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Emodialisi

Emogasanalisi arteriosa: valori attesi nei pazienti dializzati

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RAZIONALE

Nonostante l’equilibrio acido-base sia oggetto di studio e di ricerca da oltre un secolo, non sono chiaramente codificati i valori normali neanche del pH, principale parametro misurato (Berend K 2013 [1]). Negli uremici in trattamento emodialitico addirittura "ci sono solo poche misure di pCO2, pH ed HCO3 ottenute più di venti anni fa" (Gennari FJ 2008 [2]), per cui è necessario rivalutare i valori di riferimento di tali parametri in questi pazienti, nei quali l’età media e la prevalenza di comorbidità sono in aumento.

CASISTICA E METODI

Dal database delle emogasanalisi arteriose eseguite presso il centro emodialisi della Casa di Cura Maria Rosaria di Pompei (NA) nel periodo 2008-12 sono stati retrospettivamente selezionati i prelievi eseguiti dalla fistola arterovenosa, prima di un programmato trattamento emodialitico ambulatoriale, a pazienti con almeno 6 mesi di età dialitica, per i quali fosse disponibile almeno un prelievo l’anno per i 5 anni oggetto di studio, con l’intento di ottenere campioni rappresentativi del paziente uremico cronico “tipico”. È inevitabilmente presente un bias di selezione per avere escluso i pazienti portatori di catetere venoso centrale, che presentano notoriamente maggiori co-morbidità. Sono stati al contrario minimizzati gli errori di campionamento, utilizzando il pulsiossimetro per confermare la natura arteriosa del campione prelevato (Marano M 2013 [3]) e quelli preanalitici grazie alla presenza del gasanalizzatore all’interno dell’ambulatorio di emodialisi. Sono stati selezionati 359 campioni relativi a 32 pazienti. Due pazienti sono stati successivamente esclusi perché affetti da insufficienza respiratoria cronica con pattern gasanalitico di acidosi respiratoria cronica (pO2 < 60mmH pCO2 > 55 pH < 7,30) che comportava un errore elevato rispetto al resto della casistica per tutti i parametri analizzati. Oggetto di analisi sono stati 339 campioni relativi a 30 pazienti. Le caratteristiche sono presentate nella tabella I. Sono stati analizzati  due parametri misurati (pH e pCO2) e, per la componente metabolica, due parametri calcolati: il valore di bicarbonato (HCO3) e lo Standard Base Excess (SBE) noto anche come base excess del compartimento extracellulare.  Per la descrizione dei dati sono stati utilizzati, quando appropriato, media ed intervallo di confidenza al 95% (IC95%), deviazione standard (DS), primo e terzo interquartile (1-3 IQ), radice della media quadratica (RMS), t student test a due code e correlazione di Pearson. Il limite di significatività statistica è stato considerato  p = 0.05.

N° pazienti (M/F)

30 (14/16)

N° campioni (1a 2a 3a dialisi settimanale)

339 (129/109/101)

Età anagrafica in anni, mediana (1–3 IQ)

70,9 (65,5 – 79,2)

Età dialitica in mesi, mediana (1–3 IQ)

40,2 (21,8 – 100,85)

Diabete mellito/cardiopatia ischemica/patol. respir. croniche

36,7% / 30% / 20%

Media campioni per paziente (± DS)

11,3 (± 4,3)

RISULTATI E DISCUSSIONE: pH

La distribuzione dei valori di pH (figura1) ha andamento gaussiano con valori medi (± DS) di 7,387(± 0,05), IC 95%: 7,382 – 7,392 che rientrano nel range di normalità della popolazione generale (Berend K 2013 [1]). La metà dei campioni analizzati mostra valori compresi tra 7,36 e 7,42 (1-3 IQ), un quarto dei campioni ha pH < 7,360 (acidemia) e circa l’11% pH > 7,440 (alcalemia). Il 95% dei campioni (media ± 1,96*DS) rientra nell’ambito 7,289 – 7,485, molto più ampio rispetto a quello della popolazione generale, espressione della eterogeneità della casistica. Il confronto tra i valori medi (±DS) misurati nei campioni prelevati a fine intervallo lungo (7,386 ± 0,04) e quelli prima dell’ultima dialisi della settimana (7,391 ± 0,04) non mostra differenze statisticamente significative (p = 0,35). Non c’è correlazione tra il pH e l’età del paziente (p = 0,53), l’età dialitica (p = 0,04) e la percentuale di incremento ponderale interdialitico (p = 0,7).

