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Nefrologia clinica/Nefrologia pediatrica

Validazione della ‘Very Simple Formula’ per il calcolo della pCO2 attesa in corso di acidosi metabolica cronica

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INTRODUZIONE

In corso di acidosi metabolica cronica la riduzione della concentrazione di bicarbonato ([HCO3-]) è seguita da una riduzione della pressione parziale di anidride carbonica (pCO2), per effetto dell' aumento compensatorio della ventilazione polmonare, nel tentativo di mantenere il pH ematico nel range fisiologico. Prevedere l’entità del compenso, cioè stimare la pCO2 appropriata per ogni determinato valore di [HCO3-], consente di individuare la presenza di ulteriori disturbi dell’equilibrio acido-base. Infatti, quando il valore misurato di pCO2 è maggiore della pCO2 prevista - la pCOattesa - una acidosi respiratoria si sovrappone a quella metabolica, quando invece è minore, oltre che una acidosi metabolica, è presente anche una alcalosi respiratoria. La recente pubblicazione di dati emogasanalitici in una larga coorte di pazienti emodializzati (Yamamoto 2015 [1]) ancor di più impone al nefrologo la corretta stima della pCO2 attesa perché i disturbi misti sembrerebbero essere largamente rappresentati in questa popolazione.

Le formule per il calcolo della pCO2 attesa

Negli anni ’60 Robert Winters (Albert 1967 [2]) calcola la regressione lineare - una retta - che descrive la relazione tra pCO2 e [HCO3-] in presenza di acidosi metabolica non complicata, nota appunto come formula di Winters, secondo cui pCO2 = 1,5 * [HCO3-] + 8. È necessario sottolineare che tale formula è stata ricavata da un pool di pazienti con acidosi metabolica severa (con valori di [HCO3-] compresi tra 3,5 e 15,7 mEq/L; media 9,9 mEq/L). Poichè l’entità dei meccanismi di compenso differisce a seconda della gravità della acidosi, la formula di Winters non andrebbe applicata ai casi di acidosi lieve e per lo stesso motivo nessuna relazione lineare può correttamente stimare la pCO2 in tutto l’ambito di valori di [HCO3-]. Infatti, tale relazione è descritta da una equazione di secondo grado (Bushinsky 1982 [3]) poco utilizzabile e, di fatto, mai utilizzata nella pratica clinica. È possibile però da questa ricavare diverse equazioni lineari valide per diversi range di [HCO3-]: per valori di [HCO3-] < 10 mEq/L un fattore di 1,5 (lo stesso della formula di Winters) stima accuratamente la pCO2. In presenza di [HCO3-] > 10 mEq/L è più accurato un fattore di 1,2 e la relazione diventa ∆pCO2 = 1,2 * ∆[HCO3-] che può essere riscritta come pCO2= 1,2 * [HCO3-] + 11,2 ). Questa ha trovato ampia applicazione nei pazienti uremici (Gennari 2008 [4]) che presentano valori medi di [HCO3-] solo moderatamente ridotti (Bommer 2004 [5]). In letteratura sono presenti anche altre formule. Tra queste, la regola pratica proposta da Fulop (Fulop 1975 [6]) suggerisce che la pCO2 attesa è numericamente uguale alle cifre decimali del pH (pCO2 = pH - 7). Tale regola è stata considerata una fortunata coincidenza e solo successivamente lo stesso Autore ne ha dimostrato la validità (Fulop 1997 [7]). 

Infine, noi (Marano 2015 [8]) abbiamo dimostrato che una formula veramente molto semplice (pCO2 = [HCO3-] + 15) riportata nella trattatistica corrente (Du Bose 2008 [9], non solo nefrologica (Du Bose 2011 [10]), è in grado di predire accuratamente la pCO2 attesa in una popolazione di pazienti dializzati. 

Nel presente studio tutte le sopracitate quattro formule sono state applicate ad un ampio (e diverso) dataset di emogasanalisi ottenute da pazienti in trattamento emodialitico.

