El metabolismo celular depende de una variación limitada en la concentración de hidrogeniones libres o pH, que posibilite el funcionamiento eficiente de los procesos bioquímicos los cuales son esencialmente enzimáticos. Las enzimas presentan un pH al cual su trabajo es óptimo; pequeñas variaciones de pH pueden alterar profundamente su actividad.
Dra. Adriana López Quintana*
RESUMEN. El metabolismo celular depende de una variación limitada en la concentración de hidrogeniones libres o pH, que posibilite el funcionamiento eficiente de los procesos bioquímicos los cuales son esencialmente enzimáticos. Las enzimas presentan un pH al cual su trabajo es óptimo; pequeñas variaciones de pH pueden alterar profundamente su actividad.
Funciones tan críticas como la electrofisiología miocárdica y del sistema nervioso, y respuestas celulares a compuestos químicos endógenos y exógenos (hormonas, drogas) necesitan un pH específico. Desviaciones significativas de estos márgenes estrechos, especialmente cuando se dan en forma rápida, son toleradas en forma deficiente y pueden comprometer la vida del paciente.
Los desórdenes ácido-base e hidroelectrolíticos están íntimamente relacionados y pueden ser el resultado de diversas patologías. La interpretación correcta y el tratamiento oportuno de estos disturbios frecuentemente son de mayor beneficio para el paciente que el diagnóstico y tratamiento especifico.
El propósito de este artículo es acercarlos a la comprensión de esta área tan olvidada como temida. Los disturbios ácido-base no deben ser olvidados y mucho menos temidos; la autora espera que al finalizar el lector pueda tener un entendimiento acabado, y herramientas sencillas para la interpretación de los gases sanguíneos y la implementación de una terapéutica apropiada.
SUMMARY. Cellular metabolism depends on a limited variation in the concentration of hydrogenions or pH that ensures enzymatic biochemical processes. Enzymes are affected by pH, even small pH variations can greatly alter enzymatic work.
Functions as critical as myocardial and neuronal electric-physiology, and cellular responses to endogenous and exogenous chemical compounds (hormones, drugs) are also affected by changes in the internal pH. Consequently, acid-base disturbances can greatly affect the patient’s responses to any therapy. Significant variations from these narrow limits, especially when they acutely develop, are not well tolerated by the patient and may result life-threatening.
Acid-base, fluid and electrolyte disorders can be closely related and may result from many different diseases. Correct interpretation and timely correction of fluid, electrolyte, and acid-base disturbances is often of more immediate benefit to patients than is a specific diagnosis or treatment.
The purpose of this article is to enlighten a so long forgotten or feared topic. Acid-base disorders should not be forgotten and far less feared; by the end of this article the author hopes that you would have a finished understanding of acid-base physiology, blood gas analysis interpretation and acid-base therapeutic measures.
Palabras clave
pH, PCO2; PO2, [H+], [HCO3-], alcalosis metabólica, acidosis metabólica, insuficiencia ventilatoria, hiperventilación alveolar.
Key words
pH, PCO2; PO2, [H+], [HCO3-], metabolic alkalosis, metabolic acidosis, ventilatory insufficiency, alveolar hyperventilation.
* DMTV, Doctora en Medicina y Tecnología Veterinaria, Facultad de Veterinaria. Universidad de la República, Uruguay.
Miembro de la Comisión Directiva de LAVECCS (Latin-American Veterinary Emergency and Critical Care Society)
Introducción química
Actividad del ion hidrógeno
E l equilibrio ácido-base hace referencia al pH de las soluciones en las que se llevan a cabo los procesos del metabolismo celular. El pH es una medida de la actividad del ion hidrógeno (puissance Hydrogen), y depende de su concentración en una solución. El pH es el logaritmo negativo en base 10 de la concentración de hidrogeniones en equivalentes por litro:
pH = - log [H+]
Esta fórmula refiere a la connotación científica de los números decimales, donde el logaritmo expresa el número de lugares después de la coma, así:
0.1 = 1 x 10-1
donde -1 es el logaritmo, por lo que
el
pH = - (-1) = 1
0.000000000001 = 1 x 10-12
donde -12 es el
logaritmo,
por lo tanto el
pH = - (-12) = 12
Las soluciones con elevada concentración de iones hidrógeno (hidrogeniones) se consideran ácidas, por lo que la solución al 0.1 cuyo pH es 1 será más ácida que la de pH 12 donde la solución contiene tan solo 0.000000000001 de hidrogeniones en solución.
La escala de pH que se utiliza con mayor frecuencia es la que deriva de la constante de disociación del agua, la cual se disocia en forma débil para formar iones hidrógeno (H+) e hidroxilo (OH–).
Kw = [H+] [OH–]
Kw = [1 x 10-7] [1 x 10-7]
Kw = 1 x 10-14
Como la constante de disociación del agua es la resultante del producto entre la concentración de iones hidrógeno e hidroxilo, a medida que uno aumenta el otro debe disminuir. Cuando hay igual número de iones hidrógeno e hidroxilo, la solución se considera neutral (sin carga) o neutra, por lo que un pH neutro es igual a 7 (-log de 1 x 10-7).
En medicina clínica el valor promedio de la concentración de hidrogeniones en sangre corresponde a un pH de 7,4.
La [H+] normal en el líquido extracelular
es:
(LEC) 40 nEq/L = 4 x 10-8 Eq/L
pH = - log10 (4 x 10-8)
pH = - log10 4 - log10 10-8
pH = - (0.602) – (-8)
pH = 8 – 0.602
pH = 7.398
El pH clínico normal es, de hecho, levemente básico. Dado que variaciones pequeñas en la concentración de hidrogeniones pueden alterar gravemente el metabolismo enzimático y la electrofisiología celular, en medicina referimos como acidosis a cualquier desviación del pH por debajo de 7.35, considerando un valor menor igual a 7.2 como extremadamente grave.
Por otro lado, un pH mayor a 7.45 se diagnostica como alcalosis, y cuando el pH supera 7.55 el trastorno es grave.
Toda sustancia capaz de liberar iones hidrógeno aumentando así la concentración de hidrogeniones en la solución es considerada un ácido, mientras que aquellas sustancias que atrapan hidrogeniones son bases. Los ácidos y bases fuertes pueden donar y capturar iones hidrógeno en grandes cantidades.
Sin embargo, los ácidos y bases débiles son mucho más interesantes desde el punto de vista clínico ya que pueden donar o aceptar hidrogeniones en respuesta a la concentración de H+ en la solución. Este fenómeno se conoce como efecto tampón o buffer, minimiza las variaciones en la concentración de H+ y por lo tanto las variaciones de pH en los sistemas biológicos, posibilitando la continuidad del metabolismo celular.
Existen cuatro sistemas buffer principales en el organismo: hemoglobina, bicarbonato, fosfato y proteínas.
Equilibrio ácido-base biológico
Independientemente del número de sistemas buffer presentes en una solución, la solución puede tener una única concentración de hidrogeniones y, obviamente, un único pH, lo que se conoce como principio isohídrico. Esta interrelación permite el análisis completo del equilibrio ácido-base por la observación de sólo uno de los componentes del sistema. La relación ácido-base biológica refiere así a la observación de un componente específico del sistema, el ácido carbónico (H2CO3), un ácido débil que se disocia en forma reversible en iones bicarbonato (HCO3–) y una base débil y iones hidrógeno
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CA |
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CO2 + H2O |
H2CO3 |
H+ + HCO3– |
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CA: anhidrasa carbónica |
||
Como resultado del principio isohídrico, la cantidad de actividad de los iones hidrógeno secundaria a la disociación del ácido carbónico está gobernada, a su vez, por la interrelación de todos los ácidos, bases y buffers de la sangre.
La ley de acción de masas establece que el producto de la concentración de los productos en una ecuación química dividido entre la concentración de los reactivos da como resultado una constante KA
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KA = |
[H+][HCO3–] |
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[H2CO3] |
Expresando todo como logaritmo
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log KA = log |
[H+] [HCO3–] |
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[H2CO3] |
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log KA = log[H+] + log |
[HCO3–] |
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[H2CO3] |
Transponiendo el logaritmo de la concentración de hidrogeniones
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- log[H+] = - log KA + log |
[HCO3–] |
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[H2CO3] |
donde el logaritmo negativo de la concentración de hidrogeniones es el pH, y el logaritmo negativo de KA es el pK. Como la concentración de ácido carbónico es 1000 veces inferior que la de dióxido carbono disuelto y la diferenciación entre ambas es difícil, la [H2CO3] se sustituye por el producto del coeficiente de solubilidad del CO2 s por su presión parcial PCO2.
