酸碱平衡失调

第三章 酸碱平衡失调

机体内环境中适宜的酸碱度是维持正常机体组织、细胞进行代谢和生理功能活动的必要条件。机体在正常条件下血浆的酸碱度在很狭窄的范围内波动，动脉血pH始终恒定在7.35~7.45，平均值为7.40。我们把机体这种处理血液中酸碱物质含量的能力，以维持内环境中pH在恒定范围内的过程称为酸碱平衡（acid-base balance），这是机体进行正常生命活动的重要保证。

虽然机体对酸碱负荷有很大的缓冲能力和有效的调节功能，以维持内环境的稳态。但许多因素如酸碱物质超量负荷，或酸碱调节机制障碍等，将导致体液酸碱度稳态的破坏，这种稳定性破坏称为酸碱平衡失调（acid-base disturbance）。在临床实践中，大多的酸碱平衡失调是某些病理过程或疾病的继发性变化。一旦酸碱平衡失调，就会增加病情的严重性和复杂性，对患者的诊疗、预后甚至生命造成严重威胁。因此及时发现和正确处理酸碱平衡失调往往是疾病治疗成败的关键。

本章以细胞外液的酸碱平衡为基础，阐述正常机体酸碱平衡调节机制，分节叙述各类酸碱平衡失调的常见病因、发病机制、临床表现、诊断和治疗，为酸碱平衡失调的临床防治提供理论基础及临床指导。

第一节 酸碱平衡调节机制

在正常情况下，尽管机体不断体外摄入和代谢生成酸性或碱性物质，但血液pH却不会发生显著波动，这是由于机体对酸碱负荷有强大的缓冲能力和有效的调节能力，维持了内环境的稳态。机体体液酸碱度由多种生理机制协同调节，主要可以概括为三类：血液缓冲调节机制、呼吸系统的调节机制和肾的调节机制（图3-1）。

图3-1 酸碱平衡缓冲调节、肺调节和肾调节示意图

一、血液缓冲调节机制

血液缓冲系统是指由弱酸或弱碱及其相对应的碱或酸组成的具有缓冲酸或碱的混合溶液，其酸碱构成了缓冲对，维持体液平衡。血液缓冲系统主要的缓冲对有碳酸氢盐缓冲系统、磷酸盐缓冲系统、血浆蛋白缓冲系统、血红蛋白和氧和血红蛋白缓冲系统五大类（表3-1）。此外，某些特殊情况下，其他组织也可发挥一定的缓冲作用，如骨骼对慢性代谢性酸中毒有缓冲作用。

（一）碳酸盐缓冲系统 由HCO3- /H2CO3组成，为细胞外液最主要的缓冲对，缓冲能力最强。

碳酸在体内碳酸酐酶的作用下极易水解为H2O和CO2，而CO2极易溶解于水。因此，血液中H2CO3的浓度与动脉血中CO2分压（PaCO2）直接相关。

根据酸碱平衡公式

（Hnderson-Hasselbach方程式），正常动脉血的pH为：

—

pH=pKa+logHCO3/(0.03xPaCO2)=6.1+log24/(0.03x40)=6.1+log20/1=7.40 以上公式可见，pH、HCO3— 和PaCO2三者参数的相互关系，且是反映机体酸碱平衡的三大基本要素。其中，HCO3— 反映了代谢性因素，HCO3— 的减少或增加可引起代谢性酸中毒或代谢性碱中毒。PaCO2反映呼吸性因素，PaCO2的增加或减少可引起呼吸性酸中毒或呼吸性碱中毒。

（二）磷酸盐缓冲系统 由磷酸二氢钠（NaH2PO4）及磷酸氢二钠（Na2HPO4）组成。

反应式为：NaOH + NaH2PO4 Na2HPO4 + H2O

NaH2PO4为弱酸，可对强碱进行缓冲而生成Na2HPO4。而NaH2PO4和Na2HPO4又可酸化后经肾排泄出而调节pH。此组缓冲对存在于细胞内外液中，主要在细胞内液中发挥缓冲作用，在血浆中的作用较碳酸盐缓冲系统小。

（三）其他 蛋白质缓冲系统存在于血浆及细胞内，只有当其他缓冲系统被调动后，其作用才显示出来；而血红蛋白和氧和血红蛋白缓冲系统主要在缓冲挥发酸中发挥作用。

二、呼吸系统的调节机制

肺通过改变CO2的排出量来调节血浆碳酸浓度，使血浆中HCO3—与H2CO3比值接近正常，从而维持血浆pH值相对恒定。

1. 呼吸运动的中枢调节 延髓呼吸中枢控制肺泡通气量，接受来自中枢化学感受器和外周化学感受器的刺激。该感受器对动脉血PaCO2的变化非常敏感，PaCO2能通过改变脑脊液和脑间质液的pH，使H+增加，刺激延髓腹外侧浅表部位的中枢化学感受器，兴奋呼吸中枢，使肺的通气量明显增加。PaCO2正常值为40mmHg（5.32kPa），如果增加至60mmHg（8kPa）时，肺通气量增加10倍，导致CO2排出量显著增加，机体负反馈调节机制启动，使血中H2CO3浓度或PaCO2降低。但当PaCO2进一步增加超过80mmHg（10.7kPa）时，呼吸中枢受到抑制，即产生CO2麻醉（carbon dioxide narcosis）。

2. 呼吸运动的外周调节 主动脉体和颈动脉体感受器能感受缺氧、血浆pH和CO2的刺激。当PaO2降低、pH降低或PaCO2升高时，通过外周化学感受器反射性引起呼吸中枢兴奋，使呼吸加深加快，CO2排出量增加。

