Pcv-aCO2 - Cơ sở lý luận & Giá trị thực tiễn

 

Giới thiệu

Sốc là tình trạng đe dọa tính mạng, trong đó hệ tuần hoàn không thể cung cấp oxy đầy đủ để duy trì nhu cầu chuyển hóa của mô, dẫn đến rối loạn chức năng tế bào [1]. Do đó, nhận diện sớm tình trạng giảm tưới máu mô và đảo ngược nó là thành tố quan trọng giúp hạn chế sự tiến triển đến suy đa tạng và tử vong [2]. Các kỹ thuật theo dõi tưới máu mô hiện nay phần lớn tập trung vào lưu lượng máu hệ thống và sự cân bằng giữa nhu cầu oxy và cung cấp oxy mô [3, 4]. Trên thực tế, việc tối ưu hóa huyết động sớm bằng cách sử dụng các gói hồi sức nhắm mục tiêu ScvO2 (độ bão hòa oxy máu tĩnh mạch trung tâm) và đại tuần hoàn ban đầu có liên quan đến việc giảm đáng kể tỷ lệ tử vong trong sốc nhiễm khuẩn [5]. Tuy nhiên, tính hữu dụng của các thông số dựa vào oxy đã bị đặt ra nghi vấn lớn [6], các nghiên cứu gần đây đã không chứng minh được lợi ích lâm sàng của nó [7-9]. Thực ra, ScvO2 thường bình thường hoặc gần bình thường tại thời điểm nhập ICU [10], việc đạt được mục tiêu huyết động đại tuần hoàn và các mục tiêu liên quan đến oxy không thể loại trừ hoàn toàn sự hiện diện của giảm oxy mô. Trong bối cảnh này, các thông số khác có nguồn gốc từ CO2 có thể cung cấp thêm thông tin quan trọng về đại tuần hoàn và vi tuần hoàn trong những giai đoạn sớm của sốc, thậm chí ngay cả khi các thông số từ oxy có vẻ ổn định [11-15]. Quan trọng là, sự biến đổi CO2 xảy ra sớm hơn sự thay đổi lactate, khiến các thông số CO2 trở nên hấp dẫn hơn trong trong việc theo dõi các pha sớm trong quá trình hồi sức.

Trong chương này, chúng tôi sẽ phân tích các nguyên tắc sinh lý, giá trị tiên lượng, ý nghĩa lâm sàng, và ứng dụng có thể có của độ chênh lệch CO2 tĩnh mạch - động mạch (Pv-aCO2) và tỷ số giữa chênh lệch hàm lượng CO2 tĩnh mạch - động mạch và chênh lệch hàm lượng oxy động mạch - tĩnh mạch (Cv-aCO2/Ca-vO2) trong tình trạng sốc.

Sinh lý học

Sản xuất CO2 hiếu khí

Carbon dioxide (CO2) là sản phẩm chuyển hóa cuối cùng được tạo ra dưới điều kiện bình thường trong chu trình Krebs. Tổng lượng CO2 sản xuất (VCO2) liên quan trực tiếp đến mức tiêu thụ oxy (VO2) toàn thể theo phương trình VCO2 = RQ × VO2, trong đó RQ đại diện cho hệ số hô hấp. RQ 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 1.0 tùy theo điều kiện chuyển hóa và chất nền năng lượng chủ yếu được tiêu thụ. Do đó, VCO2 hiếu khí sẽ tăng lên khi quá trình chuyển hóa oxy hóa tăng lên (tức là tăng VO2 đồng thời) hoặc khi ở mức VO2 không đổi, chế độ dinh dưỡng có hàm lượng carbohydrate cao [16]. Dưới điều kiện hiếu khí lúc nghỉ, RQ sẽ không bao giờ >1.0 vì sự sản xuất CO2 sẽ không thể vượt quá lượng O2 tiêu thụ. Tuy nhiên, trong trạng thái hoạt động cơ nặng hoặc trong một số tình trạng bệnh lý nhất định, sự sản xuất CO2 kị khí có thể khiến VCO2/VO2 >1.0. Tuy nhiên, bất kể cơ chế gây tăng VCO2 hiếu khí là gì, Pv-aCO2 sẽ chỉ tăng khi mức tăng bù trừ của cung lượng tim không đủ để loại thải CO2 do các mô tạo ra.

Sản xuất CO2 kị khí

Khi tình trạng giảm oxy mô xảy ra, VCO2 hiếu khí sẽ giảm, trong khi VCO2 kị khí sẽ tăng lên. Tăng VCO2 kị khí là kết quả cuối cùng của việc đệm [H+] bởi bicarbonate (HCO3-) huyết tương và tế bào chất. “Tổng lượng H+ giải phóng” được quan sát thấy trong tình trạng thiếu oxy là kết quả của tất cả các phản ứng tế bào giải phóng H+ (ví dụ: các phản ứng ATPase, hexokinase [HK], phosphofructokinase [PFK] và glyceraldehyd-3-phosphate dehydrogenase [G3 PDH]), được cân bằng bởi các phản ứng chuyển hóa tiêu thụ H+ (ví dụ: các phản ứng creatine kinase [CK], AMP deaminase [AMPDase], pyruvate kinase [PK] và lactate dehydrogenase [LDH]). Do đó, sự chênh lệch giữa “tổng lượng H+ giải phóng” và các phản ứng tiêu thụ H+ (”sự đệm chuyển hóa”) sẽ dẫn đến “lượng H+ tổng”, cuối cùng sẽ được điều hòa của hệ đệm nội bào hoặc ngoại bào (vd: acid amin) và hệ đệm bicarbonate. Điều này về sau là nguyên nhân chính làm tăng VCO2 kị khí, khi HCO3- thu giữ lượng H+ dư thừa để trở thành H2CO3 và sau đó phân ly thành CO2 và H2O. Một nguồn VCO2 kị khí bổ sung khác là VCO2 từ quá trình khử carboxyl kị khí của một số chất nền như α-ketoglutarate và oxaloacetate xảy ra trong quá trình chuyển hóa trung gian, tuy vậy đóng góp của nó vào tổng VCO2 là khá nhỏ [18].

Mặc cho tầm quan trọng về mặt hóa sinh, việc diễn giải sự gia tăng CO2 kị khí trên lâm sàng có thể rất khó khăn vì tổng VCO2 giảm trong điều kiện thiếu oxy và lưu lượng máu tĩnh mạch ra khỏi mô có thể đủ để rửa trôi tổng lượng CO2 sinh ra ở các mô, từ đó che lấp phần tăng CO2 kị khí.

Vận chuyển CO2 trong máu

Bài tiết CO2 là một hiện tượng thụ động trong đó CO2 di chuyển theo gradient điện hóa từ tế bào ra môi trường. Hiệu quả từ quá trình vận chuyển này phụ thuộc vào sự đối lưu (lưu lượng máu) và khả năng vận chuyển (hàm lượng máu). May mắn thay, sự tiến hóa đã giúp vận chuyển một lượng lớn CO2 trong máu mà không có sự thay đổi lớn về lưu lượng máu. CO2 dạng hòa tan cao hơn oxy khoảng 20-30 lần, do đó CO2 hòa tan đóng vai trò chính trong tổng lượng vận chuyển của nó. Là một phân tử ưa lipid, CO2 nhanh chóng khuếch tán qua lớp lipid kép của tế bào và hồng cầu để được hydrat hóa và cuối cùng chuyển thành HCO3- và H+. Như vậy, nói chung, máu mang cả CO2 và các hợp chất liên quan đến nó dưới 5 dạng:

1. CO2 hòa tan: [CO2]dis tuân theo định luật Henry, định luật này xác định rằng, ở nhiệt độ không đổi, mọi chất khí đều hòa tan trong pha lỏng tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của nó trong pha khí, được điều chỉnh bởi hệ số hòa tan khác nhau giữa các loại khí. Trong điều kiện bình thường, ~5% tổng lượng CO2 được vận chuyển dưới dạng [CO2]dis. [CO2]dis có vai trò quan trọng trong việc vận chuyển khí vì nó có thể nhanh chóng đi qua nội mạc mạch máu, trong khi các dạng CO2 khác phải được chuyển thành CO2 tự do để đi vào hoặc đi ra khỏi máu.
2. Acid Carbonic: [H2CO3] là kết quả từ phản ứng giữa CO2 và H2O. Tại mức pH ở hầu hết các dịch sinh lý, H2CO3 ngay lập tức phân ly thành H+ và HCO3-. Do đó, [H2CO3] chỉ đại diện cho 1/400 [CO2], theo đó [H2CO3] không quan trọng về mặt định lượng đối với tổng lượng CO2 vận chuyển.
3. Bicarbonate: [HCO3−] có thể hình thành theo ba cách – bằng cách phân ly H2CO3 thành H+ và HCO3−, bằng sự kết hợp trực tiếp giữa CO2 và OH− (một phản ứng được xúc tác bởi carbonic anhydrase) và bằng sự kết hợp của cacbonate và H+. Trong máu động mạch, HCO3− chiếm ~90% tổng hàm lượng CO2. Do đó, CO2 kết hợp với nước (H2O) tạo thành acid carbonic (H2CO3), 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 ở tế bào hồng cầu (RBC) và tế bào nội mạc mao mạch phổi, trong khi phản ứng thứ hai không được xúc tác xảy ra với tốc độ chậm hơn nhiều. Khi H2CO3 phân ly trong hồng cầu thành H+ và HCO3−, H+ được đệm bởi hemoglobin, trong khi lượng HCO3− dư thừa được vận chuyển ra khỏi hồng cầu vào huyết tương bằng chất trao đổi bicarbonate-clorua trung hòa điện (Hình 1).
4. Carbonate: [CO3(2−)] được hình thành chủ yếu từ sự phân ly bicarbonate: HCO3- → CO3(2-) + H+. Do đó, [CO3(2-)] không quan trọng về mặt định lượng đối với việc vận chuyển CO2.
5. Hợp chất carbamino: các nhóm protein amin không tích điện có thể liên kết thuận nghịch với cả H+ và CO2. Cho đến nay, hợp chất carbamino quan trọng nhất là carbamino hemoglobin (Hb-NH-COO−), hợp chất này hình thành nhanh chóng và thuận nghịch khi CO2 phản ứng với nhóm amino tự do trên hemoglobin. Hợp chất carbamino chiếm ~5% tổng lượng CO2 trong máu động mạch.

