Ý nghĩa khoảng trống pCO2

Shock là một tình trạng đe dọa tính mạng trong đó hệ thống tuần hoàn không thể cung cấp đủ oxy để duy trì nhu cầu trao đổi chất của các mô, dẫn đến rối loạn chức năng tế bào [1]. Do đó, việc nhận biết sớm quá trình giảm tưới máu mô và sự đảo ngược của nó là yếu tố then chốt trong việc hạn chế tiến triển thành rối loạn chức năng đa cơ quan và tử vong [2]. Các kỹ thuật hiện tại để theo dõi tưới máu mô chủ yếu tập trung vào lưu lượng máu toàn thân và sự cân bằng giữa nhu cầu oxy và cung cấp cho các mô [3, 4]. Trên thực tế, tối ưu hóa huyết động sớm bằng cách sử dụng các gói hồi sức nhắm vào bão hòa oxy tĩnh mạch trung tâm (ScvO₂) và huyết động học vĩ mô ban đầu có liên quan đến việc giảm đáng kể tỷ lệ tử vong trong shock nhiễm trùng [5]. Tuy nhiên, tính hữu ích của các thông số có nguồn gốc từ oxy đã bị nghi ngờ mạnh mẽ [6], và các nghiên cứu gần đây đã không chứng minh được lợi ích lâm sàng của nó [7-9]. Trên thực tế, ScvO₂ thường bình thường hoặc gần bình thường khi nhập viện ICU [10] và đạt được huyết động học vĩ mô bình thường và các thông số có nguồn gốc oxy toàn thân không loại trừ sự hiện diện hoặc tồn tại của tình trạng thiếu oxy mô. Trong bối cảnh này, các biến số khác như các tham số từ carbon dioxide (CO₂) có thể cung cấp thông tin có giá trị về huyết động học vĩ mô và vi mô trong các giai đoạn đầu của cú shock, ngay cả khi các biến số oxy dường như đã được điều chỉnh [11-15]. Điều quan trọng là các biến số CO₂ xảy ra nhanh hơn so với thay đổi nồng độ lactate, điều này tạo ra sự hấp dẫn của các thông số CO₂ như là công cụ theo dõi trong giai đoạn đầu của quá trình hồi sức.

Trong chương này, chúng ta sẽ phân tích các nguyên tắc sinh lý, giá trị tiên lượng, ý nghĩa lâm sàng và các ứng dụng lâm sàng tiềm năng của sự khác biệt carbon dioxide giữa tĩnh mạch và động mạch (Pv-aCO₂) và tỷ lệ carbon dioxide tĩnh mạch – động mạch với độ chênh lệch oxy trong động mạch-tĩnh mạch (Cv-aCO₂ / Ca-vO₂) trong trạng thái shock.

NỀN TẢNG SINH LÝ

Sản xuất CO₂ hiếu khí

Carbon dioxide (CO₂) là một sản phẩm trao đổi chất cuối cùng được tạo ra trong điều kiện oxi cung cấp tế bào bình thường trong chu trình Krebs. Tổng sản lượng CO₂ (VCO₂) liên quan trực tiếp đến mức tiêu thụ oxy toàn thân (VO₂) theo mối quan hệ, VCO2 = RQ × VO2, trong đó RQ đại diện cho chỉ số hô hấp. RQ này phản ánh tỷ lệ mol CO₂ được tạo ra trên mỗi mol oxy tiêu thụ ở cấp độ mô và nó sẽ thay đổi từ 0,6 đến 1 theo điều kiện trao đổi chất và chất nền năng lượng chiếm ưu thế. Do đó, VCO₂ hiếu khí sẽ tăng hoặc trong quá trình chuyển hóa oxy hóa tăng (tức là, với sự tăng VO₂ đồng thời) hoặc khi ở VO₂ không đổi; chế độ ăn kiêng được thay thế bằng một lượng carbohydrate cao [16]. Trong điều kiện nghỉ ngơi hiếu khí, RQ sẽ không bao giờ > 1.0 vì sản xuất CO₂ không được vượt quá lượng O₂ tiêu thụ. Tuy nhiên, trong quá trình hoạt động cơ bắp mệt mỏi hoặc trong các tình huống bệnh lý nhất định, việc tạo CO₂ yếm khí có thể chiếm tỷ lệ VCO₂/VO₂ > 1.0. Tuy nhiên, bất kể cơ chế tăng VCO₂ hiếu khí, Pv-aCO₂ sẽ chỉ tăng khi tăng bù trừ tim không đủ để làm sạch CO₂ do các mô tạo ra.

