Acid-Base disorders

ความรู้พื้นฐาน

• ค่าของ pH บอกเพียง [H⁺] สุทธิในเลือด ซึ่งอาจมีทั้งภาวะ acidemia และ alkalemia พร้อมๆกัน
• Primary acid-base disorderแบ่งเป็น respiratory หรือ metabolicขึ้นอยู่กับว่าเกิดจาก primary change ของ PaCO₂หรือ HCO₃^-ตามลำดับ
• Secondary responseเป็นกลไกเพื่อแก้ไขการเปลี่ยนแปลงของ [H⁺] โดยการเพิ่ม/ลด PaCO₂และ HCO₃ไปในทางเดียวกัน แต่จะไม่มากขนาดที่ทำให้ pH กลับมาเป็นปกติ
• ค่าปกติ pH = 7.35 - 7.45, PaCO₂ = 35 – 45 mmHg; HCO₃ = 21 – 28 mEq/L
• Anion gapคือ ค่าประมาณคร่าวๆของ unmeasured anion จากสมการ Corrected AG = [Na⁺] – ([HCO₃^-] + [Cl^-]) + 2.5 x (4.5 - albumin)โดยค่าปกติเท่ากับ 12 +/- 4 (หรือใช้ค่า baseline ของคนนั้นๆ); ในกรณี hyperglycemia ไม่ต้อง corrected Na⁺เพราะ Cl^-ก็ถูก dilute เช่นเดียวกัน
• AG แม้ไม่มีภาวะ acid-base disorder ก็อาจผิดปกติได้ เพราะมี unmeasured anion (albumin, γ-globulin, penicillin) และ cation (Ca, Mg, K, lithium, myeloma, polyclonal gammopathies) เปลี่ยนแปลงในภาวะต่างๆ และยังมี artifact ในการวัดค่า Cl^-ที่พบได้ใน bromide toxicity, TG > 600 mg/dL
• Wide AGโดยทั่วไปหมายถึงการที่มี acids เพิ่มขึ้น (“A CAT MUD FILES” ดูเรื่อง toxicology)ซึ่งการเพิ่มขึ้นของ AG จะเป็นสัดส่วนเท่ากับการลดลงของ HCO₃หรือ ΔAG_c= ΔHCO₃ (gap ratio = 1)

***พบว่าแม้จะเป็น normal AG ก็ไม่สามารถ exclude unmeasured cation ไปได้ ถ้าสงสัยควรตรวจสารนั้นๆโดยตรง หรือตรวจ serum osmolality เทียบกับ calculated serum osmolality (“ME DIE” ดูเรื่อง toxicology)

ประวัติและตรวจร่างกาย

• ประวัติการ gain/loss ของ acid/base ได้แก่ อาเจียน ถ่ายเหลว ประวัติยา/toxin
• อาการผิดปกติของโรคตับ ไต ปอด ซึ่งเกี่ยวกับ acid-base homeostasis

Investigations: ABG (pH, PaCO₂, HCO₃^-), electrolytes, albumin, lactic acid, BUN, Cr, drug levels; +/- Ca, Mg, PO₄, ketone, glucose, serum osmolality, urine electrolytes/osmole/glucose

Metabolic acidosis (ได้กรด เสีย bicarb)

