SINH LÝ VÀ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI AXIT-BAZƠ
Mỗi ngày, người trưởng thành tạo ra một lượng lớn axit cần phải được đào thải qua đường hô hấp, bài tiết qua nước tiểu, chuyển hóa thành các phân tử trung tính không tích điện, và/hoặc đệm để tránh tình trạng nhiễm axit gây tử vong. Các axit này thuộc ba nhóm chính:
- Khoảng 15.000 mmol carbon dioxide (CO2) được sản xuất mỗi ngày (lượng này tăng đáng kể khi vận động), kết hợp với nước để tạo thành axit carbonic (H2CO3).
- Các phản ứng chuyển hóa tạo ra vài nghìn mmol axit hữu cơ mỗi ngày, chẳng hạn như axit lactic và axit citric. Những axit này được chuyển hóa thành các sản phẩm trung tính (như glucose) và thành CO2 cùng nước. Thông thường, tốc độ sản sinh và sử dụng các axit hữu cơ này bằng nhau, do đó nồng độ ổn định của chúng trong dịch ngoại bào tương đối thấp và ổn định.
- Khoảng 50 đến 100 mEq axit vô cơ không bay hơi được sản xuất mỗi ngày (chủ yếu là axit sulfuric bắt nguồn từ quá trình chuyển hóa các axit amin chứa lưu huỳnh trong chế độ ăn uống).
Cân bằng axit-bazơ được duy trì nhờ quá trình bài tiết CO2 bình thường qua phổi, quá trình sử dụng axit hữu cơ trong chuyển hóa và quá trình bài tiết axit không bay hơi qua thận.
Sự bài tiết axit qua thận đạt được bằng cách kết hợp các ion hydro với các chất đệm trong nước tiểu để tạo thành axit chuẩn độ được, chẳng hạn như phosphate ($HPO_4^{2-} + H^+ \rightarrow H_2PO_4^-$), urate, và creatinine, hoặc kết hợp với ammonia để tạo thành ammonium ($NH_3 + H^+ \rightarrow NH_4^+$) 1. Khi thận cần bài tiết một lượng axit lớn hơn, phản ứng thích nghi chính là tăng sản xuất ammonia (bắt nguồn từ quá trình chuyển hóa glutamine), dẫn đến kết quả là tăng bài tiết ammonium vào nước tiểu.
Trạng thái axit-bazơ thường được đánh giá bằng cách đo các thành phần của hệ thống đệm bicarbonate-carbon dioxide trong máu:
Khi tiến hành phân tích khí máu, áp suất riêng phần của CO2 (PCO2) và pH được đo bằng các điện cực phân tích. Nồng độ bicarbonate trong huyết thanh (HCO3-) sau đó được tính toán bằng phương trình Henderson-Hasselbalch. Thông thường, PCO2 được báo cáo bằng mmHg, và HCO3- bằng mEq/L:
Trong đó pH bằng (-log [H+]); 6.10 là log âm của Ka (-log Ka), hằng số phân ly cho phản ứng này; 0.03 là hệ số hòa tan của CO2 trong máu; và PCO2 là áp suất riêng phần của carbon dioxide trong máu 2.
Khi đo trong máu tĩnh mạch, HCO3- thường được ước tính bằng cách đo “tổng CO2” sử dụng điện cực chọn lọc ion hoặc xét nghiệm enzyme 3. “Tổng CO2” tĩnh mạch được đo trực tiếp thường cao hơn khoảng 3 mEq/L so với HCO3- động mạch được tính toán đồng thời.
CÁC GIÁ TRỊ BÌNH THƯỜNG THEO VỊ TRÍ LẤY MẪU
Phạm vi các giá trị bình thường cho các thông số axit-bazơ khác nhau giữa mẫu động mạch và tĩnh mạch, và cũng thay đổi tùy theo từng phòng xét nghiệm. Những vấn đề này được thảo luận chi tiết ở nơi khác nhưng sẽ được tóm tắt ngắn gọn tại đây. (Xem “Khí máu động mạch” và “Khí máu tĩnh mạch và các phương pháp thay thế đo carbon dioxide động mạch ở người lớn”.)
Mẫu khí máu động mạch
Đối với mẫu khí máu động mạch, phạm vi bình thường cho pH là 7.35 đến 7.45; đối với nồng độ bicarbonate (HCO3) là 21 đến 27 mEq/L; và đối với PCO2 là 35 đến 45 mmHg (4.7 đến 6.0 kPa).
Mẫu khí máu tĩnh mạch ngoại biên
Các giá trị bình thường đối với khí máu tĩnh mạch ngoại biên khác với khí máu động mạch do quá trình hấp thụ và đệm CO2 được sản xuất trong quá trình chuyển hóa tại hệ thống mao mạch, cũng như sự bổ sung các axit hữu cơ do vùng mô được tĩnh mạch đó dẫn lưu tạo ra. Nếu sử dụng garô để hỗ trợ lấy máu, cần tháo garô khoảng một phút trước khi lấy mẫu để tránh những thay đổi do thiếu máu cục bộ gây ra 4. (Xem “Khí máu tĩnh mạch và các phương pháp thay thế đo carbon dioxide động mạch ở người lớn”.)
Phạm vi pH tĩnh mạch ngoại biên thấp hơn khoảng 0.03 đến 0.04 đơn vị pH so với máu động mạch, nồng độ HCO3 cao hơn khoảng 2 đến 3 mEq/L, và PCO2 cao hơn khoảng 3 đến 8 mmHg (0.4 đến 1.1 kPa) 3,5-7. Nếu các phép đo tĩnh mạch được sử dụng để theo dõi liên tục, cần thực hiện đối chiếu định kỳ với các phép đo động mạch. (Xem “Khí máu động mạch”.)
