Ad esempio un acido, come HCl, si dissocia in acqua per fornire idrogenioni nel seguente modo:

Transcript

1 Fisiologia, fisiopatologia e terapia dei disturbi dell equilibrio acido-base. C. Terzano L obiettivo di questo capitolo è duplice: 1) fornire le basi necessarie per comprendere l equilibrio acidobase, le sue complicanze e l approccio terapeutico; 2) aiutare lo studente a superare l esame su un argomento reso, nella maggior parte dei casi, complesso. Al fine di raggiungere i suddetti scopi è necessario chiarire alcuni concetti chiave. Nel 1887 Svante Arrhenius, premio nobel nel 1903 per i suoi studi sugl elettroliti, si chiese quali ioni si potessero formare quando acidi e basi venivano disciolti in acqua. Arrivò pertanto alla conclusione che gli acidi si dissociano in acqua per dar luogo agli idrogenioni e che le basi si dissociano in acqua per dar luogo agli ioni idrossido. Ad esempio un acido, come HCl, si dissocia in acqua per fornire idrogenioni nel seguente modo: a) HCl H + + Cl - Mentre una base, come NaOH, si dissocia in acqua per fornire ioni idrossido b) NaOH Na + + OH - Acidi e basi si neutralizzano l uno con l altro in quanto idrogenioni e ioni idrossido si combinano fra loro per formare acqua (H 2O): 1

2 c) Neutralizzazione: H + + OH - H 2O HCl + NaOH H 2O + NaCl L equazione c rappresenta la versione ionica della neutralizzazione acido-base e mostra come un acido e una base si neutralizzano l un l altro per formare acqua e sali. Arrhenius definì pertando acido una sostanza capace di dissociarsi in acqua per fornire idrogenioni (H + ) e base una sostanza capace di dissociarsi in acqua per fornire ioni idrossido (OH - ). I limiti della teoria di Arrhenius sono che essa si applica solo alle soluzioni acquose e che esistono sostanze acide prive di ioni idrogeno e sostanze basiche prive di ioni idrossido. La teoria di Bronsted e Lowry del 1923 definisce un acido come una sostanza in grado di donare un H + ad un altra sostanza, senza richiedere una soluzione acquosa o la dissociazione in ioni. La sostanza che accetta H + dall acido è chiamata base. Una base, pertanto, rappresenta un accettore di protoni. Ad esempio, lo ione idrossido può accettare un protone per formare acqua: OH - + H + H 2O Ma anche uno ione carbonato può accettare uno ione idrogeno, o un protone, per diventare ione bicarbonato: CO H + HCO 3 - e le molecole di acqua possono funzionare come una base accettando protoni: H 2O + H + H 3O + L anidride carbonica (CO 2), nella teoria di Bronsted e Lowry non è considerata un acido, in quanto non possiede idrogenioni, tuttavia essa può essere considerata un acido considerando l acido carbonico ( H 2CO 3 ) come acido. Definiamo ora i termini più comuni. Neutro è il ph in cui si ha uguale numero di ioni [H + ] e ioni [OH - ]. 2

3 ph è il logaritmo negativo della concentrazione degli ioni idrogeno. L'acqua è più ionizzata alla temperatura corporea che alla temperatura ambiente; quindi il ph è neutro a 6.8 piuttosto che a 7.0. Questo è anche il ph medio all'interno della cellula. L'organismo preserva la neutralità all'interno delle nostre cellule, dove avviene la maggior parte delle reazioni chimiche dell'organismo, e mantiene il sangue a ph 7.4, cioè di 0.6 unità di ph sul versante alcalino rispetto alla neutralità. Il valore normale del ph extracellulare è di Pressione parziale di ossigeno nel sangue arterioso: PO2. La funzione più importante dell apparato respiratorio e vascolare è quella di rifornire in una quantità elevata di ossigeno le cellule del corpo umano ad una soddisfacente pressione paziale. La quantità di ossigeno resa disponibile in un minuto è nota come flusso di ossigeno, ed è uguale alla gittata cardiaca x il contenuto arterioso di ossigeno. La PO2 non indica quanto ossigeno è presente nel sangue, ma esclusivamente la pressione esercitata dalle molecole di O2 disciolte nei confronti dell elettrodo utilizzato per misurarla. I valori normali della PO2 variano con l età: respirando aria la PO2 di un soggetto di 20 anni è di mmhg, mentre a 65 anni è di 80 mmhg. Tab 1. Età (anni) mmhg (84-104) (81-101) (78-98) (74-94) (71-91) Tab. 1 : valori normali della PO2 arteriosa. Il rapporto fra la PO2 e la percentuale di saturazione dell emoglobina con l ossigeno (SaO2) è descritta dalla curva di dissociazione dell emoglobina. Fig. 1. 3

