ความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างและการชดเชย

สรีรวิทยาของสมดุลกรด-ด่างเกี่ยวข้องกับวิธีการที่ร่างกายรักษาระดับความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในของเหลวนอกเซลล์ให้อยู่ในช่วงแคบๆ ซึ่งโดยทั่วไปแสดงเป็นค่า pH ของหลอดเลือดแดงใกล้เคียง 7.40 หัวข้อนี้จะสำรวจความผิดปกติที่เกิดขึ้นเมื่อสมดุลดังกล่าวถูกรบกวน และการตอบสนองเพื่อชดเชย ทั้งทางเคมี ทางเดินหายใจ และทางไต ที่ทำงานเพื่อฟื้นฟูสมดุลนั้น

Definition

ความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างคือการเบี่ยงเบนของความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในระบบจากจุดที่กำหนดปกติ โดยจำแนกตามว่าการเปลี่ยนแปลงหลักอยู่ในไบคาร์บอเนต (เมตาบอลิซึม) หรือในความดันคาร์บอนไดออกไซด์ (ระบบหายใจ) และมีลักษณะเฉพาะร่วมกับการตอบสนองเพื่อชดเชยที่มีแนวโน้มที่จะคืนค่า pH ให้กลับสู่ปกติ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการบัฟเฟอร์ทางเคมีของของเหลวในร่างกาย ความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างหลักสี่ชนิด (ภาวะเลือดเป็นกรดและด่างจากเมตาบอลิซึมและระบบหายใจ) การตอบสนองทุติยภูมิ (การชดเชย) ที่คาดการณ์ได้สำหรับแต่ละชนิด และกลไกการขับกรดของไตที่ท้ายที่สุดจะสร้างบัฟเฟอร์ขึ้นใหม่ โดยจัดระเบียบตามสรีรวิทยาและตรรกะการวินิจฉัยมากกว่าการจัดการทางคลินิก

Sub-topics

• Buffer Systems and Henderson-Hasselbalch
• Metabolic Acidosis
• Metabolic Alkalosis
• Renal Acid Excretion and Ammonia
• Respiratory Acidosis and Alkalosis

Core questions

• อะไรเป็นตัวกำหนดความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในของเหลวนอกเซลล์ และทำไมไบคาร์บอเนตจึงเป็นบัฟเฟอร์หลัก?
• ความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างหลักสี่ชนิดถูกกำหนดและแยกแยะได้อย่างไร?
• การตอบสนองเพื่อชดเชยใดบ้างที่ตามมาจากการรบกวนหลักแต่ละชนิด และพัฒนาขึ้นเร็วเพียงใด?
• ไตขับกรดที่เกิดขึ้นในแต่ละวันและสร้างไบคาร์บอเนตขึ้นใหม่ได้อย่างไร?

Key concepts

• ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนและ pH
• คู่บัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนต-คาร์บอนไดออกไซด์
• ความผิดปกติหลักเทียบกับการชดเชย
• องค์ประกอบเมตาบอลิซึมและระบบหายใจ
• ช่องว่างแอนไอออน (Anion gap)
• ความแตกต่างของไอออนที่แข็งแรง (Strong-ion difference)
• ความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างแบบผสม

Key theories

กรอบการทำงานของ Henderson-Hasselbalch (เน้นไบคาร์บอเนต)

พิจารณาว่า pH ถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของความเข้มข้นไบคาร์บอเนตต่อความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านสมดุลของกรดคาร์บอนิก ซึ่งให้คำอธิบายมาตรฐานข้างเตียงเกี่ยวกับสถานะกรด-ด่างและความผิดปกติ

แนวทางของ Stewart (ฟิสิกส์เคมี)

ปรับกรอบสถานะกรด-ด่างในแง่ของตัวแปรอิสระ ได้แก่ ความแตกต่างของไอออนที่แข็งแรง กรดอ่อนทั้งหมด และความดันคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งร่วมกันกำหนดความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน โดยเฉพาะอย่างยิ่งใช้ในการดูแลผู้ป่วยวิกฤตเพื่อเสริมมุมมองที่เน้นไบคาร์บอเนต

Mechanisms

คู่ไบคาร์บอเนต-คาร์บอนไดออกไซด์เป็นบัฟเฟอร์นอกเซลล์หลักของร่างกาย ซึ่งเชื่อมโยงปอด (ที่ควบคุมความดันคาร์บอนไดออกไซด์) และไต (ที่ควบคุมไบคาร์บอเนต) การเปลี่ยนแปลงหลักของไบคาร์บอเนตจากเมตาบอลิซึมจะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของคาร์บอนไดออกไซด์จากระบบหายใจเพื่อชดเชยภายในไม่กี่นาทีถึงหลายชั่วโมง ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงหลักของคาร์บอนไดออกไซด์จากระบบหายใจจะกระตุ้นให้เกิดการปรับไบคาร์บอเนตของไตที่ช้ากว่าภายในไม่กี่ชั่วโมงถึงหลายวัน ความผิดปกติหลักแต่ละชนิดมีการชดเชยที่คาดการณ์ได้ในเชิงปริมาณ และค่าที่วัดได้ซึ่งห่างไกลจากการคาดการณ์นั้นบ่งชี้ถึงความผิดปกติเพิ่มเติมแบบผสม ไตจะทำให้ระบบสมบูรณ์โดยการขับกรดสุทธิรายวัน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแอมโมเนียมและกรดที่สามารถไทเทรตได้ และโดยการสร้างไบคาร์บอเนตที่ใช้ไปในการบัฟเฟอร์ขึ้นใหม่