Mẫu tĩnh mạch trung tâm
Các mẫu tĩnh mạch trung tâm có thể được phân tích ở những bệnh nhân có đặt ống thông tĩnh mạch trung tâm. pH tĩnh mạch trung tâm thường thấp hơn 0.03 đến 0.05 đơn vị pH so với máu động mạch và PCO2 cao hơn 4 đến 5 mmHg (0.5 đến 0.7 kPa), với mức tăng rất ít hoặc không tăng nồng độ HCO3 trong huyết thanh 8,9. (Xem “Khí máu tĩnh mạch và các phương pháp thay thế đo carbon dioxide động mạch ở người lớn”.)
ĐỊNH NGHĨA CÁC RỐI LOẠN AXIT-BAZƠ
Các định nghĩa về rối loạn axit-bazơ dưới đây dựa trên các nguyên tắc của phương trình Henderson-Hasselbalch:
- Nhiễm axit máu (Acidemia) – Độ pH động mạch dưới mức bình thường (nhỏ hơn 7.35).
- Nhiễm kiềm máu (Alkalemia) – Độ pH động mạch trên mức bình thường (lớn hơn 7.45).
- Toan chuyển hóa/hô hấp (Acidosis) – Một quá trình có xu hướng làm giảm pH dịch ngoại bào (nồng độ ion hydro tăng lên). Điều này có thể gây ra do sự sụt giảm nồng độ bicarbonate huyết thanh (HCO3) và/hoặc sự gia tăng PCO2.
- Kiềm chuyển hóa/hô hấp (Alkalosis) – Một quá trình có xu hướng làm tăng pH dịch ngoại bào (nồng độ ion hydro giảm xuống). Điều này có thể gây ra do sự gia tăng nồng độ HCO3 huyết thanh và/hoặc sự sụt giảm PCO2.
- Toan chuyển hóa (Metabolic acidosis) – Một rối loạn làm giảm nồng độ HCO3 huyết thanh và pH. (Xem “Cách tiếp cận bệnh nhân toan chuyển hóa”.)
- Kiềm chuyển hóa (Metabolic alkalosis) – Một rối loạn làm tăng nồng độ HCO3 huyết thanh và pH. (Xem “Cơ chế bệnh sinh của nhiễm kiềm chuyển hóa” và “Nguyên nhân gây nhiễm kiềm chuyển hóa”.)
- Toan hô hấp (Respiratory acidosis) – Một rối loạn làm tăng PCO2 động mạch và giảm pH.
- Kiềm hô hấp (Respiratory alkalosis) – Một rối loạn làm giảm PCO2 động mạch và tăng pH.
- Rối loạn axit-bazơ đơn thuần (Simple acid-base disorder) – Sự hiện diện của một trong các rối loạn nêu trên kèm theo phản ứng bù trừ phù hợp của hệ hô hấp hoặc thận cho rối loạn đó. (Xem ‘Các phản ứng bù trừ của hô hấp và thận’ bên dưới.)
- Rối loạn axit-bazơ hỗn hợp (Mixed acid-base disorder) – Sự hiện diện đồng thời của nhiều hơn một rối loạn axit-bazơ. Rối loạn axit-bazơ hỗn hợp có thể được nghi ngờ từ tiền sử bệnh nhân, từ phản ứng bù trừ của hô hấp hoặc thận thấp hơn hoặc cao hơn dự kiến, và từ kết quả phân tích điện giải huyết thanh và khoảng trống anion. Ví dụ, một bệnh nhân nôn mửa nghiêm trọng thường sẽ phát triển tình trạng nhiễm kiềm chuyển hóa do mất dịch vị có tính axit. Tuy nhiên, nếu bệnh nhân cũng bị sốc giảm thể tích do mất dịch, tình trạng toan lactic sau đó sẽ làm giảm nồng độ HCO3 huyết thanh đã tăng, có thể xuống dưới mức bình thường, dẫn đến nhiễm axit máu. (Xem ‘Rối loạn axit-bazơ hỗn hợp’ bên dưới.)
CÁC PHẢN ỨNG BÙ TRỪ CỦA HÔ HẤP VÀ THẬN
Nguyên tắc chung
Phương trình Henderson-Hasselbalch được mô tả ở trên cho thấy pH được quyết định bởi tỷ lệ giữa nồng độ bicarbonate huyết thanh (HCO3) và PCO2, chứ không phải bởi giá trị của từng thành phần đơn lẻ. Mỗi rối loạn axit-bazơ đơn thuần đều liên quan đến một phản ứng bù trừ của hô hấp hoặc thận nhằm hạn chế sự thay đổi tỷ lệ này và do đó hạn chế sự thay đổi pH (hình 1) 10.
Khi một rối loạn axit-bazơ chuyển hóa làm giảm HCO3 huyết thanh (toan chuyển hóa) hoặc làm tăng HCO3 (kiềm chuyển hóa), sẽ có một mức độ bù trừ hô hấp thích hợp làm thay đổi PCO2 theo cùng hướng với HCO3 huyết thanh (giảm trong toan chuyển hóa và tăng trong kiềm chuyển hóa). Sự bù trừ hô hấp làm giảm bớt sự thay đổi tỷ lệ HCO3 huyết thanh trên PCO2 và do đó làm giảm sự thay đổi pH. Sự bù trừ hô hấp trong toan hoặc kiềm chuyển hóa là một phản ứng nhanh. Ví dụ, với toan chuyển hóa, phản ứng bắt đầu trong vòng 30 phút 11 và hoàn tất trong vòng 12 đến 24 giờ 10,12.
