1、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C02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
2、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7.357.45，平均值为740。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-basebalance)，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-basedisturbance)。在很多情况下，酸碱平
3、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
4、，酸性物质产生量远远超过碱性物质。 1酸的来源 (1)挥发酸（volatileacid）：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300400L，如果全部与H2O合成H2CO3，并释放H+，相当于每天产H+15mo
5、l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(fixedacid)：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(unvolatileacid)。成人每日由固定酸释放出的H+可达50100mmol，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-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
6、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41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
7、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：含量最多占血液缓冲总量的1/2以上(见表4-2)；该系统可进行开放性调节，碳酸能和体
8、液中溶解的CO2取得平衡而受呼吸的调节；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
9、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(532kPa)，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(107kPa)以上时，呼吸中枢反而受到抑制，产生CO2麻醉（carbondioxidenarcosis）。 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
10、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
11、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Na
12、HCO3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(carbonicanhydrase，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1molH+，也同时在血浆增加1molHCO3-，酸中毒时碳酸
13、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
14、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。 3NH4+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
15、、谷氨酸NH3+-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-酮戊二酸也越多。-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2HCO3-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，使尿液的pH下降到pH48左右，此时磷酸盐缓冲系统不能缓冲时，不仅近曲小管泌NH4+增加，远曲小管和集合管也可泌NH3，可中和尿液中H+，并结合成NH4+从尿中排泄(图4-3)。 总之，
