water, electrolyte, acid-base · pdf fileelectrolyte concentration. regulation of fluid...

1

Water, Electrolyte, Acid-base Balances นโลบล เนองตน: 2553

2

Water, Electrolyte, Acid-base BalancesOBJECTIVE

1 . WATER BALANCE

Content, DistributionIntake = Output, Turnover rate Volume in each compartment & regulationElectrolyte concentrationRegulation of fluid balance

2. ELECTROLYTE BALANCE : Na+K+Ca++

Control of balanceWater & electrolyte imbalance

3. ACID- BASE BALANCEpH ∞ HCO3/pCO2[H+] : input, output

การควบคม pHacid- base disturbances

3

WATER CONTENT

Total body water (TBW) = 60% body weight

(ชาย 70 kg สง 170 cm.)

ความแตกตาง

1. คนอวน มนา นอยกวา คนผอม

2. หญง มนา นอยกวา ชาย

3. คนแก มนา นอยกวา คนหนมสาว

4. เดก มนา มากกวา ผใหญ

Infant (เดกอาย < 2) ปมนา ~ 70 % นน.ตว

4

WATER DISTRIBUTION PDF หนา 4 ตาราหนา 775

Adult 70 kg.

TBW = ICF + ECF60% 40% 20%

40%20%

*ISF 15% (3/12)

plasma 5% (1/12)

( ISF = interstitial fluid )

5

WATER DISTRIBUTION PDF หนา 4 ตาราหนา 775

Infant

TBW = ICF + ECF

70% 40% 30%*

** ISF 25%

plasma 5%

ทสาคญคอ ISF มากกวา adult 10%

6

1) Bone 3% 2) Dense CT 4-5%

2 L 3 L

3) IVF

4.5%

3 L

4) ISF

11.5%

8 L

ICF

36%

25 L1.5%

1 L การกระจายนาในชายนาหนก 70 kg

ความผดปกตจะเกดขนเมอ

ISF เพม / ลดเกน 20% (~ นา2L) จะเกดภาวะ edema / dehydration

หรอ ICF เพม / ลดเกน 7% (~ นา 2Lเชนกน) ผปวยจะซมและไมรสกตวได

PDF หนา 5 ตาราหนา 776

เพราะถา ICF มนาเพมมาก อาจเกดภาวะ water intoxication / cerebral edemaไดงาย

5) Transcellular

ทางคลนกนยมแบง ECF เปน 2 สวน คอ IVF & ISF

(แตECFยงแบงไดอกเปน 5สวน โดยทกๆสวนกระจายตดตอกนได)

7

SOURCE intake ml/D obligatory elective

SOURCE output ml/D obligatory elective

ingested 400 1,000 water water 850 content of food water 350 content of oxidation Total 1,600 1,000

urine 500 1,000 skin 500 (sweat 250 ml. + perspiration 250 ml lung 400 stool 200 1,600 1,000

PDF หนา 1 ตาราหนา 771WATER INTAKE - OUTPUT

ถา intake = output water balance

แตถา intake = output water imbalance

**

**

sweat: sensible, ** perspiration & lung : insensible

8

TOR : Turnover rate

คอ อตราการสบเปลยนนา ซงถาสมดล

ปรมาณ นารบเขา = นาขบออก

ใน adult = 2.6 kg

และ ในเดก (1 ขวบ นน. 10Kg) = 0. 9 kg


เชน เดกม TOR (29% ของ ECF) สงกวา TOR ผใหญ (16% ของECF )

เนองจาก รางกายของเดก มโอกาสทง

1. เสยนามากกวา และ 2. ไดรบนามากกวา

นยมรายงาน TOR เทยบกบคา ECF (ทวเคราะหไดจาก lab)

9

1. เดกเสยนามากกวาผใหญ

1.1 ทางผวหนง : เพราะพนทผวกายมากกวา นาจงระเหยไปมากกวา

1.2 ทางปสสาวะ : เพราะurine concentrating ability ในเดกเลกไม

ดเทาผใหญ ดงตวอยาง

Adult (70 kg) ม urine 500 ml/DInfant (7 kg) ม urine 100 ml/D

Turnover rate เดกมากกวาผใหญ

2. เดกมทางไดรบนามากกวาผใหญ :

จาก metabolic water มากกวา

ดงนนถา intake เพม ( หรอ output ลด ) จะเกด overload มาก

หรอ ถา output ลด ( หรอ intake เพม ) จะเกด loss รนแรง

10

REGULATION OF BODY FLUID COMPARTMENTS

ขนกบปรากฏการณเหลานรวมกน

1. OSMOSIS SOLVENT MOVEMENT2. DIFFUSION SOLUTE MOVEMENT

A BA B

A B

4. GIBBS-DONNAN EQUILIBRIUM : ทาให electrolytesกระจายในแตละ space ไมเทากน

5. STARLING’S FORCE : balance of fluid movementbetween plasma & ISF โดยขนกบ blood pressure & osmotic pressure

3. Na+ PUMP : ทาให Na+, Cl- มากใน ECF

K+ มากใน ICF

11

GIBBS - DONNAN equilibriumถาม diffusible และ non-diffusible ions ( protein )ปะปนกน จะทาให diffusible ions ในแตละ compartmentกระจายไมเทากน และเมอสมดลตองมผลให

1. Total ions

aniona = cationa แตคา a = banionb = cationb

2. Diffusible ions

aniona x cationa = anionb x cationb

regulation of body fluid compartments

12

a b a b

6 Na+ Na+ 6 6+2 Na+ Na+ 6-2

2 Cl-

6 Prot- Cl- 6 6 Prot- Cl- 6-2

เรมตน ดล

Na+a

= Prot-a (6=6) Na+

a x Cl-a = Na+

bx Cl-b

Na+b = Cl-b (6=6) Na+

a = Cl-a + Prot-a

= Na+

b= Cl-b

ICF ICF ECF ECFGIBBS - DONNAN EQUILIBRIUM

13

คาปกตของ ELECTROLYTES (CATIONS) ในสารนาของรางกาย(Rose BD. Clinical physiology of acid-base and electrolyte disorders.5th ed. 2001)


