Skip to main content

Electrolyte and acid-base disorders

Electrolyte  and  acid-base  disorders  may  result  from  many different  diseases.  Timely  correction  of  fluid,  electrolyte, and  acid-base  disturbances  is  often  of  more  immediate benefit  to  patients  than  a  specific  diagnosis,  although both  are  important. SERUM  POTASSIUM CONCENTRATION Commonly  Indicated  •  Common  indications  to  measure  serum  potassium  concentration  include  prolonged anorexia,  vomiting,  diarrhea,  muscle  weakness,  bradycardia,  supraventricular  arrhythmias,  oliguria,  anuria,  and polyuria.  Serum  potassium  concentrations  should  be measured  if  hypoadrenocorticism,  acute  or  chronic  renal failure,  diabetic  ketoacidosis,  prolonged  vomiting,  urethral  obstruction,  uroabdomen,  or  postobstructive  diuresis  are  suspected,  or  if  prolonged  use  of  diuretics  (e.g., furosemide,  thiazides,  spironolactone)  or  angiotensinconverting  enzyme  inhibitors  (e.g.,  enalapril)  has occurred. Analysis  •  Serum  potassium  concentrations  are  measured in  serum,  plasma,  or  urine  by  dry reagent  methods, ion-specific  potentiometry,  and  flame  photometry  (rarely used  now).  Different  methods  provide  comparable results.  Measured  potassium  concentrations  obtained with  the  new  “point-of-care”  instruments  do  not  always correlate  well  with  results  determined  by  traditional  analyzers.  Point-of-care  units  that  measure  potassium  in  whole  blood  typically  give  results  approximately 0.5  mEq/L  less  than  those  obtained  with  other instruments. Normal  Values  •  Dogs and cats,  3.5  to  5.5  mEq/L  (mEq/L are  the  same  as  mmol/L  for  univalent  ions). Danger  Values  •  Concentrations  less  than  2.5  mEq/L (muscle  weakness)  or  greater  than  7.5  mEq/L  (cardiac conduction  disturbances)  are  considered  dangerous. Severely  hyponatremic  animals  seem  less  able  to  compensate  for  hyperkalemia. Artifacts  •  Serum  potassium  concentrations  exceed plasma  concentrations  because  potassium  is  released from  platelets  during  clotting.  This  difference  is  most  pronounced  when  thrombocytosis  occurs.  Hemolysis  causes hyperkalemia  if  red  blood  cells  (RBCs)  have  a  high  potassium  content.  Most  dog  and  cat  RBCs  contain  little  potassium;  however,  RBCs  in  some  breeds  (e.g.,  neonates, Akitas,  English  springer  spaniels)  have  a  higher  potassium content  (i.e.,  ≥20  mEq/L),  and  hemolysis  may  cause hyperkalemia.  In  animals  with  white  blood  cell  (WBC) counts  greater  than  100,000/µl,  enough  WBCs  may  lyse and  release  potassium  during  clotting  that  serum  potassium  is  artifactually  increased.  These  are  causes  of  pseudohyperkalemia,  because  they  only  occur  in  vitro.  Using lithium  heparin  tubes  for  collection  plus  prompt  separation  of  plasma  from  cells  prevents  these  problems. Samples  contaminated  by  drawing  them  through  improperly  cleared  intravenous  (IV)  catheters  may  yield  falsely increased  or  decreased  potassium  concentrations,  depending  on  the  fluid  being  administered.  When  obtaining blood  from  an  IV  catheter,  one  should  remove  and  discard enough  blood  to  clear  the  catheter  before  collecting  the sample.  Using  ethylenediaminetetraacetic  acid  (EDTA)  or potassium  oxalate  as  an  anticoagulant  may  markedly  alter measured  values.  Large  amounts  of  bilirubin  may  slightly increase  potassium  concentrations  measured  with  ionselective  electrodes. Drugs  That  May  Alter  Serum  Potassium  Concentration  •  Hypokalemia may be  caused  by  administration  of furosemide,  thiazides,  acetazolamide,  laxatives,  mineralocorticoids  (e.g.,  fludrocortisone,  desoxycorticosterone pivalate),  insulin,  sodium  bicarbonate,  amphotericin  B, large  doses  of  sodium  penicillin  G  given  IV,  chronic administration  of  ammonium  chloride,  potassium-free f luids,  and  glucose-containing  crystalloid  solutions.  Peritoneal  dialysis  can  be  responsible  if  potassium-free  dialysate  is  used  long  term. Hyperkalemia  may  be  caused  by  excessive  potassium chloride  (either  IV  or  oral),  heparin  solutions  containing chlorbutol,  massive  digitalis  overdose,  and  potassium penicillin  G  given  IV.  It  may  also  be  caused  by  trimethoprim,  angiotensin-converting  enzyme  inhibitors  (e.g., enalapril),  blood  transfusions  (if  from  a  dog  with  high 

intracellular  potassium),  potassium-sparing  diuretics (e.g.,  spironolactone,  amiloride),  mannitol  infusions causing  acute  hypertonicity,  nonspecific  beta  blockers, and  nonsteroidal  anti-inflammatory  drugs  (if  they  cause renal  failure). Causes  of  Hypokalemia  •  The  three  possible  mechanisms  for  hypokalemia  are  (1)  decreased  intake,  (2) translocation  of  potassium  from  extracellular  to  intracellular  fluid,  and  (3)  loss  via  the  kidneys  or  gastrointestinal  tract  (Box  6-1  and  Figure  6-1).  Dilution  of serum  potassium  concentration  by  giving  potassiumfree  fluids,  especially  those  containing  glucose,  may contribute  to  hypokalemia.  Decreased  intake  may  aggravate  hypokalemia  caused  by  increased  loss  or  translocation,  but  it  is  unlikely  to  cause  hypokalemia  by itself.  Hypokalemia  often  results  from  a  combination of  decreased  intake  plus  urinary  or  gastrointestinal losses  (e.g.,  administering  potassium-free  fluids  to anorexic  animals). Translocation  of  potassium  from  extracellular  to intracellular  fluid  may  occur  with  bicarbonate  administration  or  insulin-mediated  glucose  uptake  by  cells.  Both situations  typically  are  iatrogenic  (e.g.,  aggressive  treatment  for  diabetic  ketoacidosis).  Total  parenteral  nutrition may  do  likewise  if  sufficient  potassium  is  not  present  in the  solution.  Hypothermia  may  cause  potassium  to  enter cells  (this  effect  is  reversed  when  hypothermia  is  corrected).  Hypokalemic  periodic  paralysis  in  young  Burmese cats  causes  potassium  to  move  intracellularly  and  is  characterized  by  recurrent  episodes  of  limb  muscle  weakness and  neck  ventroflexion,  increased  creatine  kinase  activity, and  hypokalemia. Excessive  gastrointestinal  (e.g.,  vomiting,  diarrhea) and  urinary  (e.g.,  polyuria)  losses  commonly  cause  hypokalemia.  Vomiting  gastric  contents  causes  loss  of  potassium  and  chloride.  The  resulting  hypochloremia  and metabolic  alkalosis  causes  additional  urinary  loss  of potassium  and  hydrogen  ions.  Aldosterone  secretion  due to  dehydration  from  any  cause  results  in  sodium  retention  but  further  potassium  excretion.  Loop  diuretics  (e.g., furosemide)  cause  renal  potassium  wasting.  Hypokalemia  occurs  in  approximately  20%  to  30%  of  cats  and  10% of  dogs  with  chronic  renal  failure. Hypokalemic  nephropathy  characterized  by  tubulointerstitial  nephritis  may  develop  in  cats  fed  highprotein  diets  with  inadequate  potassium,  especially  with diets  that  also  contain  urinary  acidifiers. Hypokalemia  commonly  occurs  during  the  postobstructive  diuresis  after  relief  of  feline  urethral  obstruction. Hypokalemia  may  occur  in  canine  hyperadrenocorticism because  of  mineralocorticoid  effects  of  endogenous  steroids  and  is  more  common  with  adrenal  tumors  than  in pituitary-dependent  disease. The  most  common  causes  of  moderate  to  severe hypokalemia  (i.e.,  <2.5  to  3.0  mEq/L)  are  vomiting of  gastric  contents,  urinary  losses  (e.g.,  postobstructive diuresis,  polyuric  chronic  renal  failure),  use  of  loop diuretics  (especially  in  anorexic  animals),  aggressive insulin  and  sodium  bicarbonate  therapy  (e.g.,  treatment of diabetic  ketoacidosis),  and  inappropriate  fluid therapy  in  anorexic  animals.  Causes  of  hypokalemia can  usually  be  ascertained  from  history  and  physical 