Hình 1: Vận chuyển CO2 nội bào và ngoại bào

Tổng hàm lượng CO2 (CCO2) trong máu động mạch là ~48 mL/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 ~ 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 gia tăng đó, khoảng 10% tương ứng với CO2 hòa tan, ~69% tương ứng với HCO3− và ~21% tương ứng với các hợp chất carbamino. Theo đó, CO2 hòa tan và các hợp chất carbamino quan trọng hơn nhiều trong việc vận chuyển lượng CO2 tăng dần đến phổi do chúng góp phần làm tăng tổng lượng CO2 trong máu tĩnh mạch. Khi quá trình chuyển hóa oxy hóa diễn ra và chu trình Krebs duy trì chức năng của nó, ty thể tạo ra CO2, khí này khuếch tán ra khỏi tế bào qua khoang ngoại bào, qua nội mạc mao mạch và vào huyết tương. Gần 11% lượng CO2 tăng thêm vẫn còn trong huyết tương trong suốt chặng đường đến phổi, trong khi ~89% đi vào hồng cầu, ít nhất là vào thời điểm ban đầu. ~11% CO2 gia tăng trong huyết tương nói trên sẽ lần lượt được vận chuyển dưới dạng CO2 hòa tan (~6%, coi hematocrit là 40%), dưới dạng HCO3− (~6%) và một lượng nhỏ dưới dạng hợp chất carbamino. ~89% CO2 gia tăng còn lại đi vào hồng cầu thông qua hai “kênh khí”: aquaporin 1 và phức hợp Rh. CO2 trong hồng cầu này sẽ được vận chuyển dưới dạng CO2 hòa tan trong tế bào (~4%), trong khi ~ 21% lượng tăng thêm đó sẽ được vận chuyển dưới dạng hợp chất carbamino của Hb (tức là CO2 liên kết với hemoglobin). Các hợp chất carbamino trong hồng cầu quan trọng hơn nhiều so với các hợp chất được hình thành trong huyết tương vì nồng độ hemoglobin trong hồng cầu cao hơn đáng kể (~33 g/dL) so với nồng độ của albumin, globulin và các protein huyết tương khác (~7 g/dL tổng số protein huyết tương). Hơn nữa, ái lực của CO2 đối với hemoglobin vượt xa ái lực đối vối các protein huyết tương chính. Ngoài ra, ái lực của hemoglobin với H+ và CO2 sẽ bị thay đổi khi nồng độ O2 thay đổi khi máu đi vào vi tuần hoàn mô hoặc quay trở lại phổi. Lượng CO2 tăng thêm còn lại trong hồng cầu sẽ được đại diện bởi HCO3− (~64%) do hoạt tính anhydrase cacbonic đẩy nhanh quá trình chuyển đổi CO2 thành HCO3−. Nếu không có hoạt tính enzyme như vậy, HCO3− sẽ khó được tổng hợp bên trong hồng cầu trong thời gian vận chuyển ngắn của hồng cầu dọc theo giường mao mạch. Hơn nữa, chất trao đổi Cl-HCO3 AE1 (anion exchanger 1) mang HCO3− mới được tổng hợp ra khỏi tế bào, thúc đẩy quá trình tạo HCO3− tiếp theo. Hình 1 mô tả các sự kiện kết hợp trong hồng cầu và huyết tương của quá trình vận chuyển CO2.

Đường cong phân ly CO2

Việc vận chuyển 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 như tuyến tính trong phạm vi sinh lý của các giá trị PCO2 và PO2 (Hình 2, đồ thị a). Hơn nữa, tại bất kỳ giá trị PCO2 nào, tổng hàm lượng CO2 đều tăng khi PO2 giảm. Kết quả là, khi máu đi vào vi tuần hoàn hệ thống và giải phóng O2 cho mô, khả năng vận chuyển CO2 tăng lên, do đó máu có thể loại bỏ lượng CO2 dư thừa. Ngược lại, khi máu đi vào mao mạch phổi và liên kết với O2, khả năng vận chuyển CO2 giảm và máu mất khả năng vận chuyển thêm CO2. Do độ dốc của 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 lên ~4 mL/dL (tức là từ 48 lên 52 mL/ dL), cần thiết để loại bỏ CO2 được tạo ra bởi hoạt động hiếu khí của ty thể.

Hình 2: Đường cong phân ly CO2 Đồ thị a: Mối quan hệ giữa hàm lượng CO2 máu toàn phần (CCO2) và áp suất CO2 trong máu (PCO2) theo sự biến thiên SpO2 (hiệu ứng Haldane) Đồ thị b: Tác động của tải lượng H+ trên hàm lượng CO2 máu toàn phần (CCO2) và áp suất CO2 trong máu (PCO2)

Độ chênh lệch CO2 tĩnh mạch - động mạch (Pv-aCO2)

Pv-aCO2 và mối quan hệ với cung lượng tim

Độ chênh lệch CO2 tĩnh mạch - động mạch (Pv-aCO2) đề cập đến gradient áp suất riêng phần được tạo ra bởi CO2 hòa tan trong máu tĩnh mạch trộn hoặc máu tĩnh mạch trung tâm với máu động mạch. Nhìn chung, Pv-aCO2 phụ thuộc vào tổng lượng CO2 được sản xuất, cung lượng tim, và mối quan hệ phức tạp giữa PCO2 và hàm lượng CO2 trong máu, và có thể là sự phân bố lưu lượng máu vi tuần hoàn.

Phương trình Fick chỉ ra rằng sự bài tiết CO2, tức là tương đương với lượng CO2 sản xuất (VCO2) ở trạng thái ổn định, phải bằng tích của cung lượng tim (CO) và chênh lệch CO2 tĩnh mạch-động mạch:

• VCO2 = CO x (CvCO2 - CaCO2)

Như đã đề cập ở trên, CCO2 và PCO2 duy trì mối quan hệ tương đối tuyến tính ở phạm vi sinh lý thông thường. Do đó, giá trị PCO2 đã được đề xuất làm đại diện cho CCO2 khi đánh giá sự chênh lệch CO2 tĩnh mạch - động mạch tại giường [20-23]. Kết quả là, có thể thu được phương trình Fick sửa đổi bằng cách thay thế PCO2 cho CCO2:

• ΔPCO2 = k x (VCO2/CO)

Trong đó k là hệ số giả tuyến tính được xem là không đổi trong các điều kiện sinh lý [22]. Tuy nhiên, trong điều kiện thiếu oxy nghiêm trọng, hệ số k có thể tăng lên gấp sáu lần khi tình trạng nhiễm toan chuyển hóa tăng lên, gây ra sự thay đổi trong mối quan hệ đường cong giữa CCO2 và PCO2 (Hình 2, đồ thị b). Do đó, hệ số k tăng khi VCO2 giảm, nhưng tác động tổng hợp lên Pv-aCO2 sẽ phụ thuộc vào cung lượng tim và có thể là vào sự phân bổ lưu lượng máu vi tuần hoàn.

