第一节 酸碱物质的来源及平衡调节
凡能释放出 H＋的化学物质称为酸（acid），如 HCl、H2 SO4、H2 CO3和 NH4＋等；反之，凡能接受 H＋的化学物质称为碱（base），如 OH-、HCO3-和蛋白质（Pr-）等。
体液中的酸性或碱性物质主要是细胞在代谢过程中产生的，少数来自食物（表3-1）。在普通膳食条件下，酸性物质的产生量远多于碱性物质。
糖、脂肪和蛋白质在体内分解代谢，经氧化后生成大量的CO2和H2 O，两者在碳酸酐酶的催化作用下生成碳酸（H2 CO3）。碳酸可释出H＋，也可形成CO2以气体形式从肺排出体外，故称之为挥发酸。H2 CO3是机体在代谢过程中产生最多的酸性物质。成人在安静状态下每天可产生300~400L的CO2，如果产生的CO2全部都生成H2 CO3，并释放H＋，则每天约产生15mol的H＋，成为体内酸性物质的主要来源。运动和代谢率增加时，CO2和H＋的生成量还会增加。由于H2 CO3可转变成CO2经肺排出体外，故通常将肺对H2 CO3排出量的调节，称为酸碱平衡的呼吸性调节。
此类酸性物质需经肾随尿排出，不能经肺呼出，故称为固定酸或非挥发酸（non-volatile acid）。正常成人每日由固定酸释放出的H＋约为50~100mmol，与挥发性酸相比少得多。固定酸因其通过肾脏的排泄进行调节，故称为酸碱平衡的肾性调节。体内的固定酸主要产生于糖、蛋白质和脂肪的分解代谢过程。如糖酵解产生丙酮酸和乳酸；含硫氨基酸（蛋氨酸、胱氨酸）代谢产生硫酸；磷蛋白、核酸分解产生磷酸；脂肪代谢产生β-羟丁酸和乙酰乙酸；嘌呤代谢产生尿酸等。除代谢产酸外，体内固定酸的另一来源是从外界直接摄入的，如一些酸性食物或药物（氯化铵、水杨酸等）。
体液中的碱性物质主要来源于食物中的蔬菜、瓜果。这类食物含有苹果酸盐、柠檬酸盐和草酸盐等有机酸盐，均可与H＋发生反应形成相应的有机酸，如苹果酸、柠檬酸和草酸，再经三羧酸循环代谢；而Na＋或K＋则进入体液与HCO3-形成碱性盐。在体内代谢过程中也可产生碱性物质，如氨基酸脱氨基所产生的氨。正常时体内代谢产生的氨主要经肝脏转变为尿素随尿排出，对体液的酸碱度影响不大。
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健康人的血液是呈弱碱性的，pH是7.35~7.45之间，一般初生婴儿也都属弱碱性体液。但随着体外环境污染及体内不正常的生活及饮食习惯，使体液pH降到7.35以下，体质逐渐转为酸性。身体处于健康和疾病之间的亚健康状态，这些人就是“酸性体质”。“酸性体质”者常会感到身体疲乏、记忆力减退、腰酸腿痛、四肢无力、头昏、耳鸣、睡眠不实、失眠、腹泻、便秘等，到医院检查不出具体病症，如不注意改善，继续发展就会形成疾病，而85%的痛风、高血压、癌症、高脂血症患者，都是酸性体质。因此，医学专家提出：人体的酸性化是“百病之源”。而根据统计，国内70%的人具有酸性体质。
怎样将体质由酸性变成弱碱性呢？酸性体质的产生是体内碱性物质不足所造成，自我预防和改善酸性体质可先从饮食下手。首先调整饮食结构，保持营养摄入的平衡。可以多吃些偏碱性的食物，如水果、蔬菜、苏打饼干等。其中海带呈强碱性，被称为碱性食品之王。多喝碱性离子水，少喝酸性水，如纯净水、可乐等。其次，必须保证适量的运动以及杜绝抽烟、酗酒等不良习惯。最后，情绪对体液酸化的影响很大，所以保持良好的心情也很重要。
附：常见食物的酸碱性
强酸性：蛋黄、乳酪、白糖做的点心或柿子、乌鱼子、柴鱼等。
中酸性：火腿、鸡肉、猪肉、鳗鱼、牛肉、面包、小麦、奶油等。
弱酸性：白米、落花生、酒、油炸豆腐、海苔、泥鳅。
弱碱性：红豆、萝卜、苹果、甘蓝菜、洋葱、豆腐等。
