ALFA-STAT Y pH-STAT
Félix E. FabrykantServicio de Cirugia Cardiaca
Clinica Olivos-Hospital Español de La Plata
Originalmente publicado en Tecnologia Extracorpórea - Revista Latino Americana II,2, 1995.
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ALFA-STAT Y pH-STATFélix E. FabrykantServicio de Cirugia Cardiaca Clinica Olivos-Hospital Español de La Plata Originalmente publicado en Tecnologia Extracorpórea - Revista Latino Americana II,2, 1995. |
Estos términos define dos estrategias para el manejo de los gases en sangre y estado ácido-base en condiciones diferentes a las de normotermia. Han sido tema de amplios debates y de trabajos en la década del 80 que continúan aún hoy, aunque las razones para favorecer el manejo alfa-stat parecen tener mayor base fisiológica y en consecuencia mayor número de seguidores.
El anhidrido carbónico se transporta en la sangre en cuatro formas diferentes pero relacionadas:
1. Como gas disuelto en el plasma
2. Unido a la hemoglobina
3. Como ión bicarbonato
4. Como ácido carbónico
Su producción depende de la tasa metabólica y en condiciones basales a 37 grados de temperatura, su producción es de el alrededor de 80 ml. por metro cuadrado de superficie corporal. En estas condiciones el manejo alfa-stat (AS) y el manejo pH-Stat (PS) no diferen entre sí, En condiciones hipotérmicas las dos estrategias son disímiles.
Definiciones:
Alfa-Stat:
a) Es una estrategia del manejo de los gases en sangre similar a los cambios fisiológicos que ocurren en los animales poiquilotermos (p.e.:insectos) durante la hipotermia.
b) El nombre proviene de los grupos alfa-imidazol; de la histidina ( un aminoácido), que juega un papel de importancia como agente alcalinizante durante la hipotermia.
c) Es un estado caracterizado por una alcalosis respiratória inducida por la hipotermia, aunque el contenido de anhidrido carbónico en la sangre permanece en valores similares a los hallados durante normotermia.
pH-Stat:
a) Es una estrategia del manejo de los gases en sangre similar a los cambios fisiológicos que ocurren en los animales ectotermos (hibernadores) durante la hipotermia.
b) El nombre deriva de que en esta estrategia el objetivo principal es mantener el pH en valores normales, 7,40, durante la hipotermia.
c) pH-stat está caracterizado porque la pC02 es de 40mmHg, corregida a la temperatura del paciente y el contenido de anhidrido carbónico está incrementado.
Antes de discutir estas estratégias, se deben comprender cuatro conceptos básicos.
El "primero" de ellos es la ecuación de Henderson-Hasselbach [1]
Esta fórmula asegura que si se mantiene la pC02 en 40mmHg, y el bicarbonato en 24 mmoles por litro el pH será de 7,40. Y éste es el pH óptimo para una fisiología normal.
Sin embargo la temperatura cambia el pH como se verá más adelante.
El "segundo"concepto básico es la ley de Henry [1]. Esta ley dice que un gas se disuelve en un liquido sin combinarse y que la absorción depende de la naturaleza del liquido y del gas, de la temperatura y de la presión del gás.
El coeficiente de absorción disminuye con el aumento de la temperatura. Es decir que:
1. Cuando la temperatura disminuye, la solubilidad de los gases aumenta.
2. Cuando la temperatura aumenta, la solubilidad de los gases disminuye.
3. Cuando la solubilidad disminuye hay menos gas en solución
4. Cuando la solubilidad aumenta hay más gas en solución.
5. Cuando mayor sea la solubilidad de un gas en un líquido, menor será su presión parcial y por el contrario a menor solubilidad mayor será se presión parcial.
6. Como corolario la solubilidad y la presión parcial de un gas varían en forma opuesta según los cambios de la temperatura.
Pero el número de moléculas de ese gas en la masa liquida permanece constante.
El tercer concepto tiene que ver con los cambios en el metabolismo que produce la hipotermia. Con menor temperatura hay menor metabolismo y se produce menos C02.