Theo phương trình Fick sửa đổi, Pv-aCO2 và cung lượng tim giữ mối quan hệ đường cong nghịch đảo trong đó Pv-aCO2 tăng theo sự giảm dần của cung lượng tim, đặc biệt là ở các giá trị thấp. Kết quả là, trong điều kiện ổn định của cả VO2 và VCO2, Pv-aCO2 tăng dần khi cung lượng tim giảm do hiện tượng ứ đọng CO2 trong đó thời gian vận chuyển của hồng cầu bị trì hoãn dẫn đến việc bổ sung lượng CO2 cao hơn ở mỗi đơn vị máu đi qua vi mạch. Những quan sát ban đầu trong quá trình ngừng tuần hoàn - hô hấp ở cả mô hình động vật và người cho thấy mối liên hệ rõ ràng giữa lưu lượng máu chậm (hoặc ngưng) với sự ứ đọng CO2 tĩnh mạch [24, 25]. Tương tự, các mô hình thực nghiệm về xuất huyết, giảm thể tích tuần hoàn, và sốc tắc nghẽn cũng cho thấy mối quan hệ nghịch giữa Pv-aCO2 và cung lượng tim, từ đó nhấn mạnh tầm quan trọng của sự ứ trệ tuần hoàn lên sự tích tụ CO2 tĩnh mạch [26-29]. Tuy nhiên, Pv-aCO2 tăng ban đầu được xem là đại diện cho rối loạn oxy mô vì các giá trị cung cấp oxy mô tới hạn (critical DO2) dường như phù hợp với điểm mà tại đó CO2 tĩnh mạch bắt đầu tăng [26, 27]. Trong một mô hình thực nghiệm trên chó về tình trạng chèn ép tim bằng cách sử dụng biểu đồ Dill, Schlichtig và Bowles [30] đã báo cáo sự xuất hiện của VCO2 kị khí dưới mức DO2 tới hạn, từ đó gợi ý mối liên hệ giữa rối loạn oxy mô và tích tụ CO2 mô. Tuy nhiên, các mô hình thực nghiệm trong đó việc giảm lưu lượng máu dần dần được sử dụng để đạt được DO2 tới hạn với mức giảm tiêu thụ oxy (VO2) mang lại những kết quả khó hiểu do không thể phân biệt được tình trạng giảm tưới máu mô với tình trạng rối loạn oxy mô [31]. Để giải quyết vấn đề này, Vallet và cộng sự [32] đã thiết kế một thí nghiệm để đo lường sự thay đổi Pv-aCO2 ở phần chân sau của chó, được tách biệt khỏi tuần hoàn hệ thống và được kết nối với một hệ thống oxy hóa máu bằng màng ngoài cơ thể sử dụng bơm con lăn. Mức giảm DO2 tương đương được tạo ra bởi 2 cơ chế thiếu oxy mô khác nhau: một nhóm trải qua quá trình giảm dần lưu lượng máu bằng cách làm chậm tốc độ bơm con lăn (thiếu oxy do thiếu máu cục bộ), trong khi nhóm còn lại trải qua quá trình giảm dần PO2 động mạch bằng cách điều chỉnh phân suất O2 hít vào (thiếu oxy do giảm oxy máu) nhưng vẫn bảo tồn tốc độ lưu lượng máu. Cả hai nhóm đều có mức giảm DO2 và VO2 tương tự nhau, cho thấy mức độ thiếu oxy ở mô tương tự nhau. Tuy nhiên, Pv-aCO2 ở chi sau vẫn không đổi trong tình trạng thiếu oxy mô do giảm oxy máu, trong khi nó cho thấy sự gia tăng hơn gấp đôi trong tình trạng thiếu oxy do thiếu máu cục bộ. Theo đó, các tác giả kết luận rằng lưu lượng máu là yếu tố chính quyết định Pv-aCO2, và từ đó, việc Pv-aCO2 không tăng không thể loại trừ tình trạng thiếu oxy mô. Đánh giá một giả thuyết tương tự, Nevière và cộng sự [33] đã so sánh tác động của việc giảm phân suất oxy hít vào (thiếu oxy mô do giảm oxy máu) và giảm lưu lượng máu (thiếu oxy mô do thiếu máu cục bộ) đối với sự chênh lệch CO2 niêm mạc ruột - động mạch (Pmtis-aCO2). Pmtis-aCO2 tăng lên tới 60 mmHg trong tình trạng thiếu oxy do thiếu máu cục bộ, trong khi nó gần như không đổi trong một phạm vi rộng các giá trị DO2 trong tình trạng giảm oxy máu. Điều thú vị là Pmtis-aCO2 tăng nhẹ khi giá trị FiO2 cực thấp. Các tác giả kết luận rằng sự gia tăng Pmtis-aCO2 chủ yếu được giải thích là do sự thay đổi lưu lượng máu, mặc dù họ thừa nhận rằng PCO2 trong niêm mạc tăng lên trong tình trạng thiếu oxy mô do hạ oxy máu nặng có thể gây sản sinh CO2 cục bộ. Tuy nhiên, thực tế là sự phụ thuộc DO2/VO2 đạt được sớm hơn so với mức tăng Pmtis-aCO2 trong điều kiện thiếu oxy mô do hạ oxy máu, nghĩa là không nên sử dụng Pmtis-aCO2 làm dấu hiệu của tình trạng rối loạn oxy mô. Tương tự, trong một mô hình xuất huyết gây hạ oxy máu mà không giảm tưới máu, trong đó tình trạng mất máu tiến triển được thay thế bằng dịch dextran, Pv-aCO2 không tăng khi lưu lượng máu được phục hồi, do đó khẳng định vai trò hàng đầu của lưu lượng máu đối với việc gia tăng CO2 tĩnh mạch [34]. Do đó, sự gia tăng Pv-aCO2 có liên quan chặt chẽ đến sự thay đổi cung lượng tim trong trạng thái không viêm. Tuy nhiên, có sự tương quan yếu giữa cung lượng tim và Pv-aCO2 được quan sát thấy trong sốc nhiễm khuẩn [14, 35–37], điều này cho thấy có thể liên quan đến các cơ chế khác.

Pv-aCO2 và sự thay đổi lưu lượng máu vi tuần hoàn

Rối loạn chức năng vi tuần hoàn trong sốc nhiễm khuẩn là một hiện tượng toàn thể được đặc trưng bởi sự giảm mật độ mao mạch chức năng (FCD) liên quan đến sự gia tăng tính không đồng nhất về lưu lượng máu ở các khu vực có mạch máu được tưới máu tốt bên cạnh các mao mạch không được tưới máu [38, 39]. Trong điều kiện bình thường, tính không đồng nhất của lưu lượng máu vi mạch là không đáng kể [40] và sự tương xứng giữa tưới máu và chuyển hóa thường được cải thiện trong trạng thái thiếu oxy hoặc lưu lượng thấp [41]. Tuy nhiên, sự gia tăng tính không đồng nhất của lưu lượng máu vi tuần hoàn với việc giảm FCD có thể là nguyên nhân gây rối loạn khả năng trích xuất oxy xảy ra trong nhiễm khuẩn huyết [42, 43]. Trên thực tế, sự ngừng dòng chảy không đồng nhất của từng mao mạch riêng lẻ có thể là một yếu tố quan trọng quyết định hiện tượng phụ thuộc nguồn cung oxy trong những trường hợp sốc nhiễm khuẩn nghiêm trọng nhất [42, 44]. Điều quan trọng là những thay đổi về vi tuần hoàn có thể xảy ra ngay cả khi các thông số oxy tổng thể có vẻ bình thường, và nó dường như thúc đẩy sự tiển triển rối loạn chức năng đa cơ quan [45]. Hơn nữa, những rối loạn vi tuần hoàn như vậy là yếu tố quyết định mạnh mẽ đến kết cục lâm sàng so với các thông số huyết động tổng thể, với sự gia tăng dần dần về nguy cơ tử vong ở các nhóm đại diện cho những rối loạn nghiêm trọng nhất [46].

Mối liên hệ giữa sự thay đổi vi tuần hoàn và sự tích tụ CO2 ở mô trong sốc nhiễm khuẩn đã được đề xuất bởi Creteur và cộng sự [47] bằng cách đánh giá đồng thời vi tuần hoàn dưới lưỡi, CO2 của mô dưới lưỡi và CO2 niêm mạc dạ dày trong quá trình truyền dobutamine liều thấp. Họ quan sát thấy sự gia tăng cung lượng tim và SvO2, trong khi chênh lệch CO2 dưới lưỡi và động mạch (Psl-aCO2) giảm đáng kể (từ 40 ± 15 xuống 17 ± 8 mmHg). Tỷ lệ mạch máu nhỏ được tưới máu tốt có liên quan nghịch với Psl-aCO2 (RR = 0.80, p < 0.01), cho thấy rằng sự gia tăng tỷ lệ mao mạch được tưới máu tốt song song với sự thay đổi nghịch đảo của áp suất CO2 trong mô. Tương tự, Nevière và cộng sự [48] phát hiện ra rằng những thay đổi do dobutamine tạo ra trong lưu lượng máu vi mạch dạ dày được phản ánh rõ ràng bởi những thay đổi về chênh lệch CO2 niêm mạc dạ dày - động mạch (Pgtis-aCO2), do đó củng cố vai trò của lưu lượng máu vi mạch đối với sự tích tụ CO2 ở mô dạ dày.

Những quan sát gần đây cũng cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa sự thay đổi lưu lượng máu vi tuần hoàn và Pv-aCO2 trong giai đoạn đầu của sốc nhiễm khuẩn [11]. Đặc biệt, sự không đồng nhất ngày càng tăng của lưu lượng máu vi tuần hoàn và mật độ mao mạch chức năng giảm có liên quan chặt chẽ với sự gia tăng dần dần của Pv-aCO2. Điều thú vị là, sự thay đổi của cung lượng tim không tương quan tốt với những thay đổi trong các thông số lưu lượng máu vi tuần hoàn, mặc dù phải thừa nhận rằng giá trị Pv-aCO2 cao hơn thường được quan sát thấy ở các giá trị cung lượng tim thấp hơn.

