Sinh lý học Hô hấp ứng dụng của Nunn & Lumb, ấn bản thứ 9. CHƯƠNG 25. ĐỘC TÍNH CỦA OXY VÀ TÌNH TRẠNG TĂNG OXY MÁU

Sinh lý học Hô hấp ứng dụng của Nunn & Lumb, ấn bản thứ 9. Nunn and Lumb’s Applied Respiratory Physiology 9th Edition.
Chủ biên: Andrew Lumb, Caroline Thomas. Nhà xuất bản ELSEVIER. Biên dịch: Ts.Bs. Lê Nhật Huy, Ths.Bs. Lê Đình Sáng. ISBN-13: 978-0702079085. 
Ấn bản tiếng Việt của cuốn sách này được dịch & chia sẻ vì mục đích lan toả tri thức, hoàn toàn phi lợi nhuận, duy nhất trên các website sachyhoc.com & yhoclamsang.net của THƯ VIỆN MEDIPHARM. NGHIÊM CẤM THƯƠNG MẠI HOÁ bản dịch tiếng Việt của cuốn sách này dưới bất cứ hình thức nào.

CHƯƠNG 25. ĐỘC TÍNH CỦA OXY VÀ TÌNH TRẠNG TĂNG OXY MÁU

Oxygen toxicity and hyperoxia
Andrew Lumb, MB BS FRCA; Caroline Thomas, BSc MBChB MRCS(Ed) FRCA
Nunn and Lumb’s Applied Respiratory Physiology, 25, 285-298.e2

Chương 23 đã mô tả những hậu quả thảm khốc của việc thiếu oxy đối với các dạng sống phụ thuộc vào dưỡng khí này. Đối với hầu hết các sinh vật, tình trạng thiếu oxy (hypoxia) hiếm khi xảy ra. Tuy nhiên, bản thân oxy cũng gây độc ở cấp độ tế bào, buộc các sinh vật phải tiến hóa và phát triển các hệ thống chống oxy hóa (antioxidant systems) phức tạp để tự vệ. Đa phần thời gian, hoạt động của các dẫn xuất oxy độc hại và hệ thống chống oxy hóa luôn duy trì trạng thái cân bằng hoàn hảo. Mặc dù vậy, ngày càng có nhiều ý kiến cho rằng qua nhiều năm, các cơ chế oxy hóa sẽ dần chiếm ưu thế và có thể là nguyên nhân cốt lõi gây ra sự suy giảm chức năng toàn thân liên quan đến quá trình lão hóa (ageing). Trong nhiều bệnh lý khác nhau, hoặc khi cơ thể tiếp xúc với lượng oxy dư thừa, sự cân bằng này bị phá vỡ nghiêm trọng, dẫn đến những rối loạn sinh lý không mong muốn hoặc trực tiếp gây tổn thương mô.

Tình Trạng Tăng Oxy Máu (Hyperoxia)

Tình trạng tăng thông khí (hyperventilation) khi hít thở không khí bình thường có thể làm tăng PO₂ động mạch lên khoảng 16 kPa (120 mmHg). Người ta chỉ có thể đạt được các mức phân áp cao hơn bằng cách làm giàu nồng độ oxy trong khí hít vào hoặc tăng áp suất môi trường xung quanh (hoặc cả hai). Mặc dù chúng ta có thể nâng PO₂ động mạch lên mức rất cao, mức tăng hàm lượng oxy động mạch thực tế lại tương đối nhỏ (Bảng 25.1). Độ bão hòa oxy động mạch thường lớn hơn 95%, và khi đã đạt mức bão hòa 100%, máu chỉ có thể chuyên chở lượng oxy bổ sung dưới dạng hòa tan vật lý (physical solution). Với điều kiện chênh lệch hàm lượng oxy giữa động mạch và tĩnh mạch trộn không đổi, hàm lượng oxy tĩnh mạch sẽ tăng một lượng đúng bằng mức tăng của hàm lượng oxy động mạch. Hệ quả đối với PO₂ tĩnh mạch (Bảng 25.1) rất quan trọng, vì PO₂ mô tối thiểu có giá trị gần với PO₂ tĩnh mạch hơn là PO₂ động mạch. Mức tăng PO₂ tĩnh mạch là không đáng kể khi hít thở 100% oxy ở áp suất khí quyển bình thường. Bệnh nhân cần phải hít thở oxy ở áp suất tuyệt đối 3 atm (atm absolute – ATA) thì PO₂ tĩnh mạch (và kéo theo đó là PO₂ mô) mới thực sự tăng mạnh. Lý do là vì lúc này, lượng oxy hòa tan đã đủ để đáp ứng phần lớn nhu cầu chuyển hóa của cơ thể, giúp độ bão hòa của máu mao mạch và máu tĩnh mạch luôn duy trì ở mức xấp xỉ 100%.

Chúng ta có thể chia tình trạng tăng oxy máu (hyperoxia) thành hai cấp độ để dễ xem xét. Cấp độ thứ nhất là hít hỗn hợp khí làm giàu oxy ở áp suất khí quyển bình thường, trong khi cấp độ thứ hai liên quan đến việc hít thở oxy ở áp suất cao, còn gọi là tình trạng tăng oxy máu cao áp (hyperbaric hyperoxia). Tuy nhiên, trước tiên chúng ta cần hiểu rõ cơ chế phân tử mà oxy sử dụng để gây tổn thương các phân tử sinh học.

Độc Tính Của Oxy (Oxygen Toxicity)

Phân Tử Oxy Và Các Dẫn Xuất Phản Ứng (The Oxygen Molecule And Reactive Derivatives)

Phân tử dioxygen (Hình 25.1) mang cấu trúc khá đặc biệt vì nó sở hữu hai electron chưa ghép cặp ở lớp vỏ ngoài cùng (lớp 2P). Tuy nhiên, phân tử này vẫn giữ được sự ổn định nhờ quỹ đạo (orbitals) của hai electron chưa ghép cặp này chạy song song với nhau. Hai electron chưa ghép cặp cũng mang lại đặc tính thuận từ (paramagnetism), một đặc điểm được ứng dụng làm phương pháp phân tích khí gần như đặc hiệu cho oxy.

Mặc dù oxy ở trạng thái cơ bản (dioxygen) là một chất oxy hóa mạnh, phân tử này rất ổn định và có thời gian bán hủy vô hạn. Tuy nhiên, như sẽ thảo luận dưới đây, phân tử oxy có thể biến đổi thành hàng loạt các gốc oxy hóa phản ứng (reactive oxygen species – ROS) và các chất có độc tính cao khác. Hầu hết các dẫn xuất này đều phản ứng mãnh liệt hơn rất nhiều so với bản thân phân tử oxy nguyên bản.

Bảng 25.1 Mức Độ Oxy Đạt Được Ở Người Bình Thường Do Thay Đổi Phân Áp Oxy Của Khí Thở Vào

Ghi chú: a. Hiện tượng co mạch do oxy gây ra đồng nghĩa với việc tưới máu mô có thể giảm khi tăng FiO₂. Điều này có xu hướng làm tăng sự chênh lệch hàm lượng oxy giữa động mạch và tĩnh mạch, từ đó hạn chế sự gia tăng của PO₂ tĩnh mạch. Do đó, mức tăng PO₂ tĩnh mạch thể hiện trong bảng này có thể lớn hơn so với thực tế in vivo. b. Các giá trị hợp lý đã được giả định cho PCO₂ và chênh lệch PO₂ phế nang/động mạch. Các giá trị bình thường được giả định cho Hemoglobin, pH, v.v.

Oxy dạng đơn trạng thái (Singlet Oxygen)