酸塩基平衡 2 つのアプローチ Tradi0onal Approach Stewart Approach 慈恵 ICU 勉強会 2015/01/27 児島千里
歴史 きっかけは Cholera pandemic(1829 年 ~) 酸の定義 (acid:acidus=sour taste) 1880 年代 ~ Arrhenius 酸とは水に溶けたときに H + を増加させるもの (HCl が酸 ) Naunyn は イオン自体の性質が酸を定義する (Cl が酸 ) Van Slyke 電解質が酸塩基平衡で重要な役割を果たす Bronsted と Lowry 酸は陽子を与えるもの 塩基は受け取るもの ( 1910 年 ) HendersonHasselbalch 1909 年 Henderson AcidBase Balance Hasselbalch ph という概念 (HendersonHasselbalch の式 ) Great TransAtlan0c Acid Base Debate(195060 年代 ) Copenhagen Approach(Base Excess Approach) を Astrup と SiggaardAndersen が提唱 Boston Approach(Bicarbonate Approach) を Schwartz と Rehm が提唱 Stewart approach 1970 年代 Stewart H + 濃度を決定する因子は PaCO 2 SID A TOT の 3 つであり H + や HCO 3 はそれらによって決められる従属因子である
Tradi0onal Approach NEJM. 2014; 371: 143445.
酸塩基平衡の異常の鑑別のために 7 つのステップを順にみていく 1 まずは病歴と身体所見から 2 原発性なのか二次性なのか 3 代謝性の中身 (Anion Gap の話 ) 4 代謝性が複数存在するかも? 5 それでも説明がつかないとき 6 呼吸性の中身 7 臨床所見と矛盾がないか
Step1 まずは病歴と身体所見から 数字を読む前に病歴 症状 身体所見などを評価 起こりうる酸塩基平衡障害の鑑別をあげる 糖尿病 心疾患 肺疾患 肝障害 腎障 妊娠 バイタルサイン 神経学的所見 感染兆候 呼吸パターン 消化器症状 薬物投与歴 中毒
Step2 原発性か代償性か u 原則として 代償性変化で ph が完全に正常化することはないため 原発性の判断は容易 u 代償の予測値を計算し 実測値と異なれば 混合性を疑う 予測値の計算式 呼吸性代償は即座に起こる ( 数時間 ) 代謝性 acidosisのとき 呼吸性代償 PaCO 2 = HCO 3 + 15 代謝性 alkalosisのとき 呼吸性代償 PaCO 2 = HCO 3 + 15 ベッドサイドで便利 J Crit Care. 2013; 28: 1103. 低酸素血症では呼吸性代償は計算通りにはいかない 代謝性代償はゆっくり (2~5 日間 ) 急性呼吸性 acidosisのとき PaCO 2 が10 mmhg 上昇する毎に慢性急性呼吸性 alkalosisのとき PaCO 2 が10 mmhg 低下する毎に慢性 HCO 3 は1 mmol/l 上昇 HCO 3 は4~5 mmol/l 上昇 HCO 3 は2 mmol/l 減少 HCO 3 は4~5 mmol/l 減少
1 まずは病歴と身体所見から 2 原発性なのか二次性なのか 3 代謝性の中身 (Anion Gapの話 ) 4 代謝性が複数存在するかも? 5 それでも説明がつかないとき 6 呼吸性の中身 7 臨床所見と矛盾がないか
Step3 代謝性の中身 < 代謝性アシドーシス > anion gap が有用 [Na + ] [K + ] [Ca 2+ ] [Mg 2+ ] [H + ] [unmeasured ca0ons:umc] = [Cl ] [HCO 3 ] [CO 3 2 ] [OH ] albumin phosphate sulfate lactate [unmeasured anions:uma] anion gap(mmol/l) = [UMA] = [Na + ][Cl ][HCO 3 ] AG 正常値は色々ある Clin Chim Acta. 2001; 307: 3336. ここでは AG 10 以上で診断的意義があるとしている 3 タイプ考える 1High AG (2Nega0ve AG) 3Normal AG
