CLINICAL APPROACH TO ACID-BASE DISORDERS Metin Kapan, M.D. Professor of General Surgery Cerrahpasa School of Medicine Department of General Surgery Division of Hepatopancreatobiliary Surgery

CASE #1 A 22-year-old woman was brought to the emergency department with complaints of dizziness, fatigue, frequent urination and increased sensation of thirst.

Any comments about the diagnosis ? CASE #1 PHYSICAL EXAMINATION The patient was lethargic Skin turgor was decreased Blood pressure: 90/60 mm Hg Pulse rate: 110/min Respiration rate: 28/min Temperature: 370C Any comments about the diagnosis ?

What is the acid-base disorder ? CASE #1 LABORATORY FINDINGS Glucose: 420 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.3 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 20 mm Hg HCO3: 8 mEq/L pH: 7.22 Na: 130 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 98 mEq/L What is the acid-base disorder ?

pH = - log [H+] pH = - log [H+] [H+] in arterial blood = 35-45 nEq/L Hidrogen ion concentration is one millionth of other electrolytes pH = - log [H+] Eq/L Asit-baz dengesi, hidrojen iyonu (H+) konsantrasyonu dengesidir. Hidrojen atomu (H) merkezde bir proton ve çevresindeki bir elektrondan oluşur; hidrojen iyonu (H+) ise, elektronunu kaybettiği için, sadece protondan ibarettir. Hidrojen iyonunun yüksek bağlanma yeteneği vardır; o nedenle vücut sıvılarında pratik olarak serbest halde bulunmaz; su (H2O)’ya bağlanır ve hidronium (H3O+) iyonu şeklinde dolaşır. Fakat, anlamayı kolaylaştırmak için, asit-baz dengesinde hidrojen iyonu serbest imiş gibi kabul edilir. Normalde ekstraselüler sıvıdaki H+ konsantrasyonu ([H+]) yaklaşık 40 nanomol/L (veya nanoEq/L)’dir (nanomol = 10-6 mmol). Diğer bir deyişle, H+ konsantrasyonu, Na+, K+, Cl- ve HCO3- gibi diğer elektrolitlerin kabaca milyonda biri kadar düşüktür. Vücut sıvılarında çok az miktarda bulunmasına rağmen, hidrojen iyonlarının o kadar yüksek reaktiviteleri vardır ki, konsantrasyonlarındaki çok küçük değişiklikler bile enzimatik reaksiyonları ve fizyolojik olayları etkiler. Bu nedenle ekstraselüler [H+] çok dar sınırlar içinde tutulmalıdır. Yaşamın mümkün olabildiği en düşük [H+] 16 nmol/L (pH=7.8), en yüksek konsantrasyon ise 160 nmol/L (pH=6.8)’dir. pH [p (power) of H+], bir solüsyonun hidrojen iyon yoğunluğunu anlatabilmek için kullanılan bir terimdir ve her litre solüsyon için mol cinsinden, hidrojen iyon konsantrasyonunun negatif logaritmasının sembolüdür (pH = -log[H+]). pH ile [H+] arasında ters bir ilişki vardır. pH’nın 7.2 ile 7.5 arasında olduğu durumlarda, her 0.1’lik pH oynaması için H+ konsantrasyonunda kabaca 10 nmol/L’lik bir artış veya azalma olur. Pratik olarak, [80 – (pH’nın son iki rakamı)] formülü de kullanılır. Örneğin, pH 7.32 ise H+ konsantrasyonu (80-32) yaklaşık olarak 48 nmol/L’dir. -log [35x10-9] = 7.45 -log [40x10-9] = 7.40 -log [45x10-9] = 7.35 pH = 7.35 – 7.45

Henderson Equation PCO2 [HCO3] [H+] = K Henderson denkleminde, dissosiasyon sabitesi olan K’nin değeri 24’dür. Diğer parametrelerin normal değerlerini (PCO2 = 40 mmHg ve HCO3- = 24 mEq/L) formüle koyacak olursak, H+ konsantrasyonunun normal değeri olan 40 nEq/L’yi bulmak mümkündür. Formülün sağ tarafındaki PCO2 veya HCO3- düzeyinden birinde artma veya azalma olursa, kompansasyon için diğerinde de aynı yönde artma veya azalma olur. Burada organizmanın amacı PCO2/HCO3- oranını mümkün olduğu kadar dengede tutmak ve bu sayede kandaki H+ konsantrasyonunu sabit tutmaktır. Asit-baz bozukluklarının tanınması için çoğu kez arter kanı örneği kullanılır çünkü bu şekilde aynı zamanda arteriyel oksijenizasyonu da anlamak mümkündür. Buna karşılık, venöz kanı elde etmek daha kolaydır. Hastadan arter kanının alınamadığı durumlarda, venöz kan örneğinden de asit-baz bozukluğu olup olmadığı anlaşılabilir. Venöz kanda, arteriyel kana göre PCO2 5-7 mmHg daha yüksek, HCO3- düzeyi 1-3 mEq/L daha düşük ve pH ise 0.03-0.05 daha düşüktür.

