Du står i akutrummet med en hypoxisk KOL-patient. Efter inhalationer och syrgas är patienten har pO2 förbättrats, men pCO2 har stigit till 12,2. Varför retinerar patienten? Vad ska du göra?
Här är internets första (och hittills sannolikt bästa) godnattsaga om koldioxidretention!
På 5 minuter kommer du att få en överblick av de tre underliggande mekanismerna som orsakar syrgasinducerad hyperkapné (så vitt vi vet) – och dessutom veta hur rödluvan räddade sin farmor!
Vill du veta mera om historiken bakom hur vi lärde oss förstå syrgasinducerad hyperkapné? Läs mera i detta blogginlägg!
Referenser
1. West JB. Joseph Priestley, oxygen, and the enlightenment. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2014;306(2):L111-9. [PubMed]
2. Scheele CW. Chemische Abhandlung von der Luft und dem Feuer. 1777. [LoC]
3. Grainge C. Breath of life: the evolution of oxygen therapy. J R Soc Med. 2004;97(10):489-93. [PubMed]
4. Donald K, Simpson T, Mcmichael J, B. L. Neurological Effects of Oxygen. The Lancet. 1949;254(6588):1056-7. [Lancet]
5. Campbell EJ. Respiratory Failure. Br Med J. 1965;1(5448):1451-60. [PubMed]
6. Campbell EJ. The J. Burns Amberson Lecture. The management of acute respiratory failure in chronic bronchitis and emphysema. Am Rev Respir Dis. 1967;96(4):626-39. [PubMed]
7. Aubier M, Murciano D, Milic-Emili J, Touaty E, Daghfous J, Pariente R, et al. Effects of the administration of O2 on ventilation and blood gases in patients with chronic obstructive pulmonary disease during acute respiratory failure. Am Rev Respir Dis. 1980;122(5):747-54. [PubMed]
9. Christiansen J, Douglas CG, Haldane JS. The absorption and dissociation of carbon dioxide by human blood. J Physiol. 1914;48(4):244-71. [PubMed]
10. Lenfant C. Arterial-alveolar difference in PCO2 during air and oxygen breathing. J Appl Physiol. 1966;21(4):1356-62. [PubMed]
11. Luft UC, Mostyn EM, Loeppky JA, Venters MD. Contribution of the Haldane effect to the rise of arterial Pco2 in hypoxic patients breathing oxygen. Crit Care Med. 1981;9(1):32-7. [PubMed]
12. Dick CR, Liu Z, Sassoon CS, Berry RB, Mahutte CK. O2-induced change in ventilation and ventilatory drive in COPD. Am J Respir Crit Care Med. 1997;155(2):609-14. [PubMed]
13. Robinson TD, Freiberg DB, Regnis JA, Young IH. The role of hypoventilation and ventilation-perfusion redistribution in oxygen-induced hypercapnia during acute exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. 2000;161(5):1524-9. [PubMed]
14. Budinger GRS, Mutlu GM. Balancing the risks and benefits of oxygen therapy in critically III adults. Chest. 2013;143(4):1151-62. [PubMed]
15. Gay PC, Edmonds LC. Severe hypercapnia after low-flow oxygen therapy in patients with neuromuscular disease and diaphragmatic dysfunction. Mayo Clinic proceedings. 1995;70(4):327-30. [PubMed]
16. Vollenweider DJ, Frei A, Steurer-Stey CA, Garcia-Aymerich J, Puhan MA. Antibiotics for exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease. Cochrane Database Syst Rev. 2018;10:CD010257. [PubMed]
Ja, jag vet vad du tänker – varför läsa på om respiratorisk alkalos? Varför lägga tid på något som bara handlar om hyperventilation? Som tur är har de senaste 60 årens forskning lärt oss att respiratorisk alkalos kan orsakas av, och indikera, mycket mer än så – och en bra förståelse av det kommer att hjälpa dig bättre ta hand om dina patienter!
