1 ống kaki bằng bao nhiêu mmol

Mặc dù thuyết Lewis bao hàm cả thuyết Arrhenius và Bronsted -Lowry nhưng chính vì thế nên nó khó sử dụng để giải thích tính mạnh yếu của acid-base

1.5 Vậy nên chọn thuyết nào để sử dụng để hiểu về cân bằng acid base ?

“Dựa trên quan điểm về sinh học và y khoa thì thuyết Bronsted-Lowry dễ hiểu và ứng dụng [ dù CO2 không được coi là acid trong thuyết Bronsted Lowry do không có proton H+ để nhường , tuy nhiên ta có thể coi sản phẩm khi hòa tan vào nước của CO2 là acid carbonic H2CO3 mang tính acid ]

Trong thực tế một bác sĩ  hiểu biết về acid – base là tổng hợp kiến thức của cả ba thuyết .Thuyết Arrhenius [ Ion H+ trong dung dịch ] . Thuyết Bronsted – Lowry [ acid là chất cho proton H+ ] và cả thuyết Lewis [ coi CO2 là một acid ] . Quan điểm này phù hợp để giải thích trên lâm sàng” [1]

Tài liệu tham khảo

1. Brandis Karry. Acid-Base Physiology 2006 [internet].[ Astralia]: The Australian and New Zealand College of Anaesthetists [ANZCA] [updated 2008; cited 2014] [part 1.2 ].Available from : //www.AnaesthesiaMCQ.com/AcidBaseBook/ab1_2.php
2. Nguyễn Đình Soa . Hóa Đại Cương . Tp Hồ Chí Minh : NXB Đại Học Quốc Gia ;2000
3. Mark S. Lesney .A Basic History of Acid – From Aristotle to Arnold . Today’s chemist at work .March 2003 . 47-48 . Available from: acs.org/subscribe/archive/tcaw/12/i03/pdf/303chronicles.pdf

PHẦN 2 Ion H+ và pH

2.1 Ion H+
Một proton như H+ không thể tồn tại trong dung dịch được mà nó sẽ kết hợp với H2O tạo ion hydronium [H3O]+ ,Stewart đề xuất { H : [H2O]n}+ . Tuy nhiên kí hiệu H+ dùng rộng rãi ,và dễ sử dụng trên thực tế.
Một ion trong dung dịch không hoàn toàn hoạt động hết vì tương quan giữa nó và dung môi ,cũng như giữa các ion với nhau ,H+ cũng vậy ,tuy nhiên trong ứng dụng thực tế ta có thể bỏ qua sai số này ,coi như hệ số hoạt động của H+ bằng 1.
Nồng độ H+ trong dung dịch có khi rất lớn [H+] = 0.1 nhưng cũng có thể rất nhỏ [H+] = 10-13 .Do đó cần một đại lượng dễ sử dụng hơn thay thế.
2.2 pH
Khái niệm pH được phát minh bởi nhà hóa học Đan Mạch Soren Peter Sorensen vào năm 1909 khi ông ghi lại các nồng độ hydro .Nó tỏ ra hữu hiệu và đơn giản hơn trong việc kí hiệu nồng độ [H+] khi dùng trong sinh học cũng như y khoa.
pH = – log [H+]
pH là một đại diện thứ nguyên của [H+]

pH                   [H+]
[mol/l]
1                     10-1
2                    10-2
7                     10-7
7.4                 4.10-9
13                   10-13
14                  10-14
Bảng 1 : Tương quan giửa pH và [H+]
Giá trị thực tế thì pH có thể từ âm vô cùng tới dương vô cùng .Tuy nhiên thực tế các phản ứng sinh hóa giao động trong khoảng 1-14 .Các dung dịch có pH bé hơn 1 hay lớn hơn 14 là các acid và base rất mạnh .Ví dụ trong cơ thể có tiểu quản chế tiết nội bào [intracellular canaliculus] ở tế bào biểu mô dạ dày tiết HCl với pH = 0,87.
Ta thấy sự khác biệt giữa pH =3 với pH = 6 là 1000 lần chứ không phải gấp 2 lần .Do đó sự tăng hay giảm pH đểu thể hiện sự thay đổi rất lớn [H+] tương ứng.

H2O     H+   +  OH-       Kw = [H+] . [OH-] = hằng số tại nhiệt độ nhất định

Hình 2 : Sự phụ thuộc của Kw vào nhiệt độ tại áp suất khí quyển. Kalimas SJ. Water Ionization dependencing on temperature variation. 2007
[//commons.wikimedia.org/wiki/File:Temperature_dependence_water_ionization_pKw_on_T.png ]

pKw = pH + pOH = 14 [tại 25o C]
Dung dịch trung tính là tại thời điểm [H+] = [OH-] hay pH = pOH = pKw/2 = 7
Dung dịch được coi là axit khi [H+] > [OH-] hay pH < 7
Dung dịch được coi là base khi [H+] < [OH-] hay pH > 7
Tại nhiệt độ cơ thể là 37oC ,Kw = 13,6
Vậy pH trung tính bằng Kw /2 = 6,8 .Máu động mạch có pH từ 7,37-7,43 [1
2.3 Tầm quan trọng của H+
Máu động mạch có pH giao động 7,37- 7,43 ,với nồng độ [H+] nhỏ nhưng tại sao [H+] lại quan trọng với cơ thể ?
Lý do thứ nhất : pH ảnh hưởng tới các con đường chuyển hóa cũng nhưng tính ổn định các chất trong tế bào
Davis [1958] đã xem xét tất cả các con đường chuyển hóa ở tế bào ,xem xét các chất tham gia vào các quá trình chuyển hóa và rút ra kết luận “các chất chuyển hóa trung gian có phân tử khối nhỏ và hòa tan trong nước đều phân ly cho ion tại pH sinh lý “ [1].Điều này quan trọng vì nó giúp các phân tử nhỏ này có tính phân cực ,do đó không thể ra ngoài màng tế bào [bản chất là lipid] theo gradien .
Tuy nhiên ông cũng loại trừ những ngoại lệ :Các chất phân tử khối lớn , chất béo , cơ chất ban đầu và các chất thải của quá trình chuyển hóa
Các chất phân tử khối lớn được giữ lại trong tế bào nhờ kích thước lớn của mình .Tuy nhiên nếu nó không phân cực ,nó vẫn sẽ có xu hướng tan trong màng lipid và ra ngoài .Thực tế các phân tử protein phân cực do có các nhóm điện tích trái dấu ,sự phân cực này phụ thuộc vào pH nội bào do đó không ra ngoài được[ trừ khi tế bào thực hiện có mục đích ]
Các chất béo rất dễ thoát ra ngoài do tan trong màng lipid ,do đó những lipid cần thiết cho tế bào được giữ lại nhờ gắn kết với các protein [ protein-bound]
Các tiền chất chuyển hóa ví dụ như glucose cần dễ dàng qua màng tế bào ,vậy thì nó cũng sẽ dễ dàng đi ra .Do đó Glucose sẽ chuyển thành Glucose – 6- phosphate ,phân cực tại pH nội bào do đó lưu giữ trong tế bào.
Các ngoại lệ này không phủ nhận mà bổ sung cho giả thuyết của Davis .
Lý do thứ hai pH ảnh hưởng đến cấu trúc các hợp chất đặc biệt là các protein
Bản chất các enzyme ,các kênh vận chuyển là protein ,các protein chứa rất nhiều liên kết hydro do đó sự thay đổi pH làm ảnh hưởng tới liên kết này .Làm thay đổi cấu hình 3D của protein .Chỉ môt sự sai khác trong cấu trúc protein đã có thề thay đổi hoàn toàn tính chất của protein đó.
Do đó việc tìm hiểu về cân bằng acid – base có ý nghĩa quan trọng

Tài liệu tham khảo
Phần được lược dịch có lượt bớt ,bổ sung
1. Brandis Karry. Acid-Base Physiology 2006 [internet].[ Astralia]: The Australian and New Zealand College of Anaesthetists [ANZCA] [updated 2008; cited 2014] [ part 1.3,1.5,1.6].Available from : //www.AnaesthesiaMCQ.com/AcidBaseBook/ab1_3.php
//www.AnaesthesiaMCQ.com/AcidBaseBook/ab1_5.php
//www.AnaesthesiaMCQ.com/AcidBaseBook/ab1_6.php