4 Fig.1 Curva di dissociazione dell emoglobina. La parte piatta superiore della curva indica che al ridursi dalla PO2 la SaO2 è mantenuta entro valori accettabili fino a valori di PO2 di circa 50 mmhg. Un ulteriore riduzione della PO2 al di sotto di tale valore comporterà una precipitosa caduta della SaO2 Vi sono quattro cause principali di ipossiemia ( riduzione della PO2) : 1) Ipoventilazione; 2) Alterazione della diffusione; 3) Shunt; 4) Disomogeneità del rapporto ventilazione / perfusione. Una quinta causa, riduzione della pressione parziale dell ossigeno nell aria inspirata, viene osservata solo in alcune circostanze particolari: durante il soggiorno ad elevate altitudini oppure quando viene inspirata una miscela a bassa concentrazione di O2. Abitualmente il sangue viene prelevato pungendo l arteria brachiale, radiale o femorale; viene quindi aspirato un singolo campione, oppure viene posto in arteria un piccolo catetere e i campioni vengono prelevati ripetutamente a seconda delle necessità. Lo spazio morto della siringa utilizzata per il prelievo deve essere riempito con eparina e l analisi eseguita possibilmente entro pochi minuti dal prelievo. -Fig. 2- In alcune occasioni il prelievo può essere effettuato a livello del lobo dell orecchio o ad un dito (prelievo capillare). 4

5 Fig. 2: Prelievo arterioso dall arteria radiale per l esecuzione dell emogasanalisi. FiO2. Frazione di ossigeno inspirata. Valore normale: 21% a qualsiasi altitudine. Durante l O2 terapia la frazione di ossigeno inspirata aumenta in rapporto all impostazione della FiO2 desiderata ( 24%, 28% ecc.) sfruttando il principio di Venturi e aggiustando per il flusso di gas da inalare, aria ambiente e flusso di ossigeno proveniente dall erogatore. Pressione parziale di anidride carbonica nel sangue arterioso: PCO2. Valore normale: 40 mmhg (34-45 mmhg). - HCO 3. Concentrazione di bicarbonati. Valore normale: 24 mmol/l ( mmol/l). BE: Eccesso di Basi. Quantità di acidi forti richiesta per riportare il ph a 7.4. Valore normale: + 2 mmol/l. Un valore positivo indica un eccesso di basi (o deficit di acidi), mentre un valore negativo indica un deficit di basi ( o un eccesso di acidi). Anidride carbonica (CO2): l acido respiratorio. L anidride carbonica non è un acido ma rappresenta l unico gas che può essere espirato. Per definizione l acidosi respiratoria è una condizione caratterizzata da una elevata PCO2. L'acido carbonico (H 2CO 3) si forma soltanto quando la CO2 si combina con l'acqua. La CO2 rappresenta pertanto un potenziale per creare una quantità equivalente di acido carbonico ed è il prodotto finale della completa ossidazione di carboidrati e acidi grassi. 5

