background image

 

 

 

 

Dr. Ayad Abbas 

Lec. 2 

ACID BASE BALANCE

 

Tues.  30 / 9 / 2014 
 

 

Published  by : Ali Kareem 
 

 

مكتب اشور لالستنساخ

 

5102

 

-

 

5102

 


background image

 

1

 

 

Surgery 

Acid Base Balance

 

Lec 2: 

30/9/2014

 

                                                   د.اياد عباس

       

       
    

◊ pH: is a negative logarithm of molar H

+

 concentration of solution. 

 

If hydrogen ion of pure H

2

O at room temperature is equal to 

1/10.000.000 mol/L → [H

+

] = 1/10.000.000 → [H

+

] = 10

-7

 → log [H

+

 

= -7 → -log [H

+

] = 7→ pH = 7.

 
 

   Neutral solution → [H

+

] = [OH

-

] = 10

-7

 → pH =7

 

   Acidic solution  → [H

+

] > [OH

-

] → pH < 7

 

   Alkaline solution → [H

+

] < [OH

-

] → pH > 7

 
 

 

In SI system: pH unit not used now and the acid-base status measured 

by direct [H

+

]/L and expressed in nanomol/L.

 

nano= 10

-9

  , neutral solution [H

+

] = 100 nmol/L 

 

◊ Normal blood pH = 7.4 (+ or -) 0.05 = 7.35-7.45 

 

◊ Range of blood pH which compatible with life is only (7-7.8) which 
corresponds to a range of 6 times change in hydrogen ion concentration.

 

◊ Acidosis : process that tend to lower pH.

 

◊ Alkalosis: process that tend to rise pH

 

◊ Acidaemia: ↓ in blood pH < 7.35

 

◊ Alkalaemia: ↑ in blood pH > 7.45

 
 

 

Compensatory Mechanism 

 

Physiological responses to changes in [H

+

] are characterized by 3 phases:

 

1.Immediate chemical buffering.

 

2.Respiatory compensation.

 

3.Slower but more effective renal response that may nearly normalize 
arterial pH. 

 
 
 
 


background image

 

2

 

 

Body buffers

 

Physiological important buffers are:

 

1.Bicarbonate (H

2

CO

3

/HCO

3

-

): is most important buffering in the 

extracellular fluid.

 
 

H

2

O + CO

               H

2

CO

            H

+

 + HCO

3

-

 

 

 
 

                  Normally eliminated by lung and not ↑ PaCO

2

 
 
 

CO

2

 + H

2

           H

2

CO

3

 + NaCl            HCl + NaHCO

3

  

 

 

2.Haemoglobin (HbH/Hb

-

): although restricted inside RBC, but it is an 

important buffer in the blood.

 
 

H

+

 + KHb             HHb +K

+

 
 

 

 

 

3.Protein other than Hb: play a major role in buffering of intracellular 
fluid.

 

Protein possess both acidic & alkaline groups.

 

carboxyl group

Acidic group called 

 

.

amino group

Alkaline group called 

 
 
 

                              

NH

2

 + 

H

+

                  

   

NH

3

 

 

 

Protein

 
 
 

                         COOH + OH

-                    

COO + H

2

 

 

 

 

 
 


background image

 

3

 

 

  4.Phosphate (H

2

PO

4

-

/ HPO

4

-2

): it is important urinary buffer.

 
 

↑ [H

+

]         HCl + Na

2

HPO

4

          NaH

2

PO

4

 

(kidney) + 

NaCl 

 

                                 di (Na) phosphate             mono (Na) phosphate

 
 
 

↑[OH

-

]           NaOH + NaH

2

PO

4

          NaHPO

4

 + H

2

O

 

                                                                            

excreted by kidney

 

 

 
 
 

5.Amonia (NH

3

/NH

4

+

): it is also important urinary buffer.

 
 

NH

3

 + H

+

          

    NH

4

  

(excreted by kidney)

 
 
 

Respiratory compensation

 

                                                      ↑pH → hypoventilation → ↑PaCO

2

 

 

                                                     

 

Change in pH (sensed by 

 

                 chemoreceptors 

 

                   in brain stem)              ↓ pH → hyperventilation → ↓PaCO

2

 
 
 
 

Renal compensation

 

 this by the following:

 

1.Ability of kidney to control the amount of HCO

3

-

 reabsorption.