Trong trạng thái thiếu oxy mô, tổng VCO2 giảm mặc dù có một số CO2 kỵ khí được tạo ra. Tuy nhiên, CCO2 tĩnh mạch sẽ tăng khi lưu lượng máu đại tuần hoàn giảm hoặc lưu lượng máu vi mạch trở nên không đồng nhất. Trên thực tế, với VCO2 không đổi, CO2 tĩnh mạch sẽ tăng ngay cả ở giá trị cung lượng tim “bình thường” khi lưu lượng máu vi tuần hoàn trở nên không đồng nhất và mật độ mao mạch chức năng giảm (Hình 3). Theo cách này, việc theo dõi khoảng trống PCO2 có thể cung cấp thông tin quan trọng về sự thay đổi lưu lượng máu vi tuần hoàn ngay cả ở những bệnh nhân có cung lượng tim và các thông số oxy bình thường.

Hình 3: Sự thay đổi lưu lượng máu đại tuần hoàn và vi tuần hoàn cũng như tác động của nó lên Pv-aCO2. Hình a: Trạng thái bình thường của đại tuần hoàn và vi tuần hoàn: 48 mL CO2/dL (hoặc PvCO2 40 mmHg) được truyền qua bốn mao mạch với dòng đối lưu liên tục bình thường (mũi tên trắng khắp mao mạch). Máu tĩnh mạch sẽ được nạp CO2 được tạo ra dưới điều kiện hiếu khí dẫn đến CvCO2 là 52 mL/dL (hoặc PvCO2 46 mmHg) nên Pv-aCO2 là 6 mmHg. Hình b: Cung lượng tim thấp với lưu lượng máu vi mạch đồng nhất. Thời gian vận chuyển của máu mao mạch bị trì hoãn (mũi tên trắng mỏng khắp mao mạch) sẽ dẫn đến tải lượng CO2 cao hơn ở máu tĩnh mạch ngay cả khi quá trình chuyển hóa hiếu khí được duy trì (hiện tượng ứ đọng). Máu tĩnh mạch sẽ được nạp thêm CO2 hiếu khí dẫn đến CvCO2 là 54 mL/dL (hoặc PvCO2 50 mmHg) và Pv-aCO2 là 10 mmHg. Hình c: Cung lượng tim thấp và lưu lượng máu vi mạch không đồng nhất. Các mao mạch bình thường sẽ được nạp lượng CO2 hiếu khí cao hơn từ các nhóm tế bào lân cận do mạch máu bị ứ đọng (mũi tên trắng mỏng xuyên qua các mao mạch mở biểu thị dòng chảy đối lưu thấp). Hơn nữa, máu tĩnh mạch cũng sẽ được nạp thêm CO2 từ các nhóm tế bào ở xa. Lượng CO2 bổ sung này một phần sẽ là sản phẩm từ quá trình chuyển hóa hiếu khí bị suy giảm, và phần lớn sẽ bắt nguồn từ quá trình tạo ra CO2 kỵ khí do sự đệm H+. Do đó, máu tĩnh mạch sẽ được nạp thêm CO2 hiếu khí và kỵ khí dẫn đến CvCO2 là 56 mL/dL (hoặc PvCO2 52 mmHg) và Pv-aCO2 là 12 mmHg. Hình d: Cung lượng tim bình thường và lưu lượng máu vi mạch không đồng nhất. CO2 kỵ khí sẽ được tạo ra trong máu như một sản phẩm đệm H+ (tăng lên do thiếu oxy thứ phát do sự phân lưu lượng máu không đồng đều). Mặc dù cung lượng tim rõ ràng là bình thường nhưng điều này vẫn chưa đủ để loại bỏ lượng CO2 dư thừa. Do đó, máu tĩnh mạch sẽ được nạp thêm CO2 hiếu khí và kỵ khí dẫn đến CvCO2 là 54 mL/dL (hoặc PvCO2 50 mmHg), và Pv-aCO2 sẽ vẫn ở mức cao (10 mmHg). Hình e: Tăng cung lượng tim và lưu lượng vi tuần hoàn không đồng nhất. Lưu lượng đại tuần hoàn tăng lên sẽ rửa sạch cả CO2 hiếu khí và kỵ khí được tạo ra trong các mô (mũi tên trắng dày xuyên suốt các mao mạch mở biểu thị dòng chảy đối lưu tăng lên). Tuy nhiên, khi lưu lượng máu vi mạch không đồng nhất nghiêm trọng, CO2 kỵ khí sẽ tăng trong máu tĩnh mạch mặc dù giá trị cung lượng tim cao rõ ràng. Do đó, máu tĩnh mạch sẽ được nạp thêm CO2 hiếu khí và kỵ khí dẫn đến CvCO2 là 53 mL/dL (hoặc PvCO2 48 mmHg) và Pv-aCO2 là 8 mmHg. Hình f: Tái huy động mao mạch. Các biện pháp can thiệp cải thiện sự phân phối lưu lượng máu vi tuần hoàn dẫn đến bình thường hóa Pv-aCO2 mà thậm chí cung lượng tim dường như cũng giảm từ giá trị “cao” xuống giá trị “bình thường”.

Giá trị lâm sàng của Pv-aCO2

Sự thay đổi Pv-aCO2 phản ánh sự biến thiên lưu lượng đại tuần hoàn trong các tình trạng bất thường không do viêm như ngừng tim, sốc giảm thể tích hoặc sốc mất máu, và chèn ép tim [24-28]. Tuy nhiên, trong sốc nhiễm khuẩn, Pv-aCO2 có thể bị tác động bởi sự phân bố lưu lượng vi tuần hoàn, và mối quan hệ giữa cung lượng tim và Pv-aCO2 chưa được quan sát một cách nhất quán trong các nghiên cứu lâm sàng và thực nghiệm.

Những quan sát ban đầu trong sốc nhiễm khuẩn cho thấy những bệnh nhân có Pv-aCO2 >6 mmHg có các giá trị cung lượng tim thấp hơn so với những người có Pv-aCO2 ≤6 mmHg [36]. Thú vị là, những bệnh nhân đáp ứng bù dịch có Pv-aCO2 giảm đồng thời, mặc dù sự thống nhất về mặt toán học giữa Pv-aCO2 và sự thay đổi cung lượng tim thực sự kém (r = 0.42 hoặc RR = 0.15, p<0.001). Tương tự như vậy, mối quan hệ nghịch đảo (mặc dù yếu) giữa cung lượng tim và Pv-aCO2 (r= 0.41 hoặc RR = 0.17, p <0.001) được báo cáo bởi Bakker và cộng sự [35], và mặc dù cung lượng tim và DO2 thấp hơn ở những bệnh nhân có Pv-aCO2 >6 mmHg, VO2 giống nhau được quan sát thấy ở cả 2 nhóm do thay đổi ERO2 thích ứng.

Pv-aCO2 >6 mmHg ở những bệnh nhân sốc nhiễm khuẩn đạt ScvO2 >70% sau hồi sức ban đầu cũng liên quan đến rối loạn chức năng đa tạng nặng nề hơn [15]. Tương tự, Ospina-Tascón và cộng sự [14] đã cho thấy Pv-aCO2 tăng cao kéo dài trong giai đoạn hồi sức ban đầu của sốc nhiễm khuẩn có liên quan đến suy đa tạng nghiêm trọng hơn và kết cục xấu hơn ở ngày 28. Sự gia tăng Pv-aCO2 có liên quan đến kết cục lâm sàng bất lợi ngay cả khi đạt được mục tiêu ScvO2/SvO2. Hơn nữa, nồng độ lactate cao hơn và sự phục hồi lactate chậm hơn được quan sát thấy ở những bệnh nhân có giá trị Pv-aCO2 tăng cao kéo dài trong 6 giờ đầu hồi sức. Quan trọng là, khoảng trống PCO2 thu được từ mẫu máu tĩnh mạch trộn và tĩnh mạch trung tâm có sự tương hợp tốt. Tuy nhiên, trong một nghiên cứu khác gần đây về sốc nhiễm khuẩn [37], không có sự thống nhất giữa Pv-aCO2 và cung lượng tim.

Mặc dù Pv-aCO2 có liên quan đến kết cục xấu trong sốc nhiễm khuẩn [14, 15, 37, 49, 50] và phẫu thuật nguy cơ cao [51], giá trị tiên đoán của nó trong phẫu thuật tim vẫn còn gây tranh cãi [52, 53].

Do đó, Pv-aCO2 cao có thể nhận diện những bệnh nhân nhiễm khuẩn huyết chưa được hồi sức đầy đủ dù đã đạt các mục tiêu chuyển hóa về oxy, củng cố quan điểm rằng Pv-aCO2 đóng vai trò như một chỉ điểm của tưới máu toàn thể nhờ khả năng xác định sự thay đổi lưu lượng máu. Tuy nhiên, giá trị Pv-aCO2 bình thường không thể loại trừ được tình trạng thiếu oxy mô vì cung lượng tim tăng cao có thể hạn chế sự gia tăng CO2 tĩnh mạch nhờ dòng chảy rửa trôi qua mô nhanh hơn.

