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为了维持体内平衡，人体采用了许多生理适应方法。其中之一是保持酸碱平衡。

在没有病理状态的情况下，人体的pH值在7.35至7.45之间，平均值为7.40。为什么要这个数字？为什么不使用中性值7.0而不是弱碱性值7.40？此pH值对于许多生物过程来说都是理想的，其中最重要的一个就是对血液的氧合。同样，体内许多生化反应的中间体在中性pH值下也被离子化，这使得这些中间体的利用更加困难。

低于7.35的pH是酸血症，而高于7.45的pH是碱血症。由于将pH值维持在所需范围的重要性，因此人体具有补偿机制。该讨论旨在提供对体内酸碱平衡的基本理解，同时提供一种系统的方法来接近表现出导致pH值改变的患者。

人体会遇到四种主要的基于酸的疾病：代谢性酸中毒，代谢性碱中毒，呼吸性酸中毒和呼吸性碱中毒。如果出现其中一种情况，人体应以相反状态引起平衡。例如，如果一个人正在经历代谢性酸血症，他们的身体将试图诱发呼吸性碱中毒来弥补。很少有补偿使pH完全在7.4正常的。当使用术语酸血症或碱血症时，总的说来，pH分别为酸性或碱性。尽管不是必需的，但由于可能同时发生多个不平衡情况，因此使用此术语来区分各个过程和患者的总体pH状态可能很有用。

分子水平

在细胞水平上对呼吸的基本理解对于理解人体中的酸碱平衡很重要。有氧细胞呼吸对人类生命是必不可少的。人类的细胞是专性需氧性的。尽管单个细胞可以进行无氧呼吸，但为了维持生命，必须存在氧气。有氧细胞呼吸的副产物之一是二氧化碳。表示有氧细胞呼吸的简化化学方程式为：

C6H12O6（葡萄糖）+6O2-6CO2+6H20+能量（38个ATP分子和热量）

细胞呼吸的第一阶段是糖酵解，它吸收六碳的葡萄糖并将其分解为两个丙酮酸分子，每个丙酮酸分子包含三个碳。糖酵解使用两个ATP并生成四个ATP，这意味着它会生成两个净ATP。该过程不需要氧气发生。由于患者通常缺乏营养，因此值得注意的是，镁是糖酵解中两个反应的辅助因子。

最终，丙酮酸分子被氧化并进入TCA循环。TCA循环从NAD+生成NADH，从FAD生成FADH2，以及两个ATP分子。这是一个有氧过程，需要氧气。丙酮酸被带入线粒体并形成乙酰辅酶A，并损失了二氧化碳。然后在呼气过程中呼出多余的二氧化碳。

有氧细胞呼吸的最后一步是电子传输链（ETC）。ETC产生了细胞呼吸中产生的大部分ATP，其中产生了34个ATP分子。为了使ETC反应发生，需要氧气。如果没有足够的氧气，则糖酵解的产物会进行称为发酵的反应，以产生ATP。发酵的副产物是乳酸。在糖酵解和TCA周期中，NAD+还原为NADH，FAD还原为FADH2。还原的特征在于电子的增益。这就是驱动ETC的原因。对于葡萄糖的每个单分子，十个NAD+分子将转化为NADH分子，从而在ETC中每个产生三个ATP分子。

有氧细胞呼吸的这一过程表征了人类为何需要氧气。当没有足够的氧气存在时，无氧呼吸使身体产生一些ATP。但是，此过程仅生成两个ATP，而有氧呼吸生成的是38ATP。每个反应中的两个ATP分子不足以维持生命。

如上所述，二氧化碳是TCA循环的副产物。该二氧化碳有助于体内酸碱平衡，可通过以下反应证明：

CO2+H20-H2C03-HCO3-+H+

细胞呼吸过程中形成的二氧化碳与水结合生成碳酸。然后碳酸分解成碳酸氢根和氢离子。这种反应是人体中许多缓冲系统之一。它可以抵抗pH的剧烈变化，从而使人可以保持在狭窄的生理pH范围内。该缓冲系统处于平衡状态，也就是说，反应的所有成分都存在于人体中，并转移到适合环境的方程式的一边。这种反应可以而且确实在没有酶的情况下发生。但是，碳酸酐酶是有助于该过程的酶。它催化上面的第一反应形成碳酸，然后可以自由解离为碳酸氢根和氢离子。碳酸酐酶位于红细胞，肾小管，胃粘膜，

