酸塩基平衡 ２つのアプローチ Tradi0onal Approach Stewart Approach 慈恵ICU勉強会 2015/01/27 児島千里 歴史 きっかけは Cholera pandemic（1829年～） • 酸の定義 (acid:acidus=sour taste) 1880年代～ Arrhenius「酸とは水に溶けたときにH+を増加させるもの」（HClが酸） Naunynは「イオン自体の性質が酸を定義する」（Cl-‐ が酸） Van Slyke「電解質が酸塩基平衡で重要な役割を果たす」 BronstedとLowry「酸は陽子を与えるもの、塩基は受け取るもの」（ 1910年） • Henderson-‐Hasselbalch 1909年Henderson「Acid-‐Base Balance」 Hasselbalch「pHという概念」（Henderson-‐Hasselbalchの式） • Great Trans-‐Atlan0c Acid Base Debate（1950-‐60年代） Copenhagen Approach（Base Excess Approach）をAstrupとSiggaard-‐Andersenが提唱 Boston Approach(Bicarbonate Approach)をSchwartzとRehmが提唱 • Stewart approach 1970年代Stewart 「H+濃度を決定する因子はPaCO2、SID、ATOTの3つ であり、H+やHCO3-‐はそれらによって決められる従属因子である。」 Tradi0onal Approach NEJM. 2014; 371: 1434-‐45. 酸塩基平衡の異常の鑑別のために ７つのステップを順にみていく 1 まずは病歴と身体所見から 2 原発性なのか二次性なのか 3 代謝性の中身（Anion Gapの話） 4 代謝性が複数存在するかも？ 5 それでも説明がつかないとき 6 呼吸性の中身 7 臨床所見と矛盾がないか Step１ まずは病歴と身体所見から • 数字を読む前に病歴、症状、身体所見などを評価 ⇩ 起こりうる酸塩基平衡障害の鑑別をあげる • • • • • • 糖尿病 心疾患 肺疾患 肝障害 腎障 妊娠 • • • • • バイタルサイン 神経学的所見 感染兆候 呼吸パターン 消化器症状 • 薬物投与歴 • 中毒 Step2 原発性か代償性か u 原則として、代償性変化でpHが完全に正常化することはないため、 原発性の判断は容易。 u 代償の予測値を計算し、実測値と異なれば、混合性を疑う。 【予測値の計算式】 代謝性acidosisのとき 呼吸性代償は即座に起こる（数時間） 呼吸性代償 PaCO2 = HCO3-‐ + 15 代謝性alkalosisのとき 呼吸性代償 PaCO2 = HCO3-‐ + 15 ベッドサイドで便利 J Crit Care. 2013; 28: 1103. 低酸素血症では呼吸性代償は計算通りにはいかない。 代謝性代償はゆっくり（2～5日間） 急性呼吸性acidosisのとき PaCO2 が10 mmHg HCO3-‐ は1 mmol/l上昇 慢性 HCO3-‐ は4～5 mmol/l上昇 上昇する毎に 急性呼吸性alkalosisのとき PaCO2 が10 mmHg HCO3-‐ は2 mmol/l 減少 慢性 HCO3-‐ は4～5 mmol/l減少 低下する毎に 1 まずは病歴と身体所見から 2 原発性なのか二次性なのか 3 代謝性の中身（Anion Gapの話） 4 代謝性が複数存在するかも？ 5 それでも説明がつかないとき 6 呼吸性の中身 7 臨床所見と矛盾がないか Step3 代謝性の中身 ＜代謝性アシドーシス＞ • anion gapが有用 [Cl-‐] [HCO3-‐] [CO32-‐] [OH-‐] [Na+] [K+] albumin phosphate sulfate [Ca2+] [Mg2+] ＝ lactate [H+] [unmeasured anions：UMA] [unmeasured ca0ons：UMC] • anion gap（mmol/l） = [UMA] = [Na+]-‐[Cl-‐]-‐[HCO3-‐] ※AG正常値は色々ある。Clin Chim Acta. 2001; 307: 33-‐36. ➡ここではAG 10以上で診断的意義があるとしている。 • 3タイプ考える ①High AG （②Nega0ve AG） ③Normal AG ①High AG [Na+]-‐[Cl-‐]-‐[HCO3-‐]⇩ Lancet. 2008; 372: 892. 「GOLD MARRK」 G：glycols（ethylene and propylene） O：5-‐oxoproline（pyroglutamic acid） L :L-‐lactate D:D-‐lactate(short-‐bowel syndrome) M:methanol A:aspirin R:renal failure （GFR<20ml/min） R:rhabdomyolysis K:ketoacidosis Use of penicillin-‐derivered an0bio0cs 半分が乳酸アシドーシス 有用なケース ・糖尿病性ケトアシドーシスの診断 ・ケトーシスのフォロー ・生食の大量投与によるAG正常の アシドーシスとの鑑別 ・飲酒歴がある場合 アルコール性 ケトアシドーシス （この場合ケトン尿反応は陰性） ・短腸症候群患者（D-‐lactate）では 「乳酸値（L-‐lactate）」は正常な High AGアシドーシス ・pHが正常化しているかもしれない場合も有用 嘔吐による代謝性アルカローシスの合併 肝障害、妊娠、高熱、Sepsisによる呼吸性アルカローシスの合併 Anion Gap使用に関する注意 ①乳酸アシドーシスでAGの感度は高くない。 High AG代謝性アシドーシスの半分は乳酸アシドーシス。 しかしAGの乳酸値上昇を予測する感度・特異度は80％程度。 1)BMC Emerg Med. 2008; 8: 18. ※乳酸値が3.0～5.0mmol/lであっても、半数はAG正常範囲！ 2) J Emerg Med. 2009; 36: 391-‐394. ②AGはアルブミン濃度で補正する必要がある。 アルブミンはAG（unmeasured anions）の75％を占める。1)2) 3)Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2003; 17: 559-‐574. アルブミン濃度が1g/dl 低下する毎に、AGの計算値は 2.3～2.5mmol/l 増加させなければならない。1)2) 3) AG補正値=AG計算値+2.5×[Alb正常値（g/dl）-‐Alb測定値（g/dl）] （②Nega7ve AG） [Na+] -‐[Cl-‐]-‐[HCO -‐] 3 ⇧ AGが低すぎる（むしろマイナス）場合= Na以外のca0onの増加によるCl増加 ⇧ ⇧ 【高Cl血症】 リチウム中毒、モノクローナルIgG 免疫グロブリン血症 高Ca血症、高Mg血症 【偽性高Cl血症】 ブロマイド中毒、ヨード中毒 ③Normal AG[Na+]-‐[Cl-‐]⇧-‐[HCO3-‐]⇩ （⇧と⇩が釣り合う ） 高Cl 性アシドーシスと呼ばれることも ・HCO3-‐ の喪失（下痢 尿路変更 type2RTA） ・腎での酸の排泄増加（type1RTA：Sjogren etctype4RTA：hypoaldosteronism） ・生食輸液 ・・・原因はいろいろ 【原因が腎か腎以外かを鑑別するために・・・尿に注目】 高Cl性アシドーシスでは、 NH4++Cl-‐ =NH4Cl（として尿中へ） 正常腎では遠位尿細管からのアンモニウム排泄が増加するはず ⇩ 尿中アンモニウム増加あり＝原因が腎ではない 増加なし＝原因が腎（遠位尿細管） ⇩ 一般的には尿中アンモニウムを測定しないため、 『尿のAG』や『尿浸透圧gap』で代用しよう 尿のAG • 尿AG = [Na+]+[K+]-‐[Cｌ-‐] 腎正常は尿AGがnega0ve（ゼロ以下） 腎性は尿AGがposi0ve 尿AGを信頼できないとき： 多尿のとき、尿pHが6.5以上のとき、尿中NH4+ がCl以外（ケト酸・アセチルサリチル酸・ D-‐lactate・大量のペニシリン）と結合しているとき、尿Naが20mmol/l以下のとき そんな時に有用なのは 尿浸透圧gap （尿浸透圧の計算値と実測値のgap） • （2×[Na+]+2×[K+]）+UN/2.8+Glu/18 mOsm/L UNとGluの単位はmg/dl • 40mmol/l以下：尿へのアンモニウムの排泄障害 信用できないとき： 非遊離酸が大量のとき Step3 代謝性の中身 ＜代謝性アルカローシス＞ 主な原因は、胃液の喪失 利尿薬（ループ・サイアザイド系）など • 治療方針決定のために、分類は尿中Cl濃度に基づいて行う 尿中Cl 低い 25mmo/l 以下 （Cl感受性） 胃液の喪失→Cl-‐の喪失→ 腎でのHCO3-‐再吸収up Hypovolemia→RAA系亢進 →Na+、HCO3-‐、Cl-‐の再吸収up 治療： 生食輸液 （volumeとCl補充） 尿中Cl 高い 腎からCl だだもれ 原疾患の治療 40mmol/l以上 （重症低K 、Barher、Gitelman、 （Cl抵抗性） 重症高Ca、重症低Mgが原因） 例外：利尿薬による場合、尿中Clは初期は増加するが、徐々に減少し、 最終的には25以下となる。 Step4 代謝性の異常が複数あるか • High AG アシドーシスに他の代謝性の要因がないか • AGの増加分とHCO3-‐の減少分は相関するはず ΔAG -‐ Δ[HCO3-‐] （デルタデルタ） ΔAG=（AG -‐12） Δ HCO3-‐ =（HCO3-‐ -‐24） もとのAG値やHCO3-‐値 によらず正確といえる。 ケトアシドーシスと乳酸アシドーシスでは計算が異なるので注意 -‐] = 1：1 ΔAG：Δ[HCO 3 ケトアシ （AGが1上昇ごとに[HCO3-‐] ドーシス が1減少する） ΔAG -‐ Δ[HCO3-‐] 0±5： 混在なし 5以上： HCO3-‐がΔAGに比して減少が 少ない、つまり代謝性アルカ ローシス が混在 -‐ ※ -‐5以下： 乳酸アシ ΔAG：Δ[HCO3 ] = 1：0.6 -‐ -‐ （AGが1上昇ごとに[HCO3 ] 0.6 ΔAG -‐ Δ[HCO3 ] HCO3-‐がΔAGに比して減少が ドーシス が0.6減少する） 多い、つまりnormalAG代謝性 アシドーシスが混在 ※痙攣後や運動直後の乳酸アシドーシスの場合は1：1 Step5 それでも説明がつかないとき • それでも説明がつかない高いAGがある場合、 昏睡、アルコール（毒物）摂取の疑いがある場合、 プロピレングリコール（ロラゼパム）中毒の疑いのある場合・・・ • 血漿浸透圧の予測値と、実測値のgapをみる（浸透圧gap） 浸透圧＝2×[Na+] + UN/2.8 + Glu/18 Gapが10以下（-‐10から10 mOsm/L）が正常 ü アルコール中毒などでは上昇する。初期に異常値となるので有用。 ちなみに3.7をかけるとエタノール摂取量（mg/dl）になる。 ・感度、特異度は高くない ・正常範囲が広い ・エチレングリコールやメタノールなど少量でも毒性の強いとき過小評価になる ・乳酸アシドーシス、糖尿病性ケトアシドーシス でも若干陽性になってしまう 1 まずは病歴と身体所見から 2 原発性なのか二次性なのか 3 代謝性の中身（Anion Gapの話） 4 代謝性が複数存在するかも？ 5 それでも説明がつかないとき 6 呼吸性の中身 7 臨床所見と矛盾がないか Step6 呼吸性の中身 呼吸性の異常がある場合は、以下もcheck • 急性か慢性か、Ⅰ型かⅡ型か • A-‐aDO2 (alveolar-‐arterial oxygen difference) ＝FiO2×（大気圧-‐水蒸気圧）-‐PaO2-‐（PaCO2÷ガス交換率） ＝FiO2×（760 -‐ 47） -‐PaO2-‐（PaCO2÷0.8） ＝FiO2 ×713 -‐ PaO2 -‐ 1.25×PaCO2 （37℃として） Ø 5-‐10mmHg（young）、15-‐20mmHg（elderly） Ø Age/4 + 4 • 呼吸性アルカローシスの場合は 重症基礎疾患がベースにある場合があるので注意。 Step7 矛盾する所見はないか • 以上のステップと臨床所見を照らし合わせて評価する • 段階を踏んで病態を理解するこの方法は有用であるが、 診断の助けになるその他の情報も常にcheckするべきである。 （例：エチレングリコール中毒での乳酸gapや、一酸化炭素中毒/ メトヘモグロビン血症/青酸カリ中毒での酸素飽和度gapなど） Stewart Approach NEJM. 2014; 371: 1821-‐31. Stewart が着目したもの Strong ca0ons: Na+ 、K+ 、Mg2+ 、Ca2+ Strong anions: Cl-‐ 、lactate、sulfate、ketones etc Strong ion (fully dissociated) Weak Acid (not fully dissociated) SID= Na+ +K+ +Mg2+ +Ca2+ -‐Cl-‐ -‐Lac-‐ ※ ※StewartオリジナルではSID=Na+ -‐Cl-‐ だったが、 血ガス装置で測定できるようになり、現在では K+ 、Mg2+ 、Ca2+ だけでなくLac-‐ も含めている。 