ECF ISF ICF

+ CATIONS PLASMA PLASMA- MUSCLES

(meq/L) H2O(meq/L) ( meq/L) (meq/L)

Na 142 คานวณคา 145.1 12

K 4.3 เพมเปน100% 4.4 140Ca 2.5 จากคาใน 2.4 4.0Mg 1.1 plasma 1.1 34.0

TOTAL 149.9 ทมนา 93% 153 190

Tiss fluid

14

ECF ISF ICF

- ANIONS PLASMA MUSCLE

(meq/L) (meq/L)

Cl 104 117.4 4.0

HCO3 24 27.1 12.0

PO4 2 2.3 40.0

ORG A. 5.9 6.2 84.0

PROT 14 0 50.0

TOTAL 149.9 153 190

Tiss fluid(meq/L)

คาปกตของ ELECTROLYTES (ANIONS) ในสารนาของรางกาย

15

1. คารวม cations = คารวม anions ในแตละชอง

( แตปรมานใน ICF มากกวา ECF )

2. ECF : Na+,Cl-,HCO-3 > ใน ICF

3. ICF : K+, Mg++,PO4, organic a, protein มากกวา ใน ECF

สรป ปรมาณ ELECTROLYTES ในสารนาของรางกาย

CATIONS & ANIONS

16

UNIT OF SOLUTE MEASUREMENT

แยกเปน AMOUNT CONCENTRATION

1. g mg g/L mg/L mg/dl

2. mol (g/MW), mol/L = MOLARITY

mmol (mg/MW) mol/H2O 1 kg = MOLALITY

3. meq = mg x val eq/L = NORMALITY,NMW

4. osmol , mosmol osmol/L = OSMOLARITY

(g/MW) (mg/MW) osmol/Kg = OSMOLALITY

17

1 equivalent (eq) : amount of an ion that combines with or replaces 1 mol of H+

Ca++40 g ในนา 1kg = 1 molality = 1osmolality

สารจะทาปฏกรยากนพอด ถา equivalent เทากน

NaOH 40 g = 1 mol = 1 eq ___Ca++ 40 g = 1 mol = 2 eq

18

osmol, osmolality

สาร 1 osmol = 1 mol of a non-dissociable substance

= 6.02 x 10 23 PARTICLES

( Avogadro’s No. )

(1 mosmol = 6.02 x 10 20 particles)

UREA, DISSOC. PARTICLE 1 .’. 1 mmol = 1 mosmol

GLUCOSE “ “ 1 .’. 1 “ = 1 “

NaCl “ “ 2 .’. 1 “ = 2 “

CaCl2 “ “ 3 .’. 1 “ = 3 “

19

2. สาร 1 osmol ถาละลายในนา 22.4kg ท 0oC ให OP = 1 atm.

สาร 1 osmol 1 kg “ 22.4 atm

3. สาร 1 osmol = 1000 mosm ม freezing point = -1.86 oC

plasma osmolality (freezing point -0.53oC ) = 285 mosmol

osmol, osmolality

20

measurement of osmolality

normal plasma osmol = 285 ( 280-295) mosmol/Kgnormal urine osmol = 80-1200 “

วธวด osmolality ทนยมใช

FP ของ plasma =-0.53 oC ม osmol = 1000 x 0.53= 285 mosmol1.86

FP ปสสาวะตาสด -2.6 oC ม osmol = 1000 x 2.6= 1400 mosmol1.86

1. osmometer: ใชหลก freezing point (FP) depression

สาร 1 OSMOL = 1000 mosmol ม F P = -1.86 oC

21

2. measurement of osmolality by calculation

serum osmol = total dissolved particles/kg H2O

ไดจากคา = electrolytes + non-electrolytes= (cations + anions) + non-electrolytes= 2 x cations + non-electrolytes= 2(Na++ K+ + Ca++ + Mg++ ) + glu + BUN= 2(140 + 10) + 90x10 + 14x10

180 28คาจากการคานวณ = 300 + 10 = 310 mosmol/kg H2O

คาจรงจาก osmometer = 285 mosmol/kg H2O

.’. ทางปฏบตถอวา effective plasma osm = 2 Na+= 2x140

= 280 mosmol/kg H2O

p 785

MW of glucose MW of urea

เพมคาจากdl เปน L

22

ions ไมไดให OP ทงหมด เนองจาก

1. interionic effect เกดจากการท ions บาง

ตวรวมกบสารอน เชน lipid nucleoprot. prot.

2. ions ทกชนดไมไดแตกตว 100% การแตกตว

จะขนกบคา osmotic coefficeint ( OC )

เชน OC ของ NaCl = 0.93

.’. 1 mmol NaCl ให OP = 2 x 0.93= 1.86 mosmol

calculated osm สงกวา osm จรง เพราะ

23

regulation of fluid balance

24

regulation of fluid balance:จะควบคมพรอมกนทง

1. osmolality

2. volume

3. pH

:ขนกบ ratio of H2O & electrolytes ( Na+, K+)

: ดทคา ECF ซงขนกบ

total amount of Na+และ นาทรวมอยดวย

: ขนกบ plasma [H+]

25

เปรยบเทยบการควบคม osm & volumePDF หนา 12 ตาราหนา 786

*

*

>1-2% change

( เมอ>10-15% volume change )

effective cir. volumeplasma osm

H2O excretionthirst

Effect

renin-angiotensin-ald syssymp. N.natriuretic hormone(ANP)ADH, thirst

PG , kinin………………..

Effector

volume receptor อยท

carotid sinus, atriaaorta , great v. JGA

osmoreceptor ท

hypothalamus(antero- lateral)

Sensor

volume regulationosm regulation

Sense

ADH (SON, PVN)

thirst

∗ SON, PVN: supra optic & paraventricular nuclei; JGA: juxta glomerular apparatus

urine Na+ excretion

regulation of fluid balance

26

Effective circulating volume

(sensors)

thrist Osmolality (osmoreceptor)

ลดเกน 10-15% เพมเกน 1-2%

Sympathetic tone Atrial natriuretic peptide (ANP)

Renin-

angiotensin

aldosterone

ADH

heart rate

blood pressure

cardiac output

renin

nephron(proximal and distal)

distal nephron

distal nephron

( water reabsorptr)

urine Na excretion urine water excretion

JGA >1-2%

การควบคม osm & volume

24

27

Na BALANCE

intake 5-15 g/D 100 mmol/D

G-I tract EC 90% ICF 10%

ECF 50% bone 40%

เหงอ 25 mmol/D (ม Na 1/5-1/2 ของ bl.)

urineคมไดดทสดขบออก 100 mmol/D

feces5-10 mmol/D

. .. ... .

excess Na ขบ 50 % ใน 24 ชม.

