Chương 31 thăng bằng kiềm toan quang anh

Ba hệ thống chính điều hòa nồng độ H+ của các chất dịch trong cơ thể ngăn ngừa sự nhiễm toan hoặc nhiễm kiềm: 1 hệ thống đệm acid-base trong các dịch cơ thể, ở đó các chất đệm sẽ kết hợp

Sự dịch chuyển của ion hydro (H+): sự cân bằng

cũng tương tự như một số ion khác trong cơ thể ví

dụ như: phải có sự cân bằng giữa lượng ion H+

được tạo ra và ion H+ thải loại từ cơ thể để đảm

bảo cân bằng kiềm toan Giống như các ion khác,

thận là cơ quan đóng vai trò quan trọng trong việc

điều hòa việc loại bỏ ion H+ ra khỏi có thể Tuy

nhiên việc điều chỉnh lượng ion H+ trong dịch ngoại

bào nhiều hơn lượng ion H+ được đào thải bởi

thận nhiều cơ chế đệm acid-base là máu, tế bào,

và phổi cũng rất cần thiết trong duy trì nồng độ bình

thường của ion H+ trong cả dịch ngoại bào và nội

bào

Trong chương này chúng ta sẽ xem xét

các cơ chế khác nhau điều hòa nồng độ ion H+ và

đặc biệt chú trọng kiểm sóat lượng ion H+ mà thận

bài tiết ra và tái hấp thu, sự sản xuấ và bài tiết của

ion bicarbonate (HCO3-) Mọt trong những thành

phần quan trọng của hệ thống đệm acid-base trong

dịch cơ thể

CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN NỒNG

ĐỘ H+ TRONG CƠ THỂ

Nồng độ H+ được quyết định bởi sự hoạt động của

hầu hết các loại enzyme trong cơ thể Do đó những

thay đổi trong nồng độ H+ thể hiện hoạt động chức

năng của tế bào và cơ quan trong cơ thể

So với các ion khác, nồng độ ion H+ của

các chất dịch trong cơ thể bình thường luôn được

giữu ở mức thấp ví dụ: nồng độ ion Na+ trong dịch

ngoại bào (142mEq/L) lớn hơn khoảng 3,5triệu lần

nồng độ bình thường của ion H+( chỉ số trung bình

là 0.00004mEq/L) quan trong không kém,sự thay

đổi của nồng độ ion H+ bình thường trong dịch

ngoại bào khoảng 1000000 triệu thì nồng độ ion

Na+ bình thường mới bị biến đổi như vậy, độ chính

xác của ion H+ là rất cao và nó có vai trò quan

trọng đến các chức năng của tế bào

ĐỊNH NGHĨA VÀ Ý NGHĨA CỦA ACID-BASE

Ion H+ là một proton tự do duy nhất có nguồn gốc

từ môt nguyên tử hydro Các phân tử có chứa các

nguyên tử hydro có thể giải phòng các ion H+ sau

các phản ứng sinh hóa ví dụ như acid Ví dụ acid

hydrochloric (HCl) khi hòa tan trong nước sẽ tạo

thành 2 ion là H+ và Cl- Tương tự như vậy, acid

carbonic (H2CO3) ion hóa trong nước để tạo thành

H+ và HCO3-

Một base là một ion hoặc một phân tử có

thể nhận 1 ion H+ ví dụ như HCO3- là một ion

base vì nó có thể kết hợp với ion H+ để tạo thành

H2CO3 Tương tự HPO4—là một base vì nó có thể

nhận 1 H+ đẻ tạo thành H2PO4- Các protein cơ

thể cũng có chức năng như base vì một số

acidamin tạo nên protein có điện tích âm có khả

năng nhận H+ các hemoglobin của tế bào máu và

các protein trong các tế bào khác của cơ thể là

những base quan trọng nhất của cơ thể

Thuật ngữ base và kiềm là 2 từ đồng nghĩa Chất kiềm là một phân tử được hình thành bởi sự kết hợp của một hoặc nhiều phân tử kiềm như Na, K, Li, v.v… với một ion base ví dụ ion OH- Các base phản ứng nhanh với các ion H+ để nhanh chóng lập lại cân bằng nội môi Tương tự, các chất kiềm phản ứng trong cơ thể loại bỏ các ion H+ dư thừa trong dịch cơ thể, chống lại việc sản xuất ra nhiều H+, trong đó có tình trạng nhiễm toan

Căn cứ xác định acid mạnh-yếu Một acid mạnh

là một chất nhanh chóng phân ly thành một lượng lớn ion H+ trong dung dịch Ví dụ HCl Acid yếu ít

có khả năng phân ly ra ion H+ vì khả năng hoạt động yếu ví dụ H2CO3 Một base mạnh là một chất phản ứng nhanh và mạnh với H+ và nhanh chóng loại bỏ ion H+ ra khỏi dung dịch Ví dụ OH- phản ứng với H+ để tạo thành H2O một base yếu điểm hình là HCO3- vì nó phản ứng với H+ mạnh hơn với OH- Hầu hết các acid và base trong dịch ngoại bào đều là các acid yếu và base yếu trong bài này chúng ta tìm hiểu về 2 chất quan trọng nhất là acid carbonic H2CO3 và ion HCO3-

Nồng độ ion H+ bình thường, sự thay đổi pH của cơ thể khi bị nhiễm toan và nhiễm kiềm

Nồng độ H+ trong máu thường được kiểm soát rất chặt chẽ và duy trì quanh một giá trị trung bình khoảng 0.00004 mEq/L (40 nEq/l) Biến đổi bình thường khoảng 3-5 nEq/L nhưng trong các điều kiện khắc nghiệt thì nồng độ ion H+ có thể nằm trong khoảng 10-160 nEq/L mà không gây ra cái chết

Bởi nồng độ H+ bình thường là rất thấp và các số quá nhỏ nên người ta biểu thị pH thành các số theo hàm logarit Mối liên hệ giữa nồng độ ion H+ và pH của cơ thể được thể hiện qua công thức sau:

pH = log (1/[H+]) = - log [H+ ]

ví dụ bình thường nồng độ H+ là 40nEq/L ( 0.00000004 Eq/L) vậy pH bình thường là:

pH = - log[0.00000004]

pH = 7.4

Từ công thức này có thể thấy pH tỷ lệ nghịch với nồng độ H+ , do đó khi nồng độ H+ cao thì pH nhỏ

và khi nồng độ H+ thấp thì pH lớn

Độ pH bình thường của máu động mạch là 7.4 trong khi pH máu tĩnh mạch và dịch kẽ là 7.35 bởi lường carbon dioxid (CO2) sinh ra từ các mô vào hòa tan trong dung dịch taoh thành H2CO3 (bảng 31-1) Vì bình thường độ pH máu động mạch là 7.4, một người được coi là bị nhiễm toan khi độ pH giảm xuống dưới mức 7.4 và coi là nhiễm kiềm khi

độ pH tăng trên 7.4 giới hạn dưới của độ pH mà ở

đó con người có thể tồn tại được khoảng vài giờ là 6.8 và giới hạn trên của độ pH là khoảng 8.0

pH nội bào thường thấp hơn so với pH huyết tương vì sự trao đổi chất trong tế bào sẽ tạo ra các

