為了維持體內(nèi)平衡，人體采用了許多生理適應(yīng)方法。其中之一是保持酸堿平衡。
在沒(méi)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(gè)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(duì)于許多生物過(guò)程來(lái)說(shuō)都是理想的，其中最重要的一個(gè)就是對(duì)血液的氧合。同樣，體內(nèi)許多生化反應(yīng)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(bǔ)償機(jī)制。該討論旨在提供對(duì)體內(nèi)酸堿平衡的基本理解，同時(shí)提供一種系統(tǒng)的方法來(lái)接近表現(xiàn)出導(dǎo)致pH值改變的患者。
人體會(huì)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(yīng)以相反狀態(tài)引起平衡。例如，如果一個(gè)人正在經(jīng)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(lái)彌補(bǔ)。很少有補(bǔ)償使pH完全在7.4正常的。當(dāng)使用術(shù)語(yǔ)酸血癥或堿血癥時(shí)，總的說(shuō)來(lái)，pH分別為酸性或堿性。盡管不是必需的，但由于可能同時(shí)發(fā)生多個(gè)不平衡情況，因此使用此術(shù)語(yǔ)來(lái)區(qū)分各個(gè)過(guò)程和患者的總體pH狀態(tài)可能很有用。
分子水平
在細(xì)胞水平上對(duì)呼吸的基本理解對(duì)于理解人體中的酸堿平衡很重要。有氧細(xì)胞呼吸對(duì)人類(lèi)生命是必不可少的。人類(lèi)的細(xì)胞是專(zhuān)性需氧性的。盡管單個(gè)細(xì)胞可以進(jìn)行無(wú)氧呼吸，但為了維持生命，必須存在氧氣。有氧細(xì)胞呼吸的副產(chǎn)物之一是二氧化碳。表示有氧細(xì)胞呼吸的簡(jiǎn)化化學(xué)方程式為：
C6H12O6（葡萄糖） 6O2-> 6CO2 6H20 能量（38個(gè)ATP分子和熱量）
細(xì)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(gè)丙酮酸分子，每個(gè)丙酮酸分子包含三個(gè)碳。糖酵解使用兩個(gè)ATP并生成四個(gè)ATP，這意味著它會(huì)生成兩個(gè)凈ATP。該過(guò)程不需要氧氣發(fā)生。由于患者通常缺乏營(yíng)養(yǎng)，因此值得注意的是，鎂是糖酵解中兩個(gè)反應(yīng)的輔助因子。
最終，丙酮酸分子被氧化并進(jìn)入TCA循環(huán)。TCA循環(huán)從NAD 生成NADH，從FAD生成FADH2，以及兩個(gè)ATP分子。這是一個(gè)有氧過(guò)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(guò)程中呼出多余的二氧化碳。
有氧細(xì)胞呼吸的最后一步是電子傳輸鏈（ETC）。ETC產(chǎn)生了細(xì)胞呼吸中產(chǎn)生的大部分ATP，其中產(chǎn)生了34個(gè)ATP分子。為了使ETC反應(yīng)發(fā)生，需要氧氣。如果沒(méi)有足夠的氧氣，則糖酵解的產(chǎn)物會(huì)進(jìn)行稱(chēng)為發(fā)酵的反應(yīng)，以產(chǎn)生ATP。發(fā)酵的副產(chǎn)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(qū)動(dòng)ETC的原因。對(duì)于葡萄糖的每個(gè)單分子，十個(gè)NAD 分子將轉(zhuǎn)化為NADH分子，從而在ETC中每個(gè)產(chǎn)生三個(gè)ATP分子。
有氧細(xì)胞呼吸的這一過(guò)程表征了人類(lèi)為何需要氧氣。當(dāng)沒(méi)有足夠的氧氣存在時(shí)，無(wú)氧呼吸使身體產(chǎn)生一些ATP。但是，此過(guò)程僅生成兩個(gè)ATP，而有氧呼吸生成的是38 ATP。每個(gè)反應(yīng)中的兩個(gè)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(chǎn)物。該二氧化碳有助于體內(nèi)酸堿平衡，可通過(guò)以下反應(yīng)證明：
CO2 H20 <-> H2C03 <-> HCO3- H
