Οξεοβασική ισορροπία και μεταφορά οξυγόνου

Transcript

1 Κεφάλαιο 3 Οξεοβασική ισορροπία και μεταφορά οξυγόνου Κεφάλαιο 3 Οξεοβασική ισορροπία και μεταφορά οξυγόνου Η συγκέντρωση των ιόντων υδρογόνου στο ECF φυσιολογικά διατηρείται μέσα σε πολύ στενά όρια. Για να επιτευχθεί αυτό, το σώμα θα πρέπει καθημερινά να διευθετεί : 1 Την παραγωγή περίπου mmol CO 2 από τον ιστικό μεταβολισμό. Το CO 2 μόνο του δεν αποτελεί οξύ, αλλά συνδέεται με το νερό και σχηματίζεται ένα ασθενές οξύ, το καρβονικό. 2 Περίπου 4080 mmol μη πτητικών οξέων, κυρίως οργανικά οξέα που περιέχουν θείο, τα οποία εκκρίνονται από τα νεφρά. Το κεφάλαιο αυτό ασχολείται με κλινικές ανωμαλίες που μπορεί να προκύψουν από αναπνευστικές δυσλειτουργίες, όταν οι ανταλλαγές αερίων O 2 ή CO 2 ή και των δύο στους πνεύμονες είναι μειωμένες και σε μεταβολικές δυσλειτουργίες, όταν υπάρχει εκτεταμένη παραγωγή ή απώλεια μη πτητικών οξέων ή ανωμαλία στην έκκριση. Μεταφορά καρβονικού διοξειδίου Το CO 2 που παράγεται στα ιστικά κύτταρα διαχέεται ελεύθερα με βαθμίδωση συγκέντρωσης μέσω των κυτταρικών μεμβρανών στο ECF και στα ερυθροκύτταρα. Αυτή η κατανομή διατηρείται διότι ο μεταβολισμός των ερυθροκυττάρων του αίματος είναι αναερόβιος. Έτσι καθόλου CO 2 δεν παράγεται εκεί και η συγκέντρωση παραμένει χαμηλή. Τότε πραγματοποιούνται οι ακόλουθες αντιδράσεις: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 (3.1) H 2 CO 3 H 2 + HCO 3 (3.2) Στην αντίδραση 3.1 η ενυδάτωση του CO 2 για το σχηματισμό του καρβονικού οξέος (H 2 CO 3 ) είναι αργή, εκτός αν υπάρχει ο καταλύτης καρβονική δεϋδρατάση (επίσης γνωστή και ως καρβονική ανυδράση). Αυτό περιορίζει την περιοχή της στο αίμα κυρίως στα ερυθροκύτταρα, όπου βρίσκεται η καρβονική ανυδράση. Στην αντίδραση 3.2 ο ιονισμός του καρβονικού οξέος πραγματοποιείται γρήγορα και αυθόρμητα. Σαν αποτέλεσμα τα ερυθροκύτταρα είναι η βασική περιοχή σχηματισμού H + και HCO 3 στο αίμα. Τα ιόντα H + αποθηκεύονται κυρίως μέσα στα ερυθροκύτταρα από την αιμοσφαιρίνη (Hb). Η Hb είναι πιο δραστικό ρυθμιστικό διάλυμα όταν αποξυδώνεται, οπότε ενισχύεται η εξουδετερωτική της ικανότητα καθώς διέρχεται μέσω των τριχοειδών στρωμάτων και δίνει το οξυγόνο στους ιστούς. Τα δικαρβονικά ιόντα εντωμεταξύ περνούν από τα ερυθροκύτταρα με βαθμίδωση ελαττωμένης συγκέντρωσης στο πλάσμα, με ανταλλαγή ιόντων χλωρίου για να διατηρηθεί η ηλεκτρική ουδετερότητα. Στους πνεύμονες η Pco 2 στις κυψελίδες διατηρείται σε χαμηλό επίπεδο μέσω του αερισμού των πνευμόνων. Η Pco 2 στο αίμα των πνευμονικών τριχοειδών είναι