6 Acidi metabolici e sistemi tampone. Gli acidi metabolici rappresentano tutti gli acidi non volatili prodotti dall organismo a partire soprattutto dalle proteine: lattato, fosfato, solfato,ecc. e sono escreti a livello renale. L acido carbonico è pertanto escluso da questa definizione. La risposta dell organismo alle variazioni dell equilibrio acido-base avviene rapidamente, nel giro di pochi minuti o ore, tramite una modificazione della ventilazione oppure, molto più lentamente ( giorni), tramite una modificazione della secrezione renale di bicarbonati. L iperventilazione aumenta l eliminazione del CO2 al fine di correggere un acidosi respiratoria, dar luogo ad un alcalosi respiratoria oppure per compensare un acidosi metabolica. Dal canto suo la risposta renale è responsabile dell escrezione degli acidi metabolici e delle variazioni compensatorie del HCO 3 plasmatico in presenza di alterazioni dell equilibrio acido-base respiratorio. La capacità dei polmoni di eliminare grandi quanità di anidride carbonica li abilita a compensare rapidamente. Per contro il rene è abituato a eliminare solo 100 meq di acido al giorno. Questa minore quantità corrisponde a una relativamente più bassa percentuale di compenso; un paziente può essere ventilato a una PCO 2 anormale per giorni prima che si raggiunga il tipico, parziale compenso. L'acidosi respiratoria pura (elevata PCO 2) implica una normale situazione metabolica e aumenta sia l'[hco 3- ] sia l'[h + ]. Le modificazioni degli [H + ] sono solo in parte dovute al tamponamento degli H +, soprattutto dall'emoglobina. Se, a questo livello di PCO 2, il rene compensa riducendo gli [H + ], allora gli [HCO 3- ] aumentano ulteriormente (cioè: l'acidosi respiratoria aumenta il livello di bicarbonato e il compenso metabolico lo aumenta ulteriormente). Similmente, l'acidosi metabolica pura implica una normale PCO 2; l'elevata concentrazione di [H + ] è associata a una proporzionale caduta degli [HCO 3- ]. In pratica il compenso respiratorio riduce prontamente la PCO 2, riducendo sia gli [H + ] che gli [HCO 3- ], (cioè: l'acidosi metabolica abbassa il livello di bicarbonati e il compenso respiratorio lo abbassa ulteriormente). In considerazione di questo effetto congiunto sulla concentrazione degli ioni bicarbonato, sembra logico evitare di usare il bicarbonato come misura sia delle anormalità metaboliche che respiratorie. Il corpo umano possiede quindi una grande capacità di tamponare le alterazioni dell equilibrio acido-base. I sistemi tampone nel sangue sono rappresentati dalle proteine e dal sistema tampone fosfato. Mentre quest ultimo non rappresenta, a causa delle concentrazioni troppo basse, un tampone importante, l emoglobina è un importante tampone ematico del CO2 grazie al suo elevato numero di residui di istidina per molecola. Poiché la CO2 è solubile nei lipidi ed attraversa rapidamente le membrane cellulari, le variazioni della pco2 inducono rapide variazioni di [H + ] nei fluidi corporei. A loro volta le variazioni della ventilazione alveolare sono inversamente correlate alle variazioni della pco2 arteriosa e direttamente proporzionali alla totale produzione corporea di CO2: 6

7 pco2 è proporzionale a V CO2 / V A dove pco2 = pressione parziale di anidride carbonica V CO2 = anidride carbonica prodotta dall organismo V A = ventilazione alveolare Le variazioni della pco2 arteriosa, invece, inducono variazioni del ph, così come difinito dall equazione di Henderson-Hasselbalch: ph = pka + log { [HCO3] / (0.03 x pco2) } Il sistema di controllo della regolazione respiratoria dell equilibrio acido-base è pertanto rappresentato: a) dalle modificazioni arteriose della pco2 che alterano il ph arterioso; b) dai chemorecettori centrali e periferici che rispondono alle variazioni della pco2 arteriosa; c) dalla risposta dei centri respiratori bulbari; d) dai muscoli respiratori che, aumentando la ventilazione/minuto, riducono la pco2 arteriosa attraverso un meccanismo a feedback negativo che tende a ripristinare i valori iniziali di pco2. Mentre i polmoni sono deputati all eliminazione del CO2, i reni si dedicano all escrezione degli acidi metabolici e al riassorbimento del bicarbonato che coinvolgono l escrezione di [H + ]. Solo l escrezione degli acidi metabolici è però causa di secrezione di [H + ] dall organismo. Al ridursi del ph nelle urine, i reni aumentano la secrezione di NH 4, ancora di più se presente un acidosi. L aumentata secrezione di NH 4 ha come obiettivo quello di aumentare il ph extracellulare e ricondurlo alla normalità. A sua volta l NH 4 presente nella circolazione ematica è metabolizzato a livello epatico in urea con produzione di un idrogenione per molecola di NH 4. Il corpo umano possiede pertanto due alternative per rimuovere l NH 4: a) sintesi di urea a livello epatico; b) escrezione di NH 4 a livello renale. La completa ossidazione di grassi e carboidrati a livello epatico produce CO2 ma non acidi metabolici e, poiché il fegato consuma il 20% di ossigeno del corpo umano, tale metabolismo epatico rappresenta il 20% della produzione totale di CO2. La CO2, reagendo con i globuli rossi, conduce alla produzione di H + e HCO 3-. Fig. 2 7