中碱性：大豆、红萝卜、番茄、香蕉、橘子、草莓、蛋白、柠檬、菠菜等。
强碱性：葡萄、茶叶、葡萄酒、海带等。
在正常生命活动中机体不断地摄取和生成酸性、碱性物质，但血液的pH仍在一个很窄的范围内维持相对恒定，动脉血pH在7.35~7.45，平均7.40。这是因为机体存在有维持酸碱平衡的调节功能。机体主要依赖体液中的缓冲系统以及肺脏和肾脏对酸碱平衡进行调节（图3-1）。
缓冲系统是由一种弱酸（缓冲酸）和对应的共轭碱（缓冲碱）组成，具有缓冲酸或碱能力的混合溶液。当体液酸性或碱性物质发生变化时，缓冲系统通过释放或接受H＋，减轻体液pH变化的程度。
血液中主要有碳酸氢盐缓冲系统、磷酸盐缓冲系统、蛋白质缓冲系统、血红蛋白和氧合血红蛋白等缓冲系统（表3-2）。其中碳酸氢盐缓冲系统（存在于血浆和红细胞内）是最重要的缓冲系统，缓冲能力最强，其特点：①含量大，占血液缓冲总量的1/2以上；②该系统可进行开放性调节，通过肺脏对CO2和肾脏对HCO3-浓度的调节，使缓冲物质易于排出和补充，缓冲能力大大增加，远远强于单纯化学反应达到的程度；③决定血液pH的高低（详见本章第二节常用检测指标及其意义）。但是碳酸氢盐缓冲系统只能缓冲固定酸和碱，不能缓冲挥发酸，挥发酸的缓冲主要依赖非碳酸氢盐缓冲系统，主要是HHbO2/HbO2-和Hb-/HHb进行缓冲。
磷酸盐缓冲系统存在于细胞内、外液，主要在细胞内发挥缓冲作用。蛋白质缓冲系统存在于血浆及细胞内，其缓冲作用显现于其他缓冲系统调动之后。血红蛋白和氧合血红蛋白缓冲系统在机体缓冲挥发酸中发挥重要作用。
血液缓冲系统中缓冲酸碱物质的作用是通过化学反应进行的，作用迅速，但由于是一种消耗式的缓冲方式，因此缓冲能力有一定限度。
肺脏在维持酸碱度相对恒定的作用是通过呼吸频率和幅度的改变来调节二氧化碳的排出量，以调节体内碳酸的含量，使血浆HCO3-/H2 CO3的浓度比值维持正常。
呼吸中枢接受来自外周和中枢化学感受器的刺激。外周化学感受器是指颈动脉体和主动脉体，动脉血中PCO2升高、PO2降低、H＋浓度增高均可兴奋外周化学感受器，神经冲动经窦神经和迷走神经传入延髓，引起呼吸加快、加深。中枢化学感受器位于延髓腹外侧浅表部，中枢化学感受器的有效刺激物是脑脊液和局部脑组织细胞外液中的H＋。CO2本身不是中枢化学感受器的有效刺激物，但血液中的CO2可迅速透过血-脑屏障，与脑内的H2 O结合生成H2 CO3，后者再解离成H＋和HCO3-，从而使脑脊液中的H＋浓度升高。由于脑脊液中碳酸酐酶含量很少，CO2与水的缩合反应很慢，所以对CO2的反应有一定的时间延迟，反应潜伏期较长。而动脉血中的H＋则不易透过血-脑屏障，因而对中枢化学感受器的直接作用不大。中枢化学感受器对CO2的敏感性高于外周化学感受器。适当增加吸入气中CO2含量，可通过刺激中枢和外周化学感受器两条途径使呼吸加深加快，增加肺通气量，但以前一途径为主，约占总效应的80%。由于肺通气的加大可增加CO2的排出，结果使肺泡气和动脉血中的PCO2得以维持正常水平。但当吸入气中的CO2含量超过一定水平（如>7%）时，肺通气量不再相应增加，使肺泡气和动脉血CO2显著升高，导致包括呼吸中枢在内的中枢神经系统活动的抑制，引起呼吸困难、头痛、头昏，甚至昏迷等CO2麻醉（carbon dioxide narcosis）症状。对CO2的反应，不仅有个体差异，还受疾病或药物等多种因素影响。
在正常代谢过程中，机体所产生的大量酸性产物，会不断消耗碳酸氢盐和其他碱性物质来中和。肾脏主要调节固定酸，通过排酸或保碱的作用来维持血液中HCO3-的含量，维持血液正常pH。正常饮食下，人体内酸性物质产生量远远超过碱性物质，因此，肾脏主要行使“排酸保碱”功能，排出H＋，重吸收原尿滤出的HCO3-。“排酸保碱”作用主要有以下3种方式：