για αυτό το λόγο υψηλότερη από την Pco 2 στις κυψελίδες, ώστε η βαθμίδωση Pco 2 αναστρέφεται. Το CO 2 διαχέεται τότε στις κυψελίδες με την βαθμίδωση ελαττούμενης συγκέντρωσης και εκκρίνεται μέσω των πνευμόνων. Η παραπάνω αντίδραση κινείται προς τα δεξιά, η καρβονική ανυδράση καταλύει πάλι την αντίδραση 3.1, αλλά αυτήν τη φορά με την αντίθετη κατεύθυνση. Νεφρικοί μηχανισμοί επαναρρόφησης HCO 3 και έκκρισης H + Το διήθημα των αγγειώδων σπειραμάτων του νεφρού περιέχει την ίδια συγκέντρωση HCO 3 με το πλάσμα. Σε φυσιολογική HCO 3, οι σωληναριακοί νεφρικοί μηχανισμοί είναι υπεύθυνοι για την επαναρρόφηση του HCO 3. 39

2 Κεφάλαιο 3 Οξεοβασική ισορροπία και μεταφορά οξυγόνου Αίμα σπείραμα σωληνάριο Νεφρικά σωληναριακά κύτταρα Ενδιάμεσο υγρό Καρβονική αφυδρογονάση Εικόνα 3.1 Επαναρρόφηση δικαρβονικού στο νεφρικό σωληνάριο. Αν αυτό δεν μπορεί να συμβεί, μεγάλα ποσοστά HCO 3 μπορεί να χάνονται μέσω των ούρων, οδηγώντας σε οξέωση και μείωση στη ρυθμιστική ικανότητα του σώματος. Επιπρόσθετα, τα νεφρικά σωληνάρια είναι υπεύθυνα για την έκκριση 4080 mmol οξέος την κάθε μέρα κάτω από φυσιολογικές συνθήκες. Αυτή η κατάσταση μπορεί να αυξηθεί, εάν υπάρχει οξέωση. Ο μηχανισμός επαναπορρόφησης HCO 3 φαίνεται στην Εικόνα 3.1. Το HCO 3 δεν είναι ικανό να περάσει την αυλική μεμβράνη των νεφρικών σωληναριακών κυττάρων. Τα H + αντλούνται από τα σωληναριακά κύτταρα στον αυλό με ανταλλαγή Na +. Τα H + συνδέονται με HCO 3 για το σχηματισμό H 2 CO 3 στον αυλό. Αυτό διασπάται για να προκύψει νερό και CO 2, το οποίο γρήγορα διαχέεται μέσα στο κύτταρο. Στο κύτταρο το CO 2 συνδέεται πάλι με νερό υπό την επίδραση καρβονικής ανυδράσης για να σχηματιστεί H 2 CO 3. το τελευταίο διασπάται για να δώσει πάλι H + και HCO 3. Το HCO 3 τότε διαπερνά μέσω της βασικής μεμβράνης του κυττάρου στο διάμεσο υγρό. Αυτός ο μηχανισμός καταλήγει στην επαναπορρόφηση του διηθούμενου HCO 3, αλλά όχι στην δικτυακή έκκριση H +. Η δικτυακή έκκριση H + έγκειται στις ίδιες αντιδράσεις των νεφρικών σωληναριακών κυττάρων, όπως η επαναρρόφηση HCO 3, αλλά συμβαίνει μετά την επαναρρόφηση HCO 3 από τον αυλό και εξαρτάται από την παρουσία άλλων κατάλληλων ρυθμιστικών ουσιών στα ούρα (Εικόνα 3.2). Το κύριο ρυθμιστικό διάλυμα στα ούρα είναι η φωσφατάση. Το μεγαλύτερο ποσό της βρίσκεται στο HPO 4 2 που μπορεί να συνδεθεί με H + και να σχηματιστεί H 2 PO 4. Η αμμωνία επίσης μπορεί να δράσει σαν ρυθμιστικό διάλυμα στα ούρα και σχηματίζεται 40

