病理生理学第四章.doc

第四章 酸碱平衡紊乱按照普通化学的概念，在化学反应中凡能释放H +的化学物质称为酸，如HCl、H2SO4、NH4+、H3PO4、H2CO3及CH3COOH等；而在化学反应中凡能接受H+的化学物质称为碱，如OH-、SO42-、NH3、H2PO4-、HCO3-及CH3COO-等。一种化学物质作为酸而释放出H+时，必然同时有一种碱形成；同理，当一种化学物质作为碱而接受H+时，也必然有一种酸形成。例如：H2SO4 H+HSO4-，H2CO3 H+HCO3-等，便是如此。人体内的酸性和碱性物质，主要是机体的物质代谢过程中产生的。一般情况下，由食物中摄取的酸和碱很少。机体产生的酸包括挥发性酸和非挥发性酸，后者又称固定酸。碳酸属于挥发性酸，容易分解为CO2经肺排出体外。人体代谢过程中，糖、脂肪和蛋白质的氧化分解产生能量，同时不断脱氢、脱羧，释放的CO2与水结合生成碳酸(CO2H2O H2CO3)。成人在安静状况下每天产生的CO2约300400升，如果全部生成H2CO3，释放的H+可多达15mol。物质代谢过程中也产生许多非挥发性酸，如丙酮酸、乳酸、柠檬酸及大量脂肪酸、氨基酸等有机酸。代谢过程中还会产生一些磷酸、硫酸、尿酸等终末代谢产物。这些酸都属于固定酸，其总量比碳酸少，正常成人24小时内由固定酸产生的H+约5090mmol，最终经肾脏排出体外。人体酸性物质的另一来源是直接摄入，包括饮食中所含的少量酸及服用的酸性药物等。人体的物质代谢过程中也产生碱性物质，不过其量很少。氨基酸脱氨产生的NH3和肾小管上皮细胞分泌的NH3，均可与H+结合随尿排出。摄取的食物中所含的有机酸盐，如柠檬酸盐、苹果酸盐等，在细胞内分别转变为柠檬酸、苹果酸而彻底分解，所含的K+、Na+则可与HCO3-生成碱性盐。第一节 机体对酸碱平衡的调节人体的组织细胞必须处于适宜的酸碱环境中，才能进行正常的机能活动和代谢活动。正常人体虽然不断地摄取和生成酸性及碱性物质，但是血液的pH值是相对恒定的，正常人动脉血液的pH为7.357.45，平均7.40。这是因为人体内存在着精细的酸碱平衡调节机制。这些机制包括以下四个方面的作用。一、血液缓冲系统的调节作用 血液中有一系列缓冲物质。根据化学上的缓冲作用原理，我们人为地把它们归纳为四个主要的缓冲对，即NaHCO3/H2CO3， Na2HPO4/NaH2PO4，B血浆蛋白/H血浆蛋白，BHb/HHb。它们具有很强而且很迅速的缓冲酸碱度改变的能力。例如，我们将10 mmol的HCl加于1 000毫升中性蒸馏水中，其pH值可从7降至2，但同量酸加于1 000毫升血浆中，其pH值的变化却很小，以致一般几乎测不出来。每一对缓冲物质既能缓冲酸也能缓冲碱，其中以NaHCO3和H2C3组成的缓冲对最为重要。当强酸或强碱进入血液时，就是它们首先发生缓冲反应。缓冲反应如下： HClNaHCO3H2CO3NaCl (强酸) (弱酸) H2OCO2 呼出体外 NaOHH2CO3NaHCO3H2O (强碱) (弱碱) 经肾脏排出与其它缓冲对相比，人体血浆碳酸氢盐缓冲对含量最高，作用最强大，决定着细胞外液的pH值。血浆碳酸氢盐含量为24mmol/L，约占全血缓冲碱的一半；其缓冲能力为1升血液的碳酸氢盐可中和18mmol/L的盐酸，是其余缓冲对缓冲能力的两倍。按Henderson-Hasselbalch方程式计算，细胞外液的pH值就取决于NaHCO3/H2CO3的比值。另外，碳酸氢盐缓冲对中的H2CO3可以分解释放CO2，通过肺的呼吸功能不断排出体外，使血液的缓冲调节与肺的调节作用联系在一起；而该缓冲对中的NaHCO3的浓度主要受肾脏的调节，当血浆NaHCO3浓度降低时，肾小管重吸收NaHCO3增多，反之，血浆NaHCO3浓度增高时，肾小管重吸收减少，血液的缓冲调节也与肾脏的调节作用联系在一起。二、组织细胞对酸碱平衡的调节作用 人体细胞内液占体液总量的2/3，在酸碱平衡调节中也发挥重要作用。细胞内液的缓冲作用首先是通过细胞膜内外的离子交换而实现的。当能改变酸碱平衡的离子如H+、HCO3-等在细胞外液中升高时，它们能进入细胞内。