8 CO2 PLASMA Anidrasi carbonica CO2 + H2O H2CO3 H + HCO3 - H + + Hb HHb HCO 3 - Cl - GLOBULO ROSSO Fig. 2 : Trasporto di CO2 nel sangue ed effetto tampone dell emoglobina. La CO2 penetra nel globulo rosso per combinarsi con l acqua e formare acido carbonico. La reazione è catalizzata dall anidrasi carbonica. L acido carbonico di dissocia in bicarbonati e idrogenioni. Gli idrogenioni si legano all emoglobina ridotta per formare HHb. Gli HCO3 - generati da tale processo, si riversano nel plasma scambiandosi con gli ioni Cl -. Nei polmoni si osserva il fenomeno opposto: gli idrogenioni si ricombinano con i bicarbonati per formare CO2 che, a sua volta, passa negli alveoli, mentre l emoglobina ridotta è riformata per ritornare nei tessuti. Il fegato, inoltre, svolge un ruolo estremamente importante nella regolazione dell equilibrio acido-base, considerato che i più comuni disturbi nelle malattie croniche del fegato sono rappresentati dall alcalosi respiratoria e metabolica. Oltre a quanto detto, infatti, il fegato rappresenta il maggior produttore di proteine plasmatiche e, in particolare, la sintesi di albumina rappresenta il 50% circa della sintesi di proteine di provenienza epatica. L albumina svolge un ruolo importante nell equilibrio acido-base in quanto rappresenta un sistema tampone sia per l anidride carbonica sia per gli acidi metabolici. Il fegato può essere inoltre un grande produttore o consumatore di idrogenioni. Infatti: a) produce CO2; b) metabolizza acidi organici: lattato, chetoni e aminoacidi; c) metabolizza l NH 4; d) produce proteine plasmatiche. Acidosi Respiratoria. L'acidosi Respiratoria è una condizione caratterizzata da una elevata pco 2 ed è denominata, inizialmente, come acidosi respiratoria acuta. In seguito a compenso renale che compare dopo qualche giorno e alla normalizzazione del ph, la condizione prende il nome di acidosi respiratoria cronica. L aumento della pco2 è imputabile a: a) riduzione della ventilazione alveolare; b) aumento del CO2 inspirato; c) aumentata produzione di CO2 da parte dell organismo. Nella tab 2 sono riportate le cause di acidosi respiratoria. A sua volta l ipercapnia è causa di: a) aumento della ventilazione per stimolazione 8

9 dei chemorecettori centrali e periferici; b) vasodilatazione cerebrale e aumento della pressione intracranica associati a dispnea, confusione mentale, cefalea e, nei casi gravi, a coma; c) tachicardia, vasocostrizione periferica e sudorazione, quale conseguenza della stimolazione del sistema nervoso simpatico, associati ad aritmie soprattutto se presente grave ipossiemia ; d) depressione centrale, ad elevati livelli di CO2. Nel caso di ipercapnia acuta il tamponamento avviene prevalentemente a livello intracellulare. Nel caso di ipercapnia cronica, al tamponamento intracellulare si aggiunge la ritenzione renale di bicarbonati. Le proteine intracellulari, emoglobina inclusa, e i fosfati, rappresentano i tamponi più importanti per la CO2, in quanto assorbono l H + prodotto dalla dissociazione di H 2CO 3. Dal canto suo la risposta renale all aumento della CO2 impiega alcuni giorni per raggiungere il suo massimo livello. La risposta renale è la conseguenza dell aumento della pco2 intracellulare a livello delle cellule tubulari prossimali che provoca aumento della secrezione di H + nel lume tubulare. A seguito di ciò: a) aumenta la concentrazione plasmatica di HCO 3 e, di conseguenza, la quantità di bicarbonato filtrato a livello renale; b) aumenta il riassorbimento del Na che viene scambiato con l H + e, in minima parte, con il Cl -, con conseguente riduzione del Cl - plasmatico ; c) aumenta la produzione di NH 3 al fine di tamponare l H + nel lume tubulare, con conseguente aumento dell escrezione urinaria di NH 4Cl. Il trattamento dell acidosi respiratoria è rappresentato dal ristabilimento di un adeguata ventilazione alveolare attraverso la correzione della causa determinante e dall eventuale ricorso alla ventilazione non invasiva o invasiva. In alcuni casi, soprattutto nei pazienti con ritenzione cronica di CO 2, ad esempio da BPCO, è preferibile non riportare il paziente a valori di CO 2 di 40 mmhg tramite ventilazione meccanica (ipercapnia permissiva). In molti casi, infatti, un rapido ritorno a valori normali di pco 2 può associarsi a grave ipotensione arteriosa da riduzione della stimolazione simpatica indotta dagli elevati valori di pco 2. La riduzione del filtrato glomerulare e la deplezione di cloro, potassio e liquido extracellulare che si osserva in corso di acidosi respiratoria cronica rappresentato tutti fattori in grado di provocare la persistenza di elevati livelli di bicarbonati che, associata alla compromissione renale relativa al mantenimento di un adeguato livello di bicarbonati, è causa di alcalosi post-ipercapnica. In definitiva, una insufficiente ventilazione alveolare rappresenta il fattore principale che favorisce lo sviluppo di un acidosi respiratoria. Una ventilazione inadeguata, inoltre, è causa di ipossiemia. La somministrazione di ossigeno supplementare con maschera di Venturi può risultare utile per correggere o prevenire l ipossiemia. 9

