Lezioni di Patologia Clinica Lezioni di Patologia Clinica per Medici in Formazione per Medici in Formazione

SpecialisticaSpecialisticadocente: Davide Treré (tel: 051-636.4201)docente: Davide Treré (tel: 051-636.4201)

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L’emogasanalisi nella L’emogasanalisi nella valutazione dei disturbi valutazione dei disturbi

dell’equilibrio acido-basedell’equilibrio acido-basehttp://davidetrere.interfree.it/patologiaclinica/http://davidetrere.interfree.it/patologiaclinica/

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Facoltà di Medicina e Facoltà di Medicina e ChirurgiaChirurgia

ioni Hioni H++

La quantità di ioni Hioni H++ presenti all’interno delle cellule cellule e nella maggior parte dei liquidi exatracellulari liquidi exatracellulari (con l’eccezione di alcuni distretti quali urina e succo gastrico) è estremamente estremamente bassabassa (solitamente tra 35 e 45 nmol/L) e di gran lunga inferioregran lunga inferiore rispetto a quella degli altri principali ionialtri principali ioni presenti nell’organismo. Ciononostante, data la la sua elevata reattività, sua elevata reattività, la concentrazione dello ione Hione H+ + è sottoposta ad un rigoroso controllorigoroso controllo da parte di complessi meccanismi omeostatici, che consentono di mantenerne i valorivalori entro limiti limiti rigidamente ristrettirigidamente ristretti

concentrazione fisiologica nel plasma concentrazione fisiologica nel plasma dello ione Hdello ione H++ in confronto a quella degli in confronto a quella degli

altri più importanti ioni presenti altri più importanti ioni presenti nell’organismonell’organismo

sodio (Na+) 145.000.000cloro (Cl-)95.000.000bicarbonato (HCO3

-)24.000.000potassio (K+) 4.500.000calcio (Ca++) 2.500.000magnesio (Mg++)1.000.000idrogeno (Hidrogeno (H++)) 4040

ione concentrazione nmol (1 x 10-9

mol) / L

La concentrazione degli ioni idrogeno è circa tre milioni di volte più basa di quella degli ionio sodio e centomila volte più bassa di quella degli ioni potassio

espressione decimale ed espressione espressione decimale ed espressione logaritmica della concentrazione dello ione logaritmica della concentrazione dello ione

HH++Proprio per la sua concentrazione estremamente bassaconcentrazione estremamente bassa, la quantità di ione Hione H++ presente nei fluidi biologici viene solitamente espressa con la formula del pHpH:

pH = –logpH = –log1010 [H [H++] moli/L] moli/L

La formula del pH pH è stata introdotta, ed è comunemente utilizzato nella pratica clinica, per semplicitàsemplicità e praticitàpraticità di calcolodi calcolo, in quanto è in grado di esprimere i valori molto bassi dello ione Hione H++ con numeri semplicisemplici e adimensionaliadimensionali

La concentrazione fisiologica di ioni Hioni H++, corrispondente nella notazione decimale a 0,00000004 moli/L0,00000004 moli/L, viene pertanto espressa nella notazione logaritmica con un valore di pHpH di 7.47.4, mentre le due concentrazioni di ioni ioni HH++ considerate le più estreme tra quelle compatibili con la sopravvivenza, corrispondenti a 0,00000016 moli/L 0,00000016 moli/L e 0,000000016 moli/L0,000000016 moli/L, sono espresse con valori di pHpH, rispettivamente, di 6.8 6.8 e 7.87.8

Si dice logaritmo in base aa di un numero bb l'esponente da dare ad aa per ottenere b b (bb viene chiamato argomento argomento del logaritmo):ad esempio, il logaritmo in base 33 di 81 81 è 44, in quanto 44 è l’esponente da dare a 33 per ottenere 8181

logaritmi e pHlogaritmi e pH

log3 3 8181 = 44, in quanto 3344 = 8181

Allo stesso modo, il logaritmo in base 1010 di 0,000000040,00000004 (corrispondente alla concentrazione fisiologica degli ioni H+) è -7,4, in quanto -7,4 è l’esponente da dare a 1010 per ottenere 0,000000040,00000004

log10 10 0,000000040,00000004 = -7,4 in quanto 1010-7,4-7,4 =

0,000000040,00000004 Pertanto, in condizioni fisiologiche, il pH (cioè il logaritmo negativo della concentrazione degli ioni ioni HH++), corrisponde a 7,4 pH = - log1010 0,000000040,00000004 =

7,4

relazione tra pH arterioso e relazione tra pH arterioso e concentrazione dello ione Hconcentrazione dello ione H++

pHpH [ [HH++] nmol/L] nmol/L

8,008,00 10 107,907,90 13 137,807,80 16 167,707,70 20 207,607,60 26 267,507,50 32 327,407,40 40 407,307,30 50 507,207,20 63 637,107,10 80 807,007,00 100 1006,906,90 125 1256,806,80 160 160

pHpH

[H[H++]]

la [Hla [H++] raddoppia per ogni ] raddoppia per ogni riduzione dei valori di pH di riduzione dei valori di pH di

