第4章 酸碱平衡和酸碱平衡紊乱

第 四 章 酸碱平衡和酸碱平衡紊乱

第一节酸碱物质的来源及稳态 ....................................................................................................... 2

一 、 体液中酸碱物质的来源 ............................................................................................... 2 二 、 酸碱平衡的调节 ........................................................................................................... 3 第二节反映酸碱平衡的常用指标及意义 ....................................................................................... 7

一 、 pH和H♀+♂浓度 ......................................................................................................... 7 二 、 动脉血C0『2』分压 .................................................................................................... 7 三 、 标准碳酸氢盐和实际碳酸氢盐 ................................................................................... 7 四 、 缓冲碱 ........................................................................................................................... 8 五 、 碱剩余 ........................................................................................................................... 8 六 、 阴离子间隙 ................................................................................................................... 8 第三节 单纯性酸碱平衡紊乱 ....................................................................................................... 9

一 、 代谢性酸中毒 ............................................................................................................... 9 二 、 呼吸性酸中毒 ............................................................................................................. 12 三 、 代谢性碱中毒 ............................................................................................................. 14 四 、 呼吸性碱中毒 ............................................................................................................. 17 第四节 混合性酸碱平衡紊乱 ....................................................................................................... 19

一 、 双重性酸碱失衡 ......................................................................................................... 19 二 、 三重性混合性酸碱平衡紊乱 ..................................................................................... 20 三 、 酸碱图 ......................................................................................................................... 21

人体的体液环境必须具有适宜的酸碱度，才能维持正常的代谢和生理功能，正常人体血浆的酸碱度在范围很窄的弱碱性环境内变动，用动脉血pH表示是7.35～7.45，平均值为7．40。虽然在生命活动过程中，机体不断生成酸性或碱性的代谢产物，并经常摄取酸性食物和碱性食物，但是正常生物体内的pH总是相对稳定，这是依靠体内各种缓冲系统以及肺和肾的调节功能来实现的。机体这种处理酸碱物质的含量和比例，以维持pH值在恒定范围内的过程称为酸碱平衡(acid-base balance)，这对保证生命活动的正常进行至关重要。

在临床各种实践中许多原因可以引起酸碱平衡紊乱(acid-base disturbance)。在很多情况下，酸碱平衡紊乱是某些疾病或病理过程的继发性变化，但是一旦发生酸碱平衡紊乱，就会使病情更加严重和复杂，对病人的生命造成严重威胁。因此及时发现和正确处理常常是治疗成败的关键。

近年来由于对酸碱平衡的理论认识不断深入，血气分析等诊疗技术不断提高，酸碱平衡的判断已成为临床日常诊疗的基本手段。

本章以细胞外液的酸碱平衡为基础，在阐述正常机体酸碱调节机制之后，叙述各种类型酸碱紊乱的常见原因、代偿功能以及对机体的影响，为临床的防治提供理论基础。

第一节酸碱物质的来源及稳态

一 、 体液中酸碱物质的来源

体液中的酸性或碱性物质主要是细胞内物质在分解代谢过程中产生的，食物中也含有酸性或碱性物质，但量不多，在普通膳食条件下，酸性物质产生量远远超过碱性物质。 1．酸的来源

(1)挥发酸（volatile acid）：机体在代谢过程中产生最多的酸性物质是H2CO3。糖、脂肪蛋白质在其分解代谢中，氧化的最终产物是CO2，CO2与水结合生成碳酸，碳酸可释出H+，也可形成气体CO2，从肺排出体外，所以称为挥发酸。

CO2和H2O结合为H2CO3的可逆反应虽可自发地进行，但主要是在碳酸酐酶的作用下进行的，碳酸酐酶主要存在于红细胞、肾小管上皮细胞、肺泡上皮细胞及胃粘膜上皮细胞。

组织细胞代谢产生的CO2的量是相当可观的，成人在安静状态下每天可产生300～400L，如果全部与H2O合成H2CO3，并释放H+，相当于每天产H+15mol左右。运动和代谢率增加时CO2生成量显著增加，挥发酸可以通过肺进行调节，称为酸碱的呼吸性调节。

(2)固定酸( fixed acid )：是指不能变成气体由肺呼出，而只能通过肾由尿排出的酸性物质，又称非挥发酸(unvolatile acid)。成人每日由固定酸释放出的H+可达50～100mmol，与每天产生的挥发酸相比要少得多。固定酸可以通过肾进行调节，称为酸碱的肾性调节。

