Water, Electrolyte, Acid-base · PDF fileElectrolyte concentration. Regulation of fluid...
Transcript of Water, Electrolyte, Acid-base · PDF fileElectrolyte concentration. Regulation of fluid...
1
Water, Electrolyte, Acid-base Balances นโลบล เนองตน: 2553
2
Water, Electrolyte, Acid-base BalancesOBJECTIVE
1 . WATER BALANCE
Content, DistributionIntake = Output, Turnover rate Volume in each compartment & regulationElectrolyte concentrationRegulation of fluid balance
2. ELECTROLYTE BALANCE : Na+K+Ca++
Control of balanceWater & electrolyte imbalance
3. ACID- BASE BALANCEpH ∞ HCO3/pCO2[H+] : input, output
การควบคม pHacid- base disturbances
3
WATER CONTENT
Total body water (TBW) = 60% body weight
(ชาย 70 kg สง 170 cm.)
ความแตกตาง
1. คนอวน มนา นอยกวา คนผอม
2. หญง มนา นอยกวา ชาย
3. คนแก มนา นอยกวา คนหนมสาว
4. เดก มนา มากกวา ผใหญ
Infant (เดกอาย < 2) ปมนา ~ 70 % นน.ตว
4
WATER DISTRIBUTION PDF หนา 4 ตาราหนา 775
Adult 70 kg.
TBW = ICF + ECF60% 40% 20%
40%20%
*ISF 15% (3/12)
plasma 5% (1/12)
( ISF = interstitial fluid )
5
WATER DISTRIBUTION PDF หนา 4 ตาราหนา 775
Infant
TBW = ICF + ECF
70% 40% 30%*
** ISF 25%
plasma 5%
ทสาคญคอ ISF มากกวา adult 10%
6
1) Bone 3% 2) Dense CT 4-5%
2 L 3 L
3) IVF
4.5%
3 L
4) ISF
11.5%
8 L
ICF
36%
25 L1.5%
1 L การกระจายนาในชายนาหนก 70 kg
ความผดปกตจะเกดขนเมอ
ISF เพม / ลดเกน 20% (~ นา2L) จะเกดภาวะ edema / dehydration
หรอ ICF เพม / ลดเกน 7% (~ นา 2Lเชนกน) ผปวยจะซมและไมรสกตวได
PDF หนา 5 ตาราหนา 776
เพราะถา ICF มนาเพมมาก อาจเกดภาวะ water intoxication / cerebral edemaไดงาย
5) Transcellular
ทางคลนกนยมแบง ECF เปน 2 สวน คอ IVF & ISF
(แตECFยงแบงไดอกเปน 5สวน โดยทกๆสวนกระจายตดตอกนได)
7
SOURCE intake ml/D obligatory elective
SOURCE output ml/D obligatory elective
ingested 400 1,000 water water 850 content of food water 350 content of oxidation Total 1,600 1,000
urine 500 1,000 skin 500 (sweat 250 ml. + perspiration 250 ml lung 400 stool 200 1,600 1,000
PDF หนา 1 ตาราหนา 771WATER INTAKE - OUTPUT
ถา intake = output water balance
แตถา intake = output water imbalance
**
**
sweat: sensible, ** perspiration & lung : insensible
8
TOR : Turnover rate
คอ อตราการสบเปลยนนา ซงถาสมดล
ปรมาณ นารบเขา = นาขบออก
ใน adult = 2.6 kg
และ ในเดก (1 ขวบ นน. 10Kg) = 0. 9 kg
PDF หนา 5 ตาราหนา 776
เชน เดกม TOR (29% ของ ECF) สงกวา TOR ผใหญ (16% ของECF )
เนองจาก รางกายของเดก มโอกาสทง
1. เสยนามากกวา และ 2. ไดรบนามากกวา
นยมรายงาน TOR เทยบกบคา ECF (ทวเคราะหไดจาก lab)
9
1. เดกเสยนามากกวาผใหญ
1.1 ทางผวหนง : เพราะพนทผวกายมากกวา นาจงระเหยไปมากกวา
1.2 ทางปสสาวะ : เพราะurine concentrating ability ในเดกเลกไม
ดเทาผใหญ ดงตวอยาง
Adult (70 kg) ม urine 500 ml/DInfant (7 kg) ม urine 100 ml/D
Turnover rate เดกมากกวาผใหญ
2. เดกมทางไดรบนามากกวาผใหญ :
จาก metabolic water มากกวา
ดงนนถา intake เพม ( หรอ output ลด ) จะเกด overload มาก
หรอ ถา output ลด ( หรอ intake เพม ) จะเกด loss รนแรง
10
REGULATION OF BODY FLUID COMPARTMENTS
ขนกบปรากฏการณเหลานรวมกน
1. OSMOSIS SOLVENT MOVEMENT2. DIFFUSION SOLUTE MOVEMENT
A BA B
A B
4. GIBBS-DONNAN EQUILIBRIUM : ทาให electrolytesกระจายในแตละ space ไมเทากน
5. STARLING’S FORCE : balance of fluid movementbetween plasma & ISF โดยขนกบ blood pressure & osmotic pressure
3. Na+ PUMP : ทาให Na+, Cl- มากใน ECF
K+ มากใน ICF
11
GIBBS - DONNAN equilibriumถาม diffusible และ non-diffusible ions ( protein )ปะปนกน จะทาให diffusible ions ในแตละ compartmentกระจายไมเทากน และเมอสมดลตองมผลให
1. Total ions
aniona = cationa แตคา a = banionb = cationb
2. Diffusible ions
aniona x cationa = anionb x cationb
regulation of body fluid compartments
12
a b a b
6 Na+ Na+ 6 6+2 Na+ Na+ 6-2
2 Cl-
6 Prot- Cl- 6 6 Prot- Cl- 6-2