0,30,3

variazioni del pHvariazioni del pHEsistono almeno tre motivi almeno tre motivi per i quali l’organismo deve mantenere il pHpH entro limiti limiti ristretti:ristretti:- la maggior parte degli enzimi necessari ai processi vitali ha una cinetica di attivazione cinetica di attivazione con massima attivitàmassima attività a pH 7,47,4, che diminuisce progressivamente con il variare del pH verso l’alto o verso il basso, fino ad azzerarsi ai limitilimiti estremiestremi di 6,86,8 e 7,87,8;- molte molecole hanno gruppi tampone che legano gli H+: modificazionimodificazioni del pHpH cambianocambiano il grado di protonazioneprotonazione di tali gruppi, producendo quindi variazionivariazioni della loro funzionefunzione;- il pHpH influenza i flussi transmembrana flussi transmembrana del potassiopotassio e della quota ionizzata del calcio, ionizzata del calcio, intervenendo quindi nella regolazione dell’attività cardiacacardiaca e neuromuscolareneuromuscolare.

regolazione del pHregolazione del pH

Nel tentativo di impedireimpedire o limitarelimitare al massimo le variazioni del pH, l’organismo dispone di una serie di meccanismi protettivimeccanismi protettivi che entrano in funzione in modimodi ed in tempitempi differenti ogni qualvolta si determini una variazione della concentrazione variazione della concentrazione idrogenionica; idrogenionica; tali meccanismi sono schematicamente suddivisi in ematici, ematici, respiratori e renali: respiratori e renali: in pratica, peraltro, le loro azioni sono strettamente coordinate coordinate ed interdipendentiinterdipendenti

In condizioni normali il pH del sangue arteriosoarterioso varia tra 7,36 e 7,447,36 e 7,44

tempi di azione dei sistemi deputati tempi di azione dei sistemi deputati al controllo del pH ematicoal controllo del pH ematico

sistemasistema tempi di attivazionetempi di attivazione massima massima efficaciaefficacia

- tamponi ematici tamponi ematici secondisecondi minutiminuti

- respiratorio- respiratorio minutiminuti 12 – 24 12 – 24 oreore

- renalerenale oreore 3 – 4 giorni3 – 4 giorni

I meccanismi ematicimeccanismi ematici sono i primi ad primi ad intervenireintervenire e sono costituiti dai sistemi sistemi tamponetampone

meccanismi ematicimeccanismi ematici

Si definiscono sistemi tampone sistemi tampone quelle sostanze che, in risposta ad un cambiamento dell’acidità dei liquidi causato dall’aggiunta di un acido o di una base possono, in modo in modo istantaneoistantaneo, accettare o donare protoni (ioni H+) limitando in questo modo le variazioni della concentrazione idrogenionicaLe soluzioni tampone più efficaci presenti nel nostro organismo sono costituite da un acido acido deboledebole e dal suo salesuo sale con una base forte;base forte; meno frequentemente le soluzione tampone del nostro organismo sono costituite da una base debolebase debole e dal suo salesuo sale con un acido forteacido forte

sistemi tamponesistemi tampone­ Sistemi tampone a componente Sistemi tampone a componente prevalentemente “chiusa” (esauribili)prevalentemente “chiusa” (esauribili)a) processi di tamponamento cellularea) processi di tamponamento cellulare sistema H-proteina / Na-proteina sistema emoglobina ridotta / ossigenatab) processi di tamponamento b) processi di tamponamento extracellulare extracellulare sistema fosfato bisodico / monosodico sistema fosfato monopotassico / bipotassico

­ Sistemi tampone a componente Sistemi tampone a componente prevalentemente “aperta” prevalentemente “aperta” (rigenerabili)(rigenerabili) sistema bicarbonato / acido carbonico

Sul piano funzionale il sistema “aperto” bicarbonato / acido bicarbonato / acido carbonicocarbonico sovrasta i sistemi chiusi in quanto:

sistema bicarbonato/acido sistema bicarbonato/acido carbonicocarbonico

1)è presente in quantità maggiore quantità maggiore rispetto agli altri

2)è il più ubiquitarioubiquitario3)è il solosolo che può rigenerarsi rigenerarsi

scambiando le sue componenti con l’esternol’esterno

[H[H22O] + [COO] + [CO22] ] [H [H22COCO33] ] [H [H++] + ] + [HCO[HCO33

--]]

Sistemi tampone:bicarbonato / acido carbonico

65%

proteinati / proteine 35%emoglobinati / emoglobina < 1%fosfato bibasico / monobasico

< 1%

1) distribuzione quantitativa dei 1) distribuzione quantitativa dei sistemi tampone sistemi tampone