1High AG [Na + ][Cl ][HCO 3 ] Lancet. 2008; 372: 892. GOLD MARRK G:glycols(ethylene and propylene) O:5oxoproline(pyroglutamic acid) L :Llactate D:Dlactate(shortbowel syndrome) M:methanol A:aspirin R:renal failure R:rhabdomyolysis K:ketoacidosis (GFR<20ml/min) Use of penicillinderivered an0bio0cs 半分が乳酸アシドーシス 有用なケース 糖尿病性ケトアシドーシスの診断 ケトーシスのフォロー 生食の大量投与による AG 正常のアシドーシスとの鑑別 飲酒歴がある場合アルコール性ケトアシドーシス ( この場合ケトン尿反応は陰性 ) 短腸症候群患者 (Dlactate) では 乳酸値 (Llactate) は正常な High AG アシドーシス ph が正常化しているかもしれない場合も有用嘔吐による代謝性アルカローシスの合併肝障害 妊娠 高熱 Sepsis による呼吸性アルカローシスの合併
Anion Gap 使用に関する注意 1 乳酸アシドーシスで AG の感度は高くない High AG 代謝性アシドーシスの半分は乳酸アシドーシス しかしAGの乳酸値上昇を予測する感度 特異度は80% 程度 1)BMC Emerg Med. 2008; 8: 18. 乳酸値が 3.0~5.0mmol/l であっても 半数は AG 正常範囲! 2) J Emerg Med. 2009; 36: 391394. 2AGはアルブミン濃度で補正する必要がある アルブミンはAG(unmeasured anions) の75% を占める 1)2) 3)Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2003; 17: 559574. アルブミン濃度が1g/dl 低下する毎に AGの計算値は 2.3~2.5mmol/l 増加させなければならない 1)2) 3) AG 補正値 =AG 計算値 +2.5 [Alb 正常値 (g/dl)alb 測定値 (g/dl)]
(2Nega7ve AG) [Na + ] [Cl ][HCO 3 ] AG が低すぎる ( むしろマイナス ) 場合 = Na 以外の ca0on の増加による Cl 増加 高 Cl 血症 リチウム中毒 モノクローナル IgG 免疫グロブリン血症高 Ca 血症 高 Mg 血症 偽性高 Cl 血症 ブロマイド中毒 ヨード中毒
3Normal AG [Na + ][Cl ] [HCO 3 ] ( と が釣り合う ) 高 Cl 性アシドーシスと呼ばれることも HCO 3 の喪失 ( 下痢尿路変更 type2rta) 腎での酸の排泄増加 (type1rta:sjogren etctype4rta:hypoaldosteronism) 生食輸液 原因はいろいろ 原因が腎か腎以外かを鑑別するために 尿に注目 NH 4+ +Cl =NH 4 Cl( として尿中へ ) 高 Cl 性アシドーシスでは 正常腎では遠位尿細管からのアンモニウム排泄が増加するはず 尿中アンモニウム増加あり= 原因が腎ではない増加なし= 原因が腎 ( 遠位尿細管 ) 一般的には尿中アンモニウムを測定しないため 尿のAG や 尿浸透圧 gap で代用しよう
尿の AG 尿 AG = [Na + ]+[K + ][Cl ] 腎正常は尿 AG が nega0ve( ゼロ以下 ) 腎性は尿 AG が posi0ve そんな時に有用なのは 尿 AG を信頼できないとき : 多尿のとき 尿 ph が 6.5 以上のとき 尿中 NH4 + が Cl 以外 ( ケト酸 アセチルサリチル酸 Dlactate 大量のペニシリン ) と結合しているとき 尿 Na が 20mmol/l 以下のとき 尿浸透圧 gap ( 尿浸透圧の計算値と実測値の gap) (2 [Na + ]+2 [K + ])+UN/2.8+Glu/18 UN と Glu の単位は mg/dl mosm/l 40mmol/l 以下 : 尿へのアンモニウムの排泄障害信用できないとき : 非遊離酸が大量のとき
