RỐI LOẠN THÂNG BANG ACID-BASE
2. CÁC Cơ CHÊ ĐIỂU HOÀ pH CỦA MÁU
2.1. VAI TRÒ CỦA CÁC HỆ THỐNG ĐỆM 2ằl ẻl . Các hệ thống đệm
M ột hệ thống đệm trong huyết tương hoặc tế bào gồm có 2 cấu phần. Đó là:
- M ột acid yếu: ví dụ: acid cacbonic ( H X 0 3), acid monosodicphosphoric (NaH2P 0 4)... Ngoài ra, protein trong m ôi trường cũng có thể hiện tính acid yếu của nó (ký hiệu H-proteinat), cũng như vậy là hemoglobin và oxy hemoglobin (kỷ hiệu H -H b và H -H bÒ 2)...
- M u ố i của acid trên với một kiềm mạnh, ví ,dụ Na+, K +, Ca++, M g ++, N H 4+.
Trong thực tế, ở huyết tương thì Na+ có nồng độ cao nhất, vì vậy nó tham gia chủ yếu vào các hệ thống đệm, còn trong tế bào là K +. Các cation khác chỉ có một vai trò không đáng kể.
Các hệ thống đệm:
Trong huyết tương:
H2C 03 N aH2P 04 N a H C 03 Na2H P 04 Trong tế bào:
k2c o3 KH CO ,
K H2PQ4 K,HPO ,
H-proteinat Na-proteinat
H-proteinat H -H b H -H b ơ2 K-proteinat K -H b K -H b 02
Trong huyết tương, quan trọng nhất là hệ đệm bicacbonat và được xem là hệ đệm đại diện cho các hệ đệm ở huyết tương.
Trong tế bào, cation phosphat giàu gấp 70 lần ở huyết tương còn protein cũng gấp 4 lần, vì vậy ở đó hệ đệm phosphat và hệ đệm protein rất quan trọng. Trong hồng cầu, các hệ đệm Hb có vai trò quan trọng nhất.
2.1.2. H oạt động của hệ đệm
- A cid (tử số) của hệ đệm tham gia trung hoà các chất kiềm nếu chúng xuất hiện trong cơ thể, còn muối base (mẫu số) tham gia trung hoà các acid nếu chúng xuất hiện.
- V í dụ, hệ đệm H2C 03/N a H C 03 của huyết tương hoạt động như sau: khi tế bào đào thải ra acid lactic, muối base của hệ thống đệm sẽ tham gia phản ứng trung hoà làm cho acid lactic (tương đối mạnh) biến thành m uối lactat (trung tính) và xuất hiện acid của hệ thống đệm, tức acid cacbonic (yếu):
CH3-CHOH-COOH + NaHCOj -> CH3-CHOH-COONa + H0CO3
Như vậy, sau phản ứng đệm, một acid mạnh (lactic) bị trung hoà đi, thay vào đó là một acid yếu hơn (cacbonic), nhờ đó pH của huyết tương chỉ giảm ít. Cũng tương tự, nếu một chất kiềm xuất hiện trong máu, nó sẽ bị acid (HUCO3) của hệ thống đệm trung hoà, đồng thời thay vào đó là một muối kiềm yếu (N aH C 0 3), khiến pH ít bị tăng.
2.1ề3. Tính chất của các hệ thống đệm
- K h i hệ thống đệm có lượng acid (tử số) bằn2 lượng m uối kiềm (mẫu số) thì hiệu suất đệm của nó cao nhất (tỷ lệ 1/1).
- T ỷ lệ giữa acid và muối kiềm của hệ thống đệm quyết định pH mà nó duy trì.
Để duy trì pH của huyết tương luôn luôn bằng 7,4 (hơi kiềm ) thì trong hệ thống đệm m uối kiềm phải nhiều hơn acid. Do đó, ở huyết tương, hệ đệm H2C 03/N a H C 03 phải có tỷ lệ 1/20 (nếu quy cả H2C 03 lẫn N a H C 03 ra thể tích) còn hệ đệm phosphat N aH 2P 0 4/N a2HP0.Ị phải có tỷ lệ 1/4. Như vậy, nói chung hiệu suất của các hệ đệm cơ thể là không lớn, muốn đệm có hiệu quả chỉ còn bằng cách tăng lượng acid và ỉượng m uối kiềm lên, tức tăng dung lượng đệm.
- Lượng tuyệt đối của acid và m uối kiềm trong hệ thống đệm nói lên dung lượng đệm của hệ thống đó.
- Tổng số m uối kiềm của các hệ thống đệm trong máu được gọi là dự trữ kiềm của máu, nó nói lên khả năng (dung lượng) trung hoà acid của chúng.
- Hệ bicacbonat của huyết tương có hiệu suất thấp nhưng bù lại nó có dung lượng lớn nhất troríg huyết tương (vì anion H C 0 3' tớ i 28mEq, chỉ thua Cl'). Ưu điểm đặc biệt của hệ này là H2C 03 có thể phân ly để tạo ra C 0 2, đào thải ở phổi. Nhờ vậy, sau m ỗi phản ứng đệm nó nhanh chóng lập lại được tỷ lệ 1/20 vừa bị phá vỡ. Nhờ dung ỉượng lớn, nên mẫu số NaHCOg của nó trên thực tế được xem như đại diện cho
“ dự trữ kiềm ” của máu.