BOX  6-1.  CAUSES  OF  HYPOKALEMIA Pseudohypokalemia  (infrequent  and  rarely  causing significant  change) Increased  Loss  (most  common  and  important  category) Gastrointestinal  (FEk  <  6%) Vomiting  of  gastric  contents  (common  and  important) Diarrhea  (common  and  important) Urinary  (FEk  >  20%) Chronic  renal  failure  in  cats  (common  and  important) Diet-induced  hypokalemic  nephropathy  in  cats (important) Postobstructive  diuresis  (common  and  important) Inappropriate  fluid  therapy  (especially  with  inadequate potassium  supplementation)  (common  and important) Diuresis  caused  by  diabetes  mellitus/ketoacidosis (common  and  important) Dialysis  (uncommon) Drugs Loop  diuretics  (e.g.,  furosemide)  (common  and important) Thiazide  diuretics  (e.g.,  chlorothiazide, hydrochlorothiazide) Amphotericin  B Penicillins  (rare) Albuterol  overdose  (rare) Distal  (type  I)  RTA  (rare) Proximal  (type  II)  RTA  after  NaHCO3  treatment  (rare) Mineralocorticoid  excess  (rare) Hyperadrenocorticism  (mild  changes) Primary  hyperaldosteronism  (i.e.,  adenoma, hyperplasia) Translocation  (Extracellular  Fluid  →  Intracellular  Fluid) Glucose-containing  fluids  ±  insulin  (common  and important) Total  parenteral  nutrition  solutions  (uncommon,  but important) Alkalemia  (uncommon) Catecholamines  (rare) Hypokalemic  periodic  paralysis  (Burmese  cats)  (rare) Hypothermia  (questionable) Decreased  Intake  (Unlikely  to  cause  hypokalemia  by itself  unless  diet  is  severely  deficient) Administration  of  potassium-free  fluids  (e.g.,  0.9%  NaCl, 5%  dextrose  in  water) FEk,  Fractional  excretion  of  potassium;  RTA,  renal  tubular  acidosis. Modified  from  DiBartola  SP:  Fluid  therapy  in  small  animal  practice, ed  2,  Philadelphia,  2000,  WB  Saunders,  p  93.


examination.  Additional  laboratory  tests  are  rarely needed. Causes  of  Hyperkalemia  •  The  three  mechanisms  for hyperkalemia  are  (1)  increased  potassium  intake,  (2) translocation  of  potassium  from  intracellular  to  extracellular  fluid,  and  (3)  decreased  urinary  potassium  excretion 


(most common) (Box 6-2 and Figure 6-2). Increased intake is seldom the cause, unless potassium administra-tion is greatly excessive or concurrent renal or adrenal impairment exists.Translocation of potassium from cells to extracellular fluid may occur with acute inorganic acidosis, massive tissue damage (e.g., acute tumor lysis) or potassium  retention (caused by acute renal failure), insulin defi-ciency, and acute hypertonicity. Acute acidosis due to inorganic acids (e.g., NH4Cl, HCl) but not organic acids (e.g., lactic acid, keto acids) may cause potassium to shift out of cells (uncommon). The effect of inorganic meta-bolic acidosis on serum potassium concentration varies, usually raising potassium 0.17 to 1.67 (mean, 0.75) mEq/L per 0.1-unit decrement in pH; however, this rule 

of thumb is not reliable. Respiratory acidosis has minimal effect on potassium. Acute tumor lysis syndrome rarely occurs after radiation or chemotherapy for lymphoma. Other causes of massive tissue damage include reperfu-sion injury and crush injury (rare). Insulin deficiency and hyperosmolality may cause hyperkalemia in diabetic ketoacidosis. Acute hypertonicity (e.g., mannitol infu-sion, hyperglycemia) may cause water and potassium to exit cells and enter the extracellular space, causing hyper-kalemia (uncommon).Decreased excretion is the most important mecha-nism; hyperkalemia seldom occurs if renal function is normal. The most common causes of decreased urinary potassium excretion are urethral obstruction, ruptured bladder (or ureter), anuric or oliguric renal failure, and 
hypoadrenocorticism.  Hyperkalemia  may  occur  within 48  hours  of  feline  urethral  obstruction,  but  it  does  not usually  occur  for  at  least  48  hours  after  urinary  bladder rupture.  Hyperkalemia  seldom  occurs  in  chronic  renal failure  and  then  usually  only  in  oliguric  patients.  Hyperkalemia,  hyponatremia,  and  Na/K  ratios  less  than  27 : 1 are  often  (but  not  always)  found  in  animals  with  hypoadrenocorticism  or  renal  failure.  An  adrenocorticotropic hormone  (ACTH)  stimulation  test  (see  Chapter  8)  is  necessary  to  diagnose  hypoadrenocorticism,  because  identical  electrolyte  abnormalities  can  occur  because  of  oliguric renal  failure,  whipworms,  salmonellosis,  and  pleural  or 
peritoneal effusions.

impairs  urinary  potassium  excretion,  causing  hyperkalemia  in  patients  with  diabetes  or  renal  failure.  This  disease is  diagnosed  by  measuring  aldosterone  (not  cortisol)  concentrations  before  and  after  ACTH  administration.  Hyperkalemic  periodic  paralysis  is  another  rare  cause  of hyperkalemia  that  has  been  reported  in  only  one  dog. The  most  important  causes  of  serious  hyperkalemia (i.e.,  >  6.0  mEq/L)  are  oliguric  and  anuric  acute  renal failure  (e.g.,  ethylene  glycol  ingestion),  urethral  obstruction  in  male  cats,  and  hypoadrenocorticism.  Pseudohyperkalemia  should  be  eliminated  first.  If  serum potassium  concentration  is  greater  than  7.0  mEq/L  and the  patient  is  asymptomatic  (e.g.,  normal  electrocardiogram  and  physical  examination),  serum  potassium  concentration  should  be  rechecked  using  lithium  heparin plasma.  After  artifact  has  been  eliminated,  history should  be  examined  for  iatrogenic  causes.  If  hyperkalemia  might  be  iatrogenic,  the  drug  in  question  should  be  discontinued  and  serum  potassium  rechecked  in  1  to 2  days.  Diagnostic  evaluation  should  continue  in  case another  disease  is  present,  however.  Hyperkalemia  is usually  an  indication  for  evaluation  of  some  or  all  of  the following:  serum  creatinine,  blood  urea  nitrogen  (BUN), urinalysis,  and  a  resting  serum  cortisol  concentration (see  Chapter  8).

URINARY  FRACTIONAL  EXCRETION OF  POTASSIUM Seldom  Indicated  •  Fractional  excretion  of  potassium (FEK)  helps  distinguish  renal  from  nonrenal  potassium loss.  FEK  is  calculated  as  follows: [( K U S U S K / )/( / )] Cr where Cr ×100 UK  =  urine  concentration  of  potassium  (mEq/L) SK  =  serum  concentration  of  potassium  (mEq/L) UCr  =  urine  concentration  of  creatinine  (mg/dl) SCr  =  serum  concentration  of  creatinine  (mg/dl) Normal  Values  •  Dogs  and  cats,  6%  to  20%. Abnormalities  •  FEK  should  be  less  than  or  equal  to  6% if  the  animal  has  nonrenal  sources  of  potassium  loss  (e.g., gastrointestinal  loss).  Values  greater  than  20%  in  hypokalemic  patients  with  normal  renal  function  indicate  excessive  renal  potassium  losses. SERUM  SODIUM  CONCENTRATION Commonly  Indicated  •  Serum  sodium  determination is  useful  in  systemic  diseases  characterized  by  vomiting, diarrhea,  polydipsia  and  polyuria,  muscle  weakness, abnormal  behavior,  abnormal  mentation,  seizures, edema,  pleural  or  peritoneal  effusion,  or  dehydration. Serum  sodium  should  be  determined  whenever  adrenal, renal,  hepatic,  or  cardiac  failure  has  been  diagnosed;  in cases  of  prolonged  fluid  or  diuretic  therapy;  or  in  patients 


X  6-2.  CAUSES  OF  HYPERKALEMIA Pseudohyperkalemia Thrombocytosis  (usually  mild,  but  can  produce  marked changes) WBCs  >  100,000/µl  (rare  cause,  but  can  cause  significant changes) Hemolysis  in  breeds  or  individuals  with  high  RBC potassium  concentration  (e.g.,  Akitas,  English  springer spaniels,  neonates,  occasional  other  dogs) Decreased  Urinary  Excretion  (most  common) Urethral  obstruction  (common  and  important) Ruptured  bladder/ureter  (uncommon  but  important) Anuric  or  oliguric  renal  failure  (common  and  important) Hypoadrenocorticism  (uncommon  but  important) Selected  gastrointestinal  diseases  (e.g.,  trichuriasis, salmonellosis,  perforated  duodenal  ulcer) Chylothorax  with  repeated  pleural  fluid  drainage  (rare) Hyporeninemic  hypoaldosteronism  (with  diabetes  mellitus or  renal  failure)  (rare) Drugs  (angiotensin-converting  enzyme  inhibitors  [e.g., enalapril],*  potassium-sparing  diuretics  [e.g., spironolactone,  amiloride,  triamterene],*  prostaglandin inhibitors,*  heparin*)

Unlikely  with  normal  renal/adrenal  function,  unless  administration  is  greatly  excessive  (e.g.,  IV  administration  of  fluids with  high  KCl  concentrations,  administration  of  large  doses of  potassium  penicillin  G) Translocation  (Intracellular  Fluid  →  Extracellular  Fluid) Insulin  deficiency  (e.g.,  diabetic  ketoacidosis)  (uncommon and  transient) Acute  inorganic  acidosis  (e.g.,  HCl,  NH4Cl)  (rare) Massive  tissue  damage  (e.g.,  acute  tumor  lysis  syndrome [rare],  reperfusion  of  extremities  after  aortic thromboembolism  in  cats  with  cardiomyopathy  [rare], crush  injuries  [rare]) Hyperkalemic  periodic  paralysis  (rare) Drugs  (nonspecific  beta  blockers  [e.g.,  propranolol*]) IV,  Intravenous;  RBC,  red  blood  cell;  WBC,  white  blood  cell;. *Only  likely  to  cause  hyperkalemia  in  conjunction  with  other  contributing  factors  (e.g.,  decreased  renal  function,  concurrent  administration  of  potassium  supplements). Modified  from  DiBartola  SP:  Fluid  therapy  in  small  animal  practice, ed  2,  Philadelphia,  2000,  WB  Saunders,  p  100.