例如：酸中毒时，由于细胞外液H+浓度增加，H+依浓度梯度弥散入细胞内，而细胞内液的K+则因静电吸引移出细胞，以维持电中性。碱中毒时恰好相反，H+移出细胞，而K+进入细胞。这种离子交换的结果，能使细胞外液H+浓度的变化得到缓冲。但是，K+的交换却能影响细胞外液的K+浓度，以致酸中毒时往往伴发高钾血症，而碱中毒时则常伴有低钾血症。进入细胞内的H+可与细胞内液的缓冲对，如磷酸盐缓冲对、血红蛋白缓冲对等发生反应而被缓冲，根据实验研究估算，细胞外液中的酸或碱增加后，经24h将有1/2的量进入细胞内。这个事实与治疗有关，在纠正酸碱中毒计算输液量时要将离子转移这一变化估计在内。一些持续时间较久的代谢性酸中毒患者，组织内发生大量钙盐分解，以缓冲过多的H+，其反应过程缓慢而持久，往往能引起骨骼基质的破坏。某些慢性肾功能衰竭的病人和肾小管性酸中毒患者，可因此而发生骨质脱钙、骨质软化等病理变化。三、肺在酸碱平衡调节中的作用 肺通过改变肺泡通气量控制CO2的排出量，维持血浆中HCO3-和H2CO3的正常比值，从而参与机体酸碱平衡的调节，作用快而有效，一般1030min可发挥最大作用。从上面介绍的缓冲反应来看，每排出一个CO2分子，也就等于清除了一个H+，如：H+HCO3- H2CO3 H2OCO2 (增多) (呼出)呼吸运动受呼吸中枢的控制，延髓呼吸中枢接受来自中枢化学感受器和外周化学感受器的传入冲动。中枢化学感受器位于延髓腹外侧浅表部位，对动脉血液的二氧化碳分压(PaCO2)变化非常敏感。PaCO2增高，可以刺激中枢化学感受器，反射性地兴奋呼吸中枢，引起呼吸加深加快，肺泡通气量增大，CO2大量呼出，使PaCO2和血中H2CO3浓度降低。与之相反，PaCO2降低，则使化学感受器和呼吸中枢的兴奋性降低，呼吸变浅变慢甚至暂停，因此可使PaCO2增高，血液H2CO3浓度升高。正常人PaCO2正常值为5.32kPa(40 mmHg)。但若PaCO2超过10.64kPa(80 mmHg)，则呼吸中枢反而受到抑制。颈动脉体和主动脉体属外周化学感受器。特别是颈动脉体，对缺氧、pH值和PaCO2的改变比较敏感，当PaO2降低，PaCO2升高或H+浓度升高时，传入冲动即增加，使呼吸中枢兴奋。PaO2降低对呼吸中枢的直接作用是轻度抑制效应，但却能通过刺激外周化学感受器，增加通气量。不过，正常情况下中枢化学感受器的调节作用远较外周化学感受器的调节作用重要。四、肾脏在酸碱平衡调节中的作用 肾脏是机体酸碱平衡调节的最终保证。因为只有可挥发酸H2CO3可以CO2的方式经肺排出体外，而其它非挥发酸和碱性化合物均需通过肾脏的泌尿功能排出体外。肾脏调节和维持血液pH的作用缓慢而有效，一般在45h后开始发挥作用，45d后出现明显效果。其主要机制是肾小管泌H+、NH4+，重吸收NaHCO3和排出可滴定酸。(一)泌H+和重吸收NaHCO3虽然全部肾小管的细胞都有分泌H+的功能，但主要部位在近曲小管，此处的分泌量占H+分泌总量的85%。H+的分泌是主动的，是以H+-Na+交换形式进行的。具体过程是：肾小管上皮细胞内的CO2和H2O在碳酸酐酶催化下，生成H2CO3，而后H2CO3快速解离成H+和HCO3-，H+被肾小管细胞主动分泌入管腔，同时小管液中的Na+被动进入细胞内，形成H+-Na+交换。当Na+从细胞内向细胞间液主动转运时，细胞内的HCO3-和Cl-就顺着电化学梯度被动弥散入组织间液，并伴有水的等比例重吸收。这里与Cl-相比，HCO3-优先被重吸收，形成NaHCO3回到血液循环中。肾小管上皮细胞分泌的H+则与管腔内的HCO3-生成H2CO3，在肾小管上皮细胞刷状缘碳酸酐酶作用下分解为CO和H2O，H2O随尿排出体外，CO2又扩散到肾小管上皮细胞内，与其中的H2O在碳酸酐酶的作用下再结合生成H2CO3。分泌的H+最终以H2O的形式随尿排出(图4-1)。 图4-1 H+分泌和HCO3-重吸收过程示意图 CA：碳酸酐酶在远曲小管和集合管处，除了H+-Na+交换外，还有K+-Na+交换，两者是相互竞争的。即K+多则H+分泌少，H+多则K+分泌少。