Khi một rối loạn axit-bazơ hô hấp gây ra tình trạng tăng PCO2 (toan hô hấp) hoặc giảm PCO2 (kiềm hô hấp), sự bù trừ xảy ra theo hai giai đoạn. Đầu tiên là một thay đổi nhỏ ngay lập tức trong HCO3 huyết thanh (theo cùng hướng với sự thay đổi PCO2), do các cơ chế đệm toàn thân. Nếu rối loạn hô hấp kéo dài hơn vài phút đến vài giờ, thận sẽ phản ứng bằng cách tạo ra những thay đổi lớn hơn trong HCO3 huyết thanh (một lần nữa, theo cùng hướng với PCO2). Những thay đổi HCO3 này làm giảm bớt sự thay đổi pH. Các phản ứng bù trừ của thận được trung gian bởi sự tăng bài tiết ion hydro (làm tăng nồng độ HCO3 huyết thanh) trong toan hô hấp và giảm bài tiết ion hydro cùng mất HCO3 qua nước tiểu (làm giảm nồng độ HCO3 huyết thanh) trong kiềm hô hấp. Sự bù trừ của thận mất từ ba đến năm ngày để hoàn tất. Kết quả là, các chỉ số dự kiến sẽ rất khác nhau giữa các rối loạn axit-bazơ hô hấp cấp tính (chỉ đệm toàn thân mà không có sự bù trừ đáng kể của thận) và mạn tính (bù trừ đầy đủ của thận) 10. (Xem ‘Rối loạn axit-bazơ hô hấp’ bên dưới.)
Các phản ứng bù trừ của thận và hô hấp được cho là được trung gian, ít nhất là một phần, bởi các thay đổi pH song song bên trong các tế bào cảm thụ và điều hòa, bao gồm các tế bào ống thận và các tế bào trong trung tâm hô hấp 10,13. Mức độ của phản ứng bù trừ tỷ lệ thuận với mức độ nghiêm trọng của rối loạn axit-bazơ nguyên phát.
Từ thảo luận trên, có thể thấy rằng nồng độ HCO3 cao có thể do nhiễm kiềm chuyển hóa hoặc do sự bù trừ của toan hô hấp mạn tính. Ngược lại, HCO3 thấp có thể do toan chuyển hóa hoặc do sự bù trừ của kiềm hô hấp mạn tính. Các vấn đề tương tự cũng áp dụng cho PCO2 cao hoặc thấp. Cần phải đo ít nhất hai trong ba biến số của phương trình Henderson-Hasselbalch (pH, HCO3, PCO2) để đánh giá một rối loạn axit-bazơ (và nếu đã đo hai biến, biến thứ ba có thể được tính toán).
Mức độ bù trừ dự kiến cho mỗi rối loạn axit-bazơ đã được xác định thực nghiệm qua quan sát trên người với các rối loạn axit-bazơ đơn thuần tự phát hoặc được gây ra thực nghiệm (hình 1). Mức độ bù trừ thường được xác định bởi sự giảm hoặc tăng PCO2 động mạch so với phạm vi bình thường (trong các rối loạn axit-bazơ chuyển hóa) hoặc sự giảm hoặc tăng HCO3 huyết thanh so với phạm vi bình thường (trong các rối loạn axit-bazơ hô hấp). Cách tiếp cận này giả định rằng bệnh nhân có các giá trị bình thường trước khi khởi phát rối loạn axit-bazơ. Do đó, nếu không biết các giá trị nền tảng, có nguy cơ xảy ra sai sót nếu trạng thái axit-bazơ của bệnh nhân không bình thường ngay từ khi bắt đầu rối loạn.
Các rối loạn axit-bazơ chuyển hóa
Phản ứng với toan chuyển hóa
Sự bù trừ hô hấp đối với toan chuyển hóa làm cho PCO2 động mạch giảm khoảng 1.2 mmHg (0.16 kPa) cho mỗi 1 mEq/L giảm nồng độ HCO3 huyết thanh 10,14. Phản ứng hô hấp với toan chuyển hóa bắt đầu trong vòng 30 phút 11 và hoàn tất trong vòng 12 đến 24 giờ 10,12. Không có sự chậm trễ nào trong quá trình bù trừ hô hấp khi toan chuyển hóa phát triển chậm (ví dụ: giảm 4 mEq/L HCO3 huyết thanh trong 15 giờ) 12. Việc không thể tạo ra phản ứng hô hấp như dự kiến thường chỉ ra tình trạng bệnh lý hô hấp hoặc thần kinh tiềm ẩn đáng kể, nhưng cũng có thể xảy ra khi mới khởi phát toan chuyển hóa cấp tính trước khi có đủ thời gian để phản ứng bù trừ hô hấp phát triển hoàn toàn 15.
Một số mối quan hệ dự đoán khác đã được đề xuất để xác định sự bù trừ hô hấp thích hợp đối với toan chuyển hóa. Các công thức này bao gồm:
- PCO2 động mạch = 1.5 x HCO3 huyết thanh + 8 ± 2 (phương trình Winters) 16
- PCO2 động mạch = HCO3 huyết thanh + 15
- PCO2 động mạch nên tương đương với các chữ số thập phân của pH động mạch (ví dụ: 25 mmHg khi pH động mạch là 7.25, một tình huống mà nồng độ HCO3 huyết thanh sẽ khoảng 11 mEq/L) 17
Các công thức và quy tắc này thường cho kết quả tương tự nhau. Vì không có dữ liệu về độ chính xác so sánh (xem ‘Trường hợp 2’ bên dưới), người đọc có thể sử dụng quy tắc quan hệ mà họ thấy dễ nhớ và dễ áp dụng nhất.
Có một giới hạn cho mức bù trừ hô hấp tối đa có thể đạt được. Với toan chuyển hóa nghiêm trọng (ví dụ: nồng độ HCO3 huyết thanh dưới 6 mEq/L), PCO2 không thể giảm xuống dưới 8 đến 12 mmHg (1.1 đến 1.6 kPa). Ngoài ra, thời gian duy trì mức bù trừ này bị hạn chế do tình trạng mỏi cơ hô hấp. Do đó, khi HCO3 ở mức 5 mEq/L hoặc thấp hơn, PCO2 nên ở mức 8 đến 12 mmHg.
