Prof. Antonio Galzerano, Azienda ospedaliero-universitaria SMM di Perugia. Peter Stewart1981

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1 Prof. Antonio Galzerano, Azienda ospedaliero-universitaria SMM di Perugia Peter Stewart1981

2 - Uno stretto controllo della concentrazione degli idrogenioni è indispensabile per l attività e la sopravvivenza cellulare - Gli idrogenioni influenzano fortemente l attività dei sistemi enzimatici tessutali ph = - log [ H + ] Proporzionalità inversa Relazione non lineare

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4 Fluidi corporei ~42 l ECF 33% (14 l) Plasma 7% Interstiziale 26% Linfa 1% ICF 67% (28 l)

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7 Bilancio Acido/Base e valore di ph Il rapporto tra forme dissociate ed indissociate di un acido è la CONSTANTE (K): K = [H + ][HCO 3- ] / [H 2 CO 3 ] Mentre l equazione di Henderson-Hasselbalch : ph = pk + log ( [HCO 3- ] / [H 2 CO 3 ] ) H 2 CO 3 è difficile da misurare ma è direttamente correlata a CO 2 ph = pk + log ( [HCO 3- ] / α [CO 2 ] ) (α è la solubilità di CO2= 0.03 ) a normale concentrazione di pco 2 = 40mm Hg e normale concentrazione di HCO 3 = 24 mm ph = log(24/(0.03 x 40)= 6.1 +log (20/1)= 7.4

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9 Equilibrio Acido-Base

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11 fosfati

12 Glutammina e ioni ammonio

13 Anidrasi carbonica Meccanismo del trasporto di anidride carbonica

14 PRODOTTI TERMINALI DEL METABOLISMO CELLULARE: Velocità generazione acidi = Velocità smaltimento acidi

15 SISTEMI TAMPONE ph = pk + log [ A - ] [ AH ] HCO 3 - / H 2 CO 3 HPO 4 -- / H 2 PO 4 - Prot - / H-Prot Hb / H-Hb (Sali di Calcio del tessuto osseo)

16 Fx Renale Ventilazione polmonare Escrezione acidi fissi meq/24h Eliminazione CO mmol/24h Recupero e rigenerazione HCO 3 - Controllo pco 2 arteriosa

17 L EMOGASANALISI ARTERIOSA E STATA DEFINITA DALL OMS COME L ESAME IN ASSOLUTO CON IL MIGLIOR RAPPORTO COSTO BENEFICIO

18 L OSSIMETRIA DA SOLA NEL PAZIENTE CRITICO NON È CONSIDERATA SUFFICIENTEMENTE ACCURATA PER SOSTITUIRE LA DETERMINAZIONE EMOGASANALITICA NELLA VALUTAZIONE INIZIALE DEL PAZIENTE CON INSUFFICIENZA RESPIRATORIA.

19 CARATTERISTICHE: È un esame rapido Facile da eseguire Solo limitatamente invasivo Le complicanze sono infrequenti e di scarsa entità (verifica fattibilità attraverso test di ALLEN). CONTROINDICAZIONE ASSOLUTA: arteriopatia periferica

20 CI PERMETTE DI VALUTARE: La VENTILAZIONE, quindi l efficienza degli scambi gassosi a livello polmonare; Il METABOLISMO, quindi lo stato dell equilibrio acido base (spia di importanti funzioni come lo stato di disidratazione e la circolazione); L ADEGUATEZZA del trasporto di ossigeno ai tessuti (insieme alla concentrazione di Hb ed alla efficienza della pompa cardiaca).

21 ü ü ü ü ü ü LATTATI(MET) Elettroliti(MET-RESP) BE (MET) Co-HB(RESP) Glicemia(MET) Anion gap(met)

22 INTERPRETAZIONE EGA 1. STATO DI OSSIGENAZIONE 2. ANALISI DEL PH 3. ANALISI DELLA PACO2 4. BE (base excess) 5. ANALISI DEI BICARBONATI 6. IN CASO DI ACIDOSI METABOLICA: GAP ANIONICO 1.PAO2, FIO2, P/F, D(A-A)O2 2.ACIDEMIA ED ALCALEMIA 3.DISTURBO PRIMARIO O SECONDARIO? 4.COMPONENTE METABOLICA? 5.COMPENSO ATTESO? 6.QUANTITÀ DI ACIDI NON VOLATILI PRESENTI NEL SANGUE

