A–a-gradient (alveolo-arteriell syrgasgradient)

Klinisk bakgrund

A–a-gradienten fyller en specifik funktion i hypoxemiutredningen: att särskilja hypoxemi orsakad av ren hypoventilation från hypoxemi orsakad av nedsatt alveolol gasutbyte. Vid hypoventilation stiger PaCO₂ och sjunker PAO₂ i proportion, men gradienten mellan alveolärt och arteriellt syre förblir normal. Vid V/Q-mismatch, shunt eller diffusionsskada däremot stiger gradienten, eftersom PaO₂ sjunker mer än vad som förklaras av hypoventilationen ensam. Detta är den centrala kliniska distinktionen: en normal A–a-gradient vid hypoxemi pekar på extra-pulmonal orsak (hypoventilation, lågt FiO₂), medan en förhöjd gradient pekar på intra-pulmonal patologi.

Beslutet som instrumentet stöder är alltså inte en specifik diagnos utan en förgrening i det diagnostiska trädet: fortsätter utredningen mot hypoventilation eller mot parenkymsjukdom?

Beräkning av A–a-gradient

Beräkningen bygger på den alveolära gasekvationen, en fysikalisk härledning från inandad gas och alveolär ventilation [1]:

$$\text{PAO}$$2 = \text{FiO}2 \times (\text{P}{\text{atm}} - \text{P}{\text{H}_2\text{O}}) - \frac{\text{PaCO}_2}{R}

vid havsnivå:

$$\text{PAO}_2 = \text{FiO}_2 \times (760 - 47) - \frac{\text{PaCO}_2}{0{,}8}$$

$$\text{A–a-gradient} = \text{PAO}_2 - \text{PaO}_2$$

FiO₂ anges i kalkylatorn som procent (21–100) men används som decimaltal i formeln. Patm är barometriskt atmosfärstryck (760 mmHg vid havsnivå), PH₂O är vattenångtryck i alveolerna (47 mmHg vid 37 °C) och R är respiratoriska kvoten, satt till 0,8 som standardantagande för en blandad kost.

Det förväntade normalvärdet ökar med åldern, approximerat enligt:

$$\text{Förväntad A–a-gradient} \approx \frac{\text{ålder}}{4} + 4$$

Denna ålderskorrigering vilar på iakttagelsen att ventilation-perfusionsmatchningen försämras gradvis med stigande ålder även hos friska individer, sannolikt genom förlust av lungelasticitet och ökad basal shunt [4]. En 20-åring har således ett förväntat normalvärde omkring 9 mmHg, en 80-åring omkring 24 mmHg.

Tolkning i praktiken

Kalkylatorn returnerar A–a-gradienten i mmHg och det ålderskorregerade förväntade normalvärdet. Tolkningen styrs av om gradienten understiger eller överstiger det förväntade värdet.

Den praktiska nyttan av att beräkna gradienten ligger i två specifika situationer. För det första vid okomplicerad hypoxemi där frågan är om patienten har en extra-pulmonal orsak som kan hanteras med ventilatorstöd eller andningsstimulering snarare än syrgasbehandling. För det andra som ett bindeställ vid misstänkt lungemboli, där en normal gradient hos en patient utan tidigare tromboembolism sänker sannolikheten för diagnosen betydligt.

Validering och prestanda

Den alveolära gasekvationen är en fysikalisk relation och valideras inte som ett riskvärde i traditionell mening. Däremot har den kliniska nyttan av A–a-gradienten, särskilt för att utesluta lungemboli, evaluerats i prospektiva studier.

McFarlane och Imperiale [2] studerade 540 patienter som genomgick ventilation-perfusion-scintigrafi för misstänkt lungemboli och som samtidigt hade artärgasanalys på rumsluft. En normal A–a-gradient, definierad som ≤ ålder/4 + 4, fanns hos 57 patienter utan tidigare lungemboli eller djup ventrombos, och endast 1 av dessa (1,8 %, 95 % KI 0,9–10,7 %) hade lungemboli. Resultatet reproducerades i en valideringskohort om 489 patienter, där 1 av 54 (1,9 %, 95 % KI 0,1–11,2 %) med normal gradient och ingen tidigare tromboembolism hade lungemboli. En normal gradient har således ett högt negativt prediktivt värde för lungemboli hos patienter utan tidigare venöstromboembolism.

Specificiteten är däremot låg. Jones m.fl. [3] studerade 123 patienter äldre än 64 år som genomgick lungangiografi för misstänkt lungemboli. Av 54 patienter med angiografiskt bekräftad lungemboli hade tre en för deras ålder normal A–a-gradient. Medelvärdet för A–a-gradienten skilde sig inte signifikant mellan dem med lungemboli (46,6 mmHg) och dem utan (46,0 mmHg). En förhöjd gradient är alltså ospecifik i en äldre population med misstänkt lungemboli och kan inte skilja lungemboli från annan pulmonell patologi. Detta är väntat: gradienten mäter nedsatt gasutbyte, inte embolism specifikt.

Begränsningar

Kräver FiO₂ på rumsluft. Den ålderskorregerade normalvärdesformeln gäller för patienter som andas rumsluft (FiO₂ 21 %). Vid högt FiO₂ ökar den normala A–a-gradienten i sig, och tröskelvärdena för normalt blir ogiltiga. Kalkylatorn accepterar visserligen FiO₂ upp till 100 %, men tolkningen mot ålder/4 + 4 gäller strikt endast vid rumsluft.

Havsnivå och RQ. Beräkningen antar atmosfärstryck 760 mmHg och respiratorisk kvot 0,8. Vid hög höjd sjunker Patm och därmed PAO₂, vilket inte beaktas av kalkylatorn. RQ varierar med kost och metabol status (0,7 vid ren fettoxidation, 1,0 vid ren glukosoxidation), men avvikelsen är i praktiken liten.

Ospecifik vid förhöjning. En förhöjd gradient indikerar nedsatt gasutbyte men pekar inte på någon specifik diagnos. Pneumoni, lungödem, ARDS, interstitiell lungsjukdom och lungemboli ger samtliga förhöjd gradient. Gradienten kan därmed inte användas som ett diagnostiskt test för enskild sjukdom.

Åldersformelns ursprung. Formeln ålder/4 + 4 är en klinisk regel och inte en formell härledning från en definierad population. Den approximerar den åldersrelaterade ökningen av basal V/Q-mismatch som dokumenterats hos friska individer [4], men ger en grov uppskattning snarare än ett statistiskt konfidensintervall.

Källor

1. Story DA. Alveolar oxygen partial pressure, alveolar carbon dioxide partial pressure, and the alveolar gas equation. Anesthesiology. 1996;84(4):1011. PMID: 8638826
2. McFarlane MJ, Imperiale TF. Use of the alveolar-arterial oxygen gradient in the diagnosis of pulmonary embolism. Am J Med. 1994;96(1):57–62. PMID: 8304364
3. Jones JS, VanDeelen N, White L, m.fl. Alveolar-arterial oxygen gradients in elderly patients with suspected pulmonary embolism. Ann Emerg Med. 1993;22(7):1177–1181. PMID: 8517570
4. Cardús J, Burgos F, Diaz O, m.fl. Increase in pulmonary ventilation-perfusion inequality with age in healthy individuals. Am J Respir Crit Care Med. 1997;156(4 Pt 1):1124–1129. PMID: 9279253