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第十五章 酸堿平衡（1.3萬周許峰） 學(xué)習(xí)目標(biāo)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(xì)胞對酸堿緩沖和平衡調(diào)節(jié)的作用機(jī)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(biāo)及臨床意義。 正常人血液pH值為7.35-7.45，平均值為7.4。機(jī)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(jìn)入體內(nèi)，均可影響血液pH值。機(jī)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(jī)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(xì)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300~400LCO2，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(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞、胃粘膜上皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)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(jìn)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(jī)體內(nèi)由含硫氨基酸分解代謝產(chǎn)生的硫酸；含磷有機(jī)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、β-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50~90 mmol。通過腎進(jìn)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(jī)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(jìn)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(jī)體對酸堿平衡的調(diào)節(jié)主要是針對酸而進(jìn)行。機(jī)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(jìn)入體內(nèi)或體內(nèi)代謝產(chǎn)生的酸、堿性物質(zhì)先后進(jìn)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(jī)體的流動組織迅速溝通細(xì)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(xì)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(xì)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(shí)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(xì)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?jǐn)?shù)（%） HHbO2和HHb 35 有機(jī)磷酸鹽 3 無機(jī)磷酸鹽 2 血漿蛋白質(zhì) 7 血漿碳酸氫鹽 35 紅細(xì)胞碳酸氫鹽 18 （二）、血液的緩沖機(jī)制 血漿緩沖體系中碳酸氫鹽緩沖體系能迅速與進(jìn)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(bǔ)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(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(xì)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(yùn)O2過程相偶聯(lián)的緩沖機(jī)制進(jìn)行緩沖。其中弱酸作為酸性物質(zhì)對進(jìn)入血液的堿起緩沖作用；弱酸鹽作為堿性物質(zhì)對進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(jī)體對固定堿的緩沖能力很強(qiáng)，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(jìn)入紅細(xì)胞。 組織細(xì)胞不斷產(chǎn)生的大量CO2擴(kuò)散進(jìn)入紅細(xì)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(jìn)行緩沖，少數(shù)由磷酸氫鹽緩沖。與此同時，HbO2-中的O2擴(kuò)散到組織細(xì)胞，用于細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的有氧氧化。HCO3-濃度升高會彌散進(jìn)入血漿，同時血漿中有等量的Cl-從血漿進(jìn)入紅細(xì)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(xì)胞內(nèi)生成的HCO3-不斷進(jìn)入血漿生成NaHCO3。 在肺部，肺泡內(nèi)PO2高，PCO2低。于是紅細(xì)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(xì)胞擴(kuò)散，而Cl-從紅細(xì)胞向血漿擴(kuò)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(diǎn)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(shí)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(yùn)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(diǎn)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(dá)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(jī)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(shí)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(jī)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(xì)胞內(nèi)的H+進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)交換，Na+進(jìn)入細(xì)胞后即與小管上皮細(xì)胞內(nèi)的HCO3- 一同轉(zhuǎn)運(yùn)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(xì)胞內(nèi)Na+的泵出，使細(xì)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(xì)胞內(nèi)H+轉(zhuǎn)運(yùn)交換。由于小管液中的HCO3-不易透過管腔膜，因而很難進(jìn)入細(xì)胞，于是小管液中的HCO3-先與小管上皮細(xì)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(jìn)入小管上皮細(xì)胞，并在細(xì)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(xì)胞分泌進(jìn)入小管液中，與小管液中的Na+進(jìn)行交換。然后，小管上皮細(xì)胞內(nèi)的HCO3-與通過H+- Na+交換進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的Na+一起被轉(zhuǎn)運(yùn)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(jìn)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(xì)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(jìn)行交換，即分泌一個H+，換回一個Na+。Na+進(jìn)入腎小管上皮細(xì)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(qiáng)，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(jìn)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β-羥丁酸鈉、乙酰乙酸鈉、檸檬酸鈉、乳酸鈉等少量的有機(jī)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(xì)胞膜上進(jìn)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(xì)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(kuò)散泌NH3進(jìn)入小管液中，也可以與細(xì)胞內(nèi)的H+結(jié)合生成NH4+，然后由細(xì)胞分泌入小管液中，并以NH4+- Na+交換方式將小管液中強(qiáng)酸鹽分子內(nèi)的Na+換回。強(qiáng)酸鹽中的Na+進(jìn)入細(xì)胞，與細(xì)胞內(nèi)的HCO3-一起通過基側(cè)膜的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入血液，從而保持血漿中正常的NaHCO3濃度。