Кислотно-щелочной баланс и дыхательная компенсация

Интенсивные физические нагрузки приводят к образованию ионов водорода быстрее, чем они могут быть выведены, что способствует снижению pH крови. Организм поддерживает кислотно-щелочной баланс посредством химической буферизации и, что важно, посредством дыхательной компенсации: увеличение вентиляции легких снижает уровень углекислого газа в артериальной крови и тем самым ограничивает падение pH. В этой статье объясняется, как возникает метаболический ацидоз при физической нагрузке и как дыхательная система его ослабляет.

Definition

Дыхательная компенсация во время физической нагрузки — это увеличение альвеолярной вентиляции, которое снижает парциальное давление углекислого газа в артериальной крови, чтобы частично компенсировать метаболический ацидоз, вызванный интенсивной физической нагрузкой, тем самым ограничивая снижение pH крови.

Scope

Эта тема охватывает происхождение метаболического ацидоза при интенсивных физических нагрузках, буферизацию ионов водорода в мышцах и крови, а также дыхательную компенсацию, которая снижает уровень углекислого газа в артериальной крови для поддержания pH. Она рассматривает эти аспекты как интегративную физиологию для справки и образования, а не как клиническое управление кислотно-щелочным балансом.

Core questions

• Как интенсивные физические нагрузки вызывают метаболический ацидоз?
• Как образующаяся нагрузка ионами водорода буферизуется в мышцах и крови?
• Как увеличение вентиляции легких поддерживает pH крови во время интенсивных физических нагрузок?
• Какова взаимосвязь между метаболическими и дыхательными компонентами изменения кислотно-щелочного баланса при физической нагрузке?

Key concepts

• Метаболический ацидоз при физической нагрузке
• Бикарбонатная буферизация
• Дыхательная компенсация
• Парциальное давление углекислого газа в артериальной крови (PaCO2)
• Изокапнический буферный диапазон
• Точка дыхательной компенсации
• Избыток оснований

Mechanisms

Во время интенсивных физических нагрузок скорость гликолиза превышает окислительное удаление его продуктов, и связанное с этим высвобождение ионов водорода имеет тенденцию снижать внутриклеточный, а затем и pH крови. Эта нагрузка ионами водорода сначала встречается химическими буферами, главным образом бикарбонатной системой, которая потребляет бикарбонат и генерирует дополнительный углекислый газ; поэтому изменение pH крови меньше, чем можно было бы ожидать только от метаболической нагрузки (Sahlin 1980; Sahlin 1978). По мере дальнейшего увеличения интенсивности, увеличение вентиляции снижает парциальное давление углекислого газа в артериальной крови, обеспечивая дыхательную компенсацию, которая поддерживает pH артериальной крови. При ступенчатой нагрузке это дает начальный изокапнический буферный диапазон, в котором бикарбонатная буферизация компенсирует кислотную нагрузку, в то время как уровень углекислого газа в артериальной крови остается стабильным, за которым следует точка дыхательной компенсации, за пределами которой вентиляция увеличивается непропорционально выработке углекислого газа, и уровень углекислого газа в артериальной крови падает (Wasserman 1973).

Clinical relevance

Метаболические и дыхательные компоненты изменения кислотно-щелочного баланса во время физической нагрузки лежат в основе фаз изокапнической буферизации и дыхательной компенсации, выявленных при кардиопульмональном нагрузочном тестировании. Эта статья описывает нормальную физиологию для справки и не является основой для клинического управления или лечения кислотно-щелочного баланса.

Evidence & guidelines

Описание основано на исследованиях состояния кислотно-щелочного баланса крови и мышц человека во время и после изнурительных упражнений, а также на классических работах по порогу газообмена, обобщенных в обзорах и учебниках по физиологии (Sahlin 1980; Sahlin 1978; Wasserman 1973; учебник West). Доказательства являются механистическими и наблюдательными.

History

Кислотно-щелочной ответ на физическую нагрузку был охарактеризован в исследованиях середины-конца двадцатого века метаболитов крови и мышц во время изнурительной работы, которые количественно определяли метаболический ацидоз и его буферизацию (Sahlin 1978; Sahlin 1980), наряду с работами по газообмену, которые определяли пороги буферизации и дыхательной компенсации (Wasserman 1973).

Debates

Насколько точно следует описывать источник ацидоза при физической нагрузке?

Традиционное объяснение приписывает ацидоз высвобождению ионов водорода, сопровождающему интенсивный гликолитический метаболизм; точный биохимический учет образования и удаления протонов был пересмотрен в физиологической литературе.

Key figures

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

Seminal works

• sahlin-1980
• wasserman-1973

Frequently asked questions

Почему кровь становится более кислой во время интенсивных физических нагрузок?

Интенсивные физические нагрузки производят ионы водорода быстрее, чем они могут быть удалены окислительным путем, и хотя химические буферы и усиленное дыхание ограничивают изменение, pH крови падает во время тяжелой работы.

Как дыхание помогает поддерживать pH крови во время физических нагрузок?

Увеличение вентиляции удаляет углекислый газ и снижает его парциальное давление в артериальной крови, что сдвигает бикарбонатный буфер и частично компенсирует метаболическую кислотную нагрузку, ограничивая падение pH.