Klinikte geleneksel olarak asit-baz bozukluklarının yorumu Sorensen’in ortaya koyduğu pH değerlendirmesi ve Henderson-Hasselbach’in (H-H) PCO2/bikarbonat modeli ile yapılmaktaydı. Ancak bazı hastalarda bu yöntem asit-baz bozukluğunun ağırlığını ve kompleks halini değerlendirmeye ve patofizyolojisini anlamaya yetmemekte. CEACCP 2007’de çıkan bir derleme geleneksel yaklaşımın yetersizliğini ve Stewart‘ın ortaya koyduğu asit-baz dengesine alternatif bir fiziko-kimyasal yaklaşımı incelemekte.
Geleneksel yaklaşımın kısıtlı yönleri
Klasik yaklaşımda pH değeri H iyonlarına bağlıdır. Ama burada pH’a (hidrojen iyon konsantrasyonunun negatif logaritması) H+ değişikliği tamamen yansımamaktadır. H-H eşitliği CO2’in karbonik aside kimyasal hidrasyonunu tarif eder:
pH= pK + log[HCO3-] / çözünmüş CO2
Kan gazını değerlendirirken sadece [H+] ve PCO2’nin direkt ölçüldüğünü akılda tutmak gerekir; [HCO3-] ise H-H denkleminden hesaplanıp verilir. Bu denklemin neyi anlatıp neyi vermediğini düşünelim: Bu eşitlik artan ya da azalan aside bağlı problemlerin sınıflanmasına izin verir. PCO2 ve [HCO3-]’daki birbirleri ile iliskili olan degisimleri dikkatle incelendiginde, kronik ile akut respiratuvar sapmaları ve metabolik asidoz ile metabolik alkalozu ayıran bir karakteristik ayırt edilebilir.
Akut ve kronik asit-baz dengezi bozukluklarında PaCO2 ve [HCO3-]’daki değişiklikler:
Akut respiratuar asidoz HCO3- değişikliği = 0.2 x PaCO2 değişikliği
Kronik respiratuar asidoz HCO3- değişikliği = 0.5 x PaCO2 değişikliği
Akut respiratuar alkaloz HCO3- değişikliği = 0.2 x PaCO2 değişikliği
Kronik respiratuar alkaloz HCO3- değişikliği = 0.5 x PaCO2 değişikliği
Metabolik asidoz PaCO2 değişikliği = 1.3 x HCO3- değişikliği
Metabolik alkaloz PaCO2 değişikliği = 0.75 x HCO3- değişikliği
Buradaki kurallar göz önüne alınarak mikst bozukluklar saptanabilir. Ancak H-H eşitliği metabolik sapmanın şiddetini respiratuar komponentteki gibi gösterememektedir; ayrıca karbonik asit dışındaki asitler hakkında fikir vermemektedir.
Baz fazlası (Base excess, BE)
H-H eşitliğindeki metabolik komponenti ölçme eksikliğini gidermek için BE metodolojisi kullanılmıştır. Var olan hemoglobin (Hb) konsantrasyonunda ve PaCO2 5.33 kPa düzeyinde tutulduğunda, pH değerinin 7.40 olması için bir tam kan örneğine eklenmesi gereken asit veya baz miktarına BE denir.
Hb 15 g/dL olan oksijenlenmiş kanda, pH 7.4 ve PaCO2 5.33 kPa iken BE sıfırdır. Hb kandaki ana tampondur ve BE’i etkiler. Hb 5 g/dL (ekstrasellüler kompartımandaki ortalama Hb değerinin ampirik tahmini) değeri kullanıldığında in vitro ve in vivo BE değeri arasındaki farklılık azaltılabilir. Buna standart BE (SBE) denir; PCO2 değerinden bağımsızdır ve asit-baz bozukluğunun metabolik komponentini belirlemede kullanılabilir. Ancak BE, H-H eşitliği ile ilgili ikinci problemi, yani metabolik asit-baz bozukluğunun mekanizması hakkında fikir vermez.
Anyon açığı (anion gap, AG)
AG metabolik asit-baz bozukluğunun nedenini saptamamıza yardım etmek için ortaya konmuştur. Fizyolojik bir parametreden çok ölçümdeki bir artefakttır.
