สมดุลกรด-ด่างและการควบคุมค่า pH

ความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในของเหลวในร่างกายถูกควบคุมให้อยู่ในช่วงที่แคบมาก เนื่องจากกิจกรรมของโปรตีนและเอนไซม์ขึ้นอยู่กับค่านี้ สมดุลกรด-ด่างเป็นการทำงานร่วมกันของสารบัฟเฟอร์ทางเคมี ปอด และไต: สารบัฟเฟอร์จะดูดซับไฮโดรเจนไอออนทันที ปอดจะปรับคาร์บอนไดออกไซด์ภายในไม่กี่นาที และไตจะให้การควบคุมที่ช้ากว่าแต่เด็ดขาดโดยการควบคุมไบคาร์บอเนตและการขับกรดออก

Definition

สมดุลกรด-ด่างคือการควบคุมความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในของเหลวในร่างกายให้อยู่ในช่วงสรีรวิทยาที่แคบ โดยผ่านการบัฟเฟอร์ การควบคุมคาร์บอนไดออกไซด์โดยระบบทางเดินหายใจ และการควบคุมการขับไบคาร์บอเนตและกรดโดยไต

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมเคมีของระบบบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนต การมีส่วนร่วมของระบบทางเดินหายใจและไตในการควบคุมค่า pH และกลไกของไตในการดูดซึมไบคาร์บอเนตกลับ การขับกรดที่สามารถไทเทรตได้ และการสร้างแอมโมเนียม นอกจากนี้ยังกล่าวถึงความเชื่อมโยงระหว่างสมดุลกรด-ด่างกับการจัดการโพแทสเซียม เนื้อหานี้เป็นข้อมูลอ้างอิงทางสรีรวิทยาและไม่ได้ให้เกณฑ์การวินิจฉัยหรือการรักษาความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่าง

Core questions

• เหตุใดความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนจึงต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด?
• บัฟเฟอร์ ปอด และไต แตกต่างกันอย่างไรในด้านความเร็วและความสามารถ?
• ไตดูดซึมไบคาร์บอเนตที่ถูกกรองกลับคืนและสร้างไบคาร์บอเนตใหม่ได้อย่างไร?
• เหตุใดการขับแอมโมเนียมจึงมีความสำคัญต่อการกำจัดกรดสุทธิ?

Key concepts

• ระบบบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนต
• ความสัมพันธ์ของเฮนเดอร์สัน-ฮัสเซลบัลช์
• การควบคุมคาร์บอนไดออกไซด์โดยระบบทางเดินหายใจ
• การดูดซึมไบคาร์บอเนตกลับของไต
• การขับกรดที่สามารถไทเทรตได้
• การสร้างแอมโมเนียและการขับแอมโมเนียม
• ความเชื่อมโยงระหว่างสมดุลกรด-ด่างกับการจัดการโพแทสเซียม

Mechanisms

คู่ไบคาร์บอเนต-คาร์บอนไดออกไซด์เป็นบัฟเฟอร์นอกเซลล์ที่สำคัญที่สุด และปอดจะควบคุมส่วนคาร์บอนไดออกไซด์ของระบบนี้โดยการปรับการระบายอากาศภายในไม่กี่นาที ไตให้การควบคุมที่เด็ดขาดภายในไม่กี่ชั่วโมงถึงหลายวัน: ท่อไตส่วนต้นจะดูดซึมไบคาร์บอเนตที่ถูกกรองเกือบทั้งหมดกลับคืน ในขณะที่หน่วยไตส่วนปลายจะหลั่งไฮโดรเจนไอออนเพื่อสร้างไบคาร์บอเนตที่ถูกใช้ไปในการบัฟเฟอร์กรดเมแทบอลิซึมขึ้นใหม่ กรดที่ถูกขับออกมาส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของกรดที่สามารถไทเทรตได้ (บัฟเฟอร์โดยฟอสเฟต) และในรูปของแอมโมเนียม ซึ่งอย่างหลังนี้ผลิตจากกลูตามีนในท่อไตส่วนต้นและเป็นเส้นทางหลักเชิงปริมาณในการกำจัดภาระกรดประจำวัน เนื่องจากไฮโดรเจนและการหลั่งโพแทสเซียมมีปฏิกิริยาระหว่างกันในหน่วยไตส่วนปลาย การเปลี่ยนแปลงสถานะกรด-ด่างจึงเปลี่ยนแปลงการกระจายและการขับโพแทสเซียม และความผิดปกติของโพแทสเซียมก็ส่งผลต่อการจัดการกรดของไต ระบบนี้ยังขึ้นอยู่กับเซ็นเซอร์กรด-ด่างระดับโมเลกุลที่เชื่อมโยงค่า pH กับการตอบสนองของเซลล์และการขนส่ง

Clinical relevance

การแปลผลสมดุลกรด-ด่างเป็นส่วนหนึ่งของการประเมินผู้ป่วยวิกฤตและผู้ป่วยที่มีความผิดปกติทางเมแทบอลิซึมเป็นประจำ และอาศัยสรีรวิทยาของการบัฟเฟอร์และการชดเชยของไตและระบบทางเดินหายใจที่อธิบายไว้ในที่นี้ ข้อมูลนี้เป็นสรีรวิทยาเชิงพรรณนาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการจัดการความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างในแต่ละบุคคล

Evidence & guidelines

เนื้อหานี้สรุปจากการทบทวนแบบบูรณาการเกี่ยวกับการรักษาสมดุลกรด-ด่างของไต การรับรู้กรด-ด่าง และความเชื่อมโยงระหว่างสมดุลกรด-ด่างกับโพแทสเซียม โดยเสริมด้วยตำราสรีรวิทยามาตรฐาน ในฐานะที่เป็นสรีรวิทยาพื้นฐาน จึงไม่ได้นำแนวทางปฏิบัติทางคลินิกมาใช้

History

คำอธิบายเชิงปริมาณของบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนตมาจากผลงานของเฮนเดอร์สันในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และการปรับสูตรลอการิทึมของฮัสเซลบัลช์ และกลไกการขับกรดของไตได้รับการอธิบายอย่างชัดเจนในช่วงกลางศตวรรษที่ 20 โครงร่างทางประวัติศาสตร์นี้สะท้อนถึงคำอธิบายในตำรามาตรฐานมากกว่าแหล่งข้อมูลปฐมภูมิที่ได้รับการตรวจสอบในที่นี้

Key figures

• Lawrence Henderson
• Karl Hasselbalch
• Robert Pitts

Seminal works

• hamm-2015
• levin-2015

Frequently asked questions

อวัยวะใดที่ให้การควบคุมค่า pH ที่รวดเร็วเทียบกับการควบคุมที่เด็ดขาด?

บัฟเฟอร์ทางเคมีออกฤทธิ์ทันทีและปอดจะปรับคาร์บอนไดออกไซด์ภายในไม่กี่นาทีเพื่อการควบคุมที่รวดเร็ว ในขณะที่ไต โดยการควบคุมไบคาร์บอเนตและการขับกรดออกภายในไม่กี่ชั่วโมงถึงหลายวัน จะให้การควบคุมที่ช้ากว่าแต่เด็ดขาด

เหตุใดแอมโมเนียมจึงมีความสำคัญในการขับกรด?

แอมโมเนียม ซึ่งผลิตจากกลูตามีนในไต จะนำภาระกรดประจำวันส่วนใหญ่ที่ออกไปในปัสสาวะและช่วยในการสร้างไบคาร์บอเนตขึ้นใหม่ ทำให้เป็นเส้นทางหลักเชิงปริมาณในการกำจัดกรดสุทธิ