固定酸主要包括：蛋白质分解代谢产生的硫酸、磷酸和尿酸；糖酵解生成的甘油酸、丙酮酸和乳酸，糖氧化过程生成的三羧酸；脂肪代谢产生的β-羟丁酸和乙酰乙酸等。机体有时还会摄入一些酸性食物，或服用酸性药物氯化铵、水杨酸等，成为酸性物质的另一来源。一般情况下，固定酸的主要来源是蛋白质的分解代谢，因此，体内固定酸的生成量与食物中蛋白质的摄入量成正比。 2．碱的来源

在体内代谢过程中也可产生碱性物质，如氨基酸脱氨基所产生的氨，这种氨经肝代谢后生成尿素。肾小管细胞泌氨以中和原尿中的H+。食物中特别是蔬菜、瓜果中所含的有机酸盐，如柠檬酸盐、苹果酸盐和草酸盐，均可与H+起反应，分别转化为柠檬酸、苹果酸和草酸，Na+或K+则可与HCO3-结合生成碱性盐。人体碱的生成量与酸相比则少得多(图4-1)。

图4－1酸碱的生成、缓冲与调节

二 、 酸碱平衡的调节

尽管机体在正常情况下不断生成和摄取酸碱性物质，但血液pH并不发生显著变化，这是由于体液中的缓冲系统以及一系列的调节机制的作用，保持了酸碱的稳态。机体对体液酸碱度的调节主要有四个方面。 (一)血液的缓冲作用

血液缓冲系统 由弱酸(缓冲酸)及其相对应的缓冲碱组成，血液的缓冲系统主要有碳酸氢盐缓冲系统，磷酸盐缓冲系统、血浆蛋白缓冲系统、血红蛋白和氧合血红蛋白缓冲系统五种(表4-1)。当H+过多时，反应向左移动，使H+的浓度不至于发生大幅度的增高，同时缓冲碱的浓度降低；当H+减少时，反应则向右移动，使H+的浓度得到部分的恢复，同时缓冲碱的浓度增加。

血液缓冲系统可以缓冲所有的固定酸，其中以碳酸氢盐缓冲系统最重要，这是因为：①含量最多占血液缓冲总量的1/2以上(见表4-2)；②该系统可进行开放性调节，碳酸能和体

液中溶解的CO2取得平衡而受呼吸的调节；③碳酸氢盐能通过肾调节。

但碳酸氢盐缓冲系统不能缓冲挥发酸，挥发酸的缓冲主要靠非碳酸氢盐缓冲系统，特别是Hb及HbO2缓冲。

(二)肺在酸碱平衡中的调节作用

肺在酸碱平衡中的作用是通过改变肺泡通气量来控制挥发酸(H2CO3) 的排出量，使血浆中HCO3-与H2CO3比值接近正常，以保持pH相对恒定。肺的这种调节发生迅速，数分钟内即可达高峰。

肺泡通气量是受延髓呼吸中枢控制的，呼吸中枢接受来自中枢化学感受器和外周化学感受器的刺激。呼吸之所以能调节PaCO2，是因为呼吸中枢化学感受器对PaCO2变动非常敏感，PaCO2升高虽不能直接刺激中枢的化学感受器，但可以通过改变脑脊液和脑间质液的pH，使H+增加，刺激位于延髓腹外侧浅表部位对H+敏感 的中枢化学感受器，从而兴奋呼吸中枢，明显增加肺的通气量。PaCO2的正常值为40mmHg(5．32kPa)，若增加到60mmHg(8kPa)时，肺通气量可增加10倍，结果导致CO2排出量显著增加，从而降低血中H2CO3浓度或PaCO2，实现反馈调节。但如果PaCO2进一步增加到80mmHg(10．7kPa)以上时，呼吸中枢反而受到抑制，产生CO2麻醉（carbon dioxide narcosis）。

呼吸中枢也能由外周化学感受器的刺激而兴奋，主动脉体特别是颈动脉体感受器，能感受缺氧、pH和CO2的刺激，但较迟钝，PaO2只有低于60mmHg(8kPa)时，才能刺激外周化学感受器，反射性引起呼吸加深加快，增加肺泡通气量。但PaO2过低对呼吸中枢的直接效应是抑制效应。外周化学感受器对pH的变化也较不敏感，所以PaO2升高或pH降低时，主要是通过延髓中枢化学感受器感受。 (三)组织细胞在酸碱平衡中的调节作用