that are not drinking water. Results obtained by using point-of-care instruments usually correlate well with results obtained by traditional instruments.Analysis • Serum sodium is measured in serum, plasma, or urine by ion-specific potentiometry and dry reagent methods.Normal Values • Dogs, 140 to 150 mEq/L; cats, 150 to 160 mEq/L (mEq/L are the same as mmol/L).Danger Values • Clinical signs of hyponatremia and hypernatremia are more related to rapidity of onset than to magnitude of change and associated plasma hypo-osmolality or hyperosmolality. Neurologic signs (e.g., disorientation, ataxia, seizures, coma) may occur at serum 

sodium concentrations less than 120 or greater than 170 mEq/L in dogs.Artifacts • Historically, when flame photometry or indi-rect potentiometry was used and hyponatremia plus normal plasma osmolality was found, this was called pseudohyponatremia and was caused by hyperlipidemia or severe hyperproteinemia. Excessive lipid and protein in serum caused the machine to inaccurately determine the concentration. Pseudohyponatremia rarely occurs when ion-specific electrodes are used. Hyperviscosity caused by hyperproteinemia can lead to “short samples” (and artifactual hyponatremia) with certain aspiration techniques. Samples drawn through improperly cleared IV catheters may yield falsely increased or decreased sodium concentrations, depending on the fluid being 


administered.  When  obtaining  blood  from  an  IV  catheter, one  should  remove  and  discard  enough  blood  to  clear  the catheter  before  collecting  the  sample.  Sodium  salts  of various  anticoagulants  (e.g.,  oxalate,  fluoride,  citrate) increase  measured  values. Drugs  That  May  Alter  Serum  Sodium  Concentration  •  Hyponatremia  may  develop  because  of  thiazides, furosemide,  spironolactone,  or  trimethoprim  combined with  a  diuretic.  Drug-induced  syndrome  of  inappropriate antidiuretic  hormone  secretion  (SIADH)  is  reported  in people  (e.g.,  with  vincristine),  but  not  dogs  or  cats. Hypernatremia  may  develop  because  of  desoxycorticosterone  acetate  or  pivalate,  fludrocortisone,  sodium  bicarbonate,  lactulose,  inappropriate  therapy  with  physiologic or  hypertonic  saline  solutions,  or  sodium  phosphate enemas. Abnormal  Serum  Sodium  Concentrations  •  Serum sodium  concentration  is  the  amount  of  sodium  relative to  the  volume  of  water  in  the  blood;  it  does  not  reflect total  body  sodium  content.  Hyponatremic  and  hypernatremic  patients  may  have  decreased,  normal,  or  increased total  body  sodium.  Hypernatremia  almost  always  causes hyperosmolality,  whereas  hyponatremia  usually  implies hypo-osmolality. Causes  of  Hyponatremia  •  Accurate  evaluation  of hyponatremia  requires  measuring  plasma  osmolality. Most  hyponatremic  patients  are  hypoosmolar,  but  hyperglycemia  (i.e.,  diabetes  mellitus)  or  mannitol  administration  (Box  6-3)  may  cause  hyponatremia  with hyperosmolality.  The  next  step  in  evaluating  hyponatremia  is  to  estimate  hydration  status.  History  may  indicate f luid  loss.  Physical  examination  allows  some  evaluation of  a  patient’s  hydration  status  (e.g.,  skin  turgor,  moistness of  mucous  membranes,  capillary  refill  time,  pulse  rate and  character,  appearance  of  jugular  veins,  presence  or absence  of  ascites). Dehydrated  hyponatremic  patients  have  lost  water and  sodium,  but  more  sodium  than  water.  Nonrenal  or  renal  routes  may  result  in  loss  of  sodium-rich  fluid. Nonrenal  losses  may  be  gastrointestinal  (e.g.,  vomiting, diarrhea),  third  space  (e.g.,  pancreatitis,  peritonitis, uroabdomen,  pleural  effusion),  or  cutaneous  (e.g., burns).  Gastrointestinal  fluid  losses  may  lead  to  hyponatremia  if  the  loss  of  sodium  is  greater  than  the  loss  of water  or  if  subsequent  replacement  of  the  lost  fluids  by drinking  water  dilutes  the  remaining  sodium.  Hypoadrenocorticism,  diuretics,  diabetes  mellitus,  or  renal  disease may  cause  renal  fluid  and  salt  loss.  Once  again,  drinking water  replaces  water  but  not  sodium,  causing  hyponatremia.  Hyponatremia  also  has  been  associated  with  chronic hemorrhage  and  hemoabdomen  in  dogs. Overhydrated  hyponatremic  patients  (e.g.,  ascites, edema)  may  have  increased  total  body  sodium. Impaired  water  excretion  causes  fluid  retention,  which dilutes  serum  sodium.  Clinical  signs  of  hypervolemia may  not  be  visible,  because  the  retained  water  may  be intracellular  or  interstitial.  Hypervolemic  hyponatremia primarily  occurs  in  congestive  heart  failure,  severe hepatic  disease,  nephrotic  syndrome,  and  advanced renal  failure.


Normovolemic  hyponatremia  may  be  caused  by primary  (i.e.,  psychogenic)  polydipsia,  fluid  therapy  (e.g., 5%  dextrose  or  0.45%  saline),  SIADH  (rare),  drugs  with antidiuretic  effects,  and  myxedema  coma  from  hypothyroidism  (rare).  Primary  polydipsia  (see  Chapter  7)  usually occurs  in  large  breeds  of  dogs.  These  dogs  have  severe polydipsia,  polyuria,  severe  hyposthenuria,  mild  hyponatremia,  and  mild  plasma  hypo-osmolality.  SIADH  refers to  excessive  antidiuretic  hormone  (ADH)  release  despite lack  of  normal  stimuli;  it  can  be  caused  by  malignancy, pulmonary  disease,  or  central  nervous  system  (CNS)  disorders.  Diagnosis  of  SIADH  requires  eliminating  adrenal, renal,  cardiac,  and  hepatic  disease  and  finding  inappropriately  high  urine  osmolality  (>  100  mOsm/kg)  despite serum  hypo-osmolality.  Drugs  that  stimulate  ADH  release or  potentiate  its  renal  effects  may  lead  to  hyponatremia with  normovolemia. The  most  common  causes  of  moderate  to  marked hyponatremia  (i.e.,  Na  <135  mEq/L)  in  dogs  and  cats include  vomiting,  hypoadrenocorticism,  and  advanced 


BOX  6-3.  CAUSES  OF  HYPONATREMIA With  Normal  Plasma  Osmolality  (Pseudohyponatremia) (rare  with  current  instruments) Hyperlipidemia Marked  hyperproteinemia  (rare) With  High  Plasma  Osmolality Hyperglycemia  (common) Mannitol  infusion With  Low  Plasma  Osmolality Overhydration  (i.e.,  hypervolemia) Severe  hepatic  disease  causing  ascites  (common) Congestive  heart  failure  causing  effusion  (common) Nephrotic  syndrome  causing  effusion  (common) Advanced  renal  failure  (primarily  oliguric  or  anuric) Dehydration  (i.e.,  Hypovolemia) Gastrointestinal  loss  (common)  (i.e.,  vomiting  or diarrhea) Third-space  loss  (i.e.,  pancreatitis,  peritonitis, uroabdomen  [common],  chylothorax  with  repeated pleural  fluid  drainage) Cutaneous  loss  (i.e.,  burns) Hypoadrenocorticism  (uncommon  but  important) Diuretic  administration  (including  osmotic  diuretics) Normal  Hydration  (i.e.,  Normovolemia) Inappropriate  fluid  therapy  with  5%  dextrose,  0.45% saline  solution,  or  hypotonic  fluids  (important) Psychogenic  polydipsia Syndrome  of  inappropriate  antidiuretic  hormone secretion  (SIADH)  (rare) Antidiuretic  drugs  (e.g.,  heparin  solutions  containing chlorbutol,  vincristine,  cyclophosphamide,  nonsteroidal anti-inflammatory  drugs) Myxedema  coma  of  hypothyroidism  (rare) Modified  from  DiBartola  SP:  Fluid  therapy  in  small  animal  practice, ed  2,  Philadelphia,  2000,  WB  Saunders,  p  60.

