توازن الحمض والقاعدة والتعويض التنفسي

تولد التمارين الشاقة أيونات الهيدروجين أسرع مما يمكن التخلص منها، مما يميل إلى خفض درجة حموضة الدم (pH). يدافع الجسم عن توازن الحمض والقاعدة من خلال التخزين المؤقت الكيميائي، والأهم من ذلك، من خلال التعويض التنفسي: زيادة في التهوية تخفض ثاني أكسيد الكربون الشرياني وبالتالي تحد من انخفاض درجة الحموضة. يشرح هذا الموضوع كيف تنشأ الحماض الأيضي الناتج عن التمارين وكيف يحد منه الجهاز التنفسي.

Definition

التعويض التنفسي أثناء التمرين هو زيادة في التهوية السنخية التي تخفض توتر ثاني أكسيد الكربون الشرياني لتعويض جزئي للحماض الأيضي الناتج عن التمارين الشديدة، وبالتالي الحد من انخفاض درجة حموضة الدم.

Scope

يغطي هذا الموضوع أصل الحماض الأيضي الناتج عن التمارين الشديدة، وتخزين أيونات الهيدروجين المؤقت في العضلات والدم، والتعويض التنفسي الذي يخفض ثاني أكسيد الكربون الشرياني للدفاع عن درجة الحموضة. يتناول هذه الجوانب كفسيولوجيا تكاملية للرجوع إليها وللتعليم، وليس كإدارة سريرية لتوازن الحمض والقاعدة.

Core questions

• كيف تنتج التمارين الشديدة حماضًا أيضيًا؟
• كيف يتم تخزين حمل أيونات الهيدروجين الناتج مؤقتًا في العضلات والدم؟
• كيف تدافع زيادة التهوية عن درجة حموضة الدم أثناء التمارين الشاقة؟
• ما العلاقة بين المكونات الأيضية والتنفسية لتغير الحمض والقاعدة الناتج عن التمرين؟

Key concepts

• الحماض الأيضي الناتج عن التمرين
• تخزين البيكربونات المؤقت
• التعويض التنفسي
• توتر ثاني أكسيد الكربون الشرياني (PaCO2)
• نطاق التخزين المؤقت متساوي ثاني أكسيد الكربون
• نقطة التعويض التنفسي
• الزيادة القاعدية (Base excess)

Mechanisms

أثناء التمارين الشاقة، يتجاوز معدل تحلل الجلوكوز الإزالة التأكسدية لمنتجاته، ويميل إطلاق أيونات الهيدروجين المصاحب لذلك إلى خفض درجة الحموضة داخل الخلايا ثم في الدم. يتم مواجهة حمل أيونات الهيدروجين هذا أولاً بواسطة المخازن الكيميائية، وبشكل رئيسي نظام البيكربونات، الذي يستهلك البيكربونات ويولد ثاني أكسيد الكربون إضافي؛ وبالتالي يكون التغير في درجة حموضة الدم أصغر مما يتوقعه الحمل الأيضي وحده (Sahlin 1980; Sahlin 1978). مع زيادة الشدة، تؤدي زيادة التهوية إلى خفض توتر ثاني أكسيد الكربون الشرياني، مما يوفر تعويضًا تنفسيًا يدافع عن درجة الحموضة الشريانية. في التمارين المتزايدة، يوفر هذا نطاق تخزين مؤقت متساوي ثاني أكسيد الكربون (isocapnic buffering range) أوليًا، حيث يعوض تخزين البيكربونات المؤقت الحمل الحمضي بينما يظل ثاني أكسيد الكربون الشرياني ثابتًا، يليه نقطة تعويض تنفسي تتجاوزها التهوية ارتفاعًا غير متناسب مع إنتاج ثاني أكسيد الكربون وينخفض ثاني أكسيد الكربون الشرياني (Wasserman 1973).

Clinical relevance

تكمن المكونات الأيضية والتنفسية لتغير الحمض والقاعدة أثناء التمرين وراء مراحل التخزين المؤقت متساوي ثاني أكسيد الكربون والتعويض التنفسي التي يتم تحديدها في اختبارات الجهد القلبي الرئوي. يصف هذا المدخل الفسيولوجيا الطبيعية للرجوع إليها وليس أساسًا لإدارة أو علاج الحمض والقاعدة سريريًا.

Evidence & guidelines

يعتمد الشرح على دراسات بشرية لحالة الحمض والقاعدة في الدم والعضلات أثناء وبعد التمارين الشاقة وعلى أعمال عتبة تبادل الغازات الكلاسيكية، والتي تم تجميعها في المراجعات والكتب المدرسية الفسيولوجية (Sahlin 1980; Sahlin 1978; Wasserman 1973; West textbook). الأدلة ميكانيكية وملاحظة.

History

تم تحديد استجابة الحمض والقاعدة للتمرين من خلال دراسات منتصف إلى أواخر القرن العشرين لمستقلبات الدم والعضلات أثناء العمل الشاق، والتي قامت بتحديد الحماض الأيضي وتخزينه المؤقت (Sahlin 1978; Sahlin 1980)، جنبًا إلى جنب مع أعمال تبادل الغازات التي حددت عتبات التخزين المؤقت والتعويض التنفسي (Wasserman 1973).

Debates

ما مدى دقة وصف مصدر حماض التمرين؟

يعزو الوصف التقليدي الحماض إلى إطلاق أيونات الهيدروجين المصاحبة لعملية الأيض الجليكوليتية الشديدة؛ وقد أعيد فحص الحساب الكيميائي الحيوي الدقيق لإنتاج البروتون وإزالته في الأدبيات الفسيولوجية.

Key figures

• Kent Sahlin
• Eric Hultman
• Karlman Wasserman
• Brian J. Whipp

Seminal works

• sahlin-1980
• wasserman-1973

Frequently asked questions

لماذا يصبح الدم أكثر حمضية أثناء التمارين الشاقة؟

تنتج التمارين الشديدة أيونات الهيدروجين أسرع مما يمكن إزالتها تأكسديًا، وعلى الرغم من أن المخازن الكيميائية وزيادة التنفس تحد من التغير، إلا أن درجة حموضة الدم تنخفض أثناء العمل الشاق.

كيف يساعد التنفس في الدفاع عن درجة حموضة الدم أثناء التمرين؟

تؤدي زيادة التهوية إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون وخفض توتره في الدم الشرياني، مما يحول مخزن البيكربونات المؤقت ويعوض جزئيًا الحمل الحمضي الأيضي، مما يحد من انخفاض درجة الحموضة.