Elektriksel nötralite için katyon ve anyonlar dengeli olmalıdır:
ölçülmüş anyonlar + ölçülmemiş anyonlar = ölçülmüş katyonlar + ölçülmemiş katyonlar
Rutin ölçülen anyonlar Cl- ve HCO3-, katyonlar ise Na+ ve K+’dur. Serum proteinleri, fosfat, sulfat ve organik anyonlar (özellikle laktat ve keyoasitler) ölçülmeyen anyonlar, Ca++, Mg++, lityum ve immunglobulin G ise ölçülmeyen katyonları oluşturur.
AG esas olarak plasma proteinlerinin, ağırlıklı olarak albuminin negatif yüküne bağlıdır.
AG = (Na + K) – (Cl + HCO3)
Eskiden AG değerinin yukarıda verildiği haliyle 8-16 mmol/L arasında değiştiği kabul edilmekteydi. Yakın zamanda Cl’un daha kesin ölçülmesine bağlı olarak referans sınır 3-11 mmol/L düzeyine düşürülmüştür. Serum proteinlerinin AG değerine ciddi katkısı nedeniyle, hipoalbuminemide olduğundan daha düşük olarak saptanır. AG’nin doğruluğu, albumin için düzeltme yapılıp normal konsantrasyonun 40 g/L olduğu kabul edilerek sağlanabilir:
Albumini düzeltilmiş AG = AG + (0.25 x [40- ölçülen albumin g/L])
Bu formül AG’de ortalama 2.7 mmol/L kadar bir artış sağlar. Ortamda normal dışı olarak bulunan ölçülmemiş katyonların varlığında (örn. İmmünglobulin G ve hiperkalsemi) ve lityum verildikten sonra AG değeri düşebilir.
Alternatif yaklaşım
Bu kantitatif fiziko-kimyasal bakış açısını 1983’de Peter Stewart ortaya koymuştur. Günümüzde kritik hastaların asit-baz bozukluklarını açığa çıkartmak amacıyla ilgi görmektedir.
Temel prensipleri
Biyolojik sıvıların ortak 2 karakteristiği vardır: hepsi akuözdür (su içerikli veya suda çözünen) ve çoğu alkalidir (OH- iyonu H+ iyonundan fazladır).
Stewart’ın çalışması su bazlı solüsyonların bazı temel fiziko-kimyasal özelliklerine odaklanır:
1. Dissosiasyon: Solütün iyonik komponentinin ayrışması. Güçlü iyonlar solüsyonda tümüyle dissosiye olurlar, örneğin sodyumklorür solüsyonu. Diğer maddeler yalnızca kimsen ayrışırlar, örneğin solüsyondaki zayıf asitler hem anyonik dissosiye formda (A-) hem de ayrışmamış formda (HA) bulunurlar.
2. Elektronötralite: Akuöz bir solüsyonda herhangi bir kompartmandaki tüm pozitif yüklü iyonların toplamı negatif yüklü iyonların toplamına eşit olmalıdır. Saf su nötral bir solüsyondur, çünkü içerdiği H+ ve OH- konsantrasyonu eşittir. Bu iyonların konsantrasyonu temperatüre hassas bir dissosiasyon sabiti ile belirlenir.
3. Kütlenin korunması: Eklenmediği, çıkartılmadığı, üretilmediği veya ortadan kaldırılmadığı sürece bir maddenin miktarı sabittir.
Akuöz solüsyonlarda su dissosiasyon yolu ile bitmez bir H+ kaynağıdır; pH değişiklikleri H+’nun oluşum veya uzaklaştırılmasının sonucu değildir. Daha çok diğer bağımsız değişkenlere bağlıdır.
Stewart plazmada, vücut sıvılarının fiziko-kimyasal ortamına girince asit-baz durumunu belirleyen 3 adet matematiksel bağımsız bileşen tanımlamıştır. Bunlar:
1. Karbondioksit
2. Elektrolitler (güçlü iyonlar)
3. Zayıf asitler
CO2 parsiyel basıncı hücresel metabolizmanın CO2 üretimi (veya metabolik asitler tarafından HCO3’ün titrasyonu) ile alveoler ventilasyonla atılan CO2 arasındaki dengeye bağlıdır. Plazmada güçlü katyonlar (esas olarak Na+) güçlü anyonlardan (esas olarak Cl-) fazladır; ölçülen güçlü katyonların ve anyonların toplamı arasındaki fark güçlü iyon farkı (strong ion difference, SID) olarak adlandırılır.