เรมตน ดล
Na+a
= Prot-a (6=6) Na+
a x Cl-a = Na+
bx Cl-b
Na+b = Cl-b (6=6) Na+
a = Cl-a + Prot-a
= Na+
b= Cl-b
ICF ICF ECF ECFGIBBS - DONNAN EQUILIBRIUM
13
คาปกตของ ELECTROLYTES (CATIONS) ในสารนาของรางกาย(Rose BD. Clinical physiology of acid-base and electrolyte disorders.5th ed. 2001)
PDF หนา 9 ตาราหนา 781
ECF ISF ICF
+ CATIONS PLASMA PLASMA- MUSCLES
(meq/L) H2O(meq/L) ( meq/L) (meq/L)
Na 142 คานวณคา 145.1 12
K 4.3 เพมเปน100% 4.4 140Ca 2.5 จากคาใน 2.4 4.0Mg 1.1 plasma 1.1 34.0
TOTAL 149.9 ทมนา 93% 153 190
Tiss fluid
14
ECF ISF ICF
- ANIONS PLASMA MUSCLE
(meq/L) (meq/L)
Cl 104 117.4 4.0
HCO3 24 27.1 12.0
PO4 2 2.3 40.0
ORG A. 5.9 6.2 84.0
PROT 14 0 50.0
TOTAL 149.9 153 190
Tiss fluid(meq/L)
คาปกตของ ELECTROLYTES (ANIONS) ในสารนาของรางกาย
15
1. คารวม cations = คารวม anions ในแตละชอง
( แตปรมานใน ICF มากกวา ECF )
2. ECF : Na+,Cl-,HCO-3 > ใน ICF
3. ICF : K+, Mg++,PO4, organic a, protein มากกวา ใน ECF
สรป ปรมาณ ELECTROLYTES ในสารนาของรางกาย
CATIONS & ANIONS
16
UNIT OF SOLUTE MEASUREMENT
แยกเปน AMOUNT CONCENTRATION
1. g mg g/L mg/L mg/dl
2. mol (g/MW), mol/L = MOLARITY
mmol (mg/MW) mol/H2O 1 kg = MOLALITY
3. meq = mg x val eq/L = NORMALITY,NMW
4. osmol , mosmol osmol/L = OSMOLARITY
(g/MW) (mg/MW) osmol/Kg = OSMOLALITY
17
1 equivalent (eq) : amount of an ion that combines with or replaces 1 mol of H+
Ca++40 g ในนา 1kg = 1 molality = 1osmolality
สารจะทาปฏกรยากนพอด ถา equivalent เทากน
NaOH 40 g = 1 mol = 1 eq ___Ca++ 40 g = 1 mol = 2 eq
18
osmol, osmolality
สาร 1 osmol = 1 mol of a non-dissociable substance
= 6.02 x 10 23 PARTICLES
( Avogadro’s No. )
(1 mosmol = 6.02 x 10 20 particles)
UREA, DISSOC. PARTICLE 1 .’. 1 mmol = 1 mosmol
GLUCOSE “ “ 1 .’. 1 “ = 1 “
NaCl “ “ 2 .’. 1 “ = 2 “
CaCl2 “ “ 3 .’. 1 “ = 3 “
19
2. สาร 1 osmol ถาละลายในนา 22.4kg ท 0oC ให OP = 1 atm.
สาร 1 osmol 1 kg “ 22.4 atm
3. สาร 1 osmol = 1000 mosm ม freezing point = -1.86 oC
plasma osmolality (freezing point -0.53oC ) = 285 mosmol
osmol, osmolality
20
measurement of osmolality
normal plasma osmol = 285 ( 280-295) mosmol/Kgnormal urine osmol = 80-1200 “
วธวด osmolality ทนยมใช
FP ของ plasma =-0.53 oC ม osmol = 1000 x 0.53= 285 mosmol1.86
FP ปสสาวะตาสด -2.6 oC ม osmol = 1000 x 2.6= 1400 mosmol1.86
1. osmometer: ใชหลก freezing point (FP) depression
สาร 1 OSMOL = 1000 mosmol ม F P = -1.86 oC
21
2. measurement of osmolality by calculation
serum osmol = total dissolved particles/kg H2O
ไดจากคา = electrolytes + non-electrolytes= (cations + anions) + non-electrolytes= 2 x cations + non-electrolytes= 2(Na++ K+ + Ca++ + Mg++ ) + glu + BUN= 2(140 + 10) + 90x10 + 14x10
180 28คาจากการคานวณ = 300 + 10 = 310 mosmol/kg H2O
คาจรงจาก osmometer = 285 mosmol/kg H2O
.’. ทางปฏบตถอวา effective plasma osm = 2 Na+= 2x140
= 280 mosmol/kg H2O
p 785
MW of glucose MW of urea
เพมคาจากdl เปน L
22
ions ไมไดให OP ทงหมด เนองจาก
1. interionic effect เกดจากการท ions บาง
ตวรวมกบสารอน เชน lipid nucleoprot. prot.
2. ions ทกชนดไมไดแตกตว 100% การแตกตว
จะขนกบคา osmotic coefficeint ( OC )
เชน OC ของ NaCl = 0.93
.’. 1 mmol NaCl ให OP = 2 x 0.93= 1.86 mosmol
calculated osm สงกวา osm จรง เพราะ
23
regulation of fluid balance
24
regulation of fluid balance:จะควบคมพรอมกนทง
1. osmolality
2. volume
3. pH
:ขนกบ ratio of H2O & electrolytes ( Na+, K+)
: ดทคา ECF ซงขนกบ
total amount of Na+และ นาทรวมอยดวย
: ขนกบ plasma [H+]
25
เปรยบเทยบการควบคม osm & volumePDF หนา 12 ตาราหนา 786
*
*
>1-2% change
( เมอ>10-15% volume change )
effective cir. volumeplasma osm
H2O excretionthirst
Effect
renin-angiotensin-ald syssymp. N.natriuretic hormone(ANP)ADH, thirst
PG , kinin………………..