2) localizzazione dei sistemi 2) localizzazione dei sistemi tamponetampone

tampone: acido carbonio /

bicarbonato

fosfati proteine

Hb

compartimento:

fluido interstiziale

X

plasma X X X

eritrociti X X X

cellule X X X

ossa X X

3) capacità di “scambio” con 3) capacità di “scambio” con l’esterno del sistema l’esterno del sistema

bicarbonato/acido carbonicobicarbonato/acido carbonico

[CO[CO22] + [H] + [H22O] O] [H [H22COCO33] ] [H [H++] + ] + [HCO[HCO33

--]]

POLMONPOLMONII

RENIRENI

I rapporti tra le diverse componenti che I rapporti tra le diverse componenti che costituiscono un sistema tampone sono costituiscono un sistema tampone sono regolati dalla regolati dalla equazione di Henderson-equazione di Henderson-HasselbalchHasselbalch; secondo tale equazione, quando ; secondo tale equazione, quando il sistema tampone è costituito da un acido il sistema tampone è costituito da un acido debole e dalla sua base coniugata forte, il debole e dalla sua base coniugata forte, il pHpH della soluzione dipende dalla costante di della soluzione dipende dalla costante di dissociazione dell’acido in essa disciolta dissociazione dell’acido in essa disciolta (pK) (pK) e dal rapporto tra le concentrazioni della e dal rapporto tra le concentrazioni della specie dissociata (cioè della base, specie dissociata (cioè della base, [A[A--]], che , che accetta protoni) e di quella indissociata (cioè accetta protoni) e di quella indissociata (cioè dell’acido, dell’acido, [AH][AH], che cede protoni), che cede protoni)

equazione di Henderson-equazione di Henderson-HasselbalchHasselbalch

pH = pK + log pH = pK + log [A[A--]]

[AH][AH]

pH = pK + log pH = pK + log [HCO[HCO33--]]

[H[H22COCO33]]

equazione di Henderson-equazione di Henderson-HasselbalchHasselbalch

[CO[CO22] + [H] + [H22O] O] [H [H22COCO33] ] [H [H++] + ] + [HCO[HCO33

--]]

pH = pK + log pH = pK + log [A[A--]]

[AH][AH]

riferita al sistema tampone riferita al sistema tampone bicarbonato / acido carbonico:bicarbonato / acido carbonico:

pH = pK + log pH = pK + log [HCO[HCO33--]]

[H[H22COCO33]]

pH = pK + log pH = pK + log [HCO[HCO33--]]

[CO[CO22] + [H] + [H22O]O]

pH = pK’ + log pH = pK’ + log [HCO[HCO33--]]

[CO[CO22]]

secondo la legge di Henry, la quantità di un gas fisicamente secondo la legge di Henry, la quantità di un gas fisicamente disciolto in una soluzione è direttamente proporzionale alla sua disciolto in una soluzione è direttamente proporzionale alla sua pressione parziale; pertanto:pressione parziale; pertanto:

pH = pK’ + log pH = pK’ + log [HCO[HCO33--]]

PaCOPaCO22

pH = 6,1 + log pH = 6,1 + log 24 mEq/L24 mEq/L

0,031 x 40 mmHg0,031 x 40 mmHg

pH = 6,1 + log 20 = 6,1 + 1,3 = pH = 6,1 + log 20 = 6,1 + 1,3 = 7,4 7,4

= costante di solubilità = costante di solubilità della COdella CO22 in H in H22O (a 37°C = O (a 37°C = 0,031)0,031)

K’ = costante di K’ = costante di dissociazione dell’acido dissociazione dell’acido carbonico in Hcarbonico in H22O:O:(a 37°C = 0,0000008 (a 37°C = 0,0000008 mol/L) mol/L)

7,4 = 6,1 + log7,4 = 6,1 + log [HCO[HCO33--] ] = 6,1 + log = 6,1 + log 2020

[H[H22COCO33]] 1 1

Ponendo il pH uguale a 7,4 e considerando il pK’ uguale a 6,1 è possibile determinare le condizioni necessarie affinché il pH del sanguepH del sangue venga mantenuto costante:costante:

Pertanto, ogni rapporto di 20:120:1 tra bicarbonato e acido carbonico produrrà un pH di 7,47,4

rapporto bicarbonato/acido rapporto bicarbonato/acido carbonicocarbonico

La capacità di compenso polmonare è rapidarapida ed efficaceefficace, ma non può comunque superare i limiti costituiti dalla capacità di lavoro dell’apparato respiratorio

