Peran keseimbangan asam-basa

Peran keseimbangan asam-basa dalam kontrol chemoreflex pernapasan

James Duffin

ABSTRAK

Makalah ini menggunakan pendekatan pemodelan kondisi mapan untuk menggambarkan efek dari perubahan keseimbangan asam-basa pada kontrol chemoreflex pernapasan. Pertama, model matematika disajikan, yang menggambarkan kontrol pernapasan oleh chemoreflexes pernapasan; persamaan mengungkapkan ketergantungan ventilasi paru pada P CO ₂ dan P ₂ O pada kemoreseptor pusat dan perifer. Persamaan ini, dengan P ₂ nilai CO sebagai masukan ke kemoreseptor, ditransformasikan ke persamaan dengan konsentrasi ion hidrogen [H ^+] dalam cairan interstisial otak dan darah arteri sebagai masukan, menggunakan pendekatan Stewart keseimbangan asam-basa. Contoh menggambarkan penggunaan model untuk menjelaskan regulasi bernapas selama gangguan asam-basa. Mereka mencakup diet-induced perubahan dalam natrium dan klorida, aklimatisasi ketinggian, dan gangguan pernapasan keseimbangan asam-basa karena hiperventilasi kronis dan retensi karbon dioksida. Contoh-contoh menunjukkan bahwa hubungan antara P CO ₂ dan [H ^+] tidak boleh diabaikan ketika model kontrol chemoreflex pernapasan. Karena ventilasi paru kontrol P CO ₂ daripada stimulus sebenarnya ke kemoreseptor, [H ^+], perubahan dalam hubungan mereka akan mengubah ambang rekrutmen ventilasi P CO _2, dan dengan demikian ventilasi mapan keadaan istirahat dan P CO _2.

pemodelan komputer

---

KONTROL DARI OLEH NAPAS chemoreflexes pernapasan yang biasanya dipandang sebagai sistem kontrol umpan balik seperti yang digambarkan dalam diagram blok Gambar. 1 . Bagian depan dari loop menjelaskan bagaimana ventilasi paru kontrol tekanan parsial karbon dioksida arteri dan oksigen (P CO ₂ dan P ₂ O, masing-masing), dan bagian umpan balik, yang terdiri dari chemoreflexes, menjelaskan bagaimana mereka mengendalikan ventilasi. Drive lain untuk pernapasan juga dapat mempengaruhi pernapasan dan disertakan sebagai drive ventilasi independen dari umpan balik chemoreflex.

Lihat versi yang lebih besar (16K):
Dalam jendela ini
Di jendela baru

Gambar. 1. Diagram blok kontrol menggambarkan Sederhana chemoreflex pernapasan ventilasi. Ventilasi paru kontrol P dan P CO ₂ O _2, maju bagian dari loop. P CO ₂ dan P O ₂ melalui ventilasi kontrol chemoreflexes pernapasan, umpan balik bagian dari loop. Selain itu, ventilasi juga dipengaruhi oleh drive bernapas independen dari chemoreflexes, di sini disebut drive terjaga.

Para chemoreflexes pernapasan bertanggung jawab untuk mengendalikan P CO ₂ seperti bahwa hidrogen jaringan konsentrasi ion dibatasi dalam batas yang layak untuk fungsi protein ([H ^+]), menurut alfa-stat yang hipotesis ( 29 , 50 ). Baik kemoreseptor pusat, terletak di medula ( 16 , 42 ), dan kemoreseptor perifer, terletak di badan karotid ( 24 , 60 ), menanggapi [H ^+], meskipun mereka yang paling sering dimodelkan sebagai menanggapi P CO ₂ . Respon kemoreseptor perifer untuk [H ^+] dimodulasi oleh P O ₂ ( 39 ), sedangkan respon kemoreseptor pusat tidak ( 19 , 20 ).

Pemodel kontrol chemoreflex pernapasan biasanya mengekspresikan rangsangan kemoreseptor dalam hal P CO ₂ dan P ₂ O dan respon yang dihasilkan dalam hal ventilasi paru ( 6 , 15 , 27 , 33 , 53 , 61 , 64 ), meskipun beberapa awal pemodel digunakan pH sebagai stimulus ( 31 , 38 ). Namun, kedua pemodel tidak menganggap gangguan asam-basa atau model rinci tentang hubungan antara pH dan P CO _2.

Saat ini, pernapasan diasumsikan jumlah dari tiga komponen: drive chemoreflex pusat dan perifer untuk bernapas dan drive ventilasi tergantung pada negara, pendekatan yang diperkenalkan oleh Lloyd dan Cunningham ( 32 ) yang telah datang untuk dikenal sebagai model "Oxford" . Model ini menggunakan hubungan linier antara ventilasi dan P CO _{2 di} atas ambang dan hubungan hiperbolik persegi panjang untuk menggambarkan sensitivitas modulasi chemoreflex perifer ke P CO ₂ oleh P O _2. Efek perilaku negara ( 45 , 55 ) dimodelkan sebagai penambahan drive "terjaga" untuk bernapas ( 34 ), sebuah konsep yang diperkenalkan oleh Fink ( 12 ) karena drive menghilang selama tidur.

Banyak laboratorium telah mengukur respon ventilasi menjadi karbon dioksida dan hipoksia untuk menetapkan parameter untuk model Oxford, menggunakan berbagai metode. Perkiraan awal digunakan mapan metode ( 32 ), dan dengan pengenalan teknik rebreathing nyaman hyperoxic oleh Read ( 49 ) banyak peneliti telah menentukan sensitivitas chemoreflex pusat untuk P CO _2, chemoreflex perifer diduga dibungkam oleh hyperoxia (misalnya, ref. 37 ). Namun, baik dari metode ini mengukur hard terjaga ventilasi atau ventilasi rekrutmen ambang respon terhadap P CO _2, yang terakhir sesuai dengan ambang batas apneic dalam tidur ( 36 ). Biasanya ambang rekrutmen ventilasi telah diambil sebagai ekstrapolasi respon dengan sumbu P CO _2, tapi ini titik persimpangan bervariasi dengan kemiringan atau sensitivitas respon serta kekuatan dari drive terjaga, tidak seperti ambang batas yang sebenarnya.

Pada tahun 1987, saya memperkenalkan sebuah versi modifikasi dari metode Read rebreathing yang memungkinkan penentuan langsung ambang perekrutan ventilasi. Selain itu, metode ini mengukur respon ventilasi ke P CO ₂ pada ketegangan P dipilih isoxic O ₂ dan ventilasi subthreshold, yang diambil sebagai ukuran dari terjaga atau drive basal untuk bernapas ( 2 , 8 ). Sejumlah penelitian menggunakan metode ini (misalnya, Ref. 39 ) akumulasi data yang memadai pada sejumlah besar untuk mata pelajaran untuk mengembangkan model chemoreflexes pernapasan ( 9 ). Salah satu perubahan besar dari konsep dalam model ini adalah penolakan hipoksia sebagai stimulus yang independen; hipoksia hanya bertindak untuk menyadarkan respon perifer menjadi karbon dioksida. Hal ini diilustrasikan dalam Ref. 39 , di mana efek hipoksia pada respon menjadi karbon dioksida jelas tidak mempengaruhi ventilasi subthreshold, dan itu secara langsung ditunjukkan dalam Ref. 48 , di mana respon terhadap hipoksia di bawah ambang batas diukur. Hasil ini jelas tidak setuju dengan pandangan klasik dari hipoksia sebagai stimulus independen untuk bernapas, seperti digambarkan dalam Ref. 43 , dan berdebat melawan melihat P O ₂ sebagai stimulus primer ke kemoreseptor perifer (misalnya, Ref. 63 ). Dalam model ini, P ₂ O hanya memodulasi sensitivitas respon kemoreseptor perifer ke P CO _2.

