การตอบสนองของระบบทางเดินหายใจต่อความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่าง

ระบบทางเดินหายใจเป็นหนึ่งในสองกลไกหลักของร่างกายในการควบคุมสมดุลกรด-ด่าง ควบคู่ไปกับไต เนื่องจากคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงมีพฤติกรรมเป็นกรดในสารละลาย การเปลี่ยนแปลงการระบายอากาศจึงทำให้คาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงและค่า pH ของเลือดเปลี่ยนแปลงไปภายในไม่กี่นาที สิ่งนี้ทำให้การหายใจเป็นทั้งกลไกชดเชยที่รวดเร็วสำหรับความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างจากการเผาผลาญ และเมื่อการหายใจเองผิดปกติ ก็เป็นสาเหตุหลักของภาวะเลือดเป็นกรดหรือด่างจากการหายใจ

Definition

การตอบสนองของระบบทางเดินหายใจต่อความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างคือการเปลี่ยนแปลงของการระบายอากาศ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นการเปลี่ยนแปลงของความดันคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดง ซึ่งระบบทางเดินหายใจใช้ในการชดเชยความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างจากการเผาผลาญอย่างรวดเร็ว หรือเมื่อการระบายอากาศเองมีการเปลี่ยนแปลง ก็เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดภาวะเลือดเป็นกรดหรือด่างจากการหายใจ

Scope

เนื้อหานี้ครอบคลุมบทบาทของคาร์บอนไดออกไซด์ในระบบบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนต การชดเชยอย่างรวดเร็วของระบบทางเดินหายใจสำหรับภาวะเลือดเป็นกรดและด่างจากการเผาผลาญ คำจำกัดความของความผิดปกติหลักของระบบทางเดินหายใจ และหลักการของการชดเชยที่คาดการณ์ไว้ซึ่งใช้ในการระบุความผิดปกติแบบผสมผสาน โดยถือว่าการมีส่วนร่วมของระบบทางเดินหายใจต่อสมดุลกรด-ด่างเป็นสรีรวิทยาที่เป็นพื้นฐานของการแปลผลก๊าซในเลือด ไม่ใช่การจัดการทางคลินิก

Core questions

• การเปลี่ยนแปลงการระบายอากาศส่งผลต่อค่า pH ของเลือดอย่างไร?
• การหายใจชดเชยภาวะเลือดเป็นกรดหรือด่างจากการเผาผลาญได้เร็วแค่ไหนและมากเพียงใด?
• อะไรคือสิ่งที่แยกความผิดปกติของสมดุลกรด-ด่างจากการหายใจหลักออกจากการชดเชย?
• ระดับการชดเชยของระบบทางเดินหายใจที่คาดการณ์ไว้ถูกนำมาใช้ในการตรวจจับความผิดปกติแบบผสมผสานได้อย่างไร?

Key concepts

• ระบบบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนต
• คาร์บอนไดออกไซด์ในฐานะกรดระเหยง่าย
• การชดเชยของระบบทางเดินหายใจสำหรับความผิดปกติจากการเผาผลาญ
• ภาวะเลือดเป็นกรดและด่างจากการหายใจหลัก
• กฎการชดเชยที่คาดการณ์ไว้
• การตอบสนองการระบายอากาศที่ควบคุมโดยตัวรับเคมีต่อค่า pH

Mechanisms

คาร์บอนไดออกไซด์รวมตัวกับน้ำเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก ซึ่งจะแตกตัวเป็นไฮโดรเจนไอออนและไบคาร์บอเนตไอออน ดังนั้นความดันคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงจึงเป็นตัวกำหนดค่า pH ของเลือดภายในระบบบัฟเฟอร์ไบคาร์บอเนต เมื่อภาวะเลือดเป็นกรดจากการเผาผลาญทำให้ค่า pH ลดลง ตัวรับเคมีส่วนกลางและส่วนปลายจะเพิ่มการระบายอากาศ ทำให้คาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงลดลงและค่า pH เพิ่มขึ้นเข้าสู่ภาวะปกติ ภาวะเลือดเป็นด่างจากการเผาผลาญจะกดการระบายอากาศและทำให้คาร์บอนไดออกไซด์เพิ่มขึ้น การชดเชยของระบบทางเดินหายใจนี้จะเริ่มขึ้นภายในไม่กี่นาทีและส่วนใหญ่จะสมบูรณ์ภายในไม่กี่ชั่วโมง ซึ่งเร็วกว่าการจัดการไบคาร์บอเนตของไตมาก เมื่อการระบายอากาศเป็นปัญหาหลัก การหายใจน้อยเกินไปจะเพิ่มคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดง (ภาวะเลือดเป็นกรดจากการหายใจ) และการหายใจมากเกินไปจะลดคาร์บอนไดออกไซด์ (ภาวะเลือดเป็นด่างจากการหายใจ) ซึ่งแต่ละอย่างจะกระตุ้นให้เกิดการชดเชยของไตที่ช้ากว่า เนื่องจากขนาดของการชดเชยที่คาดการณ์ไว้สำหรับความผิดปกติหลักแต่ละอย่างสามารถคาดเดาได้ ค่าที่วัดได้ซึ่งเบี่ยงเบนไปจากช่วงที่คาดการณ์ไว้จะบ่งชี้ถึงความผิดปกติที่เกิดขึ้นร่วมกัน (แบบผสมผสาน)