- Hệ phosphat NaHnP04/Na2H P 04 có hiệu suất khá hơn nhưng dung lượng ở huyết tương không cao (2mEq) nên ít quan trọng. Trong tế bào thì nó là một hệ đệm chính vì dung lượng lớn (140mEq), nhất là ở tế bào ống thận.
- Hệ proteinat: ở m ôi trường acid, protein thể hiện tính kiềm yếu và ngược lại.
V ì vậy, chúng cũng có vai trò đệrfi nhưng yếu, bù lại chúng có số lượng khá trong huyết tương (lỏ m E q ) và nhất là trong tế bào (65mEq), nên nó cũng có vai trò đệm đáng kể.
Hệ đệm H -H b /K -H b và H -H b 02/K -H b 07 của hồng cầu có dung lượng rất lớn, nên có vai trò quan trọng nhất trong đào thải acid cacbonic,
2.2. VAI TRÒ CỦA HÔ HẤP
Lượng acid cacbonic do tế bào sinh ra hàng ngày tới 800~900g cùng với acid cacbonic sinh ra do phản ứng đệm sẽ được hệ thống đệm Hb của hồng cầu làm trung hoà và đem thải ở phổi. Cơ chế kết hợp và phân ly của COo với Hb dựa vào tính chất acid mạnh yếu khác nhau của HHb, H2C 03 và H H b 0 2, trong đó H H b yếu hơn cả, rồ i đến H2C 03 và mạnh nhất là H H b 0 2. Do vậy, phản ứng đệm trong hồng cầu xảy ra như ở hình 1 (ở dưới).
2.2.1. ơ các mò
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: K H b 02 (kiềm mạnh) sẽ phân ly (do pH thấp) để tạo ra K H b và 02 (vào tế bào). Cùng lúc C 02 của huyết tương (do tế bào thải ra hoặc tạo ra từ phản ứng đệm) sẽ vào hồng cầu tạo ra H2C 0 3, kết hợp với K H b (nói
trên) để tạo H H b (acid yếu) và K H C 0 3. K H C 03 phân ly, cho H C 0 3' ra dịch kẽ mô (và huyết tương) kết hợp với Na+ để tạo thành muối kiềm N a H C 0 3, đồng thời đón nhận c r vào hồng cầu (tạo ra KC1). Nhờ mất c r và tạo thêm N a H C 03 nên làm tăng pH ở dịch kẽ mô .
2.2.2ề Ở phổi
Sự đào thải mạnh mẽ COi làm pH ở đây có xu hướng tăng lên, nhưng được điều chỉnh bằng các phản ứng ngược lại:
- O xy từ huyết tương vào hồng cầu, tạo ra acid mạnh H H b 0 2, chất này đẩy H2C 03 ra khỏi muối của nó (KHCO3) và phân ly thành C 02 thải ra phổi
- c r ra khỏi hồng cầu làm toan hoá huyết tương .
HCO3-
H ìn h 9.1.Trao đ ổi kh í và ion của hồng cầu ở p h ổ i (A ) và ở mô (B)
2.2.3. T ru n g tâm hô hấp rấ t nhạv cảm với C 02
K h i cơ thể tích nhiều C 09 sẽ làm pH giảm, chỉ cần pH giảm tớ i 7,33 là trung tâm hô hấp bị kích thích mạnh, tăng thông khí, nhờ vậy C 02 được đào thải cho tới kh i tỷ lệ H2C 0 3/ N a H C 03 trở về giá trị 1/20, Ngược lại, kh i H2C 03 giảm hoặc N a H C 03 tăng, pH sẽ có xu hướng tăng (kiềm hoá) thì trung tâm hô hấp bị ức chế, thở chậm. C(X tích lại cho đến khi tỷ số nâng lên đến 1/20. Điều lưu ý, để đảm bảo đào thải C 02 tốt thì hoạt động của trung tâm hô hấp, chức năng hệ tuần hoàn, hô hấp, số lượng và chất lượng Hb cũng phải tốt.
T ế bào ống thận có các đặc điểm phù hợp với việc đào thải acid, giải tỏa tận gốc tình trạng nhiễm acid cho cơ thể, đó là:
- Tế bào ống thận nằm giữa, một bên là lòng ống thận với các sản phẩm acid hay kiềm m à huyết tương đưa (qua cầu thận) tới đó và một bên là m áu (trong mao mạch, xuyên qua tế bào ống thận), do đó có thể thực hiện sự trao đổi giữa hai bên.
Nhiều đặc điểm của tế bào ống thận phù hợp với chức năng đào thải acid :
- Tế bào ống thận có nhiều enzym cacbonic anhydrase nên dễ dàng tạo ra H0CO3 và phân ly nó thành H C 0 3‘ và H +.