En un paciente anestesiado si mantiene una temperatura constante la producción C02 será constante, pero si desvia su temperatura hacia la hipotermia, la producción de C02 disminuirá.
El cuarto concepto importante es el conocimiento de cómo se miden los gases en sangre en el laboratorio y su forma de expresarios según estén o no corregidos a la temperatura del paciente.
En los aparatos que miden los gases en sangre, el primer paso en la determinación de estos valores es llevar la sangre a 37 grados centigrados para luego hacer su determinación. Si se va a medir los gases en sangre de un paciente hipotérmico, entonces lo primero que pasa es un cambio en la solubilidad de los gases disueltos en la sangre. Aumenta la temperatura, disminuye la solubilidad y aumenta entonces, la presión parcial de ese gas y ésta es la presión parcial que mide la máquina. El laboratorio informa esos resultados que son conocidos como "no corregidos a la temperatura del paciente". Si se informa de la temperatura real del paciente el laboratorio puede calcular las presiones parciales de los gases según la diferencia entre la temperatura del paciente y la temperautra del baño termostatizado y entonces informar los gases como "corregido a temperatura del paciente".
Como puede apreciarse, dos resultados distintos a pesar que el contenido de esos gases es constante ( en realidad es una sola muestra) [2] .
Reeves y col. [3] demuestran que en la sangre con hematocrito normal, base buffer normal y bicarbonato de sodio/imidazol normal, la variación del pH es de 0,0147 unidades por cada grado de diferencia térmica. Cuando el hematocrito es de 20% por hemodilución, condición habitual durante el bypass cardiopulmonar, la variación del pH es de 0,016 debido a la caida de la base buffer por la hemodilución, según Kindig y col. [4] Estas diferencias del pH se deben al aumento de la solubilidad del C02 con la disminución de la temperatura y al consiguiente descenso de la presión parcial de ese gas que es de un 5% menos cada grado de descenso térmico en la sangre con hematocrito de 20%.
El comportamiento del oxígeno es similar al anhídrido carbónico, teniendo una variación de la presión parcial del 7% por grado de diferencia térmica.
En consecuencia, los datos informados por el laboratorio como no corregidos a la temperatura no son los datos presentes en el paciente, sino los gases de la sangre a 37 grados.
Damos a continuación un ejemplo para clarificar más la cuestión:
| Máquina de Gases a 370C No corregido |
Paciente a 280C Corregido |
| PaO2 170 mmHg PCO2 40 mmHg |
PaO2 100 mmHg PCO2 28 mmHg |
Como la base buffer y el bicarbonato en esa muestra de sangre es para nuestro ejemplo normal, el pH resultante será:
| Máquina de Gases a 370C No corregido |
Paciente a 280C Corregido |
| PaO2 170 mmHg PCO2 40 mmHg pH 7,40 |
PaO2 100 mmHg PCO2 28 mmHg pH 7,60 |
Como puede verse, cuando el paciente está en hipotermia presenta un estado ácido-base característico de una alcalosis respiratoria. Manteniendo el mismo contenido de C02 cuando vuelve a la normotermia. Este mecanismo se produce sólo por el cambio de la solibilidad de los gases en la sangre durante la hipotermia. Y este mecanismo es normal incluso en un ser humano que deambula o realiza un ejercicio cualquiera.
La sangre arterial abandona el ventrículo izquierdo con un determinado contenido de C02 y de 02 que se mantiene constantes hasta que llega a los capilares. En éstos sufre cambios térmicos según la temperatura del tejido a perfundir, temperatura que depende del estado metabólico de ese tejido en ese momento particular.