23 GAP ANIONICO [NA + ] + [K + ] + CNM = [Cl - ] + [HCO 3- ] + ANM GA = ANM - CNM GA = [NA + ] + [K + ] - [Cl - ] - [HCO 3- ] ANM Proteine 12 CNM Calcio 4,5 Acidi organici 2 Fosfati 2 Magnesio 1,5 Solfati 1 ANM = 17 meq/l CNM = 6 meq/l

24 Misura Gap Anionico AG = Na + + K + - Cl - - HCO 3 - AG = Alb- + Ph- + Lac- + XA- K+ Alb- Ph- XA- AG Valore normale fx Alb (Ph) Riferimento fisso a 12 meq/l AGc = AG + (4 Alb) * 2.5 Na+ Lac- HCO 3 - Cl-

25 Anioni non misura+ Gli anioni non misurati possono essere rappresentati da composti organici o inorganici come lattato, salicilato, penicillina, metanolo e glicole etilenico e altri non ancora conosciuti (presenti ad esempio nella sepsi).

26 GAP ANIONICO Normale GA = 12±4 meq / l Correzione in caso di ipoalbuminemia: + 2,5 meq / l per ogni 1 g / dl Alb ACIDOSI METABOLICA GA normale Ipercloremica() GA aumentato Normocloremica()

27 Cause di acidosi metab. con alto anion gap ASPIRIN OVERDOSE INTOSSICAZIONE DA METANOLO INTOSSICAZIONE DA GLICOLE ETILENICO INTOSSICAZIONE DA PARALDEIDE INTOSSICAZIONE DA TOLUENE AZOTEMIC RENAL FAILURE ACIDOSI LATTICA INSUFFICIENZA EPATICA DIGIUNO ALCOLISMO DIABETE

28 Cause di acidosi metabolica con normale anion gap: RENAL TUBULAR ACIDOSI INTUBAZIONE ENTERICA DA LAVANDA GASTRICA DIARREA INIBITORI DELLA ANIDRASI CARBONICA STADI INIZIALI DI MALATTIA RENALE ACIDOSI DA DILUIZIONE FISTOLE BILIARI O PANCREATICHE SALI ACIDIFICANTI ZOLFO, ACIDO SOLFIDRICO, FARMACI

29 ACIDOSI METABOLICA: fisiopatologia 3 MECCANISMI: CARICO ACIDO ECCESSIVO (Acidosi lattica, chetoacidosi glicole etilenico, etanolo, metanolo, farmaci) RIDOTTA RIGENERAZIONE BICARBONATI (IRA, IRC, insuff. Corticosurrenalica, ipoaldosteronismo, ATD) PERDITA DI BICARBONATI (IRA, IRC, diarrea, ATP)

30 ACIDOSI METABOLICA: clinica Iperventilazione ( Vt RR) Depressione cardiocircolatoria Aritmie (elettroliti) Ipertensione polmonare Letargia coma

31 ACIDOSI METABOLICA: tra=amento Terapia del disturbo di base! Terapia alcalinizzante: indicazioni - ph < 7,15 a precise condizioni - compromissione cardiocircolatoria - eccessivo WOB NaHCO 3 : effetti collaterali - Sovraccarico di volume - Aumento affinità Hb per O 2 - Vasocostrizione cerebrale - Ipokaliemia - Acidosi paradossa intracellulare (SNC)

32 VALUTAZIONE degli ELETTROLITI 1. SODIO 2. POTASSIO 3. CALCIO TOTALE 4. CLORO meq/l 2. 3,5 5,0 meq/l 3. 8,5 10,5 mg/dl meq/l

33 Le Cause di alcalosi respiratoria sono: Risposta alla ipossiemia (moderata- severa) Ventilazione meccanica forzata Disordini polmonari Ascite da Fibrosi Scoliosi e deformità della gabbia toracica Terzo trimestre di gravidanza Polmonite e Adult respiratory distress syndrome (ARDS) insufficienza cardiaca Congestizia Emboli nella circolazione polmonare origine Neurologica Febbre e Ansia Acidosi del fluido Cerebrospinale Trauma e dolore severo Shock/diminuita gettata cardiaca