BOX  6-4.  CAUSES  OF  HYPERNATREMIA Loss  of  Free  Water  without  Adequate  Replacement (important) Normal  insensible  water  loss  without  normal  replacement Water  unavailable  or  patient  unable  to  drink Abnormal  thirst  mechanism Primary  hypodipsia  (e.g.,  miniature  schnauzers)  (rare) Central  nervous  system  (CNS)  neoplasia Increased  insensible  water  loss  without  replacement High  environmental  temperature,  fever,  tachypnea/ panting Urinary  loss  of  free  water Diabetes  insipidus  (either  central  or  nephrogenic) Loss  of  Hypotonic  Fluids  without  Adequate Replacement  of  Water  (important) Extrarenal Gastrointestinal  (i.e.,  vomiting,  diarrhea,  small  intestinal obstruction) Third-space  loss  (i.e.,  peritonitis,  pancreatitis) Cutaneous  (e.g.,  burns) Renal Diuresis  (osmotic  [e.g.,  diabetes  mellitus,  mannitol], chemical  [e.g.,  drugs]) Renal  failure,  postobstructive  diuresis Increased  Intake  of  Sodium Hypertonic  fluid  administration  (e.g.,  hypertonic  saline, sodium  bicarbonate,  total  parenteral  nutrition solutions,  sodium  phosphate  enema) Inappropriate  maintenance  fluid  therapy  with  sodiumcontaining  fluids  (important) Salt  poisoning Hyperaldosteronism  (rare) Hyperadrenocorticism  (mild  changes) Modified  from  DiBartola  SP:  Fluid  therapy  in  small  animal  practice, ed  2,  Philadelphia,  2000,  WB  Saunders,  p  53.

congestive  heart  failure  (with  or  without  concomitant diuretic  therapy).  History  or  physical  examination  usually reveals  the  cause,  but  a  resting  serum  cortisol  should  be measured  (see  Chapter  8)  if  the  clinician  suspects  hypoadrenocorticism.  If  the  cause  is  still  unknown,  plasma osmolality  measurements  are  recommended. Causes  of  Hypernatremia  •  Hypernatremia  is  caused by  loss  of  water,  gain  of  sodium,  or  both  (Box  6-4).  It  is rare  for  animals  with  normal  thirst  mechanisms  and adequate  access  to  water  to  become  hypernatremic  unless they  are  unable  to  ingest  water. Free-water  loss  (i.e.,  loss  of  water  without  appreciable amounts  of  electrolytes)  occurs  in  diabetes  insipidus  and insensible  losses.  Central  diabetes  insipidus  (see  Chapter 7)  is  due  to  lack  of  ADH  production  and  release.  Affected animals  have  severe  polydipsia  and  polyuria,  and  hypernatremia  is  common.  Nephrogenic  diabetes  insipidus  is a  category  that  includes  many  disorders  characterized  by renal  urine  concentration  abnormalities  (see  Chapter  7). Insensible  losses  (i.e.,  normal  respiratory  tract  losses) 

occur  in  all  animals;  if  the  patient  cannot  or  will  not  drink (e.g.,  hypodipsia  caused  by  an  abnormal  CNS  thirst mechanism  in  young  female  miniature  schnauzers), hypernatremia  results.  Clinical  signs  include  anorexia, lethargy,  weakness,  disorientation,  ataxia,  and  seizures. Hypotonic  water  loss  is  loss  of  both  water  and  electrolytes,  but  more  water  than  sodium.  Such  losses  may  be renal  or  extrarenal  (e.g.,  gastrointestinal,  third  space,  cutaneous).  Vomiting,  diarrhea,  and  small  intestinal  obstruction  may  cause  hypotonic  gastrointestinal  losses. Third-space  losses  include  pancreatitis  and  peritonitis. Cutaneous  losses  are  rarely  important  in  dogs  and  cats. Renal  losses  may  result  from  lack  of  ADH,  osmotic  or drug-induced  diuresis,  or  renal  disease  that  affects  concentrating  ability. NOTE:  If  a  patient  with  hypotonic  fluid  losses  replaces f luids  by  drinking  water,  it  may  become  hyponatremic instead  of  hypernatremic,  because  it  is  diluting  remaining sodium  with  water  it  drinks. Administration  of  excessive  sodium  (e.g.,  hypertonic saline,  sodium  bicarbonate,  inappropriate  fluid  therapy) causes  hypernatremia  if  the  patient  does  not  ingest  adequate  water.  Hyperadrenocorticism,  sodium  phosphate enemas,  and  primary  hyperaldosteronism  (rare)  may cause  hypernatremia. Clinically  significant  hypernatremia  (i.e.,  Na  > 160  mEq/L  in  dogs  and  170  mEq/L  in  cats)  usually  is  due to  a  pure  water  deficit  (e.g.,  unable  or  unwilling  to  drink), loss  of  hypotonic  fluid  (e.g.,  gastrointestinal  or  renal losses),  or  fluid  therapy.  History  is  usually  adequate  to determine  the  cause  of  hypernatremia. URINARY  FRACTIONAL  EXCRETION OF  SODIUM Seldom  Indicated  •  Determining  fractional  sodium excretion  (FENa)  may  help  differentiate  prerenal  from primary  renal  azotemia  (seldom  needed  for  this  purpose), and  renal  from  extrarenal  sodium  loss  in  dehydrated patients  with  hypernatremia  or  hyponatremia.  FENa  is  calculated  by  using  the  equation: [( Na / U S U S Na where )/( Cr / Cr )] ×100 UNa  =  urine  concentration  of  sodium  (mEq/L) SNa  =  serum  concentration  of  sodium  (mEq/L) UCr  =  urine  concentration  of  creatinine  (mg/dl) SCr  =  serum  concentration  of  creatinine  (mg/dl) Normal  Values  •  FENa  should  be  less  than  1%  in  normal dogs  and  cats. Abnormalities  •  FENa should be  less  than  1%  in  animals with  prerenal  azotemia;  greater  than  1%  suggests  primary renal  azotemia.  Prerenal  azotemia  with  FENa  greater  than 1%  may  occur  despite  normal  renal  function  if  the  animal is  receiving  diuretics  (e.g.,  furosemide).  In  dehydrated patients,  FENa  values  less  than  1%  suggest  nonrenal  losses 

(e.g.,  gastrointestinal,  third  space);  values  greater  than  1% suggest  renal  losses  (e.g.,  hypoadrenocorticism,  diuretic administration,  renal  disease). SERUM  CHLORIDE CONCENTRATION Commonly  Indicated  •  Serum  chloride  concentration commonly  is  measured  in  systemic  diseases  characterized by  vomiting,  diarrhea,  dehydration,  polyuria,  and  polydipsia  or  in  patients  likely  to  have  metabolic  acid-base abnormalities. Analysis  •  Serum  chloride  is  measured  in  serum, plasma,  or  urine  by  dry  reagent  systems,  colorimetric  titration,  spectrophotometry  (i.e.,  autoanalyzers),  ion-specific potentiometry,  and  coulometric  and  amperometric  titration.  Results  obtained  by  using  point-of-care  instruments do  not  always  correlate  well  with  results  obtained  by traditional  methods. Normal  Values  •  Changes  in  water  balance  change  chloride  and  sodium  concentrations  proportionately.  Chloride  concentration  can  also  change  primarily;  therefore, evaluation  of  chloride  concentration  must  be  done  in conjunction  with  evaluation  of  sodium  concentration. Using  this  approach,  chloride  disorders  can  be  divided into  artifactual  (sodium  and  chloride  change  proportionately)  and  corrected  (changes  in  chloride  are  proportionately  greater  than  changes  in  sodium)  categories  (Boxes 6-5  and  6-6).  Changes  in  free  water  are  responsible  for the  chloride  changes  in  artifactual  disorders.  In  corrected chloride  disorders,  chloride  ion  itself  changes.  Corrected chloride  can  be  estimated  as: [ − [ ] = − Cl   corrected Cl   measured ] [ − [ ] − = ×146 Cl   corrected Cl   measured ] /[ + ] Na   measured  for  dog ( ×156 /[ + ] Na   measured  for cat ( ss) ss)

BOX  6-5.  CAUSES  OF  HYPOCHLOREMIA Artifactual  (Dilutional) Corrected  Hypochloremia Pseudohypochloremia  (lipemic  samples  using  titrimetric methods) Excessive  loss  of  chloride  relative  to  sodium Vomiting  of  stomach  contents  (common  and  important) Therapy  with  thiazide  or  loop  diuretics  (common  and important) Chronic  respiratory  acidosis Hyperadrenocorticism Exercise Therapy  with  solutions  containing  high  sodium concentration  relative  to  chloride Sodium  bicarbonate Modified  from  DiBartola  SP:  Fluid  therapy  in  small  animal  practice, ed  2,  Philadelphia,  2000,  WB  Saunders,  p  78.