Dalam studi terbaru mengenai perubahan dalam chemoreflexes diinduksi oleh paparan pola hipoksia ( 7 ), termasuk hipoksia ketinggian ( 57 ), menjadi jelas bahwa pertimbangan juga harus diberikan kepada perubahan asam-basa. Ini mungkin mengubah hubungan antara stimulus sebenarnya ke kemoreseptor, [H ^+], dan stimulus diukur, P CO _2, dan sehingga mengharuskan pengembangan model kontrol chemoreflex pernapasan pernapasan dalam hal stimulus yang sebenarnya [H ^+], bukan stimulus diukur P CO _2. Makalah ini menyajikan model seperti itu, dan digunakan untuk menggambarkan bagaimana perubahan dalam asam basa variabel mempengaruhi pengaturan pernapasan. Meskipun prediksi didasarkan pada model kuantitatif, perbandingan dengan data eksperimen kualitatif keharusan, karena tindakan dari asam-basa variabel diperlukan pada manusia masih kurang. Presentasi dari model tersebut adalah karena pada dasarnya sebagai "bukti dari konsep," dan tujuan saya adalah untuk merangsang perdebatan tentang pendekatan tradisional untuk kontrol pernapasan dan keseimbangan asam-basa.

METODE

Model Chemoreflex dalam Ketentuan P CO ₂

Model ini terdiri dari hubungan matematis antara stimuli chemoreflex, P CO ₂ dan P ₂ O, dan ventilasi yang dihasilkan. Sebagai Dejours awalnya disarankan ( 4 ), hubungan-hubungan ini menggambarkan chemoreflexes, dengan lengkung refleks dari kemoreseptor ke ventilasi hasil. Model yang disajikan di sini dikembangkan dari model sebelumnya ( 9 ) yang menggambarkan tanggapan chemoreflex hipoksia dan karbon dioksida baik dari segi volume tidal dan frekuensi pernapasan. Model yang dikembangkan di sini mengungkapkan respon sebagai ventilasi saja dan berasal dari model sebelumnya dengan membuat asumsi bahwa frekuensi bernapas konstan pada 12 napas / menit. Drive chemoreflex pusat dan perifer untuk bernapas diasumsikan aditif tetapi tidak benar-benar mempengaruhi ventilasi paru sampai ambang batas drive terlampaui. Mereka kemudian tambahkan ke drive terjaga untuk bernapas. Rincian bagian berikut hubungan-hubungan ini pada gilirannya, menyajikannya dalam bentuk baik grafis dan aljabar (LAMPIRAN A).

Chemoreflex Tengah. Gambar 2 Sebuah menunjukkan chemoreflex pusat saja sebagai hubungan linear antara pusat masukan P CO ₂ dan drive chemoreflex pusat untuk bernapas output, dan mengasumsikan respon agregat dari semua kemoreseptor pusat. Dorongan untuk bernapas dapat dianggap sebagai sinyal yang ditransmisikan dari kemoreseptor pusat ke neuron pernapasan medula diukur dalam hal ventilasi paru, dengan kemiringan respon menunjukkan sensitivitas chemoreflex tersebut. Selain itu, ada batas kemoreseptor sentral: P CO _{2 di} atas yang kemoreseptor sentral menghasilkan sinyal drive. Respon terhadap karbon dioksida Oleh karena itu ditentukan oleh kedua parameter sensitivitas dan ambang batas sesuai dengan Persamaan. A1 .

Lihat versi yang lebih besar (23K):
Dalam jendela ini
Di jendela baru

Gambar. 2. Pusat (A) dan perifer (B) respon kemoreseptor ke P CO ₂ dan P ₂ O dalam hal drive untuk ventilasi yang mereka hasilkan. Kemoreseptor Masing-masing memiliki ambang CO _{2 di} bawah P yang menyetir diproduksi dan di atas yang dorongan untuk ventilasi berhubungan linier dengan P CO ₂ dengan kemiringan didefinisikan sebagai sensitivitas. Untuk kemoreseptor perifer yang terakhir tergantung pada P O ₂ seperti yang ditunjukkan dalam inset.

Peripheral chemoreflex. Gambar 2 B menunjukkan chemoreflex perifer saja sebagai hubungan linear antara masukan arteri CO P ₂ dan drive chemoreflex perifer untuk bernapas output. Adapun chemoreflex pusat, kemiringan respon menunjukkan sensitivitas chemoreflex, tetapi dalam hal ini sensitivitas perifer ditentukan oleh P O _2. Akibatnya, respon terhadap karbon dioksida digambarkan sebagai penggemar garis isoxic, yang kemiringannya bervariasi hiperbola persegi panjang dengan P O _2. Lagi ada batas kemoreseptor perifer: P CO _{2 di} atas yang kemoreseptor perifer menghasilkan sinyal drive. Dorongan untuk bernapas dari kemoreseptor perifer ditentukan oleh kedua parameter sensitivitas dan ambang menurut Pers. A2 dan A3 .

Drive chemoreflex pusat dan perifer jumlah. Saat ini pandangan yang berlaku adalah bahwa sinyal hard pusat dan perifer jumlah terpusat untuk menghasilkan drive secara keseluruhan untuk bernapas tanpa interaksi yang lebih kompleks ( 28 ). Namun, sinyal dijumlahkan harus meningkat melebihi batas drive sebelum ventilasi paru dipengaruhi, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 3 . Dengan kata lain, meskipun kemoreseptor pusat dan perifer yang menghasilkan sinyal, ventilasi tidak terpengaruh sampai kekuatan sinyal menyimpulkan mereka adalah cukup besar untuk melebihi ambang batas drive 18,5 l / menit dan menghasilkan peningkatan ventilasi paru. Akibatnya, ketika mengukur respon ventilasi pusat chemoreflex menjadi karbon dioksida, ada ambang batas diciptakan lain: ambang perekrutan ventilasi CO _{2 di} bawah ini yang P ventilasi tidak dipengaruhi oleh karbon dioksida dan di atas yang respon linear terkait dengan P CO ₂ . Ini ambang rekrutmen ventilasi setara dengan ambang apneic ketika drive terjaga tidak hadir selama tidur ( 36 ).

Lihat versi yang lebih besar (26K):
Dalam jendela ini
Di jendela baru

Gambar. 3. Pusat ditambah perifer chemoreflex tanggapan ventilasi ke P CO ₂ ditambahkan untuk menghasilkan drive chemoreflex ventilasi (sumbu kiri) tergantung pada O P ₂ (padat, titik-titik, dan garis putus-putus). Perbedaan dari 6 Torr diasumsikan antara arteri dan pusat P CO _2. Namun, drive ini harus melebihi ambang batas hard chemoreflex sebelum ventilasi (sumbu kanan) dipengaruhi. Persyaratan ini menghasilkan batas perekrutan ventilasi, seorang CO P ₂ di bawah ini yang tidak ada ventilasi dan ventilasi atas yang meningkat secara linear dengan P CO _2.

Menyelesaikan model:. Menambahkan drive terjaga Sistem kontrol chemoreflex seperti berdiri berlaku untuk individu yang tidur. Untuk melengkapi deskripsi sistem dalam individu terjaga beristirahat, drive terjaga untuk bernapas harus ditambahkan ( Persamaan. A4 ). Nilainya dari 7 l / menit sini telah diambil sebagai ventilasi beristirahat di bawah ambang batas perekrutan ventilasi dan ditentukan selama tes rebreathing dimodifikasi ( 9 ).