机体大量组织细胞内液也是酸碱平衡的缓冲池，细胞的缓冲作用主要是通过离子交换进行的。如H+-K+、 H+-Na+、Na+-K+交换以维持电中性，如细胞外液H+增加时，H+弥散入细胞内，而细胞内K+则移出细胞外，所以酸中毒时，往往有高血钾。C1--HCO3-的交换也很重要，因为C1-是可以自由交换的阴离子，当HCO3-升高时，它的排泄只能由C1--HCO3-交换来完成。

（四）肾在酸碱平衡中的调节作用

机体在代谢过程中产生的大量酸性物质，需不断消耗NaHCO3和其它碱性物质来中和，因此，如果不能及时补充碱性物质和排出多余的H+，血液pH值就会发生变动。肾主要调节固定酸，通过排酸或保碱的作用来维持HCO3-浓度，调节 pH值使之相对恒定。NaHCO3可自由通过肾小球，肾小球滤液中NaHCO3含量与血浆相等，其中85%～90%在近曲小管被重吸收，其余部分在远曲小管和集合管被重吸收（图4-2）。正常情况下，随尿液排出体外的NaHCO3仅为滤出量的0.1% ，即几乎无NaHCO3的丢失。其主要作用机制是：

1．近曲肾小管对NaHCO3的重吸收：近曲肾小管细胞在主动分泌H+的同时，从管腔中回收Na+，两者转运方向相反，称H+-Na+交换或H+-Na+逆向转运，在这种Na+-H+交换时常伴有HCO3-的重吸收。肾小管细胞内含有碳酸酐酶(carbonic anhydrase，CA)，能催化H2O和CO2结合生成H2CO3，可部分解离出H+和HCO3-，大部分HCO3-以Na+-HCO3-（一个Na+ 3个HCO3-）共同转运的方式通过基侧膜进入细胞间隙，小部分则通过Cl--HCO3-逆向转运的方式发生跨膜交换进入细胞间隙。其结果是在碳酸酐酶作用下，小管上皮向管腔分泌1mol H+，也同时在血浆增加1mol HCO3-，酸中毒时碳酸酐酶活性增高，泌H+及保碱的作用加强。肾小球滤过的HCO3-，90％在近曲小管被重吸收，这是因为近曲小管刷状缘也富含碳酸酐酶，小管分泌的H+和肾小球滤过的HCO3-结合成H2CO3，H2CO3在CA的作用下生成CO2和H2O，CO2弥散进入细胞内，和细胞内H2O结合，在CA作用下生成H2CO3，小管液中的H2O则随尿排出，CO2又弥散回肾小管上皮细胞(图4-2）

2．远曲肾小管对NaHCO3的重吸收 除了近曲小管细胞通过Na+-H+交换分泌H+，促进NaHCO3重吸收外，远曲小管和集合管的闰细胞也可分泌H+，此细胞又称泌氢细胞，它并不能转运Na+，是一种非Na+依赖性的泌氢，这种借助于H+-ATP酶的作用向管腔泌氢，同时在基侧膜以Cl--HCO3-交换的方式重吸收HCO3-，称为远端酸化作用(distalacidification，图4-2)。远曲肾小管泌H+到集合管管腔后，可将管腔滤液中的碱性HPO42-结合形成可滴定酸H2PO4-，使尿液酸化，但这种缓冲是有限的，当尿液pH降至4.8左右时，两者比值由原来的4：l变为1:99，几乎尿液中所有磷酸盐都已转变为HPO42-，已不能进一步发挥缓冲作用了。

3．NH4+的排出 铵(NH4+)的生成和排出是pH依赖性的，即酸中毒越严重，尿排NH4+量越多。近曲小管上皮细胞是产NH4+的主要场所，主要由谷氨酰胺酶水解谷氨酰胺产生，谷氨酰胺→NH3+谷氨酸、谷氨酸→NH3+α-酮戊二酸。酸中毒越严重，谷氨酰胺酶的活性也越高，产生氨和产生α-酮戊二酸也越多。α-酮戊二酸的代谢用去2个H+，生成2个 HCO3-，NH4+是脂溶性分子，可通过细胞膜自由扩散进入小管腔，也可通过基侧膜进入细胞间隙；而NH3与细胞内碳酸离解的H+结合成NH4+通过NH4+-Na+交换进入管腔，由尿排出。Na+又与2 HCO3-同向转运进血循环。酸中毒严重时，当远曲小管和集合管分泌的H+与磷酸盐缓冲后，

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