為了維持體內平衡，人體采用了許多生理適應方法。其中之一是保持酸堿平衡。

     在沒有病理狀態(tài)的情況下，人體的pH值在7.35至7.45之間，平均值為7.40。為什么要這個數(shù)字？為什么不使用中性值7.0而不是弱堿性值7.40？此pH值對于許多生物過程來說都是理想的，其中最重要的一個就是對血液的氧合。同樣，體內許多生化反應的中間體在中性pH值下也被離子化，這使得這些中間體的利用更加困難。

低于7.35的pH是酸血癥，而高于7.45的pH是堿血癥。由于將pH值維持在所需范圍的重要性，因此人體具有補償機制。該討論旨在提供對體內酸堿平衡的基本理解，同時提供一種系統(tǒng)的方法來接近表現(xiàn)出導致pH值改變的患者。

人體會遇到四種主要的基于酸的疾?。捍x性酸中毒，代謝性堿中毒，呼吸性酸中毒和呼吸性堿中毒。如果出現(xiàn)其中一種情況，人體應以相反狀態(tài)引起平衡。例如，如果一個人正在經歷代謝性酸血癥，他們的身體將試圖誘發(fā)呼吸性堿中毒來彌補。很少有補償使pH完全在7.4正常的。當使用術語酸血癥或堿血癥時，總的說來，pH分別為酸性或堿性。盡管不是必需的，但由于可能同時發(fā)生多個不平衡情況，因此使用此術語來區(qū)分各個過程和患者的總體pH狀態(tài)可能很有用。

分子水平

在細胞水平上對呼吸的基本理解對于理解人體中的酸堿平衡很重要。有氧細胞呼吸對人類生命是必不可少的。人類的細胞是專性需氧性的。盡管單個細胞可以進行無氧呼吸，但為了維持生命，必須存在氧氣。有氧細胞呼吸的副產物之一是二氧化碳。表示有氧細胞呼吸的簡化化學方程式為：

C6H12O6（葡萄糖） 6O2-> 6CO2 6H20 能量（38個ATP分子和熱量）

細胞呼吸的第一階段是糖酵解，它吸收六碳的葡萄糖并將其分解為兩個丙酮酸分子，每個丙酮酸分子包含三個碳。糖酵解使用兩個ATP并生成四個ATP，這意味著它會生成兩個凈ATP。該過程不需要氧氣發(fā)生。由于患者通常缺乏營養(yǎng)，因此值得注意的是，鎂是糖酵解中兩個反應的輔助因子。

最終，丙酮酸分子被氧化并進入TCA循環(huán)。TCA循環(huán)從NAD 生成NADH，從FAD生成FADH2，以及兩個ATP分子。這是一個有氧過程，需要氧氣。丙酮酸被帶入線粒體并形成乙酰輔酶A，并損失了二氧化碳。然后在呼氣過程中呼出多余的二氧化碳。

有氧細胞呼吸的最后一步是電子傳輸鏈（ETC）。ETC產生了細胞呼吸中產生的大部分ATP，其中產生了34個ATP分子。為了使ETC反應發(fā)生，需要氧氣。如果沒有足夠的氧氣，則糖酵解的產物會進行稱為發(fā)酵的反應，以產生ATP。發(fā)酵的副產物是乳酸。在糖酵解和TCA周期中，NAD 還原為NADH，F(xiàn)AD還原為FADH2。還原的特征在于電子的增益。這就是驅動ETC的原因。對于葡萄糖的每個單分子，十個NAD 分子將轉化為NADH分子，從而在ETC中每個產生三個ATP分子。

有氧細胞呼吸的這一過程表征了人類為何需要氧氣。當沒有足夠的氧氣存在時，無氧呼吸使身體產生一些ATP。但是，此過程僅生成兩個ATP，而有氧呼吸生成的是38 ATP。每個反應中的兩個ATP分子不足以維持生命。

如上所述，二氧化碳是TCA循環(huán)的副產物。該二氧化碳有助于體內酸堿平衡，可通過以下反應證明：

CO2 H20 <-> H2C03 <-> HCO3^-  H

細胞呼吸過程中形成的二氧化碳與水結合生成碳酸。然后碳酸分解成碳酸氫根和氫離子。這種反應是人體中許多緩沖系統(tǒng)之一。它可以抵抗pH的劇烈變化，從而使人可以保持在狹窄的生理pH范圍內。該緩沖系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，也就是說，反應的所有成分都存在于人體中，并轉移到適合環(huán)境的方程式的一邊。這種反應可以而且確實在沒有酶的情況下發(fā)生。但是，碳酸酐酶是有助于該過程的酶。它催化上面的第一反應形成碳酸，然后可以自由解離為碳酸氫根和氫離子。碳酸酐酶位于紅細胞，腎小管，胃粘膜，

