第十章酸碱平衡

第十章酸碱平衡【目的要求】1．掌握血液的缓冲作用，肾对酸碱平衡的调节作用2．熟悉肺对酸碱平衡的调节作用3．了解酸碱平衡的主要生化振动指标【教学内容】1．一般介绍：体内酸碱物质的来源2．详细介绍：酸碱平衡的调节3．一般介绍：酸碱平衡失调教学过程：导课：第一节体内酸碱物质的来源时间30ˊ教学内容一、酸性物质的来源体内的酸性物质主要来源于糖、脂类及蛋白质等的分解代谢，另外少量来自于某些食物及药物。酸性物质可分为挥发性酸和非挥发性酸两大类。（一）挥发性酸（碳酸）挥发性酸即碳酸。正常成人每日由糖、脂类和蛋白质分解代谢产生约350L（15mol）的CO2，所生成的CO2主要在红细胞内碳酸酐酶（carbonicanhydrase，CA）的催化下与水结合生成碳酸。碳酸随血液循环运至肺部后重新分解成CO2并呼出体外，故称碳酸为挥发性酸，是体内酸的主要来源。（二）非挥发性酸（固定酸）体内代谢过程中还可产生一些有机酸及无机酸，如核酸、磷脂和磷蛋白分解产生的磷酸；糖代谢产生的丙酮酸和乳酸；脂肪酸产生的酮体；含硫氨基酸产生的硫酸等。这些酸性物质不能由肺呼出，必须经肾随尿排出体外，所以称之为非挥发性酸或固定酸。正常人每天产生的固定酸仅为50～10Ommol左右。固定酸还可来自某些食物，如醋酸、柠檬酸等。此外某些药物，如阿司匹林、水杨酸等也呈酸性。二、碱性物质的来源碱性物质主要来源于食物，如蔬菜和水果。蔬菜和水果中含有较多的有机酸盐，如柠檬酸钾盐或钠盐、苹果酸钾盐或钠盐等。这些有机酸根在体内氧化生成CO2和H2O，剩下的Na+、K+则与HCO3-结合生成碳酸氢盐。此外，来源某些药物，如碳酸氢钠等。正常情况下，体内产生的酸性物质多于碱性物质，故机体对酸碱平衡的调节作用以对酸的调节为主。备注第二节酸碱平衡的调节时间35ˊ教学内容一、血液的缓冲作用无论是体内代谢产生的还是由体外进入的酸性或碱性物质，都要进入血液并被血液缓冲体系(buffersystem)缓冲;另外血液的缓冲作用和肺、肾对酸碱平衡的调节直接相关，因此在体液的多种缓冲体系中，以血液缓冲体系最为重要。（一）血液的缓冲体系血浆的缓冲体系有：红细胞内的缓冲体系有：血浆缓冲体系中以碳酸氢盐缓冲体系最重要，红细胞缓冲体系中以血红蛋白及氧合血红蛋白缓冲体系最为重要。血浆NaHCO3／H2CO3缓冲体系之所以重要，不仅是因为该体系缓冲能力强，还在于该体系易于调节：其H2CO3浓度，可通过体液中物理溶解的CO2取得平衡而受肺的呼吸调节；而NaHCO3浓度则可通过肾的调节作用维持相对恒定。（二）血液的缓冲机制血浆pH值主要取决于血浆NaHCO3/H2CO3浓度的比值。正常条件下，血浆NaHCO3浓度为24mmol／L，H2CO3为1.2mmol／L，两者比值为24／1.2＝20／1。亨-哈二氏方程式：血浆[NaHCO3]/[H2CO3]=2O/1时，血浆pH=7.4不变。当其中任何一浓度发生变化时，只要另一浓度随之变化，两者比值=2O/1，血浆pH值=7.4。由此可见，酸碱平衡调节的实质就是调节NaHC03与H2CO3=20/1。NaHC03浓度可反映体内的代谢状况，受肾的调节，称为代谢性因素；H2CO3浓度可反映肺的通气状况，受呼吸作用的调节，称为呼吸性因素。进入血液的固定酸或碱性物质，主要由碳酸氢盐缓冲体系缓冲；挥发性酸主要由血红蛋白缓冲体系缓冲。备注NaHCO3HCO2NaHPO4NaHPONa-PrH-Pr3224，，，KHCOKKHK-HbH-HbK-HbOH-HbO3HCO23，HPO4PO224，22有机磷酸钾盐有机磷酸，pH＝pKa＋lgNaHCO3HCO23［］［］＝6.1＋lg201＝6.1＋1.3＝7.41．对固定酸的缓冲作用代谢过程中产生的磷酸、硫酸、乳酸、酮体等固定酸（H-A）进入血浆时，主要由NaHC03中和，使酸性较强的固定酸转变为酸性较弱的H2CO3。H2CO3则进一步分解成H2O及CO2，CO2可经肺呼出体外从而不致使血浆pH值有较大波动。