3 Οξεοβασική ισορροπία και μεταφορά οξυγόνου Κεφάλαιο 3 Αίμα σπείραμα σωληνάριο Νεφρικά σωληναριακά κύτταρα Ενδιάμεσο υγρό Καρβονική αφυδρογονάση Εικόνα 3.2 Έκκριση νεφρικών ιόντων υδρογόνου. από την απαμίνωση της γλουταμίνης στα νεφρικά σωληναριακά κύτταρα κάτω από την επίδραση του ενζύμου γλουταμινάση. Η αμμωνία διαχέεται γρήγορα μέσω της κυτταρικής μεμβράνης στον τριχοειδή αυλό όπου συνδέεται με H + για το σχηματισμό NH 4 +. Το τελευταίο δεν διαπερνά τις κυτταρικές μεμβράνες, οπότε αποτρέπεται η παθητική επαναπορρόφηση. Η γλουταμινάση προκαλείται στη χρόνια οξέωση, διεγείροντας την αύξηση παραγωγής αμμωνίας και επομένως την ενίσχυση έκκρισης H + με τη μορφή των ιόντων NH 4 +. Ρύθμιση των ιόντων υδρογόνου Οι πνεύμονες και τα νεφρά μαζί διατηρούν την ολική οξεοβασική ισορροπία. Ωστόσο το ECF απαιτείται να προστατεύεται έναντι των ραγδαίων αλλαγών στην [H + ]. Αυτό πετυχαίνεται με διάφορα συστήματα ρυθμιστικών διαλυμάτων. Ένα σύστημα ρυθμιστικού διαλύματος αποτελείται από ένα ασθενές (ατελώς διαχωρισμένο) σε ισορροπία με τη συζυγή του βάση και με H +. Η ικανότητα του ρυθμιστικού διαλύματος για H + σχετίζεται με τη συγκέντρωσή του και με τη θέση της ισορροπίας. Είναι πιο δραστική στην [H + ] όπου το οξύ και η συζυγής βάση του βρίσκονται σε ίσες συγκεντρώσεις. Έτσι η αιμοσφαιρίνη και οι πρωτεΐνες του πλάσματος δρουν ως επαρκή ρυθμιστικά διαλύματα στο αίμα, όταν είναι άφθονες και σε φυσιολογική [H + ] περίπου 40 mmol/l διαθέτουν πλευρικές ομάδες που βρίσκονται στην κατάλληλη ισορροπία. Σε αυτήν την [H + ], το ρυθμιστικό σύστημα του διακαρβονικού παρουσιάζει μια ισορροπία που είναι μακριά από τη φυσιολογική, με την [HCO 3 ] να είναι περίπου 20 φορές μεγαλύτερη από την [H 2 CO 3 ]. Ωστόσο η δραστικότητα του διακαρβονικού συστήματος ενισχύεται σημαντικά in vivo από το γεγονός 41

4 Κεφάλαιο 3 Οξεοβασική ισορροπία και μεταφορά οξυγόνου στις αντιδράσεις 3.1 και 3.2 και σχετίζονται με την εξίσωση Henderson. Μετά την ανακεφαλαίωση των κλινικών ευρημάτων, τα οξεοβασικά αποτελέσματα μπορούν να υπολογιστούν με την ακόλουθη σειρά: 1 [H + ] πλάσματος. Εύρος αναφοράς 3644 nmol/l. 2 Pco 2 πλάσματος. Εύρος αναφοράς kpa. 3 [HCO 3 ] πλάσματος. Εύρος αναφοράς mmol/l. Αυτή η διαδικασία αμέσως διαχωρίζει τους ασθενείς στους οποίους υπάρχει μη αντισταθμιστική οξέωση ή αλκάλωση και αποτελεί το σημείο έναρξης για τον παραπέρα διαχωρισμό τους σε κατηγορίες, όπως σχολιάζεται παρακάτω. Εναλλακτικά τα αποτελέσματα μπορούν να καταγραφούν σε ένα διάγραμμα [H + ] έναντι Pco 2 (Εικόνα 3.3). σε αυτό το διάγραμμα οι απλές οξεοβασικές διαταραχές αναπαριστούν μπάντες αποτελεσμάτων, όπως