Il polmone, variando la ventilazione alveolare, è in grado di variare l’eliminazione della CO2; l’acidosi stimolal’acidosi stimola la ventilazione mentre l’alcalosi la l’alcalosi la deprime deprime

compenso polmonarecompenso polmonare

Il rene, pur intervenendo più lentamente, ha minori limiti funzionali e risulta essere particolarmente efficace nel compensare variazioni del pH ematico; la funzione renale nell’equilibrio acido base si attua attraverso tre diversi meccanismi:

compenso renalecompenso renale

­ riassorbimento di bicarbonatoriassorbimento di bicarbonato­ generazione di bicarbonato generazione di bicarbonato ex ex novonovo­ escrezione di acidiescrezione di acidi

riassorbimento di riassorbimento di bicarbonatobicarbonato

sanguesangue cellula cellula tubularetubulare

lume lume tubularetubulare

anidrasi carbonica

CO2 + H2O H2CO3

HCO3- + H+

Na+

Na+

HCO3-

Na+H+ + HCO3

-

H2CO3

H2O + CO2

HCO3-

generazione di bicarbonato generazione di bicarbonato ex ex novonovo

anidrasi carbonica

CO2 + H2O H2CO3

HCO3- + H+

Na+

Na+

HCO3-

Na+H+ + HPO4

--

H2PO4-

HPO4--

escrezione di fosfati: acidità titolabile (*)

sanguesangue cellula cellula tubularetubulare

lume lume tubularetubulare

(*) acidità titolabile: quantità di basi che servono a portare il pH delle urine al pH del sangue

escrezione di acidiescrezione di acidi

anidrasi carbonica

CO2 + H2O H2CO3

HCO3- + H+

Na+

Na+

HCO3-

Na+H+

NH4+

glutamina

+ NH3 NH3

sanguesangue cellula cellula tubularetubulare

lume lume tubularetubulare

ac.a-cheto

glutarico

escrezione di cloruro di ammonio

acidosi e alcalosi acidosi e alcalosi metaboliche e respiratoriemetaboliche e respiratorie

Si definisce “acidosi”“acidosi” quel disturbo che tende ad aggiungere acidiaggiungere acidi o rimuovere rimuovere alcalialcali dall’organismo, “alcalosi” “alcalosi” invece quello che rimuove acidirimuove acidi o aggiunge alcali;aggiunge alcali; quando queste alterazioni comportano un variazione del pH nel sangue si avrà uno stato di “acidemia” (pH<7,36)“acidemia” (pH<7,36) o di “alcalemia” (pH>7,44) “alcalemia” (pH>7,44) La definizione “metabolica”“metabolica” indica quel tipo di alterazione caratterizzata da una primitiva variazione nella concentrazione primitiva variazione nella concentrazione di bicarbonati,di bicarbonati, mentre “respiratoria”“respiratoria” indica una variazionevariazione primitiva a carico primitiva a carico dell’anidride carbonicadell’anidride carbonica

L’acidosi respiratoria è provocata da un aumento di anidride carbonica nel sangue arterioso (ipercapnia) (ipercapnia) conseguente ad una riduzioneriduzione della ventilazione alveolareventilazione alveolare

acidosi respiratoriaacidosi respiratoria

pH = pK’ + log [HCO3-]

()) pCO2

meccanismo di compenso:

pH = pK’ + log [HCO[HCO33--]]

() ) pCO2

cause di acidosi cause di acidosi respiratoriarespiratoria acuta acutaAlterazioni della ventilazioneAlterazioni della ventilazione- BPCO riacutizzata- edema polmonare - polmonite- dispnea acuta post-traumatica- emotorace, pneumotorace, versamenti pleurici- ostruzione delle vie aeree- crisi d’asma, stato di male asmatico

Alterazioni della perfusioneAlterazioni della perfusione- embolia polmonare- arresto cardiaco- stati di shock- cardiopatie congenite cianogene

Alterazioni dell’automatismo respiratorioAlterazioni dell’automatismo respiratorio- centrale: anestesia, farmaci (barbiturici, benzodiazepine), traumi- midollo spinale e/o nervi periferici: lesioni midollari cervicali, sindrome di Guillain Barré, farmaci (curaro, succinilcolina, altri)- neurotossine (tetano, botulismo)- insufficienza acuta da ventilazione meccanica inadeguata

cause di acidosi respiratoria cause di acidosi respiratoria cronicacronicaAlterazioni della ventilazioneAlterazioni della ventilazione

- broncopneumopatia cronica ostruttica (BPCO)- fibrosi interstiziale- cifoscoliosi- fibrotorace- idrotorace- distrofia muscolare- poliomielite- sclerosi laterale amiotroficaAlterazioni dell’automatismo respiratorioAlterazioni dell’automatismo respiratorio- centrale: sovradosaggio di sedativi e tranquillanti, obesità, mixedema, neoplasie cerebrali, infarti o emorragie del tronco cerebrale, poliomielite- midollo spinale e/o nervi periferici: poliomielite, sclerosi multipla, sclerosi laterale amiotrofica, paralisi diaframmatica

acidosi respiratoria: clinicaacidosi respiratoria: clinicaNella forma acutaacuta, così come nelle riacutizzazioni delle forme croniche,riacutizzazioni delle forme croniche, si ha aumento dello sforzo respiratorio con dispnea intensa, tachipnea, tachicardia e cianosi; possono seguire sonnolenza, confusione ed alterazione del sensorio conseguenti all’ipercapnia all’ipercapnia

Nella forma cronicaforma cronica questi sintomi sono più attenuati per l’adattamento dell’organismo all’ipossiemia all’ipossiemia e all’ipercapniaall’ipercapnia

