Contents
1 Gas Exchange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 The Respiratory Centre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Rhythmicity of the Respiratory Centre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 The Thoracic Neural Receptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Chemoreceptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 The Central Chemoreceptors and the Alpha-Stat Hypothesis . . . 7
1.6 Peripheral Chemoreceptors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.7 Chemoreceptors in Hypoxia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.8 Response of the Respiratory Centre to Hypoxemia . . . . . . . . . . . 10
1.9 Respiration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.10 Partial Pressure of a Mixture of Gases. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.10.1 Atmospheric Pressure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.10.2 Gas Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.11 Partial Pressure of a Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.12 The Fractional Concentration of a Gas (Fgas) . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.13 Diffusion of Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.14 Henry’s Law and the Solubility of a Gas in Liquid . . . . . . . . . . . 16
1.15 Inhaled Air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.16 The O2 Cascade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.17 PaO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.18 The Modified Alveolar Gas Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.19 The Determinants of the Alveolar Gas Equation . . . . . . . . . . . . . 22
1.20 The Respiratory Quotient (RQ) in the Alveolar
Air Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.21 FIO2, PAO2, PaO2 and CaO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.22 DO2, CaO2, SpO2, PaO2 and FIO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.23 O2 Content: An Illustrative Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.24 Mechanisms of Hypoxemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.25 Processes Dependent Upon Ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.26 Defining Hypercapnia (Elevated CO2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.27 Factors That Determine PaCO2 Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.28 Relationship Between CO2 Production and Elimination . . . . . . . 31
1.29 Exercise, CO2 Production and PaCO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.30 Dead Space . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.31 Minute Ventilation and Alveolar Ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.32 The Determinants of the PaCO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
1.33 Alveolar Ventilation in Health and Disease . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.34 Hypoventilation and PaCO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.35 The Causes of Hypoventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.36 Blood Gases in Hypoventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.37 Decreased CO2 Production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.37.1 Summary: Conditions That Can Result
in Hypercapnia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.38 V/Q Mismatch: A Hypothetical Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
1.39 V/Q Mismatch and Shunt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.40 Quantifying Hypoxemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.41 Compensation for Regional V/Q Inequalities . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.42 Alveolo-Arterial Diffusion of Oxygen (A-aDO2) . . . . . . . . . . . . 45
1.43 A-aDO2 is Difficult to Predict on Intermediate
Levels of FIO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
1.44 Defects of Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
1.45 Determinants of Diffusion: DLCO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
1.46 Timing the ABG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
1.47 A-aDO2 Helps in Differentiating Between
the Different Mechanisms of Hypoxemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2 The Non-Invasive Monitoring of Blood Oxygen
and Carbon Dioxide Levels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.1 The Structure and Function of Haemoglobin . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.2 Co-operativity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.3 The Bohr Effect and the Haldane Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.4 Oxygenated and Non-oxygenated Hemoglobin . . . . . . . . . . . . . . 56
2.5 PaO2 and the Oxy-hemoglobin Dissociation Curve . . . . . . . . . . . 57
2.6 Monitoring of Blood Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.6.1 Invasive O2 Monitoring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.6.2 The Non-invasive Monitoring of Blood Gases. . . . . . . . 58
2.7 Principles of Pulse Oximetry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.8 Spectrophotometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.9 Optical Plethysmography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.10 Types of Pulse Oximeters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.11 Pulse Oximetry and PaO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.12 P50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.13 Shifts in the Oxy-hemoglobin Dissociation Curve . . . . . . . . . . . 65
2.14 Oxygen Saturation (SpO2) in Anemia
and Skin Pigmentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.15 Oxygen Saturation (SpO2) in Abnormal Forms
of Hemoglobin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.16 Mechanisms of Hypoxemia in Methemoglobinemia . . . . . . . . . . 68
2.17 Methemoglobinemias: Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.18 Sulfhemoglobinemia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.19 Carbon Monoxide (CO) Poisoning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.20 Saturation Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