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pH = pK + log |
[HCO3–] |
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s x PCO2 |
El pK de esta ecuación es de 6,1 y representa el pH al cual se puede obtener la mayor capacidad buffer para esta reacción; s es el coeficiente de solubilidad del CO2 siendo igual a 0.0301.
La importancia relativa de un sistema buffer está dada por su concentración en la solución estudiada, su pK y la concentración prevalente de hidrogeniones al pH que se desea mantener. Aunque el pK de la ecuación de disociación del ácido carbónico está lejos del pH biológico normal, este sistema tampón es único no sólo como consecuencia de su relativa alta concentración si se lo compara con los otros sistemas buffers biológicos, sino porque trabaja como sistema abierto.
En un sistema cerrado, la cantidad de bicarbonato y ácido carbónico deberían variar en forma recíproca, sin embargo el ácido carbónico también está en equilibrio con el dióxido de carbono disuelto que es eliminado por la ventilación alveolar. Así la forma disociada puede transformarse libremente en su forma no disociada, mientras el sistema respiratorio puede no sólo mantener constante la PCO2 en 40 mmHg, sino que puede reducir o aumentar la PCO2 por fuera de su valor normal en respuesta a un trastorno ácido-base metabólico, aumentando así la eficacia buffer del sistema.
Interpretación clínica de los gases sanguíneos
En una población dada, los valores de una función biológica específica se distribuyen en una curva de Gauss, considerándose normales los valores incluidos en dos desviaciones estándares desde la media, ya que incluye al 95% de la población. Estos valores normales varían a su vez con la especie considerada, el método y el laboratorio utilizado por lo que conviene conocer los valores de referencia para la especie y laboratorio con el que trabajamos.
En general se admiten los siguientes valores:
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pH |
CO2 |
HCO3 |
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7.35 – 7.45 |
35 – 45 mmHg |
18 – 24 mEq/L |
El enfoque interpretativo debe realizarse en pasos ordenados:
Paso 1. Evaluación del estado ventilatorio y ácido-base metabólico
Este paso se puede realizar completando una tabla simple similar a un cuadro de los utilizados para jugar ta-te-ti (3 filas y 3 columnas), rotulando las columnas de izquierda a derecha como acidosis, normal y alcalosis.
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Acidosis |
Normal |
Alcalosis |
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Se procede a valorar el pH, es ácido ( 7.45), y se coloca este dato en la columna que le corresponda en la segunda fila. Por ejemplo:
pH 7.26 PCO2 56 mmHg HCO3– 24 mEq/L
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Acidosis |
Normal |
Alcalosis |
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pH |
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Enseguida se evalúa el componente respiratorio; está el dióxido de carbono normal, existe hiperventilación alveolar e hipocapnia (PCO2 < 35 mmHg), o existe insuficiencia ventilatoria e hipercapnia (PCO2 > 45 mmHg). De acuerdo a la ecuación para el cálculo del pH sistémico
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pH = pK + log
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[HCO3-]
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s x PCO2
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El pH variará en sentido inverso a la tensión de dióxido de carbono, así la hipocapnia se acompaña de un incremento en el pH, y la hipercapnia de una disminución en el pH. Tomando esto en consideración se procede a colocar a la tensión de dióxido de carbono en la tercera fila debajo de la columna que le corresponda, hipocapnia-alcalosis, hipercapnia-acidosis. En el ejemplo anterior, la PCO2 de 56 mmHg corresponde a un incremento de la tensión de dióxido de carbono o hipercapnia lo que produciría una disminución en el pH o acidosis.
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Acidosis |
Normal |
Alcalosis |
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pH |
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PCO2 |
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A continuación evaluamos el componente metabólico. Como se ve en la ecuación, el bicarbonato varía en forma directamente proporcional a la variación del pH. Tendremos acidosis metabólica si el HCO3– < 18 mEq/L o existe un déficit de base <-4 mEq/L; y alcalosis metabólica cuando el HCO3– > 24 mEq/L o existe un exceso de bases > +4 mEq/L. Con esto en mente, colocamos al bicarbonato en la tercera fila debajo de la columna que le corresponda; en el ejemplo anterior, HCO3– 24 mEq/L, el bicarbonato se encuentra en el rango normal alto
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Acidosis |
Normal |
Alcalosis |
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pH |
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PCO2 |
HCO3 |
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La interpretación será de insuficiencia ventilatoria aguda ya que no ha ocurrido compensación metabólica.
A continuación es conveniente determinar si la respuesta compensatoria es la esperada. Las guías para la respuesta esperada se encuentran en la tabla 1.
Si la respuesta compensatoria cae dentro del rango esperado ±2 mmHg o mEq/L, el paciente es diagnosticado con un desorden ácido-base simple. Mientras que si esta respuesta cae fuera del rango esperado se diagnostica un desorden mixto.
Paso 2. Evaluación del estado hipoxémico
La hipoxemia es la deficiencia relativa de la tensión de oxígeno en la sangre arterial, y refiere a una tensión de oxígeno PaO2 < 80 mmHg, cuando se respira aire ambiente (FiO2 = 21%). Mientras que hipoxia tisular es el impedimento del metabolismo aeróbico mitocondrial.
Hipoxia tisular e hipoxemia no son sinónimos y de hecho puede existir hipoxia tisular en ausencia de hipoxemia, e hipoxemia en ausencia de hipoxia tisular!!!
Por lo tanto, la única conclusión directa de la medición de la tensión de oxígeno PaO2 arterial es la indicación de existencia o no de hipoxemia arterial. Cuando hay hipoxemia, la existencia de hipoxia tisular es una posibilidad clara, pero no asegura su presencia.
Por definición, la hipoxemia arterial es una tensión de oxígeno menor a 80 mmHg cuando se respira aire ambiente.
Cuando un paciente está recibiendo oxigenoterapia es esencial la comprobación de su posible estado hipoxémico si respirara aire ambiente, pero nunca debe interrumpirse la oxigenoterapia para evaluar el estado hipoxémico, ello no es necesario y puede resultar fatal por lo que deberemos estimar con los datos obtenidos a la concentración de oxígeno que está recibiendo el paciente si se encontraría hipoxémico o no a una concentración ambiente del 21%.
En un pulmón normal (no hipoxémico con aire ambiente), se espera que un aumento del 10% del oxígeno inspirado FiO2 produzca un aumento de la PaO2 de 50 mmHg sobre una base de 100 mmHg (tabla 2).
Un modo simple de recordarlo es multiplicar la FiO2 por 5, el resultado será la PaO2 mínima aceptable.
Sin embargo, las tensiones de oxígeno PaO2 superiores a 100 mmHg no son de ninguna manera nuestro objetivo terapéutico, ya que resultan potencialmente dañinas para el organismo debido a un fenómeno conocido como toxicidad del oxígeno. La hiperoxia celular produce un aumento del índice de metabolismo del oxígeno al margen de la demanda de energía. El metabolismo del oxígeno implica su reducción completa a agua, esto requiere una serie de pasos enzimáticos que producen compuestos radicales libres en los pasos intermedios. El incremento del oxígeno puede “sobrecargar” la capacidad enzimática, lo que produce el acúmulo de radicales libres potencialmente dañinos para las membranas celulares.
Por lo tanto, al evaluar este paso en un paciente con oxigenoterapia, nos interesa saber si estaría hipoxémico sin esta terapia, y si el rango terapéutico es adecuado. Hablaremos de:
Hipoxemia no corregida: a pesar de la oxigenoterapia la PaO2 se encuentra por debajo de 80 mmHg, el mínimo aceptable con aire ambiente, o sea se mantiene en el rango hipoxémico. La hipoxemia no corregida no significa que la oxigenoterapia sea inadecuada, el objetivo de la oxigenoterapia es corregir la hipoxia tisular y el trabajo cardiorrespiratorio, y no la hipoxemia. Debe evaluarse el estado de oxigenación tisular antes de cambiar la terapia.
Hipoxemia corregida: la oxigenoterapia ha corregido la hipoxemia arterial a un valor de PaO2 aceptable, pero por debajo del nivel previsto para esa concentración de oxígeno en un pulmón normal. Esto implica que debe existir hipoxemia con aire ambiente.
Hipoxemia sobrecorregida: la PaO2 es mayor a 100 mmHg, pero no tan alta como debiera esperarse para esa FiO2 por lo que debe existir hipoxemia con aire ambiente. Una hipoxemia sobrecorregida implica que el paciente se encontraría hipoxémico con aire ambiente, y además, debido a los efectos tóxicos del oxígeno, indica siempre la necesidad de reducir la FiO2.