Ngoài việc đánh giá sự bù trừ hô hấp, một thành phần khác trong việc đánh giá bệnh nhân bị rối loạn axit-bazơ là tính toán khoảng trống anion (anion gap) huyết thanh để xác định xem nó ở mức bình thường hay tăng. Toan chuyển hóa có thể thuộc loại có khoảng trống anion cao, loại khoảng trống anion bình thường (tăng clo máu), hoặc kết hợp cả hai. Ví dụ, trong tiêu chảy nặng, sự mất bicarbonate trực tiếp và mất tiền chất bicarbonate trong phân thường tạo ra toan chuyển hóa với khoảng trống anion bình thường, nhưng tình trạng giảm thể tích máu sau đó cũng có thể dẫn đến toan lactic và suy giảm chức năng thận, tạo ra toan chuyển hóa với khoảng trống anion cao. Khi có toan chuyển hóa với khoảng trống anion cao, việc so sánh sự thay đổi của khoảng trống anion (delta anion gap) với sự thay đổi của bicarbonate (delta bicarbonate) có thể hữu ích. Các vấn đề này được thảo luận chi tiết ở nơi khác. (Xem “Cách tiếp cận bệnh nhân toan chuyển hóa”, phần về ‘Giải thích khoảng trống anion huyết thanh’ và “Tỷ lệ delta anion gap/delta HCO3 ở bệnh nhân toan chuyển hóa với khoảng trống anion cao”.)
Phản ứng với kiềm chuyển hóa
Sự bù trừ hô hấp đối với kiềm chuyển hóa sẽ làm tăng PCO2 khoảng 0.7 mmHg (0.09 kPa) cho mỗi 1 mEq/L tăng nồng độ HCO3 huyết thanh 10,18,19. Một mối quan hệ rất dễ sử dụng để xác định liệu PCO2 có tăng phù hợp để đáp ứng với kiềm chuyển hóa hay không là 20:
Mặc dù PCO2 không nên tăng trên 55 mmHg (7.3 kPa) trong trường hợp kiềm chuyển hóa nghiêm trọng, nhưng mức PCO2 cao hơn vẫn có thể xuất hiện. Người ta tin rằng những mức PCO2 rất cao này có khả năng là do yếu cơ hô hấp liên quan đến tình trạng hạ kali máu rõ rệt và suy giảm dự trữ kali, vốn hầu như luôn phát triển ở những bệnh nhân này 18,20.
Các rối loạn axit-bazơ hô hấp
Phản ứng bù trừ đối với các rối loạn axit-bazơ hô hấp xảy ra theo hai giai đoạn:
- Phản ứng cấp tính ban đầu được tạo ra bởi nhiều phân tử đệm pH hiện diện trong tất cả các ngăn dịch của cơ thể (tức là đệm toàn thân). Khi PCO2 (và H2CO3) tăng cấp tính, các proton được hemoglobin và các chất đệm khác hấp thụ, tạo ra HCO3-. Khi PCO2 (và H2CO3) giảm cấp tính, các proton được giải phóng bởi hemoglobin và các chất đệm khác, làm giảm nồng độ HCO3-. Các phản ứng này làm cho HCO3 huyết thanh tăng lên (trong toan hô hấp) hoặc giảm xuống (trong kiềm hô hấp) trong vòng 5 đến 10 phút. Phản ứng bù trừ cấp tính này tương đối khiêm tốn.
- Phản ứng bù trừ lớn hơn được tạo ra bởi thận. Phản ứng này bắt đầu ngay sau khi rối loạn hô hấp nguyên phát khởi phát nhưng cần ba đến năm ngày để hoàn tất. Sau khi hoàn tất, sự giảm hoặc tăng HCO3- được coi là sự bù trừ mạn tính cho một rối loạn axit-bazơ hô hấp.
Do đó, các phản ứng bù trừ khác nhau được mong đợi đối với các rối loạn hô hấp cấp tính và mạn tính:
- Toan hô hấp mạn tính làm tăng sự bài tiết axit của thận dưới dạng axit chuẩn độ được và ammonium. Điều này tạo ra thêm HCO3. Sự tái hấp thu HCO3 ở ống thận cũng tăng lên, và điều này duy trì nồng độ HCO3 cao hơn (hình 2) 21,22.
- Kiềm hô hấp mạn tính làm giảm tái hấp thu HCO3- tại thận và giảm bài tiết axit ở thận. Điều này tạo ra cân bằng axit dương, làm giảm nồng độ HCO3 huyết thanh.
Các phản ứng này của thận được điều hòa và duy trì một cách chặt chẽ. Ví dụ, việc sử dụng HCO3 ngoại sinh trong bối cảnh toan hô hấp mạn tính và chức năng thận tương đối bình thường sẽ dẫn đến sự bài tiết kiềm vào nước tiểu mà không làm tăng thêm nồng độ HCO3 huyết thanh 23.
Phản ứng với toan hô hấp
Phản ứng bù trừ đối với toan hô hấp cấp tính làm tăng nồng độ HCO3 huyết thanh khoảng 1 mEq/L cho mỗi 10 mmHg (1.3 kPa) tăng PCO2 (hình 3) 10,24. Nếu tình trạng PCO2 cao kéo dài, HCO3 huyết thanh sẽ tiếp tục tăng dần và sau ba đến năm ngày, rối loạn được coi là mạn tính. Các nghiên cứu chủ yếu thực hiện trên bệnh nhân nhập viện cho thấy HCO3 huyết thanh tăng từ 3.5 đến 4 mEq/L cho mỗi 10 mmHg tăng PCO2 ở những bệnh nhân bị toan hô hấp mạn tính 10,21,22,25. Một nghiên cứu trên bệnh nhân ngoại trú ổn định bị toan hô hấp mạn tính đã tìm thấy mức tăng bù trừ của HCO3 huyết thanh cao hơn một chút, khoảng 5 mEq/L trên mỗi 10 mmHg (1.3 kPa) tăng PCO2; tuy nhiên, đây là một mẫu nhỏ chỉ có 18 bệnh nhân 26.