Basala fysiologin: hyperventilation
Respiratorisk alkalos uppstår då hyperventilation orsakar en ökad utvädring och förlust av koldioxid. Vanligtvis hämmas detta av att vår respiratoriska drive styrs av koldioxidnivån i blodet, men i vissa fall flåser vi ändå på. pCO2 går ner, varpå HCO3 sjunker och förblir aningen sänkt [Foster 2001]. Därefter kommer de renala kompensationsmekanismer igång (H+ utsöndring samt HCO3 reabsorbering hämmas), vilket minskar HCO3 ytterligare, och så länge njurfunktionen är ok så kan pH:et återgå till det normala (tar ett antal dagar).
Men jag ser ju hyperventilationen – varför behöver jag förstå respiratorisk alkalos?
Två anledningar:
Det kan hjälpa dig upptäcka mindre självklara underliggande tillstånd
Respiratoriska alkalosen påverkar kroppen – och det är värdefullt att veta hur
Så vilka orsaker finns det?
Kom ihåg att en respiratorisk alkalos kan indikera en allvarlig sjukdom tills motsatsen är bevisad. Respiratorisk alkalos har många möjliga orsaker:
Ventilations- och oxygeneringsproblem
Hypoxi & att patienten har svårt att andas: KOL ex, astma, lungödem – även utan blodgas kommer du i dessa fall att misstänka ett respiratoriskt problem. En del toxiska gaser ger liknande bild, glöm inte anamnes för exponering.
Graviditet: progesteron-medierat, associerat med upp till 50% ökning i tidalvolymer [Costatin 2014]
CNS påverkan: Hyperventilation kan även ske till följd av centralt påslag, exempelvis vid hjärnstamsinfarkter, encefaliter, meningiter.
Smärta: Kom ihåg att smärta i sig kan orsaka hyperventilation. Extra viktigt att tänka på det på intuberade patienter som inte kan förmedla.
Salicylatintox. En patient som intoxikerat sig med oklara smärttabletter och har en initialt respiratorisk alkalos? Överväg salicylater (det är först i ett senare skede som den metabola acidosen börjar) som har en centralt stimulerande effekt på respirationen [Pearlman 2009].
Leversvikt: Respiratorisk alkalos är den vanligaste syrabasrubbningen hos patienter med leversvikt [Scheiner 2017]. Inte helt säkert varför, men man misstänker central hyperventilation (pga ökat ammonia eller progesteron) eller mer mekaniska orsaker (t.ex. att ascites minskar tidalvolymen, vilket kompenseras med en ökad andningsfrekvens).
Ångest/panikattacker: En uteslutningsdiagnos när allvarliga orsaker uteslutits
… eller så klart en kombination av dessa.
Ett sätt att resonera kring möjliga orsaker är att jämföra hur de olika parametrarna ser ut vid olika tillstånd. T.ex. DKA:er med en metabol acidos kan ha en kompenserande sekundär respiratorisk alkalos. Den hyperventilationen är ett försök att vädra ut koldioxid och kan ge en blandad blodgasbild enl tabellen nedan.
pH
pCo2
Sat
pO2
BE
Lac
Hypoxi
↑
↓
↓
↓
→
→/↑
Panikångest
↑
↓
→
↑
→
→
Akut smärta pga ischemi
↑
↓
→
↑
↓
↑
Kompensation för samtidig metabol acidos
→/↓
↓
–
→/↑
↓
→/↑
Risk att missa på akuten
Patienter med en allvarlig metabol acidos kan hyperventilera en hel del. När de dyker upp på en akutmottagning kan en eventuell hyperventilation göra att de felaktigt triageras som andningsbesvär. Vanliga orsaker sträcker sig från njursvikt, ketoacidoser (svält, alkohol) till sepsis och intox – vilket kan vara bra att ha i åtanke när man ser en hyperventilerande patient.
Om patienten har en akut respiratorisk
alkalos – vad annat kan vara påverkat?
