血液流经肾小管时促进血浆滤出

酸碱平衡的调节_生物化学

第二节　酸碱平衡的调节

一、血液的缓冲作用

酸性及碱性物质产生或摄入后首先进入血液，由于血液中缓冲物质的调节作用，可以使血液的酸碱度不会发生很大的变化，从而维持在相对稳定的状态。

（一）血液缓冲系统的组成

由一种弱酸（缓冲酸）及其相对应的共轭碱（缓冲碱）组成的混合溶液，称为缓冲系统，它以其中的酸与碱构成缓冲对，具有缓冲酸和碱的能力。

血液的缓冲系统分布于血浆和红细胞中，主要包括碳酸氢盐缓冲系统、磷酸氢盐缓冲系统和蛋白质缓冲系统，具体如表13－1所示。

表13－1　血液的缓冲系统分布

注：＊为主要缓冲对，各缓冲对占血液缓冲系统的百分比为NaHCO₃/H₂CO₃（35%）、KHCO₃/H₂CO₃（18%）、KHb/HHb和KHbO₂/HHbO₂（35%）、KPr/HPr（7%）。

1．碳酸氢盐缓冲系统

碳酸氢盐缓冲系统包括血浆中的NaHCO₃/H2CO₃和红细胞中的KHCO₃/H₂CO₃两种，其中，血浆NaHCO₃/H₂CO₃是血浆中含量最多的缓冲系统，其作用特点如下。①缓冲能力强。对固定酸的缓冲能力达全血缓冲总量的53%。②缓冲潜力大。其缓冲酸成分和缓冲碱成分受肺和肾的调节。③只能缓冲固定酸和碱，不能缓冲挥发酸。④对血液pH值具有决定作用。

缓冲液pH值的计算依据Henderson－Hassalbalch方程式，方程式如下。

代入血浆碳酸氢盐缓冲系统，则

式中，pK₁为H₂CO₃一级解离常数的负对数，在37℃时为6．1，血浆中的［NaHCO₃］为24mmol/L，［H₂CO₃］为1．2mmol/L，代入上式可得以下结果。

由此可见，只要血浆中［NaHCO₃］与［H2CO₃］的比值维持在20/1，血浆pH值就可保持在正常范围，所以血浆碳酸氢盐缓冲系统是最重要的体液缓冲系统。

2．非碳酸氢盐缓冲系统

非碳酸氢盐缓冲系统是指除碳酸氢盐缓冲对以外的各缓冲对，主要缓冲挥发酸，包括以下缓冲系统。①磷酸氢盐缓冲系统（HPO^2－₄/H₂PO－₄），在细胞内液和细胞外液中均有分布，主要在细胞内液发挥缓冲作用；②血浆蛋白质缓冲系统（Pr^－/HPr），只存在于血浆中；③血红蛋白缓冲系统，主要有Hb^－/HHb和HbO₂^－/HHbO₂等，只存在于红细胞中。

此外，骨细胞可作为酸碱平衡调节的缓冲部位，在酸中毒时接受H＋，并释放骨盐（如CaCO₃、CaHPO₄等），参与体液的缓冲作用。

（二）血液缓冲系统的作用

总的来说，酸碱平衡紊乱时，体液缓冲系统以接受H＋或释放H＋的方式，化强酸为弱酸，变强碱为弱碱，以反应迅速、维时短暂的特点，减轻血浆pH值的变动程度。

通常情况下，进入血液的固定酸或固定碱主要由血浆碳酸氢盐缓冲系统进行缓冲；进入血液的挥发酸主要由红细胞血红蛋白缓冲系统进行缓冲。

1．对固定酸的缓冲

当固定酸（HA）进入血液时，首先受血浆缓冲碱（NaHCO₃）作用，接受H^＋，使酸性较强的固定酸转变为酸性较弱的H₂CO₃，并通过血液循环运输到肺且分解为H₂O和CO₂，后者由肺呼出体外，结果血浆pH值的变化不明显。反应式如下：

2．对挥发酸的缓冲

当血液流经组织时，体内代谢产生的二氧化碳扩散入血，大部分进入红细胞，被细胞内丰富的碳酸酐酶（CA）催化生成碳酸，主要由血红蛋白缓冲系统进行缓冲。反应式如下：

3．对碱的缓冲

当碱性物质（BOH）入血后，主要由血浆碳酸氢盐缓冲系统中的H₂CO₃缓冲，化强碱为弱碱，生成BHCO₃和H₂O，并经肾排出，以维持血浆pH值在正常范围内波动。

除此之外，分布于细胞内液的缓冲系统可通过细胞内、外的离子交换（如H^＋－K^＋交换、交换等）进行缓冲，共同使血浆pH值的变动减小。

由以上可知，缓冲酸性物质会消耗血液中的NaHCO₃，增加H2CO₃含量；缓冲碱性物质会消耗血液中的H₂CO₃，增加NaHCO₃含量，血液中的改变会导致血液pH值发生变化，所以仅靠血液的缓冲是不够的，还需依赖其他后续调节机制。