PaO2 mayor a la mínima teórica para esa FiO2: puede indicar que no se necesita oxígeno ya que no existiría hipoxemia con aire ambiente, o que el consumo de oxígeno tisular está muy reducido, lo que requerirá evaluación clínica y, de acuerdo a ello, probablemente medición de gases sanguíneos en sangre venosa mezclada (muestra de la arteria pulmonar).
Causas de hipoxemia
Tensiones de oxígeno alveolar disminuidas: como consecuencia de hipoventilación, respirar atmósferas con menos de un 21% de oxígeno, alvéolos subventilados (broncoconstricción, presencia de exudados).
V/Q cero aumentado: derivación intrapulmonar, se da en presencia de alvéolos no ventilados pero perfundidos, la sangre que no intercambia a nivel alveolar entra en el ventrículo izquierdo con igual concentración de oxígeno que en la arteria pulmonar, y se mezcla a este nivel con la sangre de los capilares que lograron una hematosis efectiva, alcanzándose un nuevo equilibrio que produce hipoxemia arterial. Este tipo de hipoxemia es grave y extremadamente refractaria a la oxigenoterapia.
Contenido de oxígeno mezclado disminuido: cualquier mecanismo que ocasione una mayor extracción de oxígeno en los capilares sistémicos producirá una mayor desaturación de la hemoglobina en la sangre venosa, agravando el efecto de cualquier grado de derivación intrapulmonar.
Índice metabólico aumentado: un mayor consumo de oxígeno lleva a una disminución del contenido de oxígeno mezclado, a menos que aumente el volumen minuto.
Volumen minuto cardíaco: el menor flujo de sangre a nivel capilar sistémico por unidad de tiempo requiere un grado mayor de extracción de oxígeno para mantener la oxigenación celular.
Contenido de oxígeno arterial disminuido: generalmente es el resultado de una hipoxemia de otro origen o de anemia importante. El mecanismo compensador depende del aumento del volumen minuto.
Paso 3. Evaluación del estado de oxigenación tisular
La hipoxia tisular se da cuando las tensiones de oxígeno intracelular no satisfacen las demandas de oxígeno del metabolismo celular, por lo que la porción mitocondrial aeróbica de la respiración se ve impedida. Esto requiere que el metabolismo celular continúe en anaerobiosis, lo que es extremadamente ineficiente ya que la cantidad de energía producida es mucho menor: se producen 2 ATP comparados con los 38 producidos en presencia de oxígeno, y produce como residuo 2 moléculas de ácido láctico, lo que altera el pH local.
La evaluación del estado hipóxico es de importancia fundamental en el cuidado del paciente, y es esencial para implementar las medidas de apoyo adecuadas. Para evaluarlo deberemos considerar:
Estado cardíaco y de perfusión periférica: se basa en el examen clínico y debe tener en cuenta la FC, PA, presión de pulso, ECG, TLLC, sensorio, temperatura central y periférica, equilibrio hidroelectrolítico, entre otros.
Mecanismo de transporte de oxígeno: si el volumen minuto cardíaco y la perfusión microcirculatoria son adecuados, sólo los mecanismos de transporte de oxígeno pueden afectar la oxigenación tisular.
Disminución de la PaO2: en ausencia de mecanismos de compensación como el aumento del volumen cardíaco o policitemia.
Contenido de oxígeno de la sangre: determina cuánto oxígeno puede salir de la sangre para una disminución determinada de la tensión de oxígeno.
CaO2 = (1.34 x [Hb]g/dl x SaO2) + (0.003 x PaO2)
Hipoxemia, disminuye la saturación de la hemoglobina
Hipercapnia, acidemia e hipertermia, incremento 2,3-DPG, que desvían la curva de disociación a la derecha (véase fig. 1)
Anemia, disminuye el contenido de hemoglobina
Metahemoglobinemia y carboxihemoglobinemia, ¡¡¡ojo!!! sobreestiman la saturación de la hemoglobina cuando se evalúa por oximetría de pulso
Afinidad de la hemoglobina-oxígeno:
Hipocapnia, alcalemia e hipotermia, disminución 2,3-DPG, producen un desvío a la izquierda (véase fig. 1)
Como conclusión podríamos decir, que deben tomarse en consideración diversos factores clínicos cuando se analiza la presencia de hipoxia tisular, así una tensión de oxígeno normal podrá producir hipoxia tisular grave en presencia de acidosis o hipertermia pronunciada, e igual consideración podría hacerse para la alcalosis e hipotermia grave.
Obtención de la muestra para gases sanguíneos
Percutánea
Se prefieren jeringas de vidrio a las de plástico, aunque no existe una objeción válida para el uso de jeringas plásticas adecuadas. La heparina es el anticoagulante de elección, todos los otros alteran en forma significativa los resultados. Sin embargo, el exceso de heparina afecta la determinación del pH, PaCO2, PaO2, y hemoglobina. Por esta razón, se recomienda “lavar” la jeringa con heparina y luego vaciarla, esto permite tomar una muestra de 2 a 4 ml de sangre correctamente anticoagulada, sin alteraciones significativas por el uso de anticoagulantes.
La arteria de elección es la metatarsiana dorsal, ya que se controla más fácilmente el sangrado que en la femoral; en el paciente anestesiado también podrá utilizarse la sublingual. Se prepara el sitio, se palpa la arteria y se punciona utilizando una aguja 25G en un ángulo menor a 45º. La piel y la pared arterial se puncionan en un solo movimiento, o primero la piel y luego la arteria. Se busca que aparezca sangre en el extremo de la aguja, y se aspira tratando de realizar el menor esfuerzo posible para evitar el ingreso de aire.
Catéter arterial
Cuando se necesitan muestras seriadas o el monitoreo continuo de la presión arterial, se puede optar por la colocación de un catéter arterial.
La complicación más frecuente del catéter arterial es la posible formación de coágulos por lo que la arteria de elección es nuevamente la metatarsiana dorsal aunque podría utilizarse la femoral.
Técnica
Antes de insertar el catéter se debe tener preparado:
500 ml de solución fisiológica con el agregado de 1 ml de heparina (5000 UI).
Insertar la tubuladura, no llenar completamente la cámara de goteo y retirar todo el aire de la bajada de suero.
Cerrar la bajada de suero y aplicar una presión de 150 a 300 mmHg a la bolsa utilizando una bolsa de Fenwal o similar (mantener la presión al menos 50 mmHg por encima de la sistólica del paciente).
Colocar una llave de tres vías, conectar una al sistema de control de presión, y las otras a jeringas de 2,5 ml.
Extraer todo el aire del conjunto
Cuando todo está listo, se prepara la zona en forma aséptica, y se elige un catéter calibre 20G o menor, no radioopaco de menos de 3 cm de longitud. Se retira el tapón y se procede a su inserción en la arteria (podría realizarse una pequeña pápula de lidocaína en la zona previo a la inserción). Una vez que la sangre fluya en forma pulsátil se avanza el catéter, y se conecta al sistema previamente preparado. Se coloca un antiséptico apropiado y se fija el catéter colocando unos 15 cm de cinta adhesiva de 2,5 cm de ancho alrededor de la bajada de suero para evitar su desconexión.
Para realizar la toma de la muestra:
Se coloca una jeringa descartable en una de las llaves y se procede a extraer solución hasta que se obtenga sangre no diluida (5 a 6 veces el volumen de la tubuladura).
En otro de los puertos se coloca la jeringa de muestra y se extraen 2,5 ml de sangre.
Luego se inyectan 3 ml de solución heparinizada.
Manejo de la muestra
Debido a que la sangre es un tejido vivo, el metabolismo de estas células sigue su curso aun en la jeringa, por tal motivo las muestras deben ser procesadas en forma inmediata o ser colocadas en un baño de hielo a 4ºC.
Si la muestra no se enfría en forma inmediata los cambios pueden ser significativos para la PaO2 a los 12 minutos de la muestra y a los 30 minutos para los parámetros ácido-base.
Las muestras refrigeradas pueden ser procesadas hasta 4 a 6 horas posteriores a su toma.
Disturbios ácido-base metabólicos
Acidosis metabólica
Fisiopatología
Las fuentes principales de ácidos no volátiles son: 1) ácidos de la dieta, 2) ácido láctico, y 3) cetoácidos.
La ingesta normal produce el procesamiento, formación y absorción gastrointestinal de ácidos orgánicos e inorgánicos, ante una función renal inadecuada la dieta normal producirá acidosis renal.