Sebuah gambar grafis yang lengkap dari kontrol pernapasan pada individu beristirahat dapat dikembangkan dengan asumsi perbedaan antara pusat dan arteri P CO ₂ dari 6 Torr. Nilai ini dipilih sebagian sebagai kompromi antara perbedaan diukur antara cairan serebrospinal (CSF) dan arteri P CO ₂ dari ~ 10 Torr dan saran yang di medula aktual P CO ₂ di wilayah dari kemoreseptor pusat mungkin hanya beberapa Torr di atas karena perfusi arteri diferensial mereka ( 23 ). Perkiraan juga dapat dibuat dari perbedaan kondisi-mapan dan tanggapan ventilasi rebreathing menjadi karbon dioksida. Pada kondisi mapan tanggapan yang diplot terhadap pasang surut akhir perkiraan arteri P CO _2, sedangkan tanggapan rebreathing yang diplot terhadap pasang surut akhir perkiraan pusat P CO _2. Dalam studi sebelumnya laboratorium kita membandingkan respon steady state dan rebreathing ( 40 ) mereka paralel dan dipisahkan oleh rata-rata 7 Torr P CO _2.

Asumsi ini memiliki efek menggusur ambang kemoreseptor pusat ke bawah dengan jumlah itu, karena pusat P CO ₂ diasumsikan 6 Torr diatas arteri. Oleh karena itu mempengaruhi prediksi model kuantitatif tapi tidak kualitatif. Kemudian, menambahkan drive chemoreflex dan terjaga untuk bernapas menghasilkan grafik dari ketergantungan dari ventilasi pada P CO ₂ yang ditunjukkan pada Gambar. 4 .

Lihat versi yang lebih besar (23K):
Dalam jendela ini
Di jendela baru

Gambar. 4. Menggabungkan drive terjaga untuk bernapas dengan ventilasi dimediasi chemoreflex (umpan balik bagian dari kontrol loop) menghasilkan ventilasi yang dihasilkan dari kombinasi dari P dan P CO ₂ O ₂ (padat, titik-titik, dan garis putus-putus). Hiperbola metabolik (garis abu-abu) menggambarkan bagaimana P CO ₂ dipengaruhi oleh ventilasi (bagian depan dari loop kontrol). Sistem kontrol titik ekuilibrium (terkadang salah disebut set point) adalah persimpangan dari hubungan ini dan memprediksi ventilasi beristirahat dan P CO _2.

Akhirnya, untuk memperkirakan ventilasi beristirahat dan P CO ₂ dalam individu saat istirahat, grafik juga dapat menampilkan ketergantungan dari P CO ₂ pada ventilasi, atau bagian depan dari kontrol loop ditunjukkan pada Gambar. 1 dikenal sebagai hiperbola metabolik. Hubungan dikembangkan dari kesetaraan dari jumlah karbon dioksida dikeluarkan dan jumlah metabolik yang dihasilkan ( Persamaan. A5 ). Perpotongan dari dua relasi, maju dan umpan balik (ditambah drive independen atau terjaga), menentukan titik ekuilibrium sistem kontrol, yaitu, beristirahat P CO ₂ dan ventilasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4 .

Pemodelan Hubungan Asam-Basa

Model tradisional. Model tradisional asam-basa menjelaskan reaksi kesetimbangan karbon dioksida dan air dinyatakan oleh persamaan Henderson-Hasselbach, yang mendefinisikan pH. Pendekatan ini mengarah pada pemahaman sederhana dari keseimbangan asam-basa, terutama mudah untuk memahami ketika bentuk linier dari persamaan ( 44 ) digunakan:

di mana [H ^+] adalah konsentrasi ion hidrogen (40 nM / l); P CO ₂ adalah tekanan parsial karbon dioksida (40 Torr), dan [HCO ₃ ^-] adalah konsentrasi ion bikarbonat (24 mM / l).

Peningkatan dalam P CO ₂ akibat penurunan ventilasi paru, atau penurunan [HCO ₃ ^-] karena peningkatan dalam ekskresi ginjal diduga, akan menyebabkan peningkatan [H ^+], dan perubahan akan menyebabkan penurunan terbalik di [ H ^+].

Namun, fosfat dan protein yang mengandung residu histidin, seperti hemoglobin, juga bertindak sebagai buffer dalam tubuh, sehingga Siggaard-Andersen ( 56 ), mengakui pentingnya buffer ini noncarbonic, memperkenalkan konsep "kelebihan dasar," jumlah bikarbonat diperlukan untuk mengembalikan pH plasma untuk 7,4 pada kondisi standar secara in vitro. Modifikasi lain seperti konsep "anion gap" diikuti. Pendekatan empiris memberikan wawasan ke dalam klasifikasi, besarnya, dan sifat klinis gangguan asam-basa, tetapi model yang rusak pada ekstrem fisiologis ( 10 , 11 ). Selain itu, menggunakan variabel berubah seperti pH dan konsep-konsep buatan seperti kelebihan dasar dan anion gap, dan gagal untuk mengidentifikasi variabel dependen dan independen.

Stewart Model Peter Stewart. ( 58 ) menyarankan bahwa pendekatan yang lebih ketat ini fisikokimia layak untuk praktek klinis, karena persamaan yang kompleks dari pendekatan seperti dapat dengan mudah diselesaikan oleh komputer modern. Pendekatan Stewart menganggap P CO ₂ dan dua variabel lainnya, SID (perbedaan ion kuat, perbedaan konsentrasi ion positif dan negatif sangat terdisosiasi dalam larutan) dan [A _tot] (total konsentrasi anion lemah terdisosiasi dalam larutan) untuk menjadi variabel independen yang menentukan variabel-variabel dependen [H ^+] dan [HCO ₃ ^-]. Enam persamaan yang dikembangkan tercantum dalam LAMPIRAN B.

Modifikasi Model Stewart. Salah satu kelemahan dari model Stewart adalah asumsi tunggal disosiasi konstan untuk semua protein plasma untuk menentukan kontribusi anion lemah terdisosiasi. Model ini tidak mudah karena memperhitungkan perubahan dalam fosfat atau albumin yang sering relevan pada pasien sakit kritis, gagal ginjal kronis, dan aklimatisasi ketinggian. Dalam versi modifikasi dari model yang dikembangkan oleh Figge Stewart et al. ( 10 , 11 ), fosfat dan albumin yang menggantikan total protein.

Ini peneliti menunjukkan bahwa globulin memiliki peran diabaikan dalam asam-basa keseimbangan dan dihitung peran fosfat dan albumin, protein yang terakhir yang terpenting. Selanjutnya, Watson ( 62 ) disederhanakan pendekatan mereka dengan menunjukkan bahwa hanya komponen histidin protein bisa buffer ion hidrogen dalam kisaran konsentrasi yang kompatibel dengan kehidupan dan bahwa meskipun asam fosfat memiliki tiga konstanta disosiasi hanya satu berada dalam kisaran fisiologis [H ⁺ ]. Stewart yang dimodifikasi yang dihasilkan persamaan model yang tercantum dalam LAMPIRAN C.

Chemoreflex Model di Syarat [H ^+]

Model persamaan. Persamaan chemoreflex dengan P CO ₂ sebagai variabel input diubah untuk menggunakan [H ^+] sebagai variabel masukan. Dalam model baru bagian depan dari loop umpan balik tetap hiperbola metabolik tetapi bagian umpan balik sekarang berisi fungsi tambahan untuk mengubah CO ₂ ke dalam P [H ^+] sebagai diagram blok dalam Gambar. 5 menggambarkan. Para [H ^+] diasumsikan bahwa dari cairan interstisial di sekitar kemoreseptor pusat, stimulus ekstraseluler. Oleh karena itu model ini tidak berlaku dalam bentuk yang sekarang jika stimulus yang sebenarnya adalah salah satu intraseluler ( 47 ).