Sản xuất CO₂ yếm khí

Khi thiếu oxy mô, VCO₂ hiếu khí giảm, trong khi VCO₂ kỵ khí bật ra và tăng lên. Tăng VCO₂ kỵ khí là hậu quả cuối cùng của quá trình đệm proton [H⁺] bởi bicarbonate bào tương và huyết tương (HCO₃⁻). Sự “phóng thích H⁺ thô” được quan sát thấy trong quá trình thiếu oxy từ tổng số tất cả các phản ứng của tế bào giải phóng H⁺ (ví dụ: ATPase, các phản ứng hexokinase [HK], phosphofructokinase [PFK] và glyceraldehyd3-phosphate dehydrogenase [G3PDH]), đó là đối trọng bởi các phản ứng trao đổi chất tiêu thụ H⁺ (ví dụ: các phản ứng creatine kinase [CK], AMP deaminase [AMPDase], pyruvate kinase [PK] và lactate dehydrogenase [LDH]). Do đó, sự khác biệt giữa phóng thích H⁺ thô và các phản ứng hóa học tiêu thụ H⁺ (như là bộ đệm chuyển hóa) sẽ dẫn đến việc “phóng thích H⁺ có tính hệ thống”, mà cuối cùng sẽ được điều chỉnh bởi hệ đệm cấu trúc nội và ngoại bào (ví dụ: axit amin) và hệ thống đệm bicarbonate [17]. Điều này sau đó là nguyên nhân chính cho sự gia tăng VCO₂ kỵ khí, khi HCO₃⁻ thu được H⁺ dư để trở thành H₂CO₃ và sau đó phân tách thành CO₂ và H₂O. Một nguồn bổ sung VCO₂ kỵ khí là kết quả của quá trình khử carboxyl kỵ khí của một số chất như α-ketoglutarate và oxaloacetate xảy ra trong quá trình chuyển hóa trung gian, nhưng đóng góp của nó vào tổng VCO₂ là khá nhỏ [18].

Mặc dù có tầm quan trọng về mặt sinh hóa, nhưng việc chứng minh lâm sàng về tăng CO₂ kỵ khí có thể rất khó khăn vì tổng VCO₂ giảm trong điều kiện thiếu oxy và lưu lượng máu tĩnh mạch có thể đủ để rửa sạch tổng CO₂ được tạo ra tại các mô, do đó che lấp phần tăng CO₂ kỵ khí .

Vận chuyển CO₂ trong máu

Sự bài tiết carbon dioxide là một hiện tượng thụ động trong đó CO₂ được chuyển xuống theo một độ chênh điện hóa từ các tế bào ra môi trường. Hiệu quả của việc vận chuyển này là một chức năng của quy ước (lưu lượng máu) và khả năng của chất vận chuyển (hàm lượng máu). May mắn thay, sự tiến hóa đã dẫn đến việc vận chuyển một lượng lớn CO₂ trong máu mà không có sự thay đổi lớn trong lưu lượng máu. Carbon dioxide hòa tan gấp khoảng 20 – 30 lần so với oxy, nhờ đó CO₂ hòa tan đóng vai trò chính trong tổng lượng vận chuyển của nó. Là một phân tử ái mỡ, CO₂ nhanh chóng khuếch tán qua lớp lipid kép của tế bào và hồng cầu để được hydrat hóa và cuối cùng được chuyển đổi thành HCO₃⁻ và H⁺. Do đó, nói chung, máu mang cả CO₂ và các hợp chất liên quan của nó ở năm dạng:

CO₂ hòa tan: [CO₂] DIS tuân theo định luật Henry, trong đó xác định rằng, ở nhiệt độ không đổi, bất kỳ chất khí nào hòa tan trong pha lỏng tỷ lệ với áp suất riêng phần của nó trong pha khí, được điều chỉnh bởi hệ số hòa tan khác với khí này . Trong điều kiện bình thường, ~ 5% tổng lượng CO₂ được vận chuyển dưới dạng [CO₂] DIS. Mặc dù có dung tích tương đối thấp trong máu, [CO₂] DIS có vai trò quan trọng trong việc vận chuyển khí vì nó có thể nhanh chóng đi qua nội mô mạch máu, trong khi các dạng CO₂ khác phải được chuyển đổi thành CO₂ tự do để đi vào hoặc rời khỏi máu.

Axit cacbonic: [H₂CO₃] là kết quả của phản ứng giữa CO₂ và H₂O. Ở mức độ pH của hầu hết các chất lỏng sinh lý, H₂CO₃ ngay lập tức phân tách thành H⁺ và HCO₃⁻. Do đó, [H₂CO₃] chỉ đại diện cho phần 1/400 của [CO₂], theo đó, điều này không quan trọng về mặt định lượng đối với tổng lượng CO₂ vận chuyển.

