第十五章 酸堿平衡（1.3萬周許峰） 學(xué)習(xí)目標及基本要求 1掌握酸堿平衡的概念及血液、肺臟、腎臟、組織細胞對酸堿緩沖和平衡調(diào)節(jié)的作用機制。 2 熟悉體內(nèi)酸堿物質(zhì)的產(chǎn)生、揮發(fā)性酸及固定酸的概念、酸堿平衡失調(diào)的類型。3了解判斷酸堿平衡失調(diào)的生化指標及臨床意義。正常人血液pH值為7.35-7.45，平均值為7.4。機體通過物質(zhì)代謝不斷產(chǎn)生內(nèi)源性酸性和少量的堿性物質(zhì)，也有一定數(shù)量的外源性酸堿物質(zhì)進入體內(nèi)，均可影響血液pH值。機體通過體液中的緩沖體系的緩沖作用和肺、腎的調(diào)節(jié)作用，排出過多的酸或堿，從而維持機體pH值內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，稱為酸堿平衡（acid-base balance）。因各種原因致使體液的pH值相對穩(wěn)定性遭到破壞就稱為酸堿平衡紊亂（acid-base imbalance）。第一節(jié) 酸堿物質(zhì)的來源體液中的酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)主要是組織細胞在物質(zhì)分解代謝過程中產(chǎn)生的，其中產(chǎn)生最多的是酸性物質(zhì)，僅小部分為堿性物質(zhì)。一、酸性物質(zhì)的來源體內(nèi)酸性物質(zhì)主要來自糖、脂類、蛋白質(zhì)及核酸的代謝產(chǎn)物，其次是飲食和藥物中的少量酸性物質(zhì)。體內(nèi)物質(zhì)代謝產(chǎn)生的酸性物質(zhì)可分為兩大類：（一）、揮發(fā)性酸（volatile acid） 成人體內(nèi)每天通過糖、脂肪和蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的分解代謝產(chǎn)生約300400LCO2，可以通過兩種方式與水結(jié)合生成約15 mol H2CO3。一種是與組織間液和血漿中的水直接結(jié)合生成H2CO3，即CO2溶解于水生成H2CO3；另一種是在紅細胞、腎小管上皮細胞、胃粘膜上皮細胞和肺泡上皮細胞內(nèi)經(jīng)碳酸酐酶（CA）的催化與水結(jié)合生成H2CO3。H2CO3是體內(nèi)酸的主要來源，因其分解產(chǎn)生的CO2可由肺呼出而被稱之為揮發(fā)性酸。通過肺進行的CO2呼出量調(diào)節(jié)也稱之酸堿的呼吸性因素調(diào)節(jié)。（二）、固定酸（fixed acid） 機體內(nèi)由含硫氨基酸分解代謝產(chǎn)生的硫酸；含磷有機物（磷蛋白、核苷酸、磷脂等）分解代謝產(chǎn)生的磷酸；糖酵解產(chǎn)生的乳酸；脂肪分解產(chǎn)生的乙酰乙酸、-羥丁酸等酸性物質(zhì)，因不能由肺呼出而只能通過腎臟由尿液排出，故稱為固定酸或非揮發(fā)酸（non-volatile acid），人體每天生成的固定酸所離解產(chǎn)生的H+與揮發(fā)酸相比要少得多，約為5090 mmol。通過腎進行排酸保堿的調(diào)節(jié)也稱之酸堿的代謝性因素調(diào)節(jié)。二、堿性物質(zhì)的來源 體內(nèi)通過三大營養(yǎng)物質(zhì)的分解代謝產(chǎn)生的堿性物質(zhì)并不多，但人們攝入的蔬菜和水果中含有有機酸鹽（如檸檬酸鹽、蘋果酸鹽等），在體內(nèi)經(jīng)過生物氧化可分解成CO2 和H2O，剩下的Na+和K+進入體液與HCO3- 結(jié)合成具有堿性的碳酸氫鹽，因此蔬菜、水果是成堿食物。物質(zhì)代謝過程中也有堿性物質(zhì)（如NH3）的產(chǎn)生，但數(shù)量較少。 第二節(jié) 酸堿平衡調(diào)節(jié) 正常情況下，體內(nèi)各種來源的酸性物質(zhì)多于堿性物質(zhì)。因此，機體對酸堿平衡的調(diào)節(jié)主要是針對酸而進行。機體對酸堿平衡的調(diào)節(jié)作用主要是由三大調(diào)節(jié)體系的調(diào)節(jié)作用（血液緩沖體系的緩沖作用、肺對酸堿平衡的呼吸性因素的調(diào)節(jié)作用和腎對酸堿平衡的代謝性因素的調(diào)節(jié)作用）來共同完成的。