La mayoría de los procesos biológicos requieren energía, y ésta se obtiene mediante el proceso de respiración interna, en la cual la glucosa es catabolizada mediante diversos pasos enzimáticos. Los primeros pasos no requieren oxígeno y ocurren en el citoplasma. Así la primera fase de la respiración es anaeróbica y transforma una molécula de glucosa en ácido pirúvico produciendo 2 moléculas de ATP. Este proceso necesita transformar el dinucléotido de niacina-adenina de su forma oxidada NAD+ a su forma reducida NADH.
En presencia de una oxigenación tisular adecuada, el ácido pirúvico ingresa a las mitocondrias para ser oxidado completamente a CO2 y agua mediante los procesos bioquímicos incluidos en el ciclo de Krebs y la cadena respiratoria. La respiración celular aeróbica produce 36 moléculas adicionales de ATP. El NADH es oxidado a NAD+ en la mitocondria recuperándolo así nuevamente para los pasos citoplasmáticos.
La síntesis de ATP desde ADP y la oxidación del NADH consumen iones hidrógeno, mientras que los procesos citoplasmáticos inversos los producen.
Cuando se alcanza una tensión de oxígeno crítica el metabolismo mitocondrial se ve limitado por la cantidad de oxígeno disponible. No obstante, el consumo de energía no puede detenerse porque implicaría la muerte, así el ATP continúa siendo transformado en ADP. Este ATP es provisto por la respiración citoplasmática anaeróbica. Como el NADH resultante no puede ser oxidado en la mitocondria, es oxidado en el citoplasma y el ácido pirúvico es transformado en ácido láctico durante este proceso. La acidosis láctica resultante es así el precio a pagar por la producción de energía en condiciones de anaerobiosis.
La acidosis láctica se observa cuando la producción de lactato es superior a su metabolización hepática y renal. El metabolismo normal de los eritrocitos, leucocitos, músculo esquelético y cerebro produce una cantidad limitada de ácido láctico, que circula por la sangre y es metabolizado mediante gluconeogénesis u oxidación completa por el hígado y los riñones. Ambos procesos metabólicos dependen de un aporte adecuado de oxígeno; cuando la PO2 se reduce a 30 mmHg se reduce la captación hepática de lactato. En condiciones experimentales ha sido demostrado que cuando la acidosis grave a pH 7.2 era acompañada por hipoxemia marcada PO2 menor a 30 mmHg, el pH intracelular (pHi) era inferior a 7.0 impidiendo el metabolismo mitocondrial del lactato. Sin embargo, en iguales condiciones de acidosis, si la PO2 se mantenía normal el pHi permanecía por encima de 7.0 y la extracción hepática de lactato era 3 veces superior a la observada en condiciones de hipoxia.
Por lo tanto, la acidosis láctica y el metabolismo energético disminuido (se producen sólo 2 moléculas de ATP por molécula de glucosa) son algunas de las consecuencias deletéreas de la oxigenación tisular pobre.
Una vez restablecidos la circulación y el metabolismo aerobio, el ácido láctico es metabolizado a nivel hepático a dióxido de carbono y agua.
Como ya especificáramos, el metabolismo aerobio normal utiliza glucosa como sustrato para la respiración celular. Cuando la glucosa intracelular es inadecuada, se activan vías aerobias alternativas cuyos productos finales son cetoácidos. Se necesita insulina para que la glucosa pueda ingresar a la célula; la cetoacidosis resultante de la carencia de insulina se denomina cetoacidosis diabética. También puede producirse cetoacidosis por inanición. Cuando se restituye según corresponda glucosa e insulina, los cetoácidos son metabolizados a dióxido de carbono y agua a nivel hepático.
Etiología
La acidosis metabólica es causada por:
Pérdida de fluidos ricos en bicarbonato: generalmente debido a diarrea de intestino delgado (fluidos ricos en HCO3– y pobres en cloro), pero puede resultar de impedimento en la funcionalidad renal (inhibidores de la anhidrasa carbónica, acidosis tubular renal). La pérdida de fluidos ricos en bicarbonato produce acidosis hiperclorémica.
Impedimento en la excreción de ácidos: falla renal, hiperadrenocorticismo, acidosis tubular renal.
Agregado de ácidos externos: intoxicación por salicilatos o etilenglicol, administración de drogas como aminoácidos catiónicos (nutrición parenteral) o cloruro de amonio.
Producción de ácidos metabólicos: hipoxia tisular o cetoacidosis diabética.
Consecuencias
La acidosis grave puede comprometer la vida ya que puede producir efectos deletéreos sobre la función cardiovascular, reduciendo el gasto cardíaco, la presión arterial y el flujo sanguíneo hepático y renal. El pH menor a 7.2 produce una caída del pHi que desplaza al ion calcio de los sitios de unión de las proteínas contráctiles, reduciendo la contractilidad miocárdica. La acidosis predispone a arritmias y fibrilación ventricular, altera la respuesta cardíaca inotrópica y vascular a las catecolaminas e induce vasodilatación arterial.
Por otro lado también induce vasoconstricción venosa, lo que predispone al estancamiento de sangre y a congestión pulmonar. La acidosis grave puede alterar el mecanismo de autorregulación del flujo sanguíneo cerebral que induce estupor y coma.
La acidosis desplaza la curva de disociación de la hemoglobina hacia la derecha, lo que incrementa la disociación tisular del oxígeno pero puede comprometer la carga de éste en el lecho pulmonar. Este efecto es contrarrestado por una reducción del 2,3 difosfoglicerato que desplaza la curva nuevamente a la izquierda.
El pH disminuido produce resistencia insulínica e inhibe la enzima fosfofructocinasa interfiriendo así la captación celular de glucosa y la glucólisis anaerobia.
La acidosis inorgánica aguda produce hiperpotasemia como resultado del intercambio K+-H+ transmembrana.
Debido al efecto tampón que ejercen las proteínas, el calcio puede verse desplazado de su unión proteica aumentando así la concentración plasmática de calcio ionizado.
Diagnóstico
Los signos clínicos generalmente se relacionan con la enfermedad primaria. La acidosis metabólica debe ser sospechada siempre que exista un cuadro clínico compatible, y dióxido de carbono total disminuido en presencia de un perfil bioquímico sugerente. La confirmación requiere la realización de los análisis de gases arteriales.
La acidosis metabólica se caracteriza por una reducción primaria de la concentración arterial de HCO3–, incremento de la [H+], pH arterial reducido y disminución secundaria de la PCO2.
Anión gap
El anión gap o gap aniónico representa la diferencia entre los cationes y aniones usualmente medidos en una muestra de suero o plasma:
(Na+ + K+) – (Cl– + HCO3–)
En realidad no existe un gap aniónico, los cationes (Ca++ y Mg++) y aniones no medidos (fosfatos, sulfatos, aniones orgánicos y proteínas plasmáticas) preservan la electroneutralidad. Así el gap aniónico representa la diferencia entre los cationes y aniones no medidos. El anión gap normal es de 12–24 mEq/L en perros y 13–27 mEq/L en gatos.
El anión gap puede ayudar a diferenciar las causas de acidosis metabólica. Cuando se acumulan ácidos el anión bicarbonato disminuye al ser consumido en la actividad tampón. Si el ácido responsable de la acidosis es ácido clorhídrico (HCl) a medida que el bicarbonato disminuye y se une al ion hidrógeno presente en este ácido, el cloro aumenta en igual proporción. Como la suma de bicarbonato y cloro permanece constante, el gap aniónico se mantiene, esto generalmente se denomina acidosis de anión gap normal o hiperclorémica.
Por otro lado, si el ion hidrógeno se acumula en compañía de cualquier otro anión, el bicarbonato será remplazado por un anión no medido, por lo que la suma de los aniones cloro y bicarbonato será menor aumentando así el anión gap. Esto se denomina acidosis normoclorémica o con anión gap incrementado.
El anión gap puede verse también reducido, lo que ocurre cuando se adicionan cationes no medidos; para preservar la electroneutralidad disminuyen los cationes medidos por lo que el gap entre los cationes y aniones medidos se ve reducido.
En la tabla 4 se enumeran las diferentes causas de acidosis con anión gap incrementado, normal o disminuido.
Tratamiento
En la mayoría de los casos la acidosis metabólica se corrige al administrar la fluidoterapia y al corregir la causa mediante la mejora de la circulación, lo que favorece la oxigenación tisular y el metabolismo del ácido láctico. En el caso de cetoacidosis, la administración de insulina o glucosa de acuerdo a si se trata de cetoacidosis diabética o por inanición, favorece la metabolización de los cetoácidos.