人體內的其他緩沖系統(tǒng)包括磷酸鹽緩沖系統(tǒng)、蛋白質和血紅蛋白。所有這些都含有接受氫離子的堿，這些氫離子可以防止pH值驟降。磷酸鹽緩沖系統(tǒng)雖然在全球范圍內存在，但對調節(jié)尿液pH值很重要。蛋白質有助于細胞內pH值的調節(jié)。紅細胞利用上述反應幫助血紅蛋白緩沖；二氧化碳可以擴散到紅細胞中，并與水結合。僅此一點就會導致氫離子的增加；然而，血紅蛋白可以結合氫離子。血紅蛋白也可以結合二氧化碳而不發(fā)生這種反應。這取決于與血紅蛋白結合的氧氣量。這叫做霍爾丹效應和玻爾效應。當血紅蛋白被氧飽和時，它對二氧化碳和氫離子的親和力較低，并能釋放出來。

涉及的器官系統(tǒng)

人體的每個器官系統(tǒng)都依賴于pH平衡。但是，腎系統(tǒng)和肺系統(tǒng)是兩個主要調節(jié)因子。肺部系統(tǒng)使用二氧化碳調節(jié)pH；到期時，二氧化碳會散發(fā)到環(huán)境中。由于二氧化碳在與水結合時會在體內形成碳酸，因此二氧化碳的釋放會導致pH值升高或降低。當利用呼吸系統(tǒng)補償代謝性pH值紊亂時，這種影響會在幾分鐘到幾小時內發(fā)生。

腎臟系統(tǒng)通過吸收碳酸氫鹽并排泄固定酸來影響pH值。不論是由于病理原因還是必要的補償，腎臟都會排泄或重新吸收這些會影響pH值的物質。腎單位是腎臟的功能單位。被稱為腎小球的血管會將血液中發(fā)現(xiàn)的物質輸送到腎小管，以便可以將其中一些過濾掉，而另一些則重新吸收到血液中并進行回收。對于氫離子和碳酸氫根來說是這樣。如果碳酸氫鹽被重新吸收和/或尿液中分泌酸，則pH值會變得更堿性（升高）。當不吸收碳酸氫鹽或不將酸排泄到尿液中時，pH值會變得更酸性（降低）。腎臟系統(tǒng)的代謝補償需要更長的時間：幾天而不是幾分鐘或幾小時。

功能

人體的生理pH對于生命所必需的許多過程至關重要，這些過程包括將氧氣輸送到組織，正確的蛋白質結構以及無數(shù)依賴正常pH達到平衡和完全生化反應。

氧氣輸送到組織

氧解離曲線是描繪氧分壓與血紅蛋白飽和度之間關系的曲線圖。該曲線涉及血紅蛋白將氧氣輸送到組織的能力。如果曲線向左移動，則p50減小，這意味著飽和血紅蛋白50％所需的氧氣量減少，并且血紅蛋白對氧氣的親和力增加。堿度范圍內的pH值會引起這種左移。pH值降低時，曲線向右移動，表示血紅蛋白對氧氣的親和力降低。

蛋白質結構

很難夸大蛋白質在人體中的重要性。它們構成離子通道，在我們大部分疏脂的身體中攜帶必要的親脂性物質，并參與無數(shù)的生物學過程。為了使蛋白質完成必要的功能，它們必須處于正確的構型。蛋白質上的電荷使它們的適當形狀存在。當pH值超出生理范圍而改變時，這些電荷也會改變。蛋白質被變性導致結構上的有害變化，從而導致適當功能的喪失。

生化過程

整個人體中，許多化學反應處于平衡狀態(tài)。前面提到的最重要的方程之一是：

H₂0 CO₂ <-> H₂CO₃ <-> H    HCO3^-

Le Chatelier原理指出，當改變濃度，壓力或溫度的變量時，處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)將做出相應反應以恢復新的穩(wěn)態(tài)。對于上述反應，這表明如果產生更多的氫離子，則方程將向左移動，從而形成更多的反應物，并且系統(tǒng)可以保持平衡。這就是補償性pH機制的工作方式。如果存在代謝性酸中毒，則腎臟不能排泄足夠的氫離子和/或不能吸收足夠的碳酸氫鹽。呼吸系統(tǒng)的反應是通過增加分鐘通氣量（通常通過增加呼吸頻率）并消耗更多的二氧化碳來恢復平衡。

