酸碱平衡及其调节

第一节　酸碱平衡及其调节

一、酸与碱的概念及其来源

（一）酸与碱的概念

在生物化学反应中，凡能释放H＋的化学物质称为酸，如HCl、H2SO₄、H2CO₃和等；凡能接受H^＋的化学物质称为碱，如OH-、、、NH3等。

（二）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在物质代谢的过程中产生的，少量来自食物和药物。在普通膳食条件下，机体所产生的酸性物质比碱性物质多，故临床上酸中毒较多见。

1．酸性物质的来源

酸性物质主要来自体内代谢产生的挥发酸和非挥发酸（固定酸）。

（1）挥发酸：挥发酸即碳酸，是机体在代谢过程中产生最多的酸性物质。糖、脂肪和蛋白质氧化分解的终产物CO₂与H2O在碳酸酐酶（carbonic anhydrase，CA）催化下生成碳酸（H2CO₃），H2CO₃在肺转变成CO₂排出体外，故称之为挥发酸。

（2）非挥发酸：除H2CO₃以外的酸性物质不能变成气体由肺呼出，只能经肾随尿排出体外，称为非挥发酸或固定酸。非挥发酸主要来源于蛋白质的分解，例如：含硫氨基酸（蛋氨酸、胱氨酸及半胱氨酸等）分解生成的硫酸；含磷化合物（磷蛋白、磷脂及核酸等）分解生成的磷酸；嘌呤类化合物分解生成的尿酸；糖、脂肪代谢过程中产生的多种有机酸（丙酮酸、乳酸、β^-羟丁酸和乙酰乙酸等）。

机体有时还会摄入一些酸性物质，包括服用酸性药物，如氯化铵、水杨酸等，这成为体内酸性物质的另一来源。

2．碱性物质的来源

碱性物质主要来源于食物中含有的有机酸盐，如枸橼酸钠、苹果酸钠等，其次来源于机体在代谢过程中所产生的碱性物质，如HCO-₃、氨基酸脱氨基所产生的氨等。

二、机体对酸碱平衡的调节

机体不断生成或摄取酸、碱性物质，但体液的pH值不会发生明显变化，这是因为机体通过体液的缓冲系统、肺和肾对酸碱平衡的调节来维持pH值的稳定。细胞外液的pH值主要取决于［HCO-₃］/［H₂CO₃］的比值，当［HCO^-₃］/［H₂CO₃］的比值为20/1时，pH＝7．4。

（一）血液缓冲系统的调节

所谓缓冲系统是指由弱酸（缓冲酸）及其相对应共轭碱（缓冲碱）组成的混合溶液。血液缓冲系统的组成：①血浆缓冲对：NaHCO₃/H2CO₃、Na₂HPO₄/NaH2PO₄、NaPr/HPr。②红细胞中的缓冲对：KHCO₃/H2CO₃、K₂HPO₄/KH2PO₄、KPr/HPr、KHbO₂/HHbO₂。血液缓冲系统的作用是通过接受H＋或释放H＋，将强酸或强碱变成弱酸或弱碱，减轻pH值变动的程度。血液缓冲系统的调节特点为调节迅速，但维持短暂。

（二）肺的调节作用

肺通过改变呼吸运动的频率和幅度来调节肺泡通气量进而调节CO₂的排出量，使血浆中［HCO-₃］/［H2CO₃］的比值维持在正常范围，以保持血液pH值稳定。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。

1．呼吸运动的中枢调节

延髓呼吸中枢化学感受器对动脉血CO₂分压（PaCO₂）的变化非常敏感，PaCO₂升高可增加脑脊液H＋的含量，兴奋呼吸中枢，使呼吸加深、加快，从而使CO₂由肺排出增多，血浆中［H2CO₃］相应降低，保持pH值正常。但CO₂对呼吸中枢的兴奋作用是有限度的，当PaCO₂超过80mmHg（10．7kPa）时，呼吸中枢受抑制产生“CO₂麻醉”（carbon dioxide narcosis），使肺通气减少，丧失上述的调节功能。

2．呼吸运动的外周调节

主动脉体和颈动脉体的外周化学感受器可感受动脉血氧分压（PaO₂）、血pH值和PaCO₂的刺激。当PaO₂、pH值降低或PaCO₂升高时，通过外周化学感受器反射性兴奋呼吸中枢，使呼吸加深、加快，增加CO₂排出量。

图5-1　肾对酸碱平衡的调节

（三）肾的调节作用

肾主要通过排酸、保碱作用来调节血浆HCO-₃的含量，维持血浆中pH值的相对稳定（图5-1）。肾排酸、保碱的重要环节：①NaHCO₃重吸收：肾小管上皮细胞生成和排泌H^＋或NH₃，甚至排出K^＋，与原尿中的Na^＋进行交换（H^＋-Na^＋交换、-Na^＋交换、K^＋-Na^＋交换），而重吸收NaHCO₃回流入血。若［H^＋］增高时，肾小管上皮细胞碳酸酐酶活性增强，肾小管重吸收NaHCO₃增多，从而使血浆［］增高来调节。②磷酸盐的酸化：肾小管上皮细胞排泌的H＋与肾小管滤液中的Na₂HPO₄（碱性）结合，形成的NaH₂PO₄（酸性）随尿液排出体外。当尿液pH值降至4．8时，滤液中的碱性磷酸盐已全部酸化，难以增加H^＋的排泄，因此其缓冲作用是较为有限的。③的排泄：肾小管上皮细胞排泌的H^＋与其排泌的NH3结合形成随尿液排出体外，生成与排出具有pH值依赖性，它的排出量随着酸中毒的加重而增多。

一般尿液的pH值与血浆的变化相同，而正常人终末尿的pH值在4．4～8．2范围内变动（平均为6．0）。终末尿pH值降至4．8时，］/［］的比值由原尿的4∶1降至1∶99，可见肾能排出过多的酸以维持体液pH值在正常范围内。

酸碱平衡紊乱时肾的调节特点是作用强大而持久，但发挥作用较慢，因此对慢性酸碱平衡紊乱有调节作用，对代谢性和呼吸性酸碱平衡紊乱也可发挥作用。

（四）组织细胞对酸碱平衡的调节

机体组织细胞主要通过细胞内、外离子交换对酸碱平衡进行调节，如H＋-K＋交换、H^＋-Na^＋交换，红细胞、肌细胞和骨组织细胞均能发挥这种作用。如酸中毒时，细胞外液H^＋可弥散入细胞内，细胞内K^＋则移出细胞外，使细胞外液H＋浓度降低，但常导致血清K^＋浓度升高；碱中毒时则相反，会导致血清K＋浓度降低。由此可见，酸碱平衡紊乱与钾代谢之间有着密切的联系。组织细胞的缓冲能力较强，3～4h即可发挥作用，其缺点是可导致高钾血症。Cl^--的交换也很重要。Cl^-自由交换阴离子，当HCO-₃浓度升高时，机体通过加强Cl^--交换促使排出。