Effector
volume receptor อยท
carotid sinus, atriaaorta , great v. JGA
osmoreceptor ท
hypothalamus(antero- lateral)
Sensor
volume regulationosm regulation
Sense
ADH (SON, PVN)
thirst
∗ SON, PVN: supra optic & paraventricular nuclei; JGA: juxta glomerular apparatus
urine Na+ excretion
regulation of fluid balance
26
Effective circulating volume
(sensors)
thrist Osmolality (osmoreceptor)
ลดเกน 10-15% เพมเกน 1-2%
Sympathetic tone Atrial natriuretic peptide (ANP)
Renin-
angiotensin
aldosterone
ADH
heart rate
blood pressure
cardiac output
renin
nephron(proximal and distal)
distal nephron
distal nephron
( water reabsorptr)
urine Na excretion urine water excretion
JGA >1-2%
การควบคม osm & volume
24
27
Na BALANCE
intake 5-15 g/D 100 mmol/D
G-I tract EC 90% ICF 10%
ECF 50% bone 40%
เหงอ 25 mmol/D (ม Na 1/5-1/2 ของ bl.)
urineคมไดดทสดขบออก 100 mmol/D
feces5-10 mmol/D
. .. ... .
excess Na ขบ 50 % ใน 24 ชม.
ขบหมดใน 3-4 วน
25
Electrolyte balance: Na
28
สรปการขบ urine Na (ถาเพม ) ขนกบ
glomerular filtration rate เพม
aldosterone ลดลง
ANP / natriuretic h. เพม
prostaglandin & kinin เพม
urine Na (สวนใหญมาจาก GFR)excess Na ขบหมดใน 3-4 วน
Na BALANCEintake = output (สวนใหญขบทางปสสาวะ)
ไดจากอาหาร
*
Electrolyte balance: Na
29
Na+ 100%15000 mmol
65% (9000 mmol)
20-25%3000 mmol
10-12% (1400 mmol)
100 mmol
100 mmol/D in urine(<1% GFR ทงหมด)
ปรมาณการขบ และ ดด
กลบ Na ทางไต
การดดกลบ Na ทางไต
30
normal plasma Na 135-140 meq/L>150 = hypernatremia เนองจาก
: Na excess : ขาดนา* ขาดนา > เกลอ
pseudohyponatremia : เพราะม สารอนสงในเลอด glucose, protein,lipid
<130 = hyponatremia เนองจาก : ขาด Na (โรคไต, ทองเดน, ยา)
: นาเกน** เปนสาเหตทพบไดบอย ตองนกถงกอนเสมอ
สาเหตทคา Na ผดปกตElectrolyte imbalance: Na
31
lipidNa+ 125 mmol/L
Na+ 140 mmol/kg H2O
สาเหตอนทคา Na ผดปกต จากคา 135-140 mEq/Lpseudo or factitious hyponatremia คอภาวะทไดคา Na+ตาปลอม (ได<130 mEq/L)
คา Na ตาปลอม เนองจาก มสารอนทเพ มสงมากมาแทนทในนาใน plasma เช น
lipid, protein (Na ตา แต osmolality ไมเปลยน) และglucose, urea, mannitol (Na ตาและ osmolality เพม)
Electrolyte imbalance: Na
32
ตวอยางการ correct คา Na+ ในรายทม hyperglycemia
: ทก 100mg/dl ของ bl glucoseทสงจากคาปกต (แตไมเกน
400mg/dl) ตอง +1.6 mmol/L เพมจากคา Na+ทวดได
เชน bl glucose 800 mg/dl (คาปกต 100 mg/dl) ไดคา Na+
จาก lab 125 mmol/L
corrected Na+= 125 + 1.6 x 300/100 + 2.4 x 400/100
= 125 + 4.8 + 9.6 = 139.4 mmol/L
pseudohyponatremia จาก glucose
: สวนคาทเกน 400 mg/dl) ตอง +2.4 mmol/L ทก 100 mg/dl ทเพมเกน 400 mg/dl
33
****
.. .
K balanceintake
G-I tract
feces5-10
mmol/D
50-90 mmol/D
ECF 2 % ICF 98%
muscle red cell liver85% 7% 6%
sweat 0-10 mmol/DUrine 50-90 mmol/D
. .1
2
3
**
***
sweat 0-10 mmol/D
13
Electrolyte balance: K
34
การขบถาย K ม 3 ทาง :
aldosterone จะ การขบ K ทง 3 ทาง
1. ไต : สาคญทสด , ควบคมไดดทสด
2. ลาไส
3. ตอมเหงอ
Electrolyte balance: K
35
ไต ควบคม 3 ions
เกยวพนกน
GFR 700 meq
REABS 90-95%
UR 90 meq
2Na+K+ H+
การขบ และการดดกลบ K+ ทางไต
(GFR 10%, tubular secrete 90%)
10-20%
Electrolyte balance: K
36
K+ balance
intake = output ทางสาคญ
ไดจากอาหาร ทสาคญคอทางปสสาวะ
90% ของ urine K+
ขบโดย
tubular secretion
Electrolyte balance: K
37
การขบ K+เพมทางไต : ขนกบ
1. aldosterone & plasma K+
2. urine flow
3. anion ทคกบ Na+ ใน tubular lumen
4. bl pH
5. K+ in tubular cell
35
Electrolyte balance: K
38
ปจจยควบคมการขบ K+ เพมทางไต1. aldosterone และ plasma K+ ถาเพมขน มผลให
- เพมtubular Na+ reabsortion
ทาให tubular lumen เปน – มากขน สงเสรมการขบ K+ออกจาก tubular cell
- กระตน Na+-K+ ATPase
ชวยให Na+ทดดกลบเขามาใน cell (จากฤทธ aldosterone) ถกสงเขาในเลอด