Nel sangue arterioso:Nel sangue arterioso:- pH diminuito (< 7,36) o normale - PaCO2 aumentata (> 42 mmHg)- bicarbonati aumentati (> 25 mEq/L): ad ogni aumento di 10 mmHg della PaCO2 l’aumento di bicarbonati è in acuto un di 1 mEq/L e in cronico di 3-4 mEq/L- frequente iperkaliemia

acidosi respiratoria: acidosi respiratoria: laboratoriolaboratorio

Nelle urine:Nelle urine:- pH acido, bicarbonati diminuiti, acidità titolabile aumentata, eliminazione di NH4Cl aumentata

alcalosi respiratoriaalcalosi respiratoriaL’alcalosi respiratoria è provocata da una diminuzione di anidride carbonica nel sangue arterioso (ipocapnia) (ipocapnia) conseguente ad un aumentoaumento della ventilazione alveolareventilazione alveolare

pH = pK’ + log [HCO3-]

()) pCO2

meccanismo di compenso:

pH = pK’ + log [HCO[HCO33--]]

() ) pCO2

cause di alcalosi cause di alcalosi respiratoriarespiratoria- influenze corticali:influenze corticali: ansia, dolore,

febbre, volontaria, alterazioni SNC (lesioni, infiammazioni, diminuito apporto ematico, neoplasie) - ipossia:ipossia: alterazioni ambientali di O2, alterazione del rapporto ventilazione / perfusione polmonare, difetti di diffusione polmonare - fisiche:fisiche: alterazioni irritative delle vie aeree quali infiammazioni, neoplasie, edema polmonare, fibrosi

alcalosi respiratoria: alcalosi respiratoria: clinicaclinica- iperventilazioneiperventilazione

- manifestazioni dell’ipocalcemia:manifestazioni dell’ipocalcemia: aumento dell’eccitabilità neuromuscolare che si rende dapprima evidente con formicolii alle dita delle mani e dei piedi e nella regione periorale, poi con spasmi muscolari fino alla tetania- manifestazioni dell’ipocapnia:manifestazioni dell’ipocapnia: ottundimento, debolezza e perdita della coscienza che si risolve spontaneamente non appena la depressione centrale rallenta la respirazione e permette alla CO2 di accumularsi nuovamente nel sangue

Nel sangue arterioso:Nel sangue arterioso:- pH aumentato (> 7,44) o normale - PaCO2 diminuita (< 38 mmHg)- bicarbonati ridotti (< 23 mEq/L) a seconda del compenso: ad ogni riduzione di 10 mmHg della PaCO2 la riduzione di bicarbonati è in acuto di 2 mEq/L e in cronico di 5 mEq/L- frequente ipokaliemia

alcalosi respiratoria: alcalosi respiratoria: laboratoriolaboratorio

Nelle urine:Nelle urine:- pH alcalino, bicarbonati aumentati, acidità titolabile diminuita, eliminazione di NH4Cl diminuita

L’acidosi metabolica è caratterizzata da una riduzione del pHpH conseguente ad una riduzioneriduzione della concentrazione ematica di bicarbonatibicarbonati

acidosi metabolicaacidosi metabolica

pH = pK’ + log [HCO3-]

()) pCO2

meccanismi di compenso:

pH = pK’ + log [HCO[HCO33--]]

() ) pCO2

P

r

- aumentata produzione di acidi:aumentata produzione di acidi: chetoacidosi (diabetica, alcolica, da digiuno), acidosi lattica, assunzione di tossici esogeni (etanolo)- ridotto catabolismo di acidi:ridotto catabolismo di acidi: insufficienza epatica- ridotta escrezione renale di acidi:ridotta escrezione renale di acidi: insufficienza renale, acidosi tubulare distale, ipoaldosteronismo- perdita renale di bicarbonati:perdita renale di bicarbonati: acidosi tubulare prossimale- perdita enterica di bicarbonati:perdita enterica di bicarbonati: diarrea, fistole enteriche

cause di acidosi cause di acidosi metabolicametabolica

acidosi metabolica: clinicaacidosi metabolica: clinicaLa sintomatologia è dominata dalla malattia di base; si hanno inoltre sintomi specifici del compenso polmonare, quali polipneapolipnea e spesso dispneadispnea che affatica visibilmente il paziente e, nelle fasi più avanzate, sintomi legati all’acidosi quali torpore, sonnolenza e torpore, sonnolenza e ipoeccitabilità, riduzione della ipoeccitabilità, riduzione della forza contrattile miocardica, forza contrattile miocardica, ridotta perfusione degli organi ridotta perfusione degli organi splancnicisplancnici

Nel sangue arterioso:Nel sangue arterioso:- pH diminuito (< 7,36) o normale - PaCO2 diminuita (< 38 mmHg) a seconda del compenso: ad ogni riduzione dei bicarbonati di 1 mEq corrisponde una riduzione della PaCO2 di 1,2 mmHg- bicarbonati diminuiti (< 23 mEq/L) - frequente iperkaliemia

acidosi metabolica: acidosi metabolica: laboratoriolaboratorio

Nelle urine:Nelle urine:- pH acido, bicarbonati diminuiti, acidità titolabile aumentata, eliminazione di NH4Cl aumentata