10 Tab 2 Cause di Acidosi Respiratoria Da riduzione della ventilazione alveolare - Depressione farmacologica ( anestetici, oppiacei, sedativi) del centro del respiro - Traumi, tumori o emorragie encefaliche - Obesità ( ipoventilazione ad esempio Sindrome di Pickwick) - Lesioni al midollo spinale - Arresto cardiaco con ipossia cerebrale - Tetano - Poliomielite Malattie dei Nervi e dei muscoli - Malattie neuromuscolari ( ad esempio sclerosi laterale amiotrofica) - Miastenia grave - Farmaci miorilassanti - Organofosfati Malattie del polmone, del Torace e delle vie aeree - Broncopneumopatia cronica ostruttiva - Broncospasmo - Asma - Traumi del torace - Pneumotorace - Emotorace - Edema polmonare - Paralisi diaframmatica - Malattie restrittive - Sindrome da distress respiratorio dell adulto 10

11 - Laringospasmo - Ostruzione delle vie aeree superiori Fattori esterni - Ventilazione meccanica inadeguata - Aggiunta di CO2 al gas inspirato - Insufflazione di CO2 in cavità corporee a seguito di interventi chirurgici ( ad esempio laparoscopia) Acidi Metabolici e Acidosi Metabolica. L'espressione "acidi metabolici" indica tutti gli acidi dell'organismo con l esclusione dell'anidride carbonica. Gli acidi Metabolici non sono respirabili; essi devono essere neutralizzati, metabolizzati o escreti per via renale. L'acidosi Metabolica è una condizione caratterizzata da un aumento degli acidi metabolici e da un ph che è più acido in rapporto alla PCO 2 appropriata per quel punto specifico di ph. Questa definizione enfatizza l'importanza della componente respiratoria sul ph globale. Il ph è sempre un prodotto delle due componenti, respiratoria e metabolica, e la componente metabolica è valutata, calcolata e considerata tenendo conto dell'effetto della PCO 2. Per esempio ogni modifica del ph non spiegato dalla pco 2 indica una anormalità metabolica. L acidosi metabolica può rappresentare la conseguenza di un aumento di acidi forti, ad esempio chetoacidosi o infusione di NH 4Cl, oppure di una perdita di basi, come nel caso di diarrea o di acidosi tubulare renale. L acidosi metabolica tende a persistere fin quando non si risolve il problema che l ha determinata. Ad esempio, nel caso della chetoacidosi diabetica conseguente al deficit relativo o assoluto di insulina, il ph tende a ridursi fin quando il promblema non si risolve attraverso una rigenerazione di bicarbonati. Il compenso respiratorio all acidosi metabolica si realizza attraverso un iperventilazione compensatoria ( respiro di Kussmaul) e uno spostamento verso destra della curva di dissociazione dell emoglobina. L iperventilazione compensatoria si verifica in quanto l acidosi metabolica è rilevata sia a livello dei chemorecettori periferici sia a livello dei chemorecettori centrali, con la conseguenza di una stimolazione del centro del respiro. La riduzione della pco 2, conseguente all iperventilazione, è causa a sua volta di inibizione della risposta ventilatoria. Gli effetti a livello cardiovascolare dell acidosi metabolica sono rappresentati da: depressione della contrattilità miocardica; tachicardia; vasocostrizione; vasodilatazione arteriolare periferica; venocostrizione periferica; vasocostrizione delle arterie polmonari. La perdita cellulare di K +, che si osserva in corso di acidosi metabolica, è a sua volta causa di iperkaliemia che si traduce in una depressione della conduzione atrioventricolare e che può aggravarsi in seguito alla somministrazione di alcuni farmaci quali i diuretici (spironolattone) e gli antipertensivi (ACE inibitori), fino ad indurre la morte. Un paziente con grave acidosi metabolica rappresenta un serio problema medico in quanto il decesso può verificarsi anche quando è stata rispettata una gestione terapeutica ottimale. 11