その場合のSID正常値：38～44 mEq/L（文献により前後） albumin、phosphate、globulin ATOT= Alb-‐ +Pi-‐ 一． 全ての水溶液は電気的に中性である 二． 全ての水溶液中の物質は保存される 三． 電解質は容易に電離する [HCO3-‐]は結果にすぎない [H+]や[HCO3-‐]は水の電離状態によって容易に変化する。 （＝dependent variable ） dependent variables Independent variables ①PaCO2 ②SID ③ATOT 緩衝系 影響 HCO3-‐ CO32-‐ OH-‐ H+ シンプルに図で考えていく！ 「全ての溶液は電気的に中性である」（陽イオン＝陰イオン） 140 Mg2+ Ca2+ K+ UMA HCO3-‐ Pi-‐ Alb-‐ Lac-‐ 100 Na+ Cｌ-‐ SID ATOT シンプルに図で考えていく！ 「全ての溶液は電気的に中性である」（陽イオン＝陰イオン） SID = [Na+]+[K+]+[Mg2+]+[Ca2+] -‐[Cl-‐]-‐[Lac-‐] Mg2+ Ca2+ K+ UMA HCO3-‐ Pi-‐ Alb-‐ Lac-‐ Na+ Cｌ-‐ SID ATOT シンプルに図で考えていく！ 「全ての溶液は電気的に中性である」（陽イオン＝陰イオン） SID = [Na+]+[K+]+[Mg2+]+[Ca2+] -‐[Cl-‐]-‐[Lac-‐] Mg2+ Ca2+ K+ UMA HCO3-‐ Pi-‐ Alb-‐ Lac-‐ Na+ Cｌ-‐ SID ATOT • SIDaとSIDeの間のわずかな差をstrong ion gap（SIG）とし、これにより測定 できない陰イオン（unmeasured anion:UMA）の総量が計算される。2) UMA：unmeasured anion （硫酸、ケトン、サリチル酸） Mg2+ Ca2+ K+ UMA SIDe HCO3-‐ Pi-‐ Alb-‐ Lac-‐ Na+ Cｌ-‐ SIG SIDa ATOT • SIDaとSIDeの間のわずかな差をstrong ion gap（SIG）とし、これにより測定 できない陰イオン（unmeasured anion:UMA）の総量が計算される。 SIG = SIDa－SIDe = UMA SIDeはPi-‐もAlb-‐も定量化されているので（1）、計算が可能※ UMA：unmeasured anion （硫酸、ケトン、サリチル酸） Mg2+ Ca2+ K+ UMA SIDe HCO3-‐ Pi-‐ Alb-‐ Lac-‐ Na+ SIG SIDa ATOT ※[Pi-‐](mEq/L) = 10/30.97×[P](mg/dl)×(0.309×pH-‐0.469) Cｌ-‐ [Alb-‐](mEq/L) = 10×[Alb](g/dl)×(0.123×pH -‐ 0.631) 1)Figge J, et al. J Lab Clin Med.1991; 117: 453-‐67. • SIDaとSIDeの間のわずかな差をstrong ion gap（SIG）とし、これにより測定 できない陰イオン（unmeasured anion:UMA）の総量が計算される。 SIG = SIDa－SIDe = UMA SIDeはPi-‐もAlb-‐も定量化されているので（1）、計算可能※ UMA：unmeasured anion （硫酸、ケトン、サリチル酸） Mg2+ Ca2+ K+ UMA SIDe HCO3-‐ Pi-‐ Alb-‐ Lac-‐ Na+ SIG SIDa ATOT 最終的にこれらの Strong ionやATOTの 増減の結果、 HCO3-‐が変化する ※[Pi-‐](mEq/L) = 10/30.97×[P](mg/dl)×(0.309×pH-‐0.469) Cｌ-‐ [Alb-‐](mEq/L) = 10×[Alb](g/dl)×(0.123×pH -‐ 0.631) 1)Figge J, et al. J Lab Clin Med.1991; 117: 453-‐67. SID増加：アルカローシス SID減少：アシドーシス 乳酸増加でアシドーシス 低アルブミン血症で アルカローシス ICU患者ではアシドーシスがカバーされやすい Case 1 vomit 31歳女性。