Henderson Equation PCO2 [HCO3] [H+] = K ARTERIAL BLOOD [H+] = 35 – 45 nEq/L pH = 7.35 – 7.45 PCO2 = 35 – 45 mm Hg [HCO3-]= 22-26 mEq/L

Can we interprete the acid-base status CASE #1 LABORATORY FINDINGS Glucose: 420 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.3 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 20 mm Hg HCO3: 8 mEq/L pH: 7.22 Na: 130 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 98 mEq/L Can we interprete the acid-base status by the venous blood gas ?

ACIDEMIA NORMAL ALKALEMIA 7.35 7.45 Metabolic Acidosis Metabolic Alkalosis Respiratory Acidosis Respiratory Alkalosis ASİT-BAZ DENGESİNİN SAĞLANMASI Hücresel metabolik olaylar sonucunda sürekli olarak asit özellikte maddeler ortaya çıkmaktadır. Vücutta oluşan asitler 2 ana gruba ayrılır: 1. Volatil (uçucu) asitler: Karbon dioksite dönüşebilen asitlerdir. Sağlıklı bir insanda günde 20,000 mmol CO2 açığa çıkar. Bu, karbonhidratların ve yağların yanması sonucunda oluşur. Açığa çıkan CO2 eritrositler tarafından tamponlanır ve akciğerlere taşınarak solunum yoluyla atılır. 2. Nonvolatil (uçucu özelliği olmayan) veya fikse asitler: Karbon dioksite dönüşemeyen asitlerdir. Normal metabolizma sonucunda günde 50-100 mEq (1-1.5 mEq/kg) nonvolatil asit oluşur. Nonvolatil asit üretimi için ana kaynak sülfür içeren sistin ve metiyonin gibi amino asitlerin yanması ile ortaya çıkan sülfürik asittir. Ayrıca fosfolipid ve fosfoproteinlerin yıkılması sonucunda açığa çıkan fosforik asit, nükleoproteinlerin yıkılması sonucunda açığa çıkan nükleik asit, karbonhidrat ve yağ asitlerinin inkomplet yanması sonucunda açığa çıkan laktik asit ve ketoasitler de bu grup asitlere örnektir. Metabolizma sonucunda sürekli olarak H+ oluştuğu halde, normalde pH 7.35-7.45 gibi çok dar sınırlar içinde tutulur. Bunu sağlayan başlıca 3 mekanizma vardır: (1) Kimyasal tampon sistemi, (2) Akciğerler sayesinde CO2 atılımının kontrolu, (3) Böbreklerin HCO3- reabsorpsiyonu ve sentezi. BASİT ASİT-BAZ BOZUKLUKLARI Plazma HCO3- veya PCO2 düzeyindeki degişiklikler sonucunda asit-baz bozuklukları ortaya çıkar. Kan pH’sının 7.35’in altında olmasına asidemi, 7.45’in üzerinde olmasına ise alkalemi adı verilir. Buna karşılık, asidoz, kan pH’sını asit tarafa doğru kaydırabilecek (asidemi yapabilecek) bir patolojiyi, alkaloz ise kan pH’sını alkali tarafa doğru kaydırabilecek (alkalemi yapabilecek) bir patolojiyi belirtir.