細(xì)胞呼吸過(guò)程中形成的二氧化碳與水結(jié)合生成碳酸。然后碳酸分解成碳酸氫根和氫離子。這種反應(yīng)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(nèi)。該緩沖系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，也就是說(shuō)，反應(yīng)的所有成分都存在于人體中，并轉(zhuǎn)移到適合環(huán)境的方程式的一邊。這種反應(yīng)可以而且確實(shí)在沒(méi)有酶的情況下發(fā)生。但是，碳酸酐酶是有助于該過(guò)程的酶。它催化上面的第一反應(yīng)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(xì)胞，腎小管，胃粘膜，
人體內(nèi)的其他緩沖系統(tǒng)包括磷酸鹽緩沖系統(tǒng)、蛋白質(zhì)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(nèi)存在，但對(duì)調(diào)節(jié)尿液pH值很重要。蛋白質(zhì)有助于細(xì)胞內(nèi)pH值的調(diào)節(jié)。紅細(xì)胞利用上述反應(yīng)幫助血紅蛋白緩沖；二氧化碳可以擴(kuò)散到紅細(xì)胞中，并與水結(jié)合。僅此一點(diǎn)就會(huì)導(dǎo)致氫離子的增加；然而，血紅蛋白可以結(jié)合氫離子。血紅蛋白也可以結(jié)合二氧化碳而不發(fā)生這種反應(yīng)。這取決于與血紅蛋白結(jié)合的氧氣量。這叫做霍爾丹效應(yīng)和玻爾效應(yīng)。當(dāng)血紅蛋白被氧飽和時(shí)，它對(duì)二氧化碳和氫離子的親和力較低，并能釋放出來(lái)。
涉及的器官系統(tǒng)
人體的每個(gè)器官系統(tǒng)都依賴(lài)于pH平衡。但是，腎系統(tǒng)和肺系統(tǒng)是兩個(gè)主要調(diào)節(jié)因子。肺部系統(tǒng)使用二氧化碳調(diào)節(jié)pH；到期時(shí)，二氧化碳會(huì)散發(fā)到環(huán)境中。由于二氧化碳在與水結(jié)合時(shí)會(huì)在體內(nèi)形成碳酸，因此二氧化碳的釋放會(huì)導(dǎo)致pH值升高或降低。當(dāng)利用呼吸系統(tǒng)補(bǔ)償代謝性pH值紊亂時(shí)，這種影響會(huì)在幾分鐘到幾小時(shí)內(nèi)發(fā)生。
腎臟系統(tǒng)通過(guò)吸收碳酸氫鹽并排泄固定酸來(lái)影響pH值。不論是由于病理原因還是必要的補(bǔ)償，腎臟都會(huì)排泄或重新吸收這些會(huì)影響pH值的物質(zhì)。腎單位是腎臟的功能單位。被稱(chēng)為腎小球的血管會(huì)將血液中發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)輸送到腎小管，以便可以將其中一些過(guò)濾掉，而另一些則重新吸收到血液中并進(jìn)行回收。對(duì)于氫離子和碳酸氫根來(lái)說(shuō)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(huì)變得更堿性（升高）。當(dāng)不吸收碳酸氫鹽或不將酸排泄到尿液中時(shí)，pH值會(huì)變得更酸性（降低）。腎臟系統(tǒng)的代謝補(bǔ)償需要更長(zhǎng)的時(shí)間：幾天而不是幾分鐘或幾小時(shí)。
功能
人體的生理pH對(duì)于生命所必需的許多過(guò)程至關(guān)重要，這些過(guò)程包括將氧氣輸送到組織，正確的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及無(wú)數(shù)依賴(lài)正常pH達(dá)到平衡和完全生化反應(yīng)。
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(guān)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(dòng)，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(duì)氧氣的親和力增加。堿度范圍內(nèi)的pH值會(huì)引起這種左移。pH值降低時(shí)，曲線向右移動(dòng)，表示血紅蛋白對(duì)氧氣的親和力降低。
蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
很難夸大蛋白質(zhì)在人體中的重要性。它們構(gòu)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(zhì)，并參與無(wú)數(shù)的生物學(xué)過(guò)程。為了使蛋白質(zhì)完成必要的功能，它們必須處于正確的構(gòu)型。蛋白質(zhì)上的電荷使它們的適當(dāng)形狀存在。當(dāng)pH值超出生理范圍而改變時(shí)，這些電荷也會(huì)改變。蛋白質(zhì)被變性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上的有害變化，從而導(dǎo)致適當(dāng)功能的喪失。