例如在酸中毒的情况下，肾小管细胞内碳酸酐酶活性增强，H+生成量增加，于是H+-Na+交换增加，而K+-Na+交换减少，从而导致尿中H+浓度增加和血液中K+浓度增高；如果用乙酰唑胺抑制碳酸酐酶活性时，则H+生成量减少，于是H+-Na+交换减少而K+-Na+交换增加，结果引起尿排K+量增加和血液中H+浓度增高。(二)产NH3排NH4+在远曲小管、集合管上皮细胞内生成的NH3，60%由谷氨酰胺脱氨而来，其余的40%来自其它氨基酸的氧化脱氨。生成的NH3具有脂溶性，能通过细胞膜进入肾小管管腔，并与小管液中的H+结合生成NH4+。NH4+带电荷，水溶性，不易透过细胞膜返回肾小管上皮细胞内。生成的NH4+可与小管液中强酸盐(如NaCl)的负离子结合，生成酸性铵盐如NH4Cl随尿排出。强酸盐的正离子如Na+则与H+交换而进入细胞内，和HCO3-一起转运回血。因此，肾脏排NH4+，实际上是排出H+，并促进NaHCO3的重吸收(图4-2)。(三)排出可滴定酸尿中的可滴定酸主要是指尿中的H2PO4-，用NaOH把尿滴定至与血浆相同的pH值，即 图4-2 远曲小管和集合管中氨分泌过程示意图 CA：碳酸酐酶可测知可滴定酸量。它是由H+与缓冲物质，主要是HPO42-作用形成的。 肾小管上皮细胞分泌的H+，在近曲小管几乎全部用于重吸收HCO3-，在远曲小管则几乎全部用于生成可滴定酸和NH4+。这与肾脏疾病时的代谢性酸中毒如肾小管性酸中毒的关系密切。正常人体血液pH为7.40时，血浆HPO42+与H2PO4-的比值是41。近曲小管管腔液中两者的比值与血浆相似。当原尿流经远曲小管时，由于肾小管上皮细胞分泌H+，使Na2HPO4转变为NaH2PO4随尿排出；置换出来的Na+则进入细胞，与HCO3-结合成NaHCO3进入血液。当体内酸性产物增多时，随着肾小管泌H+增多，绝大多数NaHPO4转变为酸性较强的NaH2PO4，能使管腔液中它们的比值由原来的41变为199，尿液的pH可降低到4.8左右，从而成为肾脏排H+的一种重要方式。但是，通过磷酸盐缓冲对增加酸分泌的作用是有限的，因为当尿pH低于5.0时，尿中所有的Na2HPO4都已转变为NaH2PO4，进一步发挥缓冲作用已不可能(图4-3)。综上所述，肾脏一方面全部重吸收肾小管滤液中的HCO3-，另一方面肾小管上皮细胞分泌H+与肾小管滤液中的NH3或HPO42-结合，形成NH4+或H2PO4-随尿排出，在酸碱平衡调节中发挥重要作用。 图4-3 泌H+和排出可滴定酸过程示意图 CA：碳酸酐酶第二节反映血液酸碱平衡状态的指标及其意义判断人体的酸碱平衡状态，特别是确定酸碱紊乱的性质和程度、提供临床诊断和治疗的依据，仅仅应用pH值一项指标是不充分的，实际应用中必须结合反映呼吸因素的指标和反映代谢因素的指标，参照临床资料综合分析，才能得出正确的结论。为了深刻理解和掌握这些指标，首先需在理论上阐明Henderson Hasselbalch方程式的意义。一、Henderson-Hasselbalch方程式 按照普通化学的概念，在缓冲溶液中溶液的pH值与溶液所含弱酸盐和弱酸(如NaHCO3和H2CO3）的浓度比例有关。依据质量作用定律推导出的Henderson-Hasselbalch方程式准确地表达了这种关系，即pHpKalog BA HA式中HA代表弱酸，BA代表弱酸盐，pKa是弱酸解离常数的负对数。方程式表示，缓冲溶液的pH值等于弱酸解离常数的负对数加弱酸盐与弱酸浓度比值的对数值。正常人血浆NaHCO3的浓度为24 mmol/L，H2CO3浓度1.2 mmol/L，pKa等于6.1，代入Henderson-Hasselbalch方程式，则pH pKalogHCO3- H2CO36.1log 2 4 1.2 6.1log 20 1 6.11.3017.401运算结果表明，将血浆中NaHCO3和H2CO3的测得浓度代入方程式，就能计算出接近实际的pH值。由此，可以得出以下三个推论：1.血液的pH值取决于NaHCO3和H2CO3的浓度比值。其中任何一项发生改变，两者比值都不能维持201，pH值将偏离7.40。比值增大将发生碱中毒，比值减小将发生酸中毒。2.