ขน แลกกบ K+ ทเขา cellเพมขน จง ถกขบออกทาง lumen เพมขนดวย
- K+ channel (ดาน lumen) เพมขน
ทาใหชองทางผานเขา/ออกของ K+ มากขน
2.urine flow rate ถาเพม
จะชวยเจอจาง K+ ใน tubular lumen ทาให K+ ใน cell ซมออกงายขน
Na+
K+K+Na
+
H+
lumen cell blood
39
3. ประจ ลบ ใน tubular lumen เพมขน จาก
- tubular Na+ reabsorption เพม (ดขอ 1)- ม anions เพมเชน SO4
= , aceto-acetate , uric acid มผลทาใหขบ K+ ทางปสสาวะเพมขน
4. bl pH เพม (alkalosis)
- K+ shift เขา cell เพมขนเพอแลกกบขบ H+ออกมา
.’.เมอ cell ใน K+ เพม จงม tubular K+ excretion เพม
- กระตน Na+– K+ ATPase ทาให K+เขา cell เพมขนtubular K+ excretion เพมเชนกน
( ในภาวะ acidosis จะกลบกน )
ปจจยควบคมการขบ K+ เพมทางไต
40
tubular lumen cell blood
Na+
K+
H+
Na+
K+
K+
aldos.urine flowanionsalkalosistubular cell K+
alk hypo K+
(K+ shift เขา H+ออกจาก cell)
H+
K+
ความสมพนธของ hyper-K+/ hypo-K+กบ acidosis/ alkalosis
ปจจยททาใหมการขบ K+ เพมขนทางปสสาวะ
สรป: ภาวะ alkalosis สงเสรมใหม hypo-K, acidosis สงเสรม hyper-K
(เพราะถาม K+ มากใน cell ทาให tubular cell ขบ K+>H+ ทาใหเกด acidosis ไดงาย กลบกนในภาวะ K+ตา cell จะขบ H+> K+ ทาใหเกด alkalosis ไดงาย)
และ hypo-K สงเสรมใหเกด alkalosis, hyper-K สงเสรมใหเกด acidosis
41
paradoxical aciduria
metabolic alkalosis รวมกบ hypo K แตม acid urine pH
: เมอม K+ ตามาก ไตตอง
ขบ H+ เพมแทน เพอดดกลบ
Na+คงเดม จงทาให urine
PH เปนกรด แมม metabolic alkalosis
K+ Na+H+12 3
: คอภาวะทม
ตวอยางคาทได : blood pH 7.5, plasma K+2 meq/L, urine pH 5
(1) (2) (3)
Electrolyte imbalance: K
42
normal plasma K+ 3.5-5.5 meq/L: ภาวะทคาผดปกต
< 3 hypokalemia1.ตาจรง (deplete)• ทองเดน,อาเจยน, fistula
• โรคไต /ไดรบยาขบปสสาวะ
• hyperaldosteronism
อาการของ K+ ตา• muscle weakness, ทองอด
• hrt arrhythmia
• tetany
> 5.5 hyperkalemia1.สงจรง• ไตวาย , ไดรบ K เพม
• ยากดการขบ K
• hypoaldosteronism
อาการของ K+ สง• arrhythmia รนแรง คา >7.5-8 ตาย * metabolic emergency
Electrolyte imbalance: K
43
normal plasma K+ 3.5-5.5 meq/L: ภาวะทคาผดปกต< 3 hypokalemia
2. คาในเลอด ตา เนองจาก
plasma K+ shift เขามาใน cell
• alkalosis
• insulin injection
> 5.5 hyperkalemia2. คาในเลอด สง เนองจาก
K+ใน cell shift ออกมาใน plasma
• acidosis• ได adrenalin• crush injury
แต total K+คงเดม สาเหตจาก
3. false hyperkalemia
(คา K+ จรงในเลอดปกต) สาเหตจาก
: รดแขนขณะเจาะเลอดนาน : เลอดทม rbc แตก
แต total K +คงเดม สาเหตจาก
3.false/pseudohypokalemiaพบนอย ไมใครสาคญทางคลนก
Electrolyte imbalance: K
44
water and electrolyte imbalance
45
การวนจฉยภาวะทมการเปลยนแปลงของ
ดลนา & electrolyte โดย
1. บอกภาวะ ไดจากประวตวาม loss / gain of fluid
1.1 ภาวะทม ECF ลดลง เรยก contraction (dehydration)
1.2 ภาวะทม ECF เพม เรยก expansion
water and electrolyte imbalance: วนจฉย
46
2. บอกชนด ของแตละภาวะใหดทสดสวนของ นา & เกลอ ในECF
2.1 ถามเกลอ = นา เรยก isotonic
contraction expansion
2.2 ถามเกลอ > นา เรยก hypertonic
contraction expansion
2.3 ถามเกลอ < นา เรยก hypotonic
contraction expansion
สรปการเปลยนแปลงของดลนา, electrolyte มได 6 ชนด
water and electrolyte imbalance: วนจฉยชนด
47
การเรยกชนดของสารนาทเขาสรางกาย
ใหคดเทยบ osm ของสารนานนกบ plasma osm
ถาสารนาม osm = plasma osm จดเปน isotonic solution
ถานอยกวา จดเปน hypotonic solution
ถามากกวา จดเปน hypertonic solution
5%glu และ 0.85% NaCl (NSS) จดเปน isotonic solution
(5%glu เมอ metabolize หมดจดเปน hypotonic solution)
48
สาเหตสาคญของการเปลยนแปลงดลนา & electrolyte
-ทองเดน, fistulaลาไส (อนๆ)4.“ลาไส (สวนตน)3.
(นาทะเล, เบยร,...)suctionกระเพาะ2.
ดมอาเจยนปาก1.gainlossroute
p808
นาทะเล (osm 450 mosm/l ) >plasma osm 285 mosm/l ราว 1.5 เทา-หายใจหอบปอด8.
-เหงอ ,ไขสงskin7.
โรคไต (ปสสาวะลด)ยากดหนาทของไต
โรคไต (ปสสาวะเพม) ยาขบปสสาวะ
ไต6.
ใหเลอด ,fluid…bleedBLOOD5.