Chemical Tamponade System Tamponades effective in extracellular space (1) H2CO3/HCO3-, (2) NaH2PO4/Na2HPO4, (3) Protein H+/proteinade and (4) Organic acids/organic acid salts Tamponades effective in intracellular space NaH2PO4/Na2HPO4 system within renal tubulus cells and erythrocytes Protein tamponade system within tissue and Hemoglobine H+/hemoglobinade tamponade system within erythrocytes. Kimyasal Tampon Sistemi Bir solüsyona asit ilavesi ile asiditenin, baz ilavesi ile de kaleviliğin derecesini azaltan maddelere tampon maddeler denir. Bu maddeler ortama H+ vererek veya ortamdan hidroksil iyonu (OH-) alarak pH değişikliklerini önler. Vücuttaki tampon sistemlerini aşağıdaki şekilde özetleyebiliriz: Ekstraselüler alanda etkisini gösteren tamponlar: (1) H2CO3/HCO3-, (2) NaH2PO4/Na2HPO4, (3) Protein H+/proteinat ve (4) Organik asitler/organik asit tuzları. İntraselüler alanda etkisini gösteren tamponlar: (1) Böbrek tubulus hücresi ve eritrositlerdeki NaH2PO4/Na2HPO4 sistemi, (2) Dokulardaki protein tampon sistemi ve (3) Eritrositlerdeki hemoglobin H+/hemoglobinat tampon sistemi. Hücre dışı ve hücre içi alandan hidrojen iyonu göçleri de tamponlamada önemli rol oynar. Hidrojenin tamponlanmak üzere hücre içine girmesi sonucunda, elektronötraliteyi sağlamak amacıyla potasyum hücre dışına çıkar. Kemikler de, asit ve baz yükü için etkin bir tamponlama yeridir. Bir asit yüklenmesi halinde hidrojen iyonları kemik tarafından alınır ve buna karşılık sodyum ve potasyum hücre dışı sıvıya verilir. Akciğerler Akciğerler karbon dioksitin atılımını sağlayarak asit-baz dengesine katkıda bulunurlar. Kan pH’sındaki değişiklikler sonucunda alveoler ventilasyonda artma veya azalma ile CO2 düzeyi normal sınırlar içerisinde (35-45 mmHg) tutulur. 3. Böbrekler Böbreklerin asit-baz dengesini sağlamadaki fonksiyonları başlıca 2 şekilde gerçekleşir: A. Bikarbonatın reabsorpsiyonu: Ultrafiltrata geçmiş olan bikarbonatın yaklaşık %90’ı proksimal tubulusta (Na+-H+ antiportu ile), geri kalanı da distal nefronda (H+-ATPaz pompası ile) geri emilir. B. Bikarbonatın sentezi: Günlük metabolizma sonucunda oluşan 50-100 mEq (1-1.5 mEq/kg) nonvolatil asit, tampon sistemindeki bikarbonat tarafından tamponlandığı için, her gün bu miktarda yeni bikarbonat sentez edilir. Bu da tubulus hücresinden lümene hidrojen sekresyonu ile olur. Lümene sekrete edilen hidrojen, amonyağa veya fosfata bağlanır. Tubulus hücresinden lümene hidrojen atılımı sırasında hücre içinde sentez edilen bikarbonat da kana geçer.

SIMPLE ACID-BASE DISORDERS PCO2 [HCO3] [H+] = K Metabolic Acidosis pH  Primer olarak plazma HCO3- konsantrasyonunda azalma varsa metabolik asidoz söz konusudur. Bu durumda, kompansatuar olarak alveoler ventilasyonda artış olur ve plazma CO2 basıncı düşer. Bu kompansasyon sayesinde kan pH’sı normal düzeye yaklaştırılır fakat hiçbir zaman normal düzeye getirilemez. Primer olarak plazma HCO3- konsantrasyonunda artış varsa metabolik alkaloz söz konusudur. Bu durumda, kompansatuar olarak alveoler ventilasyonda azalma olur ve plazma CO2 basıncı artar. Bu kompansasyon sayesinde kan pH’sı normal düzeye yaklaştırılır fakat hiçbir zaman normal düzeye getirilemez.

SIMPLE ACID-BASE DISORDERS PCO2 [HCO3] [H+] = K Metabolic Acidosis pH  PCO2 [HCO3] [H+] = K Metabolic Alkalosis pH  METABOLİK ASİDOZ Primer bozukluğun plazma HCO3- konsantrasyonunda azalma olduğu asidoz tipine metabolik asidoz adı verilir. Metabolik asidoz aşağıdaki mekanizmalar ile oluşur: Bikarbonat kaybı (alt gastrointestinal sistemden veya böbrekler yoluyla) Organik asit (ketoasitler, laktik asit) üretiminin artması Asit atılımının azalması (böbrek yetersizliği veya distal tipte renal tubuler asidoz) Organik asitlerin (ör: asetilsalisilik asit) veya vücutta organik asitlere dönüşen maddelerin (ör: metanol, etilen glikol) alınması. Metabolik asidozun değerlendirilmesinde ve tedavisinin yönlendirilmesinde “anyon açığı” kavramı önemli bir yer tutar.