Phản ứng bù trừ đối với toan hô hấp mạn tính từ nhẹ đến trung bình (PCO2 dưới 70 mmHg [9.3 kPa]) dẫn đến độ pH động mạch thường giảm nhẹ 10,21,22,25 hoặc nằm trong phạm vi thấp của mức bình thường (hình 2) 26. Do đó, nhiễm axit máu từ trung bình đến nặng ở bệnh nhân bị toan hô hấp mạn tính nhẹ đến trung bình thường cho thấy tình trạng toan chuyển hóa đồng thời hoặc toan hô hấp cấp tính chồng lấp. Ngược lại, pH động mạch từ 7.40 trở lên gợi ý tình trạng kiềm chuyển hóa đồng thời hoặc kiềm hô hấp cấp tính chồng lấp.
Phản ứng với kiềm hô hấp
Phản ứng bù trừ đối với kiềm hô hấp cấp tính làm giảm nồng độ HCO3 huyết thanh 2 mEq/L cho mỗi 10 mmHg (1.3 kPa) giảm PCO2 (hình 3) 10,24. Nếu PCO2 giảm kéo dài hơn ba đến năm ngày, rối loạn được coi là mạn tính và nồng độ HCO3 huyết thanh sẽ giảm khoảng 4 đến 5 mEq/L cho mỗi 10 mmHg (1.3 kPa) giảm PCO2 (hình 4) 10,27.
CHẨN ĐOÁN
Có bốn rối loạn axit-bazơ nguyên phát: toan chuyển hóa, kiềm chuyển hóa, toan hô hấp và kiềm hô hấp. Vì quá trình bù trừ của thận đối với các rối loạn hô hấp cần từ ba đến năm ngày để hoàn tất, mỗi rối loạn hô hấp nguyên phát có thể được phân loại thêm thành toan hô hấp cấp tính/mạn tính và kiềm hô hấp cấp tính/mạn tính.
Đánh giá ban đầu
Chẩn đoán chính xác một rối loạn axit-bazơ đòi hỏi phải đo các chất điện giải trong huyết thanh để xác định nồng độ HCO3 huyết thanh, kali huyết thanh (hạ kali máu hoặc tăng kali máu có thể đi kèm và góp phần vào nhiều rối loạn axit-bazơ chuyển hóa), và nồng độ natri và clorua trong huyết thanh để phát hiện tình trạng hạ natri máu hoặc tăng natri máu, đồng thời tính toán khoảng trống anion (anion gap) huyết thanh. Ngoài ra, với tình trạng toan chuyển hóa có khoảng trống anion cao, mức độ gia tăng của khoảng trống anion so với mức nền cần được so sánh với mức giảm bicarbonate so với mức nền bình thường. Mức độ của hai thay đổi này, hay các delta, có thể được đánh giá dưới dạng “delta anion gap/delta HCO3”. (Xem “Cách tiếp cận bệnh nhân toan chuyển hóa”, phần về ‘Giải thích khoảng trống anion huyết thanh’ và “Tỷ lệ delta anion gap/delta HCO3 ở bệnh nhân toan chuyển hóa với khoảng trống anion cao”.)
Mặc dù chẩn đoán xác định các rối loạn axit-bazơ đòi hỏi phải đo pH động mạch và PCO2 cũng như các xét nghiệm hóa sinh huyết thanh để xác định rối loạn cơ bản và xác định xem có tồn tại rối loạn axit-bazơ hỗn hợp hay không, việc đo pH động mạch không phải lúc nào cũng bắt buộc. Khi bệnh sử, thăm khám lâm sàng và các chất điện giải trong huyết thanh đều chỉ rõ một chẩn đoán cụ thể, ta có thể đưa ra chẩn đoán dự phòng. Ví dụ, phân tích khí máu động mạch có thể không cần thiết ở một bệnh nhân trước đây khỏe mạnh, có tiền sử tiêu chảy nặng gần đây, kèm theo nồng độ bicarbonate huyết thanh thấp, hạ kali máu và khoảng trống anion bình thường. Bệnh nhân này có thể được coi là bị toan chuyển hóa có khoảng trống anion bình thường (hoặc tăng clo máu) vì không có lý do gì để nghi ngờ kiềm hô hấp mạn tính (một rối loạn có thể tạo ra các chỉ số điện giải tương tự như một phản ứng bù trừ).
Mặc dù việc đo pH và PCO2 tĩnh mạch ngoại biên là một phương pháp ít xâm lấn và thuận tiện hơn so với đo động mạch, kết quả từ tĩnh mạch có một số hạn chế quan trọng. Do đó, các phép đo động mạch được ưu tiên để thiết lập chẩn đoán xác định. Các phép đo tĩnh mạch thường được sử dụng để theo dõi liên tục, nhưng cần thực hiện đối chiếu định kỳ với các phép đo động mạch. Những vấn đề này được thảo luận chi tiết ở nơi khác. (Xem ‘Các giá trị bình thường theo vị trí lấy mẫu’ ở trên.)
Chúng tôi đề xuất quy trình bốn bước sau đây:
- Bước 1: Thiết lập chẩn đoán nguyên phát:
- Toan chuyển hóa được đặc trưng bởi HCO3 huyết thanh thấp và pH động mạch thấp; khoảng trống anion huyết thanh có thể tăng hoặc bình thường.
- Kiềm chuyển hóa được đặc trưng bởi HCO3 huyết thanh tăng và pH động mạch tăng.
- Toan hô hấp được đặc trưng bởi PCO2 động mạch tăng và pH động mạch thấp.
- Kiềm hô hấp được đặc trưng bởi PCO2 động mạch thấp và pH động mạch tăng.
Ngoại trừ kiềm hô hấp mạn tính và toan hô hấp từ nhẹ đến trung bình (xem ‘Rối loạn axit-bazơ hỗn hợp’ bên dưới), các phản ứng bù trừ thường không đưa pH động mạch trở về bình thường. Do đó, một pH động mạch bình thường khi có sự thay đổi đáng kể ở cả HCO3 huyết thanh và PCO2 động mạch thường chỉ ra một rối loạn hỗn hợp axit-bazơ (có thể bao gồm cả tình trạng kiềm hô hấp cấp tính do bác sĩ gây ra nếu sự khó chịu từ việc chọc động mạch khiến bệnh nhân thở nhanh).