相關測試

動脈血氣（ABG）采樣是經常在住院環(huán)境中進行的一項測試，以評估患者的酸堿狀態(tài)。使用針頭從通常是often動脈的動脈中抽血，然后對血液進行分析以確定諸如pH，pCO2，pO2，HCO3，氧飽和度等參數(shù)。這使醫(yī)師可以更好地了解患者的狀況。ABG對重癥患者尤其重要。它們是適應呼吸機上患者需求的主要工具。以下是ABG上最重要的正常值：

pH = 7.35至7.45

pCO2 = 35至45 mmHg

pO2 = 75至100 mmHg

HCO3- = 22至26 mEq / L

氧氣飽和度=大于95％

快速有效地讀取ABG的能力（尤其是在住院醫(yī)學方面）對于高質量的患者治療至關重要。

看看pH值

確定是酸中毒，堿中毒還是在生理范圍內

PaCO2水平決定呼吸作用；高水平表示呼吸系統(tǒng)正在降低pH值，反之亦然。

HCO3-水平表示代謝/腎臟作用。升高的HCO3-會提高pH值，反之亦然。

如果pH呈酸性，請尋找與較低pH對應的數(shù)字。如果是呼吸性酸中毒，則CO2應較高。如果患者正在通過代謝進行補償，則HCO3-也應很高。代謝性酸中毒的HCO3-含量較低。

如果pH呈堿性，請再次確定是哪個值引起的。呼吸性堿中毒將意味著二氧化碳含量低；代謝性堿中毒應使HCO3-升高。使用這兩種系統(tǒng)的補償都會相反地反映出來；對于呼吸性堿中毒，新陳代謝反應應為低HCO3-，對于代謝性堿中毒，則呼吸反應應為高CO2。

如果pH值在生理范圍內，但PaCO2不在正常范圍內，則可能是混合疾病。而且，補償并不總是發(fā)生的。這是臨床信息變得至關重要的時候。

有時很難確定患者是否患有混合疾病。

在分析患者的酸堿狀態(tài)時要執(zhí)行的其他重要測試包括測量電解質水平和腎功能的測試。這有助于臨床醫(yī)生收集可用于確定酸堿失衡的確切機制以及導致疾病的因素的信息。

病理生理學

陰離子間隙增加代謝性酸中毒

原發(fā)性代謝性酸中毒，即原發(fā)性酸堿失調，有許多原因。將它們分成引起高陰離子間隙的那些和不引起高陰離子間隙的那些。血漿陰離子間隙是幫助臨床醫(yī)生確定代謝性酸中毒原因的一種方法。當存在代謝性酸中毒時，將測量血液中的某些離子，這些離子有助于確定酸血癥的病因。每當碳酸氫鹽由于與先前連接到共軛堿上的氫離子結合而丟失時，陰離子間隙就會增加。當碳酸氫鹽與氫離子結合時，結果是碳酸（H2CO3）。共軛堿可以是不是碳酸氫鹽或氯化物的任何帶負電荷的離子。

陰離子間隙的公式為：[Na]-（[Cl] [HCO3]）

人類是電中性的，但并未測量所有陽離子和陰離子。正常的陰離子間隙等于8 ±4。該陰離子未在公式中說明，這是間隙不接近零的很大原因。白蛋白通常為4 mg / dL。由于白蛋白對陰離子間隙的巨大影響，如果患者的白蛋白水平異常，則他們預期的陰離子間隙將不準確?？梢允褂煤唵蔚臄?shù)學來糾正。正常陰離子間隙和白蛋白水平相差三倍（正常陰離子間隙為12，正常白蛋白為4 mg / dL）。如果患者的陰離子間隙為24，則意味著存在12個單位的共軛堿，這通常不是氫離子與碳酸氫根的結合所致。如果同一位患者的白蛋白水平為3mg/dL，   

分析離子對pH改變的貢獻的更復雜方法是強離子差/強離子間隙。該方法強調其他離子對酸堿平衡的影響，對于了解酸堿平衡非常有用。但是，這種方法比標準陰離子間隙更繁重，并且需要進行更多的計算。因此，許多人認為其在臨床實踐中的使用受到限制。