ขบหมดใน 3-4 วน

25

Electrolyte balance: Na

28

สรปการขบ urine Na (ถาเพม ) ขนกบ

glomerular filtration rate เพม

aldosterone ลดลง

ANP / natriuretic h. เพม

prostaglandin & kinin เพม

urine Na (สวนใหญมาจาก GFR)excess Na ขบหมดใน 3-4 วน

Na BALANCEintake = output (สวนใหญขบทางปสสาวะ)

ไดจากอาหาร

*

Electrolyte balance: Na

29

Na+ 100%15000 mmol

65% (9000 mmol)

20-25%3000 mmol

10-12% (1400 mmol)

100 mmol

100 mmol/D in urine(<1% GFR ทงหมด)

ปรมาณการขบ และ ดด

กลบ Na ทางไต

การดดกลบ Na ทางไต

30

normal plasma Na 135-140 meq/L>150 = hypernatremia เนองจาก

: Na excess : ขาดนา* ขาดนา > เกลอ

pseudohyponatremia : เพราะม สารอนสงในเลอด glucose, protein,lipid

<130 = hyponatremia เนองจาก : ขาด Na (โรคไต, ทองเดน, ยา)

: นาเกน** เปนสาเหตทพบไดบอย ตองนกถงกอนเสมอ

สาเหตทคา Na ผดปกตElectrolyte imbalance: Na

31

lipidNa+ 125 mmol/L

Na+ 140 mmol/kg H2O

สาเหตอนทคา Na ผดปกต จากคา 135-140 mEq/Lpseudo or factitious hyponatremia คอภาวะทไดคา Na+ตาปลอม (ได<130 mEq/L)

คา Na ตาปลอม เนองจาก มสารอนทเพ มสงมากมาแทนทในนาใน plasma เช น

lipid, protein (Na ตา แต osmolality ไมเปลยน) และglucose, urea, mannitol (Na ตาและ osmolality เพม)

Electrolyte imbalance: Na

32

ตวอยางการ correct คา Na+ ในรายทม hyperglycemia

: ทก 100mg/dl ของ bl glucoseทสงจากคาปกต (แตไมเกน

400mg/dl) ตอง +1.6 mmol/L เพมจากคา Na+ทวดได

เชน bl glucose 800 mg/dl (คาปกต 100 mg/dl) ไดคา Na+

จาก lab 125 mmol/L

corrected Na+= 125 + 1.6 x 300/100 + 2.4 x 400/100

= 125 + 4.8 + 9.6 = 139.4 mmol/L

pseudohyponatremia จาก glucose

: สวนคาทเกน 400 mg/dl) ตอง +2.4 mmol/L ทก 100 mg/dl ทเพมเกน 400 mg/dl

33

****

.. .

K balanceintake

G-I tract

feces5-10

mmol/D

50-90 mmol/D

ECF 2 % ICF 98%

muscle red cell liver85% 7% 6%

sweat 0-10 mmol/DUrine 50-90 mmol/D

. .1

2

3

**

***

sweat 0-10 mmol/D

13

Electrolyte balance: K

34

การขบถาย K ม 3 ทาง :

aldosterone จะ การขบ K ทง 3 ทาง

1. ไต : สาคญทสด , ควบคมไดดทสด

2. ลาไส

3. ตอมเหงอ


35

ไต ควบคม 3 ions

เกยวพนกน

GFR 700 meq

REABS 90-95%

UR 90 meq

2Na+K+ H+

การขบ และการดดกลบ K+ ทางไต

(GFR 10%, tubular secrete 90%)

10-20%


36

K+ balance

intake = output ทางสาคญ

ไดจากอาหาร ทสาคญคอทางปสสาวะ

90% ของ urine K+

ขบโดย

tubular secretion


37

การขบ K+เพมทางไต : ขนกบ

1. aldosterone & plasma K+

2. urine flow

3. anion ทคกบ Na+ ใน tubular lumen

4. bl pH

5. K+ in tubular cell

35


38

ปจจยควบคมการขบ K+ เพมทางไต1. aldosterone และ plasma K+ ถาเพมขน มผลให

- เพมtubular Na+ reabsortion

ทาให tubular lumen เปน – มากขน สงเสรมการขบ K+ออกจาก tubular cell

- กระตน Na+-K+ ATPase

ชวยให Na+ทดดกลบเขามาใน cell (จากฤทธ aldosterone) ถกสงเขาในเลอด

ขน แลกกบ K+ ทเขา cellเพมขน จง ถกขบออกทาง lumen เพมขนดวย

- K+ channel (ดาน lumen) เพมขน

ทาใหชองทางผานเขา/ออกของ K+ มากขน

2.urine flow rate ถาเพม

จะชวยเจอจาง K+ ใน tubular lumen ทาให K+ ใน cell ซมออกงายขน

Na+

K+K+Na

+

H+

lumen cell blood

39

3. ประจ ลบ ใน tubular lumen เพมขน จาก

- tubular Na+ reabsorption เพม (ดขอ 1)- ม anions เพมเชน SO4

= , aceto-acetate , uric acid มผลทาใหขบ K+ ทางปสสาวะเพมขน

4. bl pH เพม (alkalosis)

- K+ shift เขา cell เพมขนเพอแลกกบขบ H+ออกมา

.’.เมอ cell ใน K+ เพม จงม tubular K+ excretion เพม

- กระตน Na+– K+ ATPase ทาให K+เขา cell เพมขนtubular K+ excretion เพมเชนกน

( ในภาวะ acidosis จะกลบกน )