RISULTATI E DISCUSSIONE: HCO3

Il valore di bicarbonato fornito dall’emogasanalizzatore non è misurato direttamente, ma ricavato a partire dal pH e dalla pCO2 utilizzando l’equazione di Henderson-Hasselbach. Pur tuttavia ha un ruolo prioritario in ambito nefrologico rappresentando la componente metabolica dell’equilibrio acido-base. Il valore medio (± DS) della bicarbonatemia (figura 2) è 21,5 (± 2,4) mmol/L con IC95% 21,3 - 21,8 mmol/L praticamente lo stesso riportato da Tentori e coll. nel sottogruppo italiano dello studio DOPPS (Tentori F 2013 [4]). La distribuzione non è simmetrica ed meno agevole identificare l’ambito di valori che comprende il 95% dei campioni. Comunque la metà dei valori è compresa tra 20 e 23 mmol/L (1 - 3 IQ) e nel 2.4% dei casi la bicarbonatemia è inferiore a 17 mmol/L. Tale valore può essere ragionevolmente considerato il limite inferiore di normalità, in accordo con l’opinione degli studiosi (Gennari FJ 2010) [5] ed il riscontro di un aumento della mortalità per bicarbonatemie inferiori (Bommer J 2004 [6], Wu DY 2006 [7] (full text)Tentori F 2013 [4]). Meno definito è il limite superiore: nel 3,8% dei campioni la bicarbonatemia è maggiore di 25 mmol/L e solo nell’1,5% è superiore a 27 mmol/L, valore in passato associato ad aumento della mortalità (Wu DY 2006 [7] (full text), Bommer J 2004 [6]). Analisi recenti non hanno però mostrato nessun aumerto della mortalità per bicarbonatemie superiori a 25 mmol/L (Tentori F 2013 [4]).

Inaspettatamente non c’è differenza statisticamente significativa (p = 0,5) tra HCO3 (media ± DS) misurato a fine intervallo lungo (21,6 ± 2,2 mmol/L) e quello di metà settimana (21,4 ± 2,3 mmol/L), anche se c’è correlazione (inversa) tra bicarbonatemia  e percentuale di incremento ponderale interdialitico (r = -0,13 p = 0,017). Un incremento ponderale interdialitico maggiore o uguale al 4%, rispetto ad uno inferiore al 2%, si associa a ridotti valori di HCO3 (rispettivamente 21,1 ± 2,1 mmol/L e 22,0 ± 2,5 mmol/L; p = 0,01) (figura 6).

RISULTATI E DISCUSSIONE: BASE EXCESS

Una alternativa al bicarbonato, quale indice della componente metabolica dell’equilibrio acido base, è il difetto di basi noto come base excess (Juern J 2012 [8], Adrogué HJ 2009 [9]). E’ certamente meno utilizzato in ambito nefrologico, ma potenzialmente utile soprattutto nei pazienti in trattamento emodialitico sia per la semplicità dell’interpretazione, sia per la peculiarità di non variare nei disturbi respiratori acuti e, nei pazienti funzionalmente anefrici, neanche nei disturbi respiratori cronici.  Rappresenta il patrimonio totale dei tamponi, quindi bicarbonato ma anche fosfati e proteine. Il base excess del liquido extracellulare (SBE)  tiene conto anche del potere tampone dell’emoglobina. Il valore di riferimento nella popolazione generale è zero (± 2) mmol/L. La riduzione di questo patrimonio di tamponi (quindi l’acidosi metabolica) viene espressa con un numero negativo, tanto più severa quanto più ci si allontana dallo zero. Un numero positivo indica alcalosi metabolica.

Solo 317 campioni sono disponibili per l’analisi del SBE, nei restanti l’emogasanalizzatore non ha fornito il valore perché non era disponibile la misura dell’emoglobina. Il valore medio (± DS) del SBE è  -3,3 (± 2,7) mmol/L con IC 95%: -3,6 -3,0 mmol/L. La distribuzione dei valori, analogamente all'HCO3, non è simmetrica. Il 50% dei campioni è compreso tra - 5,3 e - 1,4 mmol/L (1-3 IQ). Il 95,6% dei campioni è compreso tra -8,5 e +1,5 mmol/L che possono considerarsi i limiti di riferimento nei pazienti dializzati. I valori del SBE sono strettamente correlati al HCO3 (R = 0,96 P < 0,0001 Figura 3) e questo rende interscambiabili i due parametri nel ragionamento diagnostico e nel monitoraggio della terapia. L’interpretazione della componente metabolica dell’equilibrio acido base non richiede più l’analisi di due dati (pH e bicarbonato), ma risulta immediatamente evidente dal SBE riportato nel referto emogasanalitico.

Non c’è differenza statisticamente significativa tra SBE misurato a fine intervallo lungo e quello misurato nel periodo interdialitico breve (p = 0,7). La correlazione con la percentuale di incremento ponderale interdialitico è debole (r = -0,11 p = 0,04).   