water and electrolyte imbalance
49
fluid replacement
ใหเมอไร ….. เมอ volume loss มากกวา 10%
แกไขอะไร ….. volume loss , osm , pH
ถาให จะใหสารนาชนดใด ….. ชนดทเมอใหแลว
volume, osm, pH กลบมาใกลเคยงปกต
water and electrolyte imbalance
50
wrong treatment : อาจจะทาใหเกด
hypertonic plasma expansion: volume load
heart failure , cell dehydrate
hypotonic plasma expansion : cell edemawater intoxication (brain edema)
เกดอาการชก .....หมดสต ..... ตาย
water and electrolyte imbalance
51
acid – base balance
acid = proton donorbase = proton acceptor
HA H+ + A-
ความเปนกรด หรอ ดางวดท [H+]นากลนม [H+] = 0.000,000,1 = 10 -7 mol/L pH=7
HCl ม [H+] = 0.01 = 10 -2 mol/L pH=2
เลอดปกตม[H+] = 0.000,000,04 = 4 x10 -8 mol/L= 40 x10 -9 = 40 nmol /L pH=7.4
“Bronsted”
52
ตวแปรของคา pH
I คา pH 1 ( pH = log 1 )
[H+] [H+]
pH < 7.35 = acidosis
pH > 7.45 = alkalosisรางกายทนไดท pH 6.9 – 7.7 ( H+ = 125 –20 nmol/l)
นอก range น incompatible with lifeacidosis ภาวะทมกรดคง
acidemia ภาวะทมกรดคงและ bl pH ลดตาลง
alkalosis ภาวะดางalkalemia ภาวะดางและ bl pH สงกวาปกต
53
HA H+ + A-
K = [H+] [A-](dissociation constant) HA
[H+] = K [HA] .’. log H+ = log K + log HAA- A-
II pH = pK + log [A-]HA
= 6.1 + log [HCO3-]
H2CO3= 6.8 + log [HPO4
=]H2PO4
-
Henderson-Hasselbalch Equation
ตวแปรของคา pH
54
.’. pH [HCO3-]
pCO2
0.03 = solubility constant of pCO2 in plasma
และ ‘.’ H2CO3 = pCO2 x 0.03คาจรง HCO3
- = 27 , H2CO3 = 1.35
H2CO3
HCO3- = 20 ( anti log 1.3 = 20 )
H2CO3
log HCO3-= 7.4 - 6.1 = 1.3
H2CO3
.’. 7.4 = 6.1 + log [HCO3-]
เชน blood pH = 7.4
ตวแปรของคา pH
III
55
daily H+ balance mmol/D
lung 15,000
kidney 50 - 100
(TA 40% , NH4+ 60% )
1. volatile acidCO2 (metab) 15,000
2. non-volatile acidH2SO4 . H3PO4
organic acid(lactic , pyruvic , uric)
OutputInput
=H2PO4-
50-100
56
กลไกควบคม pH ใหคงท
pH change(เชน H+ load)
EC bufferingIC buffering
respiratoryresponse
renal response
coordination of regulations
(ทนท)(2-4 hrs) (hrs- days)
(min– hr)
57
กลไกควบคม pH ใหคงท โดย1 chemical buffering mechanism
% in blood สาคญใน
bicarbonate HCO3-/H2CO3 65 ECF
phosphate HPO4=/H2PO4
- 1 ICF ,ไต
hemoglobin Hb-/HHb 29 RBC
protein Prot-/HProt 5 plasma, tissue
2. biological buffering mechanismเกดใน cell & tissue : โดย cation exchangeNa+ K+ Cl- Ca2+ (Ca2+ จาก bone ใชในภาวะกรดเรอรง)
58
3. physiological buffering mechanism
3.2 renal regulation : completeHPO4
= H2PO4= (TA)
H+ excretionNH3 NH4
+
HCO3- reabsorption
กลไกควบคม pH ใหคงท โดย
3.1 respiratory buffering mechanismH+ + HCO3
- H2CO3 CO2 + H2Oขบออกทางปอด
59
1. chemical buffering mechanism
60
buffer pair = H+ acceptorH+ donor
HCO3- , HPO4
= , Hb- , PROT-
H2CO3 H2PO4- HHb HPROT
คาปกตในเลอด 20:1 4:1
isohydric principleIf [H+] is altered, the acid/base ratio
of all buffers in the solution is affected.
“Bronsted”
1. chemical buffering mechanism
61
การประยกตทางคลนกตามหลกของ isohydric principle
1. change in any buffer is adequate to
predict the change of other buffers.
2. clinical acid-base status is expressed in
HCO3-/CO2 system (principal ECF-buffer)
pH HCO3-
pCO2
1. chemical buffering mechanism
62
ทสาคญ ม 4 ค
1.1 HCO3-/H2CO3 คาปกต = 20 : 1
เปน BUFFER สาคญทสด เพราะ
– มปรมาณมากสด ในเลอด
– ประสทธภาพดทสด
‘.’ H2CO3 CO2 ขบทงทางปอดไดตลอดเวลา
H2CO3 HCO3- ใหเซลลตลอดเวลา
( ถาม CO2 & carbonic anhydrase )
1.2 HPO4=/H2PO4
- คาปกต = 5 : 1
1. chemical buffering mechanism
63
1.3 Hbimidazole group of his ทยดกบ Fe++
เปนตวจบ /ปลอย H+
‘.’ pK = 6.1 ใกลกบ bl pH มากกวา AA อนๆ
CH2NH2
COOH
CH
H2N+
NH+H+
NI
Fe++
O2histidinepK 6.1
Hb- เปน buffer ดกวา HbO2-
HHb HHbO2
Fe
his
O2
(1mmol จบ CO2=0.3 mmol)
(1mmol จบ
CO2=0.1mmol)
1. chemical buffering mechanismPDF file p. 28 ตารา p. 814
64
1.4 protein
1 g protein binds 0.110 mEq of H+
1 g HbO2 binds 0.183 “ “ “
blood 100 ml ม protein 7 g binds 0.77 meq of H+
blood 100 ml ม Hb 15 g binds 2.745 meq of H+
Hb & protein สาคญตอ ICF buffer(3.6 เทา)
1. chemical buffering mechanism
65
• 2. biological buffering mechanism
66
2. biological buffering mechanism
กลไกนใชเวลา ราว 2-4 ชม
-โดยใช ions exchange : Cl-, K+, Ca++, Na+