• ดูความสัมพันธ์ระหว่าง HCO₃^-กับ AG และระหว่าง HCO₃^-กับ PaCO₂ในผู้ป่วยทุกคน
• High AGที่พบบ่อยได้แก่lactic acidosis (shock, SIRS (stress hyperlactatemia), thiamine deficiency, iron, metformin, cyanide, CO, INH), ketoacidosis(DKA, AKA, starvation), chronic renal failure (loss of H⁺secretion ที่ distal tubules มัก stable HCO₃^-ประมาณ 15 mEq/L) และtoxin ingestion (methanol, ethylene glycol, salicylates, etc.)
• Osmolol gap(measured serum osmolality - calculated osmolality)ช่วยแยกสาเหตุจาก methanol และ ethylene glycol จากสาเหตุอื่นๆ โดย calculated osmolality = (2 x Na) + (1.4 x glucose) + (1.2 x urea) + (1.2 x ETOH); **AKI, lactic acidosis, DKA, AKA สามารถพบ osmolol gap เพิ่มขึ้นได้
• Normal AGหรืออาจเรียกว่า hyperchloremic metabolic acidosis(การเสีย HCO₃^-จะแลกกับการที่ chloride เพิ่มขึ้นเพื่อให้เกิด electrical charge neutrality ยกเว้นในกรณีมี hyponatremia อาจจะมี chloride ปกติได้) อาจแบ่งเป็น hyperkalemic และ hypokalemic normal AG metabolic acidosis (แต่ไม่แน่เสมอไป เพราะค่า K ขึ้นกับ pH ด้วย)
• มักมี hyperkalemia ร่วมด้วย ได้แก่ subsiding DKA, early uremic acidosis, early obstructive uropathy, RTA type IV, hypoaldosteronism (Addison’s disease), infusion HCl/NH₄Cl, lysine-HCl/argininc-HCl, potassium-sparing diuretic
• มักมี hypokalemia ร่วมด้วย ได้แก่ RTA type I/II, acetazolamide (functional RTA), acute diarrhea, ureterosigmoidostomy, artificial ileal bladder obstruction, large volume fluid resuscitation (esp. NSS)
• Secondary responseจะมีการเพิ่มขึ้น minute ventilation ทันที โดย PaCO₂จะลดลง 1 mmHg ต่อ HCO₃ที่ลดลง 1 mEq/L [ΔPaCO₂ = ΔHCO₃]เพราะฉะนั้นถ้าเข้าสู่ steady stage แล้ว แต่เมื่อวัด PaCO₂แล้วไม่ตรงกับที่คำนวณได้แสดงว่ามี primary respiratory disorder ร่วมด้วย
• ข้อจำกัดของ respiratory compensation คือ minute ventilation จะกลับลดลงเมื่อ pH < 7.10 (ยิ่งไปให้ bicarbonate ช่วงนี้จะทำให้ CO₂ที่เกิดมากขึ้นคั่ง ทำให้มี respiratory acidosis) และ PaCO₂จะลดลงต่ำสุดได้ประมาณ 12 mmHg (จาก airflow resistance และยิ่งหายใจเร็วจะยิ่งไปเพิ่ม CO₂ production ของกล้ามเนื้อ) เพราะฉะนั้นเมื่อเกิด respiratory acidosis ร่วมด้วยต้องให้ mechanical ventilation
• เมื่อ pH ลด 0.1 จะทำให้ K เพิ่ม 0.5 ยิ่งถ้าตรวจพบ hypokalemia แสดงว่ามี severeintracellular K depletion เพราะฉะนั้นควรระวังเมื่อแก้ภาวะ acidosis แล้วจะทำให้ K ลดลงมากจนเกิด dysrhythmia ได้

การรักษา

• รักษาสาเหตุ เช่น toxin (antidote),  sepsis, DKA
• ถ้า respiratory compensation ไม่เพียงพอ ให้ช่วยเรื่อง ventilation ก่อน
• การให้ bicarbonate จะทำให้ CO₂เพิ่มขึ้น ทำให้เกิด CNS intracellular acidosis และถ้าไม่สามารถเพิ่ม minute ventilation ขึ้นอีก จะทำให้เกิดภาวะ respiratory acidosis ตามมา เพราะฉะนั้น bicarbonate จะให้กรณีที่จำเป็นต่อ physiology และระหว่างการให้ definite treatment

Metabolic alkalosis(ได้ bicarb เสียกรด)

• อาการผิดปกติที่พบได้ เช่น neurologic abnormality (tetany, neuromuscular instability, seizure), O₂-Hb dissociation curve shift to the left (PO₂ลดลง), และ respiratory depression (ระวังใน COPD ที่ใช้ diuretic)
• สาเหตุของ chloride-responsiveเกิดจากภาวะที่ทำให้เกิด chloride depletion และ ECF volume ลดลง(เช่น vomiting, diarrhea, diuretic, cystic fibrosis, chloride-wasting enteropathy) จะไปกระตุ้น mineralocorticoid ทำให้มีการดูดกลับ Na และขับ K, H⁺ เพิ่มขึ้น และเพิ่มการสร้าง HCO₃จะตรวจพบ alkaline urine และ urine Cl < 10 mEq/L (ถ้าไม่มีฤทธิ์ของ diuretic อยู่) และภาวะ hypokalemic, hypochloremic alkalosis;  **ปกติ diarrhea จะเป็น hyperchloremic metabolic acidosis จากการเสีย HCO₃ในอุจจาระ แต่ถ้าเกิดจาก laxative abuse จะมี K, Cl ในอุจจาระมากทำให้เกิดภาวะ metabolic alkalosis
• สาเหตุของ chloride-resistantเกิดจากโรคที่กระตุ้น mineralocorticoid activity(เช่น renal artery stenosis, renin-secreting tumors, adrenal hyperplasia, hyperaldosteronism, Cushing’s syndrome, Liddle’s syndrome, exogenous mineralocorticoids, Bartter’s & Gitelman’s syndrome) มักจะเป็นแบบ normovolemia หรือ hypervolemia และมักจะมี HT จะตรวจ urine Cl > 10 mEq/L 
• Secondary responseคือการลด minute ventilationแต่ความสัมพันธ์ไม่แน่นอน มักให้ ΔPaCO₂ = 0.7 x ΔHCO₃แต่ให้ระวังถ้า HCO₃เพิ่มค่อนข้างมาก (24 เป็น 32) อาจเกิด hypoventilation (PaCO₂> 45) 