PHẦN 3 Cơ chế cân bằng acid – base

3.1 Đặt vấn đề
Trong cơ thể không có một cơ quan hay trung khu thần kinh nào chịu trách nhiệm toàn phần về pH của cơ thể .Trong khi đó sản phẩm của các chuyển hóa cơ bản ,hô hấp tế bào và thực phẩm đưa vào hằng ngày có tính acid cao hoặc cơ thể nhiểm độc acid – base .Do đó cơ thể cần một cơ chế căng bằng pH ổn định
Như đã phân tích ở trên ,các phản ứng chuyển hóa của tế bào cần một pH thích hợp nhưng các sản phẩm chuyển hóa đa số mang tính acid ,làm pH trong nội bào có xu hướng giảm .Tế bào phải duy trì pH ổn định bằng :
– Sử dụng hệ đệm nội bào trung hòa các sản phẩm acid ,các sản phẩn này tồn tại trong tế bào dưới dạng muối [lactat ,axetat ,pyruvat,cacbonat …]
– Đào thải các sản phẩm acid ra huyết tương [ cacbonic , lactic , thể ceton ] nếu lượng vượt quá hệ đệm
Tuy vậy huyết tương cũng chỉ có thể tích lũy acid – base ở một mức độ nhất định .Vượt quá giới hạn này huyết tương ngăn cản sự đào thải acid-base của tế bào .Huyết tương lại liên tục chịu sự tác động làm thay đổi pH của nó
– Sự đào thải acid – base từ tế bào ra [tổng lượng H+ sinh ra trong quá trình chuyển hóa lên đến 100 mEq/l một ngày ]
– Acid-base đến từ thức ăn và thuốc
– Acid – base đến trong các dịch tiết như dịch dạ dày ,dịch tụy ,dịch mật …
Do đó huyết tương cũng phải cân bằng pH chính mình bằng cách :
– Sử dụng hệ đệm ngoại bào
– Bổ sung ,đào thải các chất của của hệ đệm thông qua hô hấp [ acid bay hơi ] hay bài tiết [ acid không bay hơi ]
Như vậy cơ thể cân bằng acid-base bằng một cơ chế hai thì:
– Đầu tiên sử dụng các hệ đệm nội và ngoại bào [hệ đệm hóa học ]
– Sử dụng các cơ chế sinh lý của hệ hô hấp và bài tiết [hệ đệm vật lý ]
Tài liệu tham khảo
1. Lanh NN, Hoa VĐ, Anh PTT, Chính TT. Sinh Lý Bệnh Học. 2nd,Đại học Y Hà Nội: NXB Y Học; 2012. Page 118

PHẦN 3A Cơ chế đệm hóa học

3A.1Phương trình Henderson-Hasselbalch
Xét một phản ứng HA H+ + A- [1]
Khi đạt trạng thái cân bằng K =[H+].[A-]/ [HA] [2]
K là một hằng số cân bằng không đổi và không phụ thuộc vào nồng độ các phản ứng .Do đó khi thêm [H+] vào hệ ,phản ứng [1] dịch chuyển sang trái ,tức làm tăng [HA] nhằm đảm bảo K của [ 2] không đổi ,tương tự cho [A-] .Khi giảm [H+] [do thêm base chẳng hạn] thì [1] dịch chuyển sang phải làm tăng [H+] và [A-].
Tuy nhiên ta không thể thêm hay giảm [H+] quá lớn ,vì phản ứng [1] vẫn tuân theo định luật bảo toàn khối lượng .Nên khi hết [A-] để giảm [H+] thì pH lúc này giảm mạnh ,do đó [A-] còn gọi là dự trữ kiềm .Có tác dụng trung hòa H+ mà vẫn không làm dung dịch mang tính base mạnh.
Mấu chốt của phương trình [2] là nó chịu ảnh hưởng nồng độ [ H+] và [ H+] này không chỉ do phương trình [1] sinh ra mà còn là của môi trường xảy ra phản ứng [1] . Giả sử tồn tại HB H+ + B- cùng xảy trong cùng môi trường [ hệ ] với phương trình [1] thì KB =[H+].[B-]/ [HB] ,biến [H+] là giữ nguyên cho cả phương trình này cũng như phương trình [2] khi cả hai phương trình phàn ứng đạt cân bằng . Điều này cùng với K là một hằng số tại một nhiệt độ xác định là toàn bộ cơ sở để biện giải về cân bằng acid – base trong cơ thể [ theo cách tiếp cận truyền thống mà ta đang khảo sát ]
Như vậy hệ đệm là hỗn hợp bao gồm acid yếu [ không phân ly hoàn toàn trong nước]và muối của acid đó với base mạnh [ nhằm đảm bảo phân ly hoàn toàn ra anion dự trữ kiềm ]
Từ [2] [H+] = K.[ [HA]/[A-]] [3] phương trình Henderson
[3] pH = pK + log [[A-]/ [HA]] [4] phương trình Henderson-Hasselbalch

3A.2 Về độ mạnh của một hệ đệm

Hình 3 : Khảo sát khả năng đệm của một hệ đệm [After Guyton AC. Textbook of medical physiology. 4th Ed, WB Saunders & Co, Philadelphia. 1971].
Từ biểu đồ trên và [4] ta thấy hệ đệm hoạt động tốt nhất khi [[A-]/ [HA]] =1
Hệ đệm còn hiệu quả đệm trong khoảng với giới hạn là [pK +1 , pK -1] ứng với [[A-]/ [HA]] = 10/1 hay [[A-]/ [HA]]= 1/10

3A.3 Hệ đệm bicarbonate – acid carbonic

CO2 + H2O   H2­CO­­3  H+ + HCO3–

K=[H+].[HCO3–]/ [CO2].[ H2O]

Do trong cơ thể lượng nước rất lớn do đó không ảnh hưởng tới cân bằng

K=[H+].[HCO3–]/ [CO2]

K = 800 mEq/l [ tại huyết tương 37oC]

[CO­­2­] = 0,03 . PCO­­2 [ Định luật Henry với 0,03 là hệ số hòa tan CO2 và PCO­­2 khí áp riêng phần của CO­­2 trong máu động mạch ]

Vậy [H+] = 800.0,03. PCO­­2/[HCO3–] = 24. PCO­­2/[HCO3–] mEq/l [ công thức Hederson ]

Và pH = log [ 800] – log [0.03 PCO2 / [HCO3–] ]

pH=6,1+log[[HCO3–]/0,03.PCO2]  phương trình Henderson-Hasselbalch

Để duy phì pH máu khoảng 7,4 thì tỷ lệ [HCO3–]/ [CO2] = 20/1

Hệ đệm bicarbonate – acid carbonic có pK = 6,1 tức cách xa pH thường của huyết tương là 7,4 do đó hiệu quả đệm không cao nhưng đây lại là là hệ đệm quan trọng bậc nhất cơ thể vì :

• Nồng độ trong huyết tương của  [HCO3–] = 28 mEp /l ,chiếm nồng độ cao
• Đây là một hệ đệm mở cả hai đầu acid và base . [HCO3–] có thể được đào thải hay tái hấp thu bởi thận hay PCO2 có thể điều chỉnh bởi hệ hô hấp .Sẽ được nêu rõ trong phần sinh lý các hệ thống hô hấp và bài tiết