SIMPLE ACID-BASE DISORDERS Acute Respiratory Acidosis PCO2 [HCO3] [H+] = K Acute Respiratory Acidosis pH  Primer olarak kan CO2 basıncında artış olursa respiratuar asidoz söz konusudur. Kan CO2 basıncındaki artışın akut olarak ortaya çıkması (akut respiratuar asidoz) halinde, kompansatuar olarak böbreklerin HCO3- sentezini hemen artırması söz konusu olamayacağından dolayı, HCO3- düzeyindeki artış minimaldir. Eğer kan CO2 basıncındaki artış 48-72 saatten daha uzun sürerse (kronik respiratuar asidoz), kompansatuar olarak böbreklerde HCO3- sentezi artar ve kan pH’sı normal düzeye yaklaştırılır fakat normale getirilemez. Primer olarak kan CO2 basıncında azalma olursa respiratuar alkaloz söz konusudur. Kan CO2 basıncındaki azalma akut olarak ortaya çıkması (akut respiratuar alkaloz) halinde, kompansatuar olarak böbrekler HCO3- sentezini hemen azaltamayacağından dolayı, HCO3- düzeyindeki azalma minimaldir. Bu durum 48-72 saatten daha uzun sürerse (kronik respiratuar alkaloz), kompansatuar olarak böbreklerde HCO3- sentezi azalır ve kan pH’sı normal düzeye yaklaştırılır. Bazen normal düzeye erişebilir. Hastada, yukarıda açıklanan asit-baz bozukluklarından sadece bir tanesi varsa, buna basit asit-baz bozukluğu adı verilir.

SIMPLE ACID-BASE DISORDERS PCO2 [HCO3] [H+] = K Acute Respiratory Acidosis pH  PCO2 [HCO3] [H+] = K Chronic Respiratory Acidosis pH 

SIMPLE ACID-BASE DISORDERS PCO2 [HCO3] [H+] = K Acute Respiratory Acidosis pH  PCO2 [HCO3] [H+] = K Chronic Respiratory Acidosis pH  PCO2 [HCO3] [H+] = K Acute Respiratory Alkalosis pH 

SIMPLE ACID-BASE DISORDERS PCO2 [HCO3] [H+] = K Acute Respiratory Acidosis pH  PCO2 [HCO3] [H+] = K Chronic Respiratory Acidosis pH  PCO2 [HCO3] [H+] = K Acute Respiratory Alkalosis pH  PCO2 [HCO3] [H+] = K Chronic Respiratory Alkalosis pH /N

Compansatory response cannot bring the pH to normal limits

SIMPLE ACID-BASE DISORDERS Primary Disturbance Compansatory Response pH Metabolic acidosis HCO3-  PCO2   Metabolic alkalosis HCO3-  PCO2   Acute respiratory acidosis PCO2  HCO3-   Chronic respiratory acidosis PCO2  HCO3-   Acute respiratory alkalosis PCO2  HCO3-   Chronic respiratory alkalosis PCO2  HCO3-  , N

What is the acid-base disorder ? CASE #1 LABORATORY FINDINGS Glucose: 420 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.3 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 20 mm Hg HCO3: 8 mEq/L pH: 7.22 Na: 130 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 98 mEq/L What is the acid-base disorder ?

CLINICAL APPROACH TO PATIENT WITH ACID-BASE DISORDER History Physical Examination Laboratory Findings pH [HCO3] PCO2 Anion Gap

ELECTROLYTES IN DIFFERENT COMPARTMENTS Plasma Interstitial fluid Intracellular fluid (mEq/L) (mEq/L) (mEq/L) Cations Na+ 142 144 14 K+ 4 4 140 Ca2+ 5 2.5 4 Mg2+ 2 1.5 35 TOTAL 153 152 193 Anions Cl- 104 114 2 HCO3- 25 30 8 H2PO4-,HPO42- 2.3 2 40 SO42- 0.94 1 20 Proteins 15 0 55 Org. anions 5.76 5 68

