Khí máu và các Xét nghiệm trong Hồi sức Cấp cứu, Ấn bản thứ 3
(Blood Gases and Critical Care Testing, Third Edition)
Tác giả: Toffaletti, John G., PhD – Nhà xuất bản Elsevier – Biên dịch: Ths.Bs Lê Đình Sáng

Chương 5: Sinh lý và đánh giá lâm sàng về canxi

Calcium physiology and clinical evaluation
John G. Toffaletti, PhD; Craig R. Rackley, MD
Blood Gases and Critical Care Testing, Chapter 5, 85-109

Giới thiệu và lịch sử

Năm 1883, Sydney Ringer đã chỉ ra rằng canxi là yếu tố cần thiết cho sự co bóp của cơ tim. Năm 1934, Franklin McLean và Baird Hastings đã công bố một báo cáo trên Tạp chí Hóa học Sinh học cho thấy nồng độ canxi ion hóa tỷ lệ thuận với biên độ co bóp của tim ếch, trong khi canxi liên kết với protein và citrate không có tác dụng. Sau nhiều nỗ lực phát triển phương pháp cải tiến, các điện cực chọn lọc ion đáng tin cậy để đo canxi ion hóa cuối cùng đã được phát triển và hiện đã có sẵn.

Các chất điện giải canxi, magie và phốt phát có nhiều vai trò trong cấu trúc và chức năng của xương, chức năng của màng tế bào, và sự kích hoạt của nhiều enzyme liên quan đến điều hòa di truyền, co cơ và sử dụng năng lượng. Hormone tuyến cận giáp, vitamin D và calcitonin điều chỉnh sự hấp thụ, phân phối và bài tiết các ion này trong ruột, thận, xương và các mô mềm.

Ngoài việc chẩn đoán rối loạn chức năng tuyến cận giáp và tăng canxi máu do bệnh ác tính, vai trò của các phép đo canxi trong các xét nghiệm chẩn đoán chỉ ở mức độ quan tâm vừa phải trong suốt những năm 1970. Trong 40 năm qua, một vai trò nổi bật đã phát triển cho việc theo dõi nồng độ canxi trong một số cuộc phẫu thuật và ở những bệnh nhân nặng.

Hầu hết các rối loạn canxi đều liên quan đến những điều sau đây, mà các phép đo canxi là hữu ích nhất:

• Thiếu hụt, hoặc khiếm khuyết trong chuyển hóa tuyến cận giáp hoặc vitamin D
• Bệnh ác tính, đặc biệt là với tăng canxi máu
• Bệnh thận
• Thiếu magie
• Đánh giá bệnh nhân trong tình trạng nguy kịch, chẳng hạn như nhiễm trùng huyết
• Đánh giá trẻ sơ sinh bị hạ canxi máu chưa được giải quyết
• Sử dụng quá nhiều citrate, canxi, hoặc nước muối

Ngoài ra, việc hiểu rõ sự điều hòa canxi và các chất điện giải khác bởi hormone tuyến cận giáp (PTH), vitamin D và calcitonin là hữu ích trong chẩn đoán phân biệt nhiều rối loạn canxi.

Một điểm quan trọng nhất cần lưu ý là việc điều chỉnh hạ canxi máu không phải lúc nào cũng cần thiết hoặc được đảm bảo. Nồng độ canxi huyết tương bất thường thường là một dấu hiệu cho thấy mức độ nghiêm trọng của bệnh và tự khỏi khi quá trình bệnh chính được giải quyết. Hơn nữa, nồng độ canxi ion hóa thấp có thể có tác dụng bảo vệ, do đó việc điều chỉnh thực sự có thể gây hại.

Sinh lý canxi

Khoảng 99% canxi cơ thể nằm trong bộ xương, trong đó một tỷ lệ nhỏ có thể trao đổi tự do với canxi ngoại bào. Mặc dù chỉ có 1% canxi trong cơ thể có mặt trong không gian ngoại bào và nội bào, sự trao đổi và cân bằng của các ion canxi là cực kỳ quan trọng trong các không gian này. Nồng độ canxi trong huyết tương được điều hòa chặt chẽ, với các ion canxi đóng một vai trò quan trọng trong việc truyền xung thần kinh, co cơ, đông máu, bài tiết hormone và kết dính giữa các tế bào.

Cân bằng canxi tổng thể được điều hòa bởi các hoạt động phối hợp của sự hấp thụ canxi ở ruột, tái hấp thu ở thận và trao đổi từ xương. Tất cả các quá trình này được kiểm soát bởi các hormone là một phần của cơ chế phức tạp điều chỉnh cả canxi toàn thân và ngoại bào.

Nồng độ canxi toàn phần bình thường trong huyết tương là khoảng 2,20-2,55 mmol/L. Mặc dù tất cả canxi trong huyết tương đều là ion canxi, nhưng phần lớn các ion này liên kết với các anion, với khoảng 40%-45% liên kết với protein (chủ yếu là albumin), và khoảng 10%-15% tạo phức với các anion nhỏ hơn, chủ yếu là bicarbonate, citrate, lactate và phốt phát. 45%-50% còn lại là các ion canxi tự do.