ชวยทาหนาททง ในภาวะ acute และ chronic
- เกด ions diffusion into cells
- สวนใหญเกดท muscle cells & bone
IC buffer : กาจดราว 60% of excess [H+]
67
2.1 ion exchange in acute acidosis
organic HPO4=
protein-
H+
Na+
K+
H+
Na+
K+K+
HCO3-
H2CO3acute acidosis
blood
p819
cell
2. biological buffering mechanism
ภาวะ acidosis: protein- และ HPO4=ใน cell จะชวยรบ H+เขามาไดเปน
H.protein และ H2PO4- โดยแลกใหNa+, K+ออกมา เพอใหประจคงเดม
68
2.2 ion exchange in acute alkalosis
H2PO4-
H.protein
H+
protein-
H+H+
Na+ K+
K+
acute alkalosis
blood
HPO4=
cell
2. biological buffering mechanism
ภาวะ alkalosis: H.protein และ H2PO4-ใน cell จะชวยขบ H+ออกมาและ
กลายเปน protein-และ HPO4=โดยแลกใหNa+, K+เขามาเพอใหประจคงเดม
69
2.3 ion exchange in chronic acidosis
3Ca++ + 2H2PO4- + 4A-
Ca3(PO4)2 + 4HA H+chronic acidosisblood
bone
3Ca++
demineralization in chronic acidosis
2. biological buffering mechanism
ภาวะกรดเรอรง กระดกจะสลาย Ca++ออกมาแลกกบ H+ ดงสมการ (โดยมกรดออน= HA อยดวย, A- ไดแก HCO3
-, HPO4- เปนตน) การ bufferดงนถา
เกดเปนเวลานาน จะทาใหผปวยม bone pain กระดกบาง และหกงาย
70
3.1 respiratory mechanism
เปน rapid response (ใชเวลา เปนนาท )
ถาผดปกต จะมอาการรวดเรวดวย ตวอยางเชน
respiratory failure 20 นาท มผลทาใหไดคา
blood pH 7.03 ( คาปกต 7.35-7.45), pCO2 110 mmHg
( คาปกต 40 mmHg )
3. physiological buffering mechanism
71
การหายใจถกควบคมโดย1. chemoreceptor : ท
- aortic body- carotid body- medulla (คนละสวนกบ Respiratory Center)
2. Respiratory Center: ท medulla
ทง 1 และ 2 จะถกกระตนเมอม
pCO2 pO2 blood pHทาใหเกด hyperventilation และ washed out CO2ออกไป
3.1 respiratory mechanism
ทงนการควบคมทง 2 จะทาไดด เมอปอด และ ทางเดนอากาศปกต
72
3.2 renal regulationเปนกลไกสาคญทสด และชดเชยกลไกอนๆไดหมด
แตใชเวลาเปน ชม. จนถง หลายๆวน
ไตควบคม pH โดย
1. ดดกลบ HCO3- จากนากรองท
proximal tubule ได equivalent HCO3- ( HCO3
- trapping)
distal tubule ได regenerate HCO3- โดยแลกกบการขบ
titratable acidity/TA & NH4+
2. ขบ H+
proximal tubule : โดยแลกกบ HCO3- reabsorption
distal tubule : ในรป titratable acidity/TA & NH4+
73
1. 90% เกดท proximal tubule (ทเหลอเกดในทอนๆ)
2. เปน HCO3- trapping
HCO3- ทtrap ทงหมดน tubular cell สรางขนเองในcell (โดยใช carbonic
anhydrase เรงปฎกรยาให CO2+H2O เปน H2CO3 และได HCO3- ตอมา) โด
เทากบ HCO3- ทมในt. fluid แลวดดกลบหมดเพอไมให HCO3
- ใน นากรอง
ปสสาวะ)3. ได Na+ กลบ , และ ขบ H+ ออกดวย
reabsorption of filtered HCO3-
carbonic anhydrase inhibitor: ยาขบปสสาวะน ออกฤทธท proximal tubule ถง
80% โดย กดการดดกลบ HCO3- และ Na+ มผลใหขบ urine Na+, K+, HCO3
-
และ H2O เพม แตมขอเสย ถาไดยานตดตอกนนาน อาจเกด met acidosis ได
3.2 renal regulation
74
reabsorption of filtered HCO3-
proximal tubular cellblood
( lumen )T. filtrate
Na+
HCO3-
H2CO3
CO2 H2O
H+ + HCO3-
H2CO3
H2O CO2
HCO3-
Na+CA
CA
CACA
+CA
*
ไดequivalent HCO3
3.2 renal regulation
CA = carbonic anhydrase
75
distal tubule1. HCO3
- regenerationรวมกบการขบ TA , NH4
+
2. การขบ K+
3.2 renal regulation: ท distal tubule ได
76
- tubular cell สราง new/regenerated HCO3 (โดยใช carbonic anhydrase เรงปฎกรยา CO2+H2O เปน H2CO3 และไดเปน HCO3
-) เพอชดเชยกบ HCO3-ทใช bufferไปในทตางๆ
- การดดกลบ HCO3-น ตองใช PO4 buffer (จาก GFR) และ
NH3 (ท สลายจาก gln ใน t. cell โดย glutaminase) เพอรบ H+ ทขบจาก t. cell รวมเปน TA และ NH4 ขบออกทางปสสาวะ
- regenerated HCO3 ทสรางจากน จะถกดดกลบเขาในเลอดพรอมกบ Na+
1.ได new HCO3- เพอทดแทนทใชไปในการ buffer H+
2. ขบ H+ ออกในรป TA, NH4+
3. ดดกลบ Na+ จาก GFR เพอรกษา ECF volume
3.2 renal regulation: distal tubule (รป2 slides ถดไป)
สรป การทาหนาท
77DISTAL TUBULE CELL
BLOODT. FILTRATE
Na2HPO4
NaHPO4-
NaH2PO4
HCO3-
H2O
H+ + HCO3-
H2CO3
urine
CO2NaKHPO4
Na+
K+ regenerate
CA
+
K+
Na+
+
pH 7.4
5 HPO4=
TA =
1 H2PO4-
CO2
3.2 Renal regulation : distal tubuleHCO3- regeneration (ขบTA)
1 HPO4=
5 H2PO4-
PDF p. 34 ตารา P. 823
78distal tubular cell
BLOODT. FILTRATE
NaCl
Cl-
glu
HCO3-
H+
H2CO3
urineHCO3
-NH3
H+
Na+
gln
NH3+
+
K+
Na+
pH 6
NH4Cl
CO2 + H2O
HCO3- regeneration (NH4
+)3.2 Renal regulation : distal tubule
79
gln NH4+
NH3
NH4+
Na+
Cl-NH4
+
NH3+H+ NH4
+
H+
H+
12
3
4
steps of NH3 secretion(Arief ’95)
1. secrete into prox convoluted t.