一、血液緩沖體系的緩沖作用體外進入體內(nèi)或體內(nèi)代謝產(chǎn)生的酸、堿性物質(zhì)先后進入血液，被血液緩沖體系（buffer system）作用，轉(zhuǎn)變?yōu)檩^弱的酸或堿，這稱為血液的緩沖作用。雖然整個體液對酸堿的緩沖能力是血液的6倍，但血液作為機體的流動組織迅速溝通細胞間液和內(nèi)液，從而及時反映了體內(nèi)的酸堿平衡狀況。（一）、血液緩沖體系血液緩沖體系包括血漿緩沖體系和紅細胞緩沖體系，都是由弱酸和其相對應(yīng)的弱酸鹽所組成。血漿緩沖體系由碳酸氫鹽緩沖對（NaHCO3/H2CO3）、磷酸氫鹽緩沖對（Na2HPO4/NaH2PO4）和血漿蛋白緩沖對（NaPr/HPr）組成。紅細胞緩沖對則由還原血紅蛋白緩沖對（KHb/HHb）、氧合血紅蛋白緩沖對（KHbO2/HHbO2）、碳酸氫鹽緩沖對（KHCO3/H2CO3）和磷酸氫鹽緩沖對（K2HPO4/KH2PO4）組成。上述七對緩沖對實際上是由三個緩沖體系即碳酸氫鹽緩沖體系、磷酸鹽緩沖體系和蛋白質(zhì)（包括HHb、HHbO2）緩沖體系所組成。這些緩沖對中，血漿中以NaHCO3/H2CO3緩沖體系最為重要，紅細胞中以KHbO2/HHbO2、KHb/HHb 緩沖體系最為重要。碳酸氫鹽緩沖對所以重要，是因為其含量多，約占血漿緩沖對含量的50%以上；緩沖能力大，血漿中50%以上的緩沖作用由它完成，NaHCO3是體內(nèi)緩沖固定性酸的主要物質(zhì)，又稱堿儲。 圖15-1 全血各緩沖體系表15-1 全血各緩沖體系的比較 緩沖體系 占全血緩沖能力的百分數(shù)（%） HHbO2和HHb 35 有機磷酸鹽 3 無機磷酸鹽 2 血漿蛋白質(zhì) 7 血漿碳酸氫鹽 35 紅細胞碳酸氫鹽 18 （二）、血液的緩沖機制血漿緩沖體系中碳酸氫鹽緩沖體系能迅速與進入血液的固定酸、堿起反應(yīng)，以減弱血液pH的急劇變化。碳酸氫鹽緩沖體系可經(jīng)呼吸調(diào)節(jié)CO2分壓以調(diào)節(jié)碳酸濃度，可經(jīng)腎調(diào)節(jié)碳酸氫鈉濃度，因此，也稱碳酸氫鹽緩沖對為開放性緩沖對。從而使緩沖體系不斷得到補充與調(diào)整，保持了持續(xù)的緩沖效應(yīng)。動脈血pH值等于7.4時測得血漿中的HCO3-的濃度平均為24mmol/L，H2CO3的濃度約為1.2 mmol/L，兩者比例為20：1。血漿pH值等于7.4時按亨德森-哈塞巴（Henderson-Hasselbach）方程計算得到NaHCO3/H2CO3兩者比例也為20：1。（式中：pka是碳酸的一級解離常數(shù)，在37時為6.1。）由上式可見，只要NaHCO3/H2CO3的濃度比為 20/1，血漿的pH值即可維持在7.4。也即血漿的pH值是否維持在7.4，可由血漿中NaHCO3/H2CO3的濃度比是否維持在20/1來準確反映。故體液對酸堿的緩沖作用及肺、腎對酸堿平衡的調(diào)節(jié)作用，可以圍繞維持血漿NaHCO3/H2CO3的濃度比值為20/1來進行。如果任何一方的濃度發(fā)生改變，只要另一方作相應(yīng)的增減，維持二者20/1的比值，則血漿的pH值仍為7.4，這就是代償性調(diào)節(jié)的精髓所在。進入血液中的固定酸或堿由血漿緩沖體系（主要是NaHCO3/H2CO3）緩沖；揮發(fā)性酸（H2CO3）主要由紅細胞內(nèi)的還原血紅蛋白緩沖對（KHb/HHb）、氧合血紅蛋白緩沖對（KHbO2/HHbO2），通過與血紅蛋白運O2過程相偶聯(lián)的緩沖機制進行緩沖。其中弱酸作為酸性物質(zhì)對進入血液的堿起緩沖作用；弱酸鹽作為堿性物質(zhì)對進入血液的酸起緩沖作用。1、對固定酸的緩沖作用代謝中產(chǎn)生的固定酸（H3PO4、H2SO4、酮體等），主要由NaHCO3所緩沖，使酸性較強的固定酸轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝暂^弱的H2CO3。此外，血漿磷酸鹽緩沖體系及血漿蛋白緩沖體系對固定酸也具有緩沖作用，均可使酸性強的固定酸轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝暂^弱的H2CO3，易于從肺排出。2、對堿性物質(zhì)的緩沖作用 堿性物質(zhì)進入血液后，大部分被NaHCO3/H2CO3緩沖體系中的H2CO3中和，少量堿由血漿中的HPr和H2PO4-所中和，使堿性減弱。