Editoriales

Buenos Aires 01 de Agosto del 2022

CAUSES OF METABOLIC ALKALOSIS / CAUSAS DE ALCALOSIS METABOLICA

 

Causes of Metabolic Alkalosis                                        

                                                                                                    
                                                                                   
                                                                                         Burton D. Rode

                                                                                                    Up date to Enero 2014

 

INTRODUCTION 

Metabolic alkalosis is a relatively common clinical problem that is most often induced by diuretic therapy or the loss of gastric secretions due to vomiting (which may be surreptitious) or nasogastric suction.
The elevation in the plasma bicarbonate concentration in this disorder may result from:
   * Hydrogen loss
   * Hydrogen movement into the cells
   * Alkali administration
   * Volume contraction around a relatively constant amount of extracellular bicarbonate (called a
      contraction alkalosis).
   * Some others factors: volume and/or potassium depletion.

Certification of the existence of Metabolic Alkalosis requires a blood gas study. If the pathology is PURE and adequate time has elapsed for a compensation physiological response, the study would present the following characteristics:
pH; Elevated - pCO2: Elevated - BE: Altered (+) - CO3H: Elevated - pO2 (breathing naturally): Tendency to Decreased Values ​​- %OxiHb; Unpredictable Probably No Considerable Alterations (increased pH increases value, decreased pO2 levels reduce value)
This change in renal function is required to prevent the excess bicarbonate from being rapidly excreted in the urine.
The causes of metabolic alkalosis will be reviewed here. 

* GASTROINTESTINAL HYDROGEN LOSS
 
Hydrogen loss can occur from the gastrointestinal tract or in the urine.
Each meq of hydrogen lost generates one meq of bicarbonate: the hydrogen ion is derived from water, while the associated hydroxyl ion combines with carbon dioxide to form bicarbonate.
  - Removal of gastric secretions
Gastric contents have high concentrations of HCl and a lesser amount of KCl. In normal subjects, gastric hydrogen secretion does not lead to metabolic alkalosis, since it is matched to pancreatic bicarbonate secretion that is stimulated as the acid enters the duodenum. There is, however, no stimulus to bicarbonate secretion when vomiting or tube drainage prevents the acid from reaching the duodenum [5-7]. In some cases, the vomiting is self-induced and denied by the patient [8]. In this setting, measurement of the urine chloride concentration may be helpful.
In comparison, the administration of nonreabsorbable antacids does not usually lead to metabolic alkalosis. Although the hydroxide or carbonate component of the antacid buffers gastric hydrogen, this is balanced by the combination of most of the cation component of the antacid (magnesium, aluminum, or calcium) with pancreatic bicarbonate [9].
An exception occurs in patients with renal failure being treated with both an antacid and a cation-exchange resin for hyperkalemia. In this setting, some of the cation binds to the resin, leaving more bicarbonate in a soluble reabsorbable form in the intestinal lumen [10]. The renal failure plays an important role in perpetuating the alkalosis by preventing excretion of the excess bicarbonate.
  - Loss of intestinal secretions
Intestinal secretions typically contain a relative high bicarbonate concentration. As a result, loss of these secretions (as in diarrhea) typically leads to metabolic acidosis. However, some patients with a villous adenoma or factitious diarrhea due to laxative abuse develop metabolic alkalosis [6]. Although how this occurs is not well understood, metabolic alkalosis associated with laxative abuse may be due to associated hypokalemia [11].

