Bài giảng: Cân bằng Axit-Bazo

CÂN BẰNG ACID - BASE Cân bằng acid - base (A- B) là điều kiện quan trọng cho hoạt động chức năng của cơ thể. Cân bằng A- B nội nôi luôn luôn bị phá vỡ do các sản phẩm chuyển hoá của tế bào, do các sản phẩm đưa từ ngoài vào cơ thể. I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CHUNG 1. Khái niệm về pH Cân bằng A -B của một dịch thể dược xác định bằng nồng độ H+ và OH-. Nước tinh khiết, tích nồng độ H+ và OH- là hằng định (là hằng số Kw). Hằng số Kw đối với nước tinh khiết là 1 x 10-14. Như vậy trong nước tinh khiết nồng độ H+ = nồng độ OH- = 1x 10-7mol/l. Vì Kw là một hằng số nên khi nồng độ H+ tăng thì nồng độ OH- giảm. Nếu nồng độ H+ dd > nồng độ H+ nước tinh khiết: dd acid (và ngược lại). Nếu nồng độ H+ dd = nồng độ H+ nước tinh khiết: dd trung tính. Để đơn giản, nồng độ H+ được xác định bằng log âm của nó và gọi là pH: pH = - log[ H+]. Nước tinh khiết có pH = - log10-7 = 7. Dung dịch có pH = 7: dung dịch trung tính. pH > 7: dd base. pH < 7: dd acid. pH máu động mạch = 7,40; máu tĩnh mạch = 7,38; pH máu 7,42: base. 2. Hệ đệm và phương trình Henderson - Hasselbalch. Hệ đệm tồn tại trong dịch, duy trì pH của dịch thể ở trạng thái cân bằng (hằng định tương đối) khi dung dịch đó có sự thay đổi nồng độ H+ hoặc OH-. Hệ đệm gồm 2 phần: hoặc base yếu và muối của acid mạnh (NH4 OH, NH4Cl) hoặc acid yếu và muối của base mạnh (H2CO3, NaHCO3). Phương trình Henderson - Hasselbalch: [A-] (anion chất đệm) pH = pK + log ; (pK là hằng số phân ly của acid.) [AH] (chất đệm) Mỗi hệ đệm có pK khác nhau. pK của hệ đệm bicarbonat là 6,1, của hệ đệm phosphat là 6,8... II. CÂN BẰNG ACID - BASE TRONG CƠ THỂ 2.1. pH của cơ thể Bình thường pH của cơ thể được xác định bởi trạng thái của hệ đệm bicarbonat theo phương trình Hendersen-Hasscelbalch, như sau: [ HCO3- ] pH = pK H2CO3+ log [H2CO3] Ở nhiệt độ cơ thể, pK H2CO3= 6,1. Trong cơ thể H2CO3 luôn ở trạng thái: CO2 H2CO3 H+ + HCO3- . Thực tế trong các dịch thể, H2CO3 luôn phân li thành H2O và CO2 hoà tan. Mà lượng CO2 hoà tan tỉ lệ thuận với phân áp CO2 (PaCO2), nên phương trình trên có thể viết dưói dạng sau : [ HCO3- ] pH = 6,1 + log ; (0,03 là hệ số hoà tan của CO2). 0,03 x PaCO2 Trung bình hàm lượng HCO3- huyết tương là 24mmol/l, PaCO2 là 40mmHg nên có CO2 hoà tan là 1,2 mmol/l. Tỷ lệ HCO3-/CO2 là 20 và log 20 = 1,3 , nên ta có pH máu = 7,4. - Khi nồng độ của HCO3- tăng lên, pH sẽ tăng và gọi là nhiễm kiềm. - Khi nồng độ của CO2 hoà tan tăng lên thì pH sẽ giảm và gọi là nhiễm toan. Thực tế pH của các dịch cơ thể trong điều kiện bình thường giao động từ 7,35 -7,45. Khi pH7,45 gọi là nhiễm kiềm (alcalosis). Giới hạn pH mà cơ thể có thể chịu đựng được là từ 6,8 đến 8,0 (thường là từ 7,0 đến 7,7). Hàng ngày, cân bằng acid base của cơ thể luôn chịu hai loại tác động: - Chuyển hoá chất ở tế bào tạo ra khoảng 13.000mmol CO2, chất này sẽ tạo thành H2CO3 và sinh ra nhiều H+. - Các quá trình chuyển hoá trung gian và thức ăn cũng thường xuyên tạo ra nhiều acid cố định, từ đó sinh ra nhiều H+. Song pH của cơ thể luôn được duy trì ở mức ổn định là nhờ hoạt động của các hệ đệm, của bộ máy hô hấp và của thận. 2.2. Các hệ đệm trong cơ thể và vai trũ . * Hệ đệm bicarbonat (H2CO3/ HCO3-): Hệ đệm bicarbonat là hệ đệm quan trọng nhất của máu và dịch ngoại bào chiếm 53% dung tích đệm. Thành phần của hệ đệm bicarbonat gồm: acid carbonic (H2CO3) và muối base của nó là anion bicarbonat (HCO3-). -Khi có một acid mạnh (ví dụ HCl) vào dịch thể, sẽ có phản ứng: HCl + NaCO3 ® H2CO3 + NaCl. Như vậy, HCl là acid mạnh được thay thế bởi H2CO3 là một acid yếu rất khó phân li. H2CO3 sẽ phân li thành H2O và CO2. CO2 được đào thải qua phổi, do đó pH của dịch thể giảm rất ít. - Khi có một kiềm mạnh (ví dụ NaOH) vào dịch thể, sẽ có phản ứng: NaOH + H2CO3 ® NaHCO3 +H2O. NaOH được thay thế bởi NaHCO3 là một kiềm yếu, do đó pH của dịch thể tăng lên rất ít và sau đó số kiềm dư này sẽ được thận đào thải ra ngoài. Bình thường pH của dịch ngoại bào là 7,4 ; pK của hệ đệm là 6,1 tức tỷ lệ của HCO3- /CO2 là 20 do đó khả năng đệm của hệ bicarbonat là yếu, nó không có khả năng đệm tối đa. Khi tất cả khí CO2 được chuyển thành HCO3- hoặc ngược lại, tất cả HCO3- được chuyển thành CO2 thì hệ thống này không còn khả năng đệm nữa. Tuy nhiên hệ đệm bicarbonat là hệ đệm quan trọng nhất của cơ thể vì các chất của hệ đệm này luôn được điều chỉnh bởi phổi (CO2) và thận (HCO3-). Tốc độ điều chỉnh pH của hệ đệm rất nhanh, chỉ trong vài phần của giây. * Hệ đệm phosphat (vô cơ và hữu cơ): NaH2PO4/ Na2HPO4 Khi có acid mạnh: Na2HPO4 + HCl ® NaH2PO4 + NaCl Khi có base mạnh: NaH2PO4 + NaOH ® Na2HPO4 + H2O Đây cũng là một hệ quan trọng nhưng không lớn vì hàm lượng phosphat máu thấp (2mEq/l). *Hệ đệm protein. Phân tử protein vừa có nhóm - NH2, vừa có nhóm - COOH. Trong môi trường acid: R - NH2 + H+ ® R - NH3+. Trong môi trường base: R- COOH + OH- ® R - COO- + H2O. Hệ đệm này chiếm khoảng 7% dung tích đệm. *Hệ đệm Hb: là hệ đệm quan trọng nhất của hồng cầu. Khi pH máu bình thường nó chiếm 75% dung tích đệm. Nhưng khi có acid hoặc kiềm mạnh vào cơ thể, nó chỉ còn chiếm 35% dung tích đệm. Hệ này gồm HHb và HHbCO2 (acid yếu); KHb và KHbO2 (muối của chúng). Vai trò của hệ đệm Hb rất quan trọng trong quá trình trao đổi khí (xem hình vẽ). Ở mô: Hb thực hiện chức năng của một base vì nó kết hợp được với CO2 và H+ (ngăn ngừa acid hoá). Ở phổi Hb thực hiện chức năng của acid yếu (ngăn ngừa kiềm hoá). 2. 