Hình 16.1 Các sự kiện nội bào và ngoại bào của vận chuyển CO₂ trong máu

Bicarbonate: [HCO₃⁻] có thể hình thành theo ba cách – bằng cách phân ly H₂CO₃ thành H⁺ và HCO₃⁻, bằng cách kết hợp trực tiếp CO₂ và OH⁻ (một phản ứng được xúc tác bởi anhydrase carbonic) và bằng cách kết hợp carbonate (CO₃²⁻) và H⁺. Trong máu động mạch, HCO₃⁻ chiếm ~ 90% tổng lượng CO₂. Do đó, CO₂ kết hợp với nước (H₂O) tạo thành axit carbonic (H₂CO₃) và chất này phân ly thành HCO₃⁻ và ion hydro: CO₂ + H₂O = H₂CO₃ = HCO₃⁻ + H⁺. Carbonic anhydrase xúc tác gần như ngay lập tức phản ứng đầu tiên này chủ yếu xảy ra ở các tế bào hồng cầu (RBC) và các tế bào nội mô mao mạch phổi, trong khi phản ứng thứ hai không được xúc tác xảy ra với tốc độ chậm hơn nhiều. Khi H₂CO₃ phân tách trong RBC thành H⁺ và HCO₃⁻, H⁺ được đệm bởi hemoglobin, trong khi HCO₃⁻ dư được vận chuyển ra khỏi RBC vào huyết tương bằng bộ trao đổi bicarbonate-chloride trung hòa điện tích (hình 16.1).

Carbonate: [CO₃²⁻] được hình thành chủ yếu từ sự phân ly bicarbonate: HCO₃⁻ → CO₃²⁻ + H⁺. Do đó, [CO₃²⁻] cao ~ 1/1000 so với HCO₃⁻ ở pH 7,40. Theo đó, CO₃²⁻ không quan trọng về mặt định lượng đối với việc vận chuyển CO2.

Các hợp chất carbamino: các nhóm protein không tích điện của protein có thể liên kết thuận nghịch với cả H⁺ và CO₂. Cho đến nay, hợp chất carbamino quan trọng nhất là carbamino hemoglobin (Hb-NHCOO⁻), hình thành nhanh chóng và có thể đảo ngược khi CO₂ phản ứng với nhóm amino tự do trên hemoglobin. Các hợp chất carbamino chiếm ~ 5% tổng lượng CO₂ trong máu động mạch.