由于不斷產(chǎn)生H2CO3，因此機體對固定堿的緩沖能力很強，其中生成過多的NaHCO3可由腎排出。3、對揮發(fā)性酸的緩沖作用對揮發(fā)性酸的緩沖最重要的是血紅蛋白緩沖體系的緩沖作用。體內(nèi)產(chǎn)生的CO2約有10在血漿中生成H2CO3，另外90進入紅細胞。組織細胞不斷產(chǎn)生的大量CO2擴散進入紅細胞內(nèi)，在碳酸酐酶（CA）催化下迅速與H2O化合生成H2CO3，后者解離生成呼吸性H+，主要由KHb/HHb和KHbO2/HHbO2對其進行緩沖，少數(shù)由磷酸氫鹽緩沖。與此同時，HbO2-中的O2擴散到組織細胞，用于細胞內(nèi)物質(zhì)的有氧氧化。HCO3-濃度升高會彌散進入血漿，同時血漿中有等量的Cl-從血漿進入紅細胞，以維持體液的pH值中性，此種現(xiàn)象稱為氯離子轉(zhuǎn)移。這樣就保證了紅細胞內(nèi)生成的HCO3-不斷進入血漿生成NaHCO3。 在肺部，肺泡內(nèi)PO2高，PCO2低。于是紅細胞中HCO3-與H+結(jié)合生成H2CO3，H2CO3分解為CO2隨呼吸排出體外，血漿HCO3-向紅細胞擴散，而Cl-從紅細胞向血漿擴散。圖15-2血紅蛋白對揮發(fā)性酸的緩沖作用血液緩沖體系對酸堿緩沖作用的特點是反應(yīng)非常迅速，通常在數(shù)秒鐘內(nèi)就開始發(fā)揮作用，但只能起到緩沖體液pH值劇烈變化的作用，而不能排出多余的酸堿。二、肺對酸堿平衡的調(diào)節(jié)肺對酸堿平衡的調(diào)節(jié)作用是由呼吸中樞整合中樞化學(xué)感受器和外周化學(xué)感受器傳入的刺激信號，通過改變呼吸頻率和呼吸幅度的方式來改變肺泡通氣量，從而調(diào)節(jié)血中H2CO3的濃度，以維持NaHCO3/H2CO3 濃度比為20/1的正常比值來實現(xiàn)的。延髓呼吸中樞的興奮性受血液中PCO2及pH的影響，當(dāng)血漿PCO2升高或血漿pH下降時可使呼吸中樞興奮，增加肺通氣，從而排出更多的CO2；反之，當(dāng)血漿PCO2下降或血漿pH升高時，呼吸中樞受抑制，呼吸運動變得淺而慢，而使血漿保留較多的H2CO3。肺調(diào)節(jié)酸堿平衡的特點是反應(yīng)較快，調(diào)節(jié)迅速，通常在數(shù)分鐘內(nèi)就開始發(fā)揮作用，并在很短時間內(nèi)達到高峰，但作用并不持久。三、腎臟對酸堿平衡的調(diào)節(jié)在正常代謝過程中，機體以產(chǎn)酸性物質(zhì)為主，經(jīng)血液緩沖后，消耗了大量碳酸氫鹽，并產(chǎn)生大量碳酸。對于NaHCO3濃度的變化要依賴腎臟的調(diào)節(jié)，使其恢復(fù)正常濃度水平，并且要保持血漿中NaHCO3/H2CO3的濃度之比為20/1。所以，在正常情況下，腎臟對酸堿平衡的調(diào)節(jié)過程，實際上就是一個排酸保堿的過程。腎臟通過 H+-Na+交換、NH+4-Na+交換及K+-Na+交換回收NaHCO3，從而調(diào)節(jié)酸堿平衡。 （一）、腎小管泌H+及重吸收Na+（H+- Na+交換） 機體在代謝過程中，產(chǎn)酸大于產(chǎn)堿。而中和多余的酸需要保留足夠的堿儲備(NaHCO3)，腎臟通過 H+-Na+交換來保留NaHCO3。 1、碳酸氫鹽的重吸收： NaHCO3分子量較小，流經(jīng)腎小球時可被濾入腎小管，腎小球濾過的NaHCO3在小管液中解離為Na+和HCO3-，其中的Na+與小管上皮細胞內(nèi)的H+進行轉(zhuǎn)運交換，Na+進入細胞后即與小管上皮細胞內(nèi)的HCO3- 一同轉(zhuǎn)運至血液。H+- Na+交換是一個繼發(fā)性耗能過程，所需的能量是由基側(cè)膜上Na+-K+-ATP酶通過消耗ATP將細胞內(nèi)Na+的泵出，使細胞內(nèi)Na+處于一個較低的濃度，這樣有利于小管液中Na+與細胞內(nèi)H+轉(zhuǎn)運交換。由于小管液中的HCO3-不易透過管腔膜，因而很難進入細胞，于是小管液中的HCO3-先與小管上皮細胞分泌的H+結(jié)合，生成H2CO3，然后H2CO3分解，生成H2O和CO2。高度脂溶性CO2能迅速通過管腔膜進入小管上皮細胞，并在細胞內(nèi)碳酸酐酶（CA）的催化下與H2O結(jié)合生成H2CO3。H2CO3解離為HCO3-和H+，H+由小管上皮細胞分泌進入小管液中，與小管液中的Na+進行交換。