正常情况下，由于PaO2降低对呼吸中枢的直接效应是抑制效应，且血液中H+不易通过血脑屏障，所以呼吸运动的中枢化学感受器的调节作用强于外周化学感受器的调节作用。通过中枢和外周的调节作用，肺可以迅速而灵敏地调节血浆碳酸盐浓度，以维持HCO3-：H2CO3的浓度比为20：1。 三、肾的调节机制

肾脏是保证酸碱平衡的重要器官。肾通过排泄固定酸和维持血浆HCO3-的浓度调节体液的酸碱度，以维持血浆pH在恒定范围内。肾小球滤液和血浆中NaHCO3含量相等。NaHCO3可自由通过肾小球，85%~90%在近端小管被重吸收，其余部分在远端小管和集合管被重吸收（图3-2）.在正常情况下，NaHCO3随尿

液排出体外仅为滤出量的0.1%，几乎可以认为无NaHCO3丢失。主要作用机制有：

1. 近端肾小管泌H+和对NaHCO3的重吸收 HCO3-的重吸收和H+分泌密切相关。近端肾小管上皮细胞内的H2O解离主动分泌H+，通过管腔侧的H+—Na+交换体，将Na+转运入细胞内，H+泌入管腔，两者转运方向相反，这种转运称为H+—Na+交换或H+—Na+逆向转运，而H+—Na+交换常常伴有HCO3—的重吸收。转运的动力来自近端小管上皮细胞基侧膜的Na+—K+—

ATP酶，消耗ATP，不断将细胞内的钠泵入管腔，管腔内与细胞内的钠的电化学梯度差分别为140mmol/L和10~20mmol/L，有利于管腔内的Na+弥散入肾小管上皮细胞，并促进H+分泌入管腔。肾小管细胞内含有碳酸酐酶（CA），能催化H2O和CO2结合生成H2CO3，大部分的H2CO3再经上皮细胞基膜侧的Na+—HCO3-转运体进入血液循环，小部分通过Cl-—HCO3-逆向转运发生跨膜转运进入细胞间隙。肾小管分泌的H+和肾小球滤过的HCO3-结合生成H2CO3，H2CO3在CA的作用下生成CO2和H2O，CO2有较大的水溶性，能弥散入细胞内和细胞内H2O结合生成H2CO3，肾小管中的H2O随尿液排出（图

图3-2 近端小管和集合管泌H+、重吸收HCO3-过

程示意图

3-2A）。

2. 远端肾小管及集合管泌H+和对NaHCO3的重吸收 上述近端小管上皮细胞可通过H+—Na+交换分泌H+，促进NaHCO3重吸收，而远端小管和集合管上

的闰细胞为泌氢细胞，可借助于管腔膜上的H+—ATP酶（H+泵）和H+—K+—ATP酶的作用向管腔内分泌H+，同时基侧膜以Cl-—HCO3-交换的方式重吸收HCO3-，此种作用称为远端酸化作用（distal acidification）。闰细胞不能转运Na+，H+—ATP酶过程需要ATP而不依赖Na+，其泌H+的过程是生电性的。而H+—K+—ATP酶参与皮质和外髓集合管的泌H+过程，在泌H+的同时伴有K+的重吸收，主要作用是减少K+的丢失（图3-2B）。远端小管泌H+到集合管管腔后，与管腔滤液中的HPO42-结合形成H2PO4-，使尿液酸化。但此组缓冲对对体液酸碱度变化是有限的，当尿液pH降至4.8时，两者比值由4：1变为1：99，这表明尿液中几乎所有的磷酸盐都已转变为HPO42-，其缓冲作用丧失。

3. NH4+的产生和排出 NH+的排出量随生理情况改变而灵活的变动，肾NH+

的排泄是肾排泄H+的重要途径。NH+的生成和排出具有pH依赖性，酸中毒越严重，肾NH+排出量越多。另外，许多不可挥发酸也通过与NH+结合的方式排出。NH+主要在近端肾小管上皮细胞，由谷氨酰胺分解产生，并分泌入管腔（图3-3）。NH3与细胞内H2CO3代谢生成的H+结合生成NH4+，通过NH4+—Na+交换排出进入管腔，再经尿液排出。在近端小管上皮细胞基膜侧，α—酮戊二酸代谢生成2个HCO3-，细胞内H2CO3代谢也生成HCO3-，HCO3-与Na+经过Na+—HCO3-同向转运体共同转运出细胞外，回收入血。同时，Na+通过Na+—K+—ATP酶排出细胞外，K+转运入细胞内。由于NH3是脂溶性分子，可通过细胞膜自由扩散进入小管腔，也可通过基膜进入细胞间隙。在集合管上皮细胞中，细胞内的H2CO3在无CA的条件下分解生成H+和HCO3-，H2CO3在CA的作用下生成CO2和H2O，H+通过H+—ATP酶转运入管腔；HCO3-通过与基侧膜上Cl-—HCO3-的逆向转运作用，把细胞外的Cl-转运入细胞，细胞内的HCO3-排入细胞外，回收入血。酸中毒时，远端小管和集合管分泌的H+与磷酸盐缓冲系统相互作用，使尿液pH下降到4.8，此时，磷酸盐缓冲系统不能起到缓冲作用，导致近端小管、远端小管和集合管泌NH3增加，以此中和尿液中的H+，生成NH4+从尿液中排出体外（图3-4）。

图3-4 NH+的产生与排泄示意图