Ventilation Mécanique dans le S.D.R.A. Acidose métabolique «approche classique vs. approche récente» Claude Guérin Réanimation Médicale Hôpital Croix-Rousse et Créatis CNRS 5515 – INSERM 630 - UCBL LYON DESCQ Réanimation Médicale Lyon 6 décembre 2006

Deux approches Henderson-Hasselbach (1908 et 1916) pH est dépendant de 2 variables Concentration de HCO3- plasmatique PaCO2 Les changements de bicarbonate plasmatique influencent directement le pH: bicarbonate est CENTRAL Stewart (Can J Physiol Pharmacol 1983) pH est dépendant de 3 variables indépendantes SID = strong ion difference Atot = acides faibles Les changements de bicarbonate plasmatique n’influencent pas directement le pH : bicarbonate N’EST PAS CENTRAL

Approche classique

[H+] x [HCO3-] = K x [CO2] x [H2O] Henderson (1908) : loi action de masse Hasselbach (1916) [H+] = K x [CO2] / [HCO3-] Henderson-Hasselbach (1916) pH = pK1 + log [HCO3-] / S PaCO2

protéines,PO4, bicarbonate, osseux Régénération rénale de HCO3  Production acide lactique H+ + HCO3-  CO2 + H2O Tampon bicarbonate Poumon SANS  PaCO2  [HCO3-] plasma + tampon non-bicarbonate TAMPONNEMENT LEC Secondes Lactate- + H+ pH = 6,1 + log [HCO3-]/[0,03 x PaCO2]  pH  [HCO3-]  pH et [HCO3-] LIC TAMPONNEMENT IC protéines,PO4, bicarbonate, osseux heures COMPENSATION Stimulation centres respiratoires 12 heures  [HCO3-] PaCO2 CORRECTION Régénération rénale de HCO3 Par  excrétion urinaire NH4+ 3-5 jours

HCO3- Standard HCO3- réel BE SBE (Hb 5 g/100ml) 37°C, PaCO2 40mmHg pH respiratoire métabolique (1957-1958) HCO3- réel BE quantité d’acide ou de base à ajouter pour atteindre pH normal. SBE (Hb 5 g/100ml) PCO2 -Calculé pH et PCO2 -Reflète met et resp Mesurent la composante métabolique de façon indépendante CO2 total pH < 7,40 HCO3- < 22 mmol/l PaCO2 prédite = (1,5 x HCO3-) + 8  5 = 40 + SBE SBE < - 5 mmol/l Acidose métabolique pure

TROU ANIONIQUE PLASMATIQUE T.A. = (Na + + K+) – (HCO3- + Cl-) (1970) T.A. = (Na + + K+) – (HCO3- + Cl-) Normal 12 ± 2 (10-14 mmol/l) 10 TA TA Na+ 140 Cl- 106 HCO3- 24 paCO2 40 pH 7,40 Na+ 140 Cl- 106 30 paCO2 15 pH 7,05 TA 4

Classification des acidoses métaboliques selon l’approche classique Acidoses métaboliques avec augmentation du TA (normochlorémiques) Surcharge endogène Acidose lactique Acidocétose Insuffisance rénale Surcharge exogène intoxications Acidoses métaboliques sans augmentation du TA (hyperchlorémiques) Perte digestive de bases Acidoses tubulaires Charge acide exogène Insuffisance rénale « Dilution »

Approche « physico-chimique » de Stewart

Raisons Préceptes Approche classique Ne prend pas en compte tampons non bicarbonate Non mécanistique Ne quantifie pas le trouble Limitée dans acidose de « dilution », désordres complexes, réanimation Préceptes Eau importante source d’ions H+ Force ionique : Ions forts et ions faibles Neutralité électrique Notion de variables dépendantes et de variables indépendantes

Concept, hypothèses, assomptions Plasma : solution aqueuse exposée à une PaCO2 constante + mélange d’ions fortement dissociés et d’acides faibles. Variations de [HCO3-] : pas cause mais conséquence d’un trouble métabolique acido-basique. pH (= [H+] ) et bicarbonates variables dépendantes résultant de l’effet de 3 variables indépendantes SID Atot PaCO2 Respect de 3 lois physicochimiques élémentaires SIMULTANEMENT Dissociation électrochimique Electroneutralité des solutions Conservation des masses

Calcul du SID Différence de charge entre l’ensemble des cations forts et l’ensemble des anions forts SIDa = (Na+ + K+ + Ca2+ + Mg2+ + UC+) – (Cl- + UA-) UC+ = somme des cations forts autres que Na+, K+, Ca2+, Mg2+ ( négligeable) UA- = somme des anions forts autres que Cl- : sels d’acides organiques (lactate, acido-acétate, OH butyrate, citrate…) et anions minéraux (sulfates) et … Valeur normale 38 ± 1 mEq/l Si < 38 : acidose métabolique Si > 38 : alcalose métabolique mEq = mmol x valence