RISULTATI E DISCUSSIONE: CO2

Nei 339 campioni oggetto di studio il valore medio (± DS) di pCO2 è 36,6 (± 4,7) mmHg con intervallo di confidenza al 95% 36,1 - 37,1 mmHg. Il 50% dei campioni è compreso tra 34 e 39 mmHg (1-3 IQ). I valori medi (±DS) di CO2  in funzione di vari gradi  di acidosi metabolica sono riportati nella figura 2.

CO2 ED ACIDOSI METABOLICA

E’ necessario conoscere l’entità della riduzione compensatoria della CO2 in corso di acidosi metabolica cronica per poter individuare la eventuale presenza di un secondo disturbo dell’equilibrio acido base che può determinare una eccessiva riduzione della pCO2 (alcalosi respiratoria) o al contrario, valori più elevati di quanto atteso (acidosi respiratoria). Le formule presenti in letteratura per il calcolo della CO2 attesa sono:  [formula 1] CO2 attesa = 1,5*HCO3 + 8 (Du Bose 2002 [10]  Kraut JA 2010 [11]), [formula 2] CO2 attesa = 40 – (24-HCO3)*1,2 (Gennari FJ 2008 [2]Adrogué HJ 2010 [12] (full text), Bushinsky DA 1982 [13]) che per riarrangiamento dei termini può anche essere scritta come: CO2 attesa = 1,2*HCO3 + 11,2.

Nei 291 campioni con HCO3 < 24 mmol/L (figura 4) la formula che meglio descrive la relazione tra i due parametri è [formula 3] CO2 attesa = 11,9 + 1,13*HCO3 per la quale è calcolato un errore (RMS) = 3,08 mmHg. La formula 1 applicata a questi dati presenta errore RMS = 4,76 mmHg (errore relativo 35%) che la rende poco adatta per l'utilizzo clinico. La formula 2 (figura 4) presenta RMS = 3,14 mmHg (errore relativo 2%) e può essere utilizzata nei pazienti dializzati. Nella figura 4 è rappresentata anche la [formula 4] CO2 attesa = HCO3 + 12 con RMS = 4,14 mmHg utile dal punto di vista mnemonico anche se con errore relativo del 25%.

Certamente è più semplice stimare la CO2 attesa in funzione del SBE. Schlichtig e coll hanno dimostrato che nell’acidosi metabolica di varia etiologia l’entità della riduzione della pCO2 (ΔCO2) è numericamente uguale alla riduzione del SBE (ΔSBE) (Schlichtig R 1998 [14]) cioè [formula 5] ΔCO2 = ΔSBENei 214 campioni con SBE < -2 mmo/L (figura 5) la formula che meglio descrive la relazione tra i due parametri è [formula 6] ΔCO2 = 0.63 + 0,82*ΔSBE che presenta un errore RMS = 3,89 mmHg. La formula 5, di facile memorizzazione, applicata agli stessi dati e mostrata nella figura 5  presenta un errore RMS = 3,91 mmHg (errore relativo 0,5%) e può dunque essere utilizzata anche nei pazienti dializzati.

CO2 ED INCREMENTO PONDERALE

La pCO2 però non si riduce esclusivamente per compenso all’acidosi metabolica, ma anche in funzione della percentuale di incremento ponderale interdialitico (figura 6). I valori medi di pCO2 (±DS) misurati quando l’incremento ponderale era < 2% ( 38,2 ± 4,8 mmHg) rispetto ai campioni ottenuti in presenza di un  incremento ponderale interdialitico >4% (35,5 ± 3,7 mmHg) differiscono in modo statisticamente significativo (p < 0,001). Questa riduzione della pCO2 potrebbe essere conseguenza della imbibizione subclinica del parenchima polmonare, in accordo con il riscontro sperimentale che l’edema interstiziale non interferisce con lo scambio diffusivo dell’ossigeno a livello alveolare ma, determinando compressione delle piccole vie aeree, provoca iperventilazione e riduzione della CO2 (Prisk KG 2010 [15] (full text)).

