体液酸碱平衡

出处：按学科分类—医药、卫生 军事医学科学出版社《临床实用补液手册》第18页（4688字）

一、酸碱平衡概述

化学上规定凡是在溶液中能释放出H⁺的物质即是酸，例如H₂CO₃、HCl、H₂SO₄等。用正常人动脉血中H⁺浓度的负对数即pH值来表示其酸碱度，当溶液中H⁺浓度提高时，pH值下降，提示H⁺浓度的负对数降低，因此血液偏酸性；当H⁺浓度下降时，pH值升高，则血液偏碱性。

正常人体液中维持着比较恒定的酸碱度，其pH值保持在7．35～7．45之间，平均约7．4，略偏碱性，此即体液的酸碱平衡。体内的酸性和碱性物质主要来自于机体代谢，其次也有一部分来自食物、饮料和药物。

1．酸性物质 机体内的糖、蛋白质和脂肪在新陈代谢过程中不断产生酸性物质。这些酸性物质分为两大类，一类为挥发性酸(如碳酸)，一类为非挥发性酸。后者又可分为继续代谢的非挥发性酸(如乳酸、丙酮酸等)和不可继续代谢的非挥发性酸(如磷酸和硫酸等)。另外，服用的药物，如氯化铵在体内亦可产生酸。所以，机体每天必须排出较多的酸性物质，以保持体液的酸碱平衡。

2．碱性物质 机体代谢产生的碱性物质较少，主要是来自食物，特别是蔬菜、瓜果所含的有机酸盐，如乳酸钠(或乳酸钾)、柠檬酸钠(或柠檬酸钾)等。这些盐类的有机酸根在体内可氧化成二氧化碳和水，剩余的钠、钾等阳离子则与血中碳酸氢根离子(HCO₃相结合，使血中碳酸氢钠(NaHCO₃)或碳酸氢钾(KHCO₃)含量增高，所以体液趋于碱性。

二、酸碱平衡的调节

机体血液的pH值能够保持在比较恒定的范围内，保证正常的新陈代谢和生长发育，主要是依靠下面4个方面的调节来维持酸碱平衡。

(一)缓冲系统的调节

1．碳酸氢盐-碳酸系统 是由碳酸氢钠(NaHCO₃)与碳酸(H₂CO₃)所组成，是血液中最主要的一个缓冲系统，承担着机体缓冲能力的50%～55%。在血浆中，HCO₃-与Na⁺的结合量平均约27mmol/L。溶于血浆中的H₂CO₃约1．35mmol/L。这两种物质浓度的正常比是20∶1，即NaHCO₃/H₂CO₃=27/1．35=20∶1。当体内H₊增加(即酸度增加)时，则 NaHCO₃与之结合，放出 CO₂，由肺排出，使酸得到缓冲；当体内碱增多时，则 H₂CO₃与之中和，形成NaHCO₃，由肾脏排出，使碱得到缓冲，因此体液的pH值得以维持在正常范围。

2．磷酸盐缓冲系统 由弱碱磷酸氢二钠(Na₂HPO₄)与弱酸磷酸二氢钠(NaH₂PO₄)所组成。Na₂HPO₄遇到强酸如 HCl时，生成NaH₂PO₄和1分子NaCl；而NaH₂PO₄遇到强碱时，即生成Na₂HPO₄和水，均起到缓冲作用。此缓冲系统的作用部位主要在细胞内，在细胞外液中作用较小。有报道称此缓冲系统可增加细胞外液中NaHCO₃的作用。磷酸盐缓冲系统遇过多的 H₊时，肾小管细胞中的Na₂HPO₄和H₊结合，生成磷酸二氢钠，置换出Na⁺被重吸收并与HCO₃-结合形成NaHCO₃，而原来的H₊以NaH₂PO₄的形式排泄在尿中。

3．还原血红蛋白与氧合血红蛋白系统 由还原血红蛋白(弱碱)与氧合血红蛋白(弱酸)组成，此缓冲系统的作用占体液缓冲系统能力的20%。当组织中的CO₂进入静脉血中时，由 CO₂形成的碳酸浓度比动脉血高，血液的pH 值可稍下降0．02～0．03，但仍保持在正常范围。这是因为红细胞中的氧合血红蛋白有接收某些阴离子的功能，这些阴离子即静脉血中的过多的HCO₃-，机体代谢产生的CO₂约92%是由血红蛋白系统携带或缓冲的。