- Tế bào ống thận chứa nhiều enzym glutaminase, tạo được các nhóm N H 4+ từ glutamin; NH4+ có thể xem như một chất “kiềm hữu cơ” có khả năng trung hoà acid mà không cần tới Na+, K +. Nồng độ N H / trong nước tiểu nói lên khả năng đệm của thận .
- Tế bào ống thận chịu được pH thấp (mà không tế bào nào khác chịu nổi), tới 5,4 hoặc có khi tới 4,8. Nếu pH nước tiểu là 5,4 thì nồng độ acid [H+] ở đây gấp 100 lần ở huyết tương. N hờ vậy, thận có khả năng tái hấp thu dự trữ kiềm cho cơ thể (hàng ngày qua cầu thận trên 5000 m Eq nhưng chỉ đào thải 1-2 m Eq), đào thải các muối (kết quả của phản ứng đệm) dưới dạng muối acid, thậm chí acid nguyên dạng.
Trường hợp pH nước tiểu giảm dưới sức chịu đựng của tế bào ống thận, nó thích nghi bằng cách đào thải muối ammon trung tính (để khỏi m ất natri của dự trữ kiềm).
Có thể nói thận có vai trò chủ yếu đào thải các acid cố định và phục hồi dự trữ kiềm.
2.3. VAI TRÒ CỦA THẬN
N a H P O j
N a H 2P 0 4
R C O O '
G lu ta m ih a s e
Hình 9.2. C ơ c h ế hấp thu và tái tạo dự trữ kiềm ở thận và đào thải p h osph atdiacid thay cho ph osphatm onoacid (A), đào thải m ột a cid hữu c ơ (B), đào thải m ột a cid mạnh (c ).
K h i có rố i loạn giữa hai quá trình acid hoá và kiềm hoá cơ thể sẽ bị tình trạng nhiễm acid hoặc nhiễm kiềm.
3.1. NHIỄM ACID (NHIỄM TOAN)
Là tình trạng các acid thâm nhập vào huyết tương (từ tế bào hoặc từ ngoại m ôi), hoặc tình trạng huyết tương bị mất các muối kiềm (đào thải mạnh ở ruột, ở thận ) làm cho pH có xu hướng giảm xuống.
Các hệ thống đệm sẽ phản ứng tức thì, sau đó là phản ứng ở phổi, thận để xóa bỏ các hậu quả do phản ứng đệm gây ra, qua đó triệt để loại trừ tình trạng nhiễm toan.
3.1.1. Phân loại nhiễm acid a) Theo mức độ, ta chia ra:
- Nhiễm acid còn bù: x ả y ra khi các cơ chế bù (hệ đệm, phổi, thận) trung hoà và loại bỏ được acid, tỷ lệ của hệ đệm “đại diện” (H ^C 03/N a H C 0 3) vẫn duy trì được
1/20, do vậy p H huyết tương chưa bị giảm.
- Nhiễm acid mất bù: khi tỷ số 1/20 của hệ thống đệm bicarbonat không còn giữ được mà đã tăng lên, khiến p H huyết tương thật sự giảm xuống.
b) Theo nguồn gốc, ta chia ra .ẵ
- Nhiễm acid hơi (tức acid cacbonic : H2C 0 3), mà nguyên nhân chủ yếu là kém đào thải ở phổi, do vậy còn được gọi là nhiễm acid hô hấp.
ở đây, H2COị ứ lại do kém đào thải (tăng nguyên phát) làm cho tử số hệ đệm bicacbonat tăng mạnh. Vì vậy, cơ thể chỉ còn cách tăng cường tạo ra N a H C 0 3 (ở thận) để duy trì tỷ lệ 1/20. Cách nàv chỉ tạm thời, vì nếu H2C 0 3 cứ tiếp tục tích lũy lại (do phổi không thải nổi) thì sẽ đến lúc mẫu số (N aH C 0 3) không tăng kịp. Ta chú ý rằng, cứ H 2C 0 3 tích lại 1 thì N a H C 0 3 phải tăng 20, mới làm pH không đổi. Bởi vậy, khi tỷ lệ 1/20 không còn duy trì được ta sẽ có nhiễm acid mất bù, tức pH bắt đầu giảm.
- N hiễm acid c ố định: Là sự tích lũy trong máu các acid (hoặc sự m ất nhiều m uối kiềm). Phản ứng của cơ thể là: dùng muối kiềm (mẫu số của các hệ đệm ) ví dụ N a H C 0 3 trung hoà acid. Phản ứng này làm hao hụt kiềm (sẽ được thận tái tạo lại) và tạo thêm H2C 03 (sẽ được phổi đào thải).
Đa số acid cố định là do rối loạn chuyển hoá mà ra, vì vậy loại nhiễm acid này còn được gọi là nhiễm acid chuyển hoá.
Nếu lượng acid thâm nhập quá lớn, sẽ có nhiễm acid mất bù.
c) Theo cơ chế ta chia ra :
- Nhiễm acid sinh lý : Gặp ở một vài trạng thái hoạt động của cơ thể (xem dưới) có kèm ứ đọng nhẹ acid (so với lúc bình thường) song tình trạng này nhanh