Step3 代謝性の中身 < 代謝性アルカローシス > 主な原因は 胃液の喪失利尿薬 ( ループ サイアザイド系 ) など 治療方針決定のために 分類は尿中 Cl 濃度に基づいて行う 尿中 Cl 低い 25mmo/l 以下 (Cl 感受性 ) 尿中 Cl 高い 40mmol/l 以上 (Cl 抵抗性 ) 胃液の喪失 Cl の喪失 腎での HCO 3 再吸収 up Hypovolemia RAA 系亢進 Na + HCO 3 Cl の再吸収 up 腎から Cl だだもれ ( 重症低 K Barher Gitelman 重症高 Ca 重症低 Mg が原因 ) 治療 : 生食輸液 (volume と Cl 補充 ) 原疾患の治療 例外 : 利尿薬による場合 尿中 Cl は初期は増加するが 徐々に減少し 最終的には 25 以下となる
Step4 代謝性の異常が複数あるか High AG アシドーシスに他の代謝性の要因がないか AG の増加分と HCO 3 の減少分は相関するはず ΔAG Δ[HCO 3 ] ( デルタデルタ ) ΔAG=(AG 12) Δ HCO 3 =(HCO 3 24) もとの AG 値や HCO 3 値によらず正確といえる ケトアシドーシスと乳酸アシドーシスでは計算が異なるので注意 ケトアシドーシス 乳酸アシドーシス ΔAG:Δ[HCO 3 ] = 1:1 (AG が 1 上昇ごとに [HCO 3 ] が 1 減少する ) ΔAG:Δ[HCO 3 ] = 1:0.6 (AG が 1 上昇ごとに [HCO 3 ] が 0.6 減少する ) ΔAG Δ[HCO 3 ] 0.6 ΔAG Δ[HCO 3 ] 0±5: 混在なし 5 以上 : HCO 3 が ΔAG に比して減少が少ない つまり代謝性アルカローシスが混在 5 以下 : HCO 3 が ΔAG に比して減少が多い つまり normalag 代謝性アシドーシスが混在 痙攣後や運動直後の乳酸アシドーシスの場合は 1:1
Step5 それでも説明がつかないとき それでも説明がつかない高い AG がある場合 昏睡 アルコール ( 毒物 ) 摂取の疑いがある場合 プロピレングリコール ( ロラゼパム ) 中毒の疑いのある場合 血漿浸透圧の予測値と 実測値の gap をみる ( 浸透圧 gap) 浸透圧 =2 [Na + ] + UN/2.8 + Glu/18 Gap が 10 以下 (10 から 10 mosm/l) が正常 ü アルコール中毒などでは上昇する 初期に異常値となるので有用 ちなみに 3.7 をかけるとエタノール摂取量 (mg/dl) になる 感度 特異度は高くない 正常範囲が広い エチレングリコールやメタノールなど少量でも毒性の強いとき過小評価になる 乳酸アシドーシス 糖尿病性ケトアシドーシスでも若干陽性になってしまう
1 まずは病歴と身体所見から 2 原発性なのか二次性なのか 3 代謝性の中身 (Anion Gapの話 ) 4 代謝性が複数存在するかも? 5 それでも説明がつかないとき 6 呼吸性の中身 7 臨床所見と矛盾がないか
Step6 呼吸性の中身 呼吸性の異常がある場合は 以下も check 急性か慢性か Ⅰ 型か Ⅱ 型か AaDO 2 (alveolararterial oxygen difference) =FiO 2 ( 大気圧 水蒸気圧 )PaO 2 (PaCO 2 ガス交換率 ) =FiO 2 (760 47) PaO 2 (PaCO 2 0.8) =FiO 2 713 PaO 2 1.25 PaCO 2 (37 として ) Ø 510mmHg(young) 1520mmHg(elderly) Ø Age/4 + 4 呼吸性アルカローシスの場合は重症基礎疾患がベースにある場合があるので注意
Step7 矛盾する所見はないか 以上のステップと臨床所見を照らし合わせて評価する 段階を踏んで病態を理解するこの方法は有用であるが 診断の助けになるその他の情報も常に check するべきである ( 例 : エチレングリコール中毒での乳酸 gap や 一酸化炭素中毒 / メトヘモグロビン血症 / 青酸カリ中毒での酸素飽和度 gap など )
Stewart Approach NEJM. 2014; 371: 182131.