Lihat versi yang lebih besar (17K):
Dalam jendela ini
Di jendela baru

Gambar. 5. Diagram blok kontrol menggambarkan Sederhana chemoreflex pernapasan ventilasi. Ventilasi paru kontrol P dan P CO ₂ O _2, bagian depan dari loop. Hidrogen arteri dan pusat konsentrasi ion ([H ^+]) ditentukan oleh masing-masing P CO _2, ion perbedaan yang kuat (SID), konsentrasi albumin ([Alb]), dan konsentrasi fosfat ([PO ₄ ^-]) dengan menggunakan dimodifikasi Stewart persamaan model. [H ^+] dan P O ₂ kontrol ventilasi melalui chemoreflexes pernapasan, bagian umpan balik dari loop. Selain itu, ventilasi juga dipengaruhi oleh drive bernapas independen dari chemoreflexes, di sini disebut drive terjaga.

Transformasi dari menggunakan P CO ₂ sebagai input variabel untuk menggunakan [H ^+] sebagai masukan itu dilakukan dengan model Stewart dimodifikasi, dengan menggunakan nilai diterbitkan SID, konsentrasi albumin ([Alb]), dan fosfat konsentrasi ([P _{i, Tot])} untuk plasma normal sebagai parameter arteri ( 62 ) dan orang-orang untuk cairan interstisial sebagai parameter jaringan pusat atau otak ( 13 , 58 ), yang terakhir dengan asumsi berat molekul untuk albumin 66.500 g / M. Parameter-parameter yang tercantum dalam Tabel 1 . Model persamaan yang dihasilkan chemoreflex tercantum dalam LAMPIRAN D.

Lihat tabel ini:
Dalam jendela ini
Di jendela baru

Tabel variabel Model 1. Untuk setiap kondisi simulasi

Perhitungan. Para persamaan model diselesaikan dengan menggunakan LabVIEW khusus menulis program (LabVIEW 7.1, National Instruments, Austin, TX) yang ditampilkan grafik diprediksi untuk ventilasi vs P CO ₂ dan menulis sebuah file dari nilai-nilai dan titik ekuilibrium serta sebagai asam-basa nilai yang digunakan dalam simulasi. File-file ini digunakan untuk menghasilkan grafik yang ditampilkan di bagian HASIL. Kode sumber tersedia berdasarkan permintaan.

HASIL

Diet Gangguan Asam-Basa

Pengukuran respon ventilasi menjadi karbon dioksida selama diet gangguan asam-basa menunjukkan bahwa respon dipindahkan ke kiri selama asidosis metabolik yang diproduksi oleh menelan amonium klorida dan kanan selama alkalosis metabolik yang diproduksi oleh menelan natrium bikarbonat ( 30 , 46 ). Masukan-masukan diet menghasilkan perubahan dalam SID, dan dalam serangkaian penyelidikan Jennings dan rekan (terakhir pada referensi. 25 , 26 ) meneliti pengendalian pernapasan pada anjing menggunakan diet untuk mengontrol SID dan karenanya mengganggu keseimbangan asam-basa. Mereka juga menemukan bahwa ada perubahan dalam ambang chemoreflex untuk P CO ₂ dan mencatat bahwa hal itu diimbangi efek SID pada [H ^+] seperti untuk mengembalikan [H ^+] normal.

Untuk mensimulasikan efek dari diet gangguan asam-basa, perubahan dalam SID yang diterapkan pada model chemoreflex, dan persamaan model digunakan untuk memprediksi ventilasi istirahat, arteri [H ^+], dan P CO ₂ dari persimpangan respon ventilasi menjadi karbon dioksida dan hiperbola metabolik, yaitu titik ekuilibrium. Pertama, perubahan sama-sama diterapkan baik arteri dan pusat SID, yang mengungsi dari nilai normal mereka, 5 mM / l di atas dan 5 mM / l di bawah ini. Kemudian, karena Jennings ( 26 ) menemukan bahwa perubahan pola makan di pusat SID sekitar setengah dari arteri SID, perubahan dari 10 mM / l di atas dan di bawah normal yang diterapkan untuk arteri SID SID sementara pusat bervariasi dengan 5 mM / l dari normal. Untuk semua simulasi ini diasumsikan bahwa pusat P CO ₂ adalah 6 Torr lebih tinggi dari arteri P CO ₂ dan bahwa perbedaan ini tetap konstan. Selain itu, karbon dioksida produksi 0,3 l / menit dan drive terjaga dari 7 l / menit diasumsikan, dan P O ₂ tetap konstan pada 100 Torr. Tanggapan chemoreflex untuk [H ^+] diasumsikan tidak berubah sepanjang.

Nilai-nilai ekuilibrium yang dihasilkan dan parameter simulasi diasumsikan yang rinci dalam Tabel 1 . Gambar 6 menunjukkan ventilasi yang dihasilkan vs P CO ₂ grafik, untuk SID arteri dan pusat perubahan 5 mM / l di atas dan di bawah normal. Perubahan itu dibesar-besarkan ketika SID arteri bervariasi oleh 10 mM / l dari normal ketimbang 5 mM / l (ditampilkan dalam warna abu-abu dalam Gambar 6. ) Inset:.. berarti kondisi mapan respon ventilasi menjadi karbon dioksida pada manusia dari Ref 30 sewaktu reaksi asam-basa perubahan yang disebabkan oleh diet yang menghasilkan ekses dasar -7,1 dan 4,5.

Lihat versi yang lebih besar (27k):
Dalam jendela ini
Di jendela baru

Gambar. 6. Kendali Chemoreflex model bernapas memprediksi perubahan ambang rekrutmen ventilasi dari respon ventilasi untuk P CO _2, serta ventilasi beristirahat dan P CO ₂ yang dihasilkan dari perubahan dalam arteri dan pusat SID plus 5 mM / l (putus-putus baris) minus 5 mM / l (garis putus-putus) yang diproduksi oleh asupan makanan natrium bikarbonat dan amonium klorida, masing-masing. dan Garis abu-abu menunjukkan respon jika SID arteri diubah dengan plus dan minus 10 mM / l dan SID pusat diubah dengan plus dan minus 5 mM / l. Diasumsikan bahwa tidak ada perubahan dalam chemoreflexes atau hiperbola metabolik (garis abu-abu tebal). Lingkaran menunjukkan titik ekuilibrium yang memprediksi ventilasi beristirahat dan P CO ₂ Inset: berarti kondisi mapan respon ventilasi terhadap CO ₂ selama asam-basa perubahan yang disebabkan oleh diet (dasar asidosis kelebihan = -7,1; alkalosis = 4,5; digambar ulang dari Ref.. 30 ).

Gambar 7 menunjukkan hubungan antara nilai-nilai sentral dari SID, P CO _2, dan [H ^+], menunjukkan bahwa selama ini gangguan asam-basa pusat [H ^+] berubah sedikit, sementara pusat P CO ₂ bervariasi dengan pusat SID, SID arteri, P CO _2, dan [H ^+] hubungan serupa menunjukkan Inset:.. Data rata-rata dari Ref 23 saat diet-induced perubahan dalam keseimbangan asam-basa, di mana, dengan menggunakan asumsi yang dibuat oleh Jennings ( 25 ) yang sentral [HCO3-] perubahan estimasi orang-orang dari pusat SID, mereka dapat secara kualitatif dibandingkan dengan prediksi model. Percobaan pada anjing terakhir di Ref. 25 menunjukkan hubungan serupa.