3A.4 Hệ đệm phosphate

Acid phosphoric H3PO4 là một acid yếu ba nấc phân ly

H3PO4         [1]   H+  + H2PO4–         [2]    H+ + HPO42-       [3]       PO43- + H+

pK1= 2,12 pK2= 7,21 p K3= 12,68

Hình 4 : Khả năng đệm của hệ đệm phosphat
Do đó chỉ có H2PO4- H+ + HPO42- với pK2= 7,21 [trong cơ thể do chịu ảnh hưởng của các ion mạnh nên pK2 = 6,8 ] thích hợp làm hệ đệm
Trong cơ thể hệ đệm H2PO4-/ HPO42- có hiệu suất cao do pK2= 6,8 gần với pH huyết tương ,nhưng do nồng độ không cao ở ngoại bào [ 2 mEq/l ] nêu không có vai trò lớn ở ngoại bào .Tuy nhiên trong nội bào đây lại là hệ đệm chính do nồng độ cao [140 mEq/l] .Ngoài ra tại ống thận đây là một hệ đệm quan trọng nhằm giữ pH nước tiểu không quá acid cũng như góp phần sản sinh thêm HCO3- trong tế bào ống thận sẽ được nói tới trong phần sau
3A.5 Hệ đệm ammoniac NH3/ NH4+
Chủ yếu hoạt động tại ống thận do vai trò của NH3 + H+  NH4+ do đó tránh toan hóa nước tiểu ,cũng như NH4+ sinh ra chung với HCO3- sinh ra trong quá trình chuyển hóa glutamin được nói tới ở phần Thận
Hệ đệm ammoniac NH3/ NH4+ hoạt động với mục đích là kiểm soát sinh lý bình thường. Có nghĩa là khi nồng độ H+ ngoại bào tăng kích thích sự chuyển hóa glutamine tạo ra NH4+ và HCO3- mới để chống lại tình trạng toan hóa. Và ngược lại với khi nồng độ H+ ngoại bào giảm. Dưới điều kiện bình thường, số lượng H+ được bài xuất thông qua hệ đệm ammonia chiếm khoảng 50% acid được bài xuất và 50% HCO3- sinh mới bởi thận.
3A.6 Hệ đệm proteinat
Các acid-amin vừa có nhóm chức acid carboxyl [ -COOH] vừa có nhóm chức base amin [ -NH2] .Nên trong môi trường có tính acid protein sẽ mang tính base và ngược lại
Vai trò đệm của protein chủ yếu do nhóm imidazole của histidin ,còn các nhóm chức của các protein khác có pK vượt ra ngoài khoảng pH sinh lý .Ta thấy rõ qua bảng dưới

Dissociable groups [amino acid]                                 pK
α-carboxyl                                                                   3.6-3.8
β-carboxyl [aspartic acid]                                            ~4.0
γ-carboxyl [glutamic acid]                                        ~4.0
Imidazole [histidine]                                                6.4-7.0
α-amino                                                                         7.4-7.9
Sulfhydryl [cysteine]                                                     ~9.0
£-amino [lysine]                                                        9.8-10.6
Phenolic [tyrosine]                                                    8.5-10.9
Guanidino [arginine]                                                   11.9-13.3
Bảng 2 : Giá trị pK của các nhóm chức trong protein
[ Madias NE, Cohen JJ. Acid–base chemistry and buffering. In: Cohen JJ, Kassirer JP, eds. Acid–Base. Boston: Little Brown, 1982:3–24.Edsall JT, Wyman J. Biophysical Chemistry. New York: Academic Press, 1966]

Khi môi trừơng có tính acid thì nhóm imidazole nhận thêm một proton H+ và có mang một điện tích dương ,do đó có vai trò như một base và ngược lại .

Hình 5 : Nhóm imidazole có tác dụng đệm [//www.reachdevices.com/Protein/buff_anion.html ]

Hình 6 : Histidine và khả năng đệm [//edusanjalbiochemist.blogspot.com/2012/11/buffer-systems-and-their-roles-in.html ]

          Albumin là protein có lượng lớn trong huyết tương ,chứa 16 acid-amin histidin nên có vai trò đệm quan trọng

Dù có tính đệm yếu nhưng có nồng độ cao trong huyết tương [ 16mEq/l ] và nội bào [65 mEq/l ] nên đây là một hệ đệm khá

3A.7 Hệ đệm Hemolobin

Đây là một hệ đệm cực kì quan trọng do có nồng độ lớn ở máu [150g /l ].Nó đảm bảo cân bằng acid -base máu cũng như vận chuyển CO2 tới phổi

Hình 7A Sự dịch chuyển khả năng đệm [ pK ] của hemoglobin [Madias NE, Cohen JJ. Acid–base chemistry and buffering. In: Cohen JJ, Kassirer JP, eds. Acid–Base. Boston: Little Brown, 1982:3–24.

Hình 7B Sự Phân ly O2 làm thay đổi pK của hemoglobin [//humanphysiology.tuars.com/program/section4/4ch5/s4ch5_31.htm]

Hình 7C Tác dụng đệm H+ của 4 nhóm α -aminoacid COO– trên hemoglobin [//humanphysiology.tuars.com/program/section4/4ch5/s4ch5_31.htm]

Khi hemoglobin giải phóng O2 ,pK của nó dịch sang phải ,kiềm hơn ,điều này giải thích cho ái lực của nó lớn hơn với CO2 ,hiệu ứng Bohr [không có được đề cấp trong chuyên đề này ].Cũng như khi pH máu giảm [ví dụ khi vận cơ ] thì hemoglobin phân ly mạnh đưa nhiều O2 tới mô.

Vai trò đệm của hemoglobin do có 9 phân tử histidin có nhóm imidazole ,cũng như 4 nhóm α -aminoacid tại mỗi heme

3A.8 Hệ đệm cơ thể
Hình dưới diễn tả khả năng bù trừ của hệ đệm nội bào [ ICF ] ,ngoại bào [ ECF ] trong Toan [acidosis] , kiềm [ alkalosis ] do chuyển hóa [metabolic ] hay hô hấp [respiratory ] .

Hình 8 :Vai trò của các hệ đệm nội bào [ ICF ] và ngoại bào [ ECF ] trong các rối loạn chuyển hóa [ After Pitts RF. Physiology of the kidney and body fluids 2nd Ed. Year Book Medical Publishers, Chicago. 1968]
Trong rối loạn do hô hấp [ respiratory ] thì vai trò của hệ đệm ngoại bào chiếm vai trò chủ đạo [ 97% và 99% ] . Bởi vì hệ đệm ngoại bào chịu ảnh hưởng ngay bởi hô hấp cũng như các trường hợp cấp tính . Trong rối loạn do chuyển hóa [ metabolic ] thì hệ đệm nội bào thể hiện như là một đệm mang tính ổn định do khả năng đệm H+ tốt đảm bảo trong các trường hợp rối loạn lâu dài
Tài liệu tham khảo
1. F. John Gennari , John H. Galla. Acid–Base Chemistry and Buffering.from Acid–Base Disorders and Their Treatment :Taylor & Francis Group ; 2005; Page 5-16.
2. Brandis Karry. Acid-Base Physiology 2006 [internet].[ Astralia]: The Australian and New Zealand College of Anaesthetists [ANZCA] [updated 2008; cited 2014] [ part 2.2].Available from : //www.AnaesthesiaMCQ.com/AcidBaseBook/ab2_2.php
3. Bruce M. Koeppen.The kidney and acid-base regulation.from Advances in Physiology Education vol 33: 275–281, 2009 ; page 275-281
4. Nguyễn Ngọc Lanh .Sinh Lý Bệnh Học. 2nd,Đại học Y Hà Nội: NXB Y Học; 2012. Page 118-120

PHẦN 3B Cơ chế đệm vật lý

Hình 10 : Hệ đệm vật lý hỗ trợ hệ đệm hóa học [Mulroney SE, Myers AK. NETTER’S ESSENTIAL PHYSIOLOGY: Saunders Elsevier; 2009.page 185 ]

Các acid bay hơi [ volatile acid ] H2CO3 [ CO2] sẽ được thải ở phổi

Các acid không bay hơi [ nonvolatile acid ] lactic acid , sulfuric acid được đào thải qua thận ,thận còn có vai trò tái hấp thu HCO3– cho hệ đệm

Hoạt động của hệ đệm vật lý mạnh hơn toàn bộ các hệ đệm hóa học từ 1 đến 2 lần nhưng không đưa cân bằng acid base về ổn định ngay và ổn định ở 7,4 mà phải mất thời gian dài hơn và kém chính xác hơn hệ đệm hóa học

3B.1 Hệ hô hấp

Ở đây ta chỉ xem xét khía cạnh vận chuyển CO2 nhằm cân bằng acid base cơ thể

CO2 được sản sinh phần lớn do hô hấp tế bào ,người bình thường lúc nghĩ ngơi sinh ra 200m/ phút CO2 . Quy ra lượng H2CO3 do tế bào sinh ra hàng ngày tới 800-900g cùng với H2CO3 sinh ra do phản ứng đệm cần được đào thải

CO2 được vận chuyển tới Phổi bằng 3 con đường

• 7% hoàn tan trong huyết tương cũng như nước của hồng cầu
• 23% dưới dạng cacbaminohemoglobin : CO2 tác dụng với gốc amin -NH2

R- NH2   +  CO2  R- NHCOOH  [dẫn xuất carbamyl]

Phản ứng thuận sang phải khi PCO2 = 46 mmHg [ tại mô ]

Phản ứng nghịch sang trái khi PCO2 = 36 mmHg[tại mao mạch Phổi , phế nan]

• 70% được vận chuyển dưới dạng ion HCO3–

Hình 11 : Các con đường vận chuyển của CO2 từ mô tới phế nan [Mulroney SE, Myers AK. NETTER’S ESSENTIAL PHYSIOLOGY: Saunders Elsevier; 2009.page 182 ]

3B.1.2 Vận chuyển CO2 bằng con đường HCO3–

Cơ chế kết hợp và phân ly của CO2 với Hb dựa vào tính chất acid mạnh yếu khác nhau của HHb, H2CO3 và HHbO2 . Tính acid[ base ngược lại ] của ba chất HHb < H2CO3 < HHbO2 mà acid mạnh đẩy được muối của các acid yếu hơn .