where  [Cl−]  measured  and  [Na+]  measured  are  the  patient’s serum  chloride  and  sodium  concentrations,  respectively. The  values  146  and  156  reflect  the  mean  value  for  serum sodium  concentrations  in  dogs  and  cats.  Normal  [Cl−] corrected  is  approximately  107  to  113  mEq/L  in  dogs  and 117  to  123  mEq/L  in  cats.  These  values  may  vary  among laboratories  and  analyzers. Danger  Values  •  Unknown.  Metabolic  alkalosis  and decreased  ionized  calcium  concentration  probably  cause muscle  twitching  or  seizures  in  hypochloremic  animals, whereas  clinical  signs  associated  with  hyperchloremia  are probably  caused  by  hyperosmolality. Artifacts  •  Pseudohypochloremia  results  when  chloride is  measured  in  lipemic  or  markedly  hyperproteinemic samples  via  techniques  that  are  not  ion-selective.  Hyperviscosity  may  cause  problems  in  machines  that  dilute samples  before  analysis.  In  lipemic  samples,  chloride  concentration  is  underestimated  by  some  titrimetric  methods and  overestimated  by  colorimetric  methods.  Halides  (e.g., bromide,  iodide)  are  measured  as  chloride,  falsely  increasing  reported  values  (especially  important  in  animals receiving  potassium  bromide  as  an  anticonvulsant). Drugs  That  May  Alter  Serum  Chloride  Concentration  •  Administration  of  NH4Cl,  KCl,  physiologic  saline solution  (with  or  without  KCl),  hypertonic  saline  solution,  or  total  parenteral  nutrition  solutions  containing arginine  HCl  and  lysine  HCl  may  add  excessive  Cl  to  the body.  Acetazolamide  may  cause  renal  chloride  retention. Hypochloremia  may  be  caused  by  excessive  renal  loss  of chloride  relative  to  sodium  (e.g.,  furosemide,  thiazides) BOX  6-6.  CAUSES  OF  HYPERCHLOREMIA Artifactual  (Concentration) Corrected  Hyperchloremia Pseudohyperchloremia Lipemic  samples  using  colorimetric  methods Potassium  bromide  therapy  (common  and  important) Excessive  loss  of  sodium  relative  to  chloride Small  bowel  diarrhea  (common  and  important) Excessive  gain  of  chloride  relative  to  sodium Therapy  with  chloride  salts  (e.g.,  NH4Cl,  KCl) Total  parenteral  nutrition Fluid  therapy  (e.g.,  0.9%  NaCl,  hypertonic  saline, KCl-supplemented  fluids) Salt  poisoning Renal  chloride  retention Renal  failure Renal  tubular  acidosis Hypoadrenocorticism Diabetes  mellitus Chronic  respiratory  alkalosis Drugs  (e.g.,  spironolactone,  acetazolamide) Modified  from  DiBartola  SP:  Fluid  therapy  in  small  animal  practice, ed  2,  Philadelphia,  2000,  WB  Saunders,  p  79.


r  excessive  intake  of  sodium  without  chloride  (e.g., NaHCO3). Causes  of  Hypochloremia  •  Many  causes  of  hyponatremia  also  produce  hypochloremia.  If  changes  in  sodium are  proportional  to  changes  in  chloride  (hypochloremia with  normal  corrected  chloride  or  artifactual  hypochloremia),  it  is  usually  easier  to  search  for  the  cause  of  the hyponatremia.  Corrected  hypochloremia  results  from excessive  loss  of  chloride  relative  to  sodium  or  administration  of  fluids  containing  high  sodium  concentration relative  to  chloride  (see  Box  6-5).  The  most  common causes  of  corrected  hypochloremia  are  chronic  vomiting of  gastric  contents  and  aggressive  furosemide  or  thiazide therapy.  Administration  of  sodium  without  chloride  (e.g., NaHCO3)  also  may  cause  corrected  hypochloremia. Hypochloremia  caused  by  increased  renal  chloride  excretion  is  a  normal  adaptation  to  chronic  respiratory  acidosis.  Persistent  hypochloremia  is  an  indication  to  determine serum  sodium,  potassium,  and  total  carbon  dioxide (TCO2)  concentrations  (preferably  by  blood  gas analysis). Causes  of  Hyperchloremia  •  Most  causes  of  hypernatremia  produce  concurrent  hyperchloremia.  If  changes  in sodium  are  proportional  to  changes  in  chloride  (hyperchloremia  with  normal  corrected  chloride  concentration or  “artifactual”  hyperchloremia),  it  is  usually  easier  to search  for  the  cause  of  the  hypernatremia.  Corrected hyperchloremia  results  from  excessive  sodium  loss  relative  to  chloride,  excessive  chloride  gain  relative  to  sodium, or  renal  chloride  retention  (see  Box  6-6).  Small  bowel diarrhea  can  cause  hyperchloremic  metabolic  acidosis because  of  loss  of  bicarbonate-rich,  chloride-poor  fluid (i.e.,  excessive  sodium  loss).  Salt  poisoning  or  therapy with  NH4Cl,  KCl,  cationic  amino  acids,  hypertonic  saline, or  0.9%  NaCl  with  or  without  added  KCl  represent  excessive  chloride  gain  (e.g.,  physiologic  saline  solution  has 154  mEq  chloride/L  but  contains  174  mEq  chloride/L  if supplemented  with  20  mEq  KCl/L). The  most  common  cause  of  hyperchloremia  is  hypotonic  fluid  loss  leading  to  hyperchloremic  (normal  anion gap)  metabolic  acidosis.  Persistent  hyperchloremia  is  an indication  for  determining  serum  sodium,  potassium, and  TCO2  concentrations  and  blood  gas  analysis. OSMOLALITY  AND  OSMOLAL  GAP Osmolality  refers  to  the  number  of  osmotically  active  particles  in  a  solution.  Tonicity  describes  the  osmolality  of  a solution  relative  to  plasma.  A  solution  with  the  same osmolality  as  plasma  is  said  to  be  isotonic,  whereas  one with  greater  osmolality  than  plasma  is  hypertonic.  A  solution  with  osmolality  lower  than  that  of  plasma  is  hypotonic.  Tonicity  depends  on  the  ability  of  these  particles  to exert  oncotic  pressure  and  whether  or  not  the  particles can  rapidly  cross  a  semipermeable  membrane  (e.g.,  a  cell membrane).  For  example,  urea  does  not  cause  hypertonicity  (i.e.,  exert  oncotic  pressure),  because  it  rapidly  diffuses  across  cell  membranes  and  equilibrates  throughout the  body.  Sodium  and  glucose  cannot  rapidly  cross  membranes;  therefore,  they  tend  to  stay  on  one  side  and  cause



hypertonicity  (i.e.,  exert  oncotic  pressure),  attracting f luids.  Everything  that  affects  tonicity  (e.g.,  sodium)  also affects  osmolality,  but  not  everything  that  affects  osmolality  also  affects  tonicity  (e.g.,  urea). Occasionally  Indicated  •  Serum  or  plasma  osmolality helps  differentiate  causes  of  hyponatremia,  aids  in  early diagnosis  of  ethylene  glycol  intoxication,  evaluates  hydration  status  and  renal  concentrating  ability  during  water deprivation  testing,  and  sometimes helps  evaluate  patients with  diabetic  ketoacidosis  and  those  being  treated  with mannitol  for  cerebral  edema. Disadvantage  •  Special  equipment  (e.g.,  freezing  point depression  or  vapor  pressure  osmometer)  is  required. Analysis  •  Osmolality  is  measured  in  serum,  plasma,  or urine  by  freezing  point  or  vapor  pressure  osmometry (citrate  anticoagulants  cause  artifactual  increases).  It  is estimated  (i.e.,  calculated)  by  various  formulas.  In  the absence  of  excessive  unmeasured  osmoles  (e.g.,  ethylene glycol), the osmolality: . 1 86 following  formula  closely  estimates ( Osmolality  mOsm kg Na / ([ + + K + ] [ ]) ( + ) = glucose 18 + / ) ( / . BUN 2 88 9 ) + where  serum  sodium  and  potassium  are  expressed  in mEq/L  and  BUN  and  glucose  in  mg/dl.  However,  2  ×  [Na] may  be  used  as  a  quick  estimate  of  osmolality.  Tonicity may  be  estimated  by  the  following  formula: = Tonicity Plasma osmolality BUN −( / . ) 2 8 where  tonicity  and  osmolality  are  expressed  in  mOsm/kg and  BUN  is  expressed  in  mg/dl. Normal  Values  •  Serum  or  plasma  osmolality:  dogs,  290 to  310  mOsm/kg;  cats,  308  to  335  mOsm/kg.  Urine osmolality  values  vary  widely.  Typical  ranges  are  50  to 2800  mOsm/kg  (dogs)  and  50  to  3000  mOsm/kg  (cats). Danger  Values  •  Signs  caused  by  hypo-osmolality  or hyperosmolality  are  related  more  to  rapidity  of  change than  magnitude  of  change.  Neurologic  signs  (e.g.,  disorientation,  ataxia,  seizures,  coma)  may  occur  when  serum or  plasma  osmolality  is  less  than  250  mOsm/kg  or  tonicity  is  greater  than  360  mOsm/kg. Osmolal  gap  is  defined  as  measured  serum  osmolality  −  calculated  serum  osmolality.  An  increased  gap  is  due to  unmeasured  osmoles  (e.g.,  ethylene  glycol  metabolites),  pseudohyponatremia  (i.e.,  normal  osmolality  plus hyponatremia),  or  laboratory  error.  Vapor  pressure osmometry  does  not  detect  volatile  solutes  (e.g.,  methanol).  If  measured  osmolality  is  less  than  calculated  osmolality,  a  laboratory  error  is  probably  responsible. Normal  Values  (Osmolal  gap)  •  Dogs,  10  to  15  mOsm/ kg;  cats,  unknown. Danger  Values  (Osmolal  gap)  •  An  osmolal  gap  greater than  25  mOsm/kg  indicates  the  presence  of  an  unmeasured  osmole,  usually  as  a  result  of  intoxication  (e.g., ethylene  glycol,  methanol,  ethanol).