2．对碱性物质的缓冲作用碱性物质进入血液后，可被血浆中的H2CO3、NaH2PO4及H-Pr所缓冲，使碱性变弱。3．对挥发性酸的缓冲作用体内各组织细胞在代谢过程中不断产生的CO2主要经红细胞中的血红蛋白缓冲体系缓冲，此缓冲作用与血红蛋白的运氧过程相偶联。由于组织细胞与血液之间存在PCO2差，当动脉血流经组织时，组织中的CO2可向血浆扩散，大部分扩散进入红细胞，在红细胞中CA作用下生成H2CO3，后者解离成HCO3-和H+。其中的H+与HbO2释放出02后转变而成的Hb-和H+结合生成HHb而被缓冲（HbO2Hb-+O2，H++Hb-HHb），红细胞内HCO3-因浓度增高而向血浆扩散。此时红细胞内K+不能随HCO3-逸出，血浆中等量的Cl-进入红细胞以维持电荷平衡。在肺部，由于肺泡中PO2高、PCO2低，当血液流经肺部时，HHb解离成H+和Hb-，Hb-和02结合形成HbO2，H+与HCO3-结合生成H2CO3，经CA催化分解成CO2和H2O，CO2从红细胞扩散入血浆后，再扩散入肺泡而呼出体外。此时，红细胞中的HCO3-很快减少，继而血浆中的HCO3-进入红细胞，与红细胞内的Cl-进行又一次等量交换。在严重呕吐丢失大量胃液时，损失较多的H+和Cl-，血浆Cl-浓度降低，HCO3-从红细胞进入血浆，血浆HCO3-浓度代H-A＋NaHCO3HCO23＋Na-AH2CO2O＋H-A＋Na-PrNa-A＋H-Pr3Na2CO＋HCO23NaHCO32偿性增加，从而导致低氯性碱中毒。二、肺对酸碱平衡的调节作用肺主要以呼出CO2来调节血浆中H2CO3的浓度。肺呼出CO2的作用受呼吸中枢的调节，而呼吸中枢的兴奋性又受血液中PCO2及pH值的影响。当体内产酸增多时，NaHCO3减少而H2CO3增多，使血浆中[NaHCO3]/[H2CO3]比值变小。血中的H2CO3经CA催化分解为CO2及H2O，使血浆PCO2增高，刺激呼吸中枢，呼吸加深加快，呼出CO2，降低血中H2CO3浓度，使pH值恢复正常。血PCO2增高或pH值及PO2降低时，呼吸中枢兴奋，呼吸加深加快，CO2呼出增多；反之，当动脉血PCO2降低或pH值升高时则呼吸中枢受抑制，呼吸变浅变慢，CO2呼出减少。肺呼出CO2来调节血中H2CO3的浓度，以维持[NaHCO3]/[H2CO3]的正常比值。三、肾对酸碱平衡的调节作用肾对酸碱平衡的调节作用，主要是通过排出机体在代谢过程中产生的过多的酸或碱，调节血浆中NaHCO3浓度，以维持血浆pH值的恒定。肾的这种作用主要是通过肾小管细胞的泌氢、泌氨及泌钾作用，排出多余的酸性物质来实现的。（一）肾小管泌H+及重吸收Na+（H+-Na+交换）1．NaHCO3的重吸收在肾小管上皮细胞内含有CA，CA催化C02与H20生成H2CO3，H2CO3又解离为H+和HCO3-。解离出的H+从肾小管上皮细胞主动分泌到小管液中，而HCO3-则保留在细胞内。分泌到小管液中的H+与其中的Na+进行交换，称为H+-Na+交换。进入肾小管上皮细胞中的Na+可通过钠泵主动转运回血浆，肾小管细胞中HCO3-则被动吸收入血，二者重新结合生成NaHCO3，以补充缓冲固定酸所消耗的NaHCO3。此过程没有H+的真正排出，只是管腔中的NaHCO3全部重吸收回血液，故称为NaHCO3的重吸收。2．尿液的酸化在正常pH条件下，Na2HPO4/NaH2PO4=4:1。在近曲小管管腔中，这一缓冲对仍保持原来的比值，但终尿中这一比值变小，尿中排出NaH2PO4增加，尿液pH值降低，这一过程称为尿液的酸化。图16-2H-Na交换与NaHCO3的重吸收++CO2H2OH2CO3-HCO3肾小管上皮细胞H2OCO2H2CO3碳酸酐酶H+HCO3-Na+NaHCO3肾小管液（原尿）NaHCO3+NaH+血液当原尿流经肾远曲小管时，其中的Na2HPO4解离成Na+和HPO42-，Na+与肾小管上皮细胞分泌的H+交换，Na+进入肾小管上皮细胞并与HCO3-重吸收进入血液结合形成NaHCO3，而管腔中的H+和Na+与HPO42-结合形成NaH2PO4随尿排出，使尿液的pH值降低。