血液内的H2CO3浓度受呼吸因素调节，而NaHCO3的浓度主要受肾脏的调节，即代谢因素的调节。因此，血液的pH值也受呼吸因素和代谢因素两方面的影响。由呼吸因素改变而引起的酸碱平衡紊乱，称为呼吸性酸中毒或呼吸性碱中毒。由代谢因素改变而引起的酸碱平衡紊乱，称为代谢性酸中毒或代谢性碱中毒。3.发生酸碱紊乱过程中，如果NaHCO3或H2CO3其中任何一项浓度发生改变，而另一项也通过代偿活动作相应的增减，两者浓度比例仍能维持201左右，则pH值仍在正常范围。此种情况为代偿性酸中毒或代偿性碱中毒。若血液pH值超出正常范围，应称为失代偿性酸中毒或失代偿性碱中毒。二、反映血液酸碱平衡的常用指标 (一)H+浓度和pH值血液的H+浓度很低，直接用克离子/升表示很不方便，因此广泛使用H+浓度的负对数(氢离子指数)即pH来表示。如H+浓度为100 nmol/L时，pH是7，因此pH是表示溶液中H+浓度的简明指标。动脉血pH和H+浓度的关系见表5-1。正常人动脉血液的pH为7.357.45，平均值7.40，婴幼儿和儿童血液的pH值低于成人。例如新生儿血浆pH值为7.307.35，就处于正常成人pH值的下限以下。这是因为年龄越小血浆二氧化碳分压越高，仍属正常生理范围。正常成人动脉血液pH值比静脉血液高约0.020.10，组织间液pH值与血浆近似细表5-1 动脉血pH和H+浓度的关系pHH+nmol/L 7.80167.70207.60267.50327.40407.30507.20637.10807.00 100胞内液pH值比细胞外液低，视细胞代谢旺盛程度而不同，其范围约为6.07.40，平均7.0。应用血气分析资料判断患者酸碱平衡紊乱时，成人动脉血pH低于7.35说明发生了失代偿性酸中毒，pH高于7.45指示为失代偿性碱中毒。动脉血液pH在正常范围内的情况比较复杂，可见于完全没有酸碱平衡紊乱的条件下，也可见于代偿性酸中毒或代偿性碱中毒时，即机体发生了酸中毒或碱中毒，血液HCO3-浓度和(或)H2CO3浓度的绝对值已经发生了改变，但通过代偿调节作用，HCO3-和H2CO3浓度的比值仍维持在201左右，血液pH值仍在正常范围内。此外，动脉血液pH在正常范围内的情况，还可见于混合型酸碱平衡紊乱时，如代谢性酸中毒合并呼吸性碱中毒、呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒等。(二)二氧化碳分压血液中溶解有多种气体，二氧化碳分压(partial pressure of CO2，PaCO)是指溶解在血浆中的CO2分子所产生的压力。成人动脉血二氧化碳分压(PaCO2)的正常范围是4.396.25kPa(3347 mmHg)，平均值5.32kPa(40 mmHg)。一般情况下，肺泡气与动脉血液中的溶解气体完全平衡，因此，肺的通气换气功能可以直接调节PaCO2水平，PaCO2也因而成为反映呼吸因素的最佳指标。PaCO24.39kPa(33 mmHg)，表示肺通气过度，CO2排出过多，可能是某些原因直接引起呼吸加深加快，导致呼吸性碱中毒时发生的原发性变化，也可能是代谢性疾病引起代谢性酸中毒时呼吸功能代偿而发生的继发性改变。与此相反，PaCO26.26kPa (47 mmHg)，表示通气不足，体内有CO2潴留，可能是呼吸性酸中毒时的原发性变化，也可以是代谢性碱中毒时呼吸抑制引起的继发性改变。(三)缓冲碱缓冲碱(buffer base, BB)是指血液中一切具有缓冲作用的碱性物质的总和，也即血液中具有缓冲作用的负离子的总量。缓冲碱通常用氧饱和的全血测定，故又称全血缓冲碱(BBb)，正常范围是4555mmol/L，平均值为50mmol/L。全血缓冲碱中具有缓冲作用的负离子主要包括HCO3-24mmol/，Hb-6.3mmol/L，Pr-17mmol/L。若分离血浆测定血浆缓冲碱(BBp)，其中不含血红蛋白，正常值约41mmol/L。缓冲碱是反映代谢性因素的指标，呼吸因素对它无直接影响。当体内有CO2潴留时，血液H2CO3浓度增加，其H+能消耗非碳酸氢盐缓冲碱，但却同时生成等量的碳酸氢盐，使BB总量不变。体内CO2过多排出时，BB也不发生明显改变。