34 Cause di alcalosi metabolica : ipokalemia Ingestione di grosse quantità di alcali o liquerizia Perdita di fluido Gastrico Vomito Nasogastric drenaggio iperaldosteronismo secondario Inadeguata perfusione renale Somministrazione di Diuretici o Bicarbonati Sodium bicarbonate overcorrection Trasfusioni di sangue Ipersecrezione corticosurrenalica Somministrazione di Steroidi Ventilazione Eucapnica postipercapnia

35 ALTERAZIONI DELL EQ. ACIDO-BASE ALTERAZIONE PRIMARIA - Acidosi Resp Metab - Alcalosi RISPOSTA COMPENSATORIA Resp Metab RISULTANTE Compenso (7.36>pH<7.44) Acidemia (ph<7.36) Alcalemia (ph>7.44) Resp Metab

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37 DISTURBO MISTO Quando ricorrono simultaneamente più disturbi semplici dell equilibrio acido base; Diagnosi: anamnesi, aspetto clinico, quadro emogasanalitico ed idroelettrolitico del paziente, calcolo AG.

38 DISTURBO MISTO E sospettabile quando: 1. Ph normale in presenza di una PaCO2 e/o HCO3- anormali (presenza di due disturbi che vanno in senso opposto: alcalosi+acidosi); 2. Disturbo apparentemente semplice in cui non sia rispettata la regola del compenso atteso; 3. Ph estremamente acido o alcalino (mancanza di compenso o presenza di due disturbi dello stesso segno: es. acidosi metabolica e acidosi respiratoria).

39 SIGNIFICATO DELLA LATTATEMIA La carenza di ossigeno tessutale, indipendentemente dalla causa (aumento delle richieste, ipossiemia, shock) comporta produzione di lattato e quindi la comparsa di acidosi metabolica; Il processo è svantaggioso perché si producono 2 moli di ATP per 1 mole di glucosio (in ambiente ricco di O2 sono 38 le moli di ATP) ma indispensabile; Il lattato può essere riconvertito in glucosio dal fegato e dal rene nell ambito del ciclo di Cori; La sua concentrazione plasmatica, in ultima analisi, può dipendere dalla capacità di utilizzo e riconversione da parte dell intero organismo; V.N.: < 2,0 mmol/l Valutazione dei livelli ematici ogni 2-3 ore nel paziente critico

40 VALUTAZIONE BE (eccesso di basi) Aumento di concentrazione delle basi tampone rispetto al normale; Misura della componente metabolica di un disturbo acido-base; Non discrimina tra disturbo primitivo e risposta compensatoria; V.N.: ±2 mmol/l.

41 VALUTAZIONE BE (eccesso di basi) Distinto in: ABE (actual base excess) che rappresenta la quantità di acido o base forte necessaria per riportare il Ph a 7,4 e SBE (standard base excess), simile all ABE ma il riferimento è il liquido extracellulare; ABE e SBE diminuiscono nell acidosi metabolica e aumentano nell alcalosi metabolica.

42 Disordini dell equilibrio Acido Base Acidosi Respiratoria Ridotto ph ed elevata pco 2 possibile causa: inadeguata ventilazione Acidosi Metabolica Bassi valori plasmatici di HCO 3 e di ph controlla ANION GAP = [Na + ] - [Cl - ] - [HCO 3- ] elevato gap = acidi non-misurabili ketoacidosi diabetica, acidosi lattica, avvelenamento da glicole etilenico o salicilati gap normale (12 ± 4) diarrea, ileostomia Perdita di HCO 3 - accoppiata con Cl - trattenuto nel plasma

43 Meccanismo renale per generare e mantenere l alcalosi metabolica dopo perdita di fluidi extracellulare, cloruri e potassio da vomito

44 Analisi dei disordini acido-base Acidosi ph < 7.4 Alcalosi ph > Quali sono le cause dell acidosi/alkalosi? Acidosi - metabolica se HCO 3 < 24 mm respiratoria se CO 2 > 40 mmhg Alkalosi - metabolic se HCO 3 > 24 mm respiratory se pco 2 < 40 mmhg 3. Esiste una compensazione (risposta cronica)? metabolic acidosi: pco 2 < 40mm metabolic alkalosi: pco 2 >40 mm respiratory acidosi: HCO 3 < 24mM respiratory alkalosi: HCO 3 > 24 mm