 

2.Ability of kidney to form new HCO

3

-

.

 

3.Ability of kidney to eliminate H

+

 in the form of titrable acid and 

ammonium ion.

 

EXAMPLES:

 

► H

+ HPO

4

-2

          H

2

PO

4  

(excreted by kidney)

 
 

► NH

3

 + H

+

            NH

4

 (excreted by kidney)

 
 
 


background image

 

4

 

 

 

Clinical disorders

 

 

Compensatory changes

 

Primary changes

 

Disorder

 

↑ HCO

3

  

↓ HCO

3

 

↓ PaCO

2

 

↑ PaCO

2

 

↑ PaCO

↓ PaCO

2

 

↓ HCO

↑ HCO

3

 

Respiratory acidosis

 

Respiratory alkalosis

 

Metabolic acidosis

 

Metabolic alkalosis

 

 

Normally: PaCO

2

 = 40 

+

-

 5 , HCO

3

 = 22 

+

-

 2 , SBC

*

 = 24

+

2, BE

**

 = 

+

-

 3 -

zero.

 
 

EXAMPLES:

 
 

Diagnosis

 

BE

 

HCO

3

 

PaCO

2

 

pH

 

Uncompensated metabolic acidosis

 

-20

 

10.8

 

41

 

7.05

 

Uncompensated metabolic alkalosis

 

+16

 

38

 

42

 

7.59

 

Uncompensated respiratory acidosis

 

-2

 

22

 

90

 

7.15

 

Uncompensated respiratory alkalosis

 

Zero

 

24

 

21

 

7.58

 

Metabolic acidosis compensated by 
respiratory alkalosis 

 

-15

 

13.4

 

23

 

7.27

 

Metabolic alkalosis compensated by 
respiratory acidosis

 

+20

 

42.8

 

55

 

7.55

 

Respiratory acidosis compensated by 
metabolic alkalosis

 

+16

 

38.5

 

85

 

7.30

 

Respiratory alkalosis compensated by 
metabolic acidosis

 

-10

 

16.5

 

20.5

 

7.46

 

 

* SBC: it is plasma [HCO

3

] from fully oxygenated (PaO

2

 = 100) blood 

which has been equilibrated to PCO

2

 40 mmHg at 37

C.

 
 

** BE: Base Excess: is an amount of strong acid or base required to 
titrate the pH to 7.4 at PCO

2

 40 mmHg.

 
 
 
 
 


background image

 

5

 

 

Physiological effect of acidosis

 

 

1.pH < 7.20 → direct myocardiac depression and ↓ peripheral vascular 
resistance → hypotension.

 

2.Tissue hypoxia (although O

2

 dissociation curve shift to the left)

 

3.Hyperkalaemia 

 

4.CNS depression mainly in respiratory acidosis (CO

2

 narcosis) → ↑ 

cerebral blood flow → ↑ intracranial pressure.

 
 

I.Respiratory acidosis

 

1

 ↑ in PaCO

2

. It is of two types:

 

1.Acute respiratory acidosis: the compensatory mechanism to acute (6-12 
hr) is limited.

 

2.Chronic respiratory acidosis: renal compensation characterizes chronic 
respiratory acidosis, it is appreciable after (12-24 hr) and may not peak 
until 3-5 days. Plasma HCO

3

 ↑ ~ 4mmol/L for each 10 mmHg ↑ PaCO

2

 

above 40 mmHg.

 
 
 

Causes of respiratory acidosis:

 

1.Alveolar hyperventilation

 

● CNS depression e.g: 1.cerebral ischemia   2.cerebral trauma  3.drug 
induced

 

● Neuromuscular disorder: myopathy, neuropathy

 

● Chest wall abnormality e.g kyphoscoliosis

 

● Pleural abnormality e.g pneumothorax, pleural effusion 

 

● Airway obstruction: foreign body, tumor → upper airway

 

 

                                    asthma, COPD → lower airway

 

● Paranchymal lung disease:1.Pulmonary Oedema  2.Pulmonary Emboli  
3.Pneumonia  4.Aspiration    5.Interstitial lung disease

 
 

2.↑ CO

 production

 

● ↑ in enteral or paraentral nutrition of carbohydrate 

 

● Intense shivering 

 

● Prolong seizure activity

 

● Thyroid storm

 

● Excessive thermal injury

 


background image

 

6

 

 

 

Treatment:

 

● Treatment of the cause

 

● May → respiratory depression → mechanical ventilation

 

● I.V NaHCO

3

 is rarely necessary (i.e not used)

 
 

II.Metabolic acidosis

 

1

 

↓ in HCO

3

 , pulmonary compensation  by marked hyperventilation to ↓ 

PaCO

2

 does not completely normalize pH.