Clinical relevance

การวิเคราะห์สมดุลกรด-ด่างเป็นส่วนหนึ่งของการประเมินผู้ป่วยวิกฤตและผู้ป่วยที่มีภาวะเมตาบอลิซึมไม่คงที่ และกรอบการทำงานทางสรีรวิทยาที่อธิบายไว้ในที่นี้เป็นพื้นฐานสำหรับการตีความผลการตรวจก๊าซในเลือดแดงและอิเล็กโทรไลต์ ข้อมูลนี้อธิบายสรีรวิทยาพื้นฐานและเหตุผลในการวินิจฉัย ไม่ใช่แหล่งข้อมูลสำหรับการให้ยาหรือคำแนะนำการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

หลักการทางสรีรวิทยาที่สำคัญของสมดุลกรด-ด่างได้รับการยอมรับอย่างดีในบทความทบทวนและตำรามาตรฐาน (Hamm และคณะ, 2015; Berend และคณะ, 2014) โดยแนวทางที่เน้นไบคาร์บอเนตและแนวทางของ Stewart นำเสนอโครงสร้างเชิงพรรณนาที่เสริมกัน กฎเชิงปริมาณสำหรับการชดเชยที่คาดหวังมีการอ้างอิงอย่างกว้างขวาง แต่ควรตีความว่าเป็นสรีรวิทยาเชิงพรรณนามากกว่าเป็นระเบียบวิธีทางคลินิก

History

สรีรวิทยาเชิงปริมาณของสมดุลกรด-ด่างพัฒนามาจากการทำงานของ Lawrence Henderson ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เกี่ยวกับสมดุลของกรดคาร์บอนิก และการปรับสูตรลอการิทึมของ Karl Hasselbalch ซึ่งทำให้เกิดสมการที่มีชื่อของทั้งสองคน คำอธิบายที่เน้นไบคาร์บอเนตครอบงำสรีรวิทยาและการแพทย์ทางคลินิกในศตวรรษที่ 20 และการปรับสูตรทางฟิสิกส์เคมีของ Peter Stewart ในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ได้นำเสนอคำอธิบายทางเลือกที่อิงไอออนที่แข็งแรง ซึ่งยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู่

Debates

แนวทางที่เน้นไบคาร์บอเนตเทียบกับแนวทางฟิสิกส์เคมีของ Stewart

การถกเถียงทางระเบียบวิธีที่ดำเนินอยู่คือคำอธิบายแบบ Henderson-Hasselbalch แบบดั้งเดิมหรือกรอบไอออนที่แข็งแรงของ Stewart อธิบายและวัดปริมาณความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างได้ดีกว่ากัน ทั้งสองสามารถอธิบายข้อมูลเดียวกันได้ และแนวทางของ Stewart มักถูกนำเสนอเป็นการเสริมมากกว่าการแทนที่

Key figures

• Lawrence J. Henderson
• Karl Albert Hasselbalch
• Horacio J. Adrogué
• Nicolaos E. Madias
• Peter A. Stewart

Seminal works

• hamm-2015
• berend-2014
• adrogue-madias-1998

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างจากเมตาบอลิซึมและจากระบบหายใจคืออะไร?

ความผิดปกติจากเมตาบอลิซึมคือการเปลี่ยนแปลงหลักในความเข้มข้นของไบคาร์บอเนต ในขณะที่ความผิดปกติจากระบบหายใจคือการเปลี่ยนแปลงหลักในความดันย่อยของคาร์บอนไดออกไซด์ แต่ละชนิดจะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงเพื่อชดเชยในองค์ประกอบอีกชนิดหนึ่ง

การชดเชยในสมดุลกรด-ด่างหมายถึงอะไร?

การชดเชยคือการตอบสนองทุติยภูมิ โดยระบบหายใจสำหรับความผิดปกติจากเมตาบอลิซึม และไตสำหรับความผิดปกติจากระบบหายใจ ซึ่งมีแนวโน้มที่จะคืนค่า pH ให้กลับสู่ปกติโดยไม่แก้ไขให้สมบูรณ์ ความผิดปกติหลักจะต้องได้รับการรักษาเพื่อการแก้ไขที่สมบูรณ์