当小管液的pH值由原尿中的7.4下降到4.8时，Na2HPO4/NaH2PO4比值下降，Na2HPO4几乎全部转变为NaH2PO4。（二）肾小管泌NH3及Na+的重吸收（NH4+-Na+交换）肾远曲小管和集合管上皮细胞有泌NH3作用。NH3主要来源于血液转运的谷氨酰胺（占60%）的分解和氨基酸的脱氨基作用（占40％）。NH3生成后与小管液中的H+结合生成NH4+，并与强酸盐（如NaCl、Na2SO4等）的负离子结合生成酸性的铵盐随尿排出。同时，小管液中解离出的Na+重吸收入细胞与HCO3-进入血液生成NaHCO3而维持血浆中NaHCO3的正常浓度。NH3的分泌量随尿液的pH值而变化，尿液酸性愈强，NH3的分泌愈多；如尿液呈碱性，NH3的分泌减少甚至停止。（三）肾小管泌K+及Na+的重吸收（K+-Na+交换）肾远曲小管上皮细胞有主动排钾而换回钠的作用，从而使血液中K+与肾小管液中的部分Na+进行交换，Na+吸收入血，K+随终尿排出体外。K+-Na+交换虽不能直接生成NaHCO3，但与H+-Na+交换有竞争性抑制作用，故间接影响NaHCO3的生成。血钾浓度增高时，肾小管泌K+作用加强，即K+-Na+交换加强，而H+-Ha+交换受抑制，结果使细胞外液中H+浓度升高，高血钾时常伴有酸中毒；-HPO4肾小管上皮细胞H2OCO2H2CO3碳酸酐酶H+HCO3-Na+NaHCO3肾小管液（原尿）Na2HPO4+NaH+血液Na+2NaH2PO4终尿图16-3H-Na交换与尿液的酸化++肾小管上皮细胞H2OCO2H2CO3碳酸酐酶H+HCO3-Na+NaHCO3肾小管液（原尿）NaCl+NaCl氨基酸、谷氨酰胺NH3H+NH3NH4Cl终尿血液图16-4NH4-Na交换和铵盐的排泄++-四、其它组织细胞对酸碱平衡的调节（一）细胞内外的离子交换Na+、K+和H+的交换，也见于肌肉、骨骼等细胞。通过细胞内外离子的交换起到调节酸碱平衡的作用。如当细胞外液H+浓度增加时，一部分H+在细胞外液被缓冲，另一部分H+则进入细胞内液与K+或Na+相互交换，使细胞外K+浓度增加，这是酸中毒时引起高血钾的原因之一。相反，当细胞外液H+浓度降低时，H+由细胞内外移，而K+则进入细胞内，使血K+降低，这是碱中毒引起低血钾的原因之一。（二）骨骼组织对酸碱平衡的调节作用骨细胞中的无机盐随体液中pH值的变化而变化，起到调节骨代谢和酸碱平衡的双重作用。第三节酸碱平衡失调时间30ˊ教学内容一、相关概念呼吸性酸中毒(respiratoryacidosis)：因CO2呼出过少以致血浆H2CO3浓度原发性升高，使正常血浆[NaHCO3]／[H2CO3]的比值变小，pH值降低。呼吸性碱中毒(respiratoryalkalosis)：血浆H2CO3浓度原发性降低，使正常血浆［NaHCO3］/[H2CO3]的比值增大，pH值升高。代谢性酸中毒(metabolicacidosis)：血浆NaHCO3浓度原发性降低，使正常血浆［NaHCO3］/［H2CO3］的比值变小，pH值降低。代谢性碱中毒(metabolicalkalosis)：血浆NaHCO3浓度原发性升高，使正常血浆[NaHCO3]/[H2CO3]的比值增大，pH值升高。无论呼吸性或代谢性酸碱中毒，又都可分为代偿性或失代偿性两种。二、酸碱平衡失调的基本类型（一）呼吸性酸中毒呼吸性酸中毒是由于呼吸道及肺部疾病、呼吸中枢抑制、心疾病、呼吸肌麻痹等原因引起肺的呼吸功能障碍，CO2呼出不畅，使血浆H2C03浓度原发性升高。当血浆PCO2及H2CO3浓度升高时，肾小管细胞泌H+、泌NH3作用增强，NaHCO3重吸收增多，导致血浆NaHCO3相应升高，如果[NaHCO3]/［H2CO3］=20/1，pH=7.4，称为代偿性呼吸性酸中毒(compensator