L’alcalosi metabolica è caratterizzata da un aumentoaumento del pH pH conseguente ad un aumentoaumento della concentrazione ematica dei bicarbonatibicarbonati

alcalosi metabolicaalcalosi metabolica

pH = pK’ + log [HCO3-]

()) pCO2

meccanismi di compenso:

pH = pK’ + log [HCO[HCO33--]]

() ) pCO2

P

r

- perdita gastrointestinale di acidi:perdita gastrointestinale di acidi: vomito, aspirazione naso gastrica, gastrostomia- somministrazione esogena di basi:somministrazione esogena di basi: bicarbonati (terapia acidosi), carbonati (antiacidi), acetati (iperalimentazione, dialisi), citrati (trasfusioni)- aumentata attività mineralcorticoide:aumentata attività mineralcorticoide:

- aumento di renina:aumento di renina: contrazione del volume extracellulare, stenosi dell’arteria renale- aumento primario di aumento primario di mineralcorticoidi:mineralcorticoidi: iperaldosteronismo primario, sindrome di Cushing, sindrome adrenogenitale, ingestione di liquirizia

cause di alcalosi cause di alcalosi metabolicametabolica

alcalosi metabolica: clinicaalcalosi metabolica: clinica

Le manifestazioni cliniche dell’alcalosi metabolica comprendono:

­ diminuzione della frequenza diminuzione della frequenza respiratoriarespiratoria fino all’ottundimento del sensorio che, in casi gravi, può giungere al coma­ secondariamente alla diminuzione del calcio ionizzato vi è accentuazione dei accentuazione dei riflessi tendinei profondi, spasmi riflessi tendinei profondi, spasmi muscolarimuscolari e, nelle condizioni più gravi, tetaniatetania ­ secondariamente alla ipokaliemia posso verificarsi aritmie cardiachearitmie cardiache

Nel sangue arterioso:Nel sangue arterioso:- pH aumentato (> 7,44) o normale - PaCO2 normale o aumentata (> 42 mmHg) a seconda del compenso: ad ogni aumento dei bicarbonati di 1 mEq corrisponde un aumento della PaCO2 di 0,5 – 0,7 mmHg- bicarbonati aumentati (> 25 mEq/L)- frequente ipokaliemia

alcalosi metabolica: alcalosi metabolica: laboratoriolaboratorio

Nelle urine:Nelle urine:- pH alcalino, bicarbonati aumentati, acidità titolabile diminuita, eliminazione di NH4Cl diminuita

L’indagine di laboratorio utilizzata per l’approccio diagnostico ai disturbi all’equilibrio acido-base è l’emogasanalisi (EGA)l’emogasanalisi (EGA)

emogasanalisi (EGA)emogasanalisi (EGA)

L’ EGA L’ EGA si esegue su un prelievoprelievo di sangue arterioso sangue arterioso eseguito sull’arteria radiale con inclinazione dell’ago a 30°tenendo la mano del paziente in lieve dorsiflessione; in alternativa si utilizzano l’arteria femorale o l’arteria brachialeIl campione deve essere analizzato analizzato immediatamenteimmediatamente per evitare gli effetti del metabolismo cellulare; se il campione viene raffreddato in ghiaccioraffreddato in ghiaccio il risultato è comunque ritenuto attendibile anche dopo 30 - 60 minuti 30 - 60 minuti dal momento del prelievo

- POCT: point-of-care - POCT: point-of-care testingtesting

- near patient testing- near patient testing

- bed site testing - bed site testing

- physician’s office testing - physician’s office testing

- extra-laboratory testing - extra-laboratory testing

- off-site, ancillary and - off-site, ancillary and alternative site testing alternative site testing - decentralized testing- decentralized testing

Clinical Decision-Clinical Decision-MakingMaking

questioquestionn

TestTest resultresult

answeranswer decisiodecisionn

action / action / interventiointerventio

nn

patient outcome: patient outcome: mortality - mortality - morbilitymorbility

TAT TAT (test turnaround (test turnaround

time)time)