CASISTICA E METODI

Tra le emogasanalisi arteriose eseguite presso gli Ambulatori di Emodialisi “Centro Azzurro” di Torre Annunziata e “San Giorgio” di San Giorgio a Cremano (Gruppo Casa di Cura Maria Rosaria di Pompei) sono stati selezionati 180 campioni con acidosi metabolica definita, in accordo con i criteri comunemente adottati (Berend 2015 [11] (full text)), come pH<7,38 [HCO3-] <22mEq/l e pCO2<38mmHg. Tutti i prelievi erano rappresentati da campioni di sangue arterioso ottenuto dalla fistola arterovenosa prima dell’inizio del trattamento. I campioni erano considerati arteriosi in presenza di una saturazione pari almeno a 97%. Nei casi in cui i valori di saturazione fossero stati inferiori il posizionamento di un pulsiossimetro all’arto controlaterale consentiva di verificare la corrispondenza della saturazione pulsata con quella riportata nel referto emogasanalitico. In tutti i casi i campioni erano analizzati entro pochi minuti dal prelievo grazie alla presenza dell’emogasanalizzatore (OPTI CCA-TS2 OPTIMedical) all’interno degli Ambulatori.

Per ciascuno dei parametri emogasanalitici è stata calcolata la media e la deviazione standard. La relazione tra pCOe [HCO3-] è stata espressa in termini di best fit equation e infine la correlazione tra parametri è stata valutata con la r di Pearson. Per ogni campione è stata calcolata la pCO2 attesa con ciascuna delle quattro formule oggetto di studio e confrontata con il valore di pCO2 misurato. La differenza tra il valore calcolato e quello realmente misurato è stata riportata in termini di radice dell’errore quadratico medio (RMSE). La concordanza tra test diagnostici è stata valutata con l’indice Kappa di Cohen.

RISULTATI

Le caratteristiche del dataset sono riportate nella tabella 1 e nella figura 1. In base ai criteri di inclusione sono stati selezionati 180 campioni, che nel complesso sembrano mostrare una condizione di acidosi metabolica di grado lieve con adeguato compenso respiratorio; non è tuttavia possibile escludere in singoli casi la presenza di disturbi respiratori (disturbi misti).

Tabella 1 Caratteristiche dei 180 campioni

 

media ± dev.st.

Range

pH

7,350 ± 0,02

7,279 - 7,379

[HCO3-]  mEq/L

18,8 ± 1,5

14 - 21,3

pCO2  mmHg

34,8 ± 2,2

24,6 - 37,9

 

La relazione lineare tra pCO2 e [HCO3-] è descritta dalla equazione pCO2 = 1,19 * [HCO3-] + 12,2 (rappresentata dalla retta mostrata in figura 1); la correlazione tra i due parametri è elevata (r=0.8). La radice dell’errore quadratico medio associato a questa equazione è 1,4 mmHg.

 La tabella 2 mostra gli errori relativi alle varie formule quando applicate a questo dataset.

Tabella 2 Errori associati alle differenti formule applicate al dataset in esame

eponimo

pCO2 attesa

(mmHg)

Radice errore quadratico medio

RMSE (mmHg)

Winters

pCO2 = 1,5  *[HCO3-] + 8 

2,10

Bushinsky

pCO2 = 1,2 * [HCO3-] + 11,2

1,68

Very simple formula

pCO2  = [HCO3-] + 15

1,69

Fulop

pCO2 = pH - 7

3,15

DISCUSSIONE

In corso di acidosi metabolica la stima della pCO2 attesa consente di identificare, quando è differente da quella misurata, la presenza di disturbi misti possibile conseguenza di concomitanti patologie sistemiche o di patologie acute che potrebbero richiedere diagnosi tempestiva ed appropriato trattamento. Per stimare la pCO2 attesa i trattati suggeriscono diverse formule - che forniscono risultati differenti – ma non il contesto nel quale impiegarle. L’entità del compenso è indipendente dalla causa della acidosi, ma non dalla sua severità (Bushinsky 1982 [3]): modeste riduzioni di [HCO3-] implicano solo minime attivazioni dei meccanismi compensatori che si attivano in modo progressivo, cioè non costante, all’aggravarsi dell’acidosi. Infatti la pCO2 attesa è correttamente stimata da una equazione quadratica. Di fatto una esigenza pratica ha indotto l’uso di approssimazioni lineari, che però sono differenti a seconda della gravità della acidosi.

In presenza di acidosi di grado lieve, come quella presente nel nostro set di campioni e nella moderna popolazione dialitica (Bommer 2004 [5]), la formula di Bushinsky risulta essere la più appropriata perché è associata al minore errore (RMSE= 1,68 mmHg). In accordo a questa formula per ogni mEq/L di riduzione di [HCO3-] rispetto al valore di riferimento (24 mEq/L) la pCO2 si riduce di 1,2 mmHg rispetto al valore normale (40 mmHg). Applicando la formula di Bushinsky al nostro dataset il 95% dei campioni (n=171) è compreso nell’intervallo pCO2 attesa ± 2 RMSE (Figura 2, linee tratteggiate).