Causes  of  Serum  or  Plasma  Hypo-osmolality  •  See Causes  of  Hyponatremia. Causes of Serum or Plasma Hyperosmolality  •  Hyperosmolality  is  caused  by  hypernatremia,  hyperglycemia, severe  azotemia,  glycerin,  and  intoxications  (e.g.,  ethylene glycol,  ethanol,  methanol).  The  most  common  causes  of serum  osmolality  greater  than  360  mOsm/kg  are  diabetic ketoacidosis,  azotemia,  and  hypernatremia.  Citrate  anticoagulants  may  cause  increased  readings.  Hyperosmolality  is  an  indication  to  measure  serum  sodium,  potassium, urea  nitrogen,  and  glucose  concentrations  plus  calculate anion  and  osmolal  gaps. Causes  of  Increased  Osmolal  Gap  •  Pseudohyponatremia,  glycerin,  ethylene  glycol,  methanol,  ethanol,  and possibly  other  intoxications  can  increase  the  osmolal  gap. Mannitol  or  lactic  acid  might  also  be  responsible.  If  pseudohyponatremia  is  ruled  out,  an  increased  osmolal gap  mandates  a  search  for  recent  exposure  to  these  toxins. The  increase  in  osmolal  gap  in  dogs  with  ethylene  glycol intoxication  peaks  at  6  hours,  persists  for  at  least  12 hours,  but  may  be  normal  24  hours  after  ingestion.  If ethylene  glycol  intoxication  is  likely,  urinalysis  looking for  calcium  oxalate  crystals,  blood  gas  analysis,  anion  gap, and  appropriate  toxicologic  analyses  (see  Chapter  17)  are indicated. BLOOD  GAS  ANALYSIS Occasionally  Indicated  •  Acid-base  evaluation  is  useful in  severely  ill  animals  (e.g.,  severe  dehydration,  vomiting, diarrhea,  oliguria  and  anuria,  hyperkalemia,  tachypnea). Blood  gas  analysis  is  also  necessary  to  evaluate  gas exchange  and  TCO2  alterations  in  patients  with  respiratory disorders  (see  Chapter  11).  Urine  pH  does  not  necessarily reflect  systemic  pH  and  cannot  substitute  for  blood  gas analysis. Advantages  •  Blood  gas  analysis  allows  precise  identification  of  the  different  acid-base  disturbances  and  aids  in evaluation  of  pulmonary  function. Disadvantages  •  Equipment  is  expensive,  and  careful technique  is  required  in  obtaining  and  handling  blood specimens  to  prevent  artifacts.  The  need  for  rapid  analysis may  prohibit  use  of  remote  laboratories;  however,  pointof-care  units  (e.g.,  immediate  response  mobile  analysis [IRMA])  allow  immediate  determinations  and  are  often affordable  for  busy  practices. Analysis  •  Blood  gas  analyzers  are  equipped  with  specific  electrodes  to  measure  pH,  carbon  dioxide  partial pressure  or  tension  (PCO2),  and  oxygen  partial  pressure  or tension  (PO2).  The  bicarbonate  (HCO3−)  is  calculated. Arterial  blood  is  required  to  evaluate  PO2  for  pulmonary function,  but  free-flowing  jugular  blood  is  acceptable  for  acid-base  analysis.  Pulmonary  artery,  jugular  vein,  and  cephalic  vein  samples  usually  have  similar  values  in normal  dogs,  whereas  arterial  blood  has  a  slightly  lower HCO3−  (21  mEq/L  versus  22  to  23  mEq/L  for  venous blood)  and  much  lower  PCO2  (37  mm  Hg  versus  42  to 

43  mm  Hg  for  venous  blood).  Abnormal  cardiovascular function  may  change  this  relationship. For  routine  blood  gas  analyzers,  a  3-ml  syringe  with a  25-gauge  needle  is  used  to  collect  0.5  to  1.5  ml  of blood.  Heparin  (1000  U/ml)  is  drawn  into  the  syringe (coating  the  interior)  and  it  and  all  air  are  expelled, leaving  the  needle  hub  filled  with  heparin  (approximately 0.1  to  0.2  ml).  For  point-of-care  units,  as  little  as  0.125  ml blood  is  required.  After  the  blood  is  collected,  air  bubbles must  be  dislodged  and  expelled.  Inserting  the  needle  into a  rubber  stopper  or  placing  a  tightly  fitting  cap  over  the syringe  hub  prevents  exposure  of  the  sample  to  room  air. The  syringe  is  rolled  between  the  palms  of  the  hands  to mix  the  sample,  and  then  submitted.  Analysis  should occur  within  15  to  30  minutes  of  collection  (if  stored  at 25° C) or within 2 hours if the sample is immersed in an ice-water  bath.  Handheld  devices  (e.g.,  IRMA)  developed for  use  at  the  bedside  (or  cage)  have  been  marketed  as point-of-care  units.  These  units  can  provide  rapid  blood gas  data  (as  well  as  electrolytes  and  selected  other  determinations)  on  critically  ill  patients  that  can  aid  in  decision  making  while  waiting  for  routine  laboratory  results. There  appears  to  be  good  correlation  between  results obtained  with  these  small  units  and  those  coming  from larger  laboratory  units. Normal  Values  •  Normal  blood  gas  values  are  shown  in Table  6-1. Danger  Values  •  pH  less  than  7.10  indicates  lifethreatening  acidosis,  which  may  impair  myocardial  contractility;  pH  greater  than  7.60  denotes  severe  alkalosis. Artifacts  •  PCO2 decreases,  whereas  pH  and  PO2  increase, if  the  sample  is  exposed  to  air.  Air  bubbles  in  the  sample may  produce  the  same  artifacts,  especially  if  they  occupy greater  than  or  equal  to  10%  of  sample  volume.  PCO2 increases  and  pH  decreases  if  analysis  is  delayed.  Aerobic metabolism  by  WBCs  may  decrease  PO2.  Cooling  the sample  from  25°  to  4°  C  slows  these  changes.  Prolonged venous  stasis  during  venipuncture  increases  PCO2  and decreases  pH.  Excessive  heparin  (>10%  of  the  sample volume)  decreases  pH,  PCO2,  and  HCO3−,  whereas  citrate, oxalate,  or  EDTA  may  decrease  pH.  Blood  gas  analyzers calculate  HCO3−  from  pH  and  PCO2;  TCO2  is  measured  on serum  chemistry  autoanalyzers  but  calculated  on  many blood  gas  analyzers.  TCO2  usually  is  1  to  2  mEq/L  higher than  HCO3−. Drugs  That  May  Alter  Blood  Gas  Results  •  Acetazolamide,  NH4Cl,  and  CaCl2  may  cause  acidosis.  Antacids, sodium  bicarbonate,  potassium  citrate  or  gluconate,  and 


NORMAL  BLOOD  GAS  VALUES PCO2 pH Dog  venous 7.32-7.40 Dog  arterial 7.36-7.44 Cat  venous (mm  Hg) HCO3− (mEq/L) PO2 (mm  Hg) 33-50 36-44 7.28-7.41 Cat  arterial 7.36-7.44 33-45 28-32 18-26 18-26 18-23 17-22 ≈100 ≈100

TABLE  6-2.  RENAL  AND  RESPIRATORY COMPENSATIONS  FOR  PRIMARY   ACID-BASE  DISORDERS  IN  DOGS DISORDER Metabolic acidosis Metabolic alkalosis Acute respiratory acidosis Chronic respiratory acidosis Acute respiratory alkalosis PRIMARY CHANGE ↓  [HCO3−] ↑  [HCO3−] ↑  PCO2 ↑  PCO2 COMPENSATORY RESPONSE 0.7  mm  Hg  decrement  in PCO2  for  each  1-mEq/L decrement  in  [HCO3−] 0.7  mm  Hg  increment  in PCO2  for  each  1-mEq/L increment  in  [HCO3−] 1.5-mEq/L  increment   in  [HCO3−]  for  each 10  mm  Hg  increment in  PCO2 3.5-mEq/L  increment   in  [HCO3−]  for  each 10  mm  Hg  increment in  PCO2 ↓  PCO2 Chronic respiratory alkalosis ↓  PCO2 2.5-mEq/L  decrement   in  [HCO3−]  for  each 10  mm  Hg  decrement in  PCO2 5.5-mEq/L  decrement   in  [HCO3−]  for  each 10  mm  Hg  decrement in  PCO2 From  DiBartola  SP:  Fluid  therapy  in  small  animal  practice,  ed  2, Philadelphia,  2000,  WB  Saunders,  p  196. loop  diuretics  may  cause  alkalosis.  Salicylates  may  cause metabolic  acidosis,  respiratory  alkalosis,  or  both. Analysis  of  Blood  Gas  Results  •  The  clinician  should begin  by  evaluating  the  pH.  If  it  is  abnormal,  an  acid-base disturbance  exists.  If  the  pH  is  within  the  normal  range, the  clinician  should  check  the  PCO2  and  HCO3−.  If  they are  abnormal,  a  mixed  acid-base  disturbance  is  probably present.  If  the  pH  is  low  and  the  HCO3−  is  decreased, metabolic  acidosis  is  present.  If  the  pH  is  low  and  the PCO2  is  increased,  respiratory  acidosis  is  present.  If  the  pH is  high  and  the  HCO3−  is  increased,  metabolic  alkalosis  is present.  If  the  pH  is  high  and  the  PCO2  is  decreased,  respiratory  alkalosis  is  present. Next,  the  clinician  should  calculate  the  expected  compensatory  response  (e.g.,  respiratory  alkalosis  is  compensation  for  metabolic  acidosis;  metabolic  alkalosis  is compensation  for  respiratory  acidosis)  using  the  guidelines  in  Table  6-2.  These  guidelines  are  for  dogs  only.  If  a patient’s  compensatory  response  is  within  the  expected range  (i.e.,  within  2  mm  Hg  or  2  mEq/L  of  the  calculated values),  the  acid-base  disturbance  is  simple.  If  the  compensatory  response  falls  outside  of  the  expected  range, more  than  one  acid-base  disorder  (i.e.,  a  mixed  disorder) is  probably  present. After  classifying  the  type  of  disturbance  and  whether it  is  simple  or  mixed,  the  clinician  should  determine whether  the  acid-base  disturbance  is  compatible  with  the patient’s  history  and  clinical  findings.  If  the  acid-base disturbance  does  not  fit  with  the  patient’s  history,  clinical BOX  6-7.  CAUSES  OF  METABOLIC  ACIDOSIS Increased  Anion  Gap  (Normochloremic) Ethylene  glycol  intoxication  (important) Diabetic  ketoacidosis*  (common  and  important) Uremic  acidosis†  (common  and  important) Lactic  acidosis  (common  and  important) Salicylate  intoxication Other  rare  intoxications  (e.g.,  paraldehyde,  methanol) Normal  Anion  Gap  (Hyperchloremic) Hypoadrenocorticism‡  (uncommon  but  important) Diarrhea Carbonic  anhydrase  inhibitors  (e.g.,  acetazolamide) Dilutional  acidosis  (e.g.,  rapid  administration  of  0.9% saline) Ammonium  chloride  (infrequent) Cationic  amino  acids  (e.g.,  lysine,  arginine,  histidine)  (rare) Post-hypocapnic  metabolic  acidosis  (rare) Renal  tubular  acidosis  (RTA)  (rare) *Patients  with  diabetic  ketoacidosis  may  have  some  component  of hyperchloremic  metabolic  acidosis  in  conjunction  with  increased anion  gap  acidosis. †The  metabolic  acidosis  early  in  renal  failure  may  be  hyperchloremic and  later  convert  to  increased  anion  gap  acidosis. ‡Patients  with  hypoadrenocorticism  typically  have  hypochloremia caused  by  impaired  water  excretion  (dilutional  effect)  and  absence of  aldosterone. Modified  from  DiBartola  SP:  Fluid  therapy  in  small  animal  practice, 