Lihat versi yang lebih besar (19K):
Dalam jendela ini
Di jendela baru

Gambar. 7. Kendali Chemoreflex model bernapas memprediksi perubahan di pusat P CO ₂ (, skala kiri) dan [H ^+] (▪ skala, kanan) yang dihasilkan dari perubahan dalam arteri dan pusat SID plus dan minus 5 mM / l. Asumsi model lain adalah sebagai untuk Gambar. 6 Inset:.. Data rata-rata dari Ref 23 saat diet-induced perubahan dalam keseimbangan asam-basa, di mana, dengan menggunakan asumsi yang dibuat oleh Jennings ( 25 ) yang tengah konsentrasi ion bikarbonat ([HCO3-]) perubahan serupa dengan pusat SID, mereka dapat secara kualitatif dibandingkan dengan prediksi model.

Tinggi

Pendakian ke ketinggian menghasilkan perubahan yang disebabkan hipoksia dalam regulasi chemoreflex pernapasan yang menyebabkan peningkatan ventilasi dan penurunan dalam P CO ₂ ( 54 ). Namun, pusat [H ^+] kembali normal setelah aklimatisasi ( 5 ). Dalam bukunya Tinjauan Jennings ( 26 ) meneliti kasus untuk penyesuaian SID pusat sehingga untuk mempertahankan pusat [H ^+] selama aklimatisasi ketinggian, menggunakan data dari Ref. 5 dan memperkirakan CSF SID dari langkah-langkah dari CSF [HCO3-]. Serupa dengan gangguan asam-basa diinduksi oleh perubahan diet di SID, Jennings menemukan bahwa, untuk gangguan asam-basa ketinggian, CSF P CO ₂ secara langsung berhubungan dengan CSF SID, dan ia berpendapat bahwa pusat [H ^+] dipertahankan dengan mengatur pusat SID untuk mengkompensasi penurunan dalam P CO ₂ ( 26 ).

Baru-baru ini, kami mengukur respon ventilasi menjadi karbon dioksida serta asam-basa darah variabel di permukaan laut dan membandingkan mereka dengan mereka setelah 5 hari pada ketinggian 3.480 m ( 57 ). Istirahat akhir-pasang P CO ₂ menurun dengan rata-rata 8,5 Torr, dan beristirahat P O ₂ pada ketinggian rata-rata adalah 64 Torr. PH sampel darah tidak berbeda secara bermakna, dan tidak adalah SID. Namun, [Alb] dan fosfat konsentrasi ([PO4-]) secara signifikan meningkat dengan rata-rata 1,12 g / dl dan 0,38 mM / l, masing-masing, sebuah temuan dalam studi lain perjanjian dengan ( 22 ).

Untuk mensimulasikan efek dari aklimatisasi ketinggian, perubahan-perubahan dalam P O _2, [Alb], dan [PO4-] yang diterapkan pada model chemoreflex, dan persamaan yang digunakan untuk memprediksi ventilasi mapan keadaan istirahat, arteri [H ^+], dan P CO ₂ dari persimpangan respon ventilasi menjadi karbon dioksida dan hiperbola metabolik, yaitu titik ekuilibrium. Diasumsikan bahwa pusat P CO ₂ adalah 6 Torr lebih tinggi dari arteri P CO ₂ dan bahwa perbedaan ini tetap konstan karena aliran darah dan metabolisme serebral tidak berubah ( 41 ). Selain itu, karbon dioksida produksi 0,3 l / menit dan drive terjaga dari 7 l / menit diasumsikan, dan P O ₂ adalah 100 Torr di permukaan laut dan 64 Torr di ketinggian. Tanggapan chemoreflex untuk [H ^+] diasumsikan tetap tidak berubah. Sesuai dengan temuan eksperimental normal pusat [H ^+] ( 5 ), pusat SID diubah pada ketinggian sehingga dapat menjaga pusat [H ^+] pada tingkat nilai laut sebagai diilustrasikan dalam Gambar. 5 dari Ref. 26 . Selain itu, simulasi juga dilakukan tanpa asumsi perubahan kompensasi di pusat SID untuk menunjukkan efek dari perubahan darah arteri sendiri.

Hasil simulasi dalam hal kondisi-mapan titik ekuilibrium dan parameter diasumsikan tercantum dalam Tabel 1 . Gambar 8 menunjukkan ventilasi vs P ₂ grafik CO dengan perubahan arteri saja (ketinggian 1 baris) dan dengan perubahan baik arteri dan pusat (ketinggian 2 baris). Contoh inset menunjukkan rebreathing tanggapan dari Ref. 57 menggambarkan pergeseran ke kiri di respon ventilasi menjadi karbon dioksida tanpa perubahan yang signifikan di lereng. Untuk tanggapan rebreathing, akhir-P CO ₂ pasang surut sesuai dengan pusat P CO _2, dan garis respon dialihkan hak relatif terhadap respon model, yang diplot terhadap arteri P CO _2.

Lihat versi yang lebih besar (23K):
Dalam jendela ini
Di jendela baru

Gambar. 8 kontrol Chemoreflex. Pernapasan model memprediksi penurunan ambang rekrutmen ventilasi P CO _2, serta peningkatan ventilasi beristirahat dan penurunan beristirahat CO ₂ yang dihasilkan arteri P dari 5-hari tinggal di ketinggian. Padat baris, respon ventilasi normal CO ₂ (air laut). Diasumsikan bahwa plasma albumin dan fosfat meningkat sebesar 1,12 g / dl dan 0,38 mM / l, masing-masing, dan bahwa akhir-pasang surut P O ₂ menurun menjadi 64 Torr ( 57 ). Jika pH sentral tidak dipertahankan dengan mengubah SID, CO ₂ diperkirakan respon pada ketinggian yang ditunjukkan oleh garis putus-putus (Ketinggian 1). Jika pusat [H ^+] dipertahankan dengan mengubah pusat SID respon di ketinggian yang ditunjukkan oleh garis putus-putus (Ketinggian 2). Ini juga diasumsikan bahwa tidak ada perubahan dalam chemoreflexes atau hiperbola metabolik (garis abu-abu tebal). Lingkaran menunjukkan titik ekuilibrium, dan salib menampilkan data untuk beristirahat P CO ₂ dari Ref. 57 Inset: Contoh rebreathing tanggapan [isoxic pada 150 Torr P O ₂ (A) dan pada 50 Torr P O ₂ (B); ▪ dan ▴. , permukaan laut; □ dan ▵, ketinggian] dari penelitian ( 57 ) menggambarkan pergeseran ke kiri di respon ventilasi menjadi karbon dioksida tanpa perubahan yang signifikan di lereng. (Perhatikan bahwa akhir rebreathing pasang P CO ₂ sesuai dengan pusat P CO ₂ dan sehingga garis respon dialihkan hak relatif terhadap respon model diplot terhadap arteri P CO _2.)

Pernafasan Gangguan Asam-Basa

Selama hipokapnia hiperventilasi kronik ( 14 ), respon ventilasi ke P CO ₂ digeser ke kiri ( 51 ), dan, ketika karbon dioksida retensi kronis memproduksi hiperkapnia terjadi, respon ventilasi ke P CO ₂ digeser ke kanan ( 1 , 3 ). Kedua negara bagian disimulasikan dengan meningkatkan drive terjaga dari 7 sampai 10 l / min untuk kondisi mantan, dan meningkatkan terinspirasi P CO ₂ dari 0 sampai 10 Torr untuk kondisi yang terakhir. Dalam setiap kasus, arteri dan pusat [Alb] dan [PO4-] diasumsikan berubah dari normal, begitu juga chemoreflexes. Dua skenario kompensasi yang disimulasikan. Pertama, baik arteri dan pusat SID disesuaikan untuk kembali arteri dan pusat [H ^+] untuk nilai normal, simulasi kompensasi ginjal dan pusat lengkap. Kedua, hanya kompensasi sentral SID untuk kembali pusat [H ^+] untuk normal disimulasikan.