SID Na+ Cl- cations anions Gamblegram du plasma HCO3- Alb- Pi- Ca++ K+ UA- Cl- Ca++ K+ Mg++ cations anions

cations < S anions  SID < 0 Le SID : comment cela marche ? cations < S anions  SID < 0 + < -   + pour éléctroneutralité  H+   pH  acidose Différence de charges  force sur les autres molécules non (totalement) dissociées  dissociation pour EQUILIBRE des charges Si toutes les molécules sont dissociées dans une solution aqueuse, la seule autre source d’ions est l’ EAU qui se dissocie en H+ et OH- Loi de Coulomb : Sphère de 1 mm et Différence de charge +/- = 10-7 Eq/L ddp 400 000 volts (S Magder) DONC  SID   dissociation H2O   H+  acidose

Kellum Kidney Int 1998

Calcul de ATOT CONCENTRATION TOTALE DES ACIDES FAIBLES NON VOLATILES DISSOCIES DANS LA SOLUTION CE QUI INTERVIENT EST LEUR FORME ANIONIQUE (A-) ALBUMINE albuminate effet charge de l’albumine = [albumine, g/L] x (0,123 x pH – 0,631) (Figge J Lab Clin Med 1991) = [albumine, g/L] x 0,28 75% des charges négatives du TA Valeur normale = 12,1 mEq/L PHOSPHATE Pi- = [Pi, mmol/l] x (0,309 x pH – 0,469) (Figge L Lab Clin Med 1992) = [phosphore, mmol/L] x 1,8 Valeur normale = 2,1 mEq/L ATOT = 14,2 mEq/L

Rôle de l’hypoalbuminémie Hyperalbuminémie acidifie Hypoalbuminémie alcalinise Hypoalbuminémie sous-estime acidose Hypoalbuminémie sous-estime le TA TAajusté = TA + 0,25 x (alb normale – alb observée) (g/l) Figge CCM 1998

En Résumé pH PCO2 SID Atot respiratoire métabolique acidose alcalose Na+ K+ Ca++ Mg++ NH4+ S cations Cl- SO4-- lactate CC AG albuminate globuline phosphate S anions  PCO2

Classification des déséquilibres acido-basiques selon l’approche de Stewart Conséquences thérapeutiques  SID  Na+ SID  Cl- SID  XA- A- Pi   Cl- corr = Cl- obs x [Na+]norm /[Na+]obs Excès Cl = Clobs – Cl corr Fencl AJRCCM 2000

Applications cliniques Description des anomalies acido-basiques Acidose hyperchlorémique Alcalinisation Facteur pronostique

Applications cliniques Description des anomalies acido-basiques acidose hyperchlorémique Alcalinisation Facteur pronostique

Fencl AJRCCM 2000

Fencl AJRCCM 2000

B.E. aveuglé par Hypoalbuminémie Fencl AJRCCM 2000

Rétrospective, 427 trauma Martin J Trauma 2005

Strong Ion Gap (SIG) SIG  TA SIG = TA – A- Respect de la loi de électroneutralité cations forts + H+ = anions forts + A- + HCO3- + CO32- + OH- pH entre 6 et 8 : H+, OH- et CO32- négligeables A- = Albuminate + phosphate SIDe = Albuminate + Phosphate + HCO3- normalement SIDa = SIDe et SIDa-SIDe = SIG = 0 Si SIDa  SIDe SIG > 0 : UA > UC SIG < 0 : UC > UA SIG  TA SIG = TA – A-

SIDe SIDa Na Cl Gamblegram du plasma cations anions HCO3- Alb- Pi- XA- K+ Mg++ cations anions

Mécanismes de l’acidose dans l’IRA SIDe Rocktaeschel Crit Care 2003

Applications cliniques Description des anomalies acido-basiques Acidose hyperchlorémique Alcalinisation Facteur pronostique

 Cl >  Na+ dans plasma 24 patientes-chirurgie réglée intra-abdominale majeure remplissage 70 ml/kg en 2 heures randomisé NaCl 0,9% vs Ringer Lactate colloïde, CGR, PFC = 0 Volume perfusé = 6000 ml  saline  Ringer lactate NaCl 0,9% induit  SID  acidose  Cl >  Na+ dans plasma  Atot (dilution)  alcalose qui atténue l’effet précédent effet du SID est > effet de Atot (acides faibles) Scheingraber Anesthesiology 1999

hetastarch albumine Hetastarch Na+ 154 mEq/l Cl- 154 mEq/l Albumine 11 Volontaires sains : 15 ml/kg Hetastarch 6% vs 15 ml/kg albumine 5% en 30 minutes - Cross over en 4 semaines albumine hetastarch Hetastarch Na+ 154 mEq/l Cl- 154 mEq/l Albumine Na+ 150 meq/l Cl-93 mEq/l Donc -charge en chlore -Diminution SID Walters Anesthesiology 2000