La corrección de la cetoacidosis diabética puede requerir una terapia de fluidos e insulina cuidadosa. En los casos crónicos es muy importante considerar la osmolaridad plasmática, la cual generalmente se calcula utilizando la siguiente fórmula:
|
Osmolaridad = |
2 (Na + K) |
+ |
glucosa |
+ |
BUN |
La osmolaridad sérica normal es 290-310 mOsm/L en perros y 308-335 mOsm/L en gatos. La hiperglucemia causa hiperosmolaridad e hiponatremia secundaria. La hiperosmolaridad crónica (más de 48 hs) induce la acumulación adaptativa de osmoles idiogénicos en el citoplasma para prevenir la deshidratación celular. La corrección rápida de la osmolaridad plasmática inducirá un movimiento agudo de agua hacia el intracelular y estallido celular, lo que puede causar daño cerebral irreversible. Por lo tanto, en estos pacientes es muy importante la corrección lenta de la osmolaridad plasmática y del déficit de agua en no menos de 24 horas. La fluidoterapia se inicia a 20-40 ml/kg/hora en la primera hora para corregir el shock, el volumen de remplazo calculado es entonces restablecido en 24 a 36 horas. La mejora de la circulación permite la metabolización hepática de los cetoácidos y la excreción renal del exceso de glucosa, mientras que la fluidoterapia permite el remplazo parcial del sodio reduciendo el gap osmolar.
La terapia de insulina se incorpora luego de 4 horas desde el inicio de la fluidoterapia, el objetivo es mantener la glucemia por encima de 250 mg/dl en las primeras 4 a 6 horas para permitir el remplazo de sodio y la corrección total en 24 a 36 horas. Esto reduce el shock osmolar al facilitar la eliminación gradual de los osmoles idiogénicos desde el intracelular.
En la acidosis metabólica grave, pH inferior a 7.2, cualquier reducción adicional del bicarbonato plasmático representa un gran cambio porcentual y una disminución marcada del pH. La medida terapéutica de elección en estos casos es la administración intravenosa de bicarbonato de sodio.
El exceso o déficit total de bases, se informa en miliequivalentes por litro de base por encima o por debajo de la base buffer esperada para ese pH y puede ser calculado en base al pH y la PCO2. Los cambios en ácidos no volátiles afectan al exceso de bases, por lo que son un reflejo no respiratorio verdadero del estado ácido-base.
Determinación del exceso/déficit de bases
Determinar la variación de la PaCO2: hallar la diferencia entre la PaCO2 medida y 40; correr el punto decimal dos lugares a la izquierda.
Determinar el pH previsto: si la PaCO2 medida está por encima de 40, restar de 7,4 la mitad de la diferencia. Si la PaCO2 medida está por debajo de 40, agregar la diferencia a 7,40.
Estimar el exceso/déficit de bases: determinar la diferencia entre el pH medido y el previsto. Correr el punto decimal dos lugares hacia la derecha. Multiplicar por dos tercios.
Exceso de bases: pH medido mayor que el previsto
Déficit de bases: pH medido menor que el previsto
El déficit de bases es la cantidad de mEq de bicarbonato que faltan por litro de líquido extracelular, como éste corresponde al 25% del peso corporal total en kilogramos el déficit de bicarbonato se calcula según la fórmula 1 del cuadro 1.
Existe otra fórmula más conservadora para el cálculo de la dosis de bicarbonato que corrige el bicarbonato sólo hasta 12 mEq/L en vez de hacerlo al valor normal de 24 mEq/L, previniendo así la posibilidad de alcalosis iatrogénica (cuadro 1, fórmula 2).
Sin embargo, debido a los posibles efectos contraproducentes del bicarbonato:
Alcalosis iatrogénica, este riesgo es mayor en los pacientes con alcalosis normoclorémica (cetoacidosis o acidosis láctica) ya que una vez corregido el impedimento metabólico estos ácidos son metabolizados produciendo bicarbonato.
Hipoxia tisular debido a que aumenta la afinidad de la Hb por el O2, reduciendo el aporte tisular.
Tetania por hipocalcemia: la corrección rápida de la acidosis disminuye el calcio ionizado.
Es hiperosmolar: solución al 8,5% = 1500 mOsm, lo que debe ser tenido en cuenta en los pacientes con hiperosmolaridad.
Acidosis cerebral paradójica, al disociarse el CO2 difunde mucho más rápido que el HCO3 al líquido cerebroespinal.
Se siguen los siguientes lineamientos a la hora de la administración del bicarbonato de sodio:
No tratar en forma rutinaria un déficit de bases menor a 10 mEq/L.
No tratar un pH arterial mayor a 7.20 a menos que exista inestabilidad cardiovascular.
Cuando se considera necesario su administración, calcular el déficit y administrar un tercio a la mitad de la dosis total calculada y volver a repetir los gases sanguíneos en 5 a 10 minutos. Corregir sólo hasta alcanzar un pH de 7.2, y lograr la normalización del estado ácido-base mediante la corrección del disturbio metabólico de base.
Los pacientes con acidosis láctica como consecuencia de paro cardiorrespiratorio merecen una consideración especial. La entrega de oxígeno y la remoción del dióxido de carbono de los tejidos depende de una perfusión adecuada.
Ha sido demostrado que durante la resucitación cerebrocardiopulmonar (RCCP) a tórax cerrado la concentración de lactato en la sangre venosa mezclada se incrementaba en forma progresiva, mientras que permanecía constante en los niveles alcanzados antes de iniciar la RCCP, pero no disminuía con la RCCP a tórax abierto. Estos resultados indican que la RCCP a tórax cerrado no mejora la perfusión tisular.
Por otro lado, durante la RCCP la ventilación mecánica causa alcalosis respiratoria (hipocapnia) en el lecho arterial, mientras que como resultado del gasto cardíaco disminuido y la pobre perfusión sistémica el dióxido de carbono no puede ser retirado de los tejidos y se observa acidosis respiratoria (hipercapnia) en sangre venosa mezclada.
Aunque con frecuencia se recomienda administrar NaHCO3, si no se logra una perfusión tisular adecuada esta terapia puede ser muy perjudicial. Cuando se administra NaHCO3 se produce una cantidad adicional de CO2, si esto se combina con una perfusión sistémica inadecuada la acidosis tisular se agrava ya que la cantidad extra de dióxido de carbono no puede ser transportada a los pulmones. Al aumentar el dióxido de carbono tisular el pHi se reduce aún más, ya que el CO2 difunde mucho más rápidamente hacia el intracelular que la carga extra de HCO3– reduciendo así el cociente HCO3–/PCO2 y el pHi. La acidosis miocárdica intracelular reduce más aún la contractilidad y el gasto cardíaco empeorando aún más la acidosis láctica. Al mismo tiempo, la reducción del aporte de oxígeno y el pHi del hepatocito no sólo reduce la captación hepática del lactato sino que convierte al hígado en un productor más que consumidor de ácido láctico empeorando así la acidosis láctica.
Por lo tanto, en el paciente con paro cardiorrespiratorio la realización de un masaje cardíaco efectivo que logre un aporte de oxígeno y eliminación del dióxido de carbono adecuados es mucho más importante y efectivo que la administración de NaHCO3. Sin embargo, una dosis terapéutica razonable de NaHCO3 puede ser de utilidad en revertir la acidosis por paro cardíaco siempre que se logre un masaje cardíaco efectivo y una perfusión tisular adecuada.
Alcalosis metabólica
Etiología y fisiopatología
La alcalosis metabólica se caracteriza por un incremento primario de la concentración plasmática de HCO3–, disminución de [H+], e incremento secundario de la PCO2.
La alcalosis metabólica resulta generalmente de la eliminación excesiva de fluidos ricos en cloro a través del sistema gastrointestinal o por vía renal. La mayoría de los casos se relacionan con vómitos repetidos de contenido gástrico; la terapia diurética es responsable de la mayor parte del resto de los casos.
La excreción renal de álcalis es muy efectiva por lo que el incremento del aporte de bicarbonato en la dieta generalmente no produce alcalosis a no ser que exista insuficiencia renal concomitante.
Otras causas de alcalosis metabólica incluyen una demora en la corrección del incremento compensatorio de bicarbonato luego de una corrección aguda de una insuficiencia ventilatoria crónica, alcalosis metabólica poshipocápnica, el hiperaldosteronismo, hiperadrenocorticismo, y administración oral de ciertos aniones (lactato, citrato, gluconato, acetato).