12 La terapia dell acidosi metabolica è condizionata dalla malattia che l ha deteminata. Ad esempio, nel caso della chetoacidosi diabetica è necessario somministratre fluidi, insulina ed elettroliti ma non bicarbonati mentre, nel caso di insufficienza renale, è necessario somministrare bicarbonati e sottoporre il paziente a dialisi. In molti casi la somministrazione di bicarbonati, però, può non essere necessaria né utile, rivelandosi talora dannosa per il paziente. L obiettivo principale della terapia con bicarbonati è quello di neutralizzare l acidemia extracellulare, trattare l iperkaliemia nelle emergenze, favorire la diuresi alcalina (per favorire, ad esempio, l escrezione di salicilati nei casi di sovradosaggio o intossicazione). La somministrazione di bicarbonati può però essere, a sua volta, causa di: ipercapnia, ipokaliemia, ipernatriemia, sovraccarico volumetrico, alcalosi da effetto rebound, spostamento a sinistra della curva di dissociazione dell emoglobina, ecc. Oltre all emogasanalisi, una corretta valutazione dell acidosi metabolica è fornita attraverso l analisi di: urine per glucosio e chetoni, elettroliti e glicemia, urea, creatinina, lattati. Ioni Bicarbonato. Nelle determinazioni acido-base la concentrazione (in milliequivalenti/litro) di ioni bicarbonato (HCO 3- ) viene calcolata sulla base di PCO 2 e ph. Poichè essa è influenzata da entrambe le componenti respiratoria e metabolica, non si può considerare un parametro di misurazione ideale per entrambe le componenti. Per bicarbonati standard si intende una calcolata concentrazione di bicarbonati del campione esaminato, corretta ad una pco2 di 40 mmhg. Valori anormali sono imputabili alla componente metabolica dei disturbi dell equilibrio acido-base. Un valore elevato della concentrazione di bicarbonati standard indica un alcalosi metabolica, mentre un basso valore è indice di acidosi metabolica. Base Excess (BE) o Eccesso di Basi. Costituisce una misurazione del livello di acido metabolico e normalmente è zero. Le basi del sangue (basi totali) sono circa 48 mmol/l in rapporto alla concentrazione di emoglobina. Le modificazioni delle basi ematiche sono dette eccesso o deficit di basi. L'eccesso di basi può essere utilizzato per calcolare la quantità di trattamento (neutralizzazione) richiesta per contrastare l'acidosi (o l'alcalosi) metabolica. In altri termini, per eccesso di basi si definisce la quantità di acido ( in mmol) richiesta per riportare un litro di sangue al suo normale ph ad una pco2 di 40 mmhg. L eccesso di basi riflette esclusivamente la componente metabolica dei disturbi dell equilibrio acido-base. Infatti, se è presente un alcalosi metabolica sarà necessario aggiungere acidi per far ritornare il ph ematico nella norma: in tal caso il valore di eccesso di basi sarà positivo. Qualora, invece, è presente un acidosi metabolica, sarà necessario sottrarre acidi per far ritornare il ph ai suoi valori di normalità. In tal caso il valore di eccesso di basi sarà negativo. Alcalosi respiratoria. L alcalosi respiratoria è una condizione caratterizzata da una riduzione della pco2 ( < 40 mmhg ) e da un aumento del ph arterioso in assenza di compensazione e di altri disturbi dell equilibrio acido-base. L alcalosi respiratoria è sempre determinata da un aumento della ventilazione alveolare. Tuttavia un ipocapnia, cioè una riduzione della pco2, pur indicando un aumento della ventilazione alveolare può rappresentare una risposta compensatoria ad un acidosi metabolica. In tal caso, non 12