Ce qui compte est le S.I.D. du soluté de perfusion Fluide administré SID (mEq/l) NaCl 0.9% Ringer Ringer lactate 27 Ringer acétate 50 Hétastarch Albumine 5% 35.4

pH albumine saline Étude ancillaire SAFE Albumine n = 339 Saline n = 352 Bellomo et al. CCM 2006

Applications cliniques Description des anomalies acido-basiques acidose hyperchlorémique Alcalinisation Facteur pronostique

niveau de recommandation Conférence de consensus SRLF 1998 Mécanismes et étiologies de l'acidose Tampons niveau de recommandation Perte en ions bicarbonate OUI 2b Acidose lactique au cours des états de choc NON 2a Acidose lactique au cours de l'arrêt cardiocirculatoire NON * Acidocétose diabétique 1a Acidocétose alcoolique Erreurs innées du métabolisme 2 b Intoxications Insuffisance rénale NON ** 3c * En dehors de l’hyperkaliémie ou intoxications aux antidépresseurs tricycliques ** En dehors de l’hyperkaliémie en attente de la dialyse Conférence de consensus SRLF 1998

Acidose hyperchlorémique - 24 patientes - chirurgie réglée Kc ovaire - Induction acidose hyperchlorémique par NaCl 0,9% (80 ml/kg en 2 heures = 5200 ml) - Puis randomisation en deux groupes : - Bicarbonate 1 M en 20 min - THAM 3 M en 20 min - dose = LEC x SBE avec LEC = (0,2 x BW) + litres cristalloïdes - diurèse Rehm Anesth Analg 2003

PaCO2 inchangés Atot pH SID

H+ + HCO3-  H2CO3  CO2 + H2O R-NH2 + H2O + CO2  HCO3- + R-NH3+

Na+ R-NH3+

Applications cliniques Description des anomalies acido-basiques acidose hyperchlorémique Alcalinisation Facteur pronostique

Étude pédiatrique avait suggéré un rôle de l’approche récente pour prédire mortalité (Balasumbramayan CCM 1999) Élévation SIG > BE, TA, lactate pour prédiction Réanimation adulte : Prospective, 100 pts pas de discrimination (Cusak ICM 2002) Variable OR P value CI AUC (ROC) APACHE II 1.14 <0.001 1.06-1.22 0.76 0.66-0.86 pH 0.002 0.001 0.001-0.070 0.72 0.60-0.84 SBE 0.90 0.84-0.96 0.71 0.59-0.82 Lactate 1.23 0.018 1.04-1.46 0.65 0.52-0.78 HCO3- 0.91 0.011 0.84-0.98 0.66 0.55-0.78 AG 1.10 1.02-1.19 0.54-0.78 AG corrected 1.09 0.027 1.01-1.17 0.62 0.50-0.74 BEUA 0.93 0.017 0.88-0.99 0.52-0.76 SIG 1.06 0.096 0.98-1.16 0.59 0.48-0.71 SIDeff 0.03 0.87-0.99

L’acidose hyperchlorémique est-elle dangereuse per se? Kellum et al. Augmentation cytokines sériques après ponction-ligature caecale chez le rat normotendu (Chest 2006) Gunnarsson Crit Care 2005

Approche de Stewart AVANTAGES INCONVENIENTS Mécanismes Débrouiller les situations complexes de réanimation Pourrait permettre un traitement plus logique INCONVENIENTS Calculs nombreux avec risque d’erreur Tout le NaCl n’est pas dissocié ! Les variables indépendantes le sont-elles et jusqu’où ? Pas encore de niveau preuve suffisant montrant que son application en clinique change le devenir du patient

Conclusions Prise en charge acidose métabolique «eminence-based medicine» L’approche traditionnelle est utilisable Les variables d’intérêt sont pH, PaCO2 et SBE Approche de Stewart peut apporter des informations pertinentes en cas de désordres complexes, en réanimation Distance sodium-chlore hypoalbuminémie

* baseline albumine SIDa saline SIDe Bellomo et al. CCM 2006

SIG * * * * baseline albumine saline Bellomo et al. CCM 2006

Bellomo et al. CCM 2006

Bellomo et al. CCM 2006

Acidose hyperchlorémique par faible ENA Stewart : augmentation Réabsorption Cl-, hyperchlorémie, acidose Mutation sur WNK1 et 4 associées à transfert trans-tubulaire Cl- élevé

Rétrospective, 282 patients après Chirurgie vasculaire majeure pour plaie thoracique Kaplan CCM 2004

SIDe = 1 x (2,46 x 10-11) x (PCO2/(10-pH)) + (albumine x (0,123 pH – 0,631)) + (PO4 x (0,309 pH – 0,469)) Stewart Can J Physiol Pharmacol 1983 Figge et al. J Lab Clin Med 1991 et 1992 Formule simplifiée du SIDe : SIDe = [HCO3-] + 0,28 [albumine] + 1,8 [phosphore]