SID = [Na + K + Ca + Mg] – [Cl + laktat]
Bikarbonatın güçlü bir iyon olmadığı dikkate alınmalıdır. SID’in su dissosiasyonuna, dolayısı ile H+ konsantrasyonuna güçlü bir elektrokimyasal etkisi vardır. Sağlıklı insanlarda SID 40-44 mmol/L’dir. Metabolik asidoz SID’de düşme ile oluşur. SID düştükçe (daha az pozitif olur) elektriksel nötraliteyi korumak için su daha fazla dissosiye olur. Serbest H+ iyonu arttığı için pH düşer. Buna karşılık metabolik alkaloz aşırı artmış SID’in sonucudur.
SID’i dengeleyen, yani elektriksel nötraliteyi koruyan negatif yükün kaynağı CO2 ve zayıf asitlerdir; çünkü:
SID – (CO2 + A-) = sıfır
Zayıf asitlerin çoğu protein (ağırlıklı olarak albumin) ve fosfatlardır. ATOT zayıf iyonların total konsantrasyonu (AH + A-) için kullanılan bir kavramdır. Hipoalbuminemi, plazmadan zayıf asitlerin kaybına eşdeğerdir ve hafif alkalinizan etkiye sahiptir; vücut buna SID’i azaltarak uyum sağlar.
Stewart’ın bağımsız değişkenlerinin asidik veya alkalinizan etkileri:
CO2 artışı asidite artar alkalinizan etki azalır
SID asidite azalır alkalinizan etki artar
Albumin asidite artar alkalinizan etki azalır
Fosfat asidite artar alkalinizan etki azalır
SID’i kontrol eden fizyolojik mekanizmalar
Güçlü katyon ve anyonların relatif konsantrasyonunu değiştiren primer organ böbrektir. Böreğin asiditeye müdahalesi klorid dengesi ile olur. Filtre edilen, absorbe edilmeyen her klorid iyonu SID’i arttırır. H+ ekskresyonu durumu etkilemez, zira su bu iyon için tükenmeyen bir kaynaktır. Ancak Cl- ile birlikte ekskrete edildiğinden amonyum (NH4-) sistemik asit-baz dengesi için önemlidir. Amonyum ve glutaminin hepatik üretimi asit-baz dengesini etkiler ve plazma pH’ına duyarlı mekanizmalarca yakından kontrol edilir; hepatik glutaminogenez asidozda stimüle olur. Glutamin böbrekte amonyum yapımı için kullanılır ve böylece klorid ekskrete edilir, dolayısı ile plazmayı alkalinize eden bir etki gösterir.
Gastrointestinal sistemin de SID’e önemli etkisi vardır. Midede plazmadan lümene pompalanır ve SID yükselir; yemeğin başlangıcında gastrik sekresyon yapımı tepe noktada iken alkalinizan etki görülür. Kusma veya aspire edilmek suretiyle gastrik sekresyonun kaybı (Cl- kaybı) metabolik alkaloza yol açar. Pankreas ise SID değeri yüksek, kloridi düşük sıvı salgılar. Büyük miktarda pankreatik sıvı kaybında (cerrahi drenaj) plazma SID’i düşeceğinden asidoz gelişir. İnce barsaklar kloridin çoğunu absorbe ettiğinden kalın barsaklarda SID yüksektir. Ciddi diyarede büyük miktarda katyon kaybedildiğinden plazma SID’i düşer ve asidoz olur.