Ở Mô

• pH ở mô có xu hướng hạ thấp vì các sản phẩm đào thải từ tế bào. Sự có mặt của hồng cầu tạo ra sự kiềm hoá rất mạnh . KHbO2 kiềm mạnh sẽ phân ly trong môi trường pH thấp để tạo ra KHb và O2 vào tế bào

KHbO2 -> KHb + O2

• CO2 từ mô dễ dàng qua màng phospholipid vào huyết tương ,lượng CO2 hòa tan trong huyết tương lên tới phổi chỉ chiếm 7% .Sau đó CO2 vào hồng cầu tác dụng với H2O dưới tác dụng của enzym carboanhydrase [CA] có hiệu xuất cao

CO2 + H2O -> H2CO3

• H2CO3 kết hợp với KHb [nói trên] để tạo HHb  và KHCO3

H2CO3 + KHb à KHCO3  + HHb

KHCO3 phân ly, cho HCO3–  ra dịch kẽ mô và huyết tương kết hợp với Na+ để tạo thành muối kiềm NaHCO3, đồng thời nhận Cl– [ hiệu ứng Hamburger ] vào hồng cầu [tạo ra KC1]. Nhờ mất Cl– và tạo thêm HCO3– nên làm tăng pH ở dịch kẽ mô

Hình 12 : Vận chuyển CO2  theo con đường hình thành HCO3– [Lanh NN, Hoa VĐ, Anh PTT, Chính TT. Sinh Lý Bệnh Học. 2nd,Đại học Y Hà Nội: NXB Y Học; 2012. Page 121 ]

Ở Phổi

HCO3– lúc này vào lại hồng cầu ,tạo KHCO3

Oxy từ huyết tương vào hồng cầu, tạo ra acid mạnh HHbO2, chất này đẩy H2CO3 ra khỏi muối của nó KHCO­3

O2 + HHb -> HHbO2

HHbO2 + KHCO3  -> KHbO2 + H2CO3

KHbO2 là chất mang O2 và H2CO3 phân ly thành CO2 thải vào phổi làm giảm pH trong phế nan xuống

Sự đào thải mạnh mẽ CO2 làm pH ở đây có xu hướng tăng lên, nhưng được điều chỉnh bởi sản phẩm của quá trình

3B.1.2 Hiệu ứng Haldane

Hiệu ứng Haldane

Hình 13 Hiệu ứng Haldane

Trong hình ,tại A là máu tĩnh mạch [sau trao đổi tại mô] có PO2 = 40 mmHg , PCO2 = 45 mmHg ,nồng độ CO2 = 52% .Tại B là máu động mạch [ sau trao đổi tại Phổi ] có PO2 = 100 mmHg , PCO2 = 40  mmHg ,nồng độ CO2 = 45 % .

Sự dịch chuyển từ A -> B diễn tả hiệu ứng Haldane . Máu trao đổi từ tĩnh mạch tới phổi giảm 2% nồng độ CO2  .Tuy nhiên nhờ hiệu ứng Haldane ,máu động mạch sau trao đổi tại phổi giảm tới 4% nồng độ CO2 . Sự thay đổi này là do tại Phổi PO2 lớn ,làm tăng HHbO2 [Hình 13 diễn tả sự tăng lên của HbO2 từ 75% lên 97,5% , mà HBO2 là một base mạnh do đó HHbO2 là một acid mạnh ]  là một acid mạnh đẩy CO2  ra khỏi các hợp chất muối của nó ,thêm vào đó PO2 cao làm giảm ái lực hemoglobin với CO2 .

Do cơ thể có pH bình thường khoảng 7,4 nên tỷ lệ [HCO3–]/ [CO2] trong hệ đệm duy trì tỉ lệ 20/1 .H2CO3 là một acid dễ bay hơi do đó dễ dàng đào thải qua phổi thông qua CO2 .Do đó khi tỷ lệ [HCO3–]/ [CO2] giảm nghĩa là  [CO2] tăng ,cơ thể sẽ tăng hô hấp để giảm lượng CO2 còn ngược lại [HCO3–]/ [CO2] tăng nghĩa là  [CO2] giảm do đó cơ thể giảm hô hấp để tăng CO­2 trở lại .Trung khu hô hấp rất nhạy cảm với PCO2 ,chỉ cần PCO2 tăng 0,03 hô hấp đã tăng gấp đôi ,khi PCO2  giảm hệ hô hấp cũng giảm .Do đó đây là một cơ chế mạnh bảo vệ pH sinh lý .

3B.2 Hệ bài tiết

Thận đóng vai trò quan trọng trong việc điều hoà cân bằng acid-base, nó thay đổi lượng cân bằng acid base trong máu theo nhiều cơ chế riêng rẽ hay phối hợp :

– Bài tiết ion H+.

– Tái hấp thu ion HCO3– , tạo ion HCO3– mới

– Bài tiết ion  NH3 đệm H+ trong nước tiểu ,

– Bài tiết ion NH4+ để bài tiết anion acid yếu , hoặc bài tiết nguyên trạng acid yếu

– Tái hấp thu hay bài tiết ion Na+ , K+ ,Cl– cho phù hợp khi thực hiện các cơ chế trên nhằm đảm bảo cân bằng điện cũng như phù hợp các chức năng sinh lý.

Tất cả các phản ứng này nhằm giữ cho mức ion bicarbonat trong dịch ngoại bào được giữ vững trong khoảng chênh lệch nhỏ  ngay cả khi nhiễm toan hoặc nhiễm kiềm .

3B.2.1 Bài tiết ion H+ ,tái hấp thu Na+/K+ ,tái hấp thu HCO3–

Hình 15 : Tái hấp thu HCO3– [Mulroney SE, Myers AK. NETTER’S ESSENTIAL PHYSIOLOGY: Saunders Elsevier; 2009.page 182 ]

Nồng độ HCO3– trong dịch lọc khoảng 24 mEq/l ,một ngày thận lọc khoảng 180 l ,vậy ta đào thải tới hơn 4300 mEq /l HCO3– ngày .Do đó cơ thể cần một cơ chế tái hấp thu tốt

80% HCO3– được tái hấp thu tại ống lượn gần. Tại đây H+ đối vận chuyển với Na+ , giúp tái hấp thu Na+ và bài tiết H+ . H+  tác dụng ngay với HCO3– tạo H2CO3 . H2CO3­ phân ly ngay cho ra H2O và CO2 .Nhờ enzyme carbonic anhydrase CA IV tại bờ bàn chải biểu mô ống thận thúc đẩy ,nên đây là nơi tái hấp HCO­3– lớn nhất . CO2  dễ dàng thấm qua màng photpholipid.

Trong bào tương có men CA II thúc đẩy phản ứng

CO2  + H2O  -> H­2CO3 -> H+ + HCO3–

HCO3– được đồng vận chuyển cùng Na+ hay Cl– ra dịch kẽ và vào lại mao mạch .Còn H+ ra ngoài lòng ống bằng bơm H+-ATPase  hay đối vận chuyển cùng Na+ .

HCO3–  còn được tái hấp thu dày ngành lên quai Henle [15%] ,ống thu thập [5 % ] .Cơ chế tại đâu giống tại ống lượn gần ,ngoại trừ không có men CA tại bờ bản chải cũng nhưng thay kênh đối vận Na+ – H+ bằng kênh đối vận K+ – H+.