Tỷ số giữa hàm lượng CO2 tĩnh mạch - động mạch và oxy động mạch - tĩnh mạch (Cv-aCO2/Ca-vO2)

Cơ sở sinh lý

Theo như phương trình Fick, tiêu thụ oxy (VO2) và sản xuất CO2 (VCO2) tỷ lệ trực tiếp với cung lượng tim và sự chênh lệch hàm lượng động mạch - tĩnh mạch và tĩnh mạch - động mạch của chúng. Dưới điều kiện bình thường hiếu khí, VCO2 tiến gần đến VO2, theo đó sự chênh lệch hàm lượng CO2 máu tĩnh mạch trộn - động mạch (Cv-aCO2) gần bằng chênh lệch hàm lượng O2 máu động mạch - tĩnh mạch trộn (Ca-vO2). Theo đó, VCO2 không được vượt quá O2 sẵn có, và tỷ số VCO2/VO2 (tức là hệ số hô hấp RQ) không thể >1.0 trong tình trạng hiếu khí lúc nghỉ. Tỷ số Cv-aCO2/Ca-vO2 có thể thay thế cho tỷ VCO2/VO2 (RQ), và ở một mức độ nào đó, nó không phụ thuộc vào sự thay đổi lưu lượng vì theo như phương trình Fick, cung lượng tim hiện diện ở cả 2 thành phần tử số và mẫu số. Một phân tích gần đây từ mô hình sốc thực nghiệm về xuất huyết tiến triển cho thấy tỷ số Pv-aCO2/Ca-vO2 là đại diện kém cho quá trình chuyển hóa kị khí [54]. Tuy nhiên, các tác giả khác đã quan sát thấy sự gia tăng đồng thời của Cv-aCO2/Ca-vO2, hệ số hô hấp (được đo bằng máy đo năng lượng gián tiếp), nồng độ lactate trong sốc tuần hoàn ở những bệnh nhân thở máy [55], từ đó củng cố quan điểm về mối liên hệ giữa chuyển hóa kị khí và tỷ số Cv-aCO2/Ca-vO2 tăng.

Thử nghiệm ức chế khả năng sử dụng O2 của ty thể dẫn đến VCO2 và VO2 giảm không đối xứng với sự gia tăng RQ. Sự giảm VCO2/VO2 không đối xứng này có thể được giải thích bằng việc tăng sản xuất CO2 kị khí bắt nguồn từ việc đệm lượng proton dư thừa (chủ yếu được giải phóng trong quá trình thủy phân ATP) không được tái chế trong quá trình phosphoryl oxy hóa do lượng O2 sẵn có bị hạn chế nghiêm trọng (Hình 4). Tương tự, trong điều kiện nhu cầu chuyển hóa tăng cao (chẳng hạn như khi gắng sức), tổng VCO2 có thể vượt quá mức tăng thích ứng của VO2 khi đạt ngưỡng kị khí [56]. Mặc khác, trong quá trình sốc tuần hoàn, việc giảm VO2 toàn thể sẽ đi kèm với việc giảm VCO2 hiếu khí tương ứng. Tuy nhiên, các mô hình sốc thực nghiệm cũng chứng minh rằng VCO2 có thể giảm ít hơn một chút so với mức giảm VO2 [28, 57], sau đó tỷ số VCO2/VO2 tăng lên. Điều thú vị là tỷ số VCO2/VO2 này trở lại bình thường sau khi đảo ngược sốc. Điều này gợi ý rằng tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 có thể xác định sự hiện diện của quá trình chuyển hóa kị khí.

Hình 4: Tỷ số hàm lượng CO2 tĩnh mạch - động mạch và O2 động mạch - tĩnh mạch (Cv-aCO2/Ca-vO2). Điều kiện hiếu khí bình thường (bên trái) và kị khí (bên phải). Cung lượng tim đầy đủ và phân bố lưu lượng máu vi tuần hoàn bình thường giúp bảo tồn sự hô hấp tế bào, và Cv-aCO2/Ca-vO2 ≤1.0. Ngược lại, cung lượng tim không đủ, rối loạn phân bố lưu lượng vi tuần hoàn, và ức chế ty thể trực tiếp làm giảm VO2 và giảm VCO2 hiếu khí sau đó. Chuyển hóa tế bào chuyển sang con đường đường phân kị khí, sự giải phóng H+ khi thủy phân ATP không được tái sử dụng trong quá trình phosphoryl oxy hóa. Do đó, sự gia tăng H+ quá mức được đệm bởi HCO3- tạo ra H2CO3, sau đó phân ly thành CO2 và H2O. CO2 kị khí này sẽ làm tăng tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2.

Ý nghĩa lâm sàng của tỷ số Cv-aCO2/Ca-vO2

Tăng lactate máu trước đây được xem như một chỉ điểm của chuyển hóa kị khí, thứ phát sau sự cung cấp oxy không đầy đủ đến tế bào [58]. Thực ra, nồng độ lactate tăng cao thường là kết quả từ sự gia tăng hoạt động đường phân, chuyển hóa pyruvate bất thường, hoặc giảm thanh thải lactate [59-61], làm hạn chế khả năng diễn giải lactate trong giai đoạn hồi sức và sau hồi sức. Sử dụng PCO2 thay vì là hàm lượng CO2, Mekontso-Dessap và cộng sự [12] đã cho thấy sự tương hợp tốt giữa Pv-aCO2/Ca-vO2 (thay thế cho Cv-aCO2/Ca-vO2) và nồng độ lactate ≥2 mmol/L (chấp nhận nó như một chỉ điểm của chuyển hóa kị khí). Tuy nhiên, quan trọng hơn, tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 có thể cung cấp nhiều thông tin hơn so với nồng độ lactate. Trong một nghiên cứu gần đây, Ospina-Tascón và cộng sự [13] đã chứng minh rằng tăng lactate máu kéo dài kết hợp với tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 cao có liên quan đến rối loạn chức năng cơ quan nghiêm trọng hơn và kết cục lâm sàng tồi tệ hơn trong sốc nhiễm khuẩn so với những bệnh nhân có nồng độ lactate bình thường và tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 ≤1.0. Điều thú vị là, những bệnh nhân đạt mức lactate <2 mmol/L nhưng có tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 tăng cao liên tục có kết cục lâm sàng tương tự như những bệnh nhân tăng lactate máu kéo dài và tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 bình thường. Tuy nhiên, liệu tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 tăng có thể dẫn đến tăng nồng độ lactate trong sốc nhiễm khuẩn hay không cần được xác nhận trong tương lai.

Các nghiên cứu sau đó đã chứng thực tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 là yếu tố tiên lượng trong sốc nhiễm khuẩn [62, 63], trong khi những nghiên cứu khác cho rằng tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 cao đồng thời với tăng lactate máu có thể nhận diện sự bất tương xứng VO2/DO2 đang tiếp diễn [64, 65]. Đồng ý với khái niệm này, các tác giả khác đã chứng minh rằng VO2 tăng sau khi bù dịch chỉ ở những bệnh nhân bị suy tuần hoàn cấp có tỷ Pv-aCO2/Ca-vO2 trước bù dịch tăng [64, 65]. Hơn nữa, các bằng chứng từ các mô hình sốc nhiễm khuẩn thực nghiệm cho thấy rằng sự cải thiện phân bố lưu lượng máu vi tuần hoàn có thể đảo ngược chuyển hóa kị khí, được phản ánh bởi sự giảm tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 [41].

Tóm lại, tỷ số Cv-aCO2/Ca-vO2 hoặc thông số thay thế của nó Pv-aCO2/Ca-vO2 (với những hạn chế do hiệu ứng Haldane), có thể cung cấp thông tin tiên lượng quan trọng và giúp làm sáng tỏ nguyên nhân gây tăng lactate máu (do tính chất hiếu khí hay kị khí) trong các giai đoạn đầu của sốc. Tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 phản ứng nhanh hơn so với lactate đối với những thay đổi huyết động ngắn hạn, khiến nó trở thành một thông số hấp dẫn cần được theo dõi; mặc dù khó tính toán, nhưng diễn giải Cv-aCO2/Ca-vO2 dễ dàng hơn, với giá trị >1.0 cho thấy có quá trình chuyển hóa kị khí đang diễn ra.

