit acidobazickou rovnováhu, je ale nutné vždy posuzovat jejich efekt in vivo, především z hlediska metabolizování organických aniontů a schopnosti organismu tyto metabolické pochody uskutečnit.
prof. MUDr. Antonín Jabor, CSc.
Pracoviště laboratorních metod IKEM, Praha;
Ústav imunologie a klinické biochemie 3. LF UK, Praha
e-mail: antonin.jabor@ikem.cz