φαίνεται. Τα αποτελέσματα που βρίσκονται μεταξύ των μπαντών λόγω μεταβολικής οξέωσης και αναπνευστικής αλκάλωσης ή αυτών μεταξύ αυτών λόγω αναπνευστικής οξέωσης και μεταβολικής αλκάλωσης χρειάζονται προσεκτική εξέταση. Αυτό μπορεί να αναπαριστά είτε συνδυασμό δύο οξεοβασικών διαταραχών ή αντιστάθμιση για μια απλή διαταραχή. Η [H + ] του πλάσματος είναι αυξημένη Ο ασθενής έχει οξέωση. Τα αποτελέσματα Pco 2 σχολιάζονται παρακάτω: 1 Η Pco 2 είναι μειωμένη. Ο ασθενής έχει μεταβολική οξέωση. Η μειωμένη Pco 2, οφείλεται σε υπεραερισμό των πνευμόνων, την φυσιολογική αντισταθμιστική απόκριση (π.χ. υπεραναπνοή σε ασθενείς με DKA). Η [HCO 3 ] του πλάσματος είναι μειωμένη σε αυτούς τους ασθενείς, αρκετές φορές κάτω από 10 mmol/l. 2 Η Pco 2 είναι φυσιολογική. Ο ασθενής έχει μη αντισταθμιστική μεταβολική οξέωση. Η [HCO 3 ] του πλάσματος θα είναι μειωμένη. Ωστόσο η φυσιολογική αντισταθμιστική απόκριση, θα ελαττώσει την Pco 2 σε ασθενείς με απλή μεταβολική οξέωση (δείτε παραπάνω). Έτσι θα υπάρχει μια συνύπαρξη αναπνευστικής παθολογίας που θα προκαλέσει κατακράτηση CO 2. Με άλλα λόγια, υπάρχει ταυτόχρονα αναπνευστική οξέωση. Αυτός ο συνδυασμός αποτελεσμάτων υπάρχει για Μεταβολική οξέωση Χρόνια αναπνευστική οξέωση Μεταβολική αλκάλωση Αναπνευστική αλκάλωση Οξεία αναπνευστική οξέωση Εικόνα 3.3 Σε αυτήν την παρουσίαση των [H + ] έναντι Pco 2, υπογραμμίζεται η ίση [HCO 3 ] radiate από την προέλευση, αυξάνοντας την τιμή προς το κατώτερο σημείο στη δεξιά γωνία. Οι μπάντες των τιμών που είναι σημειωμένες παρουσιάζουν τα αναμενόμενα αποτελέσματα σε ασθενείς με απλές οξεοβασικές δυσλειτουργίες. 46

5 Κεφάλαιο 16 Δυσλειτουργίες του φλοιού και του μυελού των επινεφριδίων Κεφάλαιο 16 Δυσλειτουργίες του φλοιού και του μυελού των επινεφριδίων Ο επινεφριδιακός αδένας αποτελείται από 2 ξεχωριστούς ιστούς διαφορετικής εμβρυολογικής προέλευσης: τον εξωτερικό φλοιό και τον εσωτερικό μυελό. Ο φλοιός εκκρίνει γλυκοκορτικοειδή, αλατοκορτικοειδή και φυλετικές στεροειδείς ορμόνες που συνθέτονται από τη χοληστερόλη που προέρχεται από HDL και LDL στο πλάσμα. Ο μυελός εκκρίνει κατεχολαμίνες, κυρίως αδρεναλίνη. Οι δυσλειτουργίες των επινεφριδίων είναι ασυνήθεις, αλλά μπορούν να διαγνωσθούν εύκολα και μπορούν να θεραπευτούν γρήγορα. Η ανάγκη για ειδικές και ευαίσθητες δοκιμασίες ελέγχου είναι για αυτό το λόγο σημαντικές. Επιπρόσθετες δοκιμασίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν τότε για να επιβεβαιώσουν ή να αντικρούσουν τα αποτελεσμάτων δοκιμασιών ελέγχου. Μετά από μια γρήγορη