La alcalosis metabólica puede ser clasificada como que responde a la administración de cloro y resistente al cloro. Un volumen extracelular reducido y una retención ávida de sodio y cloro caracterizan a la alcalosis que responde al cloro, mientras que la alcalosis resistente al cloro generalmente se da con un volumen extracelular normal o incrementado y excreción urinaria de cloro.
La alcalosis que responde al cloro es mucho más común y suele ser el resultado de la pérdida selectiva de ácido clorhídrico (HCl) por el fluido gástrico. Como resultado de la secreción gástrica de H+ existe un incremento idéntico en miliequivalentes del bicarbonato plasmático. En respuesta a este incremento se observa una disminución de la excreción renal de ácidos, bicarbonaturia, natriuresis, e incremento del flujo urinario y de la pérdida de agua. Sin embargo, como resultado de la pérdida incrementada de agua se produce un aumento en la secreción de aldosterona, lo que estimula la retención de sodio y el intercambio Na+-H+ y Na+-K+ en la nefrona distal.
Como también hay escasez del ion Cl–, el HCO3– es reabsorbido conjuntamente con el Na+ para preservar la electroneutralidad a nivel renal. Esta reabsorción de bicarbonato junto a la excreción de hidrogeniones en la nefrona distal contribuyen a la perpetuación de la alcalosis.
Por otro lado, el intercambio Na+-K+ en la nefrona distal produce hipocaliemia. Aunque la hipocaliemia no provoca la alcalosis metabólica (de hecho la hipocaliemia crónica en ausencia de depleción de cloro concomitante produce acidosis metabólica) sí contribuye a la perpetuación de la alcalosis hipoclorémica. Para corregir la hipocaliemia el ion potasio sale de la célula siendo intercambiado por hidrógeno para mantener la electroneutralidad, el incremento de la concentración de hidrogeniones en el citoplasma de las células tubulares fomenta excreción renal de hidrógeno. La hipocaliemia puede además reducir la tasa de filtración glomerular y alterar en forma directa la reabsorción de cloro en la nefrona distal lo que incrementaría la electronegatividad del fluido tubular favoreciendo aún más la excreción de H+.
Los quimiorreceptores responden a la reducción en la [H+] disminuyendo la ventilación alveolar; esta respuesta compensatoria usualmente produce un incremento de la PCO2 de 0.7 mmHg por cada 1.0 mEq/L de aumento de la concentración de HCO3–. Esta hipoventilación secundaria por lo general se acompaña de hipoxemia moderada, PO2 60-70 mmHg.
Sin embargo, ha sido demostrado que hasta un 40% de la retención de bicarbonato en la alcalosis metabólica hiperclorémica crónica es el resultado paradójico de la hipercapnia secundaria. El aumento de la cantidad de hidrogeniones producido dentro de las células tubulares se debe a la actividad de la anhidrasa carbónica. La producción de hidrogeniones en el citoplasma de las células tubulares es parcialmente dependiente de la PCO2, por lo que la reabsorción de HCO3– se ve incrementada si aumenta la presión parcial de CO2, y se reduce cuando ésta desciende. Si la alcalosis metabólica persiste, esta respuesta renal a la hipercapnia bloquea el efecto benéfico inicial de la compensación respiratoria sobre el pH extracelular.
Características clínicas y diagnóstico
Las manifestaciones clínicas de la alcalosis metabólica generalmente se asocian a la enfermedad primaria. Algunos pacientes pueden presentarse con signos de debilidad muscular, movilidad GI alterada, incapacidad de concentrar la orina y arritmias cardíacas debido a la hipocaliemia.
Puede desarrollarse tetania hipocalcémica dado que el calcio ionizado se ve reducido como consecuencia de la actividad buffer de las proteínas. Estas liberan iones hidrógeno y el calcio se une a las proteínas en estos sitios para preservar la electroneutralidad. La reducción del calcio ionizado reduce el potencial de activación, acercándolo de ese modo al potencial de reposo y aumentando así la excitabilidad.
El incremento del pH sanguíneo desvía la curva de disociación de la hemoglobina hacia la izquierda convirtiendo así a la hemoglobina en un poderoso “imán” para el oxígeno lo que podría afectar la entrega de oxígeno a los tejidos, esto es compensado en unas 6 a 8 horas por un incremento en el 2,3-DPG que corrige la posición de la curva.
La alcalosis metabólica debe sospecharse en los pacientes con signos compatibles y una historia de vómitos gástricos repetidos o terapia diurética. La concentración baja de los iones cloro y potasio y el incremento del CO2 total pueden ser sugerentes; la confirmación requiere la realización de gases arteriales, lo que aportaría también información de la respuesta respiratoria compensatoria.
Tratamiento
El tratamiento más usual para la alcalosis metabólica es la corrección del desequilibrio electrolítico subyacente (potasio o cloruro), generalmente esto es suficiente para lograr una corrección adecuada de su estado ácido-base. El tratamiento de elección es la fluidoterapia con NaCl al 0.9% y cloruro de potasio. Aunque la solución fisiológica es capaz de corregir la deficiencia de cloro y sodio y la alcalosis metabólica, no corregirá la hipocaliemia por lo que debe administrarse también potasio. La suplementación única de potasio no corrige por sí sola la alcalosis. Cuando esto no es suficiente se puede utilizar cloruro de amonio de manera similar a la descrita para el bicarbonato, y en ocasiones infundir soluciones diluidas de ácido clorhídrico.
Equilibrio ácido-base respiratorio
La tensión de dióxido de carbono arterial (PaCO2) es un reflejo directo de la suficiencia de la ventilación alveolar.
Casi todo el dióxido de carbono de la sangre (95%) es transportado a través de mecanismos buffer en los eritrocitos. Así, la cantidad de dióxido de carbono que la sangre puede aceptar o ceder depende, en gran parte, de los sistemas buffer. Sin embargo, en la mayoría de los casos la capacidad buffer natural no es superada, siendo la tensión de dióxido de carbono disuelto la única determinante significativa del grado en que la sangre acepta o cede dióxido de carbono. Es el dióxido de carbono disuelto el que determina la presión parcial en la sangre, siendo el único factor que determina el gradiente de presión (difusión) con el aire alveolar y los tejidos.
Homeostasis del dióxido de carbono
Si del sistema homeostático cardiopulmonar se extrajeran los factores que no afectan al control de la tensión de dióxido de carbono, podríamos decir que el índice metabólico del organismo se compensa contra la efectividad de la ventilación.
La ventilación total (VT) o volumen inspiratorio, y el volumen minuto (MV, producto de VT por la frecuencia respiratoria) son las mediciones clínicas más comunes.
La ventilación total está compuesta por la ventilación efectiva o ventilación alveolar (VA) que es la porción de la ventilación total que realiza intercambio gaseoso (hematosis) con la sangre pulmonar; y la ventilación del espacio muerto (VD) que es la porción de la ventilación total que no realiza intercambio gaseoso con la sangre pulmonar.
VT = VA + VD
La ventilación del espacio muerto está compuesta por:
Espacio muerto anatómico: que comprende el aire del sistema de conducción pulmonar, el cual es relativamente constante, siendo generalmente equivalente a 2,2 ml/kg de peso corporal.
Espacio muerto alveolar: corresponde a alvéolos ventilados pero no perfundidos, unidad de espacio muerto; a diferencia del espacio muerto anatómico éste puede ser muy variable e impredecible.
Efecto de espacio muerto: se da cuando se produce ventilación en exceso de perfusión. En este caso pueden verse dos efectos que a un mayor intercambio de gas en el alvéolo, mejore la ventilación alveolar, disminuyendo así la PACO2 y la PaCO2. Sin embargo, parte de este aire alveolar puede no respirar, lo que produciría una desigualdad ventilación/perfusión (V/Q) debido a sobreventilación o a una subperfusión. Este es el componente de la ventilación del espacio muerto que responde con mayor intensidad a los cambios en la ventilación total o en el flujo sanguíneo pulmonar.
Esquema ventilatorio
El esquema ventilatorio puede afectar en forma acentuada la porción de ventilación alveolar efectiva y el intercambio gaseoso. Cuanto mayor sea el volumen inspiratorio menos significativo será el espacio muerto anatómico, ya que éste es constante. Sin embargo, a una mayor frecuencia respiratoria, mayor será la porción del volumen minuto que permanece en dicho espacio muerto anatómico. Estos factores determinan que a igual volumen minuto la ventilación alveolar efectiva pueda variar más de un 100% con cambios en el patrón o esquema respiratorio; cuando a esto se agrega que la ventilación del espacio muerto total varía mucho con la enfermedad, es obvio que las observaciones clínicas de la ventilación pueden resultar totalmente inadecuadas para evaluar la adecuación fisiológica de la ventilación. En otras palabras, el único reflejo directo e inmediato de la adecuación de la ventilación alveolar en relación al índice metabólico es la PaCO2, lo que requiere la medición de los gases sanguíneos.