Stewart eşitlikleri
Asit-baz dengesine yaklaşımını 6 adet bağımsız eşzamanlı denklem ile ortaya koymaktadır:
[H+] x [OH-] = K’w
[H+] x [A-] = Ka x HA
[HA] + [A-] = A TOT
[H+] x [HCO3-] = Kc X PCO2
[H+] x [CO23-] = Kd x [HCO3-]
SID + [H+] – [HCO3-] – [CO23-] – [A-] – [OH-] = sıfır
Bunlar 3 temel prensibin 3 bağımsız değişken ile birleştirilmesidir. Bu eşitlikler tekrar modifiye edilerek Fencl-Stewart yaklaşımı olarak bilinen 5 eşitlik daha ortaya konmuştur. Sodyum ve kloridin ekstrasellüler SID’in temel bileşenleri ve albuminin ana ekstrasellüler zayıf asit olduğunu dikkate alarak Story ve ark. anormal SBE’in nedenlerini klinikte tanımaya yönelik daha basit bir yaklaşım ortaya koymuşlardır:
1. Kan gazındaki SBE
2. BE üzerine sodyum-klorid etkisi = Na – Cl -38
3. Albuminin etkisi = 0.25 x (42-albumin)
4. Ölçülmemiş iyonların etkisi = SBE – (Na-Cl etkisi) – (albumin etkisi)
Bu yaklaşımla örneğin peroperatif %0.9 NaCl 5-6 L verildikten sonra hastanin asidoza kayacağı kolayca ortaya konulmaktadır.
Sıvılara farklı gözle bakmak
İntravenöz sıvılar ekstrasellüler sıvılar ile bir dengeye gelmekte ve ekstrasellüler alanın SID ve ATOT değerini değiştirmektedir. Verilen sıvının CO2TOT’u bunu etkilememektedir. Başka bir deyişle sodyum bikarbonat preparatlarında metabolik asidozu çözen faktör HCO3- bulunması değil, solüsyondaki yüksek SID (%8.4 NaHCO3 için 100 mmol/L) değeri ve ATOT’un bulunmamasıdır.
Hangi sıvı ?
Yüksek miktarda serum fizyolojik kullanımı metabolik asidoz ile sonuçlanır. Bu en iyi hipovolemik hastaların resüsitasyonunda dökümante edilmişse de, normovolemik hemodilüsyon ve kardiyopulmoner bypassın da benzeri etki potansiyeli vardır. Mekanizma bikarbonatın dilüsyonu değildir (çünkü bağımlı değişkendir ve kaybı asidoza yol açamaz). Verilen kloridin SID’i düşürmesi (bağımsız değişken) suyun dissosiasyonunu ve buna bağlı H+ mikatarını arttırdığından hiperkloremik metabolik asidoz gelişir. Serum fizyolojikte (%0.9 NaCl) Na ve Cl miktarı eşittir (154 mmol/L), SID sıfırdır. Büyük miktarda infüze edildiğinde total vücut kloridine (normalde ~ 100 mmol/L) etkisi Na’a (normalde ~ 135 mmol/L) oranla daha fazla olmaktadır. Bu etki hipotonik sıvıların (%5 dekstroz, dekstroz-salin) verilmesi ile görülen dilüsyonel asidoz ile karıştırılmamalıdır. Bu durumda hiponatremi sonucu SID düşecektir. Özellikle kritik hastalar stres cevaba bağlı artmış ADH nedeniyle bu tür değişikliklere karşı hassastır.
Hartman solüsyonu (ringer laktat) dengeli bir elektrolit solüsyonudur. SID’i (27) plazmadan düşük olmakla birlikte sıfır değildir. Albuminsiz sıvı transfüzyonuna bağlı ATOT dilüsyonel alkalozuna karşı koyacak kadar plazma SID’ini düşürür. Ağır karaciğer yetersizliği olmadığı sürece içerdiği 29 mmol/L laktat hızla metabolize edilir.
Su kaybına bağlı hipovolemide iyonların total konsantrasyonu değişmese de, sodyum yükselmesi kloridden fazla olacağı için SID artar. Kontraksiyon alkalozunun mekanizması budur. Bu hastalar serum fizyolojik veya bir başka sıvı verildiğinde sıfır SID ile cevap verirler. Bazı metabolik alkaloz tipleri hipokalemi ve total potasyum defisiti ile birliktedir. Bu durumda potasyumklorid verilmesi alkalozu düzeltebilir. Zira potasyum hücreye girer, güçlü anyon olan klorid ise ekstrasellüler alanda kalıp plazma SID’ini azaltır.
Kritik hastalarda sıvı resüsitasyonunda kolloidler sık kullanılır. Çok merkezli, randomize bir seride yoğun bakımda resüsite edilmiş hastalarda % 0.9 NaCl ile %4 albumin kullanımı kıyaslanmış (SAFE çalışması) ve 28 günlük sonuçlar açısından fark gösterilememiştir. Kullanımdaki kolloidlerin hepsi SID’i düşürerek (solüsyonlardaki SID değerleri %4 albuminde 12, haemaccel için 17, gelofusine için 34, pentastarc için ise sıfır) metabolik asidoza yol açma eğilimindedir. Ancak genellikle sıvı resüsitasyonunda daha az volüm gerektirdiklerinden bu etki hafiflemektedir.