Na+ – (Cl- + HCO3-) = 12 + 2 mEq/L 140 AG 12 Anion Gap Na+ – (Cl- + HCO3-) = 12 + 2 mEq/L HCO3- 24 Cl- 104 Anyon Açığı: Plazmadaki protein, sülfat, fosfat, laktat gibi anyonlar rutinde ölçülmezler. Bu nedenle, (anyonların toplamı ile katyonların toplamı her zaman birbirlerine tamamen eşit olduğu halde) ölçülen katyonlar, ölçülen anyonlardan daha fazladır. Buna anyon açığı (anion gap) denir. Normalde anyon açığı 12 + 2 mEq/L’dir. Anyon açığı = [Na+] – ([Cl- + HCO3-]) Bazı yazarlar anyon açığını hesaplarken potasyumu da dahil ederler. Bu durumda anyon açığının normal düzeyini 12-16 mEq/L kabul etmek gereklidir. Serum kalsiyumunun mEq olarak değeri çok az olduğu için anyon açığını pek etkilemez. Anyon açığının önemli bir kısmını anyonik karakterdeki plazma proteinleri ve albumin oluşturur. Bu nedenle hipoalbuminemi durumlarında anyon açığı azalır. Metabolik asidozlar, anyon açığına göre sınıflandırılır (Tablo 3). Anyon açığının normal sınırlar içinde olduğu metabolik asidozlara normal anyon açıklı (hiperkloremik) metabolik asidozlar adı verilir. Burada, asidozun nedeni vücuttan bikarbonat kaybıdır. Kayıp ya alt gastrointestinal sistem yoluyla, ya da böbrekler yoluyla olur. Bu durumlarda, elektronötraliteyi sağlamak amacıyla lümenden klorür emildiği için serum bikarbonat düzeyi düşerken serum klorür düzeyi artar. Bu nedenle de anyon açığı değişmez. Anyon açığının arttığı metabolik asidozlara artmış anyon açıklı (normokloremik) metabolik asidozlar adı verilir. Burada asidoz bikarbonat kaybından ziyade, vücutta çeşitli asitlerin (ör: laktik asit, asetoasetik asit) birikimi sonucudur. Bu biriken asitlerdeki hidrojen iyonu, HCO3- tarafından tamponlandığı için plazma HCO3- düzeyi düşer. Diğer taraftan biriken ve rutin olarak ölçülmeyen anyon (ör: laktat, asetoasetat) anyon açığında artışa neden olur.

NORMAL ANION GAP (HYPERCHLOREMIC) METABOLIC ACIDOSIS Na+ 140 AG 12 AG 12 HCO3- 24 HCO3- 14 Cl- 114 HCO3 loss Cl- 104 Urine Stool Normal Anyon Açıklı (Hiperkloremik) Metabolik Asidozlar Bikarbonat emiliminde yetersizlik Proksimal (tip 2) renal tubuler asidoz Diyare, ince barsak drenajı Üreterosigmoidostomi Bikarbonat rejenerasyonunda yetersizlik Distal (tip 1) renal tubuler asidoz Hiporeninemik hipoaldosteronizm Diüretik (triamteren, spironolakton) kullanımı Asidifiye edici tuzların kullanılması Amonyum klorür, lizin klorür, arginin klorür, hiperalimentasyon

HIGH ANION GAP METABOLIC ACIDOSIS AG 22 Na+ 140 AG 12 Lactate- - H+ HCO3- 24 HCO3- 14 Cl- 104 Acid accumulation Cl- 104 Artmış Anyon Açıklı (Normokloremik) Metabolik Asidozlar İnorganik asit atılımının azalması Böbrek yetersizliği Organik asit birikimi Ketoasidoz (diabetik, alkolik, açlığa bağlı) Laktik asidoz İntoksikasyonlar Salisilat, etilen glikol, metanol