CHƯƠNG 31 – THĂNG BẰNG KIỀM TOAN

acid đặc biệt là acid H2CO3 Độ pH của dịch nội

bào được ước tính khoảng 6.0-7.4 thiếu O2 mô và

máu lưu thông kém đến các mô có thể gây ra sự

tích tụ acid và gây giảm pH nội bào Độ pH nước

tiểu có thể dao động trong khoảng 4.5-8.0 tùy thuộc

tình trang cân bằng acid-base của dịch ngoại bào

Như đã biết, thận đống vai trò quan trọng trong việc

điều hòa nồng độ H+ nhờ quá trình bài tiết acid hay

base ở ông thận

Bảng 31-1 pH và nồng độ ion H+ ở các mô trong cơ

thể

Ví dụ điển hình của dịch trong cơ thể có tính

acid là dịch vị dạ dày HCl (được tiết ra từ tế bào

thành của dạ dày), sẽ được nhắc đến kì hơn ở

chương 65 Nồng độ H+ trong các tế bào thành

gấp khoảng 4 triệu lần so với nồng độ ion H+ trong

máu ( pH = 0.8) trong phần còn lại của chương này

sẽ tập trung tới quá trình điều hòa nồng độ ion H+

trong dịch ngoại bào

CƠ CHẾ ĐIỀU HÒA NỒNG ĐỘ H+: HỆ THỐNG

ĐỆM, PHỔI, THẬN.

Ba hệ thống chính điều hòa nồng độ H+ của các

chất dịch trong cơ thể ngăn ngừa sự nhiễm toan

hoặc nhiễm kiềm: (1) hệ thống đệm acid-base trong

các dịch cơ thể, ở đó các chất đệm sẽ kết hợp ngay

với 1 acid hoặc một base để ngăn chặn sự thay đổi

quá lớn nồng độ H+; (2) cơ quan hô hấp là nơi đào

thải CO2 từ dịch ngoại bào ra khỏi cơ thế

( H2CO3).; (3) thận, cơ quan bài tiết acid hoặc kiềm

qua nước tiểu nhờ đó điều hòa nồng độ H+ trong

dịch cơ thể trong mức độ bình thường, không

nhiễm toan hoặc nhiễm kiềm

Khi có sự thay đổi nồng độ H+, các hệ thống

đệm trong dịch cơ thể sẽ phản ứng ngay trong vòng

vài giây để giảm thiểu sự thay đổi này Hệ thống

đệm không thể loại bỏ H+ hoặc thêm H+ cho cơ thể

nhưng nó có khả năng gắn với các acid hoặc base

để tái lập trạng thái cân bằng của cơ thể

Cơ chế điều hòa thứ hai là hệ thống hô hấp, nó

sẽ hoạt động trong vòng vài phút để loại bỏ CO2 và

qua đó loại bỏ H2CO3 ra khỏi cơ thể Hai cơ chế

đầu tiên giữ cho nồng độ H+ không biến đổi quá

nhiều cho đến khi cơ chế thứ 3 được khởi động đó

là thận thận loại bỏ acid hoặc base dư thừa ra khỏi

cơ thể Mặc dù đáp ứng ở thận là tương đói chậm

so với các cơ chế điều hòa khác, trong 1 giờ đến

vài ngày, nhưng đấy là cơ chế điều hòa mạnh nhất

trong các cơ chế điều hòa cân bằng acid-base trong cơ thể

CÁC HỆ THỐNG ĐÊM H+ TRONG DỊCH CƠ THỂ.

Bất kì một hệ thống đệm nào khi phản ứng với H+ cũng có tính thuận nghịch Dạng tổng quát của phản ứng đệm :

Buffer + H ↔ H Buffer

Ví dụ, 1H+ tự do kết hợp với một chất đệm để tạo thành một acid yếu ( đệm H) sau đó acid này vẫn

có khả năng phân ly để giải phòng ra H+ và chất đệm ban đầu khi nồng độ H+ tăng lên thì cân bằng của phản ứng dịch chuyển sang phải và có ngày càng nhiều H+ được liên kết với hệ thống đệm miễn là chất đệm luôn có sẵn ngược lại, khi nồng

độ H+ giảm, phản ứng dịch chuyển sang trái và H+ được giải phóng từ hệ thống đệm bằng cơ chế này, nồng độ H+ trong dịch cơ thể luôn giữ ở mức

ổn định

Tầm quan trọng của hệ thống đệm được thể hiện rõ khi nồng độ H+ thấp trong các dịch cơ thể và lượng tương đối lớn acid được sản xuất ra trong cơ thể

Ví dụ 80 mEq ion H+ được đưa vào cơ thể qua thức ăn hoặc được cơ thể sản xuất ra trong quá trính troa đổi chất trong khi nồng độ bình thường chỉ khoảng 0.00004 mEq/L nếu như không có hệ thống đệm thì việc tiêu hóa thức ăn hang ngày và acid sinh ra trong quá trình trao đổi chất sẽ gây ra

sự thay đổi lớn nồng độ H+ trong cơ thể Hệ thống đệm quan trọng nhất trong dịch cơ thể là hệ thống đệm bicarbonate

HỆ THỐNG ĐỆM BICARBONATE

Hệ thống bicarbonate đệm bao gồm hai thành phần: (1) một axit yếu, H2CO3, và (2) một muối bicarbonate, chẳng hạn như natri bicarbonate (NaHCO3) H2CO3 được hình thành trong cơ thể bằng phản ứng của CO2 với H2O

Phản ứng này chậm, và 1 phần cực nhỏ của H2CO3 được hình thành, trừ khi có thêm enzym anhydrase carbonic Enzyme này là đặc biệt phong phú trong thành phế nang phổi, nơi CO2 được phát hành; anhydrase cũng có mặt trong các tế bào biểu

mô của thận ống, nơi CO2 phản ứng với H2O tạo thành H2CO3 H2CO3 ion hóa yếu để tạo thành một lượng nhỏ H + và HCO3-

Hợp phần thứ hai của hệ thống, muối bicarbonate, chủ yếu là NaHCO3 trong ngoại bào chất lỏng

NaHCO3 ion hóa gần như hoàn toàn để tạo thành

HCO3- và Na + , như sau:

Bây giờ, đưa toàn bộ hệ thống với nhau, chúng

ta có tiếp theo:

Bởi vì H2CO3 phân ly yếu H2CO3, H + tập trung

là cực kỳ nhỏ Khi một axit mạnh như HCl được

thêm vào dung dịch đệm bicarbonate, lượng H +

tang lên từ phân li axit (HCl → H + + Cl- ) được

đệm bởi HCO3

Kết quả là, nhiều H2CO3 hơn được hình thành,

gây tăng CO2 và H2O Từ những phản ứng này, ta

có thể thấy rằng H + từ axit mạnh HCl phản ứng

với HCO3 - tạo thành H2CO3 axit rất yếu, do đó bị

phân huỷ tạo thành CO2và H2O CO2 dư thừa rất

nhiều dẫn tới kích thích hô hấp, trong đó loại bỏ

CO2 từ dịch ngoại bào

Các phản ứng ngược lại diễn ra khi một base

mạnh, chẳng hạn như natri hydroxide (NaOH),

được thêm vào bicarbonate dung dịch đệm

Trong trường hợp này, OH- từ NaOH kết hợp

với H2CO3 để tạo thêm HCO3- Do đó, base yếu

NaHCO3 thay thế bằng base mạnh NaOH Đồng

thời , nồng độ của H2CO3 giảm (vì nó phản ứng

với NaOH), gây ra nhiều khí CO 2 để kết hợp với

H2O để thay thế H2CO3 Do đó , kết quả là CO2

nồng độ trong máu giảm, nhưng lượng CO2 giảm

trong máu ức chế hô hấp và giảm tốc độ của CO2

thở ra Sự gia tăng HCO3- trong máu xảy ra là bù

lại bằng sự gia tăng bài tiết HCO3 – qua thận

ĐỊNH LƯỢNG ĐỘNG NĂNG CỦA HỆ ĐÊM

BICARBONATE

Tất cả các loại axit, kể cả H2CO3, được ion hóa

một mức độ nào Từ cân nhắc cân bằng khối

lượng, nồng độ của H + và HCO3 - tỷ lệ thuận với nồng độ của H2CO3

Đối với axit bất kỳ, nồng độ tương đối axit của nó ion phân ly được xác định bởi sự hằng số phân ly K '