gln NH4+
2. active NH4+
reabsorbed in the thick ascending limb
interstitium
3. pH change : (increased pH)
NH4+ NH3 + H+
4. NH3 diffuses into distal & prox.T.
(distal > prox)และ sectrete H+ NH4
+ in urine
glutaminase
Renal NH4+ production
80
acidosis 3-4 D
C acid load Days
NH4+ 30-50
TA 20-50
ในภาวะปกต กรดทขบออกทางปสสาวะ60% NH4
+
40% TA
ภาวะ acidosis ถาไตด คา NH4+ จะขบ เรอยๆแตคา TA ขบเพมไดจากด
net renal H excret = TA + NH4+ – HCO3
- loss (ทาง urine )
= 70 mmol/D35 + 40 - 5
TA,NH4
( mmol/D)
การขบ TA NH4+ ท distal tubule
81
Tubular cellBloodlumen
H+ + HCO3-
H2CO3
H2O CO2
HCO3-
+
CA
net renal H+ excretion = TA + NH4+ – HCO3
- loss
ในรป TA + NH4+
เมอถกกรองออกมา
tubule cell จะดดกลบหมด แตถาม urine loss จะเทากบม H
+added
ในรางกาย
3.2 สรป Renal regulation
ได new HCO3-
เพอ replace ทถก
ใชไปในการ
buffer H+ทเกด
ในแตละวน
82
clinical findings in chronic renal failure: ทพบได เชน
1. acidosis : จาก impaired H+ excretion และ
impaired HCO3- reabsorption,
และอาจม hyper- K รวมดวย
2. anemia : ขาด erythropoietin
3. hypocalcemia : ขาด active form of Vit D3 (ทสรางทไต)
ทาให total calcium ตา แต Ca++ ไมตาเพราะภาวะ acidosis
ทาใหแคลเซยมอยในสภาพ Ca++ เพมขน
4. กระดกเปราะบาง : ขาด active form of Vit D3 และมการสลาย Ca
จากกระดก(demineralization) เพมขน เพอชวยแกไขภาวะ acidosis
83
acid-base disturbances
acidosis : metabolic/respiratoryalkalosis : metabolic/respiratory mixed disorder
หลกการวนจฉยpH HCO3
- ( N = 25 mEq ) pCO2 ( N = 40 mmHg )
1. ดคา pH วาเปน acidosis / alkalosis2. ดคา HCO3
-(ซงบงถง metabolic)และ pCO2 (ซงบงถง respiratory)จะแสดงวาคานนเปน primary disturbanceแลวอกคาจะเปน compensatory response
คา 10 ถาผดปกตไปแลวกลไกนนจะชดเชยตนเองไมได
ตองใช compensatory (20)response เสมอ
7.0
10
20
วาคาใดผดปกตตามคา pH
84
acid-base disturbances
acidosis : metabolic/respiratoryalkalosis : metabolic/respiratory mixed disorder
หลกการวนจฉยpH HCO3
- ( N = 25 mEq ) pCO2 ( N = 40 mmHg )
1. ดคา pH วาเปน acidosis / alkalosis2. ดคา HCO3
-(ซงบงถง metabolic)และ pCO2 (ซงบงถง respiratory)จะแสดงวาคานนเปน primary disturbanceแลวอกคาจะเปน compensatory response
คา 10 ถาผดปกตไปแลวกลไกนนจะชดเชยตนเองไมได
ตองใช compensatory (20)response เสมอ
7.0
40
60
วาคาใดผดปกตตามคา pH
85
respiratory metabolicacidosis
pH
<7.35alkalosis
pH
>7.45
HCO3-
pCO2
HCO3-
pCO2
HCO3-
pCO2
HCO3-
pCO2
ตวอยางความ
ผดปกตชนดตางๆ
คาปกต HCO3- 25 meq/L,pCO2 40 mmHg
pH 7.0 7.1
20
pH 7.5 42
50
*
**
*
1 2
3 4
2+3 : ทองเดน+ไดยากระตนการหายใจ pH 7.45, 13/20 (HCO3/pCO2)1+4 : โรคถงลมโปงพอง+กนยาลดกรด pH 7.4, 36/601+2 : ทองเดน+ปอดอกเสบ pH 6.92, 15/50
ตวอยาง mixed disorders
86
คาบงชวาม mixed acid-base disorders
1. pH ใกลคาปกต แตคา HCO3- และ pCO2 ผดปกตมาก
โดยททง 2 คา อาจนอยมาก หรอสงมาก กได
2. pH ผดปกตมาก แต HCO3- และ pCO2 ใกลคาปกต
87
3. mixed disorders : มความผดปกตของ metabolism
มากกวา 2 ชนดขนไป ตวอยางเชน
1. met ac & resp alk : bl pH ปกต
แต pCO2 & HCO3- ตาผดปกตมาก
2. met alk & resp ac : bl pH ปกต
แต pCO2 & HCO3- สงผดปกตมาก
3. met ac & resp ac : bl pH ตามากๆ
แต pCO2 & HCO3- เปลยนไมมาก
4. met alk & resp alk : bl pH สงมากๆ
แต pCO2 & HCO3- เปลยนไมมาก
7.45 : 1320
7.40 : 3660
6.92 : 1550
7.51 : 3841
HCO3 pCO2
88
met a.: predicted pCO2 = (1.5 x HCO3-)+(6-10),แตตองไมตากวา 12-15
met alk.: predicted pCO2= (0.7 x HCO3-)+(18-22),แตตองไมเกน 55
acute resp a : pCO2 เพมขน 10 mmHg จะทาให HCO3 เพม 1 meq/L but not > 30
(เพม 3.5 meq/Lin chronic a meq/L..but not > 45
acute resp alk : pCO2 ลดลง 10 mmHg จะทาให HCO3 ลด 2 meq/L..but not <18
(ลด 4-5 meq/L in chronic alk)..but not < 12-15
predicted pCO2 in metabolic disturbances (Winter’s formular) and predicted HCO3 in respiratory disturbances (คาปก
ของ HCO3- 25 meq/L pCO2 40 mmHg)
89
met a. pH 7
resp a. pH 7
HCO3- 7
pCO2 20
HCO3- 30
pCO2 60
HCO3- 7
pCO2 60ปรบ
1550 pH 6.9ถารวมกน mixed disorder
*
**
*