ปจจยควบคมการขบ K+ เพมทางไต

40

tubular lumen cell blood

Na+

K+

H+

Na+

K+

K+

aldos.urine flowanionsalkalosistubular cell K+

alk hypo K+

(K+ shift เขา H+ออกจาก cell)

H+

K+

ความสมพนธของ hyper-K+/ hypo-K+กบ acidosis/ alkalosis

ปจจยททาใหมการขบ K+ เพมขนทางปสสาวะ

สรป: ภาวะ alkalosis สงเสรมใหม hypo-K, acidosis สงเสรม hyper-K

(เพราะถาม K+ มากใน cell ทาให tubular cell ขบ K+>H+ ทาใหเกด acidosis ไดงาย กลบกนในภาวะ K+ตา cell จะขบ H+> K+ ทาใหเกด alkalosis ไดงาย)

และ hypo-K สงเสรมใหเกด alkalosis, hyper-K สงเสรมใหเกด acidosis

41

paradoxical aciduria

metabolic alkalosis รวมกบ hypo K แตม acid urine pH

: เมอม K+ ตามาก ไตตอง

ขบ H+ เพมแทน เพอดดกลบ

Na+คงเดม จงทาให urine

PH เปนกรด แมม metabolic alkalosis

K+ Na+H+12 3

: คอภาวะทม

ตวอยางคาทได : blood pH 7.5, plasma K+2 meq/L, urine pH 5

(1) (2) (3)

Electrolyte imbalance: K

42

normal plasma K+ 3.5-5.5 meq/L: ภาวะทคาผดปกต

< 3 hypokalemia1.ตาจรง (deplete)• ทองเดน,อาเจยน, fistula

• โรคไต /ไดรบยาขบปสสาวะ

• hyperaldosteronism

อาการของ K+ ตา• muscle weakness, ทองอด

• hrt arrhythmia

• tetany

> 5.5 hyperkalemia1.สงจรง• ไตวาย , ไดรบ K เพม

• ยากดการขบ K

• hypoaldosteronism

อาการของ K+ สง• arrhythmia รนแรง คา >7.5-8 ตาย * metabolic emergency


43

normal plasma K+ 3.5-5.5 meq/L: ภาวะทคาผดปกต< 3 hypokalemia

2. คาในเลอด ตา เนองจาก

plasma K+ shift เขามาใน cell

• alkalosis

• insulin injection

> 5.5 hyperkalemia2. คาในเลอด สง เนองจาก

K+ใน cell shift ออกมาใน plasma

• acidosis• ได adrenalin• crush injury

แต total K+คงเดม สาเหตจาก

3. false hyperkalemia

(คา K+ จรงในเลอดปกต) สาเหตจาก

: รดแขนขณะเจาะเลอดนาน : เลอดทม rbc แตก

แต total K +คงเดม สาเหตจาก

3.false/pseudohypokalemiaพบนอย ไมใครสาคญทางคลนก


44

water and electrolyte imbalance

45

การวนจฉยภาวะทมการเปลยนแปลงของ

ดลนา & electrolyte โดย

1. บอกภาวะ ไดจากประวตวาม loss / gain of fluid

1.1 ภาวะทม ECF ลดลง เรยก contraction (dehydration)

1.2 ภาวะทม ECF เพม เรยก expansion

water and electrolyte imbalance: วนจฉย

46

2. บอกชนด ของแตละภาวะใหดทสดสวนของ นา & เกลอ ในECF

2.1 ถามเกลอ = นา เรยก isotonic

contraction expansion

2.2 ถามเกลอ > นา เรยก hypertonic


2.3 ถามเกลอ < นา เรยก hypotonic


สรปการเปลยนแปลงของดลนา, electrolyte มได 6 ชนด

water and electrolyte imbalance: วนจฉยชนด

47

การเรยกชนดของสารนาทเขาสรางกาย

ใหคดเทยบ osm ของสารนานนกบ plasma osm

ถาสารนาม osm = plasma osm จดเปน isotonic solution

ถานอยกวา จดเปน hypotonic solution

ถามากกวา จดเปน hypertonic solution

5%glu และ 0.85% NaCl (NSS) จดเปน isotonic solution

(5%glu เมอ metabolize หมดจดเปน hypotonic solution)

48

สาเหตสาคญของการเปลยนแปลงดลนา & electrolyte

-ทองเดน, fistulaลาไส (อนๆ)4.“ลาไส (สวนตน)3.

(นาทะเล, เบยร,...)suctionกระเพาะ2.

ดมอาเจยนปาก1.gainlossroute

p808

นาทะเล (osm 450 mosm/l ) >plasma osm 285 mosm/l ราว 1.5 เทา-หายใจหอบปอด8.

-เหงอ ,ไขสงskin7.

โรคไต (ปสสาวะลด)ยากดหนาทของไต

โรคไต (ปสสาวะเพม) ยาขบปสสาวะ

ไต6.

ใหเลอด ,fluid…bleedBLOOD5.


49

fluid replacement

ใหเมอไร ….. เมอ volume loss มากกวา 10%

แกไขอะไร ….. volume loss , osm , pH

ถาให จะใหสารนาชนดใด ….. ชนดทเมอใหแลว

volume, osm, pH กลบมาใกลเคยงปกต


50

wrong treatment : อาจจะทาใหเกด

hypertonic plasma expansion: volume load

heart failure , cell dehydrate

hypotonic plasma expansion : cell edemawater intoxication (brain edema)

เกดอาการชก .....หมดสต ..... ตาย


51

acid – base balance

acid = proton donorbase = proton acceptor

HA H+ + A-

ความเปนกรด หรอ ดางวดท [H+]นากลนม [H+] = 0.000,000,1 = 10 -7 mol/L pH=7

HCl ม [H+] = 0.01 = 10 -2 mol/L pH=2

เลอดปกตม[H+] = 0.000,000,04 = 4 x10 -8 mol/L= 40 x10 -9 = 40 nmol /L pH=7.4

“Bronsted”

52

ตวแปรของคา pH

I คา pH 1 ( pH = log 1 )