代谢性酸中毒时，如腹泻患者大量丢失碱性消化液，BB原发性减少；代谢性碱中毒时，患者体内碱性物质增多，BB原发性增多。呼吸性酸中毒和呼吸性碱中毒时，本不影响BB测定值，但在慢性过程中，由于肾脏参与代偿，前者可见BB增大，后者可见BB减少。因此，慢性呼吸性酸中毒或碱中毒时，BB可发生继发性改变。(四)碱剩余和碱缺失碱剩余(base excess,BE)是指在标准条件下，即38、PaCO25.32 kPa(40 mmHg)、血红蛋白150g/L和氧饱和度100%的情况下，用酸或碱将1升全血或血浆滴定到pH7.40时所用酸或碱的mmol数。如果需用酸滴定，表明受测血样缓冲碱多，说明有碱剩余，用正值表示为BE。如果需用碱滴定，则表明受测血样中缓冲碱减少，说明碱缺失(base deficit，BD)，一般用碱剩余的负值表示，即BE。测定BE时血液标本已用标准气体即正常人的肺泡气平衡，排除了呼吸因素的直接影响，因此，它是反映代谢因素的指标。BE的正常值为03 mmol/L。测得正值增大，指示血液中碱性物质过多，见于代谢性碱中毒，是疾病本身使体内碱性物质增多引起的原发性变化；也可见于慢性呼吸性酸中毒，是肾脏参与代偿、不断排出酸性物质、大量吸收NaHCO3而引起的继发性变化。测得BE负值增大，指示血液中碱不足，见于代谢性酸中毒的原发性改变，也可见于肾脏参与代偿的慢性呼吸性碱中毒，属继发性变化。实际测定时，用血浆测定的碱剩余是反映细胞外液的碱剩余(BE ecf),用全血测得的全血碱剩余(BEHb)，因受血红蛋白含量的影响，故需作血红蛋白浓度校正。(五)标准碳酸氢盐与实际碳酸氢盐标准碳酸氢盐(standard bicarbonate, SB)是血标本在标准条件下，即38、血红蛋白氧饱和度为100%、PaCO2为5.32kPa(40 mmHg)的气体平衡后测得的血浆HCO3-浓度。由于这种标准气体的平衡排除了呼吸因素的影响，故SB是判断代谢性因素的指标。正常值为2227 mmol/L，平均值24 mmol/L。与BB、BE相似，SB在代谢性碱中毒时增高，代谢性酸中毒时降低，均属原发性改变。慢性呼吸性酸中毒和慢性呼吸性碱中毒时，由于肾脏参与代偿，前者可见SB增高，后者可见SB降低，但两者都是代偿过程引起的继发性变化。实际碳酸氢盐(actual bicarbonate,AB)是指隔绝空气的血液标本，在实际PaCO2和血氧饱和度的条件下测得的血浆HCO3-浓度。AB主要反映与代谢因素有关的HCO3-含量(即SB)，但也受呼吸因素的影响，因为血液内有如下平衡关系：CO2H2O H2CO3 H+HCO3-。正常人AB值应等于SB，因为正常人的条件和测定SB的人工标准条件是相同的。AB与SB的差值反映了呼吸因素对酸碱平衡的影响。ABSB指示有CO2潴留，见于呼吸性酸中毒及呼吸参与代偿的代谢性碱中毒。ABSB指示有过度通气，CO2排出过多，见于呼吸性碱中毒及呼吸参与代偿的代谢性酸中毒。若AB与SB同时增高或降低，那是由于SB的增减带动了AB的增减。SB增高时，AB也增高，这种现象可见于代谢性碱中毒及慢性呼吸性酸中毒。与之相反，SB与AB同时降低，可见于代谢性酸中毒及慢性呼吸性碱中毒。(六)阴离子间隙阴离子间隙(anion gap, AG)是指血浆中未测定的阴离子(undetermined anion, UA)减去未测定的阳离子(undetermined cation, UC)的差值，即AGUAUC(图4-4)。 图4-4 血浆阴离子间隙示意图 (单位mmol/L) 正常人体血浆阳离子和阴离子总量相等。其中，Na+是主要阳离子，占全部阳离子总和的90%，一般称为可测定阳离子；Cl-和HCO3-是主要阴离子，又称为可测定的阴离子，占全部阴离子总和的85%。UA包括Pr- 13.5mmol/L、HPO42-1mmol/L、SO42-0.5mmol/L以及有机酸根约5mmol/L等。UC包括K+ 4.5 mmol/L、Ca2+2.5mmol/L、Mg2+1mmol/L等。