f indings,  and  other  laboratory  data,  the  blood  gas  analysis should  be  questioned. Metabolic  Acidosis  •  Metabolic  acidosis  (i.e.,  decreased pH  and  HCO3−,  with  a  compensatory  decrease  in  PCO2) is  caused  by  addition  of  acid,  failure  to  excrete  acid,  loss of  HCO3−,  or  a  combination  thereof  (Box  6-7).  Addition of  acid  may  be  iatrogenic  (e.g.,  ethylene  glycol,  salicylates, NH4Cl,  cationic  amino  acids)  or  spontaneous  (i.e.,  lactic acidosis,  ketoacidosis).  Decreased  acid  excretion  is  due  to renal  dysfunction  (e.g.,  renal  failure,  hypoadrenocorticism,  type  I  renal  tubular  acidosis  [RTA]).  Loss  of  HCO3− is  usually  caused  by  small  bowel  diarrhea  (i.e.,  diarrheic f luid  has  more  HCO3−  than  plasma);  renal  losses  of HCO3−  (e.g.,  carbonic  anhydrase  inhibitors,  type  II  RTA) are  rare.  Metabolic  acidosis  is  usually  caused  by  renal failure,  diabetic  ketoacidosis,  lactic  acidosis  from  poor perfusion,  hypoadrenocorticism,  and  perhaps  small bowel  diarrhea.  The  anion  gap  sometimes  helps  differentiate  these  causes  and  is  discussed  later.  Measurement  of blood  lactate  concentrations  may  help  determine  the cause  of  the  acidosis  and  may  also  be  prognostic  (i.e., increased  blood  lactate  is  associated  with  a  poorer  prognosis).  See  Chapter  14  for  a  brief  discussion  of  blood lactate  measurement. Respiratory Acidosis  •  Respiratory  acidosis  (i.e., decreased  pH,  increased  PCO2,  with  a  compensatory increase  in  HCO3−)  is  due  to  hypoventilation  (which increases  PCO2)  and  is  synonymous  with  “primary 


 6-8. CAUSES OF RESPIRATORY ACIDOSISAirway ObstructionAspiration (e.g., foreign body, vomitus)Respiratory Center DepressionNeurologic disease (e.g., brainstem, high cervical spinal cord lesion)Drugs (e.g., narcotics, sedatives, barbiturates, inhalation anesthetics)ToxemiaCardiopulmonary Arrest (common)Neuromuscular DefectsMyasthenia gravis, tetanus, botulism, polyradiculoneuritis, polymyositis, tick paralysis, hypokalemic periodic paralysis in Burmese cats, hypokalemic myopathy in catsDrug-induced (i.e., succinylcholine, pancuronium, aminoglycosides administered with anesthetics, organophosphates)Restrictive DiseasesDiaphragmatic hernia, pneumothorax, pleural effusion, hemothorax, pyothorax, chest wall trauma, pulmonary fibrosisPulmonary Diseases (less common)Respiratory distress syndrome, pneumonia, severe pulmonary edema, diffuse metastatic disease, smoke inhalation, pulmonary thromboembolism, chronic obstructive pulmonary disease, pulmonary mechanical ventilation fibrosisInadequate VentilationModified from DiBartola SP: Fluid therapy in small animal practice, ed 2, Philadelphia, 2000, WB Saunders, p 246.

hypercapnia” (Box 6-8). Hypoventilation may be caused by airway obstruction, cardiopulmonary arrest, restrictive respiratory diseases (e.g., diaphragmatic hernia, pneumo-thorax, pleural effusion, hemothorax, chest wall trauma, pulmonary fibrosis, pyothorax), severe pulmonary dis-eases, and inadequate mechanical ventilation. Hypoven-tilation may also result from respiratory paralysis from neuromuscular disease (e.g., myasthenia gravis, tetanus, botulism, polyradiculoneuritis, tick paralysis), as well as by neuromuscular blocking drugs (e.g., succinylcholine, pancuronium, aminoglycosides combined with anesthet-ics). Airway obstruction, cardiac arrest, and respiratory paralysis usually cause respiratory acidosis. These patients are invariably hypoxemic if breathing room air. Breathing oxygen-enriched air (i.e., anesthesia) sometimes causes normal or increased PO2.Metabolic Alkalosis • Metabolic alkalosis (i.e., in-creased pH and HCO3−, with a compensatory increase in PCO2) is caused by loss of acid from or addition of alkali to the body (Box 6-9). Loss of acid usually is due to vomiting gastric fluid, but loss of Cl− via the kidneys (i.e., caused by furosemide) may be responsible. Metabolic alkalosis is usually due to vomiting of gastric contents (especially but not exclusively because of gastric outflow 

BOX 6-9. CAUSES OF METABOLIC ALKALOSISVomiting of gastric contents (common and important)Diuretic therapy (e.g., loop diuretics, thiazides) (important)Oral administration of sodium bicarbonate or other organic anions (e.g., lactate, citrate, gluconate, acetate)Hyperadrenocorticism (infrequent)Post-hypercapnia (rare)Primary hyperaldosteronism (rare)Modified from DiBartola SP: Fluid therapy in small animal practice, ed 2, Philadelphia, 2000, WB Saunders, p 231.

obstruction) or administration of furosemide. Adding alkali may occur by administering NaHCO3, lactated Ringer’s solution, or potassium citrate. Normal kidneys eliminate administered alkali, however, and iatrogenic alkalosis seldom results unless renal dysfunction is present.Respiratory Alkalosis • Respiratory alkalosis (i.e., increased pH, decreased PCO2, with a compensatory decrease in HCO3−) is due to tachypnea (which decreases PCO2) and is synonymous with “primary hypocapnia” (Box 6-10). It may be the result of pulmonary disease, pulmonary thromboembolism, hypoxemia, direct stimu-lation of the medullary respiratory center (e.g., Gram-negative sepsis, hepatic disease, salicylates, xanthines, CNS disease, heat stroke), and excessive mechanical ven-tilation. Unexplained respiratory alkalosis may suggest Gram-negative sepsis or pain. Pulmonary edema may cause respiratory alkalosis, metabolic acidosis, or respira-tory acidosis. Respiratory alkalosis may occur during recovery from metabolic acidosis because hyperventila-tion (the compensation for metabolic acidosis) persists for 24 to 48 hours after correction of the acidosis. These patients are sometimes hypoxemic. Respiratory disease 


BOX 6-10. CAUSES OF TACHYPNEA RESULTING IN RESPIRATORY ALKALOSISHypoxemia from Almost Any CauseRight-to-left shunting, decreased PIO2 (e.g., residence at high altitude), congestive heart failure, severe anemia, pul-monary diseaseCentral Nervous System (CNS) (direct stimulation  of medullary respiratory center)Central neurologic disease, hepatic disease, Gram-negative sepsis, drugs (i.e., salicylate intoxication, xanthines such  as aminophylline), heat stroke, fear, pain, fever, hyperthy-roidismMechanical VentilationModified from DiBartola SP: Fluid therapy in small animal practice, ed 2, Philadelphia, 2000, WB Saunders, p 247.PIO2, Partial pressure of inspired oxygen.