2.21 Sources of Error While Measuring SpO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
2.22 Point of Care (POC) Cartridges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
2.23 Capnography and Capnometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
2.24 The Capnographic Waveform . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.25 Main-Stream and Side-Stream Capnometers . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.26 PEtCO2 (EtCO2): A Surrogate for PaCO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.27 Factors Affecting PetCO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
2.28 Causes of Increased PaCO2-PEtCO2 Difference . . . . . . . . . . . . . . 81
2.29 Bohr’s Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.30 Application of Bohr’s Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
2.31 Variations in EtCO2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.32 False-Positive and False-Negative Capnography . . . . . . . . . . . . . 85
2.33 Capnography and Cardiac Output . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.34 Capnography as a Guide to Successful Resuscitation . . . . . . . . . 87
2.35 Capnography in Respiratory Disease . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.36 Esophageal Intubation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.37 Capnography in Tube Disconnection and Cuff Rupture . . . . . . . 91
2.37.1 Biphasic Capnograph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3 Acids and Bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.1 Intracellular and Extracellular pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.2 pH Differences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.3 Surrogate Measurement of Intracellular pH . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.4 Preferential Permeability of the Cell Membrane . . . . . . . . . . . . . 99
3.5 Ionization and Permeability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.6 The Reason Why Substances Need to Be Ionized . . . . . . . . . . . . 101
3.7 The Exceptions to the Rule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.8 The Hydrogen Ion (H+, Proton) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.9 Intracellular pH Is Regulated Within a Narrow Range . . . . . . . . 104
3.10 A Narrow Range of pH Does Not Mean
a Small Range of the H+ Concentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
3.11 The Earliest Concept of an Acid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.12 Arrhenius’s Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
3.13 Bronsted-Lowry Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
3.14 Lewis’ Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.15 The Usanovich Theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
3.16 Summary of Definitions of Acids and Bases . . . . . . . . . . . . . . . . 110
3.17 Stewart’s Physico-Chemical Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
3.18 The Dissociation of Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
3.19 Electrolytes, Non-electrolytes and Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.20 Strong Ions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
3.21 Stewart’s Determinants of the Acid Base Status . . . . . . . . . . . . . 115
3.22 Apparent and Effective Strong Ion Difference . . . . . . . . . . . . . . 116
3.23 Strong Ion Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
3.24 Major Regulators of Independent Variables . . . . . . . . . . . . . . . . 118
3.25 Fourth Order Polynomial Equation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
3.26 The Workings of Stewart’s Approach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4 Buffer Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
4.1 Generation of Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.2 Disposal of Volatile Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.3 Disposal of Fixed Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4.4 Buffer Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.5 Buffers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
4.6 Mechanisms for the Homeostasis of Hydrogen Ions . . . . . . . . . . 129
4.7 Intracellular Buffering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
4.8 Alkali Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
4.9 Buffer Systems of the Body . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.10 Transcellular Ion Shifts with Acute Acid Loading . . . . . . . . . . . 133
4.11 Time-Frame of Compensatory Responses
to Acute Acid Loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
4.12 Quantifying Buffering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.13 Buffering in Respiratory Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.14 Regeneration of the Buffer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.15 Buffering in Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.16 Site Buffering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.17 Isohydric Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.18 Base–Buffering by the Bicarbonate Buffer System . . . . . . . . . . . 140
4.19 Bone Buffering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.20 Role of the Liver in Acid–Base Homeostasis . . . . . . . . . . . . . . . 142
5 pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.1 Hydrogen Ion Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.2 Definitions of the Ad-hoc Committee of New York
Academy of Sciences, 1965 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.3 Acidosis and Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
5.4 The Law of Mass Action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5.5 Dissociation Constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.6 pK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
5.7 The Buffering Capacity of Acids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.7.1 Buffering Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.8 The Modified Henderson-Hasselbach Equation . . . . . . . . . . . . . 151
5.9 The Difficulty in Handling Small Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
5.10 The Puissance Hydrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