[H+] [H+]

pH < 7.35 = acidosis

pH > 7.45 = alkalosisรางกายทนไดท pH 6.9 – 7.7 ( H+ = 125 –20 nmol/l)

นอก range น incompatible with lifeacidosis ภาวะทมกรดคง

acidemia ภาวะทมกรดคงและ bl pH ลดตาลง

alkalosis ภาวะดางalkalemia ภาวะดางและ bl pH สงกวาปกต

53

HA H+ + A-

K = [H+] [A-](dissociation constant) HA

[H+] = K [HA] .’. log H+ = log K + log HAA- A-

II pH = pK + log [A-]HA

= 6.1 + log [HCO3-]

H2CO3= 6.8 + log [HPO4

=]H2PO4

-

Henderson-Hasselbalch Equation


54

.’. pH [HCO3-]

pCO2

0.03 = solubility constant of pCO2 in plasma

และ ‘.’ H2CO3 = pCO2 x 0.03คาจรง HCO3

- = 27 , H2CO3 = 1.35

H2CO3

HCO3- = 20 ( anti log 1.3 = 20 )

H2CO3

log HCO3-= 7.4 - 6.1 = 1.3

H2CO3

.’. 7.4 = 6.1 + log [HCO3-]

เชน blood pH = 7.4


III

55

daily H+ balance mmol/D

lung 15,000

kidney 50 - 100

(TA 40% , NH4+ 60% )

1. volatile acidCO2 (metab) 15,000

2. non-volatile acidH2SO4 . H3PO4

organic acid(lactic , pyruvic , uric)

OutputInput

=H2PO4-

50-100

56

กลไกควบคม pH ใหคงท

pH change(เชน H+ load)

EC bufferingIC buffering

respiratoryresponse

renal response

coordination of regulations

(ทนท)(2-4 hrs) (hrs- days)

(min– hr)

57

กลไกควบคม pH ใหคงท โดย1 chemical buffering mechanism

% in blood สาคญใน

bicarbonate HCO3-/H2CO3 65 ECF

phosphate HPO4=/H2PO4

- 1 ICF ,ไต

hemoglobin Hb-/HHb 29 RBC

protein Prot-/HProt 5 plasma, tissue

2. biological buffering mechanismเกดใน cell & tissue : โดย cation exchangeNa+ K+ Cl- Ca2+ (Ca2+ จาก bone ใชในภาวะกรดเรอรง)

58

3. physiological buffering mechanism

3.2 renal regulation : completeHPO4

= H2PO4= (TA)

H+ excretionNH3 NH4

+

HCO3- reabsorption

กลไกควบคม pH ใหคงท โดย

3.1 respiratory buffering mechanismH+ + HCO3

- H2CO3 CO2 + H2Oขบออกทางปอด

59

1. chemical buffering mechanism

60

buffer pair = H+ acceptorH+ donor

HCO3- , HPO4

= , Hb- , PROT-

H2CO3 H2PO4- HHb HPROT

คาปกตในเลอด 20:1 4:1

isohydric principleIf [H+] is altered, the acid/base ratio

of all buffers in the solution is affected.

“Bronsted”


61

การประยกตทางคลนกตามหลกของ isohydric principle

1. change in any buffer is adequate to

predict the change of other buffers.

2. clinical acid-base status is expressed in

HCO3-/CO2 system (principal ECF-buffer)

pH HCO3-

pCO2


62

ทสาคญ ม 4 ค

1.1 HCO3-/H2CO3 คาปกต = 20 : 1

เปน BUFFER สาคญทสด เพราะ

– มปรมาณมากสด ในเลอด

– ประสทธภาพดทสด

‘.’ H2CO3 CO2 ขบทงทางปอดไดตลอดเวลา

H2CO3 HCO3- ใหเซลลตลอดเวลา

( ถาม CO2 & carbonic anhydrase )

1.2 HPO4=/H2PO4

- คาปกต = 5 : 1


63

1.3 Hbimidazole group of his ทยดกบ Fe++

เปนตวจบ /ปลอย H+

‘.’ pK = 6.1 ใกลกบ bl pH มากกวา AA อนๆ

CH2NH2

COOH

CH

H2N+

NH+H+

NI

Fe++

O2histidinepK 6.1

Hb- เปน buffer ดกวา HbO2-

HHb HHbO2

Fe

his

O2

(1mmol จบ CO2=0.3 mmol)

(1mmol จบ

CO2=0.1mmol)

1. chemical buffering mechanismPDF file p. 28 ตารา p. 814

64

1.4 protein

1 g protein binds 0.110 mEq of H+

1 g HbO2 binds 0.183 “ “ “

blood 100 ml ม protein 7 g binds 0.77 meq of H+

blood 100 ml ม Hb 15 g binds 2.745 meq of H+

Hb & protein สาคญตอ ICF buffer(3.6 เทา)


65

• 2. biological buffering mechanism

66

2. biological buffering mechanism

กลไกนใชเวลา ราว 2-4 ชม

-โดยใช ions exchange : Cl-, K+, Ca++, Na+

ชวยทาหนาททง ในภาวะ acute และ chronic

- เกด ions diffusion into cells

- สวนใหญเกดท muscle cells & bone

IC buffer : กาจดราว 60% of excess [H+]

67

2.1 ion exchange in acute acidosis

organic HPO4=

protein-

H+

Na+

K+

H+

Na+

K+K+

HCO3-

H2CO3acute acidosis

blood

p819

cell


ภาวะ acidosis: protein- และ HPO4=ใน cell จะชวยรบ H+เขามาไดเปน

H.protein และ H2PO4- โดยแลกใหNa+, K+ออกมา เพอใหประจคงเดม

68

2.2 ion exchange in acute alkalosis

H2PO4-

H.protein

H+

protein-

H+H+

Na+ K+

K+

acute alkalosis

blood

HPO4=

cell


ภาวะ alkalosis: H.protein และ H2PO4-ใน cell จะชวยขบ H+ออกมาและ

กลายเปน protein-และ HPO4=โดยแลกใหNa+, K+เขามาเพอใหประจคงเดม

69

2.3 ion exchange in chronic acidosis

3Ca++ + 2H2PO4- + 4A-

Ca3(PO4)2 + 4HA H+chronic acidosisblood

bone

3Ca++

demineralization in chronic acidosis


ภาวะกรดเรอรง กระดกจะสลาย Ca++ออกมาแลกกบ H+ ดงสมการ (โดยมกรดออน= HA อยดวย, A- ไดแก HCO3

