Acid-Base disorders

ความรู้พื้นฐาน

• ค่าของ pH บอกเพียง [H⁺] สุทธิในเลือด ซึ่งอาจมีทั้งภาวะ acidemia และ alkalemia พร้อมๆกัน
• Primary acid-base disorder แบ่งเป็น respiratory หรือ metabolic ขึ้นอยู่กับว่าเกิดจาก primary change ของ PaCO₂ หรือ HCO₃^- ตามลำดับ
• Secondary response เป็นกลไกเพื่อแก้ไขการเปลี่ยนแปลงของ [H⁺] โดยการเพิ่ม/ลด PaCO₂ และ HCO₃ ไปในทางเดียวกัน แต่จะไม่มากขนาดที่ทำให้ pH กลับมาเป็นปกติ
• ค่าปกติ pH = 7.35 - 7.45, PaCO₂ = 35 – 45 mmHg; HCO₃ = 21 – 28 mEq/L
• Anion gap คือ 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 AG โดยทั่วไปหมายถึงการที่มี acids เพิ่มขึ้น (“A CAT MUD FILES” ดูเรื่อง toxicology) ซึ่งการเพิ่มขึ้นของ AG จะเป็นสัดส่วนเท่ากับการลดลงของ HCO₃ หรือ 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 PaCO₂ ในผู้ป่วยทุกคน
• High AG ที่พบบ่อยได้แก่ lactic 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) และ toxin 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 AG หรืออาจเรียกว่า 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 response จะมีการเพิ่มขึ้น minute ventilation ทันที โดย PaCO₂ จะลดลง 1 mmHg ต่อ HCO₃ ที่ลดลง 1 mEq/L [ΔPaCO₂ = ΔHCO₃] เพราะฉะนั้นถ้าเข้าสู่ steady stage แล้ว แต่เมื่อวัด PaCO₂ แล้วไม่ตรงกับที่คำนวณได้แสดงว่ามี primary respiratory disorder ร่วมด้วย
• ข้อจำกัดของ respiratory compensation คือ minute ventilation จะกลับลดลงเมื่อ pH < 7.10 (ยิ่งไปให้ bicarbonate ช่วงนี้จะทำให้ CO₂ ที่เกิดมากขึ้นคั่ง ทำให้มี respiratory acidosis) และ PaCO₂ จะลดลงต่ำสุดได้ประมาณ 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 severe intracellular K depletion เพราะฉะนั้นควรระวังเมื่อแก้ภาวะ acidosis แล้วจะทำให้ K ลดลงมากจนเกิด dysrhythmia ได้

DKA tips DKA ช่วงแรกอาจตรวจพบ ketone น้อย เพราะส่วนใหญ่เป็น β-hydroxybutyrate ซึ่งการตรวจแบบเก่าจะไม่พบ ต่อมาเมื่อรักษาแล้วจะตรวจพบ ketone เพิ่มขึ้น เพราะเปลี่ยนเป็นlic acidosis acetoacetate (ตรวจพบ) การรักษา DKA ด้วย NSS IV เมื่อติดตามไปอาจพบว่า serum HCO3 ไม่ดีขึ้น เพราะ acidosis ถูกเปลี่ยนจาก wide AG เป็น normal AG acidosis (จาก saline infusion) การติดตามอาการควรดูที่ gap-gap ratio จะบอกได้ดีกว่า

การรักษา

• รักษาสาเหตุ เช่น toxin (antidote),  sepsis, DKA
• ถ้า respiratory compensation ไม่เพียงพอ ให้ช่วยเรื่อง ventilation ก่อน
• การให้ bicarbonate จะทำให้ CO₂ เพิ่มขึ้น ทำให้เกิด CNS intracellular acidosis และถ้าไม่สามารถเพิ่ม minute ventilation ขึ้นอีก จะทำให้เกิดภาวะ respiratory acidosis ตามมา เพราะฉะนั้น bicarbonate จะให้กรณีที่จำเป็นต่อ physiology และระหว่างการให้ definite treatment

