Cân bằng kiềm-toan và bù trừ hô hấp

Tập thể dục cường độ cao tạo ra các ion hydro nhanh hơn tốc độ chúng có thể được đào thải, có xu hướng làm giảm độ pH của máu. Cơ thể bảo vệ cân bằng kiềm-toan thông qua hệ đệm hóa học và, quan trọng hơn, thông qua bù trừ hô hấp: tăng thông khí làm giảm carbon dioxide trong động mạch và do đó hạn chế sự giảm pH. Chủ đề này giải thích cách toan chuyển hóa do tập thể dục phát sinh và cách hệ hô hấp làm giảm nhẹ nó.

Definition

Bù trừ hô hấp trong khi tập thể dục là sự tăng thông khí phế nang làm giảm áp lực riêng phần carbon dioxide trong động mạch để bù đắp một phần cho tình trạng toan chuyển hóa do tập thể dục cường độ cao gây ra, từ đó hạn chế sự suy giảm pH máu.

Scope

Chủ đề này bao gồm nguồn gốc của toan chuyển hóa do tập thể dục cường độ cao, sự đệm của các ion hydro trong cơ và máu, và sự bù trừ hô hấp làm giảm carbon dioxide trong động mạch để bảo vệ pH. Nó đề cập đến những điều này như sinh lý học tích hợp để tham khảo và giáo dục, không phải là quản lý kiềm-toan lâm sàng.

Core questions

• Tập thể dục cường độ cao tạo ra toan chuyển hóa như thế nào?
• Tải lượng ion hydro tạo ra được đệm trong cơ và máu như thế nào?
• Thông khí tăng lên bảo vệ pH máu trong quá trình tập thể dục cường độ cao như thế nào?
• Mối quan hệ giữa các thành phần chuyển hóa và hô hấp của sự thay đổi kiềm-toan do tập thể dục là gì?

Key concepts

• Toan chuyển hóa do tập thể dục
• Hệ đệm bicarbonate
• Bù trừ hô hấp
• Áp lực riêng phần carbon dioxide động mạch (PaCO2)
• Khoảng đệm đẳng capnic
• Điểm bù trừ hô hấp
• Dư bazơ

Mechanisms

Trong quá trình tập thể dục cường độ cao, tốc độ đường phân vượt quá khả năng loại bỏ oxy hóa các sản phẩm của nó, và sự giải phóng các ion hydro liên quan có xu hướng làm giảm pH nội bào và sau đó là pH máu. Lượng ion hydro này ban đầu được đáp ứng bởi các hệ đệm hóa học, chủ yếu là hệ bicarbonate, hệ này tiêu thụ bicarbonate và tạo ra thêm carbon dioxide; do đó, sự thay đổi pH máu nhỏ hơn so với dự đoán của riêng tải lượng chuyển hóa (Sahlin 1980; Sahlin 1978). Khi cường độ tăng thêm, sự tăng thông khí làm giảm áp lực riêng phần carbon dioxide trong động mạch, cung cấp sự bù trừ hô hấp bảo vệ pH động mạch. Trong tập thể dục tăng dần, điều này tạo ra một khoảng đệm đẳng capnic ban đầu, trong đó hệ đệm bicarbonate bù đắp tải lượng axit trong khi carbon dioxide động mạch được giữ ổn định, tiếp theo là điểm bù trừ hô hấp mà sau đó thông khí tăng không tương xứng với lượng carbon dioxide thải ra và carbon dioxide động mạch giảm (Wasserman 1973).

Clinical relevance

Các thành phần chuyển hóa và hô hấp của sự thay đổi kiềm-toan trong quá trình tập thể dục là cơ sở cho các pha đệm đẳng capnic và bù trừ hô hấp được xác định trong thử nghiệm gắng sức tim phổi. Mục này mô tả sinh lý học bình thường để tham khảo và không phải là cơ sở để quản lý hoặc điều trị kiềm-toan lâm sàng.

Evidence & guidelines

Tài liệu này dựa trên các nghiên cứu trên người về tình trạng kiềm-toan trong máu và cơ trong và sau khi tập thể dục gắng sức và trên các công trình ngưỡng trao đổi khí kinh điển, được tổng hợp trong các bài tổng quan và sách giáo khoa sinh lý học (Sahlin 1980; Sahlin 1978; Wasserman 1973; sách giáo khoa West). Bằng chứng mang tính cơ chế và quan sát.

History

Phản ứng kiềm-toan đối với tập thể dục đã được mô tả thông qua các nghiên cứu giữa đến cuối thế kỷ XX về các chất chuyển hóa trong máu và cơ trong quá trình làm việc gắng sức, định lượng tình trạng toan chuyển hóa và sự đệm của nó (Sahlin 1978; Sahlin 1980), cùng với công trình trao đổi khí đã xác định các ngưỡng đệm và bù trừ hô hấp (Wasserman 1973).

Debates

Nguồn gốc của toan chuyển hóa do tập thể dục nên được mô tả chính xác đến mức nào?

Giải thích thông thường cho rằng toan hóa là do sự giải phóng các ion hydro đi kèm với quá trình chuyển hóa đường phân mạnh mẽ; việc tính toán sinh hóa chính xác về sản xuất và loại bỏ proton đã được xem xét lại trong các tài liệu sinh lý học.

Key figures

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

Seminal works

• sahlin-1980
• wasserman-1973

Frequently asked questions

Tại sao máu trở nên axit hơn trong quá trình tập thể dục nặng?

Tập thể dục cường độ cao tạo ra các ion hydro nhanh hơn tốc độ chúng có thể được loại bỏ bằng oxy hóa, và mặc dù các hệ đệm hóa học và tăng cường hô hấp hạn chế sự thay đổi, pH máu vẫn giảm trong quá trình làm việc nặng.

Hô hấp giúp bảo vệ pH máu trong quá trình tập thể dục như thế nào?

Sự tăng thông khí loại bỏ carbon dioxide và làm giảm áp lực riêng phần của nó trong máu động mạch, điều này làm dịch chuyển hệ đệm bicarbonate và bù đắp một phần tải lượng axit chuyển hóa, hạn chế sự giảm pH.