-, HPO4- เปนตน) การ bufferดงนถา

เกดเปนเวลานาน จะทาใหผปวยม bone pain กระดกบาง และหกงาย

70

3.1 respiratory mechanism

เปน rapid response (ใชเวลา เปนนาท )

ถาผดปกต จะมอาการรวดเรวดวย ตวอยางเชน

respiratory failure 20 นาท มผลทาใหไดคา

blood pH 7.03 ( คาปกต 7.35-7.45), pCO2 110 mmHg

( คาปกต 40 mmHg )

3. physiological buffering mechanism

71

การหายใจถกควบคมโดย1. chemoreceptor : ท

- aortic body- carotid body- medulla (คนละสวนกบ Respiratory Center)

2. Respiratory Center: ท medulla

ทง 1 และ 2 จะถกกระตนเมอม

pCO2 pO2 blood pHทาใหเกด hyperventilation และ washed out CO2ออกไป

3.1 respiratory mechanism

ทงนการควบคมทง 2 จะทาไดด เมอปอด และ ทางเดนอากาศปกต

72

3.2 renal regulationเปนกลไกสาคญทสด และชดเชยกลไกอนๆไดหมด

แตใชเวลาเปน ชม. จนถง หลายๆวน

ไตควบคม pH โดย

1. ดดกลบ HCO3- จากนากรองท

proximal tubule ได equivalent HCO3- ( HCO3

- trapping)

distal tubule ได regenerate HCO3- โดยแลกกบการขบ

titratable acidity/TA & NH4+

2. ขบ H+

proximal tubule : โดยแลกกบ HCO3- reabsorption

distal tubule : ในรป titratable acidity/TA & NH4+

73

1. 90% เกดท proximal tubule (ทเหลอเกดในทอนๆ)

2. เปน HCO3- trapping

HCO3- ทtrap ทงหมดน tubular cell สรางขนเองในcell (โดยใช carbonic

anhydrase เรงปฎกรยาให CO2+H2O เปน H2CO3 และได HCO3- ตอมา) โด

เทากบ HCO3- ทมในt. fluid แลวดดกลบหมดเพอไมให HCO3

- ใน นากรอง

ปสสาวะ)3. ได Na+ กลบ , และ ขบ H+ ออกดวย

reabsorption of filtered HCO3-

carbonic anhydrase inhibitor: ยาขบปสสาวะน ออกฤทธท proximal tubule ถง

80% โดย กดการดดกลบ HCO3- และ Na+ มผลใหขบ urine Na+, K+, HCO3

-

และ H2O เพม แตมขอเสย ถาไดยานตดตอกนนาน อาจเกด met acidosis ได

3.2 renal regulation

74

reabsorption of filtered HCO3-

proximal tubular cellblood

( lumen )T. filtrate

Na+

HCO3-

H2CO3

CO2 H2O

H+ + HCO3-

H2CO3

H2O CO2

HCO3-

Na+CA

CA

CACA

+CA

*

ไดequivalent HCO3

3.2 renal regulation

CA = carbonic anhydrase

75

distal tubule1. HCO3

- regenerationรวมกบการขบ TA , NH4

+

2. การขบ K+

3.2 renal regulation: ท distal tubule ได

76

- tubular cell สราง new/regenerated HCO3 (โดยใช carbonic anhydrase เรงปฎกรยา CO2+H2O เปน H2CO3 และไดเปน HCO3

-) เพอชดเชยกบ HCO3-ทใช bufferไปในทตางๆ

- การดดกลบ HCO3-น ตองใช PO4 buffer (จาก GFR) และ

NH3 (ท สลายจาก gln ใน t. cell โดย glutaminase) เพอรบ H+ ทขบจาก t. cell รวมเปน TA และ NH4 ขบออกทางปสสาวะ

- regenerated HCO3 ทสรางจากน จะถกดดกลบเขาในเลอดพรอมกบ Na+

1.ได new HCO3- เพอทดแทนทใชไปในการ buffer H+

2. ขบ H+ ออกในรป TA, NH4+

3. ดดกลบ Na+ จาก GFR เพอรกษา ECF volume

3.2 renal regulation: distal tubule (รป2 slides ถดไป)

สรป การทาหนาท

77DISTAL TUBULE CELL

BLOODT. FILTRATE

Na2HPO4

NaHPO4-

NaH2PO4

HCO3-

H2O

H+ + HCO3-

H2CO3

urine

CO2NaKHPO4

Na+

K+ regenerate

CA

+

K+

Na+

+

pH 7.4

5 HPO4=

TA =

1 H2PO4-

CO2

3.2 Renal regulation : distal tubuleHCO3- regeneration (ขบTA)

1 HPO4=

5 H2PO4-

PDF p. 34 ตารา P. 823

78distal tubular cell

BLOODT. FILTRATE

NaCl

Cl-

glu

HCO3-

H+

H2CO3

urineHCO3

-NH3

H+

Na+

gln

NH3+

+

K+

Na+

pH 6

NH4Cl

CO2 + H2O

HCO3- regeneration (NH4

+)3.2 Renal regulation : distal tubule

79

gln NH4+

NH3

NH4+

Na+

Cl-NH4

+

NH3+H+ NH4

+

H+

H+

12

3

4

steps of NH3 secretion(Arief ’95)

1. secrete into prox convoluted t.

gln NH4+

2. active NH4+

reabsorbed in the thick ascending limb

interstitium

3. pH change : (increased pH)

NH4+ NH3 + H+

4. NH3 diffuses into distal & prox.T.

(distal > prox)และ sectrete H+ NH4

+ in urine

glutaminase

Renal NH4+ production

80

acidosis 3-4 D

C acid load Days

NH4+ 30-50

TA 20-50

ในภาวะปกต กรดทขบออกทางปสสาวะ60% NH4

+

40% TA

ภาวะ acidosis ถาไตด คา NH4+ จะขบ เรอยๆแตคา TA ขบเพมไดจากด

net renal H excret = TA + NH4+ – HCO3

- loss (ทาง urine )