依据血浆中阴阳离子的组成，可构成下列等式：Na+UCCl-HCO3-UA移项后则成为Na+Cl-HCO3- UAUC因此，实际测定时，可用Na+浓度减去Cl-和HCO3- 浓度而求得。正常血浆Na+为140mmol/L，Cl-为104mmol/L，HCO3-为24mmol/L，代入上式则 AG1401042412mmol/LAG的正常范围是1014mmol/L，平均值为12mmol/L。AG对于区别代谢性酸中毒的原因并进行分类有重要作用。一般而言，若测得患者AG增大，均应考虑代谢性酸中毒的诊断，对某些复杂的酸碱平衡紊乱尤其应该注意。上面介绍了七项常用的反映酸碱平衡障碍的指标，是当前临床上经常使用的，要熟悉其含义及在诊断上的意义。现在有不少临床工作者认为测定pH、PCO2和HCO3-三个指标即可区别代谢性或呼吸性酸、碱中毒，并且也可以区别代偿性或失代偿性酸、碱中毒。至于SB、BB、BE等指标，由于排除了呼吸因素的影响，它们对于诊断有特殊的帮助，临床工作者也非常重视。不过需注意的是这些指标都是在体外用全血测定，滴定结果与体内的情况有些差别。例如，在急性改变时，同样的PCO2水平在体外作用于全血后可形成较多的HCO3- ，而在体内则是作用于全身细胞，形成的HCO3-就较少，这是由于红细胞比体内的其它细胞具有更大的缓冲CO2增加的能力，故能形成较多的HCO3-。不过这点差别还不至影响临床实用所要求的精确性，因此目前仍普遍在应用。第三节 酸中毒一、代谢性酸中毒 代谢性酸中毒(metabolic acidosis)的特征是血浆HCO3- 浓度原发性减少，这是临床上最常见的一种酸碱平衡紊乱类型。(一)原因和机制许多疾病可以引起代谢性酸中毒。根据阴离子间隙的改变，可将代谢性酸中毒分为二类(图4-5)。图4-5 正常和代谢性酸中毒时阴离子间隙改变的类型 1.AG增大型代谢性酸中毒 凡血浆内所含固定酸(如硫酸、磷酸、乳酸、酮体及其它有机酸等)浓度增加引起的代谢性酸中毒，都属于此类。这些酸都含有未测定的阴离子，可使AG增大 ，HCO3-原发性降低，Cl-浓度无明显变化，故又称AG增大型正常血氯性代谢性酸中毒。(1)乳酸性酸中毒 乳酸性酸中毒(lactic acidosis)是血液乳酸浓度增高所致。正常人血浆乳酸浓度约1mmol/L，乳酸性酸中毒时其浓度可达6mmol/L，经与碳酸氢盐缓冲对反应，可使HCO3-浓度降低。由于乳酸根属于未测定的阴离子，故AG增大，而血氯正常。乳酸性酸中毒多由各种原因所致的缺氧所引起，常见于休克、心力衰竭、心搏骤停、呼吸衰竭、肺水肿、严重贫血等情况下。组织缺氧时，糖酵解增强，故乳酸生成增多。此外，乳酸性酸中毒还可见于严重肝病使乳酸利用障碍的情况下，也可见于糖尿病及白血病时，发生机制尚不清楚。(2)酮症酸中毒 酮症酸中毒(keto acidosis)常见于糖尿病、饥饿和酒精中毒时，其特征是血液中乙酰乙酸、-羟丁酸和丙酮浓度增高。由于乙酰乙酸和-羟丁酸在血浆内解离为H+和未测定的阴离子，H+与碳酸氢盐缓冲对发生缓冲反应，HCO3-浓度降低，而血氯正常，故可导致AG增大型正常血氯性酸中毒。(3)严重肾功能衰竭 人体代谢过程中产生的非挥发性酸性代谢产物，正常主要由肾脏排出。严重急性肾功能衰竭和慢性肾功能衰竭晚期病人，肾小球滤过率降低，血内硫酸、磷酸和有机酸排出障碍，也常发生AG增大型代谢性酸中毒。(4)水杨酸中毒 摄入大量阿斯匹林(乙酰水杨酸)也可引起AG增大型酸中毒。2.AG正常型代谢性酸中毒 当代谢性酸中毒不伴有未测定的阴离子增加时，血浆HCO3-浓度降低，同时会有Cl-浓度代偿性增高，因而会形成AG正常型高血氯性代谢性酸中毒。这种情况多数发生在大量丢失HCO3-的疾病中，Cl-增高的机制比较复杂。(1)大量丧失碱性消化液 人体的肠液、胰液、胆汁均为碱性消化液，所含HCO3-浓度高于血浆HCO3-浓度。因此，严重腹泻、小肠和胆道瘘管、肠道减压或引流等，均可引起HCO3-大量丧失，同时伴发血浆Cl-代偿性升高，导致AG正常型高血氯性酸中毒。血氯升高的机制主要包括：回肠和结肠的阴离子泵分泌HCO3-，同时吸收Cl-，使血氯升高；消化道大量丢失HCO3-，使血浆和原尿中HCO3-减少，此时肾小管重吸收Cl-增多，重吸收HCO3-减少；大量丢失体液引起血液浓缩，血氯升高；细胞外液减少引起醛固酮分泌增加，使肠道吸收NaCl增多。