- HCO- HCO33 att = bicarbonati attuali att = bicarbonati attuali sono derivati dall’equazione di Henderson-Hasselbalch dopo avere introdotto i valori misurati di pH e di pCO2.- HCO- HCO33 std = bicarbonati standard std = bicarbonati standard corrispondono alla concentrazione dei bicarbonati dopo che il campione di sangue è stato completamente ossigenato ed equilibrato con una pCO2 di 40 mmHg; in questo modo si correggono le alterazioni della concentrazione di bicarbonato di origine respiratoria, evidenziando quelle di origine metabolica. Un bicarbonato standard inferiore ai valori di riferimento (23 – 25 mmol/L) è indice di acidosi metabolica, mentre un valore superiore è indice di alcalosi metabolica. In realtà, questa approssimazione non può essere applicata in maniera così rigida in quanto la titolazione con CO2 che si ottiene in vitro non può essere assimilata a quella che si determina in vivo; inoltre, i bicarbonati standard non tengono conto del contribuito degli altri sistemi tampone e tendono quindi a sottostimare la componente non-respiratoria delle alterazione dell’equilibrio acido-base.- BE(B) = eccesso di basi- BE(B) = eccesso di basicorrisponde alla quantità di acido forte necessario a portare a pH 7,4 il campione di sangue equilibrato con una pCO2 di 40 mmHg. Un eccesso di basi inferiore ai valori di riferimento (da – 4 a + 3 mmol/L) è indice di acidosi metabolica, mentre un valore superiore è indice di alcalosi metabolica. Conoscere il BE è utile per programmare un eventuale intervento terapeutico.-BE(ecf) = eccesso di basi del liquido extracellulareBE(ecf) = eccesso di basi del liquido extracellulareSi riferisce appunto all’eccesso di basi presente nel liquido extracellulare. Per tale determinazione il campione vene ottenuto con 1/3 di sangue e 2/3 di plasma (il cui potere tampone si avvicina a quello del liquido extra-cellulare).

i principali dati “calcolati” dell’emogasanalisii principali dati “calcolati” dell’emogasanalisi

La legge di elettroneutralitàlegge di elettroneutralità stabilisce che, in qualunque soluzione, il numero delle cariche positivepositive deve bilanciarebilanciare quello delle cariche negativenegative; pertanto la somma dei cationi deve corrispondere alla somma degli anioni. Applicata al Applicata al sanguesangue, la legge di elettroneutralità prevede che:

gap anionicogap anionico

Gli “altri cationi”, “altri cationi”, cioè i cationi non misurati, sono costituiti da Mg2+ e Ca2+, per un totale di circa 7 mEq/L.Gli “altri“altri anioni”, anioni”, cioè gli anioni che non vengono misurati, comprendono le cariche negative fornite dalle proteine plasmatiche nonché quelle dei fosfati, dei solfati e di altri metaboliti, per un totale di circa 24 mEq/L. Tra gli ioni non misurati ioni non misurati vi sono quindi più anionianioni che cationicationi e questa differenza, detta apunto “gap “gap anionico”anionico”, in condizioni normali varia da 12 12 a 18 18 mEq/L.mEq/L.

[Na[Na++] + [K] + [K++] + ] + [altri cationi][altri cationi] = [Cl = [Cl--] + [HCO] + [HCO33--] + ] + [altri [altri

anioni]anioni]

K+

Na+

HCO3-

Cl-

gap anionico

anionicationi

calcolo del gap anionicocalcolo del gap anionicoLa quota di anionianioni non misurati in eccessoin eccesso presenti nell’organismo (appunto il gap gap anionicoanionico) può essere determinata in maniera indiretta sottraendosottraendo dalla concentrazione di sodiosodio la concentrazione di clorocloro e di bicarbonati; bicarbonati; infatti:

dato che la concentrazione di KK++ nel compartimento extra-cellulare è estremamente bassa, la si può approssimare a 0; pertanto:

gap anionicogap anionico = [Na = [Na++] - ([Cl] - ([Cl--] + ] + [HCO[HCO33

--]) ])

[Na[Na++] + [K] + [K++] + ] + [altri cationi][altri cationi] = [Cl = [Cl--] + [HCO] + [HCO33--] + ] + [altri [altri

anioni]anioni][altri anioni] - [altri cationi][altri anioni] - [altri cationi] = ([Na = ([Na++]+[K]+[K++]) - ([Cl]) - ([Cl--]+]+[HCO[HCO33

--])])

Le acidosi metaboliche acidosi metaboliche possono essere causate da due condizioni: (1) un aumento di sostanze acide aumento di sostanze acide o (2) una diminuzione di bicarbonatidiminuzione di bicarbonati. Il gap anionico gap anionico può essere utile per discriminare queste due condizioni.

indicazioni del gap anionico indicazioni del gap anionico nelle acidosi metabolichenelle acidosi metaboliche

Nel caso in cui si accumulinoaccumulino nel sangue acido acido fortiforti, questi si dissoceranno in H++ e anione; lo ione H++ viene neutralizzatoneutralizzato dal bicarbonato, il quale diminuiscediminuisce, determinando un aumentoaumento del gap gap anionico.anionico.Nel caso in cui si abbia, invece, una acidosi metabolica per perdita di bicarbonatiperdita di bicarbonati, per mantenere l’elettroneutralità è necessario che il rene risparmirisparmi clorocloro: pertanto si avrà una riduzioneriduzione del bicarbonatobicarbonato ed un aumentoaumento del clorocloro, senza che il gap anionico gap anionico subisca variazioni.variazioni.

classificazione delle acidosi classificazione delle acidosi metaboliche in base alle variazioni del metaboliche in base alle variazioni del

gap anionicogap anionico

GA = [Na+] - ([Cl-] + [HCOGA = [Na+] - ([Cl-] + [HCO33--] ]