人体内的其他缓冲系统包括磷酸盐缓冲系统、蛋白质和血红蛋白。所有这些都含有接受氢离子的碱，这些氢离子可以防止pH值骤降。磷酸盐缓冲系统虽然在全球范围内存在，但对调节尿液pH值很重要。蛋白质有助于细胞内pH值的调节。红细胞利用上述反应帮助血红蛋白缓冲；二氧化碳可以扩散到红细胞中，并与水结合。仅此一点就会导致氢离子的增加；然而，血红蛋白可以结合氢离子。血红蛋白也可以结合二氧化碳而不发生这种反应。这取决于与血红蛋白结合的氧气量。这叫做霍尔丹效应和玻尔效应。当血红蛋白被氧饱和时，它对二氧化碳和氢离子的亲和力较低，并能释放出来。

涉及的器官系统

人体的每个器官系统都依赖于pH平衡。但是，肾系统和肺系统是两个主要调节因子。肺部系统使用二氧化碳调节pH；到期时，二氧化碳会散发到环境中。由于二氧化碳在与水结合时会在体内形成碳酸，因此二氧化碳的释放会导致pH值升高或降低。当利用呼吸系统补偿代谢性pH值紊乱时，这种影响会在几分钟到几小时内发生。

肾脏系统通过吸收碳酸氢盐并排泄固定酸来影响pH值。不论是由于病理原因还是必要的补偿，肾脏都会排泄或重新吸收这些会影响pH值的物质。肾单位是肾脏的功能单位。被称为肾小球的血管会将血液中发现的物质输送到肾小管，以便可以将其中一些过滤掉，而另一些则重新吸收到血液中并进行回收。对于氢离子和碳酸氢根来说是这样。如果碳酸氢盐被重新吸收和/或尿液中分泌酸，则pH值会变得更碱性（升高）。当不吸收碳酸氢盐或不将酸排泄到尿液中时，pH值会变得更酸性（降低）。肾脏系统的代谢补偿需要更长的时间：几天而不是几分钟或几小时。

功能

人体的生理pH对于生命所必需的许多过程至关重要，这些过程包括将氧气输送到组织，正确的蛋白质结构以及无数依赖正常pH达到平衡和完全生化反应。

氧气输送到组织

氧解离曲线是描绘氧分压与血红蛋白饱和度之间关系的曲线图。该曲线涉及血红蛋白将氧气输送到组织的能力。如果曲线向左移动，则p50减小，这意味着饱和血红蛋白50％所需的氧气量减少，并且血红蛋白对氧气的亲和力增加。碱度范围内的pH值会引起这种左移。pH值降低时，曲线向右移动，表示血红蛋白对氧气的亲和力降低。

蛋白质结构

很难夸大蛋白质在人体中的重要性。它们构成离子通道，在我们大部分疏脂的身体中携带必要的亲脂性物质，并参与无数的生物学过程。为了使蛋白质完成必要的功能，它们必须处于正确的构型。蛋白质上的电荷使它们的适当形状存在。当pH值超出生理范围而改变时，这些电荷也会改变。蛋白质被变性导致结构上的有害变化，从而导致适当功能的丧失。

生化过程

整个人体中，许多化学反应处于平衡状态。前面提到的最重要的方程之一是：

H20+CO2-H2CO3-H++HCO3-

LeChatelier原理指出，当改变浓度，压力或温度的变量时，处于平衡状态的系统将做出相应反应以恢复新的稳态。对于上述反应，这表明如果产生更多的氢离子，则方程将向左移动，从而形成更多的反应物，并且系统可以保持平衡。这就是补偿性pH机制的工作方式。如果存在代谢性酸中毒，则肾脏不能排泄足够的氢离子和/或不能吸收足够的碳酸氢盐。呼吸系统的反应是通过增加分钟通气量（通常通过增加呼吸频率）并消耗更多的二氧化碳来恢复平衡。