Tensión de dióxido de carbono arterial (PaCO2)
El índice metabólico es un determinante principal de la tensión de dióxido de carbono tisular y, por lo tanto, de la tensión de dióxido de carbono mezclado (arteria pulmonar PvCO2). El movimiento de dióxido de carbono desde la sangre pulmonar al alvéolo depende del gradiente de presión entre el capilar pulmonar y el alvéolo. Dado que el dióxido de carbono difunde con rapidez a través de la membrana alveolocapilar, podemos suponer que las tensiones de dióxido de carbono son iguales en el aire alveolar (PACO2 puede determinarse por capnografía) y la sangre arterial (PaCO2).
Como el aumento del contenido de dióxido de carbono en la sangre (PaCO2 aumentada) produce un aumento en la concentración de hidrogeniones, esto se denominó acidosis respiratoria o insuficiencia ventilatoria. Se denomina insuficiencia ventilatoria a la condición por la cual los pulmones son incapaces de satisfacer las demandas metabólicas del organismo, en lo que refiere a la homeostasis del dióxido de carbono. La insuficiencia ventilatoria se relaciona sólo con la ventilación, la oxigenación se evalúa por separado!!!
La insuficiencia ventilatoria aguda refiere a la presencia elevada de dióxido de carbono con acidemia. La insuficiencia ventilatoria crónica se da cuando se ha producido una compensación renal o metabólica de la acidemia, así tendremos una tensión de dióxido de carbono elevada y un pH sanguíneo normal (generalmente acompañado de un aumento del ion bicarbonato).
La disminución de la PaCO2 produce una reducción de la concentración de hidrogeniones y se denomina alcalosis respiratoria o hiperventilación alveolar. La hiperventilación alveolar es aguda cuando existe alcalemia, y crónica cuando ha ocurrido una compensación metabólica por lo que el pH se encuentra normal.
Casos especiales y terapéutica
Compensación cardiopulmonar de la hipoxemia
Los quimiorreceptores aórticos y carotídeos son extremadamente sensibles a cualquier disminución del aporte de oxígeno, ya sea por disminución en el contenido de oxígeno, de la tensión de oxígeno arterial, o flujo sanguíneo. En respuesta a su estimulación se produce un aumento de la ventilación alveolar y del volumen minuto cardíaco.
En general, la tensión de oxígeno alveolar se incrementa a medida que aumenta el grado de ventilación efectiva, pero este mecanismo compensatorio se ve limitado por dos factores:
Tiene efecto mínimo sobre la hipoxemia secundaria a derivación absoluta.
Se alcanza un punto en el cual el aumento del consumo de oxígeno causado por el mayor trabajo respiratorio anula cualquier ganancia en la disponibilidad de oxígeno.
El mecanismo compensatorio más importante que tiene el organismo para corregir la hipoxemia es el aumento del volumen minuto cardíaco. Si el volumen minuto aumenta mientras se mantiene el índice metabólico, disminuye la cantidad de oxígeno extraída a nivel sistémico. Esto tiene como efecto neto un aumento en la tensión de oxígeno venoso y en la cantidad de hemoglobina aún saturada. Cuando la hipoxemia se debe a derivación intrapulmonar, el efecto de la derivación sobre la oxigenación arterial depende del grado de desaturación de la sangre derivada. Como conclusión diremos que la derivación intrapulmonar y su efecto sobre la hipoxemia no pueden considerarse una relación lineal causa-efecto; siempre que exista una reserva cardiocirculatoria adecuada la hipoxemia podrá ser fácilmente corregida mediante un aumento del volumen minuto cardíaco.
Como regla general, el método más efectivo para corregir la hipoxemia es el aumento de la concentración de oxígeno inspirado FiO2 hasta 50 a 60%, mediante oxigenoterapia, pero su eficacia se ve limitada a la presencia de cualquier grado de derivación absoluta.
Hiperventilación alveolar y oxigenoterapia
La hiperventilación alveolar puede tener tres orígenes: 1) hipoxemia, 2) acidosis metabólica o 3) respuesta del sistema nervioso central. Como es poco probable que se produzca hipoxemia en los casos 2 y 3, es una presunción razonable que cuando se encuentra hiperventilación alveolar con hipoxemia, la hiperventilación sea secundaria a la hipoxemia.
En el paciente que presenta hiperventilación, en el intento de mantener una tensión de oxígeno que no estimule tanto a los quimiorreceptores periféricos, se ve incrementado el trabajo cardiorrespiratorio.
En esta situación, en respuesta al incremento en la concentración de oxígeno inspirado, el organismo disminuirá preferencialmente el trabajo cardiorrespiratorio en lugar de llevar la tensión de oxígeno arterial a niveles no hipoxémicos. De hecho nuestro objetivo terapéutico es reducir el trabajo cardiorrespiratorio y resolver la hiperventilación mientras se mantiene un estado de oxigenación satisfactorio.
Insuficiencia ventilatoria aguda y oxigenoterapia
Cuando el organismo se ve privado en forma súbita de una ventilación alveolar suficiente se producen acidemia e hipoxemia. Debido a la desviación a derecha de la curva de disociación de la hemoglobina, esta combinación lleva rápidamente a hipoxia tisular, y esta situación es una emergencia médica!!
El apoyo adecuado a la ventilación por lo general revertirá la acidosis y la hipoxemia. En este caso, la oxigenoterapia es secundaria ya que por sí sola no será capaz de mejorar el cuadro.
Insuficiencia ventilatoria crónica
El paciente con insuficiencia ventilatoria crónica se ha adaptado a su estado de ventilación (bronquitis obstructiva crónica, fibrosis pulmonar crónica), habiendo compensado el pH sanguíneo. Típicamente este paciente presenta una tensión de dióxido de carbono mayor a 50 mmHg y una tensión de oxígeno arterial de 55 mmHg o menos.
El trabajo cardiorrespiratorio aumentado contribuye a la adaptación del paciente. Es fundamental tener en mente que el estímulo más importante para que el paciente respire es la respuesta de los quimiorreceptores periféricos a la hipoxia. La administración de concentraciones de oxígeno inspirado mayores a 25% a estos pacientes puede producir una disminución profunda de la demanda en la ventilación; el organismo prefiere reducir el trabajo cardiorrespiratorio a incrementar la PaO2 para la cual ya ha creado mecanismos de compensación. Esto ocasiona una disminución aguda de la ventilación alveolar, acidemia aguda e hipoxia tisular que puede resultar fatal!!!!
Esto no ocurre en otras condiciones de insuficiencia aguda donde el impulso para la respiración no es la estimulación de los quimiorreceptores.
Insuficiencia ventilatoria aguda sobre crónica
Este es un paciente con fibrosis pulmonar crónica que ha adquirido una enfermedad aguda como neumonía. Esta enfermedad produce derivación aguda, el organismo intenta aumentar el trabajo de ventilación pero halla perjudicial el aumento de consumo de oxígeno que este trabajo incrementado produce por lo que comienza a hipoventilar. Así, con aire ambiente, podríamos tener el siguiente panorama:
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pH 7.25 |
FC 150/min |
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PaCO2 90 mmHg |
FR 45/min laboriosa |
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PaO2 30 mmHg |
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Considerando que se comienza por una PaCO2 normal de 40 mmHg, por cada aumento de la PaCO2 de 20 mmHg, el pH disminuirá 0.1 unidades, y por cada disminución de la PaCO2 de 10 mmHg el pH aumentará 0.1 unidades (tabla 5).
El pH no se encuentra tan gravemente acidémico como se esperaría si toda la retención de CO2 correspondiera al cuadro agudo. El parámetro para juzgar la insuficiencia ventilatoria aguda es la gravedad de la acidemia.
Técnica de baja concentración de oxígeno
Debido a su enfermedad aguda (neumonía), este paciente tiene gran cantidad de unidades con tensiones de oxígeno disminuidas o efecto de derivación, por lo que pequeños aumentos en la concentración de oxígeno inspirado tendrán efectos profundos sobre la oxigenación arterial.