Tabel 1 rincian pengaturan parameter dan nilai-nilai ekuilibrium yang dihasilkan. Model ini memperkirakan ventilasi mapan vs P ₂ baris respon CO dan titik ekuilibrium selama gangguan pernapasan kompensasi dari keseimbangan asam-basa, dan Gambar. 9 menunjukkan grafik yang dihasilkan. Inset menunjukkan rata-rata mapan tanggapan ventilasi menjadi karbon dioksida pada manusia untuk gangguan serupa: tanggapan hiperventilasi adalah mereka sebelum dan setelah 6 jam dari hiperventilasi sehingga mengurangi CO ₂ istirahat P dengan 10 Torr ( 51 ). Karbon dioksida berasal respon retensi dengan meningkatkan ambang garis respon kontrol sebesar 2,5 Torr, sebagai perubahan berarti dilaporkan terjadi setelah 2 hari ketika akhir-pasang P CO ₂ meningkat sebesar 8 Torr ( 3 ).

Lihat versi yang lebih besar (27k):
Dalam jendela ini
Di jendela baru

Gambar. 9 kontrol Chemoreflex. Pernapasan model memprediksi perubahan ambang rekrutmen ventilasi dari respon ventilasi untuk P CO _2, serta ventilasi beristirahat dan P CO ₂ yang dihasilkan dari perubahan jangka panjang pernapasan. Dalam satu kasus inspirasi P CO ₂ dinaikkan menjadi 10 Torr, mengakibatkan pergeseran hiperbola metabolik (garis tebal) ke (garis tebal abu-abu) yang tepat untuk meniru CO ₂ retensi (garis putus-putus). Dalam kasus lain drive terjaga meningkat dari 7 sampai 10 l / menit untuk meniru sindrom hiperventilasi kronik (garis putus-putus). Arteri dan pusat [H ^+] dibela dengan mengubah arteri dan pusat SID. Garis abu-abu menunjukkan respon jika hanya pusat [H ^+] dipertahankan dengan mengubah pusat SID menunjukkan Inset berarti kondisi mapan respon ventilasi terhadap CO ₂ selama pernapasan diinduksi asam-basa perubahan digambar ulang dari Ref.. 3 dan 30 ; tanggapan kontrol dan hiperventilasi ditampilkan adalah mereka sebelum dan setelah 6 jam dari hiperventilasi sehingga mengurangi CO ₂ istirahat P dengan 10 Torr ( 51 ), dan CO ₂ retensi respon yang ditunjukkan adalah setelah 2 hari meningkat akhir-pasang P CO ₂ oleh 8 Torr ( 3 ) .

PEMBAHASAN

Umum

Seperti untuk semua model, prediksi keberhasilan tergantung pada parameter model yang dipilih dan nilai-nilai perubahan diasumsikan dalam merespon tantangan. Parameter yang digunakan untuk model ini berasal sebanyak mungkin dari data eksperimental yang diperoleh dari literatur, seperti juga asumsi perubahan dalam parameter untuk simulasi. Namun, mereka masih rentan terhadap kritik sebagai nilai-nilai tertentu dipilih untuk model, terutama karena ada variasi besar antara individu, sehingga prediksi model kuantitatif mungkin berbeda dari pengamatan. Secara khusus, ada kekurangan data pada pusat asam-basa variabel selama gangguan dimodelkan di sini, dan jadi perbandingan prediksi model dengan data eksperimen kualitatif keharusan. Namun demikian, jika kebenaran tempat umum yang diterapkan pada simulasi (terakhir di bawah) diterima, maka perubahan nilai parameter model tidak akan mengubah kesimpulan kualitatif diambil dari simulasi ini. Ini adalah sebagai berikut:

Pertama, efek utama dari gangguan asam-basa pada kontrol chemoreflex pernapasan adalah untuk mengubah tekanan parsial karbon dioksida di mana karbon dioksida untuk merangsang pernapasan dimulai, yaitu, rekrutmen ambang CO ₂ ventilasi P, meskipun ambang batas dalam hal dari [H ^+] tetap tidak berubah. Kedua, model simulasi menunjukkan pentingnya pusat SID dalam regulasi pernapasan, sebagai awalnya disarankan oleh Jennings ( 25 , 26 ). Ketiga, perubahan dalam fosfat plasma atau albumin juga akan menghasilkan perubahan di ambang perekrutan ventilasi. Akhirnya, juga harus menunjukkan bahwa, sebagai tokoh dan diajukan menampilkan data, perubahan dalam respon ventilasi menjadi karbon dioksida didominasi oleh perubahan di ambang, dan perubahan di lereng atau sensitivitas, meskipun hadir, yang kecil dalam perbandingan.

Diet Gangguan Asam-Basa

Untuk perubahan makanan dalam keseimbangan asam-basa itu diasumsikan bahwa SID hanya berubah dan bahwa tidak ada perubahan dalam tanggapan chemoreflex untuk [H ^+]. Simulasi ini karena itu yang paling sederhana dalam hal premis dan didukung oleh pengamatan eksperimental pada anjing ( 25 , 26 ). Bahwa model tersebut memberikan prediksi kualitatif ambang rekrutmen ventilasi pergeseran diamati pada manusia ( 23 , 30 , 46 ) berpendapat untuk kebenaran dari asumsi.

Sebagai model juga menggambarkan, perubahan dalam tingkat perubahan dalam arteri vs pusat SID tidak mengubah pola hasil untuk setiap tingkat yang signifikan, terutama karena dominasi kontrol chemoreflex pusat di ketegangan oksigen normal, dan sehingga pengetahuan tentang pusat asam-basa status penting jika model kuantitatif yang akan dinilai. Oleh karena itu, membandingkan prediksi model untuk tanggapan eksperimental ( 30 ) ditunjukkan dalam Gambar. 6 inset, tampak bahwa baik perubahan sentral dalam SID yang dihasilkan oleh pola makan percobaan lebih kecil dari yang diasumsikan dalam model atau model simulasi adalah overprediction perubahan ambang batas. Kedua kemungkinan tidak dapat dibedakan, karena data eksperimental yang menggambarkan tingkat pusat asam-basa perubahan dalam SID tidak tersedia.

Demikian pula, prediksi yang ditunjukkan pada Gambar. 7 menggambarkan perubahan besar dalam P CO ₂ dengan perubahan diet SID dengan sedikit perubahan pada [H ^+] tidak dapat dibandingkan dengan pengukuran langsung. Namun demikian, dengan asumsi bahwa perubahan di pusat [HCO3-] mencerminkan pusat SID, sebagai Jennings telah mengusulkan ( 25 , 26 ), prediksi model kualitatif mirip dengan pengamatan eksperimental ( 23 ).

Model ini menunjukkan bahwa kontrol chemoreflex P CO ₂ mengkompensasi gangguan makanan di keseimbangan asam-basa sehingga untuk mengatur [H ^+] karena ventilasi rekrutmen ambang respon terhadap karbon dioksida berubah. Perubahan ini terjadi karena hubungan diubah antara P CO ₂ dan [H ^+], bukan karena setiap perubahan dalam chemoreflexes atau perubahan pada stimulus lain untuk ventilasi.