* RENAL HYDROGEN LOSS

An inappropriate increase in renal acid loss requires enhanced distal hydrogen secretion. This occurs in those settings in which there is both adequate distal sodium and water delivery and increased secretion of aldosterone. The mineralocorticoid acts both by directly stimulating the secretory H-ATPase pump and, via the stimulation of sodium reabsorption, by making the lumen more electronegative, thereby minimizing the back-diffusion of hydrogen out of the lumen [12,13]. Distal potassium secretion is also enhanced in this setting, resulting in concurrent hypokalemia.
  - Primary mineralocorticoid excess
Any of the causes of primary hypersecretion of mineralocorticoids can lead to metabolic alkalosis. This is generally accompanied by hypertension. In comparison, untreated patients with secondary hyperaldosteronism due to congestive heart failure or cirrhosis usually do not present with metabolic alkalosis or hypokalemia. In these disorders, the stimulatory effect of aldosterone is counteracted by decreased distal sodium delivery (in the absence of diuretic therapy).
  - Loop or thiazide diuretics - Both adequate distal delivery and increased secretion of aldosterone are typically present in patients treated with a loop or thiazide-type diuretic. The ensuing increase in urinary hydrogen secretion plus volume contraction (if there has been a large diuresis) can then contribute to the common development of metabolic alkalosis [14-16].
Metabolic alkalosis and hypokalemia also occur in Bartter's and Gitelman's syndromes. These disorders produce similar electrolyte abnormalities to diuretic therapy because they are associated with genetic defects in the transporters in the loop of Henle and distal tubule, respectively, that are the same as those inhibited by the loop and thiazide diuretics.
  - Posthypercapnic alkalosis
Chronic respiratory acidosis leads to an appropriate increase in hydrogen secretion, and the ensuing rise in the plasma bicarbonate concentration will raise the pH toward normal [17]. However, rapid lowering of a chronically elevated PCO2, usually by mechanical ventilation, causes metabolic alkalosis from the sustained increase in the plasma bicarbonate concentration. Furthermore, the fall in PCO2 will acutely raise the cerebral intracellular pH, a change that can induce serious neurologic abnormalities and death [18]. Thus, the PCO2 should be reduced gradually in patients with chronic hypercapnia.
The initial hypercapnia-induced elevation in the plasma bicarbonate concentration is associated with some chloride loss [19]. Thus, a posthypercapnic alkalosis may persist until sodium chloride is given to replete the chloride deficit and allow the excess bicarbonate to be excreted [19].
  - Hypercalcemia and the milk-alkali syndrome
Hypercalcemia, via an unknown mechanism, increases renal bicarbonate reabsorption [20]. A significant metabolic alkalosis, however, is primarily seen in patients with the milk-alkali syndrome, in whom an increased alkaline load (due to the ingestion of calcium carbonate) and hypercalcemia-induced renal failure both enhance bicarbonate accumulation and diminish bicarbonate excretion [21,22].

* INTRACELLULAR SHIFT OF HYDROGEN

In addition to hydrogen loss, metabolic alkalosis can also be induced by the shift of hydrogen ions into the cells.
  - Hypokalemia - Hypokalemia is a frequent finding in patients with metabolic alkalosis. Several factors contribute to this association [1]. First, the major causes of metabolic alkalosis (vomiting, diuretics, mineralocorticoid excess), directly induce potassium as well as hydrogen loss. Second, hypokalemia induces a transcellular shift in which potassium leaves the cells (to replete the extracellular stores) and, to maintain electroneutrality, hydrogen enters the cells [1]. The movement of hydrogen into the cells increases the plasma bicarbonate concentration and lowers the intracellular pH. The intracellular acidosis in renal tubular cells promotes hydrogen secretion and therefore bicarbonate reabsorption [23].

* ALKALI ADMINISTRATION

The administration of as much as 1000 meq of sodium bicarbonate per day does not induce metabolic alkalosis in normals, due to rapid urinary excretion [24]. However, metabolic alkalosis can occur if very large quantities of bicarbonate (or any organic anion - such as lactate or acetate - which is metabolized to bicarbonate) are given acutely or if the ability to excrete bicarbonate is impaired.
As an example, a post-correction metabolic alkalosis can be induced by the administration of sodium bicarbonate to treat lactic acidosis or ketoacidosis. In these settings, the administered bicarbonate represents "excess" alkali, since reversal of the underlying disorder will regenerate bicarbonate from the metabolism of lactate or ß-hydroxybutyrate [25].
Metabolic alkalosis also can be induced after sodium bicarbonate ingestion or the administration of large quantities of citrate, as with the infusion of more than eight units of bank blood (anticoagulated with acid-citrate-dextran), the use of citrate rather than heparin as an anticoagulant in hemodialysis patients or in continuous renal replacement therapy, after extensive use of crack cocaine (which contains significant amounts of an alkali) in dialysis patients, or the administration of fresh frozen plasma as a replacement fluid during plasmapheresis [1,26-30].
The intentional induction of metabolic alkalosis in athletes is being studied as an approach to improve exercise performance [31,32]. The mechanism of action may include enhanced hydrogen ion efflux out of muscle and decreased interstitial potassium accumulation in muscle, resulting in improved ATP resynthesis and anaerobic glycolysis.