CAUSES OF METABOLIC ACIDOSIS I. Normal Anion Gap (Hyperchloremic) Metabolic Acidosis 1. Gastointestinal loss of bicarbonate Diarrhea 2. Renal loss of bicarbonate Renal tubular acidosis II. High Anion Gap (Normochloremic) Metabolic Acidosis 1. Renal failure 2. Ketoacidosis 3. Lactic acidosis 4. İntoxications (salisylate, ethylene glycol, methanol) Normal Anyon Açıklı (Hiperkloremik) Metabolik Asidozlar Normal anyon açıklı metabolik asidozların nedeni vücuttan bikarbonat kaybıdır. Kayıp ya alt gastrointestinal sistem ya da böbrek yoluyla olur. Bir yandan bikarbonat kaybedilirken, diğer yandan klorür emildiği için klorür düzeyi yükselir ve anyon açığı artmaz. Bikarbonat kaybının renal ya da gastrointestinal kaynaklı olduğunu açığa çıkarmak için idrarda anyon açığına bakılmalıdır. İdrarda Anyon Açığı: İdrarda anyon açığını hesaplamak için normalde idrarda bulunan major iki katyon olan sodyum ve potasyumun toplamından, major anyon olan klorür çıkarılır. İdrarda anyon açığı = Na+ + K+ – Cl- Buradaki açık, pratikte rutin olarak ölçülmeyen idrar amonyumuna bağlı olarak ortaya çıkar. Gastrointestinal kaynaklı bikarbonat kayıplarında böbrekler bikarbonat rejenerasyonunu artırmak için amonyak sentezini artırır. Bu durumda idrarda klorüre eşlik eden fazla miktarda amonyum atılımı söz konusudur. Bunu da formüle koymadığımız için, gastrointestinal kaynaklı bikarbonat kayıplarında idrarda anyon açığı (-) değerlerde bulunur. Oysa distal renal tubuler asidozlarda bikarbonat rejenerasyonu olamaz. İdrar amonyumu düşüktür. Bu nedenle idrarda anyon açığı (+) değerlerde bulunur.

High Anion Gap Metabolic Acidosis CASE #1 LABORATORY FINDINGS Glucose: 420 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.3 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 20 mm Hg HCO3: 8 mEq/L pH: 7.22  Na: 130 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 98 mEq/L  Acidemia Anion Gap = 130 – (98 + 8) = 24 mEq/L High Anion Gap Metabolic Acidosis

COMPANSATORY RESPONSE IN METABOLIC ACIDOSIS PCO2 = [(1.5 X HCO3-) + 8] + 2

High Anion Gap Metabolic Acidosis CASE #1 LABORATORY FINDINGS Glucose: 420 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.3 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 20 mm Hg HCO3: 8 mEq/L pH: 7.22  Na: 130 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 98 mEq/L  Acidemia PCO2 = [(1.5 X HCO3-) + 8] + 2 PCO2 = [(1.5 X 8) + 8] = 20 mm Hg High Anion Gap Metabolic Acidosis

High Anion Gap Metabolic Acidosis (Diabetic ketoacidosis) CASE #1 High Anion Gap Metabolic Acidosis (Diabetic ketoacidosis)

She is pregnant at 10 weeks’ gestation CASE #2 A 28-year-old woman was brought to the emergency department with complaints of persisting nausea and vomiting. She is pregnant at 10 weeks’ gestation

Any comments about the diagnosis ? CASE #2 PHYSICAL EXAMINATION The patient was lethargic Skin turgor was decreased Blood pressure: 95/60 mm Hg Pulse rate: 120/min Respiration rate: 12/min Temperature: 36.40C Any comments about the diagnosis ?

What is the acid-base disorder ? CASE #2 LABORATORY FINDINGS Glucose: 88 mg/dl BUN: 18 mg/dl Creatinine: 0.8 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 92 mm Hg PCO2: 36 mm Hg HCO3: 30 mEq/L pH: 7.54 Na: 136 mEq/L K: 3.0 mEq/L Cl: 96 mEq/L What is the acid-base disorder ?

LABORATORY FINDINGS CASE #2 Arterial Blood Gas   Glucose: 88 mg/dl BUN: 18 mg/dl Creatinine: 0.8 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 92 mm Hg PCO2: 36 mm Hg HCO3: 30 mEq/L pH: 7.54  Na: 136 mEq/L K: 3.0 mEq/L Cl: 96 mEq/L  Alkalemia Anion Gap = 136 – (96 + 30) = 10 mEq/L

CAUSES OF METABOLIC ALKALOSIS I. Saline-Responsive Metabolic Alkalosis Vomiting, nasogastric suction Diuretic therapy: Loop diuretics, thiazides Posthypercapnia II. Saline-Resistant Metabolic Alkalosis Hypertensive Primary hyperaldosteronism, Cushing’s syndrome, renovascular hypertension, Liddle’s syndrome Normotensive Bartter’s syndrome, hypokalemia, hypomagnezemia