sometimes  initially  causes  tachypnea  and  consequently hypocapnia,  which  can  change  to  hypercapnia  if  the disease  worsens. TOTAL  CARBON  DIOXIDE   FOR  ACID-BASE  EVALUATION TCO2  is  synonymous  with  HCO3−  in  samples  handled aerobically. Frequently  Indicated  •  In  any  severe  systemic  disease process,  TCO2  helps  determine  if  blood  gas  analysis  is needed.  Diseases  in  which  TCO2  determinations  and blood  gas  analysis  are  indicated  include  ethylene  glycol or  salicylate  intoxication,  severe  diabetic  ketoacidosis, and  severe  uremia. Advantage  •  Abnormal  TCO2  may  be  an  indication  to obtain  blood  gas  analysis. Disadvantages  •  One  cannot  accurately  define  metabolic  and  respiratory  acid-base  disorders  using  just  TCO2. High  TCO2  could  be  the  result  of  either  metabolic  alkalosis or  compensated  respiratory  acidosis.  Low  TCO2  could  be the  result  of  either  metabolic  acidosis  or  compensated respiratory  alkalosis. Analysis  •  TCO2  is  measured  in  serum  or  plasma  by enzymatic  and  dry  reagent  methods.  Serum  or  plasma analyzed  within  15  to  20  minutes  of  collection  is  preferred.  Samples  may  be  stored  in  a  capped  syringe  on  ice at  4°  C  for  up  to  2  hours  before  analysis. Normal  Values  •  Dogs  and  cats,  17  to  23  mEq/L. Danger  Values  •  Less  than  12  mEq/L  (implies  but  does not  confirm  diagnosis  of  severe  metabolic  acidosis). Artifacts  •  TCO2  determined  by  dry  reagent  methods  is not  affected  by  hyperlipidemia.  Falsely  decreased  TCO2 occurs  if  processing  of  the  blood  sample  is  delayed  for several  hours,  if  the  blood  collection  tube  is  underfilled, and  if  heparin  anticoagulant  occupies  greater  than  10% of  the  sample  volume. Drugs  That  May  Alter  TCO2  •  Acetazolamide  and  NH4Cl cause  metabolic  acidosis,  reducing  TCO2.  Furosemide, thiazides,  and  sodium  bicarbonate  cause  metabolic  alkalosis,  increasing  TCO2. Causes  of  Decreased  TCO2  •  TCO2  concentrations  are decreased  in  metabolic  acidosis  (most  common  cause) and  compensated  respiratory  alkalosis.  A  hyperventilating animal  with  decreased  TCO2  usually  has  metabolic  acidosis  but  could  have  chronic  respiratory  alkalosis.  Blood  gas analysis  may  be  necessary  to  determine  which  is  present. Severely  decreased  TCO2  in  a  patient  with  a  recognized cause  of  metabolic  acidosis  (e.g.,  diabetic  ketoacidosis)  is usually  assumed  to  represent  metabolic  acidosis.  Blood gas  analysis  is  necessary  to  confirm  the  presence  of  metabolic  acidosis  and  assess  the  severity  of  the  change  in  pH. TCO2  less  than  or  equal  to  12  mEq/L  in  a  patient  with 

undiagnosed  systemic  disease  is  an  indication  for  blood gas  analysis.  If  blood  gas  analysis  is  unavailable,  the  clinician  must  correlate  TCO2  with  the  clinical  setting  and decide  if  NaHCO3  therapy  is  indicated.  This  approach, however,  can  be  dangerous  because  the  actual  pH  is  not  known.  Measuring  serum  electrolyte  concentrations allows  optimal  fluid  therapy  (i.e.,  disturbances  that  affect  acid-base  balance  often  also  cause  electrolyte abnormalities). Causes  of  Increased  TCO2  •  TCO2  concentrations  are increased  in  metabolic  alkalosis  (most  common)  and compensated  respiratory  acidosis  (rare).  Serum  sodium, potassium,  and  chloride  concentrations  should  be  measured,  because  hypochloremia  and  hypokalemia  are common  in  metabolic  alkalosis.  If  these  changes  occur, they  should  be  corrected  (i.e.,  administration  of  0.9% NaCl  +  KCl)  and  the  underlying  cause  (e.g.,  pyloric obstruction)  diagnosed. ANION  GAP Infrequently  Indicated  •  The  anion  gap  sometimes helps  differentiate  causes  of  metabolic  acidosis  and  may help  clarify  mixed  acid-base  disorders.  Metabolic  acidosis with  a  high  anion  gap  usually  comes  from  acids  that  do not  contain  chloride  (e.g.,  lactic  acid,  keto  acids,  salicylic acid,  metabolites  of  ethylene  glycol,  phosphates,  sulfates).  Metabolic  acidosis  characterized  by  a  normal anion  gap  has  an  increased  plasma  chloride  concentration  and  is  called  hyperchloremic  acidosis. Advantage  •  Only  a  simple  calculation  from  values already  measured  is  required. Disadvantage  •  The  anion  gap  is  affected  by  several factors  and  can  be  difficult  to  interpret. Analysis  •  The  anion  gap  is  calculated  as  (Na+  +  K+)  − (Cl−  +  HCO3−)  or  Na+  −  (Cl−  +  HCO3−),  depending  on  the clinician  or  laboratory’s  preference.  The  anion  gap  and  its component  values  are  expressed  in  mEq/L.  If  the  patient is  severely  hypoalbuminemic,  the  anion  gap  may  not reflect  expected  findings.  For  each  1  g/dl  decrease  in serum  albumin,  the  anion  gap  decreases  approximately 2.4  mEq/L. Normal  Values  •  The  normal  anion  gap  calculated  by (Na+  +  K+)  −  (Cl−  +  HCO3−)  is  approximately  12  to 24  mEq/L  in  dogs  and  13  to  27  mEq/L  in  cats. Danger  Values  •  Greatly  increased  values  may  be  the result  of  acute  ethylene  glycol  intoxication  and  warrant  a careful  review  of  the  patient’s  history.  There  may  be  a correlation  between  increasing  anion  gap  and  mortality in  seriously  ill  animals. Causes  of  Decreased  Anion  Gap  •  Hypoalbuminemia is  probably  the  most  common  cause  of  a  decreased  anion gap;  immunoglobulin  G  (IgG)  multiple  myeloma  may also  be  responsible.  The  magnitude  of  increase  in  unmeasured  cations  (e.g.,  calcium,  magnesium)  necessary  to 

lower  the  anion  gap  would  probably  be  fatal.  Laboratory errors  resulting  in  overestimation  of  TCO2  or  Cl−  or  in underestimation  of  sodium  may  artifactually  decrease  the anion  gap.  A  decreased  anion  gap  is  seldom  clinically significant. Causes  of  Normochloremic  (Increased  Anion  Gap) Acidosis  •  The  most  common  causes  of  an  increased anion  gap  in  acidotic  patients  are  lactic  acidosis,  diabetic ketoacidosis,  uremic  acidosis,  ethylene  glycol  intoxication,  and  laboratory  error. Causes  of  Hyperchloremic  (Normal  Anion  Gap)  Acidosis  •  Severe,  acute  small  bowel  diarrhea  causes  HCO3− loss  and  produces  hyperchloremic  (normal  anion  gap) acidosis.  Carbonic  anhydrase  inhibitors  (e.g.,  acetazolamide)  inhibit  proximal  renal  tubular  reabsorption  of HCO3−  and  produce  self-limiting  hyperchloremic  metabolic  acidosis.  Acidosis  resulting  from  administration  of NH4Cl  decreases  HCO3−,  but  serum  Cl−  increases  and  the anion  gap  is  unchanged.  Infusion  of  cationic  amino  acids (e.g.,  lysine  HCl,  arginine  HCl)  during  total  parenteral nutrition  may  cause  hyperchloremic  metabolic  acidosis, because  H+  ions  are  released  when  urea  is  generated. Renal  acid  excretion  decreases  during  chronic  respiratory alkalosis,  with  consequent  reduction  in  plasma  HCO3− and  increase  in  Cl−.  When  the  stimulus  for  hyperventilation  is  removed  and  PCO2  increases,  pH  decreases  because it  requires  1  to  3  days  for  the  kidneys  to  increase  acid excretion  and  increase  plasma  HCO3−.  This  transient  phenomenon  is  called  post-hypocapnic  metabolic  acidosis and  is  associated  with  hyperchloremia. Dilutional  acidosis  occurs  when  extracellular  volume is  expanded  via  an  alkali-free  chloride-containing  solution  (e.g.,  0.9%  NaCl).  The  high  Cl−  of  physiologic  saline solution  (i.e.,  154  mEq/L)  and  the  highly  resorbable nature  of  Cl−  in  renal  tubules  contribute  to  decreased plasma  HCO3−  and  hyperchloremia.  RTA  is  a  rare  disorder characterized  by  hyperchloremic  metabolic  acidosis because  of  either  decreased  HCO3−  reabsorption  (type  II RTA)  or  defective  acid  excretion  (type  I  RTA). Other  Causes  of  Increased  Anion  Gap  •  Severe  dehydration  may  increase  both  serum  albumin  concentration and  the  anion  gap.  Alkalemia  may  increase  the  anion  gap  slightly.  Excessive  standing  of  serum,  especially  in uncapped  containers,  also  may  increase  the  anion  gap  (a  common  error  in  samples  not  analyzed  until  the  next  day).