然后，小管上皮細胞內(nèi)的HCO3-與通過H+- Na+交換進入細胞內(nèi)的Na+一起被轉(zhuǎn)運到血液內(nèi)，從而完成NaHCO3的重吸收。此過程并沒有真正的排出H+，而是將腎小球濾過的絕大部分NaHCO3進行了重吸收，這對保持血液pH穩(wěn)定有重要意義。 圖15-3 H+- Na+交換與碳酸氫鹽的重吸收 2、小管液中磷酸氫鹽的酸化 腎小球濾液中存在兩種形式的磷酸氫鹽，即Na2HPO4和NaH2PO4，是血漿中的緩沖體系，在腎小球濾液pH為7.4的時候，兩者的比值為4:1，與正常血液中的比值相同。當(dāng)腎小管上皮細胞分泌H+增加時，分泌的H+與腎小球濾液中的Na2HPO4分離出的Na+進行交換，即分泌一個H+，換回一個Na+。Na+進入腎小管上皮細胞與HCO3-一起重吸收回到血漿而形成NaHCO3，從而保證了血漿中正常的NaHCO3濃度。而分泌的H+則與小管液中NaHPO4-的結(jié)合使NaH2PO4的生成增加，這便是磷酸氫鹽的酸化。通過磷酸氫鹽的酸化加強，可使H+的排出增加，結(jié)果導(dǎo)致尿液pH降低。當(dāng)尿液pH降至4.8時，使兩者比值變?yōu)?:99，此時小管液中幾乎所有的Na2HPO4都已轉(zhuǎn)變成了NaH2PO4。因此，磷酸氫鹽的酸化在促進H+的排出過程中起到一定的作用，但作用有限。 圖15-4 H+- Na+交換與磷酸氫鹽的酸化 此外，小管液中存在的如-羥丁酸鈉、乙酰乙酸鈉、檸檬酸鈉、乳酸鈉等少量的有機酸鈉鹽分子中的Na+，在小管液pH值降至4時，可通過腎小管細胞膜上進行的H+- Na+交換而得到回收。這一途徑在酸中毒情況下較為重要。 （二）、腎小管泌NH3及Na+的重吸收（NH4+- Na+交換） 近曲小管除泌H+外，還能不斷地分泌NH3。近曲小管細胞內(nèi)含有谷氨酰胺酶（glutaminase，GT），可催化谷氨酰胺（glutamine）水解而釋放出NH3，谷氨酰胺谷氨酸 + NH3，部分NH3還來自氨基酸的氧化脫氨基作用，谷氨酸a-酮戊二酸 + NH3。產(chǎn)生的NH3具有脂溶性，它可以通過非離子擴散泌NH3進入小管液中，也可以與細胞內(nèi)的H+結(jié)合生成NH4+，然后由細胞分泌入小管液中，并以NH4+- Na+交換方式將小管液中強酸鹽分子內(nèi)的Na+換回。強酸鹽中的Na+進入細胞，與細胞內(nèi)的HCO3-一起通過基側(cè)膜的協(xié)同轉(zhuǎn)運進入血液，從而保持血漿中正常的NaHCO3濃度。NH4+可與強酸鹽中的酸根離子（Cl-、SO42+等）結(jié)合生成銨鹽，隨尿排出。GT的活性受pH值影響，酸中毒越嚴重，酶的活性也越高，產(chǎn)生NH3和a-酮戊二酸也越多。遠曲小管和集合管上皮細胞內(nèi)也有GT，可使谷氨酰胺分解而釋放NH3。NH3被擴散泌入小管液中，并與小管液中的H+結(jié)合生成NH4+，然后與CI-結(jié)合生成NH4CI從尿中排出。酸中毒時，GT活性增加，近曲小管的NH4+-Na+交換與遠曲小管泌NH3作用加強，從而加速了H+的排出和HCO3-的重吸收。圖15-5 NH4+- Na+交換和銨鹽的排泄 （三）、腎小管泌K+及Na+的重吸收（K+-Na+交換） 由于腎小管管腔側(cè)細胞膜上存在著主動轉(zhuǎn)運H+和K+的載體，因而遠曲小管和集合管既可泌H+進行H+-Na+交換；也可泌K+進行K+-Na+交換。因為腎小管細胞內(nèi)的H+和K+是競爭性地與管腔側(cè)細胞膜上的同一載體相結(jié)合，所以泌H+和泌K+是競爭性地進行的，H+-Na+交換與K+-Na+交換過程也是相互競爭的。當(dāng)H+-Na+交換增加時，則K+-Na+交換減少；而當(dāng)K+-Na+交換增加時，則H+-Na+交換減少。所以，K+-Na+交換雖然不能直接生成NaHCO3，但由于存在上述競爭作用，故能間接影響NaHCO3的生成。 例如酸中毒時，遠曲小管和集合管上皮細胞泌H+增加，使H+-Na+交換過程加強，結(jié)果導(dǎo)致H+排出增多和NaHCO3的重吸收增加，使尿液酸化。此時，遠曲小管和集合管泌K+減少，并可因K+的排出減少而導(dǎo)致高鉀血癥。相反，堿中毒時，遠曲小管和集合管上皮細胞泌H+減少，H+-Na+交換減少，結(jié)果引起H+的排出和NaHCO3的重吸收減少。與此同時，腎小管泌K+增加，K+-Na+交換增加，并由于K+的排出增加而導(dǎo)致低鉀血癥。此外，高鉀血癥時，K+-Na+交換增加而H+-Na+交換減少，易造成H+在體內(nèi)潴留而引起酸中毒。