Phương trình này chỉ ra rằng trong một dung dịch H2CO3, các lượng H + tự do bằng

Nồng độ của H2CO3 không phân ly không thể

đo bằng dung dịch bởi vì nó nhanh chóng phân ly thành CO2 và H2O hoặc H + và HCO3- Tuy nhiên, lượng CO2 hòa tan trong máu là tỷ lệ thuận với số lượng của H2CO3 không phân ly Do đó, phương trình 2 có thể được viết lại như sau

Hằng số phân ly (K) cho phương trình (3) chỉ là khoảng 1/400 của hằng số phân ly (K ') của phương trình 2 vì tỷ lệ tương xứng giữa H2CO3 và CO2 là 1: 400

Phương trình 3 được viết về tổng số CO2 hòa tan trong dung dịch Tuy nhiên, hầu hết các thử nghiệm lâm sàng đo lường áp lực CO2 máu (pCO2) lớn hơn lượng CO2 thực tế Tuy nhiên, lượng CO2 trong máu là một hàm tuyến tính của pCO2 nhân với hệ số khả năng hòa tan CO2, ở điều kiện sinh lý hệ số hòa tan CO2 là 0,03 mmol /

mm Hg ở nhiệt độ cơ thể Điều này có nghĩa là 0.03 mmol của H2CO3 là hiện diện trong máu cho mỗi

mm Hg PCO2 đo được Do đó, phương trình 3 có thể được viết lại như sau

Cân bằng Henderson-Hasselbalch Như đã thảo luận trước đó,lượng H+ thể hiện bởi độ pH chứ không phải nồng độ H+ thực tế Nhớ lại độ pH là định nghĩa là pH = -log [H +]

Hằng số phân ly (pK) có thể được thể hiện trong một cách thức tương tự

Do đó, chúng ta có thể biểu thị lượng H + ở cân

bằng ( 4) trong các đơn vị pH bằng cách lấy logarit

của phương trình, trong đó

Vì thế,

Thay vì làm việc với một logarit âm , chúng ta có

thể thay đổi các dấu hiệu của lôgarit và đảo ngược

tử số và mẫu số , ta được

Đối với hệ thống đệm bicarbonate, các pK là 6,1, và

( 7) có thể được viết như

Phương trình( 8) là phương trình

Henderson-Hasselbalch, và với nó, người ta có thể tính toán

pH của dung dịch nếu biết nồng độ mol của HCO3 -

và pCO2 Từ phương trình

Henderson-Hasselbalch, ta thấy sự gia tăng HCO3 - làm cho

độ pH tăng, chuyển dịch cân bằng acid-base đối với

nhiễm kiềm Sự tăng pCO2 làm cho pH giảm,

chuyển cân bằng acid-base đối với nhiễm toan

Các phương trình Henderson-Hasselbalch,

ngoài xác định các yếu tố quyết định điều chỉnh độ

pH bình thường và cân bằng acid-base trong dịch

ngoại bào, cung cấp cái nhìn sâu sắc về sự kiểm

soát sinh lý của thành phần acid và base của dịch

ngoại bào Như đã thảo luận , nồng độ HCO3 -

được điều tiết chủ yếu qua thận, trong khi các

pCO2 trong dịch ngoại bào được điều khiển bởi hô

hấp Bằng cách tăng tỷ lệ hô hấp, phổi loại bỏ CO2

khỏi huyết tương, và bằng cách giảm hô hấp, phổi

nâng pCO2 Sinh lý bình thường kết quả cân bằng

acid-base là sự phối hợp của cả hai cơ quan phổi

và thận, và các rối loạn acid-base xảy ra khi một

hoặc cả hai cơ chế kiểm soát được suy yếu, làm

thay đổi hoặc là HCO3 - hoặc pCO2 của dịch

ngoại bào

Khi rối loạn cân bằng acid-base từ thay đổi

HCO3- dịch ngoại bào, chúng được gọi rối loạn

acid-base chuyển hoá Do đó, toan do giảm HCO3 -

được gọi là nhiễm toan chuyển hóa, trong khi

nhiễm kiềm do gia tăng HCO3 - được gọi là nhiễm kiềm chuyển hóa Toan gây ra bởi một tăng pCO2 được gọi là nhiễm toan hô hấp, trong khi nhiễm kiềm do giảm pCO2 được gọi là nhiễm kiềm hô hấp

Đường cong chuẩn độ hệ đệm Bicarbonat

Hình 31-1 cho thấy những thay đổi pH của dịch ngoại bào khi tỷ lệ của HCO3 - và CO2 trong dịch ngoại bào thay đổi Khi nồng độ của hai thành phần này bằng nhau, phần bên phải của phương trình (8) trở thành log của 1, bằng 0 Do đó, khi hai các thành phần của hệ thống đệm bằng nhau, độ pH của dung dịch bằng pK (6.1) của bicarbonate hệ thống đệm Khi base được thêm vào hệ thống, một phần của CO2 hòa tan được chuyển đổi thành HCO3- , gây ra tăng tỷ lệ của HCO3 - /CO2 và tăng

pH, từ phương trình Henderson-Hasselbalch Khi axit được thêm vào, nó được đệm bởi HCO3 - , trong đó sau đó được chuyển đổi thành CO2 hòa tan, giảm tỷ lệ HCO3 - /CO2 và giảm độ pH của dịch ngoại bào

"Đệm điện" xác định bằng lượng và nồng

độ tương đối của các thành phần đệm Từ

đường cong chuẩn độ trong hình 31-1, ta thấy một

số điểm rõ ràng Đầu tiên, độ pH của hệ thống là giống như pK khi từng thành phần (HCO3 - và CO2) tạo thành 50% của tổng nồng độ của hệ thống đệm Thứ hai, hệ thống đệm là hiệu quả nhất trong các trung tâm một phần của đường cong, nơi

mà độ pH gần pK của hệ thống Hiện tượng này có nghĩa là thay đổi độ pH cho bất kỳ lượng nhất định của axit hoặc base bổ sung vào hệ thống là nhất là khi độ pH gần pK của hệ thống Bộ đệm hệ thống vẫn còn hiệu quả khi để đơn vị 1.0 pH ở hai bên của pK, mà đối với các hệ thống đệm bicarbonate kéo dài từ một độ pH khoảng 5,1-7,1 đơn vị ngoài khoảng giới hạn, đệm điện nhanh chóng giảm Và khi tất cả lượng CO2 đã được chuyển đổi thành HCO3 - hoặc khi tất cả các HCO3- đã được chuyển đổi thành CO2, hệ thống không có đệm điện Nồng độ tuyệt đối của các bộ đệm cũng là một

là yếu tố quan trọng trong việc xác định độ mạnh của một bộ đệm hệ thống Với nồng độ thấp của các bộ đệm, chỉ có một nhỏ lượng axit hoặc base