- Bước 2: Đánh giá mức độ bù trừ như đã định nghĩa ở trên cho từng rối loạn. Nếu phản ứng bù trừ không đầy đủ hoặc quá mức so với tình trạng lâm sàng của bệnh nhân, thì một rối loạn hỗn hợp axit-bazơ đang tồn tại. (Xem ‘Các phản ứng bù trừ của hô hấp và thận’ ở trên.) Xác định phản ứng bù trừ dự kiến đòi hỏi thông tin bệnh sử. Điều này đặc biệt đúng đối với các rối loạn axit-bazơ hô hấp, trong đó sự bù trừ tiến triển từ cấp tính (vài phút đến vài ngày) sang mạn tính (ba đến năm ngày hoặc hơn). Phản ứng bù trừ bình thường đối với toan hô hấp cấp tính là tăng nồng độ HCO3 huyết thanh khoảng 1 mEq/L cho mỗi 10 mmHg (1.3 kPa) tăng PCO2. Khi toan hô hấp kéo dài hơn ba đến năm ngày, HCO3 tăng khoảng 3.5 đến 5 mEq/L cho mỗi 10 mmHg (1.3 kPa) tăng PCO2. (Xem ‘Phản ứng với toan hô hấp’ ở trên.)
- Bước 3: Xác định xem khoảng trống anion có tăng hay không. Điều này đặc biệt quan trọng đối với bệnh nhân mắc các rối loạn chuyển hóa. Nếu toan chuyển hóa tồn tại và khoảng trống anion tăng, hãy so sánh sự gia tăng của khoảng trống anion với mức giảm của nồng độ HCO3. Tỷ lệ delta anion gap/delta HCO3 này xấp xỉ bằng 1 khi tồn tại một tình trạng toan chuyển hóa có khoảng trống anion đơn thuần. Cách giải thích khoảng trống anion và tỷ lệ delta anion gap/delta HCO3 được thảo luận ở nơi khác. (Xem “Cách tiếp cận bệnh nhân toan chuyển hóa”, phần về ‘Giải thích khoảng trống anion huyết thanh’ và “Tỷ lệ delta anion gap/delta HCO3 ở bệnh nhân toan chuyển hóa với khoảng trống anion cao”.)
- Bước 4: Bước cuối cùng là thiết lập chẩn đoán lâm sàng. Khi đã xác định được (các) rối loạn axit-bazơ, cần xác định và giải quyết nguyên nhân gốc rễ của từng rối loạn.
Trường hợp 1
Một bệnh nhân với tiền sử không rõ ràng nhập viện trong tình trạng suy hô hấp. Khí máu động mạch cho thấy pH 7.32, PCO2 là 70 mmHg (9.3 kPa) và HCO3 là 35 mEq/L. Bệnh nhân bị nhiễm axit máu và có PCO2 cao. Điều này phù hợp với tình trạng toan hô hấp. PCO2 cao hơn mức bình thường khoảng 30 mmHg. Nếu đây là tình trạng mạn tính thì HCO3 sẽ tăng khoảng 12 mEq/L (trong thực tế đã tăng 11 mEq/L so với giá trị bình thường là 24 mEq/L). Như vậy, các giá trị này tương thích với chẩn đoán toan hô hấp mạn tính đơn thuần (đã bù trừ đầy đủ).
Tuy nhiên, các kết quả này cũng tương thích với một rối loạn axit-bazơ hỗn hợp. Bệnh nhân này có thể đã bị nhiễm kiềm chuyển hóa do viêm dạ dày ruột và nôn mửa. Điều này có thể làm tăng HCO3 của bệnh nhân từ 24 lên 32 mEq/L. Có lẽ sau đó bệnh nhân bị toan hô hấp cấp tính (do sử dụng một loại thuốc ức chế trung tâm hô hấp), gây ra sự gia tăng cấp tính PCO2 từ 40 mmHg (5.3 kPa) lên 70 mmHg (9.3 kPa). Tình trạng toan hô hấp cấp tính này sẽ làm tăng thêm HCO3 khoảng 3 đơn vị lên 36 mEq/L. Hai khả năng chẩn đoán axit-bazơ này (toan hô hấp mạn tính so với toan hô hấp cấp tính kết hợp kiềm chuyển hóa) có các kết quả xét nghiệm giống hệt nhau. Cách duy nhất để phân biệt chúng là thông qua bệnh sử chính xác.
Trường hợp 2
Một bệnh nhân nhập viện vì tiêu chảy. Khí máu động mạch cho thấy pH 7.24, PCO2 là 24 mmHg (3.2 kPa) và HCO3 là 10 mEq/L. pH thấp cho thấy nhiễm axit máu, và nồng độ HCO3 huyết thanh thấp cho thấy toan chuyển hóa. Nồng độ HCO3 huyết thanh 10 mEq/L thấp hơn mức bình thường khoảng 14 mEq/L. Điều này sẽ kích thích sự bù trừ của hệ hô hấp, và phương trình Winters gợi ý rằng PCO2 nên ở mức khoảng 23 mmHg (3.1 kPa). Quy tắc “HCO3 + 15” gợi ý rằng PCO2 nên ở mức khoảng 25 mmHg (3.3 kPa). Như vậy, PCO2 của bệnh nhân là 24 mmHg (3.2 kPa) nằm trong phạm vi bù trừ phù hợp cho mức độ toan chuyển hóa này. Ngoài ra, PCO2 trùng với các chữ số thập phân của pH động mạch. (Xem ‘Phản ứng với toan chuyển hóa’ ở trên.)