= 70 mmol/D35 + 40 - 5

TA,NH4

( mmol/D)

การขบ TA NH4+ ท distal tubule

81

Tubular cellBloodlumen

H+ + HCO3-

H2CO3

H2O CO2

HCO3-

+

CA

net renal H+ excretion = TA + NH4+ – HCO3

- loss

ในรป TA + NH4+

เมอถกกรองออกมา

tubule cell จะดดกลบหมด แตถาม urine loss จะเทากบม H

+added

ในรางกาย

3.2 สรป Renal regulation

ได new HCO3-

เพอ replace ทถก

ใชไปในการ

buffer H+ทเกด

ในแตละวน

82

clinical findings in chronic renal failure: ทพบได เชน

1. acidosis : จาก impaired H+ excretion และ

impaired HCO3- reabsorption,

และอาจม hyper- K รวมดวย

2. anemia : ขาด erythropoietin

3. hypocalcemia : ขาด active form of Vit D3 (ทสรางทไต)

ทาให total calcium ตา แต Ca++ ไมตาเพราะภาวะ acidosis

ทาใหแคลเซยมอยในสภาพ Ca++ เพมขน

4. กระดกเปราะบาง : ขาด active form of Vit D3 และมการสลาย Ca

จากกระดก(demineralization) เพมขน เพอชวยแกไขภาวะ acidosis

83

acid-base disturbances

acidosis : metabolic/respiratoryalkalosis : metabolic/respiratory mixed disorder

หลกการวนจฉยpH HCO3

- ( N = 25 mEq ) pCO2 ( N = 40 mmHg )

1. ดคา pH วาเปน acidosis / alkalosis2. ดคา HCO3

-(ซงบงถง metabolic)และ pCO2 (ซงบงถง respiratory)จะแสดงวาคานนเปน primary disturbanceแลวอกคาจะเปน compensatory response

คา 10 ถาผดปกตไปแลวกลไกนนจะชดเชยตนเองไมได

ตองใช compensatory (20)response เสมอ

7.0

10

20

วาคาใดผดปกตตามคา pH

84

acid-base disturbances

acidosis : metabolic/respiratoryalkalosis : metabolic/respiratory mixed disorder

หลกการวนจฉยpH HCO3

- ( N = 25 mEq ) pCO2 ( N = 40 mmHg )

1. ดคา pH วาเปน acidosis / alkalosis2. ดคา HCO3

-(ซงบงถง metabolic)และ pCO2 (ซงบงถง respiratory)จะแสดงวาคานนเปน primary disturbanceแลวอกคาจะเปน compensatory response

คา 10 ถาผดปกตไปแลวกลไกนนจะชดเชยตนเองไมได

ตองใช compensatory (20)response เสมอ

7.0

40

60

วาคาใดผดปกตตามคา pH

85

respiratory metabolicacidosis

pH

<7.35alkalosis

pH

>7.45

HCO3-

pCO2

HCO3-

pCO2

HCO3-

pCO2

HCO3-

pCO2

ตวอยางความ

ผดปกตชนดตางๆ

คาปกต HCO3- 25 meq/L,pCO2 40 mmHg

pH 7.0 7.1

20

pH 7.5 42

50

*

**

*

1 2

3 4

2+3 : ทองเดน+ไดยากระตนการหายใจ pH 7.45, 13/20 (HCO3/pCO2)1+4 : โรคถงลมโปงพอง+กนยาลดกรด pH 7.4, 36/601+2 : ทองเดน+ปอดอกเสบ pH 6.92, 15/50

ตวอยาง mixed disorders

86

คาบงชวาม mixed acid-base disorders

1. pH ใกลคาปกต แตคา HCO3- และ pCO2 ผดปกตมาก

โดยททง 2 คา อาจนอยมาก หรอสงมาก กได

2. pH ผดปกตมาก แต HCO3- และ pCO2 ใกลคาปกต

87

3. mixed disorders : มความผดปกตของ metabolism

มากกวา 2 ชนดขนไป ตวอยางเชน

1. met ac & resp alk : bl pH ปกต

แต pCO2 & HCO3- ตาผดปกตมาก

2. met alk & resp ac : bl pH ปกต

แต pCO2 & HCO3- สงผดปกตมาก

3. met ac & resp ac : bl pH ตามากๆ

แต pCO2 & HCO3- เปลยนไมมาก

4. met alk & resp alk : bl pH สงมากๆ

แต pCO2 & HCO3- เปลยนไมมาก

7.45 : 1320

7.40 : 3660

6.92 : 1550

7.51 : 3841

HCO3 pCO2

88

met a.: predicted pCO2 = (1.5 x HCO3-)+(6-10),แตตองไมตากวา 12-15

met alk.: predicted pCO2= (0.7 x HCO3-)+(18-22),แตตองไมเกน 55

acute resp a : pCO2 เพมขน 10 mmHg จะทาให HCO3 เพม 1 meq/L but not > 30

(เพม 3.5 meq/Lin chronic a meq/L..but not > 45

acute resp alk : pCO2 ลดลง 10 mmHg จะทาให HCO3 ลด 2 meq/L..but not <18

(ลด 4-5 meq/L in chronic alk)..but not < 12-15

predicted pCO2 in metabolic disturbances (Winter’s formular) and predicted HCO3 in respiratory disturbances (คาปก

ของ HCO3- 25 meq/L pCO2 40 mmHg)

89

met a. pH 7

resp a. pH 7

HCO3- 7

pCO2 20

HCO3- 30

pCO2 60

HCO3- 7

pCO2 60ปรบ

1550 pH 6.9ถารวมกน mixed disorder

*

**

*

ตวอยางการคานวณ เพอแยกชนด ของ acid-base disorders

predicted pCO2 =(1 5 x 1 . 5)+ 8 = 30. 5, แตได pCO2 = 50 แสดงวาม resp acidosis ดวย