45 Buffer Base Basi tampone presenti nel sangue: - Bicarbonati - Albumina - Emoglobina - Fosfati HCO 3 - A - Buffer Base

46 Legge della ele=roneutralità nel plasma Na + K + Mg ++,Ca ++ H + Lactate PO 4 Alb - Cl 2 Cl - SO 4 --, OH -, others La legge della elettroneutalità afferma: In una soluzione acquosa la somma di tutte le cariche positive (cationi) deve equivalere alla somma di tutte le cariche negative (anioni). Nota che tutti i cationi nel plasma sono ioni forti tranne H + : solo questo può variare in risposta alle variazioni degli anioni. Invece molti degli anioni mostrati sono ioni deboli e qindi la loro carica puo cambiare.

47 Approccio di Stewart all Equilibrio Acido-Base ph = pk ' + log [ ] HCO sco 2 3 pco 2

48 Le variabili indipendeng di Stewart ([SID + ], [A TOT ] e PCO 2 con la costante di dissociazione dell acqua (K' w ), determinano le variabili dipendeng [H + ] e [HCO 3- ] [SID + ] PCO HCO - 3 H + OH - A - 2 [A TOT ] K' w

49 EleLroneutralità nel plasma meq/l K +, Ca 2+,Mg 2+ Na + HCO - 3 Alb - Pi - XA - lactate A - SIDe SIDa SIG = SIDa -SIDe 50 Cl - XA - =anioni non misurati

50 SID ACIDI DEBOLI CO Elettroneutralità 0? Strong Ion Gap (SIG) SIG > 0 Acidosi Metabolica

51 Approccio di Stewart all Equilibrio Acido-Base ph = pk + log [SID+] - Ka[ATOT]/ Ka + 10-pH S x PCO2 Se SID = [HCO3-] e ATOT = 0 ph = pk + log [HCO3-] S x PCO2

52 Biochimica dell Acqua Quasi tu.e le soluzioni d interesse biologico condividono duecara.eris+che: 1)sono soluzioni acquose 2)la maggior parte sono alcaline I fattori che determinano la dissociazione dell acqua sono le leggi fisico-chimiche [H + ] H H O Elettroneutralità Conservazione di massa SID PCO 2 A TOT i 3 determinanti la [H + ] H 2 O H + + OH - Dissociazione dell acqua

53 b. Fosfati inorganici [Pi] [Pi] Classificazione delle alterazioni acido-base Acidosi Alcalosi I Respiratoria PCO 2 PCO 2 II Non respiratoria (metabolica) 1. SID anormale a. Eccesso/Difetto di acqua SID, [Na + ] SID, [Na + ] b. Alterazione di anioni forti i. Eccesso/Difetto di Cloro SID, [Cl - ] SID, [Cl - ] ii. Eccesso di anioni non identificati 2. Acidi deboli non volatili SID, [SIG] a. Albumina sierica [Alb] [Alb]

54 acidosi metabolica parzialmente compensata con AG normale Diagnosi differenziale: RTA, TPN, perdita di succo pancreatico, acidosi da resine a scambio ionico, diarrea. acidosi metabolica parzialmente compensata con basso SIDe e SIG nella norma. acidosi metabolica parzialmente norma. compensate, con basso SIDe e SIG alto Diagnosi differenziale: ketoacidosi, acidosi lattica, intossicazione da salicilati, metanolo, formati.

55 Acidosi Metabolica Basso SID basso SIG RTA, TPN, perdita di succo pancreatico, acidosi da resine a scambio ionico, diarrea. Basso SID alto SIG ketoacidosi, acidosi lattica, intossicazione da salicilati, metanolo, formati.

56 Alcalosi Metabolica Ipoalbuminemia Alto SID Sindrome Nefrosica, cirrosi epatica Carico di Sodio,perdita di Cloro, vomito, drenaggio gastrico, diuretici, eccesso d mineralcorticoidi, Sindrome di Chushing, corticosteroidi esogeni

57 Fisiologia secondo l approccio di Stewart L importanza del cloro Na+ e Cl- sono gli elettroliti principali nel determinare le variazioni del SID. Un aumento della concentrazione di sodio rispetto a quella del cloro o una diminuzione della concentrazione del cloro rispetto a quella del sodio aumentano il SID e di conseguenza il ph. Variazioni nel senso opposto diminuiscono il SID ed il ph. Dal momento che la concentrazione del sodio è strettamente regolata per mantenere la tonicità e la volemia, è il cloro che assume il ruolo principale nel controllo del SID e di conseguenza del ph.