επανάληψη του ελέγχου της έκκρισης των στεροειδών ορμονών από το φλοιό των επινεφριδίων και της δράσης των διαφορετικών στεροειδών ορμονών, θα συζητηθεί η μελέτη της επινεφριδιακής υπερλειτουργίας και υπολειτουργίας. Τελικά, συζητείται η μελέτη της υπερέκκρισης κατεχολαμινών από τον αδρενομυελικό όγκο (φαιωχρωμοκύτωμα). Ρύθμιση σύνθεσης και έκκρισης επινεφριδιακών στεροειδών ορμονών Αυτές οι ζώνες μπορούν να αναγνωριστούν στον επινεφριδιακό φλοιό (Εικόνα 16.1). Η εξωτερική σπειραματική ζώνη είναι η περιοχή σύνθεσης αλδοστερόνης του βασικού αλατοκορτικοειδούς. Οι βαθύτερες στιβάδες του φλοιού, η δεσμώδης ζώνη και η δικτυωτή ζώνη συνθέτουν γλυκοκορτικοειδή, από τα οποία η κορτιζόλη είναι η πιο σημαντική στον άνθρωπο. Η παραγωγή φυλετικών στεροειδών επίσης συμβαίνει στον επινεφριδιακό φλοιό, κυρίως στη δικτυωτή ζώνη και σε κάποια έκταση στη δεσμώδη ζώνη. Έκκριση γλυκοκορτικοειδών Τα γλυκοκορτικοειδή έχουν ευρείς μεταβολικές επιδράσεις στο μεταβολισμό των υδατανθράκων, των λιπιδίων και των πρωτεϊνών. Στο ήπαρ η κορτιζόλη ενεργοποιεί τη γλυκονεογένεση, την τροφοδότηση και αποικοδόμηση αμινοξέων και τη κετογένεση. Η λιπόλυση είναι αυξημένη στο λιπώδη ιστό και η πρωτεόλυση και η πρωτεόλυση και η έκκριση αμινοξέων προωθείται στους μύες. Τα γλυκοκορτικοειδή σχετίζονται επίσης σε κάποια έκταση με τη ρύθμιση ομοιόστασης νατρίου και νερού και τις αποκρίσεις φλεγμονών και όγκων. Στην κυκλοφορία τα γλυκοκορτικοειδή είναι κυρίως προσδεδεμένα σε πρωτείνες (περίπου 90%) κυρίως σε CBG (κορτικοστεροειδή συνδεδεμένα σε σφαιρίνη ή σε τρανσκορτίνη). Η [CBG] του πλάσματος είναι αυξημένη στην εγκυμοσύνη και σε θεραπεία με οιστρογόνα (π.χ. από του στόματος αντισυλληπτικά). Είναι μειωμένη σε υποπρωτεινικές καταστάσεις (π.χ. νεφρωτικό σύνδρομο). Οι αλλαγές στη [κορτιζόλης] στο πλάσμα συμβαίνουν παράλληλα με αλλαγές σε [CBG]. Το βιολογικά ενεργό κλάσμα κορτιζόλης στο πλάσμα είναι το ελεύθερο (όχι συνδεδεμένο) συστατικό παρότι συνήθως η ολική (δηλαδή συνδεδεμένη και ελεύθερη) συγκέντρωση κορτιζόλης μετράται για διαγνωστικούς σκοπούς. Η επινεφριδιοτρόπος ορμόνη είναι ο κύριος διεγέρτης έκκρισης κορτιζόλης. Τρεις παράγοντες ρυθμίζουν την έκκριση ACTH (επομένως και κορτιζόλης): 1 Έλεγχος αρνητικής επανατροφοδότησης. Η έκκριση ACTH από την πρόσθια υπόφυση διεγείρεται από την υποθαλαμική έκκριση 229