Nếu PCO2 cao hơn đáng kể so với 24 mmHg (3.2 kPa), các kết quả này sẽ phù hợp với rối loạn hỗn hợp toan chuyển hóa và toan hô hấp. Điều này có thể xảy ra, chẳng hạn, nếu bệnh nhân bị lơ mơ và suy giảm trung tâm hô hấp. Ngược lại, nếu PCO2 thấp hơn đáng kể so với 24 mmHg (3.2 kPa), thì tồn tại tình trạng hỗn hợp toan chuyển hóa và kiềm hô hấp. Sự kết hợp giữa toan chuyển hóa và kiềm hô hấp thường phát triển trong trường hợp ngộ độc salicylate hoặc sốc nhiễm khuẩn 28.
Rối loạn axit-bazơ hỗn hợp
Một số bệnh nhân có hai, ba hoặc nhiều hơn các rối loạn axit-bazơ tương đối độc lập. Các rối loạn hỗn hợp này bao gồm sự kết hợp của các rối loạn chuyển hóa (ví dụ: kiềm chuyển hóa do nôn mửa cộng với toan lactic do giảm thể tích máu), rối loạn hỗn hợp chuyển hóa và hô hấp (ví dụ: toan chuyển hóa và kiềm hô hấp trong ngộ độc salicylate), và các kết hợp phức tạp hơn.
Việc đánh giá các rối loạn axit-bazơ ban đầu đòi hỏi phải xác định được rối loạn chính, sau đó xác định xem mức độ bù trừ có phù hợp hay không. Nếu sự bù trừ không phù hợp, điều này chỉ ra sự tồn tại của một rối loạn axit-bazơ thứ hai (tức là, có sự hiện diện của rối loạn axit-bazơ hỗn hợp). Các ví dụ sau đây mang tính minh họa:
- Nếu toan chuyển hóa là rối loạn nguyên phát, một giá trị PCO2 động mạch cao hơn đáng kể so với phản ứng bù trừ dự kiến sẽ xác định rối loạn hỗn hợp gồm toan chuyển hóa và toan hô hấp, trong khi PCO2 động mạch thấp hơn đáng kể so với dự kiến sẽ xác định rối loạn hỗn hợp gồm toan chuyển hóa và kiềm hô hấp (có thể do thở nhanh cấp tính vì khó chịu khi lấy mẫu máu).
- Nếu toan hô hấp là rối loạn chính, thì HCO3 huyết thanh sẽ phải tăng một cách tương ứng. Nếu HCO3 huyết thanh không cao như mong đợi, thì toan chuyển hóa cũng tồn tại và pH động mạch có thể giảm đáng kể. Ngược lại, nếu HCO3 huyết thanh cao hơn dự kiến, thì kiềm chuyển hóa làm phức tạp thêm tình trạng toan hô hấp và pH động mạch có thể ở mức “bình thường” một cách không phù hợp.
Ở những bệnh nhân bị toan chuyển hóa với khoảng trống anion cao, chẩn đoán hỗn hợp toan chuyển hóa và kiềm chuyển hóa thường được gợi ý bằng cách tính toán và so sánh delta anion gap với delta HCO3. (Xem “Tỷ lệ delta anion gap/delta HCO3 ở bệnh nhân toan chuyển hóa với khoảng trống anion cao”.)
Trường hợp 3
Việc xác định phản ứng bù trừ thích hợp có thể khó khăn hơn với các rối loạn axit-bazơ hô hấp vì các phản ứng bù trừ khác nhau giữa tình trạng cấp tính và mạn tính. Hãy xem xét một bệnh nhân có các giá trị khí máu động mạch sau: pH 7.27, PCO2 70 mmHg (9.3 kPa) và HCO3 31 mEq/L. pH thấp và tăng CO2 máu cho thấy bệnh nhân bị toan hô hấp. Nếu bệnh nhân này bị tăng CO2 máu cấp tính, thì mức tăng 30 mmHg (4 kPa) của PCO2 sẽ làm tăng nồng độ HCO3 huyết thanh khoảng 3 mEq/L (lên khoảng 27 mEq/L). Nếu bệnh nhân này bị tăng CO2 máu mạn tính, HCO3 huyết thanh sẽ tăng khoảng 11 mEq/L (lên khoảng 35 mEq/L). Giá trị quan sát được là 31 mEq/L nằm giữa các mức dự kiến này và có thể có nhiều cách giải thích, bao gồm:
- Toan hô hấp mạn tính có chồng lấp toan chuyển hóa làm giảm HCO3 huyết thanh từ 35 xuống 31 mEq/L. Điều này có thể xảy ra ở bệnh nhân bị bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính bị tiêu chảy do viêm dạ dày ruột do virus hoặc toan lactic do nhiễm khuẩn huyết.
- Toan hô hấp cấp tính có chồng lấp kiềm chuyển hóa làm tăng HCO3 từ 27 lên 31 mEq/L. Điều này có thể xảy ra ở bệnh nhân bị ức chế hô hấp do thuốc an thần, đồng thời bị nôn mửa hoặc đang dùng thuốc lợi tiểu.
- Toan hô hấp cấp tính chồng lấp lên toan hô hấp mạn tính nhẹ. Ví dụ, giả sử một bệnh nhân bị toan hô hấp mạn tính với PCO2 là 55 mmHg (7.3 kPa) và HCO3 huyết thanh phù hợp là 30 mEq/L. Sau đó bệnh nhân bị viêm phổi, khiến PCO2 tăng cấp tính thêm lên 70 mmHg (9.3 kPa). Khi đó HCO3 huyết thanh sẽ tăng lên khoảng 31 mEq/L.
- Toan hô hấp cấp tính đang tiến triển thành rối loạn mạn tính (trong khoảng từ một đến ba ngày).