Pernafasan Gangguan Asam-Basa

Perubahan pernafasan pada keseimbangan asam-basa diproduksi oleh hiperventilasi dan terhirup karbon dioksida juga sederhana dalam hal perubahan parameter diasumsikan dalam model; terjaga drive dan terinspirasi P CO ₂ adalah perubahan yang hanya dibuat dalam setiap model. Namun, kedua simulasi diasumsikan kompensasi perubahan SID untuk mengoreksi pusat dan arteri [H ^+]. Meskipun prinsip pertahanan pusat [H ^+] diakui ( 29 ), koreksi lengkap dari arteri [H ^+] dengan mekanisme ginjal mungkin tidak. Namun demikian, bahkan jika tidak ada kompensasi arteri ginjal diasumsikan, perubahan dalam rekrutmen ambang CO ₂ ventilasi P masih diprediksi oleh model selama sebagai pusat [H ^+] dibela, lagi-lagi terutama karena dominasi kontrol chemoreflex pusat di ketegangan oksigen normal .

Meskipun tidak ada data eksperimen pada asam-basa perubahan pusat selama ini gangguan pernapasan, sehingga perbandingan kuantitatif tidak dapat dibuat, namun perbandingan kualitatif dapat dibuat, membandingkan data eksperimental pada Gambar. 9 , inset dengan prediksi model. Ambang batas ventilasi perekrutan dialihkan ke atas untuk retensi karbon dioksida dan ke bawah untuk hiperventilasi, lebih jadi ketika pusat dan arteri SID disesuaikan daripada ketika pusat SID sendiri telah disesuaikan. Perubahan ini karena kualitatif serupa dengan yang diamati dalam percobaan ( 1 , 3 , 51 ).

Sehubungan dengan percobaan hiperventilasi untuk mengurangi CO ₂ oleh P 10 Torr ( 51 ), pengurangan CO ₂ P arteri dalam model itu besarnya sama. Namun, pergeseran ke kiri dari garis karbon dioksida respon diprediksi oleh model, dengan asumsi baik pusat dan arteri [H ^+] kompensasi, lebih besar dari garis eksperimen ditentukan dan mirip dengan baris respon diprediksi untuk pusat kompensasi [H ^+] saja. Apakah perjanjian ini terjadi karena asumsi model dari sebuah sentral hanya [H ^+] kompensasi benar, atau karena kompensasi dalam percobaan tidak lengkap dalam 6 jam, tidak dapat ditentukan.

Sehubungan dengan percobaan mengangkat ujung-pasang P CO ₂ oleh 8 Torr ( 3 ), prediksi model P CO ₂ dengan kompensasi pusat sendiri dan dengan kedua braket kompensasi pusat dan arteri peningkatan eksperimental diamati dalam P CO _2. Oleh karena itu mungkin diharapkan bahwa garis-garis model yang respon karbon dioksida juga harus braket garis respon eksperimental diamati, namun, seperti untuk percobaan hiperventilasi, prediksi model dalam perjanjian terdekat ketika hanya pusat [H ^+] kompensasi diasumsikan. Tanpa pusat data base asam-pertanyaan ini tidak dapat diselesaikan.

Tinggi

Model ini memberikan prediksi kualitatif penurunan pergeseran ambang rekrutmen ventilasi dan penurunan CO ₂ P beristirahat diamati dalam percobaan ketinggian ( 21 , 52 , 57 ). Namun, mungkin ada perubahan parameter lain yang tidak dimodelkan. Meskipun karakteristik chemoreflex akan tetap tidak berubah dalam gangguan asam-basa yang dihasilkan oleh perubahan pola makan, atau perubahan diinduksi pernapasan dalam P CO ₂ oleh hiperventilasi dan retensi karbon dioksida, ada bukti dari penelitian ketinggian bahwa setelah paparan jangka panjang terhadap hipoksia perifer kemoreseptor respon ditingkatkan ( 52 ), dan laboratorium penelitian paparan untuk menunjukkan hipoksia bahwa lebih meningkatkan ventilasi beberapa jam, terutama jika normocapnia dipertahankan (misalnya, Ref. 59 ). Ventilasi meningkat tampaknya disebabkan penurunan ambang batas CO perekrutan ventilasi P ₂ yang terkait dengan kemoreseptor perifer ( 35 ). Dalam simulasi ini respon chemoreflex diasumsikan tidak berubah dan asumsi ini mungkin menjelaskan underprediction dari penurunan ambang perekrutan ventilasi. Jika seperti peningkatan tanggap itu harus diterapkan pada model, akan ada pergeseran ke kiri lebih lanjut dari ventilasi vs P ₂ grafik CO, lagi asumsi penyesuaian dari pusat SID untuk memperbaiki pusat [H ^+].

Asumsi utama lainnya untuk model di ketinggian adalah bahwa arteri dengan perbedaan pusat di P CO ₂ tetap tidak berubah. Perbedaan ini terutama ditentukan oleh aliran darah otak, dan, meskipun bukti eksperimental menunjukkan bahwa aliran darah serebral tidak berubah di ketinggian ( 41 ), namun itu adalah kepentingan untuk berspekulasi apa yang akan terjadi jika itu meningkat dan akibatnya terhadap perbedaan arteri sentral dalam P CO ₂ yang menurun. Kemudian pusat P CO ₂ akan menurun dan demikian juga pusat [H ^+]. Dengan pertahanan sentral [H ^+] dengan mengurangi SID, ventilasi vs P CO ₂ baris respon akan bergeser lebih jauh ke kiri.

Kompensasi simulasi untuk hipokapnia diinduksi pernafasan termasuk peningkatan [Alb] dan [PO4-] dan penurunan di pusat SID. Kedua asumsi ini didukung oleh bukti eksperimental. Namun, seperti disebutkan sebelumnya, meskipun prinsip regulasi pusat [H ^+] dengan mengubah pusat SID diakui ( 29 ), bahwa dari kompensasi parsial arteri [H ^+] dengan penyangga anion plasma meningkat, meskipun didukung oleh satu studi ( 57 ), masih harus diselidiki lebih lanjut. Namun demikian, bahkan tanpa perubahan diasumsikan dalam plasma [Alb] dan [PO4-], prediksi model kualitatif mirip dengan perubahan dalam respon ventilasi menjadi karbon dioksida diamati antara permukaan laut dan setelah aklimatisasi ketinggian ( 57 ).

Kesimpulan

Skenario simulasi dipilih untuk ilustrasi di sini adalah tetapi beberapa dari mereka mungkin menggunakan model. Model ini juga dapat diperluas untuk skenario lain di mana asam-basa perubahan terjadi untuk memeriksa bagaimana ventilasi beristirahat dan P CO ₂ yang diubah. Contohnya termasuk perubahan SID selama kehamilan dan dengan progesteron selama siklus menstruasi ( 18 ) dan gangguan asam-basa yang terjadi pada gagal ginjal ( 17 ). Ekstensi lebih lanjut untuk model dapat mencakup penggabungan dari dinamika yang terlibat dalam asam-basa penyesuaian untuk memprediksi perjalanan waktu pernapasan dan perubahan asam-basa.

Eksperimen model simulasi ini menunjukkan bahwa hubungan antara P CO ₂ dan [H ^+] tidak boleh diabaikan dalam pemodelan kontrol chemoreflex pernapasan. Mereka menggambarkan titik yang jelas, tetapi mungkin diabaikan karena ventilasi paru kontrol P CO ₂ bukan [H ^+], stimulus sebenarnya ke kemoreseptor, perubahan dalam hubungan mereka akan mengubah ambang rekrutmen ventilasi P CO ₂ dan dengan demikian mapan keadaan istirahat ventilasi dan P CO _2.