Kaliumrubbningar: Enligt viss litteratur medför en akut respiratorisk alkalos en associerad hypokalemi (t.ex. att K+ sjunker med 0.3 mmol/L för varje 0.1 ökning i pH [Sanchez 1978]). Det finns dock andra studier som hittat en associerad hyperkalemi (t.ex. denna studie av John Hickam (som senare myntade Hickam’s dictum) [Hickam 1956]. En studie har kunnat jämka tidigare motsägelsefulla studier: att hyperventilation orsakar en tillfällig hyperkalemi (genom alfa-adrenergt påslag) och när hyperventilationen senare avbryts tvärt ser man en korrigering av kalium med en tillfällig hypokalemi. Det vill säga, beroende på när blodgasen tas kan man både se en associerad hyper- och hypokalemi. [Krapf 1995]
Fosfatrubningar: Akut får man en hypofosfatemi (ökat intracellulärt upptag), men kroniskt får man en en beta-adrenerg medierad hyperfosfatemi (minskar renal utsöndring) [Foster 2001].
Ökat laktat: Hyperventilation kan ge ett ökat laktat, även om mekanismen är oklar ser man detta i ett panorama av olika patientgrupper [Ter Avest 2011].
CNS: Respiratoriska alkalosen är ofta associerat till en hypokapné, som kan ha centrala effekter (yrsel, tremor, domningar) [Bott 2009].
Hur kommer man ihåg det?
Det finns så klart ramsor, CHAMPS är en som bra täcker diagnoserna ovan
C: CNS
H: Hypoxia (eller lungsjukdom)
A: Anxiety or Pain
M: Mechanical ventilation
P: Progesterone (graviditet, cirros)
S: Salicylate or sepsis
Sammanfattning
Respiratorisk alkalos innebär hyperventilation som vädrar ut koldioxid och orsakar alkalos.
Om du ser respiratorisk alkalos måste du ta reda på varför patienten hyperventilerar – det finns både vanliga och farliga orsaker.
Respiratorisk alkalos kan bero på oxygenerings/ventileratingsproblem, CNS-insulter/smärta/ångest eller som kompensation för en metabol acidos
Kalium, fosfat och laktat kan påverkas av respiratoriska alkalosen
Referenser
Foster GT, Vaziri ND, Sassoon CS. Respiratory alkalosis. Respir Care. 2001 Apr;46(4):384-91.) Obs: en sann juvel från Tidskriften Respiratory Care (hela upplagan från 2001 finns open access här https://archive.org/details/respiratorycareo466amerrich/page/n1 ! )
Pearlman BL, Gambhir R. Salicylate intoxication: a clinical review. Postgrad Med. 2009 Jul;121(4):162-8. doi: 10.3810/pgm.2009.07.2041.
Hickam JB, Wilson WP, Frayser R. Observations on the early elevation of serum potassium during respiratory alkalosis. J Clin Invest. 1956;35(6):601-606.
ter Avest E, Patist FM, Ter Maaten JC, Nijsten MW. Elevated lactate during psychogenic hyperventilation. Emerg Med J. 2011 Apr;28(4):269-73.
Costantine MM. Physiologic and pharmacokinetic changes in pregnancy. Front Pharmacol. 2014 Apr 3;5:65
”Men patienten har KOL – ska vi verkligen ge syrgas?”
Ord som många har tänkt, sagt eller hört. Men varför retinerar KOL-patienter? Många lär sig att syrgastillförsel gör att KOL-patienten slutar andas – men så enkelt är det inte!
Här kommer 5 minuters läsning som kommer att blåsa hål på myten, få dig att känna dig riktigt KOL, och få dig att tröttna på respiratoriska ordvitsar. Så ta ett djupt andetag…
Andningsfysiologi – superkort repetition
Flera faktorer påverkar hur vi andas, men största effekten på minutventilationen kommer från centrala kemoreceptorer i hjärnstammen som känner av CO2-nivåerna i blodet. [Spyer 2009] Grundinställningen är: Högt pCO2? Dags att andas mera! (Ja, jag sammanfattar andningsfysiologin med två meningar, medveten om att jag nog kommer få arga mail från andningsfysiologer). Men hur är det för KOL-patienter?