Tổng hàm lượng CO₂ (CCO₂) trong máu động mạch là ~ 48 mL khí CO₂/dL đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn và áp suất/khô (STPD), tương ứng với PaCO₂ là 40 mmHg. Từ 48 ml/dL đó, ~ 90% tương ứng với HCO₃⁻, trong khi hợp chất carbamino đóng góp với ~ 5%. Khi máu chảy dọc theo giường vi tuần hoàn, nó sẽ hấp thụ ~ 4 mL/dL CO₂, do đó tổng CCO₂ trong máu tĩnh mạch hỗn hợp sẽ tăng lên ~ 52 mL/dL. Từ CCO₂ tăng dần đó, khoảng 10% tương ứng với CO₂ hòa tan, ~ 69% với HCO₃⁻ và ~ 21% với các hợp chất carbamino. Theo đó, các hợp chất CO₂ và carbamino hòa tan rất quan trọng đối với việc mang CO₂ gia tăng vào phổi do đóng góp của chúng vào sự gia tăng tổng lượng CO₂ trong máu tĩnh mạch. Khi quá trình trao đổi chất oxy hóa xảy ra và chu trình Krebs duy trì chức năng của nó, ty thể tạo ra CO₂, giúp khuếch tán ra khỏi tế bào qua khoang ngoại bào, qua nội mô mao mạch và vào huyết tương. Gần 11% CO₂ gia tăng vẫn còn trong huyết tương trong suốt quá trình đến phổi, trong khi ~ 89% đi vào các tế bào hồng cầu, ít nhất là ban đầu. Phần lớn ~ 11% CO₂ tăng trong huyết tương sẽ lần lượt được vận chuyển dưới dạng CO₂ hòa tan (~ 6%, xem xét hematocrit 40%), như HCO₃⁻ (~ 6%) và một lượng nhỏ dưới dạng hợp chất carbamino. Phần còn lại ~ 89% lượng CO2 gia tăng đi vào các tế bào hồng cầu thông qua hai “kênh khí” khác nhau: aquaporin 1 và phức hợp Rh. CO₂ nội hồng cầu này sẽ được vận chuyển dưới dạng CO₂ cytosolic hòa tan (~ 4%), trong khi ~ 21% lượng tăng như vậy sẽ được vận chuyển dưới dạng các hợp chất carbamino của Hb (tức là CO₂ liên kết với hemoglobin). Các hợp chất carbamino trong RBC quan trọng hơn nhiều so với các hợp chất được hình thành trong huyết tương vì nồng độ hemoglobin trong RBC cao hơn đáng kể (~ 33 gr/dL) so với albumin, globulin và các protein huyết tương khác (~ 7 gr/dL protein huyết tương ). Hơn nữa, ái lực của CO₂ đối với huyết sắc tố vượt xa so với protein huyết tương chính. Ngoài ra, ái lực của hemoglobin đối với H⁺ và CO₂ sẽ được điều chỉnh miễn là nồng độ O₂ thay đổi khi máu đi vào vi tuần hoàn mô hoặc quay trở lại phổi. Lượng CO₂ gia tăng còn lại trong RBC sẽ được biểu thị bằng HCO₃⁻ (~ 64%) do hoạt động anhydrase carbonic đẩy nhanh quá trình chuyển đổi CO₂ thành HCO₃⁻. Nếu không có hoạt tính enzyme như vậy, HCO₃⁻ khó có thể được tổng hợp bên trong các hồng cầu trong thời gian vận chuyển ngắn của các hồng cầu dọc theo mao quản. Hơn nữa, bộ trao đổi Cl-HCO₃ AE1 (bộ trao đổi anion 1) mang HCO₃⁻ mới được tổng hợp ra khỏi tế bào, thúc đẩy hình thành HCO₃⁻ hơn nữa. Hình 16.1 nối lại các sự kiện kết hợp giữa hồng cầu và huyết tương trong vận chuyển CO₂.

Đường cong phân ly CO₂

Việc vận chuyển tổng CO₂ sẽ phụ thuộc vào pCO₂, pH huyết tương và pO₂ [19,20]. Đường cong phân ly CO₂ được đặc trưng bởi mối quan hệ gần tuyến tính trong phạm vi sinh lý của các giá trị pCO₂ và pO₂ (Hình 16.2, bảng a). Hơn nữa, tại bất kỳ pCO₂ nào, tổng hàm lượng CO₂ tăng khi pO₂ giảm. Kết quả là, khi máu đi vào vi tuần hoàn hệ thống và giải phóng O₂, khả năng mang CO₂ tăng lên, do đó máu có thể loại bỏ thêm CO₂. Ngược lại, khi máu đi vào mao mạch phổi và liên kết với O₂, khả năng vận chuyển CO₂ sẽ giảm và máu mất khả năng vận chuyển thêm CO₂. Do độ dốc đường cong phân ly CO₂, pCO₂ phải tăng từ 40 mmHg trong máu động mạch lên chỉ 46 mmHg trong máu tĩnh mạch hỗn hợp để tăng tổng hàm lượng CO₂ thêm ~ 4 mL/dL (nghĩa là từ 48 đến 52 mL khí CO₂/dL), cần thiết để loại bỏ CO₂ được tạo ra bởi chức năng ty thể hiếu khí.

Hình 16.2. Đường cong phân ly CO₂.

Hình a, mối quan hệ tổng lượng CO₂ trong máu toàn phần và áp suất riêng phần CO₂ dựa theo sự biến thiên SpO₂ (hiệu ứng Haldane).

Hình b, ảnh hưởng của ion H⁺ trong tổng CO₂ máu và áp suất riêng phần CO₂.

KHÁC BIỆT CO₂ MÁU TĨNH MẠCH – ĐỘNG MẠCH (PV-ACO₂)

Pv-aCO₂ và mối quan hệ của nó với cung lượng tim

Sự khác biệt carbon dioxide từ tĩnh mạch đến động mạch (Pv-aCO₂) đề cập đến độ dốc của áp lực riêng phần tạo bởi CO₂ hòa tan trong máu tĩnh mạch hỗn hợp hoặc trung tâm và máu động mạch. Nhìn chung, PvaCO₂ phụ thuộc vào tổng lượng carbon dioxide (CO₂), cung lượng tim, mối quan hệ phức tạp giữa áp lực riêng phần CO₂ và hàm lượng CO₂ trong máu, và, có lẽ, phân phối lưu lượng máu vi tuần hoàn.