13 rappresentando un processo primario, non si può fare diagnosi di alcalosi respiratoria. Solo la riduzione della pco2 che si verifica come processo primario può pertanto essere definita come alcalosi respiratoria. Cause comuni di alcalosi respiratoria sono rappresentate da: embolia polmonare, asma, polmonite, edema polmonare, accidenti cerebrovascolari, iperventilazione da ansia o dolori intensi oppure stress, intossicazione da salicilati ( stimolazione del centro respiratorio risultante in un disturbo misto: acidosi metabolica associata ad alcalosi respiratoria ) o analettici. Alcalosi respiratoria si osserva anche in seguito all aumento del progesterone in corso di gravidanza che tende a stimolare il centro del respiro. Tale effetto è compensato dall escrezione renale di bicarbonati. Altre cause di alcalosi respiratoria sono rappresentate dalle malattie epatiche croniche, dalla stimolazione respiratoria da parte dei chemorecettori periferici quale conseguenza dell ipossiemia o, infine, da una eccessiva ventilazione meccanica. Gli effetti metabolici dell ipocapnia sono invece rappresentati da: inibizione del drive respiratoria attraverso i chemorecettori periferici e centrali; riduzione della contrattilità del miocardio e aritmie cardiache; irritabilità neuromuscolare: tetania, spasmi, parestesie, molte volte risolvibili facendo respirare il paziente, ad intermittenza al fine di evitare l ipossiemia, in un sacchetto di carta; lieve riduzione del K + plasmatico; spostamento a sinistra della curva di dissociazione dell emoglobina; riduzione del flusso ematico cerebrale ( 4% per mmhg di riduzione di pco 2). In corso di alcalosi respiratoria acuta si osserva una riduzione degli HCO3 - : 2 mmol/l ogni 10 mmhg di riduzione della pco 2. Livelli di bicarbonati inferiori a 18 mmol/l indicano una coesistente acidosi metabolica. Nell alcalosi respiratoria cronica la compensazione renale avviene nel giro di 2-3 giorni attraverso una riduzione di 5 mmol/l di HCO3 - per ogni 10 mmhg di riduzione della pco 2. In tal caso il limite della compensazione è mmol/l di HCO3 -. La riduzione della pco 2 tende ad inibire la ventilazione e ad aggravare l ipossiemia. L ipossiemia, a sua volta, rappresenta una causa importante di iperventilazione e conseguente alcalosi respiratoria. Per tale motivo, nel caso di alcalosi respiratoria, la somministrazione di ossigeno rappresenta un momento terapeutico prioritario. Alcalosi metabolica. Condizione primitiva nella quale si osserva un aumento dei bicarbonati plasmatici [HCO 3- ]. Pertanto l aumento dei bicarbonati, conseguente ad un acidosi respiratoria cronica, deve essere considerato come una risposta di compenso e mai come un alcalosi metabolica secondaria. Le cause più comuni di alcalosi metabolica sono quelle che provocano una perdita di Cl -, quali il vomito, l uso di diuretici e le condizioni post-ipercapniche. Altre cause sono rappresentate da: ipovolemia, somminisrazione e.v. di NaHCO3, grave ipoalbuminemia, uso indiscriminato di lassativi, massive trasfusioni di sangue e condizioni 13

14 che causano perdita di potassio. In quest ultimo caso si osserva un aumento del riassorbimento di bicarbonati a livello dei tubuli renali distali e prossimali nonché una riduzione della secrezione di aldosterone da parte del surrene. Cause di deplezione di K + sono rappresentate da: sindrome di Cushing, iperaldosteronismo, alcuni farmaci, sindrome di Barterr ed eccessivo uso di liquirizia. La perdita di K + è collegata ad uno shift di H + in cambio di K +. Gli effetti metabolici dell alcalosi metabolica sono legati alle cause che l hanno provocata: la deplezione di Cl - e K + e l ipovolemia. Gli effetti più frequenti sono rappresentati da: presenza di aritmie, ridotta contrattilità del miocardio, confusione mentale, eccitabilità neuromuscolare, spostamento a sinistra della curva di dissociazione dell ossigeno. La presenza di ipossiemia, conseguente all ipoventilazione di compenso in risposta all alcalosi respiratoria, alla presenza di microatelectasie conseguenti all ipoventilazione e all aumento del mismatch ventilo-perfusivo ( l alcalosi inibisce la vasocostrizione polmonare ipossica), impone la somministrazione di ossigeno. Ciò anche in considerazione del fatto che l aumento dell output cardiaco, quale meccanismo di compenso all ipossiemia, è vanificato dalla presenza di ipovolemia e dalla riduzione della contrattilità miocardica. La correzione dell alcalosi metabolica richiede la somministrazione di soluzioni isotoniche ( soluzioni saline) e soluzioni isosmotiche per via e.v. sia al fine di espandere il volume in caso di ipovolemia, sia, attraverso l utilizzazione di KCl, per compensare il deficit di K +. La correzione dell alcalosi comporterà una deviazione verso destra della curva di dissociazione dell ossigeno, favorendo l ossigenazione periferica dei tessuti. - Nella Tab. 3 sono riassunte le variazioni del ph, della PCO2, di HCO 3 e BE nei disordini dell equilibrio acidobase, mentre nelle Tab.4 e 5 sono riportate le interpretazioni dei disturbi dell equilibrio acido-base- 14