而低鉀血癥時，K+-Na+交換減少而H+-Na+交換增加，易導(dǎo)致H+從尿中丟失而引起堿中毒。圖15-6 鉀代謝與酸堿平衡的關(guān)系 腎臟通過排出過多的酸和重吸收NaHCO3，恢復(fù)血漿中NaHCO3的絕對含量，其作用特點是反應(yīng)較慢，通常要在數(shù)小時后才開始發(fā)揮作用，35天后才達到高峰。腎臟對酸堿平衡的調(diào)節(jié)作用一旦發(fā)揮，則作用強且持久。 四、其他組織細胞對酸堿平衡的調(diào)節(jié) 除了血液緩沖體系的緩沖、肺和腎臟對酸堿平衡的調(diào)節(jié)以外，組織細胞對酸堿平衡也起一定的調(diào)節(jié)作用。組織細胞對酸堿平衡的調(diào)節(jié)作用主要是通過細胞內(nèi)外離子交換方式進行的，如H+-K+交換、K+-Na+交換和H+-Na+交換等。例如：酸中毒時，細胞外液中的H+向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，使細胞外液中H+濃度有所減少，為了維持電中性則細胞內(nèi)液中的K+向細胞外轉(zhuǎn)移，使細胞外液中K+濃度升高，故常導(dǎo)致高血鉀。相反，堿中毒時，細胞內(nèi)液中的H+向細胞外轉(zhuǎn)移，使細胞外液中H+濃度有所增加，為了維持電中性則細胞外液中的K+向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，使細胞外液中K+濃度降低，故常導(dǎo)致低血鉀。圖15-7 酸堿平衡與鉀代謝的關(guān)系此外，肝臟可以通過合成尿素清除NH3調(diào)節(jié)酸堿平衡，骨骼的鈣鹽分解有利于H+的緩沖。第三節(jié) 酸堿平衡失調(diào)當(dāng)體內(nèi)酸或堿的產(chǎn)生過多或不足，腎和肺的調(diào)節(jié)功能不健全，以致消耗過多的緩沖體系并得不到及時的補充和維持時，就會發(fā)生酸堿平衡失調(diào)。表現(xiàn)為血漿NaHCO3與H2CO3的濃度異常。 一、酸堿平衡失調(diào)的基本類型 酸堿平衡失調(diào)分為代償型和失代償型，其基本類型有呼吸性酸中毒、呼吸性堿中毒、代謝性酸中毒和代謝性堿中毒。 （一）呼吸性酸中毒 呼吸性酸中毒是由于肺的呼吸功能障礙，CO2呼出不暢，使血漿H2CO3濃度原發(fā)性升高。若血漿PCO2及H2CO3濃度升高時，腎小管細胞泌H+和泌NH3作用增強，NaHCO3重吸收增多，血漿NaHCO3濃度相應(yīng)繼發(fā)性升高，使血漿NaHCO3/ H2CO3維持在20/1，血漿pH仍維持在正常值范圍，稱為代償性呼吸性酸中毒。當(dāng)血漿H2CO3濃度過高，超出機體的代償能力時，則NaHCO3/ H2CO3的比值變小，血漿pH隨之降低至7.35以下，稱為失代償性呼吸性酸中毒。 （二）呼吸性堿中毒 呼吸性堿中毒是由于肺的呼吸過度，CO2呼出過多，使血漿H2CO3濃度原發(fā)性降低。若血漿PCO2及H2CO3濃度降低時，腎小管細胞泌H+和泌NH3作用減弱，NaHCO3重吸收減少，血漿NaHCO3濃度相應(yīng)繼發(fā)性降低，使血漿NaHCO3/ H2CO3維持在20/1，血漿pH仍維持在正常值范圍，稱為代償性呼吸性堿中毒。當(dāng)血漿H2CO3濃度過低，超出機體的代償能力時，則NaHCO3/ H2CO3的比值增大，血漿pH隨之升高至7.45以上，稱為失代償性呼吸性堿中毒。 （三）代謝性酸中毒 代謝性酸中毒是由于固定酸來源過多、堿性消化液丟失過多等原因造成血漿NaHCO3濃度原發(fā)性降低。當(dāng)體內(nèi)固定酸增多時，血漿中的緩沖體系（主要由碳酸氫鹽緩沖體系）緩沖，使酸性較強的固定酸轉(zhuǎn)變?yōu)樗嵝暂^弱的H2CO3。當(dāng)血漿中NaHCO3濃度降低時，腎則加強對酸的排泄及對NaHCO3的重吸收作用，以恢復(fù)血漿中NaHCO3的正常濃度；H2CO3則進一步分解成H2O及CO2，CO2可經(jīng)肺呼出體外。使血漿NaHCO3/ H2CO3維持在20/1，血漿pH仍維持在正常值范圍，稱為代償性代謝性酸中毒。當(dāng)超出機體的代償能力時，血漿NaHCO3/ H2CO3的比值變小，pH隨之降低至7.35以下，稱為失代償性代謝性酸中毒。 （四）代謝性堿中毒 代謝性堿中毒是由于各種原因造成血漿NaHCO3濃度原發(fā)性增高。