3. Vai trò chung của hệ đệm. Hệ đệm điều hoà cân bằng acid - base. Người ta thường chia hệ đệm máu và các dịch thể thành 2 loại: hệ đệm bicarbonat: HCO3-/ H2CO3 và hệ đệm ngoài bicarbonat: Buf -/ Buf-H. Bình thường hệ đệm Hb có vai trò đệm mạnh nhất, nhưng khi có acid hoặc base mạnh vào cơ thể thì hệ đệm bicarbinat lại có vai trò mạnh nhất. - Khi có một acid mạnh vào cơ thể, trước hết phần base của hệ đệm ® trung hoà acid, trong đó HCO3- kết hợp 53%, phần còn lại thuộc anion của các hệ đệm khác. + HCO3- ® H2CO3 ® CO2 + H2O AH ® A- + H+ + Buf - ® Buf - H CO2: thải ra ngoài theo phổi. Trong các phản ứng trên ® HCO3- bị giảm ® thận phải giữ lại kiềm ® tái tạo lại chất đệm. - Khi có base mạnh vào cơ thể, chúng sẽ được H2CO3 và các acid yếu của hệ đệm khác trung hoà. + H2CO3 ® HCO3- + H2O BOH ® B+ + OH - + Buf - H ® Buf- + H2O Phản ứng trên ® tăng anion hệ đệm ® kiềm dư bị thải ra theo thận. Các hệ đệm của máu và mô có khả năng tác động mạnh với acid hơn là với base. Ví dụ: để đưa pH về kiềm phải đưa vào máu NaOH: 40-70lần, còn chuyển pH về acid cần đưa vào máu HCl: 300- 350 lần lớn hơn khi đưa chúng vào nước tinh khiết. Các muối kiềm của các acid có ở trong máu tạo nên hệ thống dự trữ kiềm. Mức độ dự trữ kiềm được xác định: số ml CO2 được giải phóng từ 100 ml máu khi phân áp CO2 là 40mmHg (tương đương pACO2). Bình thương dự trữ kiềm là: 50 - 70 thể tích %. 3. Vai trò của hô hấp * Phần áp CO2 động mạch. Quá trình oxy hoá ® liên tục sinh CO2: 200- 250ml/ phút. Bình thường CO2 thải ra từ phổi = CO2 sinh ra từ mô. CO2 được vận chuyển từ trong huyết tương dưới dạng HCO3- và hoà tan. Lượng HCO3- là rất ít so với CO2 hoà tan (không có men AC). ở 37oC, 1mmHg pCO2 làm hoà tan 0,03mmol CO2/l . Pa CO2 = 40mmHg ® có 1,2 mmol CO2/l ở dạng hoà tan. Pv CO2 =46mmHg ® có 1,38 mmol CO2/l ở dạng hoà tan. CO2 vận chuyển trong máu chủ yếu ở dạng kết hợp: CO2+ H2O ® H2CO3 ® H+ + HCO3- ( HCO3- qua màng hồng cầu ® hưyết tương). CO2 + Hb ® HbCO2. Bình thường máu tĩnh mạch có 58 thể tích % CO2 (580ml/l), trong đó có 2,5 thể tích % ở dạng hoà tan, 51 thể tích % ở dạng kết hợp với muối kiềm, 4,5 thể tích % là HbCO2. Khi pCO2 tăng, CO2 tác động vào trung khu hô hấp (thực chất là H+ được phân ly từ H2CO3 do CO2 +H2O) và thụ cảm thể ngoại vi ® tăng thở. (Phản xạ trung ương chậm hơn ngoại vi 20-30 giây so với 3-5 giây) Nếu PaCO2 tăng trường diễn ® HCO3- tăng trong dịch ngoại bào. Nếu làm giảm PaCO2 đột ngột, do CO2 khuếch tán tốt qua hàng rào máu não ® PaCO2 giảm mạnh tại trung khu. Trong khi đó HCO3- không khuếch tán nhanh qua hàng rào máu não cho nên nó tăng lên ở trung khu ® ức chế trung khu, co mạch não ® hôn mê. Trong trường hợp thở máy ® PaCO2 thường thấp hơn bình thường không đáng kể, HCO3- và H+ ở trung khu cũng bình thường. Khi PaCO2 bằng người bình thường ® gây tăng thở trên bệnh nhân thở máy (do nền nồng độ HCO3- thấp) trong trường hợp này ngừng thở máy ® toan máu do tăng PaCO2. * H+. H+ không qua hàng rào máu não nhưng H+ sẽ + HCO3- ® H2CO3 (CO2 + H2O). CO2 sẽ kích thích tăng thở. Một lượng HCO3- bị hao hụt, sẽ được thận giữ lại. Ngược lại khi một kiềm mạnh vào cơ thể ® OH- + H2CO3 ® HCO3- + H2O. Một lượng HCO3- thừa ra sẽ bị thận thải trừ. CO2 tăng: tăng thở 8 lần. H+ tăng: tăng thở 4 lần. O2 giảm: tăng thở 65%. 