Do đó, chẩn đoán chính xác trong một rối loạn axit-bazơ hô hấp nguyên phát chỉ có thể được thiết lập khi đối chiếu với bệnh sử và kết quả thăm khám lâm sàng của bệnh nhân. Điều này đúng ngay cả khi các giá trị khí máu động mạch có vẻ đại diện cho một rối loạn đơn thuần. Nếu nồng độ HCO3 huyết thanh là 35 mEq/L trong ví dụ này, các phát hiện sẽ tương thích với toan hô hấp mạn tính không biến chứng. Tuy nhiên, các phát hiện tương tự có thể đã được tạo ra bởi toan hô hấp cấp tính cộng với kiềm chuyển hóa. Bệnh sử thường giúp phân biệt giữa các khả năng này. (Xem ‘Các rối loạn axit-bazơ hô hấp’ ở trên.)
TÓM TẮT
Đánh giá trạng thái axit-bazơ – Trạng thái axit-bazơ thường được đánh giá bằng cách đo các thành phần của hệ thống đệm bicarbonate-carbon dioxide trong máu. Khi thực hiện phân tích khí máu, áp suất riêng phần của CO2 (PCO2) và pH được đo bằng các điện cực, và nồng độ bicarbonate (HCO3) được tính toán bằng phương trình Henderson-Hasselbalch. Khi HCO3 được đo trong máu tĩnh mạch, nó thường được đo trực tiếp dưới dạng “tổng CO2” bằng điện cực chọn lọc ion. “Tổng CO2” tĩnh mạch được đo trực tiếp thường cao hơn khoảng 2 mEq/L so với HCO3 động mạch được tính toán đồng thời. (Xem ‘Sinh lý và đánh giá trạng thái axit-bazơ’ ở trên.)
Các giá trị bình thường – Phạm vi các giá trị bình thường cho các thông số axit-bazơ khác nhau giữa mẫu động mạch và tĩnh mạch, và cũng thay đổi tùy theo từng phòng xét nghiệm (xem ‘Các giá trị bình thường theo vị trí lấy mẫu’ ở trên):
- Đối với mẫu động mạch, phạm vi bình thường cho pH là 7.35 đến 7.45; cho nồng độ bicarbonate (HCO3) là 21 đến 27 mEq/L; và cho PCO2 là 35 đến 45 mmHg (4.7 đến 6.0 kPa).
- Đối với mẫu tĩnh mạch ngoại biên, phạm vi pH thấp hơn khoảng 0.03 đến 0.04 đơn vị pH so với máu động mạch; nồng độ HCO3 cao hơn khoảng 2 đến 3 mEq/L; và PCO2 cao hơn khoảng 3 đến 8 mmHg (0.4 đến 1.1 kPa).
- Đối với mẫu tĩnh mạch trung tâm, phạm vi pH thường thấp hơn 0.03 đến 0.05 đơn vị pH so với máu động mạch, và PCO2 cao hơn 4 đến 5 mmHg (0.5 đến 0.7 kPa), với mức tăng rất ít hoặc không tăng HCO3 huyết thanh.
Các phản ứng bù trừ – Mỗi rối loạn axit-bazơ đơn thuần thường liên quan đến một phản ứng bù trừ giúp giảm thiểu sự thay đổi tỷ lệ HCO3/PCO2 và do đó giảm thiểu sự thay đổi pH (hình 1). (Xem ‘Các rối loạn axit-bazơ chuyển hóa’ ở trên và ‘Các rối loạn axit-bazơ hô hấp’ ở trên.)
Định nghĩa các rối loạn axit-bazơ đơn thuần và hỗn hợp – Rối loạn axit-bazơ đơn thuần bao gồm sự rối loạn ban đầu của trạng thái axit-bazơ và mức độ bù trừ thích hợp cho sự rối loạn đó. (Xem ‘Định nghĩa các rối loạn axit-bazơ’ ở trên.)
Sự hiện diện đồng thời của nhiều hơn một rối loạn axit-bazơ được gọi là rối loạn axit-bazơ hỗn hợp. Các rối loạn hỗn hợp có thể được nghi ngờ dựa trên tiền sử bệnh nhân, phản ứng bù trừ thấp hơn hoặc cao hơn dự kiến, và từ kết quả phân tích delta anion gap và delta HCO3. (Xem ‘Định nghĩa các rối loạn axit-bazơ’ ở trên.)
Đánh giá – Chúng tôi đề xuất quy trình bốn bước sau đây để đánh giá bệnh nhân mắc các rối loạn axit-bazơ (xem ‘Đánh giá ban đầu’ ở trên):
- Thiết lập chẩn đoán nguyên phát. Toan chuyển hóa được đặc trưng bởi HCO3 huyết thanh thấp và pH động mạch thấp; khoảng trống anion huyết thanh có thể tăng hoặc bình thường. Kiềm chuyển hóa được đặc trưng bởi HCO3 huyết thanh tăng và pH động mạch tăng. Toan hô hấp được đặc trưng bởi PCO2 động mạch tăng và pH động mạch thấp. Kiềm hô hấp được đặc trưng bởi PCO2 động mạch thấp và pH động mạch tăng. (Xem ‘Đánh giá ban đầu’ ở trên.)
- Đánh giá mức độ bù trừ như đã định nghĩa ở trên cho từng rối loạn. Nếu sự bù trừ không đầy đủ hoặc quá mức, đây là dấu hiệu của một rối loạn axit-bazơ hỗn hợp. (Xem ‘Đánh giá ban đầu’ ở trên và ‘Các phản ứng bù trừ của hô hấp và thận’ ở trên.)
- Xác định xem khoảng trống anion có tăng hay không. Nếu có, hãy phân tích tỷ lệ giữa mức tăng khoảng trống anion và mức giảm nồng độ HCO3. Đây là tỷ lệ delta anion gap/delta HCO3. Khi tồn tại toan chuyển hóa có khoảng trống anion, các thay đổi này phải tương đương nhau về mặt định lượng; nghĩa là, delta anion gap phải có độ lớn tương tự như delta HCO3. (Xem ‘Đánh giá ban đầu’ ở trên.)
- Thiết lập chẩn đoán lâm sàng. Khi đã xác định được (các) rối loạn axit-bazơ, cần xác định và giải quyết nguyên nhân gốc rễ của từng rối loạn.