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FiO2 24% durante 1 hora |
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pH 7.35 |
FC 120 min |
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PaCO2 70 mmHg |
FR 35/min |
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PaO2 40 mmHg |
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La oxigenoterapia le permite aumentar la ventilación alveolar al proveer una mayor cantidad de oxígeno que compense la demanda extra de gas que requiere el incremento del trabajo respiratorio.
Para implementar este tipo de oxigenoterapia deben utilizarse sistemas de administración de alto flujo (proveen la totalidad del gas inspirado). Si se usan los métodos tradicionales de bajo flujo (máscara, collar isabelino, etc.) es muy importante utilizar bajas concentraciones de oxígeno.
Hiperventilación alveolar aguda sobre insuficiencia ventilatoria crónica
Aquellos pacientes que presentan insuficiencia ventilatoria crónica y una reserva cardiorrespiratoria suficiente responden con hiperventilación alveolar aguda a enfermedades productoras de derivación aguda. Tales pacientes pueden presentar un cuadro de
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pH 7.52 |
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PaCO2 55 mmHg |
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PaO2 38 mmHg |
Estos valores podrían interpretarse como alcalosis metabólica parcialmente compensada con hipoxemia. Sin embargo, la presencia de hipoxemia acentuada debiera alertar sobre la presencia de hiperventilación alveolar aguda superpuesta con insuficiencia ventilatoria crónica.
Este paciente responde a la administración de oxígeno como cualquier paciente con hiperventilación alveolar secundaria a hipoxemia. Debe tenerse sumo cuidado en evitar la administración de concentraciones de oxígeno superiores al 25%.
Conclusiones
La interpretación correcta y el entendimiento cabal de las alteraciones fisiopatológicas involucradas en el desarrollo y mantenimiento o como consecuencia de los desórdenes ácido-base son fundamentales para implementar una terapéutica apropiada. El desconocimiento de algunos factores puede llevar a la aplicación de una terapéutica que implique un mayor riesgo para el paciente. Sin embargo, estos factores son manejables y están al alcance de todo clínico avezado.
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TABLA 1. Guía de respuestas compensatorias esperadas en los desórdenes ácido-base en perros |
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Disturbio |
Cambio primario |
Compensación esperada |
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Acidosis metabólica |
[HCO3–] < 18 mEq/L o exceso de base < -4 mEq/L |
Reducción de 0.7 mmHg en la PCO2 |
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Alcalosis metabólica |
[HCO3–] > 24 mEq/L o exceso de base > +4 mEq/L |
Incremento de 0.7 mmHg en la PCO2 |
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Insuficiencia |
PCO2 > 45 mmHg |
Incremento de 1.5 mEq/L en la [HCO3–]
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Insuficiencia |
PCO2 > 45 mmHg |
Incremento de 3.5 mEq/L en la [HCO3–]
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Hiperventilación |
PCO2 < 35 mmHg |
Disminución de 2.5 mEq/L en la [HCO3–] por cada 10 mmHg de incremento en la PCO2 |
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Hiperventilación |
PCO2 < 35 mmHg |
Disminución de 5.5 mEq/L en la [HCO3–]
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TABLA 2. Concentración parcial de oxígeno esperada en un pulmón normal cuando recibe oxigenoterapia |
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FiO2 (%) |
PaO2 mínima prevista en un pulmón normal (mmHg) |
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30 |
150 |
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40 |
200 |
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50 |
250 |
|
80 |
400 |
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100 |
500 |
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TABLA 3. Evaluación del estado hipoxémico |
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Evaluación de la hipoxemia (paso 2) |
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Aire ambiente |
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Hipoxemia leve Hipoxemia moderada Hipoxemia grave |
PaO2 < 80 mmHg PaO2 < 60 mmHg PaO2 < 40 mmHg |
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Oxigenoterapia |
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Hipoxemia no corregida Hipoxemia corregida Hipoxemia sobrecorregida |
PaO2 < al límite aceptable con aire ambiente PaO2 > al límite aceptable con aire ambiente y menor a 100 mmHg PaO2 > 100 mmHg y < al mínimo previsto FiO2 x 5 |
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TABLA 4. Causas de acidosis metabólica con anión gap disminuido, normal o aumentado |
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Anión gap |
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Anión gap incrementado |
Anión gap normal (hiperclorémica) |
Anión gap disminuido |
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Error de laboratorio (demora al procesar la muestra) Intoxicación por etilenglicol Intoxicación por salicilatos Cetoacidosis diabética (estos pacientes pueden presentar algún componente de acidosis hiperclorémica conjuntamente con acidosis con anión gap incrementado) Acidosis urémica (en la falla renal temprana la acidosis metabólica puede ser hiperclorémica, convirtiéndose en normoclorémica más adelante en el curso de la enfermedad) Acidosis láctica Intoxicaciones raras (paraldehídos, metanol) |
Diarrea Acidosis renal tubular (tipo I y II) Inhibidores de la anhidrasa carbónica Cloruro de amonio Aminoácidos catiónicos (lisina, histidina, arginina) Acidosis dilucional (administración rápida de NaCl 0.9%) Hipoadrenocorticismo (debido a un impedimento en la excreción de aldosterona -efecto de dilución- y su ausencia, estos pacientes se presentan generalmente con hipercloremia no corregida. La presencia de acidosis láctica y vómito crónico puede enmascarar la hipercloremia) Acidosis metabólica poshipocápnica (estado pasajero luego de hiperventilación alveolar crónica) |
Hipoalbuminemia (pérdida de aniones no medidos como la albúmina). Hipercaliemia (obstrucción urinaria, uroperitoneo y anuria). Incremento de cationes no medidos (Ca+2, Mg+2, el incremento necesario para hacer variar el anión gap probablemente cause la muerte). Incremento de inmunoglobulinas catiónicas (discrasia de células plasmáticas; IgG, mieloma múltiple) Adición de cationes anormales (litio) Acidosis grave que resulta en la pérdida efectiva de cargas negativas de la albúmina |
Cuadro 1
Fórmula 1:
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Déficit de bases x peso corporal (kg)
= |
deficiencia de bicarbonato en mEq |
Fórmula 2:
0.4 x peso corporal (kg) x (12 – HCO3– medido) = dosis de remplazo en mEq
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TABLA 5. Relación aproximada de la presión parcial de dióxido de carbono y el pH |
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Relación aproximada PaCO2 - pH |
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PaCO2 (mmHg) |
pH |
HCO3- (mEq/L) |
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80 |
7.2 |
28 |
|
60 |
7.3 |
26 |
|
40 |
7.4 |
24 |
|
30 |
7.5 |
22 |
|
20 |
7.6 |
20 |
Figura 1.
Curva de disociación de la hemoglobina. Esta gráfica representa la relación normal entre la PPO2 y el grado de saturación de la hemoglobina en porcentaje (SaO2). Esta relación no es lineal sino sigmoidea y es responsable en gran parte de la gran reserva de oxígeno de la sangre. Bajo condiciones normales, 50% de la hemoglobina está saturada a PPO2 de 27 mmHg, lo que es conocido como P50. La PPO2 de la mezcla venosa es de 40 mmHg y 75% de oxihemoglobina. Una PPO2 de 600 mmHg generalmente produce una saturación del 90%. La sangre arterial normal tiene una PPO2 de 97 mmHg y 97% de oxihemoglobina.
Rojo - Normal (pH 7,4; T 38,5oC, PCO2 40 mmHg)
Azul - Desv. a derecha (aumento de [H+], T, PCO2, 2,3-DPG)
Verde - Desv. a izquierda (disminución de [H+], T, PCO2, 2,3-DPG)
Lecturas sugeridas
Blonshine Susan. 1999. Arterial Blood Gas Analysis. Core Competency, Clinical Perspectives. AARC Times February 1999. Pp. 55-57
Davis Harold, 2002. Arterial and Venous Blood Gases. In: Wingfield & Raffe. (Ed.) The Veterinary ICU Book (1sted.) Jackson: Teton NewMedia pp. 258-265
DiBartola Sthephen P., Green Robert A., Autran de Morais Helio. 1994. Electrolytes and Acid-Base. In: Willard – Tvedten – Turnwald Small Animal Clinical Diagnosis by Laboratory Methods (2nd ed) W.B. Saunders Company, pp. 97-113
Shepiro, Harrison, Cane, and Templin. 1996. Manejo Clínico de los Gases Sanguíneos, 4ª Edición. Editorial Médica Panamericana.
DiBartola Stephen. 2007. Fluidoterapia, Electrolitos y Desequilibrios Ácido-Base en Pequeños Animales. 3ª Edición. Multimédica Ediciones Veterinarias.