bổ sung vào dung dịch làm thay đổi pH đáng kể

Đệm bicarbonate là quan trọng nhất trong các

bộ đệm của dịch ngoại bào Từ đường cong

chuẩn độ thể hiện trong Hình 31-1, người ta sẽ không mong đợi bộ đệm bicarbonate mạnh vì hai lý do: Thứ nhất, độ pH của dịch ngoại bào là khoảng 7,4, trong khi pK của hệ thống đệm bicarbonate là 6,1, có nghĩa là có là khoảng 20 lần so với đệm bicarbonate Vì lý do này, hệ thống này hoạt động dựa trên phần của đường cong đệm nơi độ dốc

thấp và điện đệm là thấp Thứ hai, nồng độ của các

hai yếu tố của hệ thống bicarbonate, CO2 và HCO3

-, là không lớn

Mặc dù có những đặc điểm trên, hệ đệm

bicarbonate hệ thống là bộ đệm ngoại bào mạnh

nhất trong cơ thể Nghịch lý này là do thực tế hai

yếu tố của hệ thống đệm, HCO3 - và CO2, được

điều chỉnh tương ứng, bởi thận và phổi Như một

kết quả của các quy định này, độ pH của dịch ngoại

bào có thể được kiểm soát chính xác bởi các tỷ lệ

bổ sung của HCO3 - bằng thận và tỷ lệ loại bỏ

CO2 bằng phổi

HỆ THỐNG ĐỆM PHOSPHAT

Mặc dù hệ thống đệm phosphat không quan trọng

như một hệ đệm dịch ngoại bào, nó đóng một vai

trò quan trọng trong dịch đệm ở ống thận và các

dịch bên trong tế bào

Các yếu tố chính của hệ thống đệm phosphate là

H2PO4- và HPO4 2- Khi một axit mạnh như HCl

được thêm vào một hỗn hợp của hai chất này, các

hydro được chấp nhận bởi các base HPO4 2- và

chuyển đổi để thành H2PO4

Kết quả của phản ứng này là các axit mạnh HCl,

được thay thế bằng một axit yếu, NaH2PO4, và độ

pH được giảm thiểu Khi một base mạnh, chẳng

hạn như NaOH, được thêm vào hệ thống đệm, OH-

được đệm bởi H2PO4- hình thành HPO4 + H2O

Trong trường hợp này, một base mạnh, NaOH,

đang được thay thế bằng một base yếu ,

Na2HPO4, chỉ làm pH tăng nhẹ

Hệ thống đệm phosphat có pK của 6.8, giá trị đó

không xa pH bình thường trong dịch cơ thể là 7,4 ;

điều này cho phép hệ thống đệm hoạt động gần tối

đa Tuy nhiên, nồng độ của nó trong dịch ngoại bào

là thấp, chỉ khoảng 8% của bộ đệm bicarbonate Do

đó, tổng số đệm điện của hệ thống phosphate trong

dịch ngoại bào là ít hơn nhiều so với đệm

bicarbonate hệ thống

Ngược lại với vai trò nhỏ của nó như là một bộ

đệm ngoại bào, bộ đệm phosphate đặc biệt quan

trọng trong việc hình ống dịch tiết của thận vì hai lý

do: (1) phosphate thường trở nên tập trung rất

nhiều ở ống thận, do đó tăng sức mạnh đệm của hệ

thống phosphate, và (2) các dịch trong ống thường

có pH thấp hơn một cách đáng kể so với pH dịch

ngoại bào làm pH bộ đệm gần với pK (6.8) của hệ

thống

Hệ thống đệm phosphat cũng quan trọng trong

bộ đệm dịch nội bào vì nồng độ phosphate trong

dịch này là nhiều hơn so với các dịch ngoại bào Ngoài ra, độ pH của dịch trong tế bào thấp hơn của dịch ngoại bào và do đó thường là gần hơn với các

pK của hệ đệm phosphat so với dịch ngoại bào

PROTEIN ĐÓNG VAI TRÒ QUAN TRỌNG TRONG

HỆ ĐỆM NỘI BÀO

Protein là một trong những hệ đệm phong phú nhất trong cơ thể vì có nồng độ cao đặc biệt ở nội bào

pH trong tế bào, dù thường thấp hơn so với dịch ngoại bào nhưng có sự thay đổi gần như tương ứng với sự thay đổi pH của dịch ngoại bào H+ và HCO3- khếch tán nhẹ qua màng tế bào mặc dù những ion này phải mất một vài giờ để đạt được trạng thái cân bằng với dịch ngoại bào ( ngoại trừ

sự cân bằng được thiết lập nhanh chóng ở các tế bào hồng cầu) Tuy nhiên CO2 có thể khuếch tán nhanh chóng qua màng tế bào Sự khuếch tán qua màng tế bào của các yếu tố của hệ đệm bicacbonat

là nguyên nhân của hiện tượng pH nội bào thay đổi theo sự thay đổi của pH ngoại bào Vì lí do này, các

hệ đệm trong tế bào có thể giúp ngặn chặn sự thay đổi pH ngoại bào nhưng phải mất vài giờ mới có thể đạt được hiệu quả tối đa

Trong tế bào hồng cầu, hemoglobin là một hệ đệm quan trọng

H+ + Hb  HHb Khoảng 60-70% các hệ đệm hóa học của dịch

cơ thể nằm trong tế bào, và hầu hết các kết quả này đến từ protein nội bào Tuy nhiên, ngoại trừ hồng cầu, sự vận chuyển chậm của H+ và HCO3- khiến cho thường mất vài giờ mới đạt được khả năng đệm tối đa của protein nội bào trong trường hợp mất cân bằng kiềm toan ngoại bào

Ngoài nồng độ cao trong tế bào, một yếu tố khác góp phần vào khả năng đệm của protein là pKs của nhiều hệ thống protein khá gần với pH nội bào

Nguyên tắc isohydric: Mục đích của tất cả hệ đêm là thiết lập cân bằng với nồng độ H+

Chúng ta đã thảo luận về các hệ đệm một cách riêng rẽ trong dịch cơ thể Nhưng trong thực tế tất

cả các hệ đệm đều hoạt động cùng nhau vì H+ thường xuất hiện trong các phản ứng của các hệ đệm Vì vậy, bất cứ khi nào thay đổi nồng độ H+ ngoại bào đều thay đổi sự cân bằng của các hệ đệm cùng lúc Hiện tượng này được gọi là nguyên tắc isohydric, và được minh họa bằng công thức: H+ = K1 x HA1/A1 + K2 x HA2/A2 + K3 x HA3/A3 K1, K2, K3 là hằng số phân ly của 3 axit tương ứng, HA1 , HA2 , HA3 và A1 , A2 , A3 là nồng độ của các ion âm tự do cơ sở của 3 hệ thống đệm