4. Vai trò của thận. Bình thường khi chuyển hoá ® sản phẩm acid sinh ra 20 lần lớn hơn kiềm ® HCO3- luôn có xu hướng giảm. Sự điều hoà của thận chậm hơn so với phổi. - Tái hấp thu HCO3-. HCO3- huyết tương: 24-28 mEq/l, lọc ra: 4800 mEq/24h , thải ra gần bằng 0, hấp thu trở lại 90% ở ống lượn gần, 10% ở ống lượn xa. Khả năng tái hấp thu không vượt quá 26-28 mEq/l dịch lọc. Cơ thể nhiễm kiềm: giảm tái hấp thu HCO3- ở ống lượn gần. - Đào thải H+. H+ được đào thải qua nước tiểu 50-100 mEq/24h dưới dạng NH4+ chiếm 2/3, còn 1/3 là ở dạng acid khác. NH3 + H+ ® NH4+. (NH3: do khử amin từ glutamin: 60%, từ các acid amin khác: 40%). Khi nhiễm toan dạng thải này có thể tăng lên 5 lần. H+ đào thải dưới dạng acid cố định qua hệ đệm phosphat, hệ đệm các acid hữu cơ yếu. Khi pH máu = 7,4 tỷ lệ H2PO4-/HPO4-- của máu và nước tiểu là 1/4. Khi pH nước tiểu = 6,8 tỷ lệ này là 1/1. Khi pH nước tiểu = 4,5 tỷ lệ này là 9/1. Khi nhiễm toan nặng tỷ lệ này lên tới 50/1. (xem hình vẽ) III- Các chỉ số đánh giá cân bằng acid-base. (Phần này tự đọc trong tài liệu). IV- Rối loạn cân bằng acid-base. 1- Nhiễm toan chuyển hoá. Tăng acid cố định, thiếu HCO3- (HCO3- máu < 22 mEq/l). PCO2 giảm, PO2 tăng, pH bình thường: còn bù; pH giảm : mất bù. - Lâm sàng: tăng thở hoặc thở Kussmaul, có thể hôn mê. Giảm sức co bóp cơ tim ® truỵ tim mạch. - Cận lâm sàng: K+ máu tăng (nhiễm toan mạn tính ® K+ máu giảm). Nếu nhiễm toan mạn tính mà có K+ máu tăng: suy thận, giảm aldosteron, giảm bài tiết K+ ở ống lượn xa. Cl-: định lượng Cl- cho phép gián tiếp đánh giá các anion khác mà những anin này không thể đo được bằng các xét nghiệm thông thường: albumin, phosphat, sulfat, acid hữu cơ (khoảng trống anion). Khoảng trống anion: nồng độ Na+ - tổng nồng độ Cl- và HCO3-. Bình thường: 12 ± 4 mEq/l. Khoảng trống anion tăng khi Cl- bình thường. Nếu Cl- tăng thì khoảng trống anion lại bình thường. Các chỉ số: BB, AB, PaCO2, HCO3- giảm, EB (-). NH4+ thấp < 40 mEq/24h và có pH nước tiểu giảm. - Nguyên nhân. Tăng acid nội sinh và ngoại sinh: đái tháo đường, nhịn đói kéo dài, ứ acid lactic do thiếu oxy, nhiễm độc salisylat, acid metylic, methanol, formol ... Suy thận ® mất HCO3-, tăng K+. Mất HCO3- qua đường tiêu hoá: nôn, dẫn lưu. - Điều trị. Điều trị nguyên nhân. Truyền dịch HCO3- hoặc THAM. 2- Nhiễm kiềm chuyển hoá. Là tình trạng bệnh lý ® thiếu acid hoặc thừa HCO3- trong máu (HCO3- > 27 mEq/l, pH > 7,43, PCO2 tăng, PaO2 giảm). - Lâm sàng: giảm thông khí, rối loạn ý thức, chuột