肾小球滤出的HCO3-有80%~85%在近曲小管被重吸收。肾小管上皮细胞富含碳酸酐酶，催化CO2和H2O结合生成H2 CO3，H2 CO3部分解离为H＋和HCO3-，H＋由肾小管上皮细胞管腔膜Na＋-H＋载体分泌到肾小管管腔内并与Na＋交换，并与经肾小球滤过的HCO3-结合成H2 CO3，再迅速分解为CO2和H2 O，CO2又弥散回肾小管上皮细胞，进一步参与完成上述的“氢循环”，而H2 O则随尿排出。Na＋进入细胞后经基侧膜钠泵主动转运入血，肾小管上皮细胞内低钠有利于管腔钠弥散入肾小管上皮细胞，同时促进泌H＋。而肾小管上皮细胞内的HCO3-经基侧膜 Na＋-HCO3-转运体进入血液循环（图3-2）。
远曲小管和集合管的闰细胞也可分泌H＋，此细胞又称泌氢细胞。闰细胞借助于管腔膜H＋-ATP酶向管腔中分泌H＋，同时在基膜侧以Cl--HCO3-交换的方式重吸收HCO3-（图3-2）。闰细胞泌H＋到集合管管腔后，可将管腔液中的碱性HPO42-变成可滴定酸H2 PO4-，使尿液酸化，这是肾脏排H＋的一个重要方式，称为肾小管的远端酸化作用（distal acidification）（图3-2），但这种缓冲是有限的。随着H＋的不断分泌，小管液中的几乎所有的HPO42-已变成H2 PO4-，两者的比值由原来的4∶1变为1∶99，尿液pH可降至4.8左右，已不能进一步发挥缓冲作用。
NH4＋的生成和排出是pH依赖性的，酸中毒越重，尿排NH4＋量越多。近曲小管上皮细胞是产NH4＋的主要场所。在近曲小管上皮细胞内，谷氨酰胺在谷氨酰胺酶的作用下产生NH3和α-酮戊二酸，后者进一步生成HCO3-进入血液。而NH3不带电荷，脂溶性，容易通过细胞膜进入管腔。NH3与碳酸解离的H＋结合成NH4＋，经载体与Na＋交换进入小管腔，由尿排出。Na＋又与HCO3-同向转运进入血液循环。NH3扩散量取决于小管周围组织间液和小管液的pH。小管液的pH越低，NH3越容易向小管液中扩散（图3-3）。酸中毒严重时，不仅近曲小管NH4＋的分泌增加，远曲小管和集合管也可泌NH3，在肾小管管腔与小管上皮细胞排泌的H＋结合成NH4＋由尿排出。
细胞内液约占体重的40%，含量很大，是一个巨大的缓冲池，对酸碱平衡的调节也发挥了重要作用。细胞对酸碱平衡的调节作用，首先是通过细胞内外的离子交换来实现的，如H＋-K＋、H＋-Na＋、Na＋-K＋交换等。当细胞外液H＋增加时，H＋可顺浓度梯度差弥散进入细胞内，细胞内K＋则移出至细胞外以维持电中性，所以酸中毒时往往会伴有高血钾；当细胞外液H＋减少时，H＋由细胞内移出，而细胞外K＋则进入细胞内，所以碱中毒时往往会伴有低血钾。Cl--HCO3-的交换也相当重要，因为Cl-是可以自由穿过细胞膜的阴离子。当原尿中Cl-升高时，可通过Cl--HCO3-交换使HCO3-从肾脏排出。红细胞、肾小管上皮细胞等都能发挥这种作用，在Cl-浓度变化的驱动下，使HCO3-进出细胞而调节酸碱平衡。此外，红细胞内的缓冲系统如
HHbO2、Hb-/HHb可对细胞内的H＋进行缓冲。
上述四方面的调节因素共同维持体内的酸碱平衡，但在作用时间和强度上是有差别的。血液缓冲系统反应迅速，但缓冲作用不能持久；肺的调节作用效能最大，也很迅速，缓冲作用于30分钟时达最高峰，但不能缓冲固定酸；细胞的缓冲能力较强，但3~4小时后才发挥作用；
肾脏的调节作用效率高，但也更慢，常在酸碱平衡紊乱发生后12~24小时才发挥作用，3~5天达高峰，作用持久，对排出固定酸及保留HCO3-有重要作用。此外，肝脏可以通过合成尿素清除NH3参与调节酸碱平衡；在持续时间较长的代谢性酸中毒时，骨骼的钙盐分解有利于对H＋的缓冲，也参与酸碱平衡的调节。如：