Ý nghĩa của nguyên tắc này là bất kì yếu tố nào làm thay đổi cân bằng của một trong các hệ thống đệm

cũng làm thay đổi sự cân bằng của các hệ đệm

khác vì các hệ đệm trao đổi H+ với nhau

CƠ CHẾ BÙ HÔ HẤP TRONG CÂN BẰNG

ACID-BASE

Phương pháp thứ 2 để điều chỉnh rối lạn kiềm toan

là điều chỉnh nồng độ CO2 ngoại bào nhờ phổi Sự

tăng thông khí giúp làm giảm CO2 ngoại bào, qua

đó là giảm nồng độ H+ Ngược lại, giảm thông khí

làm tăng CO2 ngoại bào dẫn đến tăng nồng độ H+

PHỔI THẢI RA CO2 GIÚP CÂN BẰNG QUÁ

TRÌNH TRAO ĐỔI CO2

CO2 được hình thành liên tục trong cơ thể do quá

trình trao đổi chất nội bào Sau khi được hình

thành, nó khuếch tán từ tế bào vào dịch kẽ, máu và

dòng máu vận chuyển CO2 đến phổi, nơi nó được

khuếch tán và các phế nang và ra ngoài nhờ hoạt

động trao đổi khí của phổi thường khoảng 1.2

mol/L CO2 được hòa tan trong dịch ngoại bào,

tương ứng với pCO2 tầm 40mmHG

Nếu tốc độ chuyển hóa hình thành CO2 tăng,

pCO2 cũng tăng theo Tương tự nếu chuyển hóa

giảm, pCO2 cũng giảm Nếu tỷ lệ thông khí phổi

tăng lên, CO2 được thải ra ngoài nhiều và pCO2

trong giảm dịch ngoại bào Do đó, những thay đổi

trong thông khí phổi hoặc tốc độ hình thành CO2

bởi các mô có thể thay đổi pCO2 dịch ngoại bào

TĂNG THÔNG KHÍ PHỔI LÀM GIẢM NỒNG ĐỘ

H+ DỊCH NGOẠI BÀO VÀ LÀM TĂNG PH

Nếu chuyển hóa tạo CO2 vẫn không đổi, chỉ có các

yếu tố ảnh hưởng đến pCO2 trong dịch ngoại bào

là tốc độ thông khí ở phổi Thông khí phế nang

càng cao, pCO2 càng thấp Như đã thảo luận trước

đây, khi CO2 nồng độ tăng lên, nồng độ H2CO3 và

H+ cũng tăng lên, do đó làm giảm pH dịch ngoại

bào

Hình 31-2 cho thấy những thay đổi gần đúng pH

máu khi tăng hoặc giảm tốc độ thông khí ở phổi

Lưu ý rằng việc tăng thông khí phế nang gấp đôi

bình thường làm tăng pH của dịch ngoại bào

khoảng 0,23 Nếu pH của dịch cơ thể là 7.40 với

thông khí phổi bình thường, tăng gấp đôi tốc độ

thông khí làm tăng pH lên khoảng 7.63 Ngược lại, giảm thông khí phế nang đến một phần tư bình thường làm giảm độ pH khoảng 0,45 VÌ thế nếu pH 7.4 thông khí phổi bình thường, làm giảm thông khí đến một phần tư bình thường làm giảm độ pH đến 6.95 Bởi vì tỷ lệ thông khí ở phổi có thể thay đổi đáng kể, từ mức thấp 0 đến cao như 15 lần bình thường, người ta có thể dễ dàng hiểu được pH của

cơ thể có thể bị thay đổi như thế nào khi thay đổi hoạt động của bộ máy hô hấp

TĂNG NỒNG ĐỘ H+ LÀM GIẢM THÔNG KHÍ PHẾ NANG

Không chỉ thông khí phế nang ảnh hưởng đến nồng

độ H+ thông qua thay đổi pCO2 dịch cơ thể mà nồng độ H+ cũng ảnh hưởng đến thông khí phế nang Như vậy, Hình 31-3 cho thấy tốc độ thông khí

ở phổi tăng 4-5 lần bình thường khi pH giảm từ giá trị bình thường là 7,4 tới giá trị axit mạnh 7.0

Ngược lại, gia tăng pH plasma trên 7.4 gây ra sự sụt giảm tốc độ thông khí Mức thay đổi tốc độ thông khí/1 đơn vị pH thay đổi khi pH giảm (tương ứng nồng độ H+ cao) lớn hơn nhiều khi pH tăng Lí do của hiện tương này là khi tốc độ thông khí giảm (như là kết quả của sự tăng pH ) lượng oxy đi vào máu sẽ giảm, đồng thời áp suất riêng phần của oxi là pO2 cũng giảm nên kích thích tăng thông khí Do đó , việc bù hô hấp để tăng pH hầu như không có hiệu quả bằng đáp ứng đó để giảm pH

Feedback Của Nồng Độ H+ Bởi Hệ Hô Hấp Bởi

vì tăng nồng độ H+ kích thích hô hấp và tăng thông khí ở phổi làm giảm nồng độ H+, vì thế hệ hô hấp hoạt động như một bộ phản hồi feedback cho nồng

độ H+

Bất cứ khi nào nồng độ H+ tăng hơn bình thường, hệ hô hấp sẽ bị kích thích làm tăng thông khí phế nang Cơ chế này làm giảm pCO2 trong dịch ngoại bào và làm giảm pH về mức bình thường Ngược lại nếu nồng độ H+ giảm xuống dưới bình thường, trung tâm hô hấp bị ức chế, giảm thông khí ở phổi và nồng độ H+ dần tăng về bình thường

Hiệu Quả Kiểm Soát Hô Hấp Của Nồng Độ H+

Kiểm soát hô hấp không thể đưa nồng độ H+ hoàn toàn về bình thường trong trường hợp có một nguyên nhân mất cân bằng ngoài hệ hô hấp ảnh hưởng đến pH Ví dụ, nếu pH đột ngột giảm bằng cách thêm axit vào dịch ngoại bào và pH giảm xuống 7,4-7,0, hệ thống hô hấp có thể giúp pH trở lại đến giá trị khoảng 7,2-7,3 Phản ứng này xảy ra trong vòng 3-12 phút

Khả Năng Đệm Của Hệ Hô Hấp Khả năng bù

bằng hô hấp của cân bằng acid- base là một loại

sinh lý của hệ thống đệm vì nó hoạt động nhanh

chóng và giữ cho nồng độ H+ không thay đổi quá

nhiều cho đến khi thận từ từ đáp ứng bù lại mất cân

bằng kiềm toan Nhìn chung, khả năng đệm của hệ

hô hấp bằng 1-2 lần khả năng đệm của tất cả các

hệ đệm hóa học trong cơ thể cộng lại

Suy Giảm Chức Năng Phổi Có Thể Gây Ra Toan

Hô Hấp Chúng tôi đã thảo luận cho đến nay, hoạt

động hô hấp bình thường là để đệm cho sự thay

đổi nồng độ H+ Tuy nhiên các bất thường về hô

hấp cũng có thể gây ra thay đổi nồng độ H+ Ví dụ,

suy giảm chức năng phổi, chẳng hạn như bệnh khí

phế thủng, làm giảm khả năng thải CO2 của phổi,

gây ra một sự tích tụ CO2 trong dịch ngoại bào nên

dễ nhiễm toan hô hấp Ngoài ra, khả năng đáp ứng

với nhiễm toan chuyển hóa bị suy yếu vì khả năng

bù bằng hô hấp bị suy giảm Trong những trường

hợp này, thận đại diện cho các cơ chế sinh lý còn

lại duy nhất để đưa pH về bình thường sau khi đệm

hóa học ban đầu trong dịch ngoại bào đã xảy ra

VAI TRÒ ĐIỀU HÒA CÂN BẰNG ACID-BASE CỦA

THẬN

Thận điều hòa cân bằng acid-base bằng con đường

bài tiết cả các ion acid và base theo nước tiểu Bài

tiết nước tiểu acid làm giảm nồng độ acid của dịch

ngoại bào trong khi bài tiết nước tiểu base làm giảm

nồng độ kiểm

Cơ chế tổng quát của sự điều hòa này như sau:

Một số lượng lớn ion HCO3- được lọc vào trong

ống thận, và tiếp tục được thải ra qua nước tiểu,

điều này làm giảm nồng độ kiểm máu Cũng một

lượng lớn ion H+ được lọc vào trong ống thận bởi

các TB nội mô, làm giảm nồng độ H+ máu Nếu

lượng H+ được bài tiết nhiều hơn là HCO3-, sẽ có

sự mất acid hệ thống, ngược lại nếu HCO3- được

lọc nhiều hơn, có sự mất kiềm hệ thống

Mỗi ngày, cơ thể sản xuất khoảng 80 mEq acid

cố định, chủ yếu bởi quá trình chuyển hóa protein

Những acid này được gọi là acid cố định (không

bay hơi), là bởi vì chúng không thể được thải ra ở

phổi như H2CO3 Cơ chế đầu tiên đào thải các acid

này là sự bài tiết của thận Thận cũng đồng thời

phải ngăn chặn sự mất HCO3- qua nước tiểu, điều

này quan trọng hơn là sự bài tiết các acid cố định

Mỗi ngày, thận lọc khoảng 4320 mEq HCO3- Ở

điều kiện bình thường, hầu hết chúng được tái hấp

thu ở ống thận, nhờ đó duy trì nồng độ của hệ đệm

chính trong dịch ngoại bào

Như đã phân tích sau đây, cả sự tái hấp thu

HCO3- và sự đào thải H+ được hoàn thành qua hệ

thống ống thận Bởi vì HCO3- cần phải phản ứng

với một ion H+ để trở thành H2CO3 trước khi nó

được hấp thu, 4320 mEq H+ được loại bỏ mỗi ngày

chỉ để tái hấp thu HCO3- Thêm vào đó, 80 mEq H+

cần phải được bài tiết để làm giảm nồng độ acid do

các acid cố định tạo ra mỗi ngày, tổng cộng, mỗi ngày có 4400 mEq H+ được bài tiết vào trong lòng ống thận

Khi có sự giảm H+ trong dịch ngoại bào (nhiễm kiềm), thận bài tiết ít H+ hơn, như vậy không thể tái hấp thu hoàn toàn HCO3-  làm tăng sự bài tiết HCO3- qua nước tiểu Do đó, trong nhiễm kiềm, sự mất HCO3- làm tăng nồng độ H+ trong dịch ngoại bào trở lại bình thường

Trong nhiễm toan, thận bài tiết thêm H+ nhưng không bài tiết HCO3- vào trong nước tiểu mà tái hấp thu hoàn toàn HCO3-, đồng thời tạo HCO3- mới, và cung cấp lại HCO3- cho dịch ngoại bào, nhờ đó làm giảm H+ của dịch ngoại bào xuống Như vậy, thận điều chỉnh nồng độ H+ của dịch ngoại bào qua 3 cơ chế chính: (1) Bài tiết H+, (2) Tái hấp thu và lọc HCO3-, (3) Sản xuất HCO3- mới Tất cả các quá trình này, được hoàn thành bởi cơ chế bài tiết cơ bản, sẽ được nói trong phần tiếp theo

SỰ BÀI TIẾT H+ VÀ SỰ TÁI HẤP THU HCO3- Ở ỐNG THẬN

Sự bài tiết ion H+ và tái hấp thu HCO3- xảy ra ở hầu hết các phần của ống thận trừ nhánh xuống và phần mảnh của nhánh lên quai Henle Hình 31-1 đã tổng kết quá trình tái hấp thu HCO3- dọc theo ống thận Luôn nhớ rằng với mỗi HCO3- được tái hấp thu, một ion H+ được đào thải

Khoảng 80-90% HCO3- tái hấp thu (và H+ bài tiết) được thực hiện ở ống lượn gần, chỉ một số ít HCO3- xuống ống lượn xa và ống góp Ở đoạn dày của nhánh lên quai Henle, khoảng 10% HCO3- nữa được tái hấp thu, và phần còn lại được hấp thu ở ống lượn xa và ống góp Như đã nói trước, cơ chế hấp thu của HCO3- cũng bao gồm cả sự bài tiết H+, nhưng có sự khác biệt về vị trí thực hiện hai nhiệm vụ này

Hình 31-4 quá trình tái hấp thu ion bicarbonat trên

những đoạn khác nhau của ống thận Tỉ lệ % của HCO3- được lọc cũng như HCO3- được tái hấp

thu, theo các đoạn khác nhau, với đơn vị mEq trong

1 ngày, ở điều kiện thường

Hình 31-5 Cơ chế TB học của (1) sự bài tiết H+

vòa trong lòng ống thận (2) ống thận tái hấp thu

HCO3- bằng cách kết hợp H+ với HCO3- thành

acid carbonic, mà sau đó lại phân ly thành CO2 và

nước (3) ion Na, được tái hấp thu nhờ sự trao đổi

với H+ được bài tiết Quá trình này xảy ra ở ống

lượn gần, đoạn dày của nhánh lên quai Henle và

đoạn đầu ống lượn xa

H+ ĐƯỢC BÀI TIẾT BỞI SỰ HOẠT HÓA LẦN 2 Ở

PHẦN ĐẦU CỦA HỆ THỐNG ỐNG THẬN.

TB biểu mô của ống lượn gần, phần dày của nhánh

lên quai Henle và đoạn đầu ống lượn xa đều bài tiết

H+ nhờ kênh Na-H, được biểu diễn ở hình 31-5 Cơ

chế bài tiết này hoạt động theo cặp với sự vận

chuyển Na vào TB ở màng sinh chất bởi kênh

Na-H, và năng lượng cho sự bài tiết H+ chống lại

Gradien được lấy từ sự di chuyển theo gradien của

Na+ vào TB Gradien Na này lại được tạo ra bởi

kênh

Na-K ATPase, trên màng TB Khoảng 95% HCO3-

được tái hấp thu theo cách này, đáp ứng nhu cầu

bài tiết khoảng 4000 mEq H+ của cơ thể mỗi ngày

Cơ chế này, tuy vậy không hoàn toàn thích hợp khi

nồng độ H+ đã quá cao trong lòng ống Dịch trong

ống thận lúc này trở nên rất acid trong các ống

lượn xa và ống góp

Hình 31-5 cho thấy cách thức H+ được bài tiết

đồng thời với HCO3- được tái hấp thu Quá trình

này bắt đầu khi CO2 hoặc được khuếch tán từ

trong lòng ống thận vào TB ống thận hoặc được tạo

ra do chuyển hóa, kết hợp với nước để tạo thành

H2CO3, sau đó phân ly thành HCO3- và H+ H+ thì

được bài tiết ra khỏi TB ống thận vào trong lòng

ống bởi kênh Na-H Điều này xảy ra khi có một ion

Na được trao đổi với H+: đầu tiên Na gắn vào một

protein mang trên màng TB thành ống bên ngoài,

cùng lúc, một ion H+ được gắn vào phần trong TB

của protein này, sau đó hai thành phần này được

trao đổi qua kênh Na di chuyển vào TB theo

gradien nồng độ được tạo ra bởi bơm Na-K ATPase

trên màng TB phần tiếp xúc với dịch kẽ Gradien

này cung cấp năng lượng cho Na di chuyển vào

trong TB đồng thời cũng làm cho H+ di chuyển sang bên đối diện, từ bên trong TB thành ống HCO3- sinh ra trong TB sau khi phân ly H2CO3 sau đó được vận chuyển vào dịch gian bào của ống thận, và sau đó trở về tuần hoàn Kết quả là H+ hệ thống được đào thải vào trong lòng ống thận và HCO3- được tái hấp thu vào máu