rút, rung cơ, co giật, loạn nhịp tim. - Cận lâm sàng. Cl- giảm tương ứng với HCO3- tăng. Mất nước ngoại bào, K+ máu giảm, Ca++ máu tăng. pH nước tiểu kiềm và có HCO3- tăng (nếu thận còn tốt). pH nước tiểu acid: thận kém. - Nguyên nhân. Giảm Cl- vỉ lý do nào đó ® thận tăng tân tạo HCO3- lập lại cân bằng anion và tăng ngưỡng thận với HCO3- ® HCO3- máu tăng. Mất acid qua đường tiêu hoá: nôn kéo dài, hút dịch dạ dày làm mất HCl ® nhiễm kiềm chuyển hoá do tăng tương đối HCO3-. Càng về sau ® giảm thể tích dịch ngoại bào, giảm K+, Cl- máu ® giảm lọc cầu thận và tăng tái hấp thu HCO3- ở ống thận. Các bệnh gây tăng aldosteron nguyên phát hay thứ phát (Cushing, u thượng thận, thiếu máu thận ® RAA...) ® tăng đào thải H+, đồng thời tăng tân tạo HCO3- ở ống lượn xa. Cũng có thể gặp do lợi niệu quá mức bằng furosemid, acezolamid. Tăng base nội sinh: ung thư xương ® Ca++, HCO3- máu tăng, pH nước tiểu giảm (do thải nhiều acid). Cũng có thể gặp tăng CO2 kéo dài. Nhìn chung nhiễm kiềm chuyển hoá thường ít gặp. - Điều trị. Điều trị nguyên nhân. Truyền dịch để bù nước ® lập lại cân bằng điện giải, tăng HCO3- tuỳ từng trường hợp. 3. Nhiễm toan hô hấp. Thường là rối loạn hô hấp ® không thải được CO2 ® Pa CO2 tăng, pH giảm. - Lâm sàng Tăng CO2 máu ® rối loạn ý thức Khó thở, lo sợ, hôn mê. Tim nhanh, huyết áp tăng. Sau đó loạn nhịp, huýet áp giảm ® truỵ tim mạch. - Cận lâm sàng PaCO2 > 50mmHg. pH máu giảm tuỳ mức độ bù trừ của thận. Thể cấp: HCO3- thay đổi. Thể mạn: HCO3- tăng. - Nguyên nhân. Giảm thông khí phế nang ® tăng PaCO2 Trung khu hô hấp bị ức chế do ngộ độc thức ngủ, thuốc phiện, chấn thương, nhiễm trùng, xuất huyết nặng. Do các cơ hô hấp bị bệnh, do di chứng bại liệt, teo cơ, chấn thương, dị dạng lồng ngực, viêm đa dây thần kinh, liều cao curare và dẫn chất, nhiễm độc thuốc ức chế thần kinh - cơ (phospho hữu cơ). Do tắc đường thở ® hạn chế hoạt động của phổi, xẹp phổi, khí thũng, tràn dịch, tràn khí màng phổi. Thở máy nồng độ CO2 quá cao. - Điều trị Điều trị nguyên nhân Tăng thông khí phế nang. 4. Nhiễm kiềm hô hấp Tình trạng bệnh lý ® giảm PaCO2 do tăng thông khí phế nang +PaO2 bình thường hoặc giảm, pH máu tăng. - Lâm sàng Thở sâu nhanh (dễ nhầm với khó thở). Loạn nhịp tim, huyết áp giảm. Rối loạn cảm giác và co giật các đầu ngón tay. - Cận lâm sàng PaCO2 < 35mmHg. pH tăng tuỳ mức bù trừ của thận. HCO3- giảm. - Nguyên nhân. Tăng thông khí do thiếu O2 gặp trong: tắc động mạch phổi, phù phổi cấp, hen cấp, ngộc độc CO, lên cao có pO2 thấp. Lo sợ, đau, tổn thương não (u não, tai biến mạch máu não, nhiễm trùng, sốt kéo dài, dùng liều cao thuốc kích thích hô hấp. Nhiễm kiềm hô hấp mạn gặp trong bệnh phổi mạn tính, lên cao lâu ngày, thiếu máu nặng, rối loạn tâm thần. Do tăng thông khí nhân tạo. - Điều trị: Điều trị nguyên nhân và các triệu chứng.