Cứ một ion H+ bài tiết sẽ giúp tái hấp thu một ion HCO3– , tái hấp thu một ion Na+ hay một ion K+. Cơ chế này giúp tái hấp thu lượng lớn HCO3– ,lại đào thải lượng lớn H+ mà vẫn không làm toan hóa nước tiểu mạnh do chuyển H+ thành CO2 là một acid yếu hơn rất nhiều .

Từ hình trên ta thấy CO2 có thể từ dịch kẽ vào biểu mô ống thận ,do đó ảnh hưởng đến quá trình .Nếu PCO2 lớn sẽ làm tăng bài tiết H+ ,dẫn tới tăng tái hấp thu HCO3– ,làm pH dịch kẽ được ổn định .Khi không còn HCO3– ,thì H+ được đệm bằng hệ đệm khác như hệ đệm NH3 / NH4+

Trong điều kiện pH bình thường 7,4 và nồng độ CO2 bình thường  trong dịch ngoại bào [1,2 mmol/L] thì lượng bài tiết của ion H+ vào khoảng 3,5 mmol/phút , lượng tái hấp thu HCO3–  là 3,45 mmol/ phút . Lượng này tăng lên hay giảm đi tuỳ theo nồng độ CO2 trong dịch ngoại bào.

3B.2.2 Bài tiết H+  , tạo mới HCO3– , bài tiết anion acid yếu

Nếu H+ của các các acid không bay hơi  được bài tiết bằng titratable acid [TA ] [ tạm dịch là acid chuẩn độ ] hay  bằng NH4+ chứ không theo quy trình như trên thì ta sẽ có một ion HCO3– “mới” được thêm vào dịch kẽ .

Hình 16 : Sự tạo mới HCO3– [[Mulroney SE, Myers AK. NETTER’S ESSENTIAL PHYSIOLOGY: Saunders Elsevier; 2009.page 243 ]

3B.2.2.1 Đệm bằng acid chuẩn độ [TA ]

Hệ đệm HPO42-/H2PO4– ít có vai trò ở ngoại bào do nồng độ thấp ,tuy nhiên lại có vai trò lớn tại ống thận nơi có nồng độ cao . Nó  đệm H+ trong nước tiểu ,tránh bị toan quá lớn ,ngoài ra cứ một ion H+ bài tiết sẽ có một ion HCO3– đưa vào dịch kẽ.Nó còn gọi là titratable acid [TA] vì bài tiết H­+ dưới dạng acid yếu hơn là H2PO4–

CO2  + H2O H2CO3 H+ + HCO3– [xúc tác bởi men CA II trong nội bào ]

H+ + HPO4-2 -> H2PO4–

Hình 17 : Đệm bằng Titratable acid [ HPO42- / H2PO–4 ] [ Linda S. Costanzo . Physioglogy 5th edition. Lippincott William & Wilkins;2011;page 172 ]

3B.2.2.2 đệm bằng  NH3/NH4+

NH4+ là sản phẩm của quá trình chuyển hóa glutamine tại ống lượn gần .Sau quá trình chuyển hóa ,một glutamine cho ra hai phân tử NH4+ và hai phân tử HCO3–

 

NH­4+ ra ngoài lòng ống bằng đối vận chuyển với Na+ thông qua kênh Na+/ H+ lúc này NH4+ đóng vai trò H+ hay khếch tán qua màng bằng NH3 . HCO3– đưa vào dịch kẽ

Hình 18 : Quá trình hình thành ,tái hấp thu và bài tiết NH4+ ở thận

NH3 trong lòng ống sẽ có tác dụng với H+ ra NH4+

Tuy nhiên NH4+ lại được tái hấp thu tại ngành lên nhất là phần dày của quai Henle thông qua kênh Na+ – K+ – 2Cl– thế chỗ cho việc bài tiết ion K+ ,làm NH4+ tích tụ tại dịch kẽ .Nếu lượng NH4+ này không được bài tiết ở ống góp mà đi vào máu ,tới gan sẽ được chuyển hóa thành urea  và H+ ,H+ lại tác dụng với HCO3– ,do đó làm mất hiệu quả của việc tạo mới HCO3–

Hình 19 : Sự ứ NH4+ gây toan hóa và tăng urea máu [ Bruce M. Koeppen.The kidney and acid-base regulation.from Advances in Physiology Education vol 33: 275–281, 2009 ; page 278]

Do đó cần đưa NH4+  vào lại lòng ống . NH4+ trởi lại lòng ống bằng cách khếch tán qua NH3 và kênh đối vận chuyển NH4+/ H+ .Tại lòng ống H+ nồng độ cao làm kênh hoạt động mạnh .

3B.2.3 Net acid excretion [ NAE ] [ tạm dịch : mạng acid bài tiết ]

Hình 20 : NAE [Mulroney SE, Myers AK. NETTER’S ESSENTIAL PHYSIOLOGY: Saunders Elsevier; 2009.page 234 ]

NAE = UTA . V + UNH4+ . V – UHCO3- . V

Với U là nồng độ và V thể tích nước tiểu . Thông thường UHCO3- = 0  , HCO3– tái hấp thu hoàn toàn .Khi có HCO3– trong nước tiểu có thể dự đoán cơ thể bị nhiễm kiềm.

Khi cơ thể nhiễm toan nặng thì NAE tăng cao do tăng bài tiết H+ [ tăng UTA ] , tăng sản xuất NH4+ [ tăng UNH4+ ] giảm lượng HCO3– bị bài tiết

Dùng chữ Net [ mạng ] để chỉ mối liên hệ mật thiết của các hệ đệm ,các quá trình vì chúng đều có một biến chung là ion H+ . Sự thay đổi nồng độ H+ sẽ tác động tới các hệ ,quá trình này . Cũng như ngược lại.

3B.3 Vai trò của Gan

Thông thường ta chỉ chú ý đến khả năng cân bằng acid – base của thận và phổi . Gan là cơ quan chuyển hóa lớn của cơ thể ,nó góp phần cân bằng acid base thông qua

• Tiêu thụ lượng lớn H+ trong các quá trình chuyển hóa
• Sản xuất ra lượng lớn CO­2 trong các quá trình chuyển hóa
• Có các sản phẩm là anion acid [ lactate , keton , acid amin ]
• Chuyển hóa NH3 ra urea như đã nói ở trên
• Sản xuất các protein huyết tương ,đặc biệt là albumin có vai trò lớn trong hệ đệm protein

Tài liệu tham khảo

1. Mulroney SE, Myers AK. NETTER’S ESSENTIAL PHYSIOLOGY: Saunders Elsevier; 2009.page 179-191,231-234
2. Bruce M. Koeppen.The kidney and acid-base regulation.from Advances in Physiology Education vol 33: 275–281, 2009 ; page 275-281
3. Nguyễn Ngọc Lanh. Sinh Lý Bệnh Học. 2nd,Đại học Y Hà Nội: NXB Y Học; 2012. Page 120-122
4. Linda S. Costanzo . Physioglogy 5th Lippincott William & Wilkins;2011;page 169-176
5. Shahrokh Javaheri. Determinants of Carbon Dioxide Tension. from Acid–Base Disorders and Their Treatment :Taylor & Francis Group ; 2005;page 43-54
6. LeeHamm.Renal Regulation of Hydrogen Ion Balance. from Acid–Base Disorders and Their Treatment :Taylor & Francis Group ; 2005;page 79-98
7. Phan Đình Lựu. Sinh lý học y khoa.Đại học y dược Tp Hồ Chí Minh : NXB Y học ;2012;page 180-272
8. Brandis Karry. Acid-Base Physiology 2006 [internet].[ Astralia]: The Australian and New Zealand College of Anaesthetists [ANZCA] [updated 2008; cited 2014] [ part 2.5].Available from : AnaesthesiaMCQ.com/AcidBaseBook/ab2_5.php

PHẦN 4 Rối loạn cân bằng acid – base

4.1 Phân loại các rối loạn acid base

pH sinh lý bình thường dao động 7,37 – 7,43 . Nếu pH cơ thể < 7,37 gọi là toan , pH máu > 7,43 gọi là kiềm.