4．血浆蛋白缓冲系统 是由碱性蛋白钠(Na⁺Protein^-)与酸蛋白(H₊Protein^-)组成的一个缓冲系统。体液中蛋白质有两种存在形式，一为酸形式，一为碱形式，蛋白质在体内所起的生理性调节氢离子浓度的作用是通过运输 CO₂和水来完成的。机体的分解代谢产生大量的CO₂和水。当它们与血浆蛋白缓冲系统相遇时，发生化学反应形成 NaHCO₃和酸蛋白，所产生的酸蛋白比 H₂CO₃的解离度还差，所以起到了缓冲作用。但此缓冲系统的作用较小，只有其他缓冲系统全部动用后，本系统的缓冲作用才有所增加。

(二)肺的调节

CO₂是糖、脂肪和蛋白质在体内分解代谢的产物之一。正常情况下每日产生的 CO₂约为20000mmol(800～900g)，绝大多数由肺脏排出，以维持体内的酸碱平衡。所以，呼吸功能调节的重要性是很明显的。肺主要是通过 CO₂排出或保留来调节血液中H₂CO₃的浓度，以维持 NaHCO₃/H₂CO₃的正常比例关系。肺排出CO₂的过程，直接受延髓呼吸中枢的调节；而呼吸中枢的兴奋和抑制，又随血液中的CO₂分压或H₂CO₃浓度的增减而改变。当血液中CO₂分压增加，或H₂CO₃浓度升高而使 pH值降低时，呼吸中枢随即受到刺激而产生兴奋，通过神经传导使肺换气的速率增加，呼吸运动加深加快。因而，促进肺组织呼出更多的 CO₂，使血液中的H₂CO₃浓度下降，pH 值回升。相反，血液中 CO₂分压降低或H₂CO₃浓度下降时，会导致呼吸中枢抑制，使肺换气速度降低，呼吸运动变浅变慢。结果是CO₂的排出减少，血液中H₂CO₃的浓度回升，使pH值下降恢复到正常波动范围内。在呼吸性调节的原理中，呼吸的深度比速率更为重要。因此，在临床实践中，不仅要注意观察呼吸的频率变化，而且必须注意观察呼吸的深浅，如果肺排出 CO₂发生障碍，以致血中 H₂CO₃浓度异常增加时，就会导致呼吸性酸中毒；反之，如肺排出 CO₂过多时，则会造成呼吸性碱中毒。肺对酸碱平衡的调节表现在以下两个方面：其一是把分解代谢所产生的CO₂(包括体液缓冲系统所携带的)呼出体外；其二是在发生酸碱平衡紊乱时，通过呼出 CO₂的增多或减少，使NaHCO₃与H₂CO₃的比例接近于正常范围，从而得到一定程度的代偿。肺脏对酸碱平衡的调节作用是很重要的。

(三)肾脏的调节

肾脏的作用之一是排出新陈代谢过程中产生的酸(主要是硫酸、磷酸、酮体、乳酸、丙酮酸和乙酰乙酸等)及过多的碳酸氢钠以维持血中碳酸氢钠的正常含量，维持着 NaHCO₃/H₂CO₃=20∶1的正常比例，调节着酸碱平衡。肾脏每天排出酸50～75mmol，当发生急性肾功能不全时，上述酸类即以每天75mmol量的速度在体内蓄积，导致代谢性酸中毒的发生。肾脏对酸碱平衡的调节主要通过以下4个方面来完成。

1．碳酸氢钠的重吸收 正常情况下，血液中的 NaHCO₃经肾小球滤出，在肾小管被重吸收。NaHCO₃的重吸收是通过 Na⁺与H₊的交换而进行的，肾小管的上皮细胞内，自血液弥散进入的CO₂经碳酸酐酶的作用与 H₂O结合成 H₂CO₃，而后 H₂CO₃又解离成H₊和HCO₃-，肾小管细胞内的H₊与肾小管腔内的Na⁺进行交换，Na⁺与HCO₃-结合形成NaHCO₃，返回血浆。H₊与肾小管腔内的HCO₃-结合成H₂CO₃，之后分解成H₂O和CO₂，CO₂扩散回肾小管细胞被再利用。