En un individuo en reposo el higado tiene una temperatura de 370C y la piel 250C. El estado ácido-base será entonces:
| Sangre Arterial | Hígado | Piel | |
| Temperatura | 370C | 370C | 250C |
| pH | 7,40 | 7,40 | 7,57 |
| PCO2 mmHg | 40 | 40 | 24 |
| PO2 mmHg | 100 | 100 | 43 |
Si ese mismo individuo realiza un trabajo muscular intenso, por ejemplo correr, los musculos pueden aumentar su temperatura hasta unos 410C por el aumento de la tasa metabólica. El estado ácido-base será:
| Sangre Arterial | Hígado | Músculo | |
| Temperatura | 370C | 380C | 410C |
| pH | 7,40 | 7,38 | 7,34 |
| PCO2 mmHg | 40 | 41,6 | 47 |
| PO2 mmHg | 100 | 107,4 | 133 |
Insistimos en que estos cambios fisiológicos que se producen por los cambios térmicos, tienen como base el contenido constante de los gases en la sangre. Al variar sólo la solubilidad de los gases en función de la temperatura, la presión parcial de esos gases cambia en función de la solubilidad en ese sistema cerrado.
El sistema cerrado comprende todo el volumen de sangre que se extiende desde las venas pulmonares hasta la arteriola precapilar, ya que en este ámbito no hay intercambio gaseoso. Sólo en el capilar, lugar donde se abre el sistema ocurrirá la transferencia de los gases de un compartimiento a otro, regido por la diferencia de presión parcial entre la sangre capilar y los tejidos.
Otro de los factores que deben tenerse en cuenta durante la Circulación Extracorpórea es la influencia de la hemodilución en el pH de la sangre.[5]
En los pacientes con una hemorragia aguda, una terapéutica utilizada comúnmente es reponer el volumen sanguineo perdido por soluciones cristaloideas en un volumen de 3 unidades de cristaloide por cada unidad de sangre. Con esta politica se transforma una hipovolemia aguda en una anemia aguda normovolémica, preservando la perfusión tisular y no comprometiendo el transporte de oxígeno siempre que la hemoglobina supere los 8 gramos o el hematocrito no descienda de 0,24 a 0,25.
La respuesta inicial del estado ácido-base a esta situación es una acidosis metabólica por dilución de la base buffer total que se compensa por un aumento de la ventilación pulmonar y consecuentemente una caida de la pC02, para mantener el pH en valores normales. A continuación, el riñón comienza a excretar una orina con una carga elevada de protones (orina ácida) para llevar la base buffer y el bicarbonato total a valores previos a la dilución.
El primer mecanismo de compensación del pH es respiratório y tiene lugar rápidamente, en cambio la compensación renal que ahorra bases es tardia. Entonces el mecanismo compensador de la acidosis por hemodilución es la alcalosis respiratoria, seguida por el mecanismo lento de la alcalosis metabólica.
Durante el bypass cardiopulmonar la hemodilución es una práctica de regla y lleva habitualmente el hematocrito a valores de 0,20 a 0,25. Esta caida es brusca, ya que ocurre en los primeros minutos de la circulación extracorpórea, pero no varía el volumen circulante total que esta constituido por el volumen del espacio vascular del paciente más el volumen del circuito extracorporeo que fue cebado con el priming y que habitualmente es solución electrolítica, con el agregado de algún expansor plasmático sintético, pero que no aporta buffer.
El estado hemodinamico es el de una anemia aguda normovolémica por hemodilución.
La caida del hematocrito es un buen índice del grado de hemodilución y consecuentemente de la disminución relativa del bicarbonato total y de la base buffer. Consecuentemente si los valores de pC02 se mantienem estables, es decir que la reacción entre la flujo de gas en el oxigenador y el flujo de sangre expuesta en la cámara de oxigenación no varía, existe la tendencia a disminuir el pH. Esa situación, conocida como acidosis por hemodilución, no debe corregirse agregando álcali (p.e. bicarbinato) a la sangre, porque al corregirse la hemodilución dejaria al paciente en un estado de alcalosis metabolica. En todo caso el pH puede llevarse otra vez a valores normales para la temperatura de la sangre, aumentando el flujo de gas y asi corrigiendo con hiperventilación ( alcalosis respiratória) la acidosis metabólica por hemodilución, mecanismo que como vimos anteriormente es la respuesta fisiológica a una hemodilución aguda.
MANEJO DE LOS GASES DURANTE LA CIRCULACIÓN EXTRACORPÓREA
Si la temperatura del paciente se mantiene constante a 37 grados centígrados, no existen diferencias en relación a qué tipo de técnica, alfa stat o pHstat, se utilice. Esto es debido a que en normotermia el pH normal es de 7,40 y la pC02 es de 40 mmHg en ambas técnicas.