* CONTRACTION ALKALOSIS 

A contraction alkalosis occurs when there is loss of relatively large volumes of bicarbonate-free fluid [15,16]. The plasma bicarbonate concentration rises in this setting because there is contraction of the extracellular volume around a relatively constant quantity of extracellular bicarbonate. The degree to which this occurs is in part minimized by intracellular buffering, as the release of hydrogen ions from cell buffers lowers the plasma bicarbonate concentration toward the baseline value [16].
Administration of intravenous loop diuretics to induce rapid fluid removal in a markedly edematous patient is the most common cause of a contraction alkalosis [15,33], although increased urinary hydrogen loss also contributes [16]. Contraction alkalosis may also occur in other disorders in which a high-chloride, low-bicarbonate solution is lost. These include sweat losses in cystic fibrosis, possibly loss of gastric secretions in patients with achlorhydria, and congenital chloride diarrhea [6,34-38].
  - Congenital chloride diarrhea - Congenital chloride diarrhea is a rare congenital secretory diarrhea that is induced by mutations in the Down-regulated adenoma gene, which is presumably an intestinal anion transporter or a regulator of such a transporter [36].

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INTRODUCCIÓN

La alcalosis metabólica es un problema clínico relativamente común que con mayor frecuencia es inducido por la terapia con diuréticos o la pérdida de secreciones gástricas debido a vómitos (que pueden ser subrepticios) o succión nasogástrica.
La elevación de la concentración de bicarbonato plasmático en este trastorno puede deberse a:
* Pérdida de hidrógeno
* Movimiento de hidrógeno en las células
* Administración de álcali
* Contracción del volumen alrededor de una cantidad relativamente constante de bicarbonato 
   extracelular (llamado alcalosis de contracción).
* Algunos otros factores: depleción de volumen y/o potasio.

La certificación de la existencia de Alcalosis Metabólica requiere un estudio de gases en sangre. Si la patología es PURA y ha transcurrido un tiempo adecuado para una respuesta fisiológica de compensación, el estudio presentaría las siguientes características:
pH; Elevada - pCO2: Elevada - EB: Alterada (+) - CO3H: Elevada - pO2 (respirando naturalmente): Tendencia a Valores Disminuidos - %OxiHb; Impredecible Probablemente Sin alteraciones considerables (el aumento del pH aumenta el valor, la disminución de los niveles de pO2 reduce el valor)
Este cambio en la función renal es necesario para evitar que el exceso de bicarbonato se excrete rápidamente en la orina.
Las causas de la alcalosis metabólica se revisarán aquí.

* PÉRDIDA DE HIDRÓGENO GASTROINTESTINAL

La pérdida de hidrógeno puede ocurrir en el tracto gastrointestinal o en la orina.
Cada meq de hidrógeno perdido genera un meq de bicarbonato: el ion de hidrógeno se deriva del agua, mientras que el ion hidroxilo asociado se combina con el dióxido de carbono para formar bicarbonato.- Eliminación de secreciones gástricas
Los contenidos gástricos tienen altas concentraciones de HCl y una menor cantidad de KCl. En sujetos normales, la secreción de hidrógeno gástrico no conduce a alcalosis metabólica, ya que coincide con la secreción de bicarbonato pancreático que se estimula cuando el ácido ingresa al duodeno. Sin embargo, no hay estímulo para la secreción de bicarbonato cuando el vómito o el drenaje del tubo impiden que el ácido llegue al duodeno [5-7]. En algunos casos, el vómito es autoinducido y negado por el paciente [8]. En este contexto, la medición de la concentración de cloruro en la orina puede ser útil.
En comparación, la administración de antiácidos no reabsorbibles no suele producir alcalosis metabólica. Aunque el componente hidróxido o carbonato del antiácido amortigua el hidrógeno gástrico, esto se equilibra con la combinación de la mayor parte del componente catiónico del antiácido (magnesio, aluminio o calcio) con bicarbonato pancreático [9].
Se produce una excepción en pacientes con insuficiencia renal que reciben tratamiento con un antiácido y una resina de intercambio catiónico para la hiperpotasemia. En este contexto, parte del catión se une a la resina, dejando más bicarbonato en forma soluble reabsorbible en la luz intestinal [10]. La insuficiencia renal juega un papel importante en la perpetuación de la alcalosis al impedir la excreción del exceso de bicarbonato.
- Pérdida de secreciones intestinales
Las secreciones intestinales suelen contener una concentración relativamente alta de bicarbonato. Como resultado, la pérdida de estas secreciones (como en la diarrea) generalmente conduce a acidosis metabólica.Sin embargo, algunos pacientes con adenoma velloso o diarrea ficticia debido al abuso de laxantes desarrollan alcalosis metabólica [6]. Aunque no se comprende bien cómo ocurre esto, la alcalosis metabólica asociada con el abuso de laxantes puede deberse a la hipopotasemia asociada [11].