16、肾对酸碱的调节主要是通过肾小管细胞的活动来实现的。肾小管上皮细胞在不断分泌H+的同时，将肾小球滤过的NaHCO3重吸收入血，防止细胞外液NaHCO3的丢失。如仍不足以维持细胞外液NaHCO3浓度，则通过磷酸盐的酸化和泌NH4+生成新的NaHCO3以补充机体的消耗，从而维持血液HCO3+的相对恒定。如果体内HCO3-含量过高，肾脏可减少NaHCO3的生成和重吸收，使血浆NaHCO3浓度降低。但血液pH值降低、血K降低、血Cl-降低、有效循环血量降低、醛固酮升高及碳酸酐酶活性增强时，肾小管泌H+和重吸收HCO3-增多。 此外，肝可以通过尿素的合成清除NH3调节酸碱平衡，骨骼的钙盐分解有利于对H+的
17、缓冲。 上述四方面的调节因素共同维持体内的酸碱平衡，但在作用时间上和强度上是有差别的。血液缓冲系统反应最为迅速，一旦有酸性或碱性物质入血，缓冲物质就立即与其反应，将强酸或强碱中和转变成弱酸或弱碱，同时缓冲系统自身被消耗，故缓冲作用不易持久；肺的调节作用效能大，也很迅速，在几分钟内开始，30分钟时达最高峰，通过改变肺泡通气来控制血浆H2CO3浓度的高低，但仅对CO2有调节作用，不能缓冲固定酸；细胞内液的缓冲作用强于细胞外液，约34小时后才发挥调节作用，通过细胞内外离子的转移来维持酸碱平衡，但可引起血钾浓度的改变；肾脏的调节作用发挥较慢，常在酸碱平衡紊乱发生后1224小时才发挥作用，但效率高，作用
18、持久，对排出非挥发酸及保留NaHCO3有重要作用。 第二节反映酸碱平衡的常用指标及意义 一 、 pH和H+浓度 pH和H+浓度是酸碱度的指标，由于血液中H+很少，因此广泛使用H+浓度的负对数即pH来表示，pH是表示溶液中酸碱度的简明指标。 动脉血pH受血液缓冲对的影响，特别是H2CO3及HCO3-的影响。血气分析仪可直接用pH和CO2电极测出pH或H+及PaCO2，并根据Henderson-Hassalbach方程式计算出HCO3-量。 从以上可得出pH或H+主要取决于HCO3-与H2CO3（PaCO2）比值。正常人动脉血pH为7.357.45平均值是7.40，凡pH低于7.35为失代偿性酸中
19、毒；凡pH高于7.45为失代偿性碱中毒，但动脉血pH本身不能区分酸碱平衡紊乱的类型，不能判定是代谢性的还是呼吸性的。pH值在正常范围内，可以表示酸碱平衡正常，也可表示处于代偿性酸、碱中毒阶段，或同时存在混合型酸、碱中毒，使pH变动相互抵消。所以进一步测定PaCO2(计算出H2CO3)和HCO3-是非常重要的。 二 、 动脉血C02分压 动脉血CO2分压是血浆中呈物理溶解状态的CO2分子产生的张力。由于CO2通过呼吸膜弥散快，动脉血CO2分压(PaCO2)相当于肺泡气CO2分压(PACO2)，因此测定PaCO2可了解肺泡通气量的情况，即PaCO2与肺泡通气量成反比，通气不足PaCO2升高；通气过
20、度PaCO2降低，所以PaCO2是反映呼吸性酸碱平衡紊乱的重要指标。正常值为3346mmHg(4.396.25kPa)，平均值为40mmHg(5.32kPa)。PaCO246mmHg(6.25kPa)，表示肺通气不足，有CO2潴留，见于呼吸性酸中毒或代偿后代谢性碱中毒。 三 、 标准碳酸氢盐和实际碳酸氢盐 标准碳酸氢盐(standardbicarbonate,SB)是指全血在标准条件下，即PaCO2为40mmHg(5.32kPa)，温度38，血红蛋白氧饱合度为100测得的血浆中HCO3-的量。由于标准化后HCO3-不受呼吸因素的影响，所以是判断代谢因素的指标，正常范围是2227mmol/L，平
21、均为24mmol/L。SB在代谢性酸中毒时降低，代谢性碱中毒时升高。但在呼吸性酸或碱中毒时，由于肾脏的代偿作用，也可以继发性增高或降低。实际碳酸氢盐(actualbicarbonate，AB)是指在隔绝空气的条件下，在实际PaCO2、体温和血氧饱和度条件下测得的血浆HCO3-浓度。因而受呼吸和代谢两方面的影响，正常人AB与SB相等。两者数值均低表明有代谢性酸中毒；两者数值均高表明有代谢性碱中毒；AB与SB的差值反映了呼吸因素对酸碱平衡的影响。若SB正常，而当ABSB时，表明有CO2滞留，可见于呼吸性酸中毒；反之AB16mmolL，作为判断是否有AG增高代谢性酸中毒的界限。常见于固定酸增多的情况
22、：如磷酸盐和硫酸盐潴留、乳酸堆积、酮体过多及水杨酸中毒、甲醇中毒等。AG增高还可见于与代谢性酸中毒无关的情况下，如脱水、使用大量含钠盐的药物和骨髓瘤病人释出本周氏蛋白过多的情况下。 AG降低在诊断酸碱失衡方面意义不大，仅见于未测定阴离子减少或未测定阳离子增多，如低蛋白血症等。 第三节 单纯性酸碱平衡紊乱 一 、 代谢性酸中毒 代谢性酸中毒(metabolicacidosis)是指细胞外液H+增加和（或）HCO3-丢失而引起的以血浆HCO3-减少为特征的酸碱平衡紊乱。 (一)原因和机制 1HCO3-直接丢失过多胰液、肠液和胆液中碳酸氢盐含量均高于血浆，在严重腹泻、肠道瘘管或肠道引流等均可引起Na