6 Δυσλειτουργίες του φλοιού και του μυελού των επινεφριδίων Κεφάλαιο 16 Περίπτωση 16.1 Μια 34 χρονη νοικοκυρά μεταφέρθηκε στο νοσοκομείο με προσωρινή διάγνωση συνδρόμου Cushing. Ως ασθενής που δε νοσηλευόταν, η [κορτιζόλης] στον ορό δεν είχε κατασταλεί όταν έγινε ολονύχτια δοκιμασία καταστολής δεξαμεθαζόνης (1 mg δεξαμεθαζόνη). Ήταν παχύσαρκη (74 kg βάρος, 1.7 m ύψος), υπερτασική (πίεση αίματος, 165/105 mmhg) και παρουσίαζε ατροφία των γειτονικών μελών μυών. Έγινα οι παρακάτω δοκιμασίες επινεφριδιακή λειτουργίας: Εξέταση Αποτέλεσμα Ερμηνεία Ημερήσιος ρυθμός 8 π.μ. 400 Εύρος αναφοράς nmol/l κορτιζόλης ορού (nmol/l) 10 μ.μ. 380 Εύρος αναφοράς πάνω από 200 nmol/l Εξέταση υπογλυκαιμίας ινσουλίνης Βασική Μέγιστη απόκριση [Γλυκόζης] πλάσματος (mmol/l) Πρέπει να μειωθεί κάτω από 2.2 mmol/l [Κορτιζόλης] ορού (nmol/l) Αύξηση τουλάχιστον 145 nmol/l αν η απόκριση είναι φυσιολογική Εξέταση καταστολής Βασική Μετά από Μετά από δεξαμεθαζόνης 48 ώρες 48 ώρες 0.5 mg q.i.d. 2.0 q.i.d. [Κορτιζόλης] ορού (nmol/l) Καμία καταστολή κορτιζόλης [ACTH] πλάσματος (ng/l) 8 π.μ. <2 Εύρος αναφοράς 751 ng/l Πώς θα ερμηνεύατε αυτά τα αποτελέσματα; Σχόλια: Τα αποτελέσματα αυτά ταιριάζουν με τη διάγνωση του συνδρόμου Cushing λόγω επινεφριδιακού αδενώματος. Αυτοί οι όγκοι υπολογίζονται στο 510% όλων των περιπτώσεων συνδρόμου Cushing. Η εξέταση με υπέρηχους και απεικόνιση επιβεβαιώνει την παρουσία ενός όγκου στο δεξί επινεφρίδιο και η ασθενής θεραπεύτηκε επιτυχώς με δεξιά επινεφριδιεκτομή. Περίπτωση 16.2 Ένας 58 χρονος άνδρας μεταφέρθηκε στο νοσοκομείο με απώλεια βάρους και αναπνευστική δυσφορία. Εμφάνιζε μελάγχρωση και η πίεση του αίματος ήταν 140/80. Οι ηλεκτρολύτες ούρων, η τυχαία κορτιζόλη και η δοκιμασία ολονύχτιας δεξαμεθαζόνης έδωσαν τα ακόλουθα αποτελέσματα: Εύρος αναφοράς Ουρία mmol/l Νάτριο mmol/l Κάλιο mmol/l Ολικό CO mmol/l Κορτιζόλη nmol/l Μετά την ολονύχτια 1530 <50 nmol/l Δεξαμεθαζόνη Περαιτέρω εξετάσεις έδωσαν τα ακόλουθα: Εξέταση Ερμηνεία Εξέταση καταστολής Βασική Μετά από 48 ώρες Μετά από 48 ώρες Δεξαμεθαζόνης 0.5 mg q.i.d. 2.0 mg q.i.d. [Κορτιζόλης] ορού Όχι (nmol/l) καταστολή [ACTH] πλάσματος 8 π.μ Εύρος αναφοράς (ng/l) 751 ng/l Η εξέταση CRH έδειξε επίπεδη απόκριση για την κορτιζόλη και ACTH. Πως ερμηνεύεται αυτά τα αποτελέσματα; Σχόλια: Η πολύ υψηλή [κορτιζόλης] και [ACTH] που δεν καταστέλλονται από τη δεξαμεθαζόνη (ολονύχτια, χαμηλής δόσης και υψηλής δόσης δοκιμασία δεξαμεθαζόνης) μαζί με σημαντική υποκαλιαιμική αλκάλωση δείχνουν ισχυρά ότι ο ασθενής έχει σύνδρομο Cushing προκαλούμενο από έκτοπη παραγωγή ACTH. Η επίπεδη απόκριση στη δοκιμασία CRH υποστηρίζει αυτή τη διάγνωση. Η απεικόνιση παρουσίασε ότι ο ασθενής παρουσιάζει καρκίνωμα στους βρόγχους. 247