Pv-aCO2 và hiệu ứng Haldane

Sự liên kết CO2 với hemoglobin sẽ thay đổi tùy theo trạng thái oxy hóa hoặc khử oxy của hemoglobin. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng Haldane cho phép nạp CO2 từ mô vào máu tốt hơn khi oxy di chuyển theo hướng ngược lại, do đó làm tăng khả năng vận chuyển CO2 của máu tĩnh mạch. Ngược lại, oxy di chuyển từ phế nang đến máu mao mạch giúp tăng cường giải phóng CO2 khỏi hemoglobin, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc đào thải CO2 ở phổi. Vì vậy, giá trị độ bão hòa oxy thấp sẽ làm tăng hàm lượng CO2 (CCO2) đối với một PCO2 nhất định, nhờ đó sẽ có nhiều CO2 liên kết với hemoglobin hơn. Những thay đổi trong quá trình phân tách oxy cho mô, pH, VCO2 và nồng độ hemoglobin có thể ảnh hưởng đến Pv-aCO2 mặc dù tưới máu mô được bảo tồn hoặc thậm chí tăng lên. Ví dụ, sự kết hợp giữa lưu lượng máu cao và mức tăng VCO2 lớn hơn so với sự thay đổi tương ứng về mức tiêu thụ oxy có thể dẫn đến sự phân ly của gradient CO2 mô - động mạch hoặc tĩnh mạch - động mạch giữa các giường mạch khác nhau với các giá trị ERO2 cơ bản khác nhau. Trên thực tế, sự gia tăng nghịch lý về sự chênh lệch PCO2 niêm mạc - động mạch có thể xảy ra khi tăng lưu lượng máu nội tạng do thay đổi độ bão hòa oxy tĩnh mạch, VCO2 cục bộ, hoặc cả hai [66].

Tùy thuộc vào SvO2 nền, hiệu ứng Haldane có thể làm tăng hoặc giảm Pv-aCO2 để đáp ứng với những thay đổi về lưu lượng máu hoặc chuyển hóa [67]. Phải thừa nhận rằng, Pv-aCO2/Ca-vO2 có thể tương đương với tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 khi PCO2, pH và SvO2 xấp xỉ mức bình thường. Tuy nhiên, Pv-aCO2 không phải lúc nào cũng đại diện cho Cv-aCO2, đặc biệt trong điều kiện PCO2 và SvO2 thấp. Về vấn đề này, một nghiên cứu gần đây đã chứng minh giá trị tiên lượng của tỷ số Cv-aCO2/Ca-vO2 trong sốc nhiễm khuẩn và sự không đáng tin của thông số tương đương là tỷ Pv-aCO2/Ca-vO2 [13]. Do đó, mặc dù ở các giá trị Pv-aCO2 thấp, ảnh hưởng của hiệu ứng Haldane là không đáng kể, nhưng sự bất tương xứng của Cv-aCO2 so với Pv-aCO2 trở nên rộng hơn đáng kể ở các giá trị Pv-aCO2 cao hơn [13].

Tính đơn giản của phép đo Pv-aCO2 khiến nó trở thành một công cụ hấp dẫn để hướng dẫn hồi sức trên lâm sàng. Tuy nhiên, Pv-aCO2 là một thông số phức tạp về mặt sinh lý, cần được diễn giải cùng với các thông số sinh lý khác.

Diễn giải Pv-aCO2 và Cv-aCO2/Ca-vO2 trong sốc nhiễm khuẩn

Sự chênh lệch CO2 mô - động mạch và chênh lệch CO2 tĩnh mạch - động mạch nên được coi là dấu hiệu của giảm tưới máu mô thay vì là thiếu oxy mô. Pv-aCO2 cao (>6 mmHg) kết hợp với SvO2 thấp thường phản ánh cung lượng tim thấp trong cả tình trạng viêm và không viêm. Tương tự như vậy, SvO2 bình thường đi kèm với Pv-aCO2 tăng liên tục cho thấy cung lượng tim không đủ để loại bỏ CO2 tạo ra ở các mô. Ngoài ra, Pv-aCO2 cao với SvO2 bình thường hoặc thậm chí cao trùng khớp với các rối loạn vi tuần hoàn như giảm mật độ mao mạch chức năng hoặc tăng tính không đồng nhất của lưu lượng máu vi tuần hoàn, ít nhất là trong giai đoạn đầu của sốc nhiễm khuẩn [11, 45]. Trong mọi trường hợp, Pv-aCO2 tăng phản ánh sự thay đổi lưu lượng máu đại tuần hoàn hoặc vi tuần hoàn một cách độc lập với sự hiện diện của quá trình chuyển hóa kị khí. Do đó, Pv-aCO2 tăng cao sẽ thúc đẩy các bác sĩ lâm sàng tối ưu hóa cung lượng tim hoặc tái huy động vi tuần hoàn để cải thiện tưới máu mô, đặc biệt khi nồng độ lactate tăng và có dấu hiệu giảm tưới máu trên lâm sàng. Tuy nhiên, những quyết định này phải tính đến bối cảnh lâm sàng và những thông tin bổ sung từ việc theo dõi “đa mô thức” [68]. Trong điều kiện hiếu khí, Pv-aCO2 cao có nghĩa là lưu lượng máu không đủ ngay cả khi cung lượng tim ở mức “bình thường”. Trong bối cảnh này, những can thiệp tiếp theo giúp làm tăng cung lượng tim nhằm ngăn chặn tình trạng thiếu oxy mô có thể xảy ra vẫn còn gây tranh cãi và cần được đánh giá trong tương lai.

Trong điều kiện phụ thuộc vào nguồn cung cấp oxy, việc tăng cung lượng tim phải đi kèm với tăng VO2 và do đó tăng VCO2 hiếu khí, vì vậy Pv-aCO2 có thể giảm ở mức độ thấp hơn sau khi can thiệp tích cực như vậy. Do đó, việc giảm Pv-aCO2 ít không phải lúc nào cũng có nghĩa là can thiệp điều trị không hiệu quả. Do đó, trong những trường hợp phụ thuộc vào nguồn cung cấp oxy, các biện pháp can thiệp tối ưu hóa cung lượng tim có lẽ nên được duy trì cho đến khi đạt được giá trị Pv-aCO2 giảm. Đáng chú ý, hầu hết các biện pháp can thiệp nhằm tăng cung lượng tim sẽ làm tăng VCO2 do các amine vận mạch và thuốc tăng co bóp cơ tim làm tăng hiệu ứng sinh nhiệt [69]. Về vấn đề này, Pv-aCO2 có thể được sử dụng như một chỉ số phản ánh mối quan hệ VCO2/cung lượng tim [29], và do đó, nó có thể giúp chuẩn độ liệu pháp dùng thuốc [70]. Ngược lại, Pv-aCO2 bình thường (<6.0 mmHg) cho thấy cung lượng tim đủ để loại bỏ CO2 do các mô tạo ra và cũng cho thấy lưu lượng máu vi tuần hoàn được phân phối đầy đủ. Tuy nhiên, trong tình trạng thiếu oxy rõ với Pv-aCO2 <6 mmHg, có nên điều chỉnh cung lượng tim hay vi tuần hoàn hay không vẫn còn gây tranh cãi.

Tỷ số Cv-aCO2/Ca-vO2 >1.0 có thể gợi ý sự hiện diện của quá trình chuyển hóa kỵ khí. Do đó, việc kết hợp nồng độ lactate và tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 có thể cung cấp thông tin liên quan trong giai đoạn đầu hồi sức. Nồng độ lactate tăng kèm theo tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 >1.0 có thể gợi ý quá trình chuyển hóa kỵ khí “đang diễn ra”; do đó các bác sĩ lâm sàng nên tối ưu hóa cả thông số lưu lượng máu đại tuần hoàn và vi tuần hoàn. Ngược lại, nồng độ lactate tăng kèm theo tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 ≤1.0 có thể gợi ý sự tích tụ lactate do rối loạn chức năng tế bào trong quá trình chuyển hóa hiếu khí. Trong những trường hợp như vậy, có lẽ không nên can thiệp thêm nhằm tăng lưu lượng máu, mặc dù điều này cần được xác nhận thêm trong các thử nghiệm lâm sàng. Dựa vào việc các thông số CO2 phản ứng nhanh hơn, tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 >1.0 với nồng độ lactate bình thường có thể gợi ý sự khởi đầu của quá trình chuyển hóa kỵ khí, thậm chí dự đoán sự gia tăng nồng độ lactate. Tuy nhiên, sự phức tạp của tỷ số Cv-aCO2/Ca-vO2 cần được nghiên cứu và xác nhận thêm trong môi trường lâm sàng.

Kết luận

Sinh lý của sự gia tăng CO2 tĩnh mạch rất phức tạp. Tuy nhiên, Pv-aCO2 phản ánh sự thay đổi lưu lượng máu ở cả mức độ đại tuần hoàn và vi tuần hoàn, hơn là tình trạng rối loạn oxy mô. Trong khi đó, tỷ số Cv-aCO2/Ca-vO2 tăng có thể phản ánh quá trình chuyển hóa kị khí và bổ sung thông tin tiên lượng quan trọng ở những bệnh nhân sốc. Bất chấp cơ sở lý luận của việc theo dõi các thông số CO2, tiện ích lâm sàng của nó trong quá trình hồi sức sốc vẫn cần được chứng minh trong các nghiên cứu thực nghiệm và lâm sàng trong tương lai.