傳統(tǒng)上，助記符MUDPILES用于教學生有關高陰離子間隙代謝性酸中毒的原因。MUDPILES代表甲醇，尿毒癥，糖尿病性酮癥酸中毒，乙醛，感染，乳酸性酸中毒，乙二醇和水楊酸酯。已建議使用一種新的助記符GOLDMARK進行改進。GOLDMARK是乙二醇（乙烯和丙烯），氧代脯氨酸，乳酸鹽，甲醇，阿司匹林，腎衰竭。如果患者的陰離子間隙超過12，這些助記符將有助于記住造成疾病的可能原因。

陰離子間隙代謝性酸中毒

如果酸中毒涉及正常的陰離子間隙，則將丟失碳酸氫鹽，而不是增加氫離子的量，同時增加氯離子。為了保持生理中性狀態(tài)，氯離子遷移出細胞并進入細胞外空間。這會導致患者的血清氯化物增加，并使陰離子間隙保持在正常水平。這意味著沒有異常陰離子間隙的代謝性酸中毒也是高氯代謝性酸中毒。沒有增加陰離子間隙的代謝性酸中毒是由許多過程引起的，包括嚴重腹瀉，I型腎小管酸中毒（RTA），長期使用碳酸酐酶抑制劑和抽吸胃內容物。當患者的離子間隙狹窄時發(fā)生高氯酸中毒， 以下是尿陰離子間隙的等式，其中Na為鈉，K為鉀，Cl為氯：（Na K）– Cl

腎臟系統(tǒng)試圖通過將銨（NH4 ）排入尿液來改善病理性代謝性酸中毒的影響。UAG在20到90 mEq /L之間表示NH4 分泌較低或正常。-20 mEq/L和-50 mEq/L之間的一個值表明代謝性酸中毒的主要原因是長時間的嚴重腹瀉。

與代謝性酸中毒一起使用的另一個重要公式是Winter公式。該公式為臨床醫(yī)生提供了預期的PCO2值。這很重要，因為可能存在另一種酸堿紊亂。

Winter公式為：

預期的PCO2 =（1.5 X HCO3） 8±2

如果PCO2值在預期PCO2范圍內，則沒有混合障礙，只有呼吸補償。當該值低于或高于預期時，則存在混合性酸堿失衡；較低表示呼吸性堿中毒，較高表示呼吸性酸中毒。Winter公式的捷徑是pH ±2的最后兩位大約等于預期的PCO2。

呼吸性酸中毒

在呼氣過程中，細胞呼吸產生的二氧化碳被投射到環(huán)境中。在人體中，二氧化碳通過碳酸酐酶與水結合并形成碳酸，其分解為氫離子和碳酸氫根。這就是為什么呼吸頻率降低會導致pH值降低的原因。呼出的二氧化碳越多，用于該反應的二氧化碳就越少。

呼吸性酸中毒是原發(fā)性疾病，通常由換氣不足引起。這可能是由多種原因引起的，包括慢性阻塞性肺疾病，鴉片濫用/過量，嚴重肥胖和腦損傷。當發(fā)生呼吸性酸中毒時，代謝反應應是通過腎臟系統(tǒng)增加碳酸氫鹽的量。這種情況并不總是會發(fā)生，腎臟生理反應受阻，從而誘導病理反應的出現(xiàn)，增加患者的危險。

代謝性堿中毒

代謝性堿中毒也可以分為兩個主要類別，以幫助確定病因：氯化物反應性和非氯化物反應性。在非氯化物反應性代謝性堿中毒中，尿中的氯化物<20 mEq / L。一些原因包括嘔吐，血容量不足和利尿劑使用。

呼吸性堿中毒

導致二氧化碳呼氣增加的任何病理都會導致呼吸性堿中毒。當過量的CO2過期時，由于產生的碳酸較少，人體的pH值升高。在生理上，適當?shù)难a償是減少由腎系統(tǒng)產生的碳酸氫鹽的量。呼吸性堿中毒的一些原因包括過度換氣引起的驚恐發(fā)作，肺栓塞，肺炎和水楊酸鹽中毒。

臨床意義

人體中的酸堿平衡是最重要的生理過程之一。酸堿平衡的臨床意義是很難否認的。某些最常見的醫(yī)院入院是由于可能危及酸堿平衡的疾病。這就是為什么對臨床醫(yī)生而言，重要的是要理解維持人體穩(wěn)態(tài)的基本原理。

---In: StatPearls [Internet]. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing; 2020 Jan.2019 Jun 16.