LAMPIRAN A

Chemoreflex Model di Ketentuan P CO ₂

Pusat berkendara kemoreseptor untuk bernapas.

(A1)

mana Dc adalah drive untuk bernapas dari kemoreseptor pusat (l / min), P CO ₂ adalah tekanan parsial karbon dioksida di kemoreseptor sentral (Torr), Tc adalah ambang batas dari kemoreseptor pusat (34 Torr), dan Sc adalah sensitivitas dari kemoreseptor pusat (1,6 l · min ^{-1 °} torr ^-1).

Kemoreseptor perifer dorongan untuk bernapas.

(A2)

mana Dp adalah drive untuk bernapas dari kemoreseptor perifer (l / min), P CO ₂ adalah tekanan parsial karbon dioksida di kemoreseptor perifer (Torr), Tp adalah ambang batas kemoreseptor perifer (34 Torr), dan Sp adalah perifer kemoreseptor kepekaan terhadap P CO ₂ (l · min ^{-1 °} torr ^-1).

Hubungan hiperbolik persegi panjang antara Sp dan P ₂ O dijelaskan dengan persamaan berikut:

(A3)

mana Sp adalah kemoreseptor perifer sensitivitas ke P CO ₂ (l · min ^{-1 °} Torr ^-1), S ₀ adalah kemoreseptor perifer sensitivitas ke P CO ₂ di hyperoxia, yaitu asimtot horizontal dari hiperbola persegi panjang (0 l · min ^{- 1 ·} Torr ^-1), A adalah luas konstan untuk hubungan hiperbolik persegi panjang antara Sp dan P O ₂ [16,7 l · min ^-1 ° (Torr P O ₂₎ ^-1 ° (Torr P CO ₂₎ ^-1], P ₀ adalah P O ₂ untuk sensitivitas maksimum sebelum kegagalan, yaitu, asimtot vertikal dari hiperbola persegi panjang [30 Torr (Ref. 60 )].

Jumlah drive untuk bernapas.

(A4)

mana T D adalah drive ambang chemoreflex (18,5 l / min) dan Dw adalah dorongan untuk bernapas terjaga (7 l / menit).

Metabolik hiperbola.

(A5)

mana CO ₂ adalah produksi metabolisme karbon dioksida (ml / menit), K adalah sebuah konstanta proporsionalitas (1,33), E adalah ventilasi (l / min), P A _{CO 2 CO 2 alveolar P = arteri P CO 2 (Torr), dan P CO 2 saya terinspirasi P CO 2 (Torr).}

Proporsionalitas konstan, K, menyesuaikan untuk konversi ventilasi untuk ventilasi alveolar dan tekanan parsial untuk konsentrasi fraksional dan sewenang-wenang dihitung sehingga pada produksi metabolisme istirahat dari 300 ml / menit dan karbon dioksida arteri istirahat P CO ₂ dari 40 Torr , ventilasi 10 l / min.

LAMPIRAN B

Stewart Persamaan untuk keseimbangan asam-basa

(B1)

(B2)

(B3)

(B4)

(B5)

(B6)

di mana [H ^+] adalah konsentrasi ion hidrogen (M / l), [OH ^-] adalah konsentrasi ion hidroksil (M / l), K _'W adalah produk ion untuk air (2.39 x 10 ^-14), [HCO3-] adalah konsentrasi ion bikarbonat (M / l), [HA] adalah konsentrasi protein tidak terurai (M / l), [A ^-] adalah konsentrasi protein terionisasi (M / l), K _adalah konstanta disosiasi protein (1,74 x 10 ^-7), K _C menggabungkan konstanta kesetimbangan dan kelarutan (2,45 x 10 ^-11), P CO ₂ adalah tekanan parsial karbon dioksida (Torr), K ₃ adalah disosiasi konstan untuk karbonat (1,16 x 10 ^-10), dan SID = [Na ^+] + [K ^+] + [Ca ^{2 +]} - [Cl ^-] - [La ^-] - [anion lainnya] (M / l).

LAMPIRAN C

Modifikasi Stewart Persamaan untuk keseimbangan asam-basa

(C1)

(C2)

(C3)

(C4)

(C5)

(C6)

(C7)

(C8)

di mana [H ^+] adalah konsentrasi ion hidrogen (M / l), [OH ^-] adalah konsentrasi ion hidroksil (M / l), K _'W adalah produk ion untuk air (2.39 x 10 ^-14), K _C menggabungkan ekuilibrium dan kelarutan konstanta (2,45 x 10 ^-11), P CO ₂ adalah tekanan parsial karbon dioksida (Torr), K ₃ adalah disosiasi konstan untuk karbonat (1,16 x 10 ^-10), [P _{i, Tot]} adalah konsentrasi fosfat (M / l), K ₂ adalah konstanta disosiasi asam fosfat (2.19 x 10 ^-7), SID = [Na ^+] + [K ^+] + [Ca ^{2 +]} - [Cl ^-] - [La ^-] - [lainnya anion] (M / l), [Alb] adalah konsentrasi albumin (g / dl), 66.500 adalah berat molekul albumin, [AFixed-] adalah konsentrasi biaya tetap negatif dengan muatan negatif 21 tetap per mol albumin (M / l), [A _{H, Tot]} adalah konsentrasi residu histidin dengan 16 residu per mol albumin (M / l), [A ^-] adalah konsentrasi biaya bersih pada albumin (M / l), dan K _H adalah konstanta disosiasi histidin (1,77 x 10 ^-7).

LAMPIRAN D

Chemoreflex Model di Syarat [H ^+]

Pusat berkendara kemoreseptor untuk bernapas.

(D1)

mana Dc adalah drive untuk bernapas dari kemoreseptor pusat (l / min), [H ^+] adalah konsentrasi ion hidrogen di kemoreseptor sentral (nM / l), Tc adalah pusat kemoreseptor ambang batas (31,8 nM / l), dan Sc adalah kemoreseptor pusat sensitivitas [1,78 l · min ^-1 (nM · l ^{-1) -1].}

Kemoreseptor perifer dorongan untuk bernapas.

(D2)

mana Dp adalah drive untuk bernapas dari kemoreseptor perifer (l / min), [H ^+] adalah konsentrasi ion hidrogen di kemoreseptor perifer (nM / l), tp adalah kemoreseptor perifer ambang batas (34,6 nM / l), dan Sp adalah kemoreseptor perifer sensitivitas untuk [H ^+] [l · min ^-1 (nM · l ^{-1) -1].}

(D3)

dimana S ₀ adalah kemoreseptor perifer sensitivitas untuk [H ^+] dalam hyperoxia [0 l · min ^-1 (nM · l ^{-1) -1],} A merupakan daerah konstan untuk hubungan hiperbolik persegi panjang antara Sp dan P O ₂ [17,8 l · min ^-1 (Torr · nM · l ^{-1) -1],} dan P ₀ adalah P O ₂ untuk sensitivitas maksimum sebelum kegagalan (30 Torr).

Jumlah drive untuk bernapas.

(D4)

mana T D adalah drive ambang chemoreflex (18,5 l / min) dan Dw adalah dorongan untuk bernapas terjaga (7 l / menit).

• Tweet
• Share
• Share
• Share
• Share

About SiChesse

Di blog ini juga Saya membagikan beberapa hasil karya tulis Saya seperti yang bisa sobat baca secara gratis. Harapan Saya yaitu semoga blog ini dapat memberikan kontribusi yang bermanfaat bagi sobat semua.

Related Post