Các thông điệp cần ghi nhớ

• Pv-aCO2 được xác định bởi sự kết hợp giữa lưu lượng máu đại tuần hoàn và/hoặc vi tuần hoàn, tổng CO2 sản xuất (cả hiếu khí và kị khí), và mối quan hệ phức tạp giữa PCO2 và hàm lượng CO2 trong máu (hiệu ứng Haldane).
• Pv-aCO2 nên được xem như một marker của tưới máu mô thay vì là rối loạn oxy mô.
• Pv-aCO2 tăng thường gợi ý cung lượng tim “thấp” hoặc “không đủ”. Tuy nhiên, trong các tình trạng viêm nặng, sự thay đổi mật độ mao mạch chức năng và tính không đồng nhất của lưu lượng máu vi tuần hoàn cũng góp phần làm tích tụ CO2 tĩnh mạch.
• Pv-aCO2 tăng thúc đẩy các bác sĩ lâm sàng tối ưu hóa cung lượng tim, đặc biệt khi nồng độ lactate tăng và có dấu hiệu lâm sàng của thiếu máu mô.
• Trong điều kiện hiếu khí, khi Pv-aCO2 cao, những can thiệp thêm nhằm làm tăng cung lượng tim để ngăn ngừa tiến triển thiếu oxy mô còn gây tranh cãi.
• Tăng tỷ số Cv-aCO2/Ca-vO2 có thể phản ánh sự hiện diện của quá trình chuyển hóa kị khí. Có một số bằng chứng thực nghiệm cho thấy có thể đảo ngược tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 bằng các thủ thuật hồi sức, tối thiểu là trong các giai đoạn đầu của sốc.
• Tỷ Cv-aCO2/Ca-vO2 cao có thể cung cấp thêm thông tin tiên lượng trong sốc nhiễm khuẩn. Liệu Cv-aCO2/Ca-vO2 có thể dự báo tăng lactate trong các giai đoạn đầu của sốc hay không vẫn chưa được làm sáng tỏ.