Fundamentalmente existen dos recursos para modificar el contenido de C02 arterial durante la CEC.
a. El volumen de la ventilación del oxigenador con repecto al flujo de sangre, con un gas que no contenga anhídrido carbónico, está en relación inversa con la pC02 final.
Esto significa que a mayor ventilación menor será la pC02 y a la inversa, a menor ventilación mayor será la pC02 final. Este punto es sumamente importante, ya que no es infrecuente el error en el manejo de la oxigenación con membranas variar el flujo de la mezcla gaseosa aire/oxígeno que entrega el mezclador de gases (blender) con la intención de variar la presión parcial de oxígeno en la sangre arterial. Lo único que se consigue con esta maniobra es variar la pC02, ya que lo que cambia es la relación flujo de gas/flujo de sangre, variando así sólo la pC02.
Si la intención es modificar la presión parcial de oxígeno se debe cambiar la Fi02, que es la concentración de oxígeno en la mezcla gaseosa que llega a la camara de oxigenación, que mantiene una relación directa con la p02 arterial.
Esta maniobra es posible realizarla sólo en oxigenadores de membrana, ya que en los oxigenadores de burbuja no es aconsejable utilizar mezclas de gases que contengan nitrógeno ( el aire tiene casi un 80% de N2) por la poca difusibilidad del nitrógeno contenido en las microburbujas.
b. Agregando anhidrido carbonico a la mezcla gaseosa.
Como el C02 difunde por diferencia de presión parcial entre la sangre y la mezcla gaseosa se puede manipular la pC02 final variando la pC02 del gas. El gas que entra a la camara de oxigenación tiene una presión igual a la atmosférica, es decir unos 760mmHg, aunque se debe tener en cuenta que a medida que se calienta y se satura de vapor de agua la presión parcial de éste es de unos 47 mmHg, a 37 grados y con 100% de humedad relativa. Entonces la presión final de los gases en la mezcla que llega al oxigenador es de alrededor de 713 mmHg (760-47).
Si se agrega anhídrido carbónico, cada punto porcentual representa aproximadamente unos 7mmHg de pC02. Si la intención es mantener unos 35 a 40 mmHg de pC02 en la sangre arterial, la concentración de C02 en el aire inspirado debe ser del 5%, ya que 35 ( pC02 buscada) dividido 7 ( pC02 de la mezcla por cada punto porcentual) es 5.
ESTRATEGIA ALFA-STAT
En esta técnica lo importante es mantener un contenido de C02 constante a cualquier temperatura. No pareciera que este objetivo sea dificil de mantener una vez establecida la relación óptima entre el flujo de gas y el flujo de sangre en el oxigenador. Sin embargo, si la perfusión se realizará en condiciones hipotérmicas, la producción de anhídido carbónico irá disminuyendo progresivamente a medida que se enfrían los tejidos y que se disminuye la tasa metabólica por la hipotermia.
De alguna manera la estrategia alfa-stat es la forma fisiologica normal como se maneja el organismo. Para conseguirlo se debe establecer la relación óptima de flujo de sangre/flujo de gas en el oxigenador que en normotermia, obtenga una pC02 de 40 mmHg leídos a 370C. A medida que progresa la hipotermia, disminuye la producción de anhídrido carbónico y se deberá ajustar el flujo de gas para obtener siempre una pC02 de 40 mmHg, no corregidos a la temperatura real del paciente. De esta manera el contenido de C02 en la sangre se mantiene constante.
Si los gases en sangre no son informados a 370C sino a la temperatura real de la sangre, ( en el laboratorio de gases en sangre, ésta es llevada a 37 grados y leída la pC02, luego se corrige con una tabla a la temperatura real del paciente) la pC02 que indica ub contenido de C02 similar a 40 mmHg varia con cada grado de descenso térmico. Como regla general y sólo como orientación es valido inferir que la pC02, en mmHg, debe se aproximadamente igual a la temperatura de la sangre, en grados centigrados. Por ejemplo si el paciente tiene 280C la pC02 a esa temperatura debe ser 28 mmHg.