Kan alınırken sitrat iyonları ve az miktarda fosfat içeren bir koruyucu (genellikle CPD-A) ile karıştırılır. İçerdiği Na katyonu 1 ünite kanın efektif SID değerine 40 mmol/L ekler. Büyük miktar kan transfüzyonu sonrasında sitrat metabolize olduktan sonra metabolik alkaloz görülmesinin nedeni budur. Ağır karaciğer yetersizliğinde ise sitrat birikeceğinden metabolik asidoz ve hipokalsemi ortaya çıkacaktır.
Güçlü iyon açığı (strong ion gap, SIG)
SIG laktat dışındaki ölçülmemiş anyon miktarını ifade eden bir kavramdır. Miktarı görünen SID (apparent SID, SIDa) ile efektif SID (SIDe) arasındaki fark ile belirlenebilir.
SIDa = (Na + K + Ca + Mg) – (Cl – laktat)
SIDe= CO2 + A- [çünkü elektronötralite için SID – (CO2 + A-) = sıfır olmalıdır]
SIG = [SID] – [HCO3-] – [albumin-]
SIG normalde sıfırdır, yani karbondioksit ve zayıf asitlerin net negatif yükünü SID’in net pozitif yükü dengelemektedir.
SIG, AG ile aynı şey değildir. AG’nin tahmini değeri SIG + A- toplamı kadardır. Artmış SIG ile beraber metabolik asidoz diyabetik ketoasidozda oluşabilir; SIG plazma keton konsantrasyonu miktarını yansıtır. Metabolik asidozlu kritik hastalarda SIG’in natürü bilinmemektedir. Resüsitasyon öncesi SIG değeri travma hastalarında kan laktatı, pH veya travma ağırlık skorlarından daha iyi mortalite öngörüsü sağlamaktadır.
Klorid sodyum oranı
Cl: Na oranı (normali 0.75-0.79) asit baz bozukluklarında hiperkloreminin rolünü değerlendirmede basit bir kantitedir. Oran yüksekse asiditeyi arttıran etki görülür. Metabolik asidozu olan hastada oran yüksekse, asidozun nedeni hiperkloremidir. Oran normal ve metabolik asidoz varsa mikst asidoz söz konusudur, yani hiperkloremi ve artmış SIG vardır. Oran düşük ve metabolik asidoz varsa SIG artmış demektir. SID’deki iyonlar negatif yüklü olduğundan, katyonlar (K ve Na) sabit kalırsa diğer plazma iyonları (örn. Klorid albumin) elektronötraliteyi korumak için düşmelidir. Klinik olarak doku asitlerinin varlığında hem Cl:Na oranı hem de serum albumini düşecektir.
Metabolik alkalozda Cl:Na oranı genellikle düşüktür. Bu bikarbonat konsantrasyonundaki artıştan çok kloriddeki düşüşe bağlıdır. Örneğin furosemid böbrekten Na’dan çok Cl kaybettirir, sonuçta oran düşer, SID artar ve metabolik alkaloz olur.
Laktik asidoz ve hiperlaktatemi
Hipovolemik şok ve hipoperfüzyon kritik hastalarda laktik asidoza neden olabilir. Hipoperfüzyona bağlı laktat oluşumu SID’i düşürür ve proton yapımını arttırır. Bu ringer laktat solüsyonundaki laktattan farklıdır. RL verilince laktat metabolize olur ve geride Na kalıp SID’i arttırır. Laktik asidoz uzun yıllar survi öngörüsünde kullanılmıştır. Günümüzde gereksiz tedaviyi önlemek için laktik asideminin hiperlaktatemiden (normal pH ve yüksek laktat konsantrasyonu) ayrılması önemlidir. Hiperlaktatemi, ara metabolizmanın arttığı kritik hastalarda ya da renal replasman tedavisi sırasında verilmesi nedeniyle sık görülür ve mutlaka kötü sonuçlara götürmecek diye bir kural yoktur.