(2)轻度或中度肾功能衰竭 慢性肾功能衰竭病人，若肾小球滤过率尚未降低至正常值的25%以下时，则HPO42-、SO42-等阴离子不致发生潴留。此时患者发生酸中毒的机制主要是肾小管上皮细胞产氨减少，使H+排泌减少而潴留在体内；肾小管排减少，重吸收NaHCO3也减少；肾素-血管紧张素醛固酮系统激活，引起NaCl潴留。因此，这种病人能发生AG正常型高血氯性代谢性酸中毒。(3)肾小管性酸中毒 肾小管性酸中毒(renal tubular acidosis, RTA)是肾脏酸化尿液的功能障碍而引起的AG正常型高血氯性代谢性酸中毒。目前按其发病机理可分四型。远端肾小管性酸中毒(型RTA)，常由慢性肾脏疾患引起，其特点是远端肾小管排泌H+发生障碍，引起体内H+潴留，同时HCO3-不断随尿排出，导致血浆HCO3-浓度下降。近端肾小管性酸中毒(型RTA)，主要见于遗传性缺陷，少数发生在药物或重金属中毒时。其特点是近曲小管上皮细胞重吸收HCO3-障碍，尿中有大量HCO3-排出，血浆HCO3-浓度降低。型RTA即型与型的混合型，既有远端肾小管酸化尿液功能的障碍，也有近曲小管重吸收HCO3-的障碍。型RTA主要是远端肾小管阳离子交换障碍，常见于醛固酮缺乏症或肾小管对醛固酮反应性降低等原因。此时Na+重吸收减少，H+ 和NH3排出也就减少，出现酸中毒。 (4)碳酸酐酶抑制剂的应用 例如使用乙酰唑胺作为利尿剂时，由于该药抑制了肾小管上细胞中碳酸酐酶的活性，结果使H+分泌减少，HCO3-重吸收减少，导致AG正常型高血氯性酸中毒。(5)酸或成酸性药物摄入过多 氯化铵在肝脏内能分解生成氨和盐酸，用此祛痰剂日久量大可引起酸中毒。输氨基酸溶液或水解蛋白溶液过多时，尤其是氨基酸的盐酸盐，在代谢中会分解出HCl来，可引起AG正常高血氯性酸中毒。(二)机体的代偿调节1.血液的缓冲作用 代谢性酸中毒时，细胞外液H+浓度增加，可迅速与血液缓冲对发生缓冲反应。碳酸氢盐缓冲对中的HCO3-与H+结合形成碳酸，并不断放出CO2由肺排出。其结果是血浆HCO3-不断被消耗。反应为 H+ HCO3- H2CO3 H2O CO因此，代谢性酸中毒患者作血气分析时，可见含有HCO3-的化验指标均降低。2.肺的代偿调节 代谢性酸中毒患者一般均有典型的深快呼吸症状，这是由于血液内H+浓度增加，刺激颈动脉体、主动脉体外周化学感受器以及位于延髓腹外侧浅表部位的中枢化学感受器，反射性地兴奋延髓呼吸中枢所致。呼吸加深加快，肺泡通气量加大，CO2排出增多，血液H2CO3浓度随之下降，NaHCO3/H2CO3 的比值恢复到201左右。肺的这种代偿调节作用可在数分钟内发生，并很快达到高峰，但一般不容易获得完全代偿。一般情况下，血浆HCO3-浓度每降低1mmol/L，肺的代偿可使PaCO2下降0.15 kPa(11.3 mmHg)，PaCO2下降极限为1.061.33kPa(810mmHg)。对代谢性酸中毒的大量研究工作中，学者们提出了一些公式，用以预测HCO3-浓度降低时，呼吸功能的代偿范围。如：PaCO2HCO3-1.2 2PaCO21.5HCO3-8 2若为单纯性代谢性酸中毒，实际测得PaCO2应在公式计算范围内；若合并呼吸性酸中毒，实测应大于计算范围；反之，若合并呼吸性碱中毒，实测PaCO2应小于计算范围。3.肾脏的代偿调节 除肾脏功能障碍引起的代谢性酸中毒外，其它原因引起的代谢性酸中毒时，肾脏均发挥重要代偿调节作用。这种代偿调节作用主要表现为肾小管排泌H+、NH4+增多，重吸收NaHCO3增加，尿内NH4Cl和NaH2PO4浓度升高，尿液pH值降低。这些代偿调节作用，一般是在酸中毒持续数小时后开始，35天内发挥最大效能，持续时间可达数周到数月。酸中毒时肾脏排酸增加，这是因为酸中毒时肾小管上皮细胞内碳酸酐酶活性增加，泌H+增多。肾小管排出H+时，以NH 4+的形成最为重要。酸中毒时因糖皮质激素分泌增加使谷氨酰胺易于进入线粒体进行代谢，同时谷氨酰胺酶、谷氨酸脱氢酶活性增高，NH3的形成和NH 4+的排出增多，在此过程中伴有NaHCO3重吸收的增加。