HCO3- ĐƯỢC LỌC SAU ĐÓ TÁI HẤP THU BỞI

SỰ TƯƠNG TÁC VỚI H+ TRONG ỐNG THẬN

Ion bicarbonat không hề thấm dễ dàng qua màng

TB ống thận, do đó HCO3- được lọc ra ở tiểu cầu thận không thể được tái hấp thu trực tiếp Thay vào

đó, HCO3- được tái hấp thu bởi một quá trình đặc biệt mà trong đó, đầu tiên nó phải được tổ hợp với H+ thành H2CO3, rồi phân ly thành CO2 và nước, được thể hiện ở hình 31-5

Quá trình tái hấp thu này được khởi đầu bởi một

phản ứng trong ống thận giữa HCO3- được lọc ra ở cầu thận và H+ được bài tiết bởi TB thành ống

thận H2CO3 tạo ra trong quá trình này phân ly

ngay thành CO2 và nước, CO2 có thể dễ dàng khuếch tán qua màng TB ống để vào trong TB ống thận, nơi mà nó được phản ứng với nước để tạo thành một phân tử H2CO3 mới dưới xúc tác của Carbonic anhydrase H2CO3 này lại phân ly thành HCO3- và H+, HCO3- khuếch tán vào trong dịch gian bào và được mang về tuần hoàn cơ thể

Sự vận chuyển HCO3- qua màng TB vào mô kẽ được thực hiện bởi 2 cơ chế: (1) kênh Na+-HCO3- trên màng TB ống lượn gần và (2) kênh Cl-HCO3-

ở đoạn cuối ống lượn gần, đoạn dày nhánh lên quai Henle, và ống góp

Như vậy mỗi H+ được tạo thành trong lòng TB ống thận thì một HCO3- cũng đồng thời được tạo ra

và giải phóng vào máu Ảnh hưởng hệ thống của

phản ứng này là sự tái hấp thu HCO3- từ lòng ống thận dù phân tử HCO3- đi vào dịch kẽ không phải là phân tử HCO3- được lọc ra trước đó Sự tái hấp thu dịch lọc này không ảnh hưởng đến dự trữ H+ của hệ thống vì H+ dự trữ gắn với HCO3- trong dịch lọc, và do đó không được bài tiết ra ngoài

HCO3- được “chuẩn độ” bởi H+ trong lòng ống thận Ở điều kiện thường, tỉ lệ H+ bài tiết khoảng

4400 mEq/ngày, và tỉ lệ lọc của HCO3- khoảng

4320 mEq/ngày Như vậy, số lượng 2 ion này tiến vào ống thận là tương đương nhau, chúng kết hợp với nhau và tạo thành CO2 và nước Do đó, người

ta nói rằng HCO30 và H+ bình thường “chuẩn độ” nhau trong dịch lọc

Sự “chuẩn độ” này không phải bao giờ cũng hoàn toàn chính xác vì thường có sự vượt hơn nhẹ của H+ (khoảng 80 mEq/ngày) giải thoái cho cơ thể khỏi sự ngộ độc các acid cố định tạo ra do chuyển hóa Như sẽ giải thích sau đây, hầu hết H+ này không được bài tiết dưới dạng tự do mà thường là trong sự kết hợp với các yếu tố khác của hệ đệm trong nước tiểu, như ion phosphat và NH3

Khi có sự vượt lên quá mức của HCO3 so với

H+ trong nước tiểu, như trong kiềm chuyển hóa,

lượng HCO3- tăng lên này không thể được tái hấp

thu, do đó, lượng HCO3- này tồn dư trong lòng ống

thận và được bài tiết ra ngoài trong nước tiểu Giúp

xừ lý tình trạng nhiễm kiềm chuyển hóa

Trong nhiễm toan, có sự tăng H+ so với HCO3-

làm tăng sự tái hấp thu HCO3- đến mức tái hấp thu

hoàn toàn HCO3- H+ được bài tiết vào trong nước

tiểu dưới dạng các tổ hợp với các đệm của nước

tiểu đặc biệt là ion phosphat và NH3 Như vậy cơ

chế căn bản của sự điều tiết cân bằng acid-base

của thận là bởi sự cân bằng không hoàn toàn giữa

nồng độ H+ với HCO3- Bài tiết một trong hai ion

vào trong nước tiểu và lấy đi chúng từ dịch ngoại

bào

HOẠT HÓA THỨ NHẤT CỦA H+ TRONG QUÁ

TRÌNH BÀI TIẾT Ở ĐOẠN CUỐI ỐNG LƯỢN XA

VÀ ỐNG GÓP.

Bắt đầu từ đoạn cuối ống lượn xa và tiếp tục cho

đến hết đoạn còn lại của hệ thống ống thận, các tb

biểu mô ống bài tiết H+ nhờ kênh hoạt hóa thứ

nhất Tính chất của quá trình vận chuyển này khác

với cơ chế đã nói ở trên của ống lượn gần một

phần quai Henle và đoạn đầu ống lượn xa đã trình

bày ở trên

Hình 31-6 Hoạt hóa thứ nhất của H+ trong quá

trình bài tiết qua màng TB, của TB biểu mô typ A

đoạn sau của ống lượn xa và ống góp TB typ A có

bơm H+ATPase và H+-K+ ATPase trên màng Các

bơm này bài tiết H+ trong khi tái hấp thu HCO3- và

K+ khi có nhiễm toan Lưu ý rằng HCO3- được tái

hấp thu với mỗi H+ được bài tiết, và một Cl- được

trao đổi thụ động cùng với H+

Cơ chế của sự hoạt hóa thứ nhất của H+ được

trình bày ở chương 28, và được tóm tắt ở hình

31-6 Nó xảy ra ở màng TB ống thận, khi H+ được vận

chuyển trực tiếp bởi một protein đặc hiệu, một bơm

H+ATPase và một bơm H+-K+ATPase Năng lượng

cần thiết cho các protein này được lấy từ sự phân

giải ATP thành ADP

Hoạt hóa thứ nhất của H+ xảy ra trong một TB đặc biệt gọi là TB typ A của đoạn cuối ống lượn xa

và ống góp Ion H+ trong các TB này được bài tiết qua 2 bước: (1) CO2 trong TB phản ứng với nước tạo ra H2CO3, và (2) H2CO3 phân ly thành HCO3-, rồi được tái hấp thu vào máu, ion H+ thì được bơm

ra bởi một trong hai loại protein trên Với mỗi H+ được bài tiết, một HCO3- được tái hấp thu, tương

tự như là quá trình ở ống lượn gần Khác biệt chính

là H+ di chuyển qua màng bởi một bơm H+ chủ động thay vì một kênh protein hai chiều như ở phần trước của nephron

Mặc dù sự bài tiết H+ ở đoạn cuối ống lượn xa

và ống góp chỉ chiếm khoảng 5% của tổng H+ bài tiết Nhưng cơ chế này rất quan trọng trong việc acid hóa tối đa nước tiểu Ở ống lượn gần, nồng độ H+ có thể được làm tăng lên 3-4 lần và PH của dịch lọc có thể giảm còn 6.7, mặc dù một lượng lớn H+ được bài tiết bởi đoạn này của Nephron nhưng nồng độ H+ còn có thể được làm tăng lên tới 900 lần ở ống góp Cơ chế này làm giảm PH của dịch lọc xuống tới 4.5, độ PH thấp hơn cả giới hạn dưới của PH nhu mô thận có thể đạt được