En el recalentamiento del paciente la pC02 irá aumentando progresivamente a razón de 1mmHg por cada grado y cuando el paciente esté normotérmico la pC02 estrará otra vez en 40 mmHg.
Consecuentemente el pH, corregido a la temperatura del paciente, irá aumentando a razón de 0,0146 unidades para un hematocrito de 45% y de 0.016 para un hematocrito de 20% con cada grado de descenso térmico, siempre que la base buffer y el bicarbonato no varíen con respecto a los valores medidos a 370C. Con el recalentamiento, el pH irá descendiendo hasta llegar a 7,40 en normotermia.
ESTRATEGÍA pH-STAT
En esta técnica el objetivo es mantener un pH de 7,40 a la temperatura real del paciente. Como vimos anteriormente, el descenso térmico disminuye la presión parcial del anhídrido carbónico y consiguientemente aumenta el pH, llevando a un estado de alcalosis respiratória en los gases corregidos a la temperatura del paciente. La corrección de esta alcalosis se consigue aumentando la pC02, que se puede conseguir disminuyendo el flujo de gas o agregando C02 al oxígeno inspirado en concentraciones variables para mantener el pH en 7,40 a la temperatura real del paciente.
En el recalentamiento es sumamente importante lavar el exceso de C02, de lo contrario, cuando el paciente llegue a la normotermia tendrá una acidosis respiratória descompensada severa por cuando la pC02 irá aumentando progresivamente con cada grado de aumento de la temperatura.
Es ideal para llevar a cabo la estrategia de pH-stat contar con la medición de gases en línea arterial seteado para medir pH, pC02 y p02 a la temperatura real de la sangre que abandona el oxigenador.
MANEJO DEL CONTENIDO DE ANHIDRIDO CARBONICO
Existen múltiples técnicas, aparatos y/o formulas matemáticas que permiten estimar el flujo de gas en un oxigenador o en un respirador para conseguir una determinada pC02.
1. Ecuación de Ventilación Optima Estimada.
En esta ecuación el numerador estima la prducción de C02 por metro cuadrado de superficie corporal y el denominador la dilución del C02 en la sangre. El resultado en mililitros estima el volumen minuto de gas en el oxigenador, o el volumen minuto alveolar necesario para mantener el contenido de C02 constante:
VOE = Ventilación Optima Estimada
SC = Superficie Corporal
pC02= pC02 buscada
ATM= presión atmosférica
Esta estimación es válida en condiciones normotérmicas. Durante la hipotermia, al disminuir el metabolismo, se deberá tener en cuenta que la producción de C02 disminuye en forma paralela al consumo de oxógeno. Como estimación es válido asumir una disminución del 50% del consumo de oxígeno para cada 100C de descenso térmico y por consiguiente una disminución del 50% en la producción de anhídrido carbónico.
2. Ecuación de la Terapia Respiratoria.
Esta ecuación es muy utilizada por aquellos que manejan respiradores mecánicos por cuanto permite preveer los cambios en la pC02 según los cambios efectuados en el volumen minuto respiratorio. Es muy útil en C.E.C. para modificar la tasa de ventilación por minuto del oxigenador y poder así preveer la pC02 final. La ecuación es la siguiente:
Hay que tener en cuenta que en esta fórmula se presume que la producción de C02 es constante y sólo debe se utilizada cuando no hay variaciones de la temperatura corporal, es decir no debe ser utilizada durante la fase de enfriamiento ni de recalentamiento.
3. Monitoreo de Gases en Línea:
En la actualidad existen varios equipos que pueden monitorizar los gases en sangre venosa y/o arterial que circula por el circuito de circulación extracorpórea. Se basan en el principio de la luz reflejada por el contenido de oxígeno y anhídrido carbonico de la sangre, diferenciándose de los medidores de saturación que comparan el color de la sangre.