Tài liệu tham khảo

1. Cecconi M, De Backer D, Antonelli M, Beale R, Bakker J, Hofer C, et al. Consensus on circulatory shock and hemodynamic monitoring. Task force of the European Society of Intensive Care Medicine. Intensive Care Med. 2014;40(12):1795–815.
2. Vincent JL, De Backer D. Circulatory shock. N Engl J Med. 2013;369(18):1726–34.
3. Shoemaker WC, Appel PL, Kram HB. Tissue oxygen debt as a determinant of lethal and nonlethal postoperative organ failure. Crit Care Med. 1988;16(11):1117–20.
4. Vallet B. Vascular reactivity and tissue oxygenation. Intensive Care Med. 1998;24(1):3–11.
5. Rivers E, Nguyen B, Havstad S, Ressler J, Muzzin A, Knoblich B, et al. Early goal-directed therapy in the treatment of severe sepsis and septic shock. N Engl J Med. 2001;345(19):1368–77.
6. Bellomo R, Reade MC, Warrillow SJ. The pursuit of a high central venous oxygen saturation in sepsis: growing concerns. Crit Care. 2008;12(2):130.
7. Peake SL, Delaney A, Bailey M, Bellomo R, Cameron PA, Cooper DJ, et al. Goal-directed resuscitation for patients with early septic shock. N Engl J Med. 2014;371(16):1496–506.
8. Mouncey PR, Osborn TM, Power GS, Harrison DA, Sadique MZ, Grieve RD, et al. Trial of early, goal-directed resuscitation for septic shock. N Engl J Med. 2015;372(14):1301–11.
9. Yealy DM, Kellum JA, Huang DT, Barnato AE, Weissfeld LA, Pike F, et al. A randomized trial of protocolbased care for early septic shock. N Engl J Med. 2014;370(18):1683–93.
10. van Beest PA, Hofstra JJ, Schultz MJ, Boerma EC, Spronk PE, Kuiper MA. The incidence of low venous oxygen saturation on admission to the intensive care unit: a multi-center observational study in The Netherlands. Crit Care. 2008;12(2):R33.
11. Ospina-Tascón GA, Umaña M, Bermúdez WF, Bautista-Rincón DF, Valencia JD, Madriñán HJ, et al. Can venous-to-arterial carbon dioxide differences reflect microcirculatory alterations in patients with septic shock? Intensive Care Med. 2016;42(2):211–21.
12. Mekontso-Dessap A, Castelain V, Anguel N, Bahloul M, Schauvliege F, Richard C, et al. Combination of venoarterial PCO2 difference with arteriovenous O2 content difference to detect anaerobic metabolism in patients. Intensive Care Med. 2002;28(3):272–7.
13. Ospina-Tascón GA, Umaña M, Bermúdez W, Bautista-Rincón DF, Hernandez G, Bruhn A, et al. Combination of arterial lactate levels and venous-arterial CO2 to arterial-venous O 2 content difference ratio as markers of resuscitation in patients with septic shock. Intensive Care Med. 2015;41(5):796–805.
14. Ospina-Tascón GA, Bautista-Rincón DF, Umaña M, Tafur JD, Gutiérrez A, García AF, et al. Persistently high venous-to-arterial carbon dioxide differences during early resuscitation are associated with poor outcomes in septic shock. Crit Care. 2013;17(6):R294.
15. Vallée F, Vallet B, Mathe O, Parraguette J, Mari A, Silva S, et al. Central venous-to-arterial carbon dioxide difference: an additional target for goal-directed therapy in septic shock? Intensive Care Med. 2008;34(12):2218–25.
16. Herve P, Simonneau G, Girard P, Cerrina J, Mathieu M, Duroux P. Hypercapnic acidosis induced by nutrition in mechanically ventilated patients: glucose versus fat. Crit Care Med. 1985;13(7):537–40.
17. Marcinek DJ, Kushmerick MJ, Conley KE. Lactic acidosis in vivo: testing the link between lactate generation and H+ accumulation in ischemic mouse muscle. J Appl Physiol (1985). 2010;108(6):1479–86.
18. Randall HM, Cohen JJ. Anaerobic CO2 production by dog kidney in vitro. Am J Phys. 1966;211(2): 493–505.
19. Jensen FB. Comparative analysis of autoxidation of haemoglobin. J Exp Biol. 2001;204(Pt 11):2029–33.
20. McHardy GJ. The relationship between the differences in pressure and content of carbon dioxide in arterial and venous blood. Clin Sci. 1967;32(2):299–309.
21. Cavaliere F, Giovannini I, Chiarla C, Conti G, Pennisi MA, Montini L, et al. Comparison of two methods to assess blood CO2 equilibration curve in mechanically ventilated patients. Respir Physiol Neurobiol. 2005;146(1):77–83.
22. Lamia B, Monnet X, Teboul JL. Meaning of arterio-venous PCO2 difference in circulatory shock. Minerva Anestesiol. 2006;72(6):597–604.
23. Giovannini I, Chiarla C, Boldrini G, Castagneto M. Calculation of venoarterial CO2 concentration difference. J Appl Physiol (1985). 1993;74(2):959–64.
24. Grundler W, Weil MH, Rackow EC. Arteriovenous carbon dioxide and pH gradients during cardiac arrest. Circulation. 1986;74(5):1071–4.
25. Weil MH, Rackow EC, Trevino R, Grundler W, Falk JL, Griffel MI. Difference in acid-base state between venous and arterial blood during cardiopulmonary resuscitation. N Engl J Med. 1986;315(3):153–6.
26. Zhang H, Vincent JL. Arteriovenous differences in PCO2 and pH are good indicators of critical hypoperfusion. Am Rev Respir Dis. 1993;148(4 Pt 1):867–71.
27. Van der Linden P, Rausin I, Deltell A, Bekrar Y, Gilbart E, Bakker J, et al. Detection of tissue hypoxia by arteriovenous gradient for PCO2 and pH in anesthetized dogs during progressive hemorrhage. Anesth Analg. 1995;80(2):269–75.
28. Groeneveld AB, Vermeij CG, Thijs LG. Arterial and mixed venous blood acid-base balance during hypoperfusion with incremental positive end-expiratory pressure in the pig. Anesth Analg. 1991;73(5): 576–82.
29. Teboul JL, Mercat A, Lenique F, Berton C, Richard C. Value of the venous-arterial PCO2 gradient to reflect the oxygen supply to demand in humans: effects of dobutamine. Crit Care Med. 1998;26(6):1007–10.
30. Schlichtig R, Bowles SA. Distinguishing between aerobic and anaerobic appearance of dissolved CO2 in intestine during low flow. J Appl Physiol (1985). 1994;76(6):2443–51.
31. Vallet B, Tavernier B, Lund N. Assessment of tissue oxygenation in the critically III. In: Vincent J-L, editor. Yearbook of intensive care and emergency medicine. Berlin/Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg; p. 715–25.
32. Vallet B, Teboul JL, Cain S, Curtis S. Venoarterial CO(2) difference during regional ischemic or hypoxic hypoxia. J Appl Physiol (1985). 2000;89(4):1317–21.
33. Nevière R, Chagnon JL, Teboul JL, Vallet B, Wattel F. Small intestine intramucosal PCO(2) and microvascular blood flow during hypoxic and ischemic hypoxia. Crit Care Med. 2002;30(2):379–84.
34. Dubin A, Estenssoro E, Murias G, Pozo MO, Sottile JP, Barán M, et al. Intramucosal-arterial Pco2 gradient does not reflect intestinal dysoxia in anemic hypoxia. J Trauma. 2004;57(6):1211–7.
35. Bakker J, Vincent JL, Gris P, Leon M, Coffernils M, Kahn RJ. Veno-arterial carbon dioxide gradient in human septic shock. Chest. 1992;101(2):509–15.
36. Mecher CE, Rackow EC, Astiz ME, Weil MH. Venous hypercarbia associated with severe sepsis and systemic hypoperfusion. Crit Care Med. 1990;18(6):585–9.
37. van Beest PA, Lont MC, Holman ND, Loef B, Kuiper MA, Boerma EC. Central venous-arterial pCO2 difference as a tool in resuscitation of septic patients. Intensive Care Med. 2013;39(6):1034–9.
38. De Backer D, Creteur J, Preiser JC, Dubois MJ, Vincent JL. Microvascular blood flow is altered in patients with sepsis. Am J Respir Crit Care Med. 2002;166(1):98–104.
39. De Backer D, Ospina-Tascon G, Salgado D, Favory R, Creteur J, Vincent JL. Monitoring the microcirculation in the critically ill patient: current methods and future approaches. Intensive Care Med. 2010;36(11):1813–25.
40. Zuurbier CJ, van Iterson M, Ince C. Functional heterogeneity of oxygen supply-consumption ratio in the heart. Cardiovasc Res. 1999;44(3):488–97.
41. Stein JC, Ellis CG, Ellsworth ML. Relationship between capillary and systemic venous PO2 during nonhypoxic and hypoxic ventilation. Am J Phys. 1993;265(2 Pt 2):H537–42.
42. Goldman D, Bateman RM, Ellis CG. Effect of decreased O2 supply on skeletal muscle oxygenation and O2 consumption during sepsis: role of heterogeneous capillary spacing and blood flow. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2006;290(6):H2277–85.
43. Ospina-Tascón GA, García Marin AF, Echeverri GJ, Bermudez WF, Madriñán-Navia H, Valencia JD, et al. Effects of dobutamine on intestinal microvascular blood flow heterogeneity and O2 extraction during septic shock. J Appl Physiol (1985). 2017;122(6):1406–17.
44. Humer MF, Phang PT, Friesen BP, Allard MF, Goddard CM, Walley KR. Heterogeneity of gut capillary transit times and impaired gut oxygen extraction in endotoxemic pigs. J Appl Physiol (1985). 1996;81(2): 895–904.
45. Sakr Y, Dubois MJ, De Backer D, Creteur J, Vincent JL. Persistent microcirculatory alterations are associated with organ failure and death in patients with septic shock. Crit Care Med. 2004;32(9):1825–31.
46. De Backer D, Donadello K, Sakr Y, Ospina-Tascon G, Salgado D, Scolletta S, et al. Microcirculatory alterations in patients with severe sepsis: impact of time of assessment and relationship with outcome. Crit Care Med. 2013;41(3):791–9.
47. Creteur J, De Backer D, Sakr Y, Koch M, Vincent JL. Sublingual capnometry tracks microcirculatory changes in septic patients. Intensive Care Med. 2006;32(4):516–23.
48. Nevière R, Mathieu D, Chagnon JL, Lebleu N, Wattel F. The contrasting effects of dobutamine and dopamine on gastric mucosal perfusion in septic patients. Am J Respir Crit Care Med. 1996;154(6 Pt 1):1684–8.
49. Mallat J, Pepy F, Lemyze M, Gasan G, Vangrunderbeeck N, Tronchon L, et al. Central venous-to-arterial carbon dioxide partial pressure difference in early resuscitation from septic shock: a prospective observational study. Eur J Anaesthesiol. 2014;31(7):371–80.
50. Du W, Liu DW, Wang XT, Long Y, Chai WZ, Zhou X, et al. Combining central venous-to-arterial partial pressure of carbon dioxide difference and central venous oxygen saturation to guide resuscitation in septic shock. J Crit Care. 2013;28(6):1110.e1–5.
51. Robin E, Futier E, Pires O, Fleyfel M, Tavernier B, Lebuffe G, et al. Central venous-to-arterial carbon dioxide difference as a prognostic tool in high-risk surgical patients. Crit Care. 2015;19:227.
52. Guinot PG, Badoux L, Bernard E, Abou-Arab O, Lorne E, Dupont H. Central venous-to-arterial carbon dioxide partial pressure difference in patients undergoing cardiac surgery is not related to postoperative outcomes. J Cardiothorac Vasc Anesth. 2017;31(4):1190–6.
53. Morel J, Grand N, Axiotis G, Bouchet JB, Faure M, Auboyer C, et al. High veno-arterial carbon dioxide gradient is not predictive of worst outcome after an elective cardiac surgery: a retrospective cohort study. J Clin Monit Comput. 2016;30(6):783–9.
54. Dubin A, Ferrara G, Kanoore Edul VS, Martins E, Canales HS, Canullán C, et al. Venoarterial PCO2-to-arteriovenous oxygen content difference ratio is a poor surrogate for anaerobic metabolism in hemodilution: an experimental study. Ann Intensive Care. 2017;7(1):65.
55. Danin PE, Bendjelid K. The venous-arterial CO2 to arterial-venous O2 content difference ratio: easy to monitor? J Crit Care. 2016;35:217–8.
56. Wasserman K, Beaver WL, Whipp BJ. Gas exchange theory and the lactic acidosis (anaerobic) threshold. Circulation. 1990;81(1 Suppl):II14–30.
57. Cohen IL, Sheikh FM, Perkins RJ, Feustel PJ, Foster ED. Effect of hemorrhagic shock and reperfusion on the respiratory quotient in swine. Crit Care Med. 1995;23(3):545–52.
58. Rimachi R, Bruzzi de Carvahlo F, Orellano-Jimenez C, Cotton F, Vincent JL, De Backer D. Lactate/pyruvate ratio as a marker of tissue hypoxia in circulatory and septic shock. Anaesth Intensive Care. 2012;40(3): 427–32.
59. Gore DC, Jahoor F, Hibbert JM, DeMaria EJ. Lactic acidosis during sepsis is related to increased pyruvate production, not deficits in tissue oxygen availability. Ann Surg. 1996;224(1):97–102.
60. Levraut J, Ciebiera JP, Chave S, Rabary O, Jambou P, Carles M, et al. Mild hyperlactatemia in stable septic patients is due to impaired lactate clearance rather than overproduction. Am J Respir Crit Care Med. 1998;157(4 Pt 1):1021–6.
61. Tapia P, Soto D, Bruhn A, Alegría L, Jarufe N, Luengo C, et al. Impairment of exogenous lactate clearance in experimental hyperdynamic septic shock is not related to total liver hypoperfusion. Crit Care. 2015;19:188.
62. He HW, Liu DW, Long Y, Wang XT. High central venous-to-arterial CO2 difference/arterial-central venous O2 difference ratio is associated with poor lactate clearance in septic patients after resuscitation. J Crit Care. 2016;31(1):76–81.
63. Mesquida J, Saludes P, Gruartmoner G, Espinal C, Torrents E, Baigorri F, et al. Central venous-to-arterial carbon dioxide difference combined with arterial-to-venous oxygen content difference is associated with lactate evolution in the hemodynamic resuscitation process in early septic shock. Crit Care. 2015;19:126.
64. Monnet X, Julien F, Ait-Hamou N, Lequoy M, Gosset C, Jozwiak M, et al. Lactate and venoarterial carbon dioxide difference/arterial-venous oxygen difference ratio, but not central venous oxygen saturation, predict increase in oxygen consumption in fluid responders. Crit Care Med. 2013;41(6):1412–20.
65. Mallat J, Lemyze M, Meddour M, Pepy F, Gasan G, Barrailler S, et al. Ratios of central venous-to-arterial carbon dioxide content or tension to arteriovenous oxygen content are better markers of global anaerobic metabolism than lactate in septic shock patients. Ann Intensive Care. 2016;6(1):10.
66. Jakob SM, Kosonen P, Ruokonen E, Parviainen I, Takala J. The Haldane effect – an alternative explanation for increasing gastric mucosal PCO2 gradients? Br J Anaesth. 1999;83(5):740–6.
67. Hurley R, Mythen MG. The Haldane effect – an explanation for increasing gastric mucosal PCO2 gradients? Br J Anaesth. 2000;85(1):167–9.
68. Alegría L, Vera M, Dreyse J, Castro R, Carpio D, Henriquez C, et al. A hypoperfusion context may aid to interpret hyperlactatemia in sepsis-3 septic shock patients: a proof-of-concept study. Ann Intensive Care. 2017;7(1):29.
69. Chioléro R, Flatt JP, Revelly JP, Jéquier E. Effects of catecholamines on oxygen consumption and oxygen delivery in critically ill patients. Chest. 1991;100(6):1676–84.
70. Teboul JL, Graini L, Boujdaria R, Berton C, Richard C. Cardiac index vs oxygen-derived parameters for rational use of dobutamine in patients with congestive heart failure. Chest. 1993;103(1):81–5.