相关测试

动脉血气（ABG）采样是经常在住院环境中进行的一项测试，以评估患者的酸碱状态。使用针头从通常是often动脉的动脉中抽血，然后对血液进行分析以确定诸如pH，pCO2，pO2，HCO3，氧饱和度等参数。这使医师可以更好地了解患者的状况。ABG对重症患者尤其重要。它们是适应呼吸机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45mmHg

pO2=75至mmHg

HCO3-=22至26mEq/L

氧气饱和度=大于95％

快速有效地读取ABG的能力（尤其是在住院医学方面）对于高质量的患者治疗至关重要。

看看pH值

确定是酸中毒，碱中毒还是在生理范围内

PaCO2水平决定呼吸作用；高水平表示呼吸系统正在降低pH值，反之亦然。

HCO3-水平表示代谢/肾脏作用。升高的HCO3-会提高pH值，反之亦然。

如果pH呈酸性，请寻找与较低pH对应的数字。如果是呼吸性酸中毒，则CO2应较高。如果患者正在通过代谢进行补偿，则HCO3-也应很高。代谢性酸中毒的HCO3-含量较低。

如果pH呈碱性，请再次确定是哪个值引起的。呼吸性碱中毒将意味着二氧化碳含量低；代谢性碱中毒应使HCO3-升高。使用这两种系统的补偿都会相反地反映出来；对于呼吸性碱中毒，新陈代谢反应应为低HCO3-，对于代谢性碱中毒，则呼吸反应应为高CO2。

如果pH值在生理范围内，但PaCO2不在正常范围内，则可能是混合疾病。而且，补偿并不总是发生的。这是临床信息变得至关重要的时候。

有时很难确定患者是否患有混合疾病。

在分析患者的酸碱状态时要执行的其他重要测试包括测量电解质水平和肾功能的测试。这有助于临床医生收集可用于确定酸碱失衡的确切机制以及导致疾病的因素的信息。

病理生理学

阴离子间隙增加代谢性酸中毒

原发性代谢性酸中毒，即原发性酸碱失调，有许多原因。将它们分成引起高阴离子间隙的那些和不引起高阴离子间隙的那些。血浆阴离子间隙是帮助临床医生确定代谢性酸中毒原因的一种方法。当存在代谢性酸中毒时，将测量血液中的某些离子，这些离子有助于确定酸血症的病因。每当碳酸氢盐由于与先前连接到共轭碱上的氢离子结合而丢失时，阴离子间隙就会增加。当碳酸氢盐与氢离子结合时，结果是碳酸（H2CO3）。共轭碱可以是不是碳酸氢盐或氯化物的任何带负电荷的离子。

阴离子间隙的公式为：[Na]-（[Cl]+[HCO3]）

人类是电中性的，但并未测量所有阳离子和阴离子。正常的阴离子间隙等于8±4。该阴离子未在公式中说明，这是间隙不接近零的很大原因。白蛋白通常为4mg/dL。由于白蛋白对阴离子间隙的巨大影响，如果患者的白蛋白水平异常，则他们预期的阴离子间隙将不准确。可以使用简单的数学来纠正。正常阴离子间隙和白蛋白水平相差三倍（正常阴离子间隙为12，正常白蛋白为4mg/dL）。如果患者的阴离子间隙为24，则意味着存在12个单位的共轭碱，这通常不是氢离子与碳酸氢根的结合所致。如果同一位患者的白蛋白水平为3mg/dL，

分析离子对pH改变的贡献的更复杂方法是强离子差/强离子间隙。该方法强调其他离子对酸碱平衡的影响，对于了解酸碱平衡非常有用。但是，这种方法比标准阴离子间隙更繁重，并且需要进行更多的计算。因此，许多人认为其在临床实践中的使用受到限制。