KẾT HỢP H+ DƯ THỪA VỚI PHOSPHAT VÀ AMINO Ở HỆ THỐNG ĐỆM TẠO RA HCO3 MỚI TRONG ỐNG LƯỢN

Khi H+ được bài tiết vượt quá mức của HCO3 hấp thu vào trong dịch ở ống thận, chỉ có một phần nhỏ H+ sư thừa được bài tiệt dưới dạng uon trong nước tiểu Đây là do độ pH nước tiểu tối thiểu khoảng 4,5 tương ứng với nồng độ H+ là 10^-4,5 mEq/l hay 0,03 mEq/l Như vậy, đối với mỗi lít nước tiểu được hình thành, tối đa chỉ bài xuất khoảng 0,03 mEq H+ tư do Để có thể bài tiết ra 80mEq acid không bay hơi được hình thành từ sự trao đổi chất mỗi ngày thì có khoảng 2667 l nước tiểu phải được đào thải nếu H+ tự do vẫn trong dung dịch

Thải ra một lượng lớn H+ ( như 500mEq/ngày) trong nước tiểu được thực hiện chủ yếu bằng cách kết hợp H+ với hệ thống đệm trong dung dịch Các

bộ đệm quan trọng nhật là bộ đệm phosphate và bộ đệm ammoniac Ngoài ra còn có có hệ thống đệm yếu khác như đệm urat và citrate nhưng ít quan trong hơn

Khi H+ được chuẩn độ trong ống thân với HCO3- điều này dẫn đến sự tái hấp thu một HCO3 cho mỗi H+ tiết ra như đã nói ở trước đó Tuy nhiên, khi có quá nhiều H+ ở trong ống thân, nó kết hợp với hệ thống đệmkhác hơn HCO3-, điều này dẫn đến HCO3 mới được tạo ra cũng có thể đi vào máu Do đó, khi có quá nhiều H+ trong dịch ngoài bào, thận không chỉ hấp thu tất cả các HCO3 đã lich mà còn tạo HCO3- mới qua đó giúp bổ sung lượn HCO3- mất từ dịch ngoại bào trong nhiễm toan Trong 2 phần tiếp theo chúng ta sẽ bàn vềcơ

chế mà các bộ đệm phosphate và ammoniac đóng

góp tạo ra lượng HCO3- mới

CƠ CHẾ HỆ THỐNG ĐỆM PHOSPHAT MANG H+

DƯ VÀO NƯỚC TIỂU VÀ TẠO RA THẾ HỆ HCO3

MỚI

Hệ thống đệm phosphate gồm HPO4= và HPO4-

Cả hai tạo thành tập trung ở dịch ống thận vì nước

thường được tái hấp thu đến một mức độ lớn hơn

so với phosphate ở ống thận Do đó, mặc dù

phosphate không phải một hệ thống đệm dịch ngoại

bào quan trọng, nhưng nó hiệu quả hơn nhiều như

một bộ đệm trong dịch ống thận

Một yếu tố khác làm cho hệ đệm phosphate

quan trọng như là một bộ đệm ống do trên thực tế

pK của hệ đệm này là gần 6,8 Trong điều kiện bình

thường, nước tiểu có tính acid nhẹ và độ pH của

nước tiểu là gần pK của hệ thống đệm phosphate

Vì vậy trong các ống thận, hệ thống đệm

phosphate thông thường có chức năng hiệu quả

nhất gần phạm vi pH

Hình 31-7 Hệ đệm phosphate bài tiết H+ Lưu ý

HCO3- mới trở lại máu cho mỗi NaHPO4 tiết H+

Hình 31-7 cho thầy trình tự của sự kết hợp của H+

được bài tiết với bộ đệm phosphate và cơ chế

HCO3- mới được them vào máu Quá trình H+ bài

tiết vào ống thận giống như mô tả trước đó Miễn là

có HCO3 dư thừa trong dịch ống thận thì hầu hết

H+ dư thừa kết hợp với HCO3- Tuy nhiên, khi tất

cả HCO3- đã được tái hấp thu và không còn có sẵn

để kết hợp với H+thì H+ dư có thể kết hợp với

HPO4= và bộ đệm khác Sau khi H+ kết hợp với

HPO4= để tạo thành H2PO4-, nó có thể được đào

thải dưới dạng muối natri ( NaH2PO4), mang theo

H+ dư thừa

Tuy nhiên, có một sự khác biệt quan trọng trong

đào thải H+ ở chuỗi này đã thảo luận trước đó

Trong trường hợp này, HCO3- được tạo ra trong

các tế bào ống thận và đi vào mao mạch

thận( động mạch- tĩnh mạch) đại diện cho một lợi

ích ròng của HCO3 trong máu chứ không phải chỉ

đơn thuần là sự thay thế HCO3 được lọc Vì vật,khi

nào một H+ được bài tiết và trong lòng ống thận mà

kết hợp với bộ đệm khác ( không phải đệm

bicacbonat) hiệu quả thuần là bổ sung một HCO3-

mới vào máu Quá trình này cho thấy một trong những cơ chế mà thận có thể bổ sung HCO3- vào dịch ngoại bào

Trong điều kiện bình thường, phần lớn các phosphate được tái hấp thu và chỉ khoảng 30-40 mEq/ngày dành cho đệm H+ Do đó, phần lớn các

bộ đệm với H+ dư trong dịch toan ở ống thận xảy

ra thông qua hệ đệm ammoniac

SỰ BÀI TIẾT H+ VÀ TẠO HCO3- CỦA HỆ ĐỆM AMONIAC

Amoniac là hệ đệm thứ hai trong ống thận, thậm chí còn quan trọng hơn hệ đệm phosphate Hệ đệm bao gồm amoniac (NH3) và ion amoni (NH4 +) Ion amoni được tổng hợp từ glutamine, mà xuất phát chủ yếu từ sự trao đổi chất của axit amin trong gan Glutamine đến thận được vận chuyển vào tế bào biểu mô của ống lượn gần, tăng dần khi đi qua quai Henle và ống lượn xa (Hình 31-8) Bên trong

tế bào,mỗi phân tử của glutamine được chuyển hóa bằng một loạt các phản ứng để cuối cùng tạo thành 2 NH4 + và 2 HCO3- Ion NH4 + được bài tiết vào trong lòng ống bằng một cơ chế đồng vận chuyển với natri, đó là tái hấp thu Ion HCO3- được vận chuyển qua màng , cùng với sự tái hấp thu Na + vào dịch kẽ và được vận chuyển bởi các mao mạch cầu thận Mỗi phân tử glutamine chuyển hóa

ở ống gần tạo ra 2 NH4 + được bài tiết vào nước tiểu và 2 HCO3- được tái hấp thu vào máu HCO3- tạo ra bởi quá trình này tạo thành HCO3- mới

Hình 31-8 Sự sản xuất và bài tiết NH4+ ở tế bào ống lượn gần Glutamin được chuyển hóa trong tế bào, tạo ra NH4+ và bicarbonate NH4+ bài tiết vào ống thận nhờ đồng vận chuyển Na Với mỗi glutamin được chuyển hóa, 2 NH4+ được tạo ra và 2 HCO3- được đưa vào máu