15 Tab. 3 : EMOGASANALISI ED EQUILIBRIO ACIDO-BASE VALORI NORMALI E VARIAZIONI NEI DISORDINI DELL EQUILIBRIO ACIDO-BASE EMOGASANALISI VALORI NORMALI parametri Unità di misura arteriosa venosa capillare ph 7,38-7,42 7,36-7,40 7,38-7,42 po2 mmhg >80 pco2 mmhg SaO2 % HCO3- mmol/l BE mmol/l -2 / +2-2 / +2-2 / +2 EQUILIBRIO ACIDO-BASE su sangue arterioso ph PCO2 HCO3- BE ACIDOSI RESPIRATORIA SCOMPENSATA (ACUTA) N N SUBACUTA COMPENSATA (CRONICA) N 15

16 ALCALOSI RESPIRATORIA SCOMPENSATA (ACUTA) N N SUBACUTA COMPENSATA (CRONICA) N ACIDOSI METABOLICA SCOMPENSATA (ACUTA) N SUBACUTA COMPENSATA (CRONICA) N ALCALOSI METABOLICA SCOMPENSATA (ACUTA) N SUBACUTA COMPENSATA (CRONICA) N 16

17 ph < 7.35 BE Positivo: > Acidosi respiratoria primitiva con compenso acidemia PCO2 < 34 mmhg PCO2 > 45 mmhg BE Nella norma: -2.4 / Acidosi respiratoria primitiva BE Negativo: < BE Negativo: < Acidosi respiratoria e metabolica PCO2 nella norma: mmhg Acidosi metabolica con compenso renale BE Negativo: < Acidosi metabolica promitiva Tab. 4 : Interpretazioni dei disturbi dell equilibrio acido-base: acidemia. BE = eccesso di basi. 17

18 ph > 7.45 alcalemia PCO2 < 34 mmhg PCO2 > 45 mmhg BE Negativo: < BE Nella norma: -2.4 / BE Positivo: > BE Positivo: > Alcalosi metabolica primitiva con PCO2 nella norma: mmhg Alcalosi respiratoria Alcalosi respiratoria Alcalosi metabolica BE Positivo: > Alcalosi metabolica primitiva Tab. 5 : Interpretazioni dei disturbi dell equilibrio acido-base: alcalemia. BE = eccesso di basi. 18

19 Letture consigliate Kellum JA. Determinants of plasma Acid-base balance.crit Care Clin Apr;21(2): Schlichtig R, Grogono AW, Severinghaus JW. Human PaCO 2 and standard base excess compensation for acid base imbalance. Crit Care Med 1998;26: Stewart PA. Modern quantitative acid base chemistry. Can J Physiol Pharmacol 1983;61: Albert M, Dell R, Winters R. Quantitative displacement of acid base equilibrium in metabolic acidosis. Ann Intern Med 1967;66: Kellum JA. Determinants of blood ph in health and disease. Crit Care. 2000; 4(1): Astrup P, Jorgensen K, Siggaard-Andersen O, et al. Acid base metabolism: new approach. Lancet 1960;i: Grogono AW, Byles PH, Hawke W. An in vivo representation of acid base balance. Lancet 1976;i: Brackett NC, Cohen JJ, Schwartz WB. Carbon dioxide titration curve of normal man. N Engl J Med 1965;272:6 12 Schlichtig, R.Acid base balance (quantitation). Textbook of Critical Care. Edited by Grenvik A, Shoemaker PK, Ayers S, Holbrook PR.Philadelphia, PA: WB Saunders Co, p

20 Magder, S.Pathophysiology of metabolic acid base disturbances in patients with critical illness. Critical Care Nephrology. Edited by Ronco C, Bellomo R. Dordrecht, The Netherlands: Kluwer Academic Publishers, p Gilfix BM, Bique M, Magder S. A physical chemical approach to the analysis of acid base balance in the clinical setting. J Crit Care 1993;8: Kellum, JA.Recent advances in acid base physiology applied to critical care. Yearbook of Intensive Care and Emergency Medicine. Edited by Vincent JL. Heidelberg: Springer-Verlag, p Anderson WG. Gaps in the Data - Anions and Osmoles. Intensive Care World. 1988; 5: Badrick T & Hickman PE. The Anion Gap: A Reappraisal. Am J Clin Path 1992; 98: Batlle DC, Hizon M, Cohen E, Gutterman C, Gupta R. The use of the urinary anion gap in the diagnosis of hyperchloremic metabolic acidosis. N Engl J Med Mar 10;318(10):