The Donald: de andas för lite
1949 skickade Kenneth Donald in ett brev till the Lancet [Donald 1949]. Han beskrev en man som efter 12 timmars syrgasbehandling hade ett pCO2 på 16kPa och var komatös, och som sedan vaknade till när man slutade ge syrgas:
”It was indeed a strange sight to see him become almost black and then recover consciousness.”
Primum non nocere.
Varför är det här brevet viktigt? Jo, Donald föreslog han att den huvudsakliga mekanismen var att KOL-patienter har en hypoxisk drive (alltså att deras andnings drive styrs mer av pO2 snarare än pCO2) och om man ger syrgas till dem minskar ventilationen:
”The removal of the anoxic stimulus causes them to hypoventilate with further retention of carbon dioxide.”
Men är sänkt minutventilation verkligen hela sanningen?
80-talet – inte bara minutventilation
Man trodde att minutventilationen var den enda mekanismen, men på 60-talet började forskare studera blodgaser systematiskt på KOL-patienter [McNicol 1965], och väckte misstanken att den pulmonella cirkulationen sannolikt var inblandad [Campbell 67]. Artikeln innehåller f.ö. många bra citat som t.ex:
”Better a year at a pO2 of [6.6 kPa] than an hour at a pO2 of [2.6 kPa]”
Hypoxisk pulmonell vasokonstriktion (HPV) är ett sätt för lungan att optimera gasutbytet. I de alveoler som inte ventileras väl drar blodkärlen ihop sig, så att mer blod slussas till de alveoler där det finns gas att utbyta. Hos KOL-patienter finns det många alveoler som är rätt skadade, varför det konstant kan finns en viss grad av HPV. När man tillför syrgas kan dock HPV:n slås ut, även i de delar av lungan som inte fungerar så bra, vilket ger upphov till dead space.
En fransk forskargrupp på 80-talet förstärkte att hyperkapnén delvis orsakades av HPV. De tittade på 20 patienter med avancerad KOL och exacerbationer, och såg att hyperkapnén inte kunde förklaras av en minskad minutventilation, utan snarare av en ökning i fysiologisk deadspace genom dysfunktionell ventilation/perfusions-matching [Aubier 1980], vilket styrktes av andra forskare [Sassoon 1987], [Dick 1997]. Alltså att syre diffunderar passivt till icke-ventilerade alveoler, vilket gör att vasokonstriktionen där slås av. Då kommer icke-syresatt blod med mycket koldioxid kommer till alveoler som inte ventileras, och då har vi en ventilations/perfusions-missmatch. År 2000 utmanades dock detta av en australiensisk studie som tittade på KOL patienter. De såg att hos patienter som retinerade så minskade ventilationen påtagligt, det vill säga att minutventilationen visste spelade roll [Robinson 2000]. Det finns flera möjliga förklaringar till varför studierna skiljde sig åt, men sammantaget är det sannolikt så att minutventilationen spelar roll, men olika mycket i olika KOL-patienter.
Intressant nog så föreslog Aubier et al redan på 80-talet att hyperkapnén berodde på en syrgasinducerad minskning i andningsfrekvens, en försämrad ventilations/perfusionsmatching samt Haldaneeffekten. Vänta – Haldaneeffekten?
Haldaneffekten
1914 beskrev två forskare (varav en hette Haldane) att Hb kan binda mer CO2 i sitt deoxygenerade tillstånd, än i dess oxygenerade. När man tillför syrgas blir mer Hb oxygenerat, och kan således binda en mindre mängd CO2, vilket ökar pCO2. [Haldane 1914] Det är dock lite oklart hur stor roll Haldaneffekten har på att orsaka hyperkapnén – vissa efterföljande studier har antytt en liten roll [Lenfant 1966], och andra en större roll [Luft 1981].