En los medidores de gases, una óptica muy sensible monitoriza la luz de determinada longitud de onda, reflejada por la sangre y estima la concentración de los gases en sangre. Como puede inderirse no son verdaderos equipos que midan la presión parcial de los gases y aunque la tecnologia actual los hace muy sensibles y seguros todavia no reemplazan a los métodos clásicos de medición, ya que pueden tener un error de un 10% comparados con los electrodos de gases.
Todavia son costosos y no han entrado en la práctica cotidiana, aunque son muy útiles para el monitoreo de los pacientes.
4. Monitoreo de los Gases Espirados
Esta técnica es muy utilizada por los anestesistas, principalmente para monitorizar la pC02 en el aire espirado.
La pC02 del final de la espiración está en equilíbrio con la pC02 del aire alveolar y por consiguiente con la pC02 arterial. Durante la perfusión la mezcla de gases que sale del oxigenador está compuesta por oxígeno, nitrógeno y anhídrido carbónico en diferentes proporciones. Si se coloca un capnógrafo en el conector de salida, entonces se puede monitorizar la pC02 de la sangre arterializada. Los oxigenadores de moderna tecnologia cuentan con un conector adaptable a un capnógrafo y personalmente pensamos que este adminículo junto comun saturómetro en la línea venosa son los elementos más útiles para controlar por el perfusionista la calidad de la C.E.C.
Contanto con el capnógrafo la lectura de la pC02 estará en relación directa con la pC02 arterial.
pC02 del gas espirado = pC02 de la sangre arterial
5. Relación flujo de gas/flujo de sangre
Esta técnica es tal vez la más antigua y la más usada en perfusión para manejar la pC02. De alguna manera remeda la relación ventilación/perfusión pulmonar. Es sabido que en cada tipo o modelo de oxigenador la relación entre el flujo de gas y el flujo de sangre consigue remover una determinada cantidad de C02 por unidad de tiempo, dependiendo del diseño de la unidad de tiempo, dependiendo del diseño de la unidad oxigenadora. En general los flujos de gas son similares a los flujos de sangre, es decir que si se está perfundiendo con un volumen de 4 litros por minuto, una ventilación de 4 litros de gas mantendrá una pC02 normal en condiciones normotérmicas, donde la producción de C02 tisural es de unos 80 ml. por minuto y por metro cuadrado de superficie corporal.
Durante la hipotermia el metabolismo tisular es disminuido según el grado de hipotermia alcanzado. Los valores aceptados son de una disminución de alrededor del 50% por cada 10 grados de descenso térmico. Pro consiguiente a 28 grados de temperatura central la producción de C02 es de unos 40 ml por minuto y por metro cuadrado de superficie corporal. Como consiguientemente con el descenso térmico el flujo de sangre de la bomba se disminuye de 2,4 litros por metro cuadrado de superficie a 1,8 litros por metro cuadrado cuando el paciente está en 28 grados centígrados, sí no se disminuye el flujo de gas en forma proporcional, es de preveer una caida de la pC02 arterial.
Por otro lado en los oxigenadores de tecnologia actual y particularmiente en las membranas, el rendimiento en cuanto a la eliminación de C02 es muy eficiente y por lo tanto la relación óptima entre el flujo de gas/flujo de sangre es menor de 1 a 1; tal vez 0,75 a 1 en normotermia y 0,5 a 1 en hipotermia sean valores más correctos para mantener un contenido de C02 normal en la sangre arterial.
Bibliografia
1. Houssay,B.y col: Fisiologia Humana. 3a edición El Ateneo. 359, 1954
2. Mitchell, B.A.: Profound Hypotermia with Circulatory Arrest and Acid-Base Balance. American Society of Extra-Corporeal Technology, 8, 1988.
3. Reeves,R.B.:An Imidazole Alpha-Stat Hypotesis of Dioxide Content and Body Temperature in Bull Frogs.Resp. Physiol .14:219-236. 1972.
4. Kindig,N.B.,Filley,G.F.: Graphic Representation of C02 Equilibria in Biologic Systems. The Physiol. Teacher 26: 304-309, 1983.
5. Pierce, E.C., et al: A Simplifield Approach to Obtairing and Recording Acid-Base Information in Surgical Patients. Ann. Surg. 156: 138-146, 1961.