ตวอยางการคานวณ เพอแยกชนด ของ acid-base disorders
predicted pCO2 =(1 5 x 1 . 5)+ 8 = 30. 5, แตได pCO2 = 50 แสดงวาม resp acidosis ดวย
90
7.0 7.2 7.4 7.6 7.8
100 80 70 60 50 40 30 20 10[H+] nM /L
[HCO3-]
mEq/L
pH,HCO3 change in acidosis & alkalosis
15
20
25
30
35
10
resp ac
normal
resp alk*
*
*
*
& * mixed disorders
pH
91
Normal values from blood gas analysisคาปกต ในเลอดแดง ในเลอดดา
1. pH 7.4 7.37
2. pCO2 40 463. H2CO3 (mmol/L) 1.2 1.354. HCO3
- (mmol/L) 24 26
5. HCO3- :H2CO3 20:1 20:1
6. Buffer base (mmol/L) 50-70 -
7. Base excess (mmol/L) 0(+2.3) -
8. pO2 (mmHg) 100 409. O2 saturation (%) 97 40-70
(ปรบ O2 เตมทและ pCO2 = 40)
(HCO3 + prot)
(คา+ : alk, คา- : acid)
*
*
*
*
92
สาเหตของ acidosis – alkalosis ชนดตางๆ
93
metabolic acidosis [HCO3-]
เปนชนดทพบไดบอยทสด
เกดจากการเปลยนแปลงของ metab ทาใหเกดภาวะกรด สาเหตสาคญ 2 ประการ1. retention of H+
1.1 endogenous H+
ไตวาย : SO4= ,PO4
-
ketosis : ketone bodiesanoxia : lactic acidhyper– K
1.2 exogenous H+
ไดรบพษจาก : salicylate , formate , oxalate2. loss of HCO3
-
ไตวาย, ทองเดน, bowel fistula
=
94
Anion gap (AG)คอคาความแตกตางระหวาง plasma cation และ anion ทสามารถตรวจวดได ชวยในการวนจฉย และรกษา ภาวะ acid-base disturbance
หลกการ : คา plasma “total cations = total anions ” นนคอ
unmeasured cation (UC) unmeasured anion (UA) + measured cation (MC) = + measured anion (MA)
MC – MA = anion gap (= UA – UC)
MC : ใชคา Na+ (140 meq/l) [สวน UC เปน Mg2+, Ca2+]
K+ สวนมากเปน intracellular cation ในทางปฏบตจงไมนามาคานวณ
MA : ใชคา Cl-+ HCO3-(102+ 26 meq/l)
[UA เปน proteins, PO43- และorganic anion อนๆ]
ดงนน anion gap = Na+- (Cl-+HCO3-) = 140 – (102+26) = 12 meq/l
คาปกต ไมเกน 8-12 meq/l
Cl-
Na+
HCO3-
UA UC
MA MC
metabolic acidosis
95
โดยทวไปใน met acidosis คา anion gap จะเพมขน (รป 1)
แตอาจปกตใน hyperchloremic met acidosis ดงรป (รป 2)
Normal hyperchloremic met acidosisมการเสย HCO-
3
ออกไป ไตจงดดกลบ Cl- เพมขนทาให AG มคาคงเดม
wide AG met acidosis
เกดจากการเพม UA เพราะมกรดคงเชนlactate, ketones รวมกบ HCO-
3 ลดลง
Anion gap (AG)
Cl-Cl-*
Na+Na+HCO3
-
HCO3-
UA*UA
Cl-
Na+
HCO3-
UAUC UCUC
2 1
metabolic acidosis
96
metabolic alkalosis
สาเหต
• ไดดางเกน : เชนได NaHCO3 , milk alkaline syndrome
• เสยกรดเกลอมากๆ : อาเจยนรนแรง
• HYPO-K
• aldosteronism (K ) , Cushing syndrome (K )
97
respiratory acidosis ( pCO2 )
สาเหตเกดจาก : hypoventilation
1. การกด RC เชน : ยาบางชนด, brain tumor,
CVA, โรคของเนอสมอง
2. การอดกนทางเดนของลมหายใจ
3. พยาธสภาพในปอด เชน : โรคหด, ปอดอกเสบ, โรคถงลมพอง..........
98
respiratory alkalosis pCO2
สาเหตจาก : hyperventilation เชน
1. hyperventilation syndrome
2. Respiratory Center ถกกระตน จาก :
ยา , SALICYLATE,
พยาธในสมอง ,ไขสง,
ภาวะขาด O2 เปนตน
99
สรป สาเหตหลกของการการเกด acidosis-alkalosis1. metabolic acidosis : มการเปลยนแปลงของ metabolism
ทาใหม H+ คง,
หรอเสย HCO3-
2. metabolic alkalosis : มการเปลยนแปลงของ metabolism
ทาใหม HCO3-คง,
หรอเสย H+
3. respiratory acidosis : ระบบการหายใจผดปกต
ทาใหม pCO2 คง
4. respiratory alkalosis : ระบบการหายใจผดปกต
ทาใหม pCO2ขบมากเกนไป
100
creatinine clearance (CCr )
ประโยชน - ใชบอกหนาทของ glomerulolar function ไดไวกวา คา plasma creatinine หรอ urea เดยวๆ
- ใชประกอบการคานวณ dose ยาในผปวยทไตเสอมหนาท - เพอหา คา GFR
การแปลผล : เชน หาคา CCrได 50ml/min/m2 จะบอก
ไดวา glomerulolar function ลดลงไปเหลอ 50% ในขณะทคา plasma creatinine ,และ urea อาจปกต
ถาไมเกบปสสาวะ 24 ชม. อาจใชคานวณ CCr (ในชาย) ไดจากสตร ดงน
CCr (ml/min/1.73 m2)= [ 140- อาย (ป) ] X BW (kg)serum creatinine X 72
(ในหญ ง ต อง X คาทได ด วย 0.85)คาปกต 70 - 130 ml/min (หรอประมาณ 100)ชาย = 85-125 , หญง = 75-115 ml/min/m2
creatinine clearance, CCr คอ อตราการชาระ creatinine ซงมคา = GFR(ml ของเลอดทพา creatinine มาขบทงทางปสสาวะใน 1 นาท)
101
Imagination is more important
than knowledge.
Knowledge is limited.
Imagination encircles the world.
“ Albert Einstein”
102