CAUSES OF ACUTE RESPIRATORY ACIDOSIS I. Inhibition of the medullary respiratory center Drugs: Opiates, anesthetics, sedatives Oxygen in chronic hypercapnia Cardiac arrest II. Disorders of the respiratory muscles and chest wall Myastenia gravis, periodic paralysis, Guillain-Barre syndrome, severe hypokalemia, severe hypophosphatemia III. Upper airway obstruction Laryngospasm, aspiration of foreign body IV. Disorders affecting gas exchange across the pulmonary capillary Adult respiratory distress syndrome, acute pulmonary edema, severe asthma or pneumonia, pneumothorax or hemothorax

CAUSES OF CHRONIC RESPIRATORY ACIDOSIS I. Inhibition of the medullary respiratory center Extreme obesity (Pickwickian syndrome) Sleep apnea II. Disorders of the respiaratory muscles and chest wall Spinal cord injury, poliomyelitis, amyotrophic lateral sclerosis, multiple sclerosis, kyphoscoliosis III. Disorders affecting gas exchange across the pulmonary capillary Chronic obstructive pulmonary disease

CAUSES OF ACUTE RESPIRATORY ALKALOSIS I. Psycogenic or voluntary hyperventilation II. Direct stimulation of the medullary respiratory center Neurologic disorders Septicemia Hepatic failure Salicylate intoxication III. Hypoxemia Pulmonary disease: Pneumonia, emboli, edema Congestive heart failure Hypotension or severe anemia IV. Mechanical ventilation

CAUSES OF CHRONIC RESPIRATORY ALKALOSIS I. Direct stimulation of the medullary respiratory center Neurologic disorders Pregnancy and the luteal phase of the menstrual cycle Chronic liver disease II. Hypoxemia Pulmonary disease: Interstitial fibrosis Congenital heart diseases Severe anemia High altitude residence III. Mechanical ventilation

COMPANSATION IN ACID-BASE DISORDERS METABOLIC ACIDOSIS PCO2 = [(1.5 X HCO3-) + 8] + 2 METABOLIC ALKALOSIS PCO2 increases 0.5-1 mm Hg for every 1 mEq/L increase in HCO3-

COMPANSATION IN ACID-BASE DISORDERS ACUTE RESPIRATORY ACIDOSIS HCO3 increases 1 mEq/L for every 10 mm Hg increase in PCO2 CHRONIC RESPIRATORY ACIDOSIS HCO3 increases 3.5 mEq/L for every 10 mm Hg increase in PCO2 ACUTE RESPIRATORY ALKALOSIS HCO3 decreases 2 mEq/L for every 10 mm Hg decrease in PCO2 CHRONIC RESPIRATORY ALKALOSIS HCO3 decreases 5 mEq/L for every 10 mm Hg decrease in PCO2

Chronic Respiratory Alkalosis CASE #2 LABORATORY FINDINGS Glucose: 88 mg/dl BUN: 18 mg/dl Creatinine: 0.8 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 92 mm Hg PCO2: 36 mm Hg HCO3: 30 mEq/L pH: 7.54  Na: 136 mEq/L K: 3.0 mEq/L Cl: 96 mEq/L  Alkalemia Anion Gap = 136 – (96 + 30) = 10 mEq/L Chronic Respiratory Alkalosis and Metabolic Alkalosis

Chronic Respiratory Alkalosis CASE #2 Chronic Respiratory Alkalosis (Pregnancy) + Metabolic Alkalosis (Vomiting)

CASE #3 A 73-year-old man was sent from a hospital after being hospitalized for 3 days because of dyspnea and decreased urine output

The patient had a history of type 2 diabetes mellitus for 10 years CASE #3 The patient had a history of type 2 diabetes mellitus for 10 years

Any comments about the diagnosis ? CASE #3 PHYSICAL EXAMINATION The patient was lethargic Skin turgor was decreased Blood pressure: 90/60 mm Hg Pulse rate: 100/min Respiration rate: 25/min Bibasilar crackles were noted on auscultation Temperature: 37.80C The patient had a urinary catheter Any comments about the diagnosis ?

What is the acid-base disorder ? CASE #3 LABORATORY FINDINGS Glucose: 142 mg/dl BUN: 89 mg/dl Creatinine: 4.9 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 86 mm Hg PCO2: 22 mm Hg HCO3: 14 mEq/L pH: 7.42 Na: 143 mEq/L K: 3.1 mEq/L Cl: 108 mEq/L What is the acid-base disorder ?