生化過(guò)程
整個(gè)人體中，許多化學(xué)反應(yīng)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(dāng)改變濃度，壓力或溫度的變量時(shí)，處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)將做出相應(yīng)反應(yīng)以恢復(fù)新的穩(wěn)態(tài)。對(duì)于上述反應(yīng)，這表明如果產(chǎn)生更多的氫離子，則方程將向左移動(dòng)，從而形成更多的反應(yīng)物，并且系統(tǒng)可以保持平衡。這就是補(bǔ)償性pH機(jī)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(yīng)是通過(guò)增加分鐘通氣量（通常通過(guò)增加呼吸頻率）并消耗更多的二氧化碳來(lái)恢復(fù)平衡。
相關(guān)測(cè)試
動(dòng)脈血?dú)猓?/span>ABG）采樣是經(jīng)常在住院環(huán)境中進(jìn)行的一項(xiàng)測(cè)試，以評(píng)估患者的酸堿狀態(tài)。使用針頭從通常是often動(dòng)脈的動(dòng)脈中抽血，然后對(duì)血液進(jìn)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(duì)重癥患者尤其重要。它們是適應(yīng)呼吸機(jī)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(xué)方面）對(duì)于高質(zhì)量的患者治療至關(guān)重要。
看看pH值
確定是酸中毒，堿中毒還是在生理范圍內(nèi)
PaCO2水平?jīng)Q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(huì)提高pH值，反之亦然。
如果pH呈酸性，請(qǐng)尋找與較低pH對(duì)應(yīng)的數(shù)字。如果是呼吸性酸中毒，則CO2應(yīng)較高。如果患者正在通過(guò)代謝進(jìn)行補(bǔ)償，則HCO3-也應(yīng)很高。代謝性酸中毒的HCO3-含量較低。
如果pH呈堿性，請(qǐng)?jiān)俅未_定是哪個(gè)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(yīng)使HCO3-升高。使用這兩種系統(tǒng)的補(bǔ)償都會(huì)相反地反映出來(lái)；對(duì)于呼吸性堿中毒，新陳代謝反應(yīng)應(yīng)為低HCO3-，對(duì)于代謝性堿中毒，則呼吸反應(yīng)應(yīng)為高CO2。
如果pH值在生理范圍內(nèi)，但PaCO2不在正常范圍內(nèi)，則可能是混合疾病。而且，補(bǔ)償并不總是發(fā)生的。這是臨床信息變得至關(guān)重要的時(shí)候。
有時(shí)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(shí)要執(zhí)行的其他重要測(cè)試包括測(cè)量電解質(zhì)水平和腎功能的測(cè)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(jī)制以及導(dǎo)致疾病的因素的信息。
病理生理學(xué)
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(diào)，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(dāng)存在代謝性酸中毒時(shí)，將測(cè)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(dāng)碳酸氫鹽由于與先前連接到共軛堿上的氫離子結(jié)合而丟失時(shí)，陰離子間隙就會(huì)增加。當(dāng)碳酸氫鹽與氫離子結(jié)合時(shí)，結(jié)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(fù)電荷的離子。
陰離子間隙的公式為：[Na]-（[Cl] [HCO3]）
人類(lèi)是電中性的，但并未測(cè)量所有陽(yáng)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(shuō)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(duì)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(yù)期的陰離子間隙將不準(zhǔn)確?？梢允褂煤?jiǎn)單的數(shù)學(xué)來(lái)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(gè)單位的共軛堿，這通常不是氫離子與碳酸氫根的結(jié)合所致。如果同一位患者的白蛋白水平為3mg/dL，