Clinical relevance

สรีรวิทยานี้เป็นพื้นฐานของการแปลผลก๊าซในเลือดแดง ซึ่งความสัมพันธ์ระหว่างคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดง ไบคาร์บอเนต และค่า pH ถูกนำมาใช้ในการจำแนกความผิดปกติและตรวจจับความผิดปกติแบบผสมผสานผ่านกฎการชดเชยที่คาดการณ์ไว้ เนื้อหานี้อธิบายกลไกการควบคุมและตรรกะการแปลผล เป็นเนื้อหาอ้างอิงและเพื่อการศึกษา และไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

กรอบการตีความที่สรุปไว้ที่นี่ รวมถึงแนวทางทางสรีรวิทยาที่เน้นไบคาร์บอเนตและการใช้ความสัมพันธ์ของการชดเชยที่คาดการณ์ไว้เพื่อระบุความผิดปกติแบบผสมผสาน มาจากการทบทวนการประเมินสมดุลกรด-ด่างที่อ้างอิงอย่างกว้างขวาง

History

ความเข้าใจเชิงปริมาณของสมดุลกรด-ด่างขึ้นอยู่กับผลงานของ Henderson และ Hasselbalch ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ซึ่งเชื่อมโยงค่า pH กับอัตราส่วนของไบคาร์บอเนตต่อคาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายน้ำ การตระหนักถึงปอดและไตในฐานะตัวควบคุมที่เสริมกัน และการพัฒนาการวัดก๊าซในเลือดและกฎการชดเชยที่คาดการณ์ไว้ ทำให้นักคลินิกและนักสรีรวิทยาแยกความแตกต่างระหว่างการเปลี่ยนแปลงหลักกับการเปลี่ยนแปลงชดเชย และระบุความผิดปกติแบบผสมผสานได้

Debates

กรอบแนวคิดใดที่อธิบายสรีรวิทยาของสมดุลกรด-ด่างได้ดีที่สุด?

แนวทางไบคาร์บอเนตแบบดั้งเดิม (Henderson-Hasselbalch) แนวทางฐานส่วนเกิน และแนวทางฟิสิกส์เคมี (Stewart) เสนอคำอธิบายที่แตกต่างกันสำหรับความผิดปกติเดียวกัน การถกเถียงยังคงดำเนินต่อไปว่าแนวทางใดมีประโยชน์มากที่สุด แม้ว่าตัวแปรทางเดินหายใจอย่างคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงจะเป็นหัวใจสำคัญของทุกแนวทางก็ตาม

Key figures

• Kenrick Berend
• Lawrence Henderson
• Karl Hasselbalch

Seminal works

• berend-2014
• berend-2010

Frequently asked questions

การหายใจส่งผลต่อความเป็นกรดของเลือดได้อย่างไร?

คาร์บอนไดออกไซด์ทำหน้าที่เป็นกรดในเลือด ดังนั้นการเพิ่มการระบายอากาศจะกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกไปและเพิ่มค่า pH ในขณะที่การลดการระบายอากาศจะกักเก็บคาร์บอนไดออกไซด์และลดค่า pH

เหตุใดการชดเชยของระบบทางเดินหายใจจึงเร็วกว่าการชดเชยของไต?

การระบายอากาศสามารถเปลี่ยนแปลงคาร์บอนไดออกไซด์ในหลอดเลือดแดงได้ภายในไม่กี่นาที ในขณะที่ไตจะปรับการขับไบคาร์บอเนตในช่วงหลายชั่วโมงถึงหลายวัน ดังนั้นปอดจึงให้การตอบสนองที่รวดเร็ว และไตให้การตอบสนองที่ช้ากว่าแต่สมบูรณ์กว่า