Hur tolkar vi allt detta?
Det är svårt att försöka studera ett komplext heterogent fenomen (hyperkapné hos KOL patienter vid syrgastillförsel). Som vi sett har det studerats ur många olika vinklar, med stundom motsägelsefulla fynd, och då de flesta studier skiljer sig åt i metodologi och sammanhang är det svårt att vara säker på hur man bäst värderar fynden gentemot varandra. Vissa av studierna gjordes på KOL patienter, andra på KOL patienter i exacerbationer, vissa bara på patienter med grav KOL – och man har gett olika mycket syrgas, och ibland använt munstycken för att mäta minutventilation (en metod som i sig har felkällor).
En viktig lärdom är att det inte bara är KOL-patienter som retinerar. Patienter med neuromuskulära sjukdomar, eller hypoventilation till följd av obesitas, kan också ha en kronisk HPV, eller försämrat alveolärt gasutbyte, och kan då också retinera vid syrgastillförsel [Budinger 2013, Gay 1995].
Sannolikt kommer det komma fler studier framöver som hjälper oss förstå de underliggande mekanismerna, men det är nog klokt att var ödmjuk inför att vi idag sannolikt inte har alla svaren. Med det sagt, vissa saker kan vi vara rätt säkra på.
Sammanfattning
Förutom att ge dig en teoretisk förståelse som bättre förklarar fenomenet vill vi också skicka med några konkreta tips:
Koldioxidretention vid syrgasbehandling av kroniskt underventilerade patienter verkar orsakas av tre saker: minskad minutventilation på grund av hypoxisk drive, dysreglerat ventilation/perfusionsmatchning, och haldaneffekten (se bild nedan)
Med risk för att provocera hotbrev från andningsfysiologer så sammanfattas de tre mekanismerna som förefaller orsaka koldioxidretentionen på en bild.
Andningsfrekvens är en dålig pseudovariabel för pCO2 retention – så följ effekterna av syrgastillförsel med upprepade blodgaser
Även icke-KOLare kan retinera! Alla lungsjukdomar som medför långvarig alveolär dysfunktion (vilket orsakar en fysiologisk HPV och/eller kroniska hyperkapné) kan retinera vid syrgastillförsel
Behandla alltid hypoxi – hyperkapné kan man alltid lösa senare! 88-92% är ett rimligt målvärde för dessa patienter, och vi kommer att skriva mer om det inom kort…
Och om du vill läsa på mera: börja med [Calverly 2000] och [Abdo 2012]!
Referenser
Christiansen J, Douglas CG, Haldane JS. The absorption and dissociation of carbon dioxide by human blood. J Physiol. 1914 Jul 14;48(4):244-71.
Donald K, Simpson T, Michmicaelh J, Lennox B. Neurologic effects of oxygen. 1949 Dec 3; 6588(254): 1056-1057
Campbell EJ. Respiratory Failure. Br Med J. 1965 Jun 5;1(5448):1451-60.
Lenfant C. Arterial-alveolar difference in PCO2 during air and oxygen breathing. J Appl Physiol. 1966 Jul;21(4):1356-62.
Campbell EJ. The J. Burns Amberson Lecture. The management of acute respiratory failure in chronic bronchitis and emphysema. Am Rev Respir Dis. 1967 Oct;96(4):626-39.
Aubier M, Murciano D, Fournier M, Milic-Emili J, Pariente R, Derenne JP. Central respiratory drive in acute respiratory failure of patients with chronic obstructive pulmonary disease. 1980 Aubier Am Rev Respir Dis. 1980 Aug;122(2):191-9.
Aubier M, Murciano D, Milic-Emili J, Touaty E, Daghfous J, Pariente R, Derenne JP. Effects of the administration of O2 on ventilation and blood gases in patients with chronic obstructive pulmonary disease during acute respiratory failure. Am Rev Respir Dis. 1980 Nov;122(5):747-54.