當(dāng)血漿中NaHCO3濃度增高時，血漿pH值升高，抑制呼吸中樞興奮性，保留較多的CO2，腎小管細胞泌H+和泌NH3作用減弱，減少了NaHCO3的重吸收作用，使血漿NaHCO3/H2CO3維持在20/1，血漿pH仍維持在正常值范圍，稱為代償性代謝性堿中毒。當(dāng)超出機體的代償能力時，血漿NaHCO3/ H2CO3的比值增大，血漿pH隨之升高至7.45以上，稱為失代償性代謝性堿中毒。 二、 酸堿平衡的主要生化診斷指標 （一）、血液pH血液pH是表示血液酸堿度的指標。由于pH是H+濃度的負對數(shù)，所以血液pH的高低反映的是血液中H+濃度的狀況。正常人動脈血pH在7.357.45之間，其平均值是7.40。血液pH的高低取決于血漿中NaHCO3/H2CO3的比值，當(dāng)HCO3-/H2CO3的比值為20:1時，pH為7.40。當(dāng)HCO3-/H2CO3的比值大于20:1時，pH升高。pH大于7.45為堿中毒（alkalosis），但不能區(qū)分是代謝性堿中毒還是呼吸性堿中毒。當(dāng)HCO3-/H2CO3的比值小于20:1時，pH下降。pH低于7.35為酸中毒（acidosis），但不能區(qū)分是代謝性酸中毒還是呼吸性酸中毒。pH正常并不能表明機體沒有酸堿平衡紊亂，因為pH正常也存在于完全代償性酸堿平衡紊亂。（二）、動脈血二氧化碳分壓（PCO2）PCO2是指物理溶解于血漿中的CO2分子所產(chǎn)生的張力。由于CO2通過肺泡膜的彌散能力很強，因而動脈血PCO2與肺泡氣PCO2幾乎相同。PCO2正常值為5.32kPa（40mmHg），波動范圍在4.396.25kPa（3347mmHg）之間。PCO2是反映呼吸因素的可靠指標。PCO2升高（>46mmHg）表示肺泡通氣不足，CO2在體內(nèi)潴留，血漿中H2CO3濃度升高，pH降低，為呼吸性酸中毒。PCO2降低（<33mmHg）則表示肺泡通氣過度，CO2排出過多，血漿中H2CO3濃度下降，pH升高，為呼吸性堿中毒。代謝性酸堿平衡紊亂時PCO2也可以發(fā)生代償性改變，在代謝性酸中毒時下降，而代謝性堿中毒時上升。（三）、標準碳酸氫鹽和實際碳酸氫鹽標準碳酸氫鹽（standard bicarbonate，SB）是指血液標本在標準條件下，即在38和血紅蛋白完全氧合的條件下，用PCO2為5.32kPa的氣體平衡后所測得的血漿HCO3-濃度。因為標準化后排除了呼吸因素的影響，所以SB是判斷代謝因素的指標，正常值為2227mmol/L，平均為24mmol/L。代謝性酸中毒時SB下降，代謝性堿中毒時SB升高。呼吸性酸中毒經(jīng)腎臟代償后SB增高；呼吸性堿中毒經(jīng)腎臟代償后SB降低。實際碳酸氫鹽（actual bicarbonate，AB）是指隔絕空氣的血液標本，在實際PCO2和實際血氧飽和度條件下測得的血漿碳酸氫鹽濃度。AB受呼吸和代謝兩個因素影響。正常情況下AB=SB，AB>SB表明有CO2蓄積，見于呼吸性酸中毒或代償后的代謝性堿中毒；AB<SB表明CO2呼出過多，見于呼吸性堿中毒或代償后的代謝性酸中毒。若兩者數(shù)值均低于正常表明有代謝性酸中毒或代償后的呼吸性堿中毒；而兩者數(shù)值均高于正常則表明有代謝性堿中毒或代償后的呼吸性酸中毒。（四）、緩沖堿緩沖堿（buffer base，BB）是指血液中一切具有緩沖作用的堿性物質(zhì)的總和，即人體血液中具有緩沖作用的陰離子的總和。這些陰離子包括HCO3-、Pr-、HPO42-、Hb-和HbO2-等。BB通常以氧飽和的全血測定，正常值為4555mmol/L（50±5mmol/L）。BB是反映代謝因素的指標，BB減少表明代謝性酸中毒或代償后的呼吸性堿中毒；BB增高表明代謝性堿中毒抑或是代償后的呼吸性酸中毒。（五）、堿剩余堿剩余（base excess，BE）指在標準條件下，即在38，PCO2為5.32kPa，Hb為15g/dL，100%氧飽和的情況下，用酸或堿將1升全血滴定至pH=7.40時所用的酸或堿的mmol/L數(shù)。若需用酸滴定就表示血液中堿剩余，BE用正值（BE+）表示；若需用堿滴定則表示血液中堿缺失，BE用負值（BE-）表示。BE是反映代謝因素的指標，BE正常范圍為0±3mmol/L。BE正值增大見于代謝性堿中毒，也見于經(jīng)腎代償后的呼吸性酸中毒；BE負值增大見于代謝性酸中毒，也見于經(jīng)腎代償后的呼吸性堿中毒。