5.11 Why pH? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
5.12 Relationship Between pH and H+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
5.13 Disadvantages of Using a Logarithmic Scale . . . . . . . . . . . . . . . 157
5.14 pH in Relation to pK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
5.15 Is the Carbonic Acid System an Ideal Buffer System? . . . . . . . . 159
5.16 The Bicarbonate Buffer System Is Open Ended . . . . . . . . . . . . . 160
5.17 Importance of Alveolar Ventilation to the
Bicarbonate Buffer System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
5.18 Difference Between the Bicarbonate and
Non-bicarbonate Buffer Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
5.19 Measuring and Calculated Bicarbonate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6 Acidosis and Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.1 Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.2 Coexistence of Acid Base Disorders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.3 Conditions in Which pH Can Be Normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.4 The Acid Base Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
7 Respiratory Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
7.1 Respiratory Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
7.2 The Causes of Respiratory Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7.3 Acute Respiratory Acidosis: Clinical Effects . . . . . . . . . . . . . . . 174
7.4 Effect of Acute Respiratory Acidosis on the
Oxy-hemoglobin Dissociation Curve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
7.5 Buffers in Acute Respiratory Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.6 Respiratory Acidosis: Mechanisms
for Compensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
7.7 Compensation for Respiratory Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
7.8 Post-hypercapnic Metabolic Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.9 Acute on Chronic Respiratory Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.10 Respiratory Acidosis: Acute or Chronic? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
8 Respiratory Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
8.1 Respiratory Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
8.2 Electrolyte Shifts in Acute Respiratory Alkalosis . . . . . . . . . . . . 183
8.3 Causes of Respiratory Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
8.4 Miscellaneous Mechanisms of Respiratory Alkalosis . . . . . . . . . 185
8.5 Compensation for Respiratory Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
8.6 Clinical Features of Acute Respiratory Alkalosis . . . . . . . . . . . . 188
9 Metabolic Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
9.1 The Pathogenesis of Metabolic Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
9.2 The pH, PCO2 and Base Excess: Relationships . . . . . . . . . . . . . . 192
9.3 The Law of Electroneutrality and the Anion Gap . . . . . . . . . . . . 193
9.4 Electrolytes and the Anion Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
9.5 Electrolytes That Influence the Anion Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
9.6 The Derivation of the Anion Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
9.7 Calculation of the Anion Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
9.8 Causes of a Wide-Anion-Gap Metabolic Acidosis . . . . . . . . . . . 198
9.9 The Corrected Anion Gap (AGc) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
9.10 Clues to the Presence of Metabolic Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . 200
9.11 Normal Anion-Gap Metabolic Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
9.12 Pathogenesis of Normal-Anion Gap Metabolic Acidosis . . . . . . 202
9.13 Negative Anion Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
9.14 Systemic Consequences of Metabolic Acidosis . . . . . . . . . . . . . 204
9.15 Other Systemic Consequences of Metabolic Acidosis . . . . . . . . 205
9.16 Hyperkalemia and Hypokalemia in Metabolic Acidosis . . . . . . . 207
9.17 Compensatory Response to Metabolic Acidosis . . . . . . . . . . . . . 208
9.18 Compensation for Metabolic Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
9.19 Total CO2 (TCO2) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
9.20 Altered Bicarbonate Is Not Specific
for a Metabolic Derangement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
9.21 Actual Bicarbonate and Standard Bicarbonate . . . . . . . . . . . . . . 212
9.22 Relationship Between ABC and SBC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
9.23 Buffer Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
9.24 Base Excess . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215
9.25 Ketosis and Ketoacidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
9.26 Acidosis in Untreated Diabetic Ketoacidosis . . . . . . . . . . . . . . . 217
9.27 Acidosis in Diabetic Ketoacidosis Under Treatment . . . . . . . . . . 218
9.28 Renal Mechanisms of Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
9.29 l-Lactic Acidosis and d-Lactic Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
9.30 Diagnosis of Specific Etiologies of Wide Anion
Gap Metabolic Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
9.31 Pitfalls in the Diagnosis of Lactic Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
9.32 Renal Tubular Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
9.33 Distal RTA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
9.34 Mechanisms in Miscellaneous Causes of Normal
Anion Gap Metabolic Acidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
9.35 Toxin Ingestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
9.36 Bicarbonate Gap (the Delta Ratio) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
9.37 Urinary Anion Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
9.38 Utility of the Urinary Anion Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
9.39 Osmoles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
9.40 Osmolarity and Osmolality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