* PÉRDIDA DE HIDRÓGENO RENAL

Un aumento inapropiado en la pérdida de ácido renal requiere una mayor secreción de hidrógeno distal. Esto ocurre en aquellos entornos en los que hay un suministro adecuado de sodio y agua distal y una mayor secreción de aldosterona. El mineralocorticoide actúa estimulando directamente la bomba secretora de H-ATPasa y, a través de la estimulación de la reabsorción de sodio, haciendo que la luz sea más electronegativa, minimizando así la retrodifusión de hidrógeno fuera de la luz [12,13]. La secreción de potasio distal también aumenta en este contexto, lo que produce hipopotasemia concurrente.
- Exceso primario de mineralocorticoides
Cualquiera de las causas de hipersecreción primaria de mineralocorticoides puede conducir a alcalosis metabólica. Esto generalmente se acompaña de hipertensión. En comparación, los pacientes no tratados con hiperaldosteronismo secundario debido a insuficiencia cardíaca congestiva o cirrosis generalmente no presentan alcalosis metabólica o hipopotasemia. En estos trastornos, el efecto estimulador de la aldosterona es contrarrestado por la disminución del suministro distal de sodio (en ausencia de tratamiento con diuréticos).
- Diuréticos de asa o tiazídicos: tanto la administración distal adecuada como el aumento de la secreción de aldosterona suelen estar presentes en pacientes tratados con diuréticos de asa o tiazídicos. El consiguiente aumento de la secreción urinaria de hidrógeno más la contracción del volumen (si ha habido una gran diuresis) puede contribuir al desarrollo común de alcalosis metabólica [14-16].
La alcalosis metabólica y la hipopotasemia también ocurren en los síndromes de Bartter y Gitelman.Estos trastornos producen anomalías electrolíticas similares a las de la terapia con diuréticos porque se asocian con defectos genéticos en los transportadores en el asa de Henle y el túbulo distal, respectivamente, que son los mismos que los inhibidos por los diuréticos del asa y tiazídicos.
- Alcalosis poshipercápnica
La acidosis respiratoria crónica conduce a un aumento apropiado de la secreción de hidrógeno, y el consiguiente aumento de la concentración de bicarbonato plasmático elevará el pH hacia la normalidad [17]. Sin embargo, la disminución rápida de una PCO2 crónicamente elevada, generalmente por ventilación mecánica, causa alcalosis metabólica por el aumento sostenido de la concentración de bicarbonato plasmático. Además, la caída de la PCO2 elevará de forma aguda el pH intracelular cerebral, un cambio que puede inducir anomalías neurológicas graves y la muerte [18]. Por lo tanto, la PCO2 debe reducirse gradualmente en pacientes con hipercapnia crónica.
La elevación inicial inducida por hipercapnia en la concentración de bicarbonato plasmático se asocia con cierta pérdida de cloruro [19]. Por lo tanto, una alcalosis poshipercápnica puede persistir hasta que se administre cloruro de sodio para reponer el déficit de cloruro y permitir que se excrete el exceso de bicarbonato [19].
- Hipercalcemia y síndrome leche-álcali
La hipercalcemia, a través de un mecanismo desconocido, aumenta la reabsorción renal de bicarbonato [20].Sin embargo, una alcalosis metabólica significativa se observa principalmente en pacientes con el síndrome de leche y alcalinos, en quienes una mayor carga alcalina (debido a la ingestión de carbonato de calcio) y la insuficiencia renal inducida por hipercalcemia aumentan la acumulación de bicarbonato y disminuyen la excreción de bicarbonato [21]. ,22]