Nồng độ canxi trong bào tương của tế bào thấp hơn khoảng 15.000-20.000 lần so với nồng độ trong huyết tương ngoại bào. Gradient ngoại bào-nội bào này được duy trì bởi các phốt phát năng lượng cao cung cấp năng lượng cho các bơm ion khác nhau. Canxi ion hóa trong máu là phần canxi có hoạt tính sinh lý và kiểm soát nhiều quá trình thần kinh cơ và bài tiết.

Ví dụ, canxi ion hóa đóng một vai trò quan trọng trong chức năng tim mạch. Dòng ion canxi vào trong các tế bào tim giúp kiểm soát nhịp tim bằng cách liên kết với các protein co bóp trong tế bào cơ tim, khởi đầu quá trình co bóp. Tốc độ dòng ion canxi vào các tế bào cơ trơn ảnh hưởng đến sức căng của các tiểu động mạch điều hòa huyết áp. Các kênh canxi trong màng tế bào điều chỉnh dòng chảy này bằng cách mở ra khi màng bị khử cực. Các ion magie giúp ổn định các kênh canxi. Các loại thuốc tác động lên tim như epinephrine và isoproterenol tạo điều kiện cho việc vận chuyển các ion canxi qua các kênh này, thúc đẩy sự co bóp nhanh hơn hoặc mạnh hơn, làm tăng công của tim. Các thuốc chẹn kênh canxi, chẳng hạn như nifedipine, verapamil và diltiazem, làm giảm huyết áp bằng cách làm giãn mạch máu và làm chậm nhịp tim, giúp tăng lưu lượng máu và cung cấp oxy cho tim và giảm công của tim.

Các ion canxi cũng quan trọng như những người truyền tin thứ hai. Sau khi được kích thích ở bề mặt tế bào bởi một phân tử cụ thể (người truyền tin thứ nhất), dòng ion canxi vào trong (người truyền tin thứ hai) sẽ khởi đầu các hoạt động của tế bào, chẳng hạn như sản xuất các hormone như insulin, aldosterone, vasopressin và renin.

Điều hòa trong máu

Hấp thụ canxi qua ruột (GI). Hầu hết sự hấp thụ canxi qua đường tiêu hóa diễn ra ở tá tràng, hỗng tràng và hồi tràng. Sự hấp thụ xảy ra qua các con đường gian bào thông qua các kênh “liên kết chặt chẽ” giữa các tế bào, hoặc các con đường xuyên bào qua các tế bào.

Điều hòa canxi ở thận. Như được thể hiện trong Hình 5.1, 60%-70% ion Ca được tái hấp thu ở ống lượn gần (PCT), chủ yếu bằng các cơ chế thụ động, nhưng một lượng nhỏ được tái hấp thu bằng các cơ chế chủ động chủ yếu được điều hòa bởi PTH và calcitonin. Ở nhánh lên dày của quai Henle (TAL), sự hấp thụ ion Ca gian bào được thúc đẩy bởi đồng vận chuyển Na-K-2Cl (NKCC2) và kênh K ion tủy ngoài của thận (ROMK).

Hình 5.1 Quá trình xử lý các ion Ca trong các đoạn của nephron. 100% ion Ca được lọc qua cầu thận, với sự tái hấp thu xảy ra ở ống lượn gần (PCT), nhánh lên dày (TAL) của quai Henle, ống lượn xa (DCT), và ống góp (Coll Duct). CaSR, thụ thể cảm nhận canxi; NKCC2, đồng vận chuyển Na-K-2Cl; ROMK, kênh K màng ngoài của thận. Khi được kích hoạt, CaSR ức chế các chất vận chuyển (NKCC2 và Claudins) và các kênh ion (ROMK) tái hấp thu các ion Ca. Xuyên bào đề cập đến quá trình các ion di chuyển qua các tế bào. PTH và calcitonin thúc đẩy tái hấp thu các ion Ca ở ống lượn gần.

Các tế bào trong TAL cũng biểu hiện một số protein “liên kết chặt chẽ” được gọi là claudin. Claudin là các protein màng trong các liên kết chặt chẽ này giữa các tế bào, điều chỉnh dòng chảy của các phân tử và ion qua các không gian gian bào này.

Điều hòa hormon của canxi

Ba hormone điều hòa canxi huyết thanh bằng cách thay đổi tốc độ bài tiết của chúng để đáp ứng với những thay đổi của canxi ion hóa: PTH, vitamin D và calcitonin, mặc dù vai trò của calcitonin ít rõ ràng hơn. Hoạt động của chúng được thể hiện trong Bảng 5.1. Một phân tử có hoạt động giống PTH, được gọi là peptide liên quan đến PTH (PTHrP), dường như có tác dụng tăng canxi máu tương tự như của PTH, và có thể đặc biệt quan trọng trong tăng canxi máu do ác tính.

Bảng 5.1. Các hoạt động sinh lý của PTH, vitamin D và calcitonin