分析離子對(duì)pH改變的貢獻(xiàn)的更復(fù)雜方法是強(qiáng)離子差/強(qiáng)離子間隙。該方法強(qiáng)調(diào)其他離子對(duì)酸堿平衡的影響，對(duì)于了解酸堿平衡非常有用。但是，這種方法比標(biāo)準(zhǔn)陰離子間隙更繁重，并且需要進(jìn)行更多的計(jì)算。因此，許多人認(rèn)為其在臨床實(shí)踐中的使用受到限制。
傳統(tǒng)上，助記符MUDPILES用于教學(xué)生有關(guān)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(jìn)行改進(jìn)。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(guò)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(shí)增加氯離子。為了保持生理中性狀態(tài)，氯離子遷移出細(xì)胞并進(jìn)入細(xì)胞外空間。這會(huì)導(dǎo)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(méi)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(méi)有增加陰離子間隙的代謝性酸中毒是由許多過(guò)程引起的，包括嚴(yán)重腹瀉，I型腎小管酸中毒（RTA），長(zhǎng)期使用碳酸酐酶抑制劑和抽吸胃內(nèi)容物。當(dāng)患者的離子間隙狹窄時(shí)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(guò)將銨（NH4 ）排入尿液來(lái)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(gè)值表明代謝性酸中毒的主要原因是長(zhǎng)時(shí)間的嚴(yán)重腹瀉。
與代謝性酸中毒一起使用的另一個(gè)重要公式是Winter公式。該公式為臨床醫(yī)生提供了預(yù)期的PCO2值。這很重要，因?yàn)榭赡艽嬖诹硪环N酸堿紊亂。
Winter公式為：
預(yù)期的PCO2 =（1.5 X HCO3） 8±2
如果PCO2值在預(yù)期PCO2范圍內(nèi)，則沒(méi)有混合障礙，只有呼吸補(bǔ)償。當(dāng)該值低于或高于預(yù)期時(shí)，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(yù)期的PCO2。
呼吸性酸中毒
在呼氣過(guò)程中，細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的二氧化碳被投射到環(huán)境中。在人體中，二氧化碳通過(guò)碳酸酐酶與水結(jié)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(huì)導(dǎo)致pH值降低的原因。呼出的二氧化碳越多，用于該反應(yīng)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(guò)量，嚴(yán)重肥胖和腦損傷。當(dāng)發(fā)生呼吸性酸中毒時(shí)，代謝反應(yīng)應(yīng)是通過(guò)腎臟系統(tǒng)增加碳酸氫鹽的量。這種情況并不總是會(huì)發(fā)生，腎臟生理反應(yīng)受阻，從而誘導(dǎo)病理反應(yīng)的出現(xiàn)，增加患者的危險(xiǎn)。
代謝性堿中毒
代謝性堿中毒也可以分為兩個(gè)主要類(lèi)別，以幫助確定病因：氯化物反應(yīng)性和非氯化物反應(yīng)性。在非氯化物反應(yīng)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(dǎo)致二氧化碳呼氣增加的任何病理都會(huì)導(dǎo)致呼吸性堿中毒。當(dāng)過(guò)量的CO2過(guò)期時(shí)，由于產(chǎn)生的碳酸較少，人體的pH值升高。在生理上，適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償是減少由腎系統(tǒng)產(chǎn)生的碳酸氫鹽的量。呼吸性堿中毒的一些原因包括過(guò)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(guò)程之一。酸堿平衡的臨床意義是很難否認(rèn)的。某些最常見(jiàn)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(duì)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.
來(lái)源：重癥醫(yī)學(xué)