4.细胞内外离子交换 酸中毒时约有60%的H+在细胞内被缓冲。代谢性酸中毒时，随着细胞外液H+浓度增加，过多的H+透过细胞膜进入细胞内，与细胞内液的缓冲对如蛋白质、磷酸盐以及血红蛋白等发生缓冲反应：H+Pr- H-Pr H+HPO42- H2PO4- H+ Hb- HHbH+进入细胞时，细胞内液K+外逸，使电中性得以维持，但却使细胞外液H+浓度降低，而K+浓度增高。 5.骨骼缓冲作用 慢性肾功能衰竭等疾患时，代谢性酸中毒的变化时间持久而且进行性加重，经过上述各种代偿调节后，若血中H+浓度依然很高，则骨骼和其它组织也参与调节，沉积在骨组织内的磷酸盐、碳酸盐可释放入血，对H+进行缓冲，同时引起骨质脱钙等病理改变。代谢性酸中毒患者经过上述各项代偿调节，由于大量丢失或消耗HCO3-，血气分析时可测得反映代谢因素的指标AB、SB、BB降低，BE负值增大；同时由于呼吸代偿活动，可使PaCO2降低，AB小于SB。如果代偿调节能使NaHCO3/HCO3-的比值维持在201，则血浆的pH值可在正常范围内接近下限处，称为代偿性代谢性酸中毒；如果碱丢失过多或体内固定酸大量增加，通过调节仍不能维持血浆NaHCO3/H2CO3的正常比值，则pH值小于7.35，称为失代偿性代谢性酸中毒。(三)对机体的影响1.中枢神经系统机能障碍 代谢性酸中毒病人常有乏力、疲倦、肌肉软弱、感觉迟钝、反应缓慢等中枢神经系统功能抑制的表现，严重者可出现嗜睡和昏迷。临床上常见的如糖尿病酮症昏迷、肾功能衰竭酸中毒昏迷等。其发生机制可能与下列因素有关：神经细胞能量代谢障碍。主要是酸中毒可抑制细胞内参与生物氧化的酶类，使氧化磷酸化发生障碍，ATP生成减少，神经细胞能量供应不足；-氨基丁酸增多。-氨基丁酸是抑制性神经递质，代谢性酸中毒时谷氨酸脱羧酶活性增强，-氨基丁酸生成增多；同时-氨基丁酸转氨酶活性降低，使其转化发生障碍，因而能在中枢神经系统大量聚积，引起神经中枢抑制效应。2.心血管系统机能障碍 酸中毒患者常有心功能障碍和心律失常，也容易伴发低血压，与心血管系统的下列变化有关。 (1)H+浓度增加能降低微动脉、小动脉和毛细血管前括约肌对儿茶酚胺的反应性，引起阻力血管扩张；但小静脉、微静脉对酸中毒耐受性较高，可对儿茶酚胺继续反应，引起缩血管效应。因此，酸中毒能使大量毛细血管网开放，回心血量减少，引起低血压甚至休克。(2)酸中毒时心肌收缩力减弱，心搏出量减少。酸中毒对心肌收缩力的抑制作用，可能与以下机制有关：细胞内H+可与Ca2+竞争结合肌钙蛋白；H+能抑制细胞膜外Ca2+内流；能抑制心肌细胞肌浆网释放Ca2+，因而能干扰心肌收缩机制，降低收缩力。(3)酸中毒时容易伴发心律失常，与血钾升高密切相关。此种情况下血钾升高的机制比较复杂，可能与细胞内外离子转移有关，酸中毒时转H+入细胞内，K+逸出细胞。也可能有肾小管排H+增多，排K+减少。严重肾功能衰竭病人，肾脏排H+、排K+都发生障碍，更易发生高钾血症。严重高钾血症能引起心脏传导阻滞，甚至心室纤颤和心脏停搏。3.骨骼系统改变 慢性酸中毒患者，尤其是慢性肾功能不全病人，病程持久且不断加重，由于持续从骨骼释放钙盐缓冲H+，能影响小儿骨骼发育，延缓生长，严重者可发生肾性佝偻病和纤维性骨炎；成人则可发生骨软化症和骨骼畸形，还易发生骨折。(四)防治原则1.积极防治原发病 代谢性酸中毒病人的防治，必须积极采取措施，防治原发疾病，清除酸中毒的发病原因。例如，糖尿病酮症酸中毒的治疗关键是补充胰岛素，治疗糖尿病；腹泻引起酸中毒时，应立即应用抗菌药物治疗胃肠炎等等。2.矫正水、电解质代谢紊乱 酸中毒病人常伴有体液丧失和血液循环障碍，应及时补充液体，恢复有效循环血量，改善组织血液灌流。伴有钾代谢紊乱时，应根据病情作针对性处理。3.补充碱性药物 对比较严重的代谢性酸中毒病人，一经确定，应及时补充碱性药物。常用药物有以下几种：(1)碳酸氢钠(sodium bicarbonate) 代谢性酸中毒病人血浆碳酸氢盐减少，因此，碳酸氢钠可作为首选补碱药物，直接由静脉滴入，补充HCO3-，促使患者细胞外液的NaHCO3/