传统上，助记符MUDPILES用于教学生有关高阴离子间隙代谢性酸中毒的原因。MUDPILES代表甲醇，尿毒症，糖尿病性酮症酸中毒，乙醛，感染，乳酸性酸中毒，乙二醇和水杨酸酯。已建议使用一种新的助记符GOLDMARK进行改进。GOLDMARK是乙二醇（乙烯和丙烯），氧代脯氨酸，乳酸盐，甲醇，阿司匹林，肾衰竭。如果患者的阴离子间隙超过12，这些助记符将有助于记住造成疾病的可能原因。

阴离子间隙代谢性酸中毒

如果酸中毒涉及正常的阴离子间隙，则将丢失碳酸氢盐，而不是增加氢离子的量，同时增加氯离子。为了保持生理中性状态，氯离子迁移出细胞并进入细胞外空间。这会导致患者的血清氯化物增加，并使阴离子间隙保持在正常水平。这意味着没有异常阴离子间隙的代谢性酸中毒也是高氯代谢性酸中毒。没有增加阴离子间隙的代谢性酸中毒是由许多过程引起的，包括严重腹泻，I型肾小管酸中毒（RTA），长期使用碳酸酐酶抑制剂和抽吸胃内容物。当患者的离子间隙狭窄时发生高氯酸中毒，以下是尿阴离子间隙的等式，其中Na为钠，K为钾，Cl为氯：（Na+K）–Cl

肾脏系统试图通过将铵（NH4+）排入尿液来改善病理性代谢性酸中毒的影响。UAG在20到90mEq/L之间表示NH4+分泌较低或正常。-20mEq/L和-50mEq/L之间的一个值表明代谢性酸中毒的主要原因是长时间的严重腹泻。

与代谢性酸中毒一起使用的另一个重要公式是Winter公式。该公式为临床医生提供了预期的PCO2值。这很重要，因为可能存在另一种酸碱紊乱。

Winter公式为：

预期的PCO2=（1.5XHCO3）+8±2

如果PCO2值在预期PCO2范围内，则没有混合障碍，只有呼吸补偿。当该值低于或高于预期时，则存在混合性酸碱失衡；较低表示呼吸性碱中毒，较高表示呼吸性酸中毒。Winter公式的捷径是pH±2的最后两位大约等于预期的PCO2。

呼吸性酸中毒

在呼气过程中，细胞呼吸产生的二氧化碳被投射到环境中。在人体中，二氧化碳通过碳酸酐酶与水结合并形成碳酸，其分解为氢离子和碳酸氢根。这就是为什么呼吸频率降低会导致pH值降低的原因。呼出的二氧化碳越多，用于该反应的二氧化碳就越少。

呼吸性酸中毒是原发性疾病，通常由换气不足引起。这可能是由多种原因引起的，包括慢性阻塞性肺疾病，鸦片滥用/过量，严重肥胖和脑损伤。当发生呼吸性酸中毒时，代谢反应应是通过肾脏系统增加碳酸氢盐的量。这种情况并不总是会发生，肾脏生理反应受阻，从而诱导病理反应的出现，增加患者的危险。

代谢性碱中毒

代谢性碱中毒也可以分为两个主要类别，以帮助确定病因：氯化物反应性和非氯化物反应性。在非氯化物反应性代谢性碱中毒中，尿中的氯化物20mEq/L。一些原因包括呕吐，血容量不足和利尿剂使用。

呼吸性碱中毒

导致二氧化碳呼气增加的任何病理都会导致呼吸性碱中毒。当过量的CO2过期时，由于产生的碳酸较少，人体的pH值升高。在生理上，适当的补偿是减少由肾系统产生的碳酸氢盐的量。呼吸性碱中毒的一些原因包括过度换气引起的惊恐发作，肺栓塞，肺炎和水杨酸盐中毒。

临床意义

人体中的酸碱平衡是最重要的生理过程之一。酸碱平衡的临床意义是很难否认的。医院入院是由于可能危及酸碱平衡的疾病。这就是为什么对临床医生而言，重要的是要理解维持人体稳态的基本原理。

---In:StatPearls[Internet].TreasureIsland(FL):StatPearlsPublishing;Jan.Jun16.

来源：重症医学

完