การให้ bicarbonate เมื่อ HCO3 < 4 mEq/L Wide AG acidosis ที่ pH < 7.00-7.15 ที่มี signs of shock หรือมี myocardial irritability และไม่ตอบสนองต่อการให้ fluid และ ventilation Severe hyperchloremic acidemia ที่ hemodynamic insufficiency Tx: dose ของ bicarbonate คือ 0.5 mEq/kg ต่อ mEq ของ HCO3 ที่ต้องการให้เพิ่มขึ้น โดยปกติจะให้ HCO3 > 8 [HCO3 = 0.5 x BW x (8 – measured HCO3)] หรือ จนทำให้ภาวะ shock/dysrhythmia ดีขึ้น โดยผสม 5DW 500 mL + 7.5% NaHCO3 75 mL จะได้ใกล้เคียงกับ isotonic solution ให้ rate ตามความรุนแรงของอาการ

 

Metabolic alkalosis (ได้ bicarb เสียกรด)

• อาการผิดปกติที่พบได้ เช่น neurologic abnormality (tetany, neuromuscular instability, seizure), O₂-Hb dissociation curve shift to the left (PO₂ ลดลง), และ respiratory depression (ระวังใน COPD ที่ใช้ diuretic)
• สาเหตุของ chloride-responsive เกิดจากภาวะที่ทำให้เกิด chloride depletion และ ECF volume ลดลง (เช่น vomiting, diarrhea, diuretic, cystic fibrosis, chloride-wasting enteropathy) จะไปกระตุ้น mineralocorticoid ทำให้มีการดูดกลับ Na และขับ K, H⁺ เพิ่มขึ้น และเพิ่มการสร้าง HCO₃ จะตรวจพบ alkaline urine และ urine Cl < 10 mEq/L (ถ้าไม่มีฤทธิ์ของ diuretic อยู่) และภาวะ hypokalemic, hypochloremic alkalosis;  **ปกติ diarrhea จะเป็น hyperchloremic metabolic acidosis จากการเสีย HCO₃ ในอุจจาระ แต่ถ้าเกิดจาก laxative abuse จะมี K, Cl ในอุจจาระมากทำให้เกิดภาวะ metabolic alkalosis
• สาเหตุของ chloride-resistant เกิดจากโรคที่กระตุ้น 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 response คือการลด minute ventilation แต่ความสัมพันธ์ไม่แน่นอน มักให้ ΔPaCO₂ = 0.7 x ΔHCO₃ แต่ให้ระวังถ้า HCO₃ เพิ่มค่อนข้างมาก (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 response โดยการเพิ่มการสร้าง renal HCO₃ และยับยั้ง HCO₃ reabsorption [acute: ΔHCO₃ = 0.1 x ΔPaCO₂; chronic: ΔHCO₃ = 0.4 x ΔPaCO₂] สามารถดูการเปลี่ยนแปลงของ PaCO₂ เทียบกับ pH จะแยกภาวะ acute respiratory acidosis (PaCO₂ เพิ่ม 10, pH ลด 0.08) และ chronic respiratory acidosis (PaCO₂ เพิ่ม 10, pH ลด 0.03) ได้
• เมื่อ PaCO₂ เพิ่มขึ้นจะทำให้ PaO₂ ลดลงด้วย (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 sensitivity ลดลง ทำให้การหายใจจะถูกกระตุ้นจากภาวะ hypoxemia หตุ ได้แก่ อย่างเดียว

การรักษา

• รักษาที่สาเหตุ เช่น bronchospasm และระวังการให้ O₂ มากเกินไปจะกดการหายใจในผู้ป่วย chronic hypercapnia
• ในรายที่ไม่ตอบสนองต่อการรักษา โดยเฉพาะเมื่อ pH < 7.25 อาจต้องการ ventilator support (เช่น ETT, CPAP)
• ใน chronic respiratory acidosis การแก้ PaCO₂ ควรแก้ช้าๆ < 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 DO₂ จากการที่ O₂-Hb dissociation curve เคลื่อนทางซ้าย
• Secondary response โดยการลดลงของ 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