LABORATORY FINDINGS CASE #3 Arterial Blood Gas   Glucose: 142 mg/dl BUN: 89 mg/dl Creatinine: 4.9 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 86 mm Hg PCO2: 22 mm Hg HCO3: 14 mEq/L pH: 7.42  Na: 143 mEq/L K: 3.1 mEq/L Cl: 108 mEq/L  Normal Anion Gap = 143 – (108 + 14) = 21 mEq/L PCO2 = [(1.5 X HCO3-) + 8] + 2 PCO2 = [(1.5 X 14) + 8] = 29 mm Hg

High Anion Gap Metabolic Acidosis Respiratory Alkalosis CASE #3 LABORATORY FINDINGS Glucose: 142 mg/dl BUN: 89 mg/dl Creatinine: 4.9 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 86 mm Hg PCO2: 22 mm Hg HCO3: 14 mEq/L pH: 7.42  Na: 143 mEq/L K: 3.1 mEq/L Cl: 108 mEq/L  Normal Anion Gap = 143 – (108 + 14) = 21 mEq/L High Anion Gap Metabolic Acidosis and Respiratory Alkalosis

High Anion Gap Metabolic Acidosis Respiratory Alkalosis CASE #3 High Anion Gap Metabolic Acidosis (Renal failure) + Respiratory Alkalosis (Sepsis)

CASE #4 A 42-year-old man was brought to the emergency department after he was found lying on the street.

Any comments about the diagnosis ? CASE #4 PHYSICAL EXAMINATION The patient was unresponsive The pupils were minimally reactive to light Blood pressure: 120/80 mm Hg Pulse rate: 110/min Respiration rate: 28/min Temperature: 370C Bibasilar crackles were noted on auscultation Deep tendon reflexes were brisk and symmetric Plantar reflexes were normal Any comments about the diagnosis ?

What is the acid-base disorder ? CASE #4 LABORATORY FINDINGS Glucose: 110 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.5 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 35 mm Hg HCO3: 14 mEq/L pH: 7.22 Na: 145 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 97 mEq/L What is the acid-base disorder ?

High Anion Gap Metabolic Acidosis CASE #4 LABORATORY FINDINGS Glucose: 110 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.5 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 35 mm Hg HCO3: 14 mEq/L pH: 7.22  Na: 145 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 97 mEq/L  Acidemia Anion Gap = 145 – (97+14) = 34 mEq/L High Anion Gap Metabolic Acidosis

High AG Metabolic Acidosis + Respiratory Acidosis CASE #4 LABORATORY FINDINGS Glucose: 110 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.5 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 35 mm Hg HCO3: 14 mEq/L pH: 7.22  Na: 145 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 97 mEq/L  Acidemia PCO2 = [(1.5 X HCO3-) + 8] + 2 PCO2 = [(1.5 X 14) + 8] = 29 mmHg High AG Metabolic Acidosis + Respiratory Acidosis

LABORATORY FINDINGS CASE #4 Arterial Blood Gas   Glucose: 110 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.5 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 35 mm Hg HCO3: 14 mEq/L pH: 7.22  Na: 145 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 97 mEq/L  Acidemia Anion Gap = 145 – (97+14) = 34 mEq/L D AG : 34 – 12 mEq/L = 22 mEq/L D HCO3 : 24 – 14 mEq/L = 10 mEq/L

LABORATORY FINDINGS CASE #4 Arterial Blood Gas   D AG Glucose: 110 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.5 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 35 mm Hg HCO3: 14 mEq/L pH: 7.22  Na: 145 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 97 mEq/L  Acidemia Anion Gap = 145 – (97+14) = 34 mEq/L D AG : 34 – 12 mEq/L = 22 mEq/L D HCO3 : 24 – 14 mEq/L = 10 mEq/L D AG D HCO3 High AG metabolic acidosis and metabolic alkalosis > 2 

High AG Metabolic Acidosis CASE #4 LABORATORY FINDINGS Glucose: 110 mg/dl BUN: 30 mg/dl Creatinine: 1.5 mg/dl Arterial Blood Gas PO2: 90 mm Hg PCO2: 35 mm Hg HCO3: 14 mEq/L pH: 7.22  Na: 145 mEq/L K: 5 mEq/L Cl: 97 mEq/L  Acidemia High AG Metabolic Acidosis Respiratory Acidosis Metabolic Alkalosis

High Anion Gap Metabolic Acidosis (Ethylene glycol intoxication) + CASE #4 High Anion Gap Metabolic Acidosis (Ethylene glycol intoxication) + Respiratory Acidosis (Respiratory depression) Metabolic Alkalosis (Vomiting)