CONCLUSIONE

I valori "normali" dei principali parametri emogasanalitici nei dializzati sono certamente più ampi rispetto a quelli della popolazione generale. Il pH è compreso tra 7,3 e 7,5 anche se solo in un quarto dei casi è presente acidemia. Il limite inferiore del HCO3 è 17 mmol/L e quello superiore, qualora avesse significato clinico, sarebbe tra 25 e 27 mmol/L. Una alternativa alla coppia pH e HCO3, estremamente utile per la valutazione della componente metabolica, è lo SBE. I limiti di riferimento nei dializzati sono -8,5 e +1,5 mmol/L. La stima del valore di pCO2, ridotto per compenso all'acidosi metabolica, è molto semplice: ΔCO2 = ΔSBECon l'approccio tradizionale, tra le formule comunemente utilizzate, CO2 attesa = 40-(24-HCO3)*1,2 è quella più appropriata da utilizzare nei dializzati. In alternativa può essere utilizzabile la formula CO2 attesa = HCO3 + 12. Non ci sono differenze tra i campioni prelevati a fine intervallo lungo e quelli eseguiti dopo l'intervallo dialitico breve. Meritevole di ulteriore approfondimento è il riscontro di riduzione della pCO2 in funzione dell'incremento ponderale interdialitico.

I dati riportati fotografano la real life, ma non possono essere applicati nella pratica clinica quotidiana perché raccolti retrospettivamente in un numero limitato, per quanto accuratamente selezionato, di pazienti. Rappresentano il punto di partenza per uno studio prospettico, attualmente in corso, che raccoglierà dati emogasanalitici di almeno 100 pazienti emodializzati per ognuna delle tre dialisi settimanali.

BibliografiaReferences

[1] Berend K Acid-base pathophysiology after 130 years: confusing, irrational and controversial. Journal of nephrology 2013 Mar-Apr;26(2):254-65

[2] Gennari FJ. Acid-base homeostasis in dialysis. In: Nissenson AR Fine RN (Ed). Handbook of dialysis therapy 2008. Saunders Philadelphia pp 673-684

[3] Marano M [Pulse oximetry in the dialysis room]. Giornale italiano di nefrologia : organo ufficiale della Societa italiana di nefrologia 2013 May-Jun;30(3)

[4] Tentori F, Karaboyas A, Robinson BM et al. Association of Dialysate Bicarbonate Concentration With Mortality in the Dialysis Outcomes and Practice Patterns Study (DOPPS). American journal of kidney diseases : the official journal of the National Kidney Foundation 2013 May 24;

[5] John Gennari F Very low and high predialysis serum bicarbonate levels are risk factors for mortality: what are the Appropriate Interventions? Seminars in dialysis 2010 May-Jun;23(3):253-7

[6] Bommer J, Locatelli F, Satayathum S et al. Association of predialysis serum bicarbonate levels with risk of mortality and hospitalization in the Dialysis Outcomes and Practice Patterns Study (DOPPS). American journal of kidney diseases : the official journal of the National Kidney Foundation 2004 Oct;44(4):661-71

[7] Wu DY, Shinaberger CS, Regidor DL et al. Association between serum bicarbonate and death in hemodialysis patients: is it better to be acidotic or alkalotic? Clinical journal of the American Society of Nephrology : CJASN 2006 Jan;1(1):70-8 (full text)

[8] Juern J, Khatri V, Weigelt J et al. Base excess: a review. The journal of trauma and acute care surgery 2012 Jul;73(1):27-32

[9] Adrogué HJ, Gennari FJ, Galla JH et al. Assessing acid-base disorders. Kidney international 2009 Dec;76(12):1239-47

[10] Du Bose T jr. Alterazioni acido base. In: Brenner & Rector Il Rene. VIed. italiana Verduci Editore Roma 2002; 925-993

[11] Kraut JA, Madias NE Metabolic acidosis: pathophysiology, diagnosis and management. Nature reviews. Nephrology 2010 May;6(5):274-85

[12] Adrogué HJ, Madias NE Secondary responses to altered acid-base status: the rules of engagement. Journal of the American Society of Nephrology : JASN 2010 Jun;21(6):920-3 (full text)

[13] Bushinsky DA, Coe FL, Katzenberg C et al. Arterial PCO2 in chronic metabolic acidosis. Kidney international 1982 Sep;22(3):311-4

[14] Schlichtig R, Grogono AW, Severinghaus JW et al. Human PaCO2 and standard base excess compensation for acid-base imbalance. Critical care medicine 1998 Jul;26(7):1173-9

[15] Prisk GK, Olfert IM, Arai TJ et al. Rapid intravenous infusion of 20 ml/kg saline does not impair resting pulmonary gas exchange in the healthy human lung. Journal of applied physiology (Bethesda, Md. : 1985) 2010 Jan;108(1):53-9 (full text)

release  1
pubblicata il  18 settembre 2013 
da Marano M¹, Patriarca A¹, Marano S²
(¹Ambulatorio Emodialisi CI.MA.SA. srl Gruppo Casa di Cura Maria Rosaria. Pompei (NA); ²Dipartimento di Ingegneria dell' Informazione, Ingegneria Elettrica e Matematica Applicata. Università di Salerno)
Parole chiave: emodialisi, emogasanalisi
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