 
 

Anion Gap: defined as the difference between major measured cations 
and major measured anions.

 

Anion gap = [Na

+

] -([Cl

-

] + [HCO

3

-

]) normally (9-15).

 
 

Causes:

 

Those with ↑ anion gap, with normal anion gap (hyperchloraemic).

 

1.Incresed anion gap

 

● ↑ 

production of non volatile acids e.g renal failure, DKA (diabetic 

ketoacidosis), lactic acidosis.

 

● Ingestion of toxins e.g salicylatye, methanol, sulfer

 

 

Rhabdomyositis

 

2.Normal anion gap

 

● ↑ GIT loss of HCO

3

: diarrhoea, ingestion of CaCl

2

/MgCl

2

, fistula 

(pancreatic, biliary, small bowel)

 

● ↑ renal loss of HCO

3

: renal tubular acidosis, hypoaldosteronism

 

● Dilutional: large amount of HCO

3

 free fluid

 

● Total paraenteral nutrition

 

● ↑ intake of chloride containing acid e.g ammonium chloride

 
 

Treatment:

 

● ph < 7.2 → Na HCO

3

 (8.4 %) should be given 

 

NaHCO

= BE X 30% X body weight (giving 1/2 the dose and reassess 

the values).

 

● Treatment of the cause

 
 
 
 


background image

 

7

 

 

Alkalosis (physiological effect)

 

 

1.Hypokalaemia 

 

2.Difficult to give up O

2

 to tissue → hypoxia.

 

3.↓ ionized Ca

+2

 → circulatory depression and neuromuscular irritability.

 

4.Respiratory alkalosis → ↓ cerebral blood flow, ↑ systemic vascular 
resistance and may → coronary vasospasm.

 
 

I.Respiratory alkalosis

 

1

 ↓ in PaCO

2

, by inappropriate ↑ in alveolar ventilation relative to CO

2

 

product.

 

It is compensated by ↓ [HCO

3

] in plasma.

 
 

Causes:

 

● Central stimulation: 1.pain  2.anxiety (hystria) 3.stroke  4.ischemia

 

5.fever   6.infection   7.drug induced e.g salicylate

 

● Peripheral stimulation: 1.hypoxia  2.high altitude  3.pulmonary disease 
(CHF, pulmonary oedema, pulmonary emboli, asthma (severe))

 

● Iatrogenic: ventilator induced 

 
 

Treatment:

 

● Treatment of the cause is enough

 

● For severe (pH > 7.6) i.v HCl or NH

4

Cl

(ammonium chloride) my be 

indicated

 
 

II.Metabolic alkalosis

 

1

○ 

↑ in HCO

3

 

 

Causes:

 

1. Chloride sensitive: those causes associated with ↓ NaCl and ECF 
depletion

 

● GIT: vomiting, gastric drainage, chloride diarrhoea

 

● renal: diuretic

 

● sweat: cystic fibrosis

 

2.Chloride resistance: those associated with enhanced mineralocorticoid 
activity

 

● ↑ mineralocorticoid activity: hyperaldosteronism, cushing syndrome

 

3.Miscellanous

 


background image

 

8

 

 

● massive blood transfusion 

 

● alkaline treatment with renal insufficiency 

 

● hyper Ca

+2

 

 e.g metastasis

 
 
 

Treatment:

 

● Treatment of underlying cause

 

● For chloride sensitive causes i.v normal saline and K

+

 replacement

 

● when pH > 7.6 i.v : 1.HCl  2.ammonium chloride  3.Vit.C (5-10 g/day)

 

4.haemodialysis may be considered

 

    

 

    

 

 

 

 

Done By: 

Ali Malik

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 42 عضواً و 356 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل