Sinh lý học Hô hấp ứng dụng của Nunn & Lumb, ấn bản thứ 9. CHƯƠNG 9. CARBON DIOXIDE

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 9. CARBON DIOXIDE

Carbon dioxide
Andrew Lumb, MB BS FRCA; Caroline Thomas, BSc MBChB MRCS(Ed) FRCA
Nunn and Lumb’s Applied Respiratory Physiology, 9, 122-135.e2

Carbon dioxide là sản phẩm cuối cùng của quá trình chuyển hóa hiếu khí (aerobic metabolism) và được sản xuất gần như hoàn toàn tại các ty thể (mitochondria), nơi có mức PCO₂ cao nhất. Từ điểm khởi nguồn này, tồn tại một chuỗi các chênh lệch áp suất riêng phần khi carbon dioxide đi qua tế bào chất và dịch ngoại bào để vào máu. Tại phổi, PCO₂ của máu đi vào mao mạch phổi bình thường luôn cao hơn PCO₂ của khí phế nang; do đó carbon dioxide sẽ khuếch tán từ máu vào khí phế nang, thiết lập nên một trạng thái cân bằng động. Nồng độ cân bằng này bằng với tỷ lệ giữa lượng carbon dioxide thải ra và thông khí phế nang (alveolar ventilation). Trên thực tế, máu rời khỏi phế nang có mức PCO₂ gần như hoàn toàn giống với khí phế nang, và PCO₂ trong máu động mạch thường rất sát với mức PCO₂ phế nang “lý tưởng”.

Các mức PCO₂ động mạch bất thường xuất hiện trong nhiều tình trạng bệnh lý và mang lại nhiều tác động sinh lý quan trọng trên toàn cơ thể, một số trong đó là hệ quả của sự thay đổi độ pH. Nền tảng cốt lõi cho mọi vấn đề liên quan đến PCO₂ chính là cơ chế vận chuyển carbon dioxide trong máu.

Vận Chuyển Carbon Dioxide Trong Máu

Ở Dạng Hòa Tan Vật Lý

Carbon dioxide hòa tan ở mức độ vừa phải trong nước. Theo định luật hòa tan của Henry:

PCO₂ × hệ số hòa tan = Nồng độ CO₂ trong dung dịch. [Phương trình 9.1]

Hệ số hòa tan của carbon dioxide (α) được biểu thị bằng đơn vị mmol/L/kPa (hoặc mmol/L/mmHg). Giá trị này phụ thuộc vào nhiệt độ, các ví dụ cụ thể được liệt kê trong Bảng 9.1. Đóng góp của carbon dioxide hòa tan vào tổng lượng khí được vận chuyển trong máu được trình bày chi tiết trong Bảng 9.2.

Dưới Dạng Acid Carbonic

Trong dung dịch, carbon dioxide trải qua quá trình hydrat hóa để tạo thành acid carbonic:

CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ [Phương trình 9.2]

Sự cân bằng của phản ứng này nghiêng hẳn về bên trái trong các điều kiện sinh lý, với ít hơn 1% phân tử carbon dioxide tồn tại dưới dạng acid carbonic. Có một quy ước y khoa rất dễ gây hiểu nhầm, trong đó cả hai dạng của carbon dioxide trong Phương trình 9.2 đôi khi đều được coi chung là acid carbonic. Do đó, thuật ngữ H₂CO₃ trong một số tình huống có thể mang ý nghĩa là tổng nồng độ của carbon dioxide hòa tan và H₂CO₃. Nhằm tránh nhầm lẫn, cách tốt nhất là nên sử dụng αPCO₂ như trong Phương trình 9.7. Tuy nhiên, quy tắc này không áp dụng cho Phương trình 9.4 và 9.5, nơi thuật ngữ H₂CO₃ vẫn giữ đúng ý nghĩa nguyên thủy của nó.

Carbonic Anhydrase

Phản ứng của carbon dioxide với nước (Phương trình 9.2) không mang tính ion và diễn ra rất chậm chạp, đòi hỏi một khoảng thời gian tính bằng phút để đạt được trạng thái cân bằng. Quá trình này sẽ diễn ra quá chậm so với quỹ thời gian ngắn ngủi dành cho việc trao đổi khí tại các mao mạch phổi và mao mạch hệ thống nếu phản ứng không được xúc tác ở cả hai chiều bởi enzyme carbonic anhydrase (CA). Ngoài vai trò vận chuyển carbon dioxide của hệ hô hấp, enzyme CA còn đóng một vai trò nền tảng trong nhiều mô của cơ thể, ví dụ như tham gia tạo ra các ion hydro và bicarbonate ở các cơ quan bài tiết (bao gồm dạ dày và thận), cũng như hỗ trợ sự vận chuyển nội bào của carbon dioxide trong cả cơ vân và cơ tim. Ở động vật có vú, các nhà khoa học hiện nay đã xác định được 16 isoenzyme (isozymes) của CA, trong đó có hai loại tham gia trực tiếp vào quá trình vận chuyển carbon dioxide trong máu.