胃腸炎で2日前から嘔吐。衰弱している。 ICUでの胃管からの吸引も同様 pH 7.54 PaCO2 48 HCO3-‐ 40 Na+ 125 K+ 2.6 Cl-‐ 72 呼吸性代償 予測PaCO2＝HCO3-‐+15 40+15＝55 実際48→過換気状態かな？ 薬局2014.vol65(6) Case 2 saline 22歳女性。事故による外傷で6Lの生食を輸液された。 pH 7.28 PaCO2 39 HCO3-‐ 18 Na+ 135 K+ 3.8 Cl-‐ 115 呼吸性代償：18+15=33 予測値より代償できていない→実は肋骨骨折もあった！ NEJM. 2014; 371: 1434-‐45. SID40未満の輸液製剤は輸液すれば するほどSIDは低下しアシドーシスへ • Cｌの上昇が相対的に問題となる製剤（生食や多くの外液） + → • Naの減少が相対的に問題となる製剤（マンニトールなど） + → メイロン®：NaHCO3 • Stewart では、「HCO3-‐を投与」ではなく「Na+を投与」 する結果、HCO3-‐が増加してくれる 生食輸液によるアシドーシスのケースではメイロンが必要か？ →輸液の大量負荷がなくなればおのずと改善するはずなので必要ではない。 アシデミアが強いケースや、依然として輸液負荷が必要な症例では考慮しよう！ Case 3 AKI 急性腎障害（AKI）の患者に透析を行った。 透析前 透析後 pH 7.30 7.4 PaCO2 38 39 HCO3-‐ 18.9 24.8 Na+ 139 137 K+ 4.7 4.0 Cl-‐ 102 99 Lac-‐ 3.7 3.2 Alb 2.3 2.3 P（mmol/ L） 2.1 1.4 SID 42.0 42.8 SIG 13.4 8.8 P、UMAの増加 により代謝性 アシドーシスに。 UMA、Pの除去が 代謝性アシドー シスを改善させる Case 4 ARDS 75歳男性。数日前からの呼吸苦で来院。肺炎の診断にて病棟にて 管理されていたが、数時間前から呼吸状態の増悪を認め、 意識レベルも低下している。ICU入室前の血ガス分析の結果が以下。 pH 7.26 PaCO2 115 HCO3-‐ 44 Na+ 139 K+ 3.5 Cl-‐ 87 Lac-‐ 1.1 Alb 2.1 P(mmol/L) 0.8 高二酸化炭素血症を 低Cl と低Albで代償している Case 5 SEPSIS • Sep0c shockによるLac増加 • AKIをきたしてリン酸と不揮発酸の排泄低下によるP増加、UMA増加 • 大量の輸液などによるCl 増加 • 肝臓でのタンパク合成低下、異化亢進、血管透過性亢進によるAlb低下 まとめ Tradi7onal Approach ○ • • • × • Stewart Approach より臨床的 既往歴や原疾患から鑑別して いくことで、原因不明の酸塩基 平衡の障害を診断可能 • 複雑な重症患者でも理解可能 • 定量的に酸塩基平衡を把握 することができる • それにより適切な治療が行える Anion gapはアルブミンと乳酸の 問題があり、集中治療領域では 適切な補正なしには理解が 難しい • 詳細な評価のためには多くの 計測値が必要 原因不明の酸塩基平衡の障害 を診断はできない、あくまでも 病態を確認するというかたち 例外や注意事項が多い • 私見 • Stewart ApproachはTradi0onal Approachを否定する ものではなく、同じ現象を違った見方をすることで 違った解釈をするということであった • しかし従来、Anion gapの考え方では理解に苦しん でいた病態も、Stewart Approachを用いることで 簡単に理解できることもある • 複雑で重症なICU患者ではStewart Approachは有用 • 一生懸命病態を説明しようとするTradi0onal Approachより、Stewart Approachでどう対処すべき か理解できる方が、実はより「臨床的」かもしれない
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