2．磷酸盐系统中缓冲盐的酸化作用 肾小管腔尿中的磷酸盐系统的Na⁺与肾小管细胞产生的H₊交换，使肾小管腔尿中的磷酸氢二钠(碱性)变成磷酸二氢钠(酸性)，故尿呈酸性。其机理为：血浆中的CO₂进入肾小管细胞与细胞内的水结合，在碳酸酐酶的作用下生成H₂CO₃，进而解离成H₊和HCO₃-，H₊透过肾小管的细胞膜进入到肾小管腔尿中与碱性磷酸盐(Na₂HPO₄)解离后的Na⁺进行交换，碱性磷酸盐变成了酸性磷酸盐(NaH₂PO₄)，使尿酸化，随尿排出体外。Na⁺进入细胞内与 HCO₃-结合形成 NaHCO₃进入血浆。

3．氯化铵的排泄与氢钠交换 在肾小管细胞中，由于谷氨酸酶的作用，使细胞中的谷氨酸氧化分解而形成氨(NH3)。NH3通过细胞膜进入肾小管腔尿中，与盐酸(HCl)结合，形成氯化铵(NH₄C_l)，而后者由尿中排出。肾脏通过这个机理来排出强酸基，起了调节血液酸碱度的作用。NH₄₊的排泄率与尿中H₊浓度成正比。NH3与酸基结合成酸性的铵盐时，滤液中的 Na⁺、K⁺等离子则被代替，吸收回肾小管细胞内和 HCO₃-相结合成 NaHCO₃、KHCO₃等返回血液中，每排泄一个NH3，就带走滤液中的一个H₊，这样就可以促使肾小管细胞排泄H₊，也就增加了Na⁺、K⁺等的回吸收。

4．离子交换和排泄 肾脏远曲小管同时排泄H₊和K⁺，K⁺和H₊交换，如K⁺排泄增加，H₊的排泄就减少，反之如K⁺排泄减少，H₊排泄就增加。肾脏通过这一交换机理来参与保持体液酸碱平衡的稳定。

(四)细胞的缓冲作用(离子交换调节系统)

健康人的细胞缓冲能力比单独血浆缓冲能力高6倍，表明细胞具有强大的缓冲酸碱的作用。细胞的缓冲作用主要是通过离子交换进行的，主要有两种作用方式。

1．氯离子(Cl^-)与碳酸氢根离子(HCO₃-)交换 在红细胞中，当O2与CO₂交换时，即发生Cl^-与HCO₃-的交换。对CO₂增加的反应是阴离子的重新分布。当HCO₃-3为了恢复离子平衡进入血浆时，Cl^-即进入红细胞内。反之，当HCO₃-进入红细胞的量增多时(体内的酸性物质增加时)，Cl^-即被置换而排出。

2．氢、钠与钾之间的交换 实验证明，血浆pH值升高时(即趋于碱中毒)，细胞中的H₊即外出与Na⁺进行交换，从而阻止细胞外液的pH值过度升高；相反，当血浆pH值下降时(即趋于酸中毒)，约有50%的H₊进入细胞内与K⁺、Na⁺进行交换，细胞中钾外出导致血钾升高，此为酸中毒时血钾增高的机理。血钾浓度的变化，亦能影响血液的pH 值，如原发性血钾升高时，K⁺即进入细胞内，同时 H₊、K⁺、Na⁺由细胞内转移到细胞外；当血钾降低时，细胞内K⁺转移到细胞外，Na⁺、H₊即进入细胞内。

总之，体内酸碱平衡的调节，以体液缓冲系统的反应最迅速，几乎立即起反应，将强酸、强碱迅速转变为弱酸、弱碱，但只能起短暂的调节作用。肺的调节略缓慢，其反应约较体液缓冲系统慢10～30min，离子交换更慢些，于2～4h始起作用。肾脏的调节开始最迟，往往需5～6h以后，可是最持久(可达数天)，作用亦最强。肺的调节作用亦能维持较长时间。