Stewart が着目したもの Strong ion (fully dissociated) Weak Acid (not fully dissociated) Strong ca0ons: Na + K + Mg 2+ Ca 2+ Strong anions: Cl lactate sulfate ketones etc SID= Na + +K + +Mg 2+ +Ca 2+ Cl Lac Stewart オリジナルでは SID=Na + Cl だったが 血ガス装置で測定できるようになり 現在では K + Mg 2+ Ca 2+ だけでなく Lac も含めている その場合の SID 正常値 :38~44 meq/l( 文献により前後 ) albumin phosphate globulin A TOT = Alb +Pi 一. 全ての水溶液は電気的に中性である二. 全ての水溶液中の物質は保存される三. 電解質は容易に電離する
[HCO 3 ] は結果にすぎない [H + ] や [HCO 3 ] は水の電離状態によって容易に変化する (=dependent variable ) Independent variables 1PaCO 2 2SID 3A TOT 影響 dependent variables 緩衝系 HCO 3 CO 3 2 OH H +
シンプルに図で考えていく! 全ての溶液は電気的に中性である ( 陽イオン = 陰イオン ) 140 100 Mg 2+ Ca 2+ K + UMA HCO 3 Pi Alb Lac SID A TOT Na + Cl
シンプルに図で考えていく! 全ての溶液は電気的に中性である ( 陽イオン = 陰イオン ) SID = [Na + ]+[K + ]+[Mg 2+ ]+[Ca 2+ ] [Cl ][Lac ] Mg 2+ Ca 2+ K + Na + UMA HCO 3 Pi Alb Lac SID A TOT Cl
シンプルに図で考えていく! 全ての溶液は電気的に中性である ( 陽イオン = 陰イオン ) SID = [Na + ]+[K + ]+[Mg 2+ ]+[Ca 2+ ] [Cl ][Lac ] Mg 2+ Ca 2+ K + Na + UMA HCO 3 Pi Alb Lac SID A TOT Cl
SIDa と SIDe の間のわずかな差を strong ion gap(sig) とし これにより測定できない陰イオン (unmeasured anion:uma) の総量が計算される 2) Mg 2+ Ca 2+ K + SIDe UMA HCO 3 Pi Alb Lac SIG SIDa A TOT UMA:unmeasured anion ( 硫酸 ケトン サリチル酸 ) Na + Cl
SIDa と SIDe の間のわずかな差を strong ion gap(sig) とし これにより測定できない陰イオン (unmeasured anion:uma) の総量が計算される SIG = SIDa-SIDe = UMA SIDe は Pi も Alb も定量化されているので (1) 計算が可能 Mg 2+ Ca 2+ K + SIDe UMA HCO 3 Pi Alb Lac SIG SIDa A TOT UMA:unmeasured anion ( 硫酸 ケトン サリチル酸 ) Na + Cl [Pi ](meq/l) = 10/30.97 [P](mg/dl) (0.309 ph0.469) [Alb ](meq/l) = 10 [Alb](g/dl) (0.123 ph 0.631) 1)Figge J, et al. J Lab Clin Med.1991; 117: 45367.
SIDa と SIDe の間のわずかな差を strong ion gap(sig) とし これにより測定できない陰イオン (unmeasured anion:uma) の総量が計算される SIG = SIDa-SIDe = UMA SIDe は Pi も Alb も定量化されているので (1) 計算可能 Mg 2+ Ca 2+ K + SIDe UMA HCO 3 Pi Alb Lac SIG SIDa A TOT UMA:unmeasured anion ( 硫酸 ケトン サリチル酸 ) 最終的にこれらの Strong ion や A TOT の増減の結果 HCO 3 が変化する Na + Cl [Pi ](meq/l) = 10/30.97 [P](mg/dl) (0.309 ph0.469) [Alb ](meq/l) = 10 [Alb](g/dl) (0.123 ph 0.631) 1)Figge J, et al. J Lab Clin Med.1991; 117: 45367.