NH4+可與強(qiáng)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(yán)重，酶的活性也越高，產(chǎn)生NH3和a-酮戊二酸也越多。 遠(yuǎn)曲小管和集合管上皮細(xì)胞內(nèi)也有GT，可使谷氨酰胺分解而釋放NH3。NH3被擴(kuò)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(yuǎn)曲小管泌NH3作用加強(qiáng)，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(xì)胞膜上存在著主動轉(zhuǎn)運(yùn)H+和K+的載體，因而遠(yuǎn)曲小管和集合管既可泌H+進(jìn)行H+-Na+交換；也可泌K+進(jìn)行K+-Na+交換。因為腎小管細(xì)胞內(nèi)的H+和K+是競爭性地與管腔側(cè)細(xì)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(jìn)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(yuǎn)曲小管和集合管上皮細(xì)胞泌H+增加，使H+-Na+交換過程加強(qiáng)，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(yuǎn)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(yuǎn)曲小管和集合管上皮細(xì)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(diǎn)是反應(yīng)較慢，通常要在數(shù)小時后才開始發(fā)揮作用，3~5天后才達(dá)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(qiáng)且持久。 四、其他組織細(xì)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(xì)胞對酸堿平衡也起一定的調(diào)節(jié)作用。組織細(xì)胞對酸堿平衡的調(diào)節(jié)作用主要是通過細(xì)胞內(nèi)外離子交換方式進(jìn)行的，如H+-K+交換、K+-Na+交換和H+-Na+交換等。例如：酸中毒時，細(xì)胞外液中的H+向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，使細(xì)胞外液中H+濃度有所減少，為了維持電中性則細(xì)胞內(nèi)液中的K+向細(xì)胞外轉(zhuǎn)移，使細(xì)胞外液中K+濃度升高，故常導(dǎo)致高血鉀。相反，堿中毒時，細(xì)胞內(nèi)液中的H+向細(xì)胞外轉(zhuǎn)移，使細(xì)胞外液中H+濃度有所增加，為了維持電中性則細(xì)胞外液中的K+向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，使細(xì)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(bǔ)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(xì)胞泌H+和泌NH3作用增強(qiáng)，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(jī)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(xì)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(jī)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)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(jī)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(xì)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(jī)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(biāo) （一）、血液pH 血液pH是表示血液酸堿度的指標(biāo)。由于pH是H+濃度的負(fù)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7.35~7.45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(jī)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(qiáng)，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4.39~6.25kPa（33~47mmHg）之間。 PCO2是反映呼吸因素的可靠指標(biāo)。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(biāo)準(zhǔn)碳酸氫鹽和實(shí)際碳酸氫鹽 標(biāo)準(zhǔn)碳酸氫鹽（standard bicarbonate，SB）是指血液標(biāo)本在標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，正常值為22~27mmol/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(shí)際碳酸氫鹽（actual bicarbonate，AB）是指隔絕空氣的血液標(biāo)本，在實(shí)際PCO2和實(shí)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；ABAB SB=AB均↑ BE與BD — BD[負(fù)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(jī)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(jī)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(jìn)入體內(nèi)，均可影響血液pH。 機(jī)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(jī)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(xì)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(qiáng)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(jī)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(xì)胞內(nèi)的H+進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)交換，Na+進(jìn)入細(xì)胞后即與小管上皮細(xì)胞內(nèi)的HCO3- 一同轉(zhuǎn)運(yùn)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(xì)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(jìn)行交換。 Na+進(jìn)入腎小管上皮細(xì)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(yuǎn)曲小管能不斷地產(chǎn)生具有脂溶性的NH3，它可以通過擴(kuò)散進(jìn)入小管液中，也可以與細(xì)胞內(nèi)的H+結(jié)合生成NH4+，然后由細(xì)胞分泌入小管液中，并以NH4+- Na+交換方式將小管液中強(qiáng)酸鹽分子內(nèi)的Na+換回。強(qiáng)酸鹽中的Na+進(jìn)入細(xì)胞，與細(xì)胞內(nèi)的HCO3-一起通過基側(cè)膜的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入血液。NH4+可與強(qiáng)酸鹽中的酸根離子（Cl-、SO42+等）結(jié)合生成銨鹽，隨尿排出。遠(yuǎn)曲小管和集合管既可泌H+進(jìn)行H+-Na+交換；也可泌K+進(jìn)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(bǔ)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(biāo)有：血液pH、動脈血二氧化碳分壓（PCO2）、標(biāo)準(zhǔn)碳酸氫鹽和實(shí)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。 患者，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(shí)驗室檢查：紅細(xì)胞及血紅蛋白升高，白細(xì)胞計數(shù)增高。測定血?dú)夥治鋈缦拢簆H 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： HCO3－＝24＋0.35×（58-40）±5.58＝24＋6.3±5.58＝24.72～35.88mmol/L 實(shí)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(xì)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(xì)胞外液堿中毒、昏迷甚至死亡。 （4）、酸中毒嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)碳酸氫鹽（standard bicarbonate，SB） 實(shí)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 -