23、HCO3大量丢失；型肾小管酸中毒(renaltubularacidosis-，RTA型)由于Na+-H+转运体功能障碍，碳酸酐酶活性降低，HCO3-在近球小管重吸收减少，尿中排出增多导致血浆HCO3-浓度降低，尿液呈碱性；大量使用碳酸酐酶抑制剂如乙酰唑胺可抑制肾小管上皮细胞内碳酸酐酶活性，使H2CO3生成减少，泌H+和重吸收HC03-减少；大面积烧伤时大量血浆渗出，也伴有HC03-丢失。 2固定酸产生过多，HCO3-缓冲消耗：(1)乳酸酸中毒(1acticacidosis)：任何原因引起的缺氧，都可以使细胞内糖的无氧酵解增强而引起乳酸增加，发生乳酸性酸中毒。常见于休克、心搏骤停、低氧血症、严重
24、贫血、肺水肿、氧化碳中毒和心力衰竭等。此外严重的肝疾患使乳酸利用障碍均可引起血浆乳酸过高。 (2)酮症酸中毒(keto-acidosis)：见于体内脂肪被大量动员的情况下，常见于糖尿病、饥饿和酒精中毒等。糖尿病时由于胰岛素不足，使葡萄糖利用减少，脂肪分解加速，大量脂肪酸进入肝，形成过多的酮体(其中-羟丁酸和乙酰乙酸为酸性物质)，超过了外周组织的氧化能力及肾排出能力时可发生酮症酸中毒。在饥饿或禁食情况下，当体内糖原消耗后，大量动用脂肪供能，也可出现酮症酸中毒。 3外源性固定酸摄入过多，HCO3-缓冲消耗 (1)水杨酸中毒：大量摄入阿司匹林(乙酰水杨酸)可引起酸中毒，经缓冲HCO3-浓度下降，水杨
25、酸根潴留。 (2)含氯的成酸性药物摄入过多：长期或大量服用含氯盐类药物，如氯化铵、盐酸精氨酸或盐酸赖氨酸，在体内易解离出HCl。如氯化铵，经肝合成尿素，并放出HCl。 4肾脏泌氢功能障碍在严重肾功能衰竭患者，体内固定酸不能由尿中排泄，特别是硫酸和磷酸在体内积蓄，H+浓度增加导致HCO3-浓度降低，硫酸根和磷酸根浓度在血中增加；重金属（汞、铅等）及药物（磺胺类）的影响，使肾小管排酸障碍，而肾小球功能一般正常。 5血液稀释，使HCO3-浓度下降见于快速输入大量无HCO3-的液体或生理盐水，使血液中HCO3-稀释，造成稀释性代谢性酸中毒。 6高血钾各种原因引起细胞外液K+增多时，K+与细胞内H+交换
26、，引起细胞外H+增加，导致代谢性酸中毒。这种酸中毒时体内H+总量并未增加，H+从细胞内逸出，造成细胞内H+下降，故细胞内呈碱中毒，在远曲小管由于小管上皮泌H+减少，尿液呈碱性。 （二）分类 根据AG值的变化，将代谢性酸中毒分为两类：AG增高型代谢性酸中毒和AG正常型代谢性酸中毒。 1AG增高型代谢性酸中毒是指除了含氯以外的任何固定酸的血浆浓度增大时的代谢性酸中毒。如乳酸酸中毒，酮症酸中毒，磷酸和硫酸排泄障碍在体内蓄积和水杨酸中毒等。其固定酸的H+被HCO3-缓冲，其酸根(乳酸根、羟丁酸根、乙酰乙酸根、H2PO4-、SO42-、水杨酸根)增高。这部分酸根均属没有测定的阴离子，所以AG值增大而Cl
27、-值正常，故又称正常血氯代谢性酸中毒。(图4-6C) 2.AG正常型代谢性酸中毒当HCO3-浓度降低而同时伴有C1浓度代偿性升高时，则呈AG正常型或高血氯性代谢性酸中毒(图4-6B)。常见于消化道直接丢失HCO3-，轻度或中度肾功能衰竭，泌H+减少；肾小管性酸中毒重吸收HCO3-减少或泌H+障碍，使用碳酸酐酶抑制剂以及含氯的酸性盐摄入过多的情况下。(三)机体的代偿 体液的缓冲系统、肺、细胞内外离子的交换和肾的调节是维持酸碱平衡的重要机制，也是发生酸碱平衡紊乱后机体进行代偿的重要环节。代谢性酸中毒时，机体的代偿调节主要表现为： 1血液的缓冲及细胞内外离子交换的缓冲代偿调节作用代谢性酸中毒时，机体
28、各种缓冲调节功能都参与代偿。细胞外液H+增加后，血浆缓冲系统立即进行缓冲，HCO3-及其它缓冲碱不断被消耗，24小时后，约1/2H+，通过离子交换方式进入细胞内被细胞内缓冲系统缓冲，K+从细胞内逸出，导致酸中毒并易引起高血钾。 除了细胞内外缓冲代偿外，代谢性酸中毒功能代偿主要靠肺和肾的调节，特别是肺的调节十分迅速和强大。 2肺的代偿调节作用血液H+浓度增加pH降低可通过刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器，反射性引起呼吸中枢兴奋，增加呼吸的深度和频率，明显地改变肺的通气量。代谢性酸中毒当pH由7.4降到7.0时，肺泡通气量由正常4Lmin增加到30Lmin以上，呼吸加深加快是代谢性酸中毒的主要临床表现，其代偿意义是使血液中H2CO3浓度(或PaCO2)继发性降低，维持HCO3-H2CO3的比值接近正常，使血液pH趋向正常。呼吸的代偿反应是非常迅速的，一般在酸中毒10分钟后就出现呼吸增强，30分钟后即达代偿，1224小时达代偿高峰，代偿最大极限是PaCO2降到10mmHg(1.33kPa)。 3