二、肺的调节作用

肺通过改变肺泡通气量及控制CO₂排出量的方式来调节血浆中H₂CO₃浓度，使血浆中接近正常，从而维持血液pH值的相对恒定。这种调节的特点是作用快（数分钟即可启动）、效能最大（约30min达到高峰），只对挥发酸有效。

延髓呼吸中枢通过接受中枢和外周化学感受器的刺激来控制肺泡通气量。当动脉血中二氧化碳分压（PaCO₂）增高，pH值降低时，刺激位于延髓腹外侧表面的中枢化学感受器，使呼吸中枢兴奋，呼吸加深加快，明显增加肺泡通气量（如PaCO₂从正常的40mmHg上升至60mmHg时，肺泡通气量可增加10倍），使CO₂呼出量显著增多，血液中H₂CO₃浓度降低。反之，当动脉血中PaCO₂降低，pH值升高时，抑制延髓呼吸中枢，使呼吸变浅变慢，呼出CO₂的量减少，血液中H₂CO₃浓度升高，以此维持血液中的正常比值，使血液pH值保持相对恒定。所以在临床护理工作中，不但要注意观察患者的呼吸频率，还要注意其呼吸深度。

但肺调节CO₂有一定限度，当PaCO₂超过80mmHg时，呼吸中枢因受到抑制产生CO₂麻醉，上述调节功能丧失。外周化学感受器（如颈动脉体和主动脉体感受器）对氧分压（PaO₂）、血浆pH值及PaCO₂的变化较为迟钝，只有当PaO₂低于60mmHg时才能刺激兴奋呼吸中枢，增加肺泡通气量。

三、肾的调节作用

血液缓冲系统缓冲固定酸的结果，必然会导致血液中NaHCO₃含量降低，肺只能调节挥发酸，要想保持血液对固定酸的缓冲能力，维持碱储是非常必要的。肾可以通过排酸保碱作用来排泄固定酸，以维持血浆中NaHCO₃浓度和正常的pH值。

其作用特点为反应较慢，数小时后发挥作用，3～5d达到高峰，有很强的排酸保碱效能，调节效果持久、彻底。肾的排酸保碱作用主要通过H^＋－Na^＋交换、尿液的酸化和的分泌来实现。

（一）NaHCO₃的重吸收

生理状态下，原尿中NaHCO₃的85%～90%在近端肾小管被重吸收，其余10%～15%在远端肾单位（包括远曲小管和集合管等）被重吸收，随终尿排出体外的仅为0．1%，几乎无NaHCO₃的丢失。

除了H^＋－Na^＋进行交换外，近端肾小管还通过管腔膜H^＋－ATP酶主动将H＋泌至肾小管腔，其泌H＋量约占总泌H＋量的1/3。酸中毒时，这种泌H^＋功能可随病情的加重而不断增强。

图13－1　肾小管H^＋－Na^＋交换、重吸收过程示意图

注：①H^＋－Na^＋反向转运体；②H^＋－ATP酶；③载体；④Na^＋－K^＋－ATP。

（二）尿液的酸化

尿液的酸化也称为磷酸盐的酸化，是指终尿中［Na₂HPO₄］/［NaH₂PO₄］的比值小于血液及原尿中两者的比值，即4∶1，尿液pH值降低。此过程称为尿液的酸化，是肾小管排H^＋的另一种重要方式。

经肾小球滤出进入近曲小管的磷酸盐主要是碱性磷酸盐，当其随滤液流经远曲小管和集合管时，所解离的Na^＋可与上皮细胞主动泌入管腔的H^＋交换，使碱性的Na₂HPO₄转变为酸性的NaH₂PO₄，随尿排出体外。重吸收的Na^＋与上皮细胞内的则生成NaHCO₃回流入血。这种交换使肾小管内［Na₂HPO₄］/［NaH₂PO₄］的比值由原尿的4∶1逐渐下降，滤液pH值逐渐降低，当尿液pH值降至4．8时，比值变为1∶99，说明滤液中Na₂HPO₄基本上全部转化为NaH₂PO₄，磷酸盐已全部酸化，其缓冲能力减弱（图13－2）。

通过尿液的酸化作用，肾排出体内多余的酸并重吸收NaHCO₃，以补充体内缓冲固定酸所消耗的NaHCO₃。肾的排酸量和重吸收NaHCO₃的多少也是随机体的需要量而变动的。

图13－2　肾小管H^＋－Na^＋交换与尿液的酸化示意图

注：①H＋－Na^＋反向转运体；②H^＋－ATP酶；③载体；④Na^＋－K^＋－ATP。

（三）的排泄

图13－3　肾小管H^＋－Na^＋交换与的排泄示意图

综上所述，机体维持酸碱平衡是多种途径综合调节方式作用的结果。当酸碱物质进入血液，首先由血液的缓冲系统进行快速而有效的缓冲，维持了体液pH值的恒定，但血液NaHCO₃和H₂CO₃的含量和比值改变，而血液NaHCO₃和H₂CO₃的含量和比值恢复至20∶1则需通过肺呼出CO₂来调节H₂CO₃的浓度，以及肾通过排出固定酸或碱，调节NaHCO₃的浓度，最终维持和H₂CO₃的含量和正常比值，使机体达到酸碱平衡。