（六）、陰離子間隙陰離子間隙（anion gap，AG）指血漿中未測定的陰離子（undetermined anion，UA）量減去未測定的陽離子（undetermined cation，UC）量的差值，即AG=UAUC。UA包括蛋白質(zhì)陰離子Pr-（15mEg/L）、HPO42-（2mEg/L）、SO42-（1mEg/L）和有機酸根陰離子（5mEg/L）；UC包括K+（4.5mEg/L）、Ca2+（5mEg/L）和Mg2+（1.5mEg/L）。血漿中的陽離子總量=Na+UC，陰離子總量=Cl-+HCO3-+UA。血漿中的陽離子和陰離子的總當(dāng)量數(shù)相等，均約為151mEg/L。即AG=Na+ （Cl-+HCO3-），AG的正常值為1014mEg/L（12±2 mEg/L）。 AG對于區(qū)分不同類型的代謝性酸中毒具有重要意義。根據(jù)AG變化，代謝性酸中毒可分為AG增高型代謝性酸中毒和AG正常型代謝性酸中毒兩類。表15-2 酸堿平衡失調(diào)的類型及某些生化指標的改變 指 標 酸 中 毒 堿 中 毒 呼吸性 代謝性 呼吸性 代謝性 代償 失代償 代償 失代償 代償 失代償 代償 失代償原發(fā)性改變 H2CO3 NaHCO3 H2CO3 NaHCO3pH 正常 正常 正常 正常 Pco2 CO2-CP SB與AB SB<AB SB=AB均 SB>AB SB=AB均BE與BD BD負值 BE正值 小 結(jié)正常人血液pH值為7.35-7.45，平均值為7.4，它是體內(nèi)酸堿代謝平衡的結(jié)果。正常機體不斷產(chǎn)生酸性物質(zhì)和少量堿性物質(zhì)，來源最多的酸性物質(zhì)是由糖、脂肪、蛋白質(zhì)等分解產(chǎn)生的CO2。CO2與H2O在碳酸酐酶作用下結(jié)合成H2CO3，后者又可解離成CO2從肺排出，故稱揮發(fā)性酸。代謝產(chǎn)生的乳酸、丙酮酸、酮體、硫酸、尿酸、磷酸等稱固定酸或不揮發(fā)性酸。機體代謝產(chǎn)生的堿性物質(zhì)少于酸性物質(zhì)，有氨基酸分解產(chǎn)生的NH3，水果蔬菜中的草酸鉀、檸檬酸鉀代謝產(chǎn)生的碳酸氫鹽等。也有一定數(shù)量的外源酸堿物質(zhì)進入體內(nèi)，均可影響血液pH。機體通過體液中的緩沖體系的緩沖作用和肺、腎的調(diào)節(jié)作用排出過多的酸或堿，從而維持機體pH值內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，稱為酸堿平衡（acid-base balance）。血液緩沖體系包括碳酸氫鹽緩沖體系、磷酸鹽緩沖體系和蛋白質(zhì)（包括HHb、HHbO2）三個緩沖體系。血漿中以NaHCO3/H2CO3緩沖體系最為重要，紅細胞中以KHb/HHb和KHbO2/HHbO2緩沖體系最為重要。NaHCO3是體內(nèi)緩沖固定酸的主要物質(zhì)，緩沖結(jié)果使酸性較強的固定性酸轉(zhuǎn)變成酸性較弱的揮發(fā)性H2CO3而從肺排出，當(dāng)pH值維持7.4時NaHCO3/H2CO3的比值維持20/1的關(guān)系，當(dāng)NaHCO3/H2CO3比值改變時，pH值隨之發(fā)生變化。緩沖對發(fā)揮調(diào)節(jié)作用后NaHCO3/H2CO3比值改變，肺對酸堿平衡的調(diào)節(jié)作用主要是通過呼吸頻率和深淺的改變調(diào)節(jié)H2CO3的濃度，以維持NaHCO3/H2CO3的正常比值。 腎臟主要通過 H+-Na+交換、NH+4-Na+交換及K+-Na+交換，回收NaHCO3，以維持NaHCO3/H2CO3的正常比值，從而調(diào)節(jié)酸堿平衡。機體產(chǎn)酸大于產(chǎn)堿，而中和多余的酸需要保留足夠的堿儲備(NaHCO3)。腎小球濾過的NaHCO3在小管液中解離為Na+和HCO3-，其中的Na+與小管上皮細胞內(nèi)的H+進行轉(zhuǎn)運交換，Na+進入細胞后即與小管上皮細胞內(nèi)的HCO3- 一同轉(zhuǎn)運至血液而重新回收NaHCO3，從而保證了血漿中正常的NaHCO3濃度。腎小球濾液中存在Na2HPO4和NaH2PO4，在腎小球濾液pH為7.4的時候，兩者的比值為4:1。當(dāng)腎小管上皮細胞分泌H+增加時，分泌的H+與腎小球濾液中的Na2HPO4分離出的Na+進行交換。 Na+進入腎小管上皮細胞與HCO3-一起重吸收回到血漿而形成NaHCO3。當(dāng)尿液pH降至4.8時，使兩者比值變?yōu)?:99。