Luft UC, Mostyn EM, Loeppky JA, Venters MD. Contribution of the Haldane effect to the rise of arterial Pco2 in hypoxic patients breathing oxygen. Crit Care Med. 1981 Jan;9(1):32-7.
Sassoon CS, Hassell KT, Mahutte CK. Hyperoxic-induced hypercapnia in stable chronic obstructive pulmonary disease. Am Rev Respir Dis. 1987 Apr;135(4):907-11.
Dick CR, Liu Z, Sassoon CS, Berry RB, Mahutte CK. O2-induced change in ventilation and ventilatory drive in COPD. Am J Respir Crit Care Med. 1997 Feb;155(2):609-14.
Robinson TD, Freiberg DB, Regnis JA, Young IH. The role of hypoventilation and ventilation-perfusion redistribution in oxygen-induced hypercapnia during acute exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. 2000 May;161(5):1524-9.
Spyer KM, Gourine AV. Chemosensory pathways in the brainstem controlling cardiorespiratory activity. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2009 Sep 12;364(1529):2603-10.
Gay PC, Edmonds LC. Severe hypercapnia after low-flow oxygen therapy in patients with neuromuscular disease and diaphragmatic dysfunction. Mayo Clin Proc. 1995 Apr;70(4):327-30.
Budinger GRS, Mutlu GM. Balancing the risks and benefits of oxygen therapy in critically III adults. Chest. 2013 Apr;143(4):1151-1162.
Abdo WF, Heunks LM. Oxygen-induced hypercapnia in COPD: myths and facts. Crit Care. 2012 Oct 29;16(5):323.
Calverley PM. Oxygen-induced hypercapnia revisited. Lancet. 2000 Nov 4;356(9241):1538-9.
Vilken dag! På Nordiska RETTS mötet (NRM19) samlades de mest erfarna och kunniga sjuksköterskorna från hela landet – och i år blev Jonathan inbjuden för att hålla i en workshop om blodgaser!
En djupdykning i blodgaser med Sveriges mest erfarna akutsjuksköterskor
Hjärtstopp är bland det stressigaste man kan handlägga – och mitt i allt får man en blodgas som oftast visar acidos.
Men vad säger ett pH på 6.8 egentligen om prognosen? Innebär det alltid att det är lönlöst att fortsätta? Vilka fysiologiska effekter medför en sådan extrem acidos?
I denna föreläsning går Jonathan Ilicki igenom extrem acidos vid hjärtstopp och landar i en spännande slutsats. Åhörarkopior och podcastversionen finns på ScanFOAM.
Metabol alkalos: kräkningar och diuretika – eller finns det mer att veta?
En hel del faktiskt! Läs inlägget om metabol alkalos och lägg 5 minuter på quizet för att testa dina kunskaper om en styvmoderligt behandlad syra-basrubbning som kan vara farligare än du tror för din patient.
Tyck till i kommentarsfältet, vi vill gärna ta del av dina åsikter!
Sista dagen höll Jonathan i ett interaktivt blodgasquiz, som nu finns upplagt nedan. De som vann svarade rätt på alla 24 frågor – och var dessutom hiskeligt snabba.
Vi kommer att lägga upp våra bästa föreläsningar, quiz och tips på hemsidan. Skriv upp dig för att få allt skickat till dig – helt gratis!
(Självfallet kommer vi inte dela dina uppgifter med någon annan, och man kan när som helst ta bort sig från listan. Och det kommer nog inte bli mer än ett utskick i kvartalet.)
Stort tack till alla som deltog i blodgasföreläsningen på Akutsjuksköterskedagarna 2019! Det var en intensiv och spännande genomgång av syrabasrubbningar och basal blodgastolkning.
Kompensationer: en primär rubbning balanseras av motsatt mekanism åt motsatt håll
Andreas Eriksson, Daniel Gustafson och Jonas Andersson kom på första, andra och tredje plats i blodgastävlingen