Về tên gọi các trạng thái của cân bằng acid base cơ thể ,ta chia theo

Mức độ

• Nhiểm toan / kiềm còn bù

Cơ thể vẫn còn khả năng bù trừ ,giữ cho pH máu ra ngoài giới hạn bình thường

• Nhiễm toan / kiềm mất bù

Cơ thể không còn đảm bảo đủ để giữ cho pH máu trong giới hạn bình thường

Nguồn gốc

• Nhiễm toan/kiềm do các acid/base bay hơi

Nhiễm toan bay hơi : do các acid bay hơi chịu trách nhiệm [ H2CO3] ,chủ yếu do thông khí ở phổi kém ,còn gọi là toan hô hấp

Nhiễm kiềm bay hơi : Do tăng thông khí ,đào thải quá lớn CO2 như gặp trong hội chứng lên núi cao ,còn gọi là kiềm hô hấp

• Nhiễm toan/ kiềm do các acid/base không bay hơi

Nhiễm toan không bay hơi [ cố định ] : do các acid không bay hơi [ acid lactic ,H2SO4 ] chịu trách nhiệm ,chú yếu do kiếm đào thải tại thận ,cũng như các quá trình chuyển hóa tạo ra nhiều acid ,do đó còn gọi là toan chuyển hóa.

           Nhiễm kiềm không bay hơi [ cố định ] :sự suy giảm H+ trong máu ,hay tích lũy kiềm [ ion HCO3–] lớn ,gọi kiềm chuyển hóa

Cơ chế

• Nhiễm toan/ kiềm sinh lý

Do các cơ chế hoạt động như ngủ là giảm thông khí hay vận cơ mạnh là tăng chuyển hóa , tăng pH máu .Do đây là cơ chế thông thường nên hệ đệm cũng như phổi và thận sẽ điều chỉ lại cho phù hợp

• Nhiễm toan/kiềm bệnh lý

Các bệnh về hô hấp hay chuyển hóa gây ra tình trạng mất cân bằng acid-base.

4.2 Anion Gap [ Khoảng trống anion ]

Hình 21 : Các ion trong hệ các dịch cơ thể [//www.austincc.edu/apreview/EmphasisItems/Electrolytefluidbalance.html]

Trên hình ta thấy trong cơ thể luôn cân bằng điện tích giữa các ion .Tại ngoại bào ECF ta thấy

Na ++ K+ + Ca2+ Mg2+ = Cl– + HCO3– + [ HPO4-2 + SO4-2 + Proteins + anion acid yếu [ lactate … ]]

Đặt

AG = Na + – [Cl– + HCO3– ] = [K+ + Ca2+ Mg2+ ] – [ HPO4-2 + SO4-2 + Proteins + anion acid yếu [ lactate …  ]]

[K+ + Ca2+ Mg2+ ] là cation không đo được unmeasured cation [UC]

[ HPO4-2 + SO4-2 + Proteins + anion acid yếu [ lactate …]] là các anion không đo được unmeasured anion [UA]

Hình 22 : Anion Gap [ ở ngoại bào ] là sự chênh lệch giữa UA và UC hay là Na+ và Cl–. HCO3–

AG = UA – UC = Na+ – [ Cl– + HCO3– ]

AG là một khoảng trống lý thuyết dung để diễn tả sự thay đổi của các ion không đong đếm được [ sunfate , lactate , protein…]  và được tính thông qua trung gian là các ion đếm được [ Na+ , Cl– , HCO3–]

Giá trị bình thường của AG từ 8 – 16 mmol/l

AG được dùng để chuẩn đoán phân biệt toan chuyển hóa do bù lượng  mất HCO3– bằng anion đếm được [ Cl–] hay anion không đếm được [ lactate , sunfate … ]

Đặc biệt cứ 1g /dl albumin giảm làm AG tăng 2,5 mmol/l .Do đó ở các bệnh nhân nhiễm toan lactic kèm suy giảm albumin đáng lẽ sẽ có tăng AG nhưng lại không có tăng . Cũng cần điều chỉnh khoảng tham chiếu AG theo lượng albumin giảm để tránh bỏ sót khi dùng AG chuẩn đoán .

4.3 Khoảng trống ion niệu UAG [ urine anion gap ]

Trong nước tiểu , các cation có nồng độ đáng kể bao gồm : Na+ , K+ , NH4+ ,Ca+2, Mg+2 , các anion nồng độ đáng kể bao gồm : Cl– , HCO3– , sunfate , phosphate , lactate

Chỉ có Na+ , K+ và Cl– là đếm được , còn HCO3– , sunfate , phosphate , lactate là các UA và  NH4+ ,Ca+2, Mg+2 là UC

Na+ + K+ + UC = Cl– + UA

UAG = Na+ + K+ – Cl– = UA – UC

UAG ở người khỏe mạnh dương trong khoảng  30 – 50 mmol/l

UAG dùng để xem xét khả năng tăng  bài tiết NH4+ [ kéo theo tăng Cl– niệu ] do mất HCO3– không do thận [ ỉa chảy ], hay giảm tái hấp thu HCO3– bù bằng hấp thu Cl– vào lại máu dể cân bằng ,hay tăng Kali máu do kém bài tiết cân bằng trong các bệnh RTA [ nói tới ở phần sau ]

4.4 Osmolar Gap [tạm dịch  khoảng trống áp suất thẩm thấu ]

Osmolarity  = 2[Na+] + [glucose] + [urea] [ mmol/l ]

= [2×[Na+ ]]+[glucose ,mg/dl]/18+BUN[blood urea nitrogen,mg/dl]/2.8 [mOsm/kg ]

 

Osmolar Gap = Osmolarity [ máy đo ] – Osmolarity [ tính toán ]

Một tăng 10 mOsm cho thấy bất thường do bổ sung thêm các chất tan vào huyết tương mà không có mặt trong công thức tính .AG cao cùng Osmolar Gap cao nghĩ tới ngộ độ alcohol kèm toan chuyển hóa

Tài liệu tham khảo

1. Nguyễn Ngọc Lanh. Sinh Lý Bệnh Học. 2nd,Đại học Y Hà Nội: NXB Y Học; 2012. Page 123-128
2. Linda S. Costanzo . Physioglogy 5th Lippincott William & Wilkins;2011;page 171-176
3. Brandis Karry. Acid-Base Physiology 2006 [internet].[ Astralia]: The Australian and New Zealand College of Anaesthetists [ANZCA] [updated 2008; cited 2014] [ part 3.2,3.3,3.4,3.5].Available from : AnaesthesiaMCQ.com/AcidBaseBook/ab3_2.php

www.AnaesthesiaMCQ.com/AcidBaseBook/ab3_3.php

www.AnaesthesiaMCQ.com/AcidBaseBook/ab3_4.php

www.AnaesthesiaMCQ.com/AcidBaseBook/ab3_5.php

1. Hà Hoàng Kiệm .Khoảng trống anion là gì ? Available from : //www.benhviencuadong.vn/news174/Khoang-trong-anion-la-gi-%28PGS-TS-Ha-Hoang-Kiem%29.htm

PHẦN 4A Toan hóa [pH máu < 7,38]

4A.1Toan chuyển hóa

Khi pH máu < 7,38 ,suy giảm nồng độ HCO3– < 22mmol/l trong máu  kèm sự giảm giảm PCO2 bù trừ

Rối loạn ban đầuThay đổi ban đầuĐáp ứng bù trừBù trừ dự kiếnToan chuyển hóa↓ HCO3–↓ PCO2 từ 1.0-1.3 mmHg cho mỗi 1mEq/L [HCO3-]↓
PCO2 bằng 2 số cuối cuả pH x 100PCO2 = 1,5 [HCO3–] + 8 ± 2 [mmHg]

Nếu PCO2 đo được lớn hơn dự đoán do toan hô hấp nguyên phát kèm theo , nếu PCO2 đo được bé hơn dự đoán do kiềm hô hấp nguyên phát.

Toan chuyển hóa gồm 2 loại

4A.1.1 Toan chuyển hóa có AG bình thường

Do giảm HCO3– được bù bằng ion đếm được như Cl– . Trong đó nếu pH niệu > 6,5 hay [Na+] < 20mmol/l .Ta tính thêm UAG để chuẩn đoán .

UAG âm : cho thấy có một sự mất các Na+ , K+ không do nước tiểu ,tăng bài tiết các cation không đo được như NH4+ , hay tăng bài tiết Cl– .