Ma il rilevante risultato di questo studio è la conferma che la “very simple formula” si associa praticamente ad un errore di analoga entità (RMSE=1,69 mmHg) e può pertanto essere impiegata per ottenere, in modo veramente semplice, il valore atteso di pCO2, semplicemente sommando il valore 15 alla concentrazione di [HCO3-]. Nel 96,7% dei campioni (n=174) la pCO2 misurata è risultata compresa nell’intervallo pCO2 attesa ± 2 RMSE (Figura 2, linee punteggiate).

La concordanza tra la formula di Bushinsky e la Very simple formula è buona/eccellente (concordanza complessiva 0.983; Indice Kappa di Cohen 0.792).

La formula di Winters, valida nei casi di acidosi severa, lo è meno nei pazienti che presentano acidosi di grado lieve come quelli in trattamento emodialitico. Il suo utilizzo espone al rischio di erronee valutazioni. Sorprende che venga proposta come unica opzione in una recente autorevole review (Berend 2015 [11] (full text)). È invece ovvio che in presenza di valori di [HCO3-] più prossimi alla norma fornisca risultati differenti dalla ‘Very simple formula’ (Berend 2013 [12]), ma ciò non ne dimostra la sua validità .

Infine la formula di Fulop applicata al nostro dataset si associa ad un errore inaccettabilmente elevato. Ciò potrebbe essere dovuto alla presenza di disturbi misti che riducono la correlazione tra i valori di pH ed la severità dell’acidosi metabolica.

Come già suggerito in precedenza (Marano 2015 [8]), nella pratica clinica per il calcolo della pCO2 attesa si potrebbe ricorrere alla formula di Winters in presenza di [HCO3-] inferiore a 12 mEq/L, valore al quale tutte le formule restituiscono praticamente lo stesso risultato, ed utilizzare la formula di Bushinsky o la very simple formula per valori superiori.

CONCLUSIONI

La ‘very simple formula’ (pCO2 attesa = [HCO3-] + 15 ) si conferma una valida ma più semplice alternativa alla formula di Bushinsky ( ∆pCO2 = 1,2* ∆[HCO3-] ) nei casi di acidosi metabolica lieve. Nella moderna popolazione di pazienti dializzati la formula di Winters e quella proposta da Fulop si associano a più elevato errore.

BibliografiaReferences

[1] Yamamoto T, Shoji S, Yamakawa T et al. Predialysis and Postdialysis pH and Bicarbonate and Risk of All-Cause and Cardiovascular Mortality in Long-term Hemodialysis Patients. American journal of kidney diseases : the official journal of the National Kidney Foundation 2015 May 23;

[2] Albert MS, Dell RB, Winters RW et al. Quantitative displacement of acid-base equilibrium in metabolic acidosis. Annals of internal medicine 1967 Feb;66(2):312-22

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

[4] Gennari FJ. Acid-base homeostasis in dialysis. In: Nissenson AR Fine RN, ed Handbook of dialysis therapy. Saunders Elsevier Philadelphia; 2008:673-684

[5] 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

[6] Fulop M, Fulop M Letter: Acid-base diagrams. Lancet (London, England) 1975 Jan 11;1(7898):106-7

[7] Fulop M A guide for predicting arterial CO2 tension in metabolic acidosis. American journal of nephrology 1997;17(5):421-4

[8] Marano M, D'Amato A, Marano S et al. A very simple formula to compute pCO2 in hemodialysis patients. International urology and nephrology 2015 Apr;47(4):691-4

[9] Du Bose TD jr. Acid-base disorders. In: BM Brenner, ed. Brenner & Rector’s the Kidney. 8th ed. Philadelphia, Saunders; 2008:505-546

[10] Du Bose TD jr. Acidosis and alcalosis. In Longo DL, Fauci A, Kasper D, Mauser S, Jameson JL, Loscalzo J ed Harrison’s Principles of Internal Medicine 18th . McGraw-Hill New York; 2011:363-373

[11] Berend K, de Vries AP, Gans RO et al. Physiological approach to assessment of acid-base disturbances. The New England journal of medicine 2015 Jan 8;372(2):195 (full text)

[12] Berend K Bedside rule secondary response in metabolic acid-base disorders is unreliable. Journal of critical care 2013 Dec;28(6):1103

release  1
pubblicata il  23 settembre 2015 
da Marano Marco, D'Amato Anna
(Ambulatorio Emodialisi. Casa di Cura Maria Rosaria. Pompei (NA))
Parole chiave: acidosi metabolica, compenso respiratorio
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