58 L importanza del cloro Na+ e Cl- sono gli elettroliti principali nel determinare le variazioni del SID. Un aumento della concentrazione di sodio rispetto a quella del cloro o una diminuzione della concentrazione del cloro rispetto a quella del sodio aumentano il SID e di conseguenza il ph. Variazioni nel senso opposto diminuiscono il SID ed il ph. Dal momento che la concentrazione del sodio è strettamente regolata per mantenere la tonicità e la volemia, è il cloro che assume il ruolo principale nel controllo del SID e di conseguenza del ph.

59 L importanza del cloro molti dei disturbi dell equilibrio acido base sono causati da alterazioni nella omeostasi del cloro. Ad esempio l alcalosi metabolica ipercloremica, causata dalla perdita di succhi gastrici, o l acidosi da diluzione, determinata dall infusione di soluzione fisiologica, non sono determinate dalla perdita o aggiunta di idrogenioni(o diluizione del bicarbonato), ma dalla variazione del SID determinata dalla perdita o aggiunta di Cloro

60 SID=50 Na + 150mmol/L Cl - 150mmol/L SID=25 Na + 150mmol/L Cl - 100mmol/L Na + 300mmol/2L 150mmol/L Cl - 250mmol/2L 125mmol/L

61 Albumina Nell ambito di ph compreso tra valori di 6.8 e 7.8, l albumina ha una carica negativa netta di 21 meq/l, quindi la sua diminuzione ha un effetto alcalinizzante. Nel plasma con una bassa concentrazione sierica di albumina il SIG può essere elevato (indicando la presenza di anioni non misurati), anche se i valori di AG e SBE possono essere normali.

62 Albumina Le variazioni dalla norma dello SBE sono considerate equivalenti a quelle del SID Tuttavia questo avviene solo se la concentrazione plasmatica dei tamponi diversi dal bicarbonato (albumina e fosfati) è nella norma. In queste situazioni il SIG può essere un miglior indicatore della presenza di anioni non misurati rispetto al AG e allo SBE Schlichtig R. [Base excess] vs [Strong ion difference]: which is more helpfull? Adv Exp Med Biol 1997;411:91-95

63 Gli approcci tradizionali all equilibrio acido-base quali la valutazione dello SBE e dell AG non consentono di apprezzare la presenza di acidosi metabolica, quando questa è mascherata dalla ipoalbuminemia Salem MM, Mujas SK: Gaps in the anion gap. Arch.Intern.Med. 1992; 152: Wilkes P: Hypoproteinemia, strong-ion difference, and acid-base status in critically ill patients. J. Appl.Physil 1\998; 84:

64 Sia il deficit di basi (BE) che il gap anionico (AG) sottostimano frequentemente la presenza di acidosi metabolica sopratutto nel malato critico Fencl V, Jabor A, Kazda A, Figge J: Diagnosis of metabolic acid-base disturbance in critically ill patients. Am J. Respir Crit Care Med. 2000; 162:

65 Benché ci sia stato un energico dibattito riguardo l accuratezza e l utilità di ogni approccio, tutti danno un risultato praticamente identico quando vengono impiegati per quantificare lo stato acidobase di un campione di sangue. I tre approcci si distinguono invece nella comprensione del meccanismo su cui si fondano le variazioni di ph Kellum JA: Determinants of blood ph in health and disease. Critical Care 2000; 4: 6-14

66 Anioni non misura+ Gli anioni non misurati possono essere rappresentati da composti organici o inorganici come lattato, salicilato, penicillina, metanolo e glicole etilenico e altri non ancora conosciuti (presenti ad esempio nella sepsi).