• Điển hình là tiêu chảy . Các ion HCO3– , Na+, K+ mất qua đường tiêu ,sự mất HCO3– làm toan hóa máu ,cùng với đó làm tăng bài tiết NH4+ qua nước tiểu [ nhằm tạo thêm HCO3– “ mới “ vào ngoại bào .
•     Bệnh toan hóa máu do ống thận  RTA [renal tubular acidosis]  type II .Sự giảm tái hấp thu HCO­3– [ 80 % HCO3– tái hấp thu ở đây ] làm toan hóa máu ,cùng với đó nước tiểu sẽ giảm bài tiết Cl– để cân bằng với lượng anion HCO3–  lớn đang bài tiết do đó thấy UAG âm.
• Toan do pha loãng xảy ra khi mất một lượng dịch lớn [ tai nạn , sốt xuất huyết …] ,được truyền một lượng lớn dung dịch không có tác dụng đệm .Dẫn tới nồng độ HCO3– giảm do loãng

UAG dương có thể cho ta  biết sự giảm bài tiết các cation không đo được như H+ hay NH4+

• RTA type I .Do giảm bài tiết H+ ở do tổn thương bơm H+-ATPase ở ống lượn xa và ống góp làm toan chuyển hóa , HCO3–  giảm < 15 mmol/l . pH niệu > 5,5 .Kèm theo là tăng Kali máu do K+ tái hấp thu để cân bằng H+
• RTA type IV .Do giảm aldosterone hay kháng aldosterone làm giảm khả năng tái hấp thu K+ tại ống lượn gần và quai Henle , làm tăng Kali máu . Kali ngoại bào cao sẽ được tế bào trao đổi bằng Na+ và H+ ra do đó làm toan chuyển hóa nhẹ .

4A.1.2 Toan chuyển hóa tăng AG :

Do giảm HCO3– được bù bằng các anion không đếm được như sunfate , lactate , citrate …

Các nguyên nhân gây toan chuyển hóa tăng khoảng trống anion bao gồm: toan do nhiễm acid lactic, do nhiễm acid cetonic do tiểu đường, do nhiễm acid cetonic do rượu, ngộ độc salicylate, ethylene glycol, methanol và uremia. Trừ nguyên nhân do tăng urê máu [suy thận], tất cả các nguyên nhân còn lại đều diễn biến cấp tính hoặc do nhiễm hoặc sản xuất ra quá nhiều các acid mạnh, tức acid có hiện tượng phân ly mạnh ra ion H+ và các anion của nó [anion không đo được]. Không giống như toan hóa do ống thận [RTA], trong trường hợp này các cơ chế cân bằng kiềm toan của thận còn hoạt động tốt nhưng không thể theo kịp tốc độ sản xuất của acid.

4A.1.2.1Nhiễm toan lactic

Hình 23 Hô hấp kị khí [//caribbean.scielo.org/scielo.php?pid=S0043-31442007000600016&script=sci_arttext]

Khi thiếu O2 ,hô hấp tế bào tạo nhiều acid lactic

Nhiễm toan lactic type A do tưới máu cho mô kém ,quá trì hô hấp tế bào trong điều kiện đó sản sinh lượng lớn acid lactic .Do các nguyên nhân của hệ tuần hoàn , hồng cầu vận chuyển Gặp trong bệnh nhân shock tim , shock mất máu , nhiễm độc CO …

Nhiễm toan lactic type B  nhiễm toan lactic nhưng không các bằng chứng lâm sàng do thiếu tưới máu ở mô . Gặp ở các suy giảm chức năng gan , đái tháo đường , động kinh cơn lớn ,ngộ độc …

4A.1.2.2 Nhiễm toan cetonic [ ketoacidosis]

Hình 24 Toan do acid cetonic [Netter’s Pediatrics, 1st Edition ]

Khi nồng độ insulin trong máu giảm [ nhịn đói lâu , tiểu đường type I , hoặc tiểu đường type II không kiểm soát ] ,làm não không sữ dụng được glucose tạo năng lượng mà thay bằng lipid . Tăng oxi hóa lipid tạo năng lượng ,làm nồng độ acid cetonic tăng . Bệnh nhân tiểu đường nặng có thể hôn mê do toan hô hấp do H+ làm pH giảm tác động lên não .Hoặc do uống lượng lớn rượu mà không ăn [ nhiễm toan cetonic do rượu ] .

Tăng urea do kém bài tiết NH4+  gặp ở bệnh nhân suy thận ,đã nói ở trên

4A.1.2.3 Ngộ độc

Hình 25 : Con đường chuyển hóa của methanol và etylenglucol tạo acid [//www.naika.or.jp/im2/43/08/figs/23/fig4.jpg]

Các loại alcohol là các tiền chất acid ,khi vào cơ thể ,qua quá trình chuyển hóa hình thành các acid

Tiêu biểu là nhiễm Ethylen glycol [ trong dung dịch làm mát xe hơi ], methanol [ cồn công nghiệp pha rược lậu ]. Ethylen glycol được chuyển hóa nhờ men ADH [ alcohol dehydrogenase ] tạo Glycolic acid . Chuyến hóa tiếp tạo oxalic acid . Điều này gây tạo các tinh thể oxalate trong nước tiểu . Trong các ngộ độc này thêm shock  sẽ gây nhiễm toan lactic làm diễn tiến nặng hơn

Ngoài ra còn ngộ độc do paracetamol ,salicylate

Trong ngộ độc các chất tan này ,do làm làm tăng các chất tan nhỏ do đó dẫn tới Osmolar Gap tăng

4A.2 Toan hô hấp

Tình trạng toan do vấn đề hô hấp gây ra pH máu < 7,35 và PCO2 > 42 mmHg

 

Rối loạn ban đầuThay đổi ban đầuĐáp ứng bù trừBù trừ dự kiếnToan hô hấp

Cấp

Mãn

↑ PCO2↑ HCO3– 

∆pH = 0,008 [PCO2 – 40]

∆pH = 0,003 [PCO2 – 40]

Cứ mỗi 10 mmHg PCO2 tăng sau 40 mmHg [ giá trị bình thường của PCO2 ] thì :

• Nếu HCO3– tăng 1 mmol/l gọi là toan hô hấp cấp
• Nếu HCO3– tăng 4-5 mmol/l gọi là toan hô hấp mãn
• Nếu HCO3– tăng < 1 mmol/l có kèm toan chuyển hóa nguyên phát.
• Nếu HCO3– tăng >5 mmol/l có kèm kiềm chuyển hóa nguyên phát

Sử dụng công thức 150 – P aO2  – 1,25PCO2 để tính độ chênh lệch áp suất giữa phế nan và động mạch . Nếu kết quả ≤ 10mmHg [ở người trẻ ] ≤ 20mmHg [ ở người già ]  ,nguyên nhân gây ra không do Phổi. Kết quả này sẽ lênh cáo trong các bệnh về Phổi kể cả cấp tính lẫn mãn tính

Nguyên nhân gây ra toan hô hấpCấpMạnTắc nghẽn đường hô hấp:

Hít sặc

Co thắt phế quản [cơn hen]

Co thắt thanh quản

Tắc nghẽn đường hô hấp

Bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính

Ức chế trung tâm hô hấp

Gây mê

Quá liều thuốc an thần – gây nghiện

Chấn thương sọ não

Ức chế trung tâm hô hấp

Quá liệu thuốc ngủ mạn tính

Béo phì [hội chứng Picwick]

U não

Suy tuần hoàn

Ngừng tim

Phù phổi

 Các nguyên nhân thần kinh

Chấn thương tủy cổ

Hội chứng Guillain – Barre

Cơn nhược cơ cấp

Thuốc [thuốc giãn cơ, phôt pho hữu cơ]

Các nguyên nhân thần kinh:

Xơ cứng rải rác [MS]

Teo cơ

Xơ cột bên teo cơ

Liệt cơ hoành sau chấn thương

Chấn thương thần kinh hoành

Bệnh phổi hạn chế

Tràn máu màng phổi

Tràn khí màng phổi

Mảng sườn di động

ARDS

Bệnh phổi hạn chế

Bụng báng

Béo phì

Tràn dịch màng phổi, xơ màng phổi

Việc tăng sản xuất CO2 gây ra bệnh thường không phổ biến do tốc độ sản xuất CO2 phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa, tuy nhiên các bệnh nhân nằm Hồi Sức thường có tăng chuyển hóa. Do vậy ở các bệnh nhân có cơ chế kiểm soát thông khí bị tổn thương không thay đổi đáp ứng kịp với việc tăng sản sinh CO2 cũng sẽ dẫn đến toan hô hấp.