* DESPLAZAMIENTO INTRACELULAR DEL HIDRÓGENO

Además de la pérdida de hidrógeno, la alcalosis metabólica también puede ser inducida por el desplazamiento de iones de hidrógeno hacia el interior de las células.
- Hipopotasemia - La hipopotasemia es un hallazgo frecuente en pacientes con alcalosis metabólica. Varios factores contribuyen a esta asociación [1].
En primer lugar, las causas principales de la alcalosis metabólica (vómitos, diuréticos, exceso de mineralocorticoides) inducen directamente la pérdida de potasio y de hidrógeno.
En segundo lugar, la hipopotasemia induce un cambio transcelular en el que el potasio sale de las células (para reponer las reservas extracelulares) y, para mantener la electroneutralidad, el hidrógeno entra en las células [1].
El movimiento de hidrógeno hacia el interior de las células aumenta la concentración de bicarbonato plasmático y reduce el pH intracelular. La acidosis intracelular en las células tubulares renales promueve la secreción de hidrógeno y, por lo tanto, la reabsorción de bicarbonato [23].

* ADMINISTRACIÓN ALCALINA

La administración de hasta 1000 meq de bicarbonato de sodio por día no induce alcalosis metabólica en personas normales, debido a la rápida excreción urinaria [24]. Sin embargo, la alcalosis metabólica puede ocurrir si se administran cantidades muy grandes de bicarbonato (o cualquier anión orgánico, como lactato o acetato, que se metaboliza a bicarbonato) o si se altera la capacidad de excretar bicarbonato.
Por ejemplo, se puede inducir una alcalosis metabólica posterior a la corrección mediante la administración de bicarbonato de sodio para tratar la acidosis láctica o la cetoacidosis.En estos entornos, el bicarbonato administrado representa un "exceso" de álcali, ya que la reversión del trastorno subyacente regenerará el bicarbonato a partir del metabolismo del lactato o del ß-hidroxibutirato [25].
La alcalosis metabólica también puede inducirse después de la ingestión de bicarbonato de sodio o la administración de grandes cantidades de citrato, como con la infusión de más de ocho unidades de sangre del banco (anticoagulada con ácido-citrato-dextrano), el uso de citrato en lugar de heparina como anticoagulante en pacientes en hemodiálisis o en terapia de reemplazo renal continua, después del uso extenso de crack (que contiene cantidades significativas de un álcali) en pacientes en diálisis o la administración de plasma fresco congelado como líquido de reemplazo durante la plasmaféresis [1,26-30] .
La inducción intencional de alcalosis metabólica en atletas se está estudiando como un enfoque para mejorar el rendimiento del ejercicio [31,32]. El mecanismo de acción puede incluir una mayor salida de iones de hidrógeno del músculo y una menor acumulación de potasio intersticial en el músculo, lo que resulta en una mejor resíntesis de ATP y glucólisis anaeróbica.

* ALCALOSIS POR CONTRACCIÓN

Una alcalosis por contracción ocurre cuando hay una pérdida de volúmenes relativamente grandes de líquido libre de bicarbonato [15,16]. La concentración de bicarbonato plasmático aumenta en este contexto porque hay una contracción del volumen extracelular alrededor de una cantidad relativamente constante de bicarbonato extracelular.El grado en que esto ocurre se minimiza en parte por la amortiguación intracelular, ya que la liberación de iones de hidrógeno de las células amortiguadoras reduce la concentración de bicarbonato plasmático hacia el valor de referencia [16].
La administración de diuréticos de asa intravenosos para inducir la eliminación rápida de líquidos en un paciente marcadamente edematoso es la causa más común de alcalosis por contracción [15,33], aunque también contribuye el aumento de la pérdida de hidrógeno urinario [16].
La alcalosis de contracción también puede ocurrir en otros trastornos en los que se pierde una solución con alto contenido de cloruro y bajo contenido de bicarbonato. Estos incluyen pérdidas de sudor en la fibrosis quística, posiblemente pérdida de secreciones gástricas en pacientes con aclorhidria y diarrea congénita por cloruro [6,34-38].
- Diarrea congénita por cloruro - La diarrea congénita por cloruro es una diarrea secretora congénita rara que es inducida por mutaciones en el gen del adenoma regulado negativamente, que presumiblemente es un transportador intestinal de aniones o un regulador de dicho transportador [36].

 

REFERENCES