67 The Stewart s approach to acid-base chemistry Compared with the Henderson Hasselbalch approach, the Stewart approach has a number of appealing features 1 the control of acid base and water homeostasis can be explained in terms of both sodium and chloride regulation 2 acid base status is partly controlled by a number of plasma electrolytes, notably sodium and chloride. These electrolytes can be manipulated in the clinical setting to optimize acid base status 3 the factors controlling acid base status are independent. PaCO2, SID (strong ion difference), ATOT (total weak acid concentration) Criticism of the Henderson Hasselbalch approach include a lack of interdependence between carbon dioxide and bicarbonate 4 the Henderson Hasselbalch approach does not allow assessment of non volatile buffers, whereas the Stewart approach explicitly includes assessment of weak acids

68 STATO DI OSSIGENAZIONE

69 STATO DI OSSIGENAZIONE PaO2/FiO2 1. indice di respirazione alveolare ( scambio intrapolmonare di gas) 1. Valore normale: > Un P/F tra 350 e 400 è indice di lieve ipossiemia 3. Un P/F tra 300 e 200 è indice di ALI (acute lung injury.cr.clinico) 4. Un P/F< a 200 è indice di GRAVE insufficienza respiratoria (ARDS-cr.clinico)

70 STATO DI OSSIGENAZIONE D(A-a)O2= gradiente alveolo-arterioso di O2 Differenza tra PO2 nel gas alveolare (PAO2) e quella nel sangue arterioso (PaO2): 1. Misura indiretta dell anormalità del rapporto ventilazione/perfusione 2. (età/4)±4 3. Aumenta con l età 4. Aumenta di 5-7 mmhg per ogni incremento del 10% della FiO2 5. In aria ambiente valori tra 10 e 15 mmhg sono normali 6. Valori >20 indicano un moderato deficit ventilazione/ perfusine 7. Valori >50 indicano un importante alterazione rapporto V/Q (ARDS, embolia polmonare, atelectasia) 8. UTILITA : identificare ipossie secondarie ad ipercapnie

71 STATO DI OSSIGENAZIONE VO2 (O2 uptake o consumo di ossigeno) = CO x (CaO2-CvO2)= CO x 13,4 x Hb x (SaO2 SvO2) Dipende dalla gittata cardiaca e dalla differenza tra contenuto in ossigeno del sangue arterioso e del sangue venoso misto; CaO2 e CvO2 V.N.= ml/minuto/m2

72 STATO DI OSSIGENAZIONE FRAZIONE di ESTRAZIONE DELL O2: O2ER 1. O2ER= VO2/DO2 2. V.N.= tra 0,2 e 0,3 3. E regolabile, in condizioni di DO2 alterato, O2ER può aumentare fino a 0,50 o 0,60; fino a 0,8 durante esercizio massimale 4. DO2 CRITICO: valore di DO2 dipendente dal trasporto, questa situazione è chiamata DISOSSIA (la produzione di energia è limitata dalla disponibilità di O2)

73 STATO DI OSSIGENAZIONE MONITORAGGIO O2ER: 1. GOLD STANDARD: SvO2 mediante catetere di Swan Ganz e monitoraggio gittata cardiaca in continuo 2. A SCOPI CLINICI: ScvO2 (saturazione del sangue venoso centrale) 3. V.N.: >70% (tra 70 e 80%) 4. UTILIZZO: gittata cardiaca bassa, ipossiemia, anemia acuta, aumento del consumo (VO2) 5. LIMITI: è un valore complessivo dell intero organismo; si riferisce alla saturazione e non al contenuto di ossigeno; nel caso di shock distributivi da solo non basta per valutare l ipossia tissutale

74 Caso clinico cardiologico Paziente con insufficienza respiratoria acuta 68 aa, M,ricoverato in cardiologia per scompenso cardiaco da 2 giorni. Episodio di dispnea acuta, febbre 37.3, diuresi conservata.chiedo EGA arterioso prima della consulenza in reparto Attualmente VM 35% 02 Ph=7.36 AG=18 pco2 32 BE=-2 po2 44 P/F = 125 SaO2 78% HCO3 17 Consulenza per Embolia polmonare.e compatibile? Esame obiettivo ECG..D-dimero ecocardio transtoracico TEE.enzimi cardiaci con bnp.già eseguiti in reparto. Tc torace ancora in sospeso.

75 Caso clinico pneumologia ph 7 31 Esempio Paziente con NIV per bpco riacutizzata, fio2 70% pco2 49 po2 125 P/F = 178 SaO2 98% HCO3 29 BE=2