Thay đổi PCO2 sẽ làm cho pH thay đổi trong vài phút. Trong toan hô hấp cấp lượng HCO3– tăng bù nhẹ theo sự tăng của PCO2. HCO3– tăng tối đa 0,25 mEq/L cho 1 mmHg CO2 tăng lên. HCO3– tăng cao hơn nhiều giá trị trên gợi ý rối loạn toan kiềm phối hợp.

Trong trường hợp toan nặng, cơ thể có thể hấp thu toàn bộ lượng HCO3– được lọc ra ở cầu thận. Tình trạng tăng HCO3– bù trừ sẽ đạt trạng thái ổn định sau vài ngày. Lúc này HCO3- tăng khoảng 0,5 mEq/L cho 1 mmHg CO2 tăng lên.

[Julie R. Ingelfinger, Kenrick Berend,AikoP.J.deVries,Rijk O.B. Gans . Physiological Approach to Assessment of Acid–Base Disturbances. The New England journal of medicine; 2014;371:1436]

PHẦN 4B Kiềm hóa [ pH máu >  7,45]

4B.1 Kiềm chuyển hóa

Kiềm chuyển hóa là khi pH máu >  7,45 , tăng [HCO3–] > 35 mEq / l ngyên phát[ bình thường 22 – 26 mEq/l ] kéo theo giảm nồng độ Cl– hoặc tăng nồng độ Na+ huyết thanh

Rối loạn ban đầuThay đổi ban đầuĐáp ứng bù trừBù trừ dự kiếnKiềm chuyển hóa↑ HCO3–↑ pCO2 0.6-0.7 mmHg cho mỗi 1 mEq/l [HCO3–] ↑PCO2 = 7 [HCO3–] + 20 ± 1,5

PCO2 dự đoán = 0,7 x HCO3– + [20 ± 1,5]. Nếu PCO2 lớn hơn dự đoán do toan hô hấp nguyên phát kèm theo , nếu PCO2 bé hơn dự đoán do kiềm hô hấp nguyên phát

Nguyên nhân

Bổ sung HCO3– vào máu hoặc các hợp chất mang tính base vào máu .Ví dụ hội chứng sữa kiềm [milk alkali syndrome ] do sữ dụng các thực phẩm chức năng chứa quá nhiều calci dễ hấp thụ kiềm .Sữ dụng dịch truyền mang tính base  như bicarbonate , lactate , citrate …

Mất H+ trong máu . Nôn ói kéo dài, hoặc hút dịch dạ dày, là nguyên nhân hàng đầu gây mất ion H+, dẫn đến tình trạng kiềm chuyển hóa. Tế bào viền của dạ dày sẽ tạo ra HCl từ H2CO3, với mỗi một proton H+ tiết vào dạ dày, cơ thể sẽ tái hấp thu một ion HCO3–.

Giảm thể tích do mất máu hay mất dịch ngoại bào [ tiêu chảy , nôn ói ,sử dụng thuốc lợi tiểu kéo dài] gây ra và duy trì tình trạng toan chuyển hóa . Khi giảm thể tích lòng mạch sẽ kích thích thận tiết renin và aldosterone  là tăng tái hấp thu Na+ và K+. Việc tái hấp thu Na+ và K+ luôn kèm theo tái hấp thu Cl–, khi Cl– cạn kiệt thì HCO3– được tái hấp thu. Việc này lại càng làm cho nước tiểu bị toan dù nó cần kiềm hơn để cân bằng kiềm máu. Ngoài ra tế bào xen [intercalated cell ] là tế bào biểu mô đặc biệt tại ống ống lược xa và ống góp bài tiết H+ rất mạnh chịu ảnh hưởng của aldosterone.

Hạ K+ máu là tăng tái hấp thu HCO3–  tại thận , cũng như di chuyển ion H+ vào trong tế bào làm kiềm chuyển hóa nặng hơn , thêm nữa nó làm toan hóa tế bào biểu mô ống gần làm tăng tiết NH4+ ,làm tăng khả năng bài tiết H+ .Do đó hạ kaki máu cùng rối loạn hệ nội tiết [ renin , aldosterone ] làm kiềm chuyển hóa kháng trị

Một nguyên nhân khác thường gặp trong khoa Hồi Sức là kiềm chuyển hóa xuất hiện sau khi bắt đầu nuôi dưỡng lại bằng chế độ dĩnh dưỡng có nồng độ carbonhydrate cao ở các bệnh nhân trước đó bị toan chuyển hóa do đói. Trong khi bệnh nhân bị đói, thận sẽ tạo ra bicarbonate để cố gắng cân bằng với hiện tượng toan chuyển hóa do tăng ceton. Khi tiến hành cho nuôi dưỡng lại, lượng ceton sẽ được chuyển thành bicarbonate, gây ra hiện tượng kiềm chuyển hóa. Việc K+ máu giảm và thiếu dịch sẽ duy trì hiện tượng kiềm chuyển hóa cho đến khi bệnh nhân được bổ xung dung dịch muối đẳng trương và K+.

4B.2 Kiềm hô hấp

Khi pH máu > 7,45 và PCO2 < 35 mmHg

Tình trạng tăng thông khí quá mức , làm suy giảm PCO2 giữ lại trong máu .

Rối loạn ban đầuThay đổi ban đầuĐáp ứng bù trừBù trừ dự kiếnKiềm hô hấp

Cấp

Mãn

↓ PCO2↓ HCO3– 

∆pH = 0,008 [40 – PCO2]

∆pH = 0,017 [40 – PCO2]

Cứ mỗi 10 mmHg PCO2 giảm dưới 40 mmHg [ giá trị bình thường của PCO2 ] thì :

• Nếu HCO3– giảm 2 mmol/l gọi là kiềm hô hấp cấp
• Nếu HCO3– giảm 4-5 mmol/l gọi là kiềm hô hấp mãn
• Nếu HCO3– giảm < 2 mmol/l có kèm kiềm chuyển hóa nguyên phát.
• Nếu HCO3– tăng >5 mmol/l có kèm toan chuyển hóa nguyên phát

Nguyên nhân phổ biến nhất của kiềm hô hấp là hiện tượng tăng thông khí bao gồm cả hiện tượng giảm ôxy máu, tổn thương thân kinh trung ương, bệnh phổi, thông khí cơ học quá mức. Các bệnh nhân lo lăng, phụ nữ mang thai, suy gan, ngộ độc salicylate thường có tăng thông khí. Một số bênh nhân có tăng thông khí nguyên phát không rõ cơ chế. Trong các khoa Hồi Sức, tăng thông khí thường là biểu hiện đầu tiên của sepsis. Tăng thông khí dẫn đến kiềm hô hấp cần được phân biệt với trường hợp giảm PaCO2 bù trừ trong toan chuyển hóa. Cả 2 trường hợp PaCO2 đều thấp và HCO3- đều giảm. Điểm khác biệt là trong kiềm hô hấp, pH tăng còn trong toan chuyển hóa pH giảm.

Nguyên tắc bù trừ trong kiềm hô hấp là thận cố gắng thải loại bicarbonate. Quá trình này thường mất vài giờ tới vài ngày. Bản thân hiện tượng giảm thán đã gây ra hiện tượng ức chế tái hấp thu bicarbonate ở ống lượn gần và giảm bài tiết ion H+ ở ống lượn xa. Việc tăng thải bicarbonate ra ống lượn gần dẫn đến hiện tượng tăng K niệu. Ở giai đoạn bù trừ ổn định – kiềm hô hấp mạn, 0,5 mEq/L HCO3- giảm đi cho 1 mmHg CO2 giảm đi.

PHẦN 4C: Chuẩn đoán nhanh rối loạn

 

Rối loạnpHHCO3–PaCO2Toan chuyển hóa↓↓↓Kiềm chuyển hóa↑↓↑Toan hô hấp↓↑↑Kiềm hô hấp↑↓↓

Hình 26 : Sơ đồ tra nhanh các rối loạn ,tra theo 3 giá trị pH ,[HCO3–], PaCO2, đúng trong 90% trường hợp [Thomas D. DuBose. Acidosis and Alkalosis.from HARRISON’S Nephrology and Acid-Base Disorders . Derived from Harrison’s Principles of Internal Medicine, 17th Edition.McGrawHill Medical;2010;page 44]