近、遠曲小管能不斷地產(chǎn)生具有脂溶性的NH3，它可以通過擴散進入小管液中，也可以與細胞內(nèi)的H+結(jié)合生成NH4+，然后由細胞分泌入小管液中，并以NH4+- Na+交換方式將小管液中強酸鹽分子內(nèi)的Na+換回。強酸鹽中的Na+進入細胞，與細胞內(nèi)的HCO3-一起通過基側(cè)膜的協(xié)同轉(zhuǎn)運進入血液。NH4+可與強酸鹽中的酸根離子（Cl-、SO42+等）結(jié)合生成銨鹽，隨尿排出。遠曲小管和集合管既可泌H+進行H+-Na+交換；也可泌K+進行K+-Na+交換，H+-Na+交換與K+-Na+交換過程是相互競爭的。K+-Na+交換雖然不能直接生成NaHCO3，但由于存在上述競爭作用，故能間接影響NaHCO3的生成。當(dāng)體內(nèi)酸或堿的產(chǎn)生過多或不足，腎和肺的調(diào)節(jié)功能不健全，以致消耗過多的緩沖體系并得不到及時的補充和維持時，就會發(fā)生酸堿平衡失調(diào)。表現(xiàn)為血漿NaHCO3與H2CO3的濃度異常。酸堿平衡失調(diào)分為代償型和失代償型，其基本類型有呼吸性酸中毒、呼吸性堿中毒、代謝性酸中毒和代謝性堿中毒。 酸堿平衡的主要生化診斷指標有：血液pH、動脈血二氧化碳分壓（PCO2）、標準碳酸氫鹽和實際碳酸氫鹽、緩沖堿、堿剩余、陰離子間隙。醫(yī)學(xué)結(jié)合問題 各種原因造成的二氧化碳排出障礙性疾病，如慢性阻塞性肺疾病，慢性肺心病，氣管內(nèi)異物，痰堵，胸廓畸形，呼吸肌疲勞等均可導(dǎo)致呼吸性酸中毒。 下面的病例為慢性肺心病導(dǎo)致的呼吸性酸中毒?；颊?，66歲，男性，因咳嗽、咳痰、氣促、呼吸困難、頭痛、疲乏無力，震顫、嗜睡就診。臨床檢查：明顯發(fā)紺、球結(jié)膜充血、水腫、皮膚潮紅、多汗。實驗室檢查：紅細胞及血紅蛋白升高，白細胞計數(shù)增高。測定血氣分析如下：pH 7.35，PCO2 7.32 kPa(58mmHg)，HCO3 32mmol/L。問題討論：1判斷該患者酸堿平衡失調(diào)的基本類型，說明該病防治原則。 分析： （1）、確定原發(fā)失衡：呼吸系統(tǒng)慢性病。 （2）、pH在正常范圍偏低值，PCO2提示呼吸性酸中毒。 （3）、根據(jù)慢性呼吸性酸中毒代償公式，測定HCO3代償范圍： HCO3240.35×（58-40）±5.58246.3±5.5824.7235.88mmol/L 實測HCO3為32mmol/L，在預(yù)計代償范圍之內(nèi)。 結(jié)論：該患者酸堿失調(diào)的類型為慢性呼吸性酸中毒 防治原則如下： （1）、積極防治引起的呼吸性酸中毒的原發(fā)病。 （2）、改善肺泡通氣，排出過多的CO2。根據(jù)情況可行氣管切開，人工呼吸，解除支氣管痙攣，祛痰，給氧等措施。 （3）、人工呼吸要適度，因為呼吸性酸中毒時NaHCO3/H2CO3中H2CO3原發(fā)性升高，NaHCO3呈代償性繼發(fā)性升高。如果通氣過度則血漿PCO2迅速下降，而NaHCO3仍在高水平，則患者轉(zhuǎn)化為細胞外液堿中毒，腦脊液的情況也如此。這可以引起低鉀血癥、血漿Ca+下降、中樞神經(jīng)系統(tǒng)細胞外液堿中毒、昏迷甚至死亡。（4）、酸中毒嚴重、患者出現(xiàn)昏迷、心律失常時，可給THAM治療以中和過高的H+。NaHCO3溶液亦可使用，不過必須保證在有充分的肺泡通氣的條件下才可作用。因為給予NaHCO3可糾正呼吸性酸中毒體液中過高的H+，但能生成CO2，如不能充分排出，會使CO2濃度升高。酸堿平衡（acid-base balance）酸堿平衡紊亂（acid-base imbalance）揮發(fā)性酸（volatile acid）固定酸（fixed acid）非揮發(fā)酸（non-volatile acid）緩沖體系（buffer system）谷氨酰胺酶（glutaminase，GT），可催化谷氨酰胺（glutamine）堿中毒（alkalosis）酸中毒（acidosis）標準碳酸氫鹽（standard bicarbonate，SB）實際碳酸氫鹽（actual bicarbonate，AB）緩沖堿（buffer base，BB）堿剩余（base excess，BE）陰離子間隙（anion gap，AG）未測定的陰離子（undetermined anion，UA）未測定的陽離子（undetermined cation，UC）16- 16 -