SID 増加 : アルカローシス SID 減少 : アシドーシス
乳酸増加でアシドーシス 低アルブミン血症でアルカローシス ICU 患者ではアシドーシスがカバーされやすい
Case 1 vomit 31 歳女性 胃腸炎で 2 日前から嘔吐 衰弱している ph 7.54 PaCO 2 48 HCO 3 40 Na + 125 K + 2.6 Cl 72 ICU での胃管からの吸引も同様 呼吸性代償予測 PaCO 2 =HCO 3 +15 40+15=55 実際 48 過換気状態かな? 薬局 2014.vol65(6)
Case 2 saline 22 歳女性 事故による外傷で 6L の生食を輸液された ph 7.28 PaCO 2 39 HCO 3 18 Na + 135 K + 3.8 Cl 115 呼吸性代償 :18+15=33 予測値より代償できていない 実は肋骨骨折もあった! NEJM. 2014; 371: 143445.
SID40 未満の輸液製剤は輸液すればするほど SID は低下しアシドーシスへ Cl の上昇が相対的に問題となる製剤 ( 生食や多くの外液 ) + Na の減少が相対的に問題となる製剤 ( マンニトールなど ) +
メイロン :NaHCO 3 Stewart では HCO 3 を投与 ではなく Na + を投与 する結果 HCO 3 が増加してくれる 生食輸液によるアシドーシスのケースではメイロンが必要か? 輸液の大量負荷がなくなればおのずと改善するはずなので必要ではない アシデミアが強いケースや 依然として輸液負荷が必要な症例では考慮しよう!
Case 3 AKI 急性腎障害 (AKI) の患者に透析を行った 透析前透析後 ph 7.30 7.4 PaCO 2 38 39 HCO 3 18.9 24.8 Na + 139 137 K + 4.7 4.0 Cl 102 99 Lac 3.7 3.2 Alb 2.3 2.3 P(mmol/ L) 2.1 1.4 SID 42.0 42.8 SIG 13.4 8.8 P UMA の増加により代謝性アシドーシスに UMA P の除去が代謝性アシドーシスを改善させる
Case 4 ARDS 75 歳男性 数日前からの呼吸苦で来院 肺炎の診断にて病棟にて管理されていたが 数時間前から呼吸状態の増悪を認め 意識レベルも低下している ICU 入室前の血ガス分析の結果が以下 ph 7.26 PaCO 2 115 HCO 3 44 Na + 139 K + 3.5 Cl 87 Lac 1.1 Alb 2.1 P(mmol/L) 0.8 高二酸化炭素血症を低 Cl と低 Alb で代償している
Case 5 SEPSIS Sep0c shockによるlac 増加 AKIをきたしてリン酸と不揮発酸の排泄低下によるP 増加 UMA 増加 大量の輸液などによるCl 増加 肝臓でのタンパク合成低下 異化亢進 血管透過性亢進によるAlb 低下
まとめ Tradi7onal Approach より臨床的 既往歴や原疾患から鑑別していくことで 原因不明の酸塩基平衡の障害を診断可能 Anion gap はアルブミンと乳酸の問題があり 集中治療領域では適切な補正なしには理解が難しい 例外や注意事項が多い Stewart Approach 複雑な重症患者でも理解可能 定量的に酸塩基平衡を把握することができる それにより適切な治療が行える 詳細な評価のためには多くの計測値が必要 原因不明の酸塩基平衡の障害を診断はできない あくまでも病態を確認するというかたち
私見 Stewart Approach は Tradi0onal Approach を否定するものではなく 同じ現象を違った見方をすることで違った解釈をするということであった しかし従来 Anion gap の考え方では理解に苦しんでいた病態も Stewart Approach を用いることで簡単に理解できることもある 複雑で重症な ICU 患者では Stewart Approach は有用 一生懸命病態を説明しようとする Tradi0onal Approach より Stewart Approach でどう対処すべきか理解できる方が 実はより 臨床的 かもしれない