GA = [Na+] - ([Cl-] + [HCO GA = [Na+] - ([Cl-] + [HCO33--] + ] + [acido [acido

forte]forte]))GA = [NaGA = [Na++] - ([Cl] - ([Cl--] + [HCO] + [HCO33

--]] + + ([H+]([H+] ++ [anione][anione]))

GA = [Na+] - ([Cl-] + [HCOGA = [Na+] - ([Cl-] + [HCO33--] ]

GA = [NaGA = [Na++] - ([Cl] - ([Cl--]] + + [HCO[HCO33

--]]))

acidosi metaboliche da accumulo di acidi acidosi metaboliche da accumulo di acidi (con gap anionico aumentato):(con gap anionico aumentato): insufficienza renale, chetoacidosi diabetica o alcolica, acidosi lattica

acidosi metaboliche da perdita di bicarbonati acidosi metaboliche da perdita di bicarbonati (con gap anionico normale): (con gap anionico normale): diarrea, nefropatie interstiziali

K+

Na+

HCO3-

Cl-

gap anionico

anionicationi

HCO3-

Cl-

gap anionico

HCO3-

Cl-

gap anionico

anioni anioni

acidosi normocloremica con gap anionico

aumentato

acidosi ipercloremica con gap

anionico normale

normale

==

==

Un approccio razionale alla diagnosi dei disordini emogasanaltici impone di impone di partire sempre dal pHpartire sempre dal pH per definire una acidosiacidosi (pH < 7,36) o una alcalosialcalosi (pH > 7,44) scompensate: in condizioni di acidosiacidosi una PaCOPaCO22 ridotta ridotta (< 38 mmHg) è indice di eziologia metabolicaeziologia metabolica, mentre una PaCOPaCO22 elevata elevata (> 42 mmHg) è indice di eziologia respiratoriaeziologia respiratoria; in condizioni di alcalosialcalosi una PaCOPaCO22 aumentataaumentata (> 42 mmHg) è indice di eziologia metabolicaeziologia metabolica mentre una PaCOPaCO22 diminuitadiminuita (< 38 mmHg) è indice di eziologia respiratoriaeziologia respiratoria

disordini emogasanaliticidisordini emogasanalitici

approccio di laboratorio approccio di laboratorio ai disordini emogasanalitici ai disordini emogasanalitici

disordine alterazione primaria

alterazione secondaria

eff etto finale

acidosi respiratoria

PaCO2

[HCO3- ]

[H+] pH

acidosi metabolica [HCO3- ] PaCO2 [H+] pH

alcalosi respiratoria PaCO2 [HCO3- ] [H+] pH

alcalosi metabolica [HCO3- ] PaCO2 [H+] pH

ACIDOSI: pH

ACIDI BASI

RESPIRATORIA­: PaCO2

HCO3-

METABOLICA: PaCO2

HCO3-

RESPIRATORIA: PaCO2

HCO3-

METABOLICA: PaCO2

HCO3-

ALCALOSI: pH

ACIDI BASI

BASIACIDI EQUILIBRIO

disordini semplici e complessidisordini semplici e complessi

In patologia umana è difficile la presenza di “disordini semplici”“disordini semplici” in quanto spesso vi è compromissione e/o co-interessamento di più organi (ad esempio scompenso cardiaco in un paziente con broncopneumopatia cronica e/o insufficienza renale e/o perdita di liquidi per diarrea o vomito): in tali condizioni ci si trova di fronte a quelli che vengono definiti “disordini “disordini complessi” complessi” o “misti” “misti”Nei disordini misti disordini misti dell’equilibrio acido base il compensocompenso attesoatteso nonnon è rispettatorispettato

disordine Alterazione

primaria

Risposta compensatoria attesa limiti

Acidosi respiratoria:-Acuta

-Cronica

pCO2

- Aumento di 1 mEq/L dei bicarbonati per ogni 10 mmHg di aumento della anidride carbonica- Aumento di 3,5 mEq/L dei bicarbonati per ogni 10 mmHg di aumento della anidride carbonica

30 mEq/L

45 mEq/L

Alcalosi respiratoria-Acuta:

-Cronica:

pCO2

- Riduzione di 2 mEq/L dei bicarbonati per ogni 10 mmHg di diminuzione della anidride carbonica- Riduzione di 5 mEq/L dei bicarbonati per ogni 10 mmHg di aumento della anidride carbonica

18 mEq/L

12 - 15 mEq/L

Acidosi metabolica

[HCO3-]

Diminuzione di 1,2 mmHg della anidride carbonica per ogni mEq/L di caduta dei bicarbonati

10 – 15 mmHg

Alcalosi metabolica

[HCO3-]

Aumento di 0,7 mmHg della anidride carbonica per ogni mEq/L di aumento dei bicarbonati

55 mmHg

riepilogo dei compensi renali e respiratori riepilogo dei compensi renali e respiratori ai disturbi primari dell’equilibrio acido-ai disturbi primari dell’equilibrio acido-

basebase