9.41 Osmolar Gap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
9.42 Abnormal Low Molecular Weight Circulating Solutes . . . . . . . . 234
9.43 Conditions That Can Create an Osmolar Gap . . . . . . . . . . . . . . . 235
Reference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
10 Metabolic Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
10.1 Etiology of Metabolic Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
10.2 Pathways Leading to Metabolic Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
10.3 Maintenance Factors for Metabolic Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . 240
10.4 Maintenance Factors for Metabolic Alkalosis:
Volume Contraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
10.5 Maintenance Factors for Metabolic Alkalosis:
Dyselectrolytemias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
10.6 Compensation for Metabolic Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
10.7 Urinary Sodium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
10.8 Diagnostic Utility of Urinary Chloride (1) . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
10.9 The Diagnostic Utility of Urinary Chloride (2) . . . . . . . . . . . . . . 246
10.10 Diagnostic Utility of Urinary Chloride (3) . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
10.11 Some Special Causes of Metabolic Alkalosis . . . . . . . . . . . . . . . 248
10.12 Metabolic Alkalosis Can Result in Hypoxemia . . . . . . . . . . . . . . 250
10.13 Metabolic Alkalosis and the Respiratory Drive . . . . . . . . . . . . . . 251
11 The Analysis of Blood Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
11.1 Normal Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
11.1.1 Venous Blood Gas (VBG) as a Surrogate
for ABG Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
11.2 Step 1: Authentication of Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
11.3 Step 2: Characterization of the Acid-Base Disturbance . . . . . . . 256
11.4 Step 3: Calculation of the Expected Compensation . . . . . . . . . . 257
11.5 The Alpha-Numeric (a-1) Mnemonic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
11.6 The Metabolic Track . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
11.7 The Respiratory Track . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
11.8 Step 4: The ‘Bottom Line’: Clinical Correlation . . . . . . . . . . . . . 261
11.8.1 Clinical Conditions Associated with Simple
Acid-Base Disorders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262
11.8.2 Mixed Disorders . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
11.9 Acid-Base Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
12 Factors Modifying the Accuracy of ABG Results . . . . . . . . . . . . . . . . 267
12.1 Electrodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
12.2 Accuracy of Blood Gas Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
12.3 The Effects of Metabolizing Blood Cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
12.4 Leucocyte Larceny . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
12.5 The Effect of an Air Bubble in the Syringe . . . . . . . . . . . . . . . . . 272
12.6 Effect of Over-Heparization of the Syringe . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
12.7 The Effect of Temperature on the Inhaled Gas Mixture . . . . . . . 274
12.8 Effect of Pyrexia (Hyperthermia) on Blood Gases . . . . . . . . . . . 275
12.9 Effect of Hypothermia on Blood Gases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
12.10 Plastic and Glass Syringes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
13 Case Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
13.1 Patient A: A 34 year-old man with Metabolic Encephalopathy . . . . 281
13.2 Patient B: A 40 year-old man with Breathlessness . . . . . . . . . . . 282
13.3 Patient C: A 50 year-old woman with Hypoxemia . . . . . . . . . . . 283
13.4 Patient D: A 20 year-old woman with Breathlessness . . . . . . . . . 284
13.5 Patient E: A 35 year-old man with
Non-resolving Pneumonia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285
13.6 Patient F: A 60 year-old man with Cardiogenic
Pulmonary Edema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
13.7 Patient G: A 72 year-old Drowsy COPD Patient . . . . . . . . . . . . . 287
13.8 Patient H: A 30 year-old man with Epileptic Seizures . . . . . . . . 289
13.9 Patient I: An Elderly Male with Opiate
Induced Respiratory Depression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
13.10 Patient J: A 73 year-old man with Congestive
Cardiac Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
13.11 Patient K: A 20 year-old woman with a Normal X-ray . . . . . . . . 295
13.12 Patient L: A 22 year-old man with a Head Injury . . . . . . . . . . . . 297
13.13 Patient M: A 72 year-old man with Bronchopneumonia . . . . . . . 299
13.14 Patient N: A 70 year-old woman with
a Cerebrovascular Event . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
13.15 Patient O: A 60 year-old man with COPD
and Cor Pulmonale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
13.16 Patient P: A 70 year-old smoker with Acute Exacerbation
of Chronic Bronchitis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305
13.17 Patient Q: A 50 year-old man with Hematemesis . . . . . . . . . . . . 307
13.18 Patient R: A 68 year-old man with an Acute Abdomen . . . . . . . 309
13.19 Patient S: A young woman with Gastroenteritis
and Dehydration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
13.20 Patient T: A 50 year-old woman with Paralytic Ileus . . . . . . . . . 313
13.21 Patient U: An 80 year-old woman with Extreme Weakness . . . . 315
13.22 Patient V: A 50 year-old man with Diarrhea . . . . . . . . . . . . . . . . 317
13.23 Patient W: A 68 year-old woman with
Congestive Cardiac Failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
13.24 Patient X: An 82 year-old woman with
Diabetic Ketoacidosis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321
13.25 Patient Y: A 50 year-old male in Cardiac Arrest . . . . . . . . . . . . . 323
13.26 Patient Z: A 50 year-old Diabetic with Cellulitis . . . . . . . . . . . . 325
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327