การรักษา

• ใน chloride-responsive คำนวณ mEq ของ Cl deficit = 0.2 x lean BW x (100 – Cl^-)นำมาแปลงเป็น 0.9%NSS (L) = Cl deficit/154 ให้ rate = 100 mL/h + (fluid loss + MT)
• ในรายที่ให้ NSS ไม่ได้ (edematous stage) มักจะสัมพันธ์กับ hypokalemia ให้รักษาด้วย KCl replacement
• ใน chloride-resistant ให้แก้ hypokalemia; ให้ acetazolamide 5-10 mg/kg IV/PO (ยับยั้ง HCO₃ reabsorption และเพิ่ม HCO₃ secretion); ในกรณี severe alkalemia (pH > 7.5, HCO₃> 45) ให้ IV HCL โดยคำนวณ mEq ของ H⁺deficit = 0.5 x lean BW x (HCO₃ - 30) แล้วให้คำนวณปริมาตร Liters ของ 0.1 normal solution (100 mEq/L) = H⁺deficit/100 ให้ rate < 0.2 mEq/kg/h ผ่าน CVC  

Respiratory acidosis

• สาเหตุเกิดจาก hypoventilation (เช่น head injury, chest injury, lung disease, sedation, pickwickian syndrome), abnormal gas exchange (เช่น pneumonia) หรืออาจเกิดจาก CO₂ production เพิ่มขึ้น (เช่น high-glucose diet)
• Secondary responseโดยการเพิ่มการสร้าง renal HCO₃ และยับยั้ง HCO₃ reabsorption [acute: ΔHCO₃= 0.1 x ΔPaCO₂; chronic: ΔHCO₃= 0.4 x ΔPaCO₂] สามารถดูการเปลี่ยนแปลงของ PaCO₂เทียบกับ pHจะแยกภาวะ acute respiratory acidosis (PaCO₂ เพิ่ม 10,pH ลด 0.08) และ chronic respiratory acidosis (PaCO₂ เพิ่ม 10,pH ลด 0.03) ได้
• เมื่อPaCO₂ เพิ่มขึ้นจะทำให้ PaO₂ลดลงด้วย(จากสูตร alveolar gas equation คือ P_AO₂= (FiO₂ x 713) – (PaCO₂/0.8))
• การปรับตัวของร่างกายต่อ chronic respiratory acidosis (เช่น severe COPD) เมื่อ PaCO₂> 60-70 mmHg อยู่นานๆ จะทำให้ carotid sinus sensitivityลดลง ทำให้การหายใจจะถูกกระตุ้นจากภาวะ hypoxemia หตุ ได้แก่ อย่างเดียว

การรักษา

• รักษาที่สาเหตุ เช่น bronchospasm และระวังการให้ O₂มากเกินไปจะกดการหายใจในผู้ป่วย chronic hypercapnia
• ในรายที่ไม่ตอบสนองต่อการรักษา โดยเฉพาะเมื่อ pH < 7.25 อาจต้องการ ventilator support (เช่น ETT, CPAP)
• ใน chronic respiratory acidosis การแก้ PaCO₂ควรแก้ช้าๆ < 5 mmHg/h การแก้อย่างรวดเร็วทำให้เกิดภาวะ metabolic alkalosis ร่วมกับ respiratory alkalosis ทำให้ pH เพิ่ม iCa, K ลดลง ทำให้เกิด dysrhythmia ได้

Respiratory alkalosis

• สาเหตุเกิดจากการกระตุ้น respiratory center เช่น CNS tumor, stroke, infection, pregnancy, hypoxia, toxin, anxiety, pain, iatrogenic overventilation (mechanical ventilation)
• การที่ PaCO₂ ลดลง ทำให้ pH เพิ่มขึ้น ทำให้ Ca จับกับ anionic protein ที่เพิ่มขึ้น ทำให้ iCa ลดลงเกิดอาการ tetany, paresthesia และมีการลดลงของ cerebral blood flow และลด DO₂จากการที่ O₂-Hb dissociation curve เคลื่อนทางซ้าย
• Secondary responseโดยการลดลงของ HCO₃[acute: ΔHCO₃= 0.2 x ΔPaCO₂; chronic: ΔHCO₃= 0.4 x ΔPaCO₂] และมีการเปลี่ยนแปลงเทียบกับ pH ดังนี้ acute respiratory alkalosis (PaCO₂ เพิ่ม 10,pH ลด 0.08) และ chronic respiratory alkalosis (PaCO₂ เพิ่ม 10,pH ลด 0.02)
• ภาวะ chronic respiratory alkalosis สามารถเกิด complete compensation ได้จน pH เป็นปกติ โดยใช้เวลาอย่างน้อย 1 สัปดาห์ พบได้ในคนที่อยู่ high altitude

การรักษา

• รักษาที่สาเหตุ เช่น การ reassure ในผู้ป่วย hyperventilation
• ในกลุ่ม high altitude อาจให้ acetazolamide

Ref: Tintinalli ed8-9th, Marino’s the ICU book

Update 11/9/63