90

7.0 7.2 7.4 7.6 7.8

100 80 70 60 50 40 30 20 10[H+] nM /L

[HCO3-]

mEq/L

pH,HCO3 change in acidosis & alkalosis

15

20

25

30

35

10

resp ac

normal

resp alk*

*

*

*

& * mixed disorders

pH

91

Normal values from blood gas analysisคาปกต ในเลอดแดง ในเลอดดา

1. pH 7.4 7.37

2. pCO2 40 463. H2CO3 (mmol/L) 1.2 1.354. HCO3

- (mmol/L) 24 26

5. HCO3- :H2CO3 20:1 20:1

6. Buffer base (mmol/L) 50-70 -

7. Base excess (mmol/L) 0(+2.3) -

8. pO2 (mmHg) 100 409. O2 saturation (%) 97 40-70

(ปรบ O2 เตมทและ pCO2 = 40)

(HCO3 + prot)

(คา+ : alk, คา- : acid)

*

*

*

*

92

สาเหตของ acidosis – alkalosis ชนดตางๆ

93

metabolic acidosis [HCO3-]

เปนชนดทพบไดบอยทสด

เกดจากการเปลยนแปลงของ metab ทาใหเกดภาวะกรด สาเหตสาคญ 2 ประการ1. retention of H+

1.1 endogenous H+

ไตวาย : SO4= ,PO4

-

ketosis : ketone bodiesanoxia : lactic acidhyper– K

1.2 exogenous H+

ไดรบพษจาก : salicylate , formate , oxalate2. loss of HCO3

-

ไตวาย, ทองเดน, bowel fistula

=

94

Anion gap (AG)คอคาความแตกตางระหวาง plasma cation และ anion ทสามารถตรวจวดได ชวยในการวนจฉย และรกษา ภาวะ acid-base disturbance

หลกการ : คา plasma “total cations = total anions ” นนคอ

unmeasured cation (UC) unmeasured anion (UA) + measured cation (MC) = + measured anion (MA)

MC – MA = anion gap (= UA – UC)

MC : ใชคา Na+ (140 meq/l) [สวน UC เปน Mg2+, Ca2+]

K+ สวนมากเปน intracellular cation ในทางปฏบตจงไมนามาคานวณ

MA : ใชคา Cl-+ HCO3-(102+ 26 meq/l)

[UA เปน proteins, PO43- และorganic anion อนๆ]

ดงนน anion gap = Na+- (Cl-+HCO3-) = 140 – (102+26) = 12 meq/l

คาปกต ไมเกน 8-12 meq/l

Cl-

Na+

HCO3-

UA UC

MA MC

metabolic acidosis

95

โดยทวไปใน met acidosis คา anion gap จะเพมขน (รป 1)

แตอาจปกตใน hyperchloremic met acidosis ดงรป (รป 2)

Normal hyperchloremic met acidosisมการเสย HCO-

3

ออกไป ไตจงดดกลบ Cl- เพมขนทาให AG มคาคงเดม

wide AG met acidosis

เกดจากการเพม UA เพราะมกรดคงเชนlactate, ketones รวมกบ HCO-

3 ลดลง

Anion gap (AG)

Cl-Cl-*

Na+Na+HCO3

-

HCO3-

UA*UA

Cl-

Na+

HCO3-

UAUC UCUC

2 1

metabolic acidosis

96

metabolic alkalosis

สาเหต

• ไดดางเกน : เชนได NaHCO3 , milk alkaline syndrome

• เสยกรดเกลอมากๆ : อาเจยนรนแรง

• HYPO-K

• aldosteronism (K ) , Cushing syndrome (K )

97

respiratory acidosis ( pCO2 )

สาเหตเกดจาก : hypoventilation

1. การกด RC เชน : ยาบางชนด, brain tumor,

CVA, โรคของเนอสมอง

2. การอดกนทางเดนของลมหายใจ

3. พยาธสภาพในปอด เชน : โรคหด, ปอดอกเสบ, โรคถงลมพอง..........

98

respiratory alkalosis pCO2

สาเหตจาก : hyperventilation เชน

1. hyperventilation syndrome

2. Respiratory Center ถกกระตน จาก :

ยา , SALICYLATE,

พยาธในสมอง ,ไขสง,

ภาวะขาด O2 เปนตน

99

สรป สาเหตหลกของการการเกด acidosis-alkalosis1. metabolic acidosis : มการเปลยนแปลงของ metabolism

ทาใหม H+ คง,

หรอเสย HCO3-

2. metabolic alkalosis : มการเปลยนแปลงของ metabolism

ทาใหม HCO3-คง,

หรอเสย H+

3. respiratory acidosis : ระบบการหายใจผดปกต

ทาใหม pCO2 คง

4. respiratory alkalosis : ระบบการหายใจผดปกต

ทาใหม pCO2ขบมากเกนไป

100

creatinine clearance (CCr )

ประโยชน - ใชบอกหนาทของ glomerulolar function ไดไวกวา คา plasma creatinine หรอ urea เดยวๆ

- ใชประกอบการคานวณ dose ยาในผปวยทไตเสอมหนาท - เพอหา คา GFR

การแปลผล : เชน หาคา CCrได 50ml/min/m2 จะบอก

ไดวา glomerulolar function ลดลงไปเหลอ 50% ในขณะทคา plasma creatinine ,และ urea อาจปกต

ถาไมเกบปสสาวะ 24 ชม. อาจใชคานวณ CCr (ในชาย) ไดจากสตร ดงน

CCr (ml/min/1.73 m2)= [ 140- อาย (ป) ] X BW (kg)serum creatinine X 72

(ในหญ ง ต อง X คาทได ด วย 0.85)คาปกต 70 - 130 ml/min (หรอประมาณ 100)ชาย = 85-125 , หญง = 75-115 ml/min/m2

creatinine clearance, CCr คอ อตราการชาระ creatinine ซงมคา = GFR(ml ของเลอดทพา creatinine มาขบทงทางปสสาวะใน 1 นาท)

101

Imagination is more important

than knowledge.

Knowledge is limited.

Imagination encircles the world.

“ Albert Einstein”

water, electrolyte, acid-base · pdf fileelectrolyte concentration. regulation of fluid...

Documents