酸碱平衡紊乱 病理生理学教研室 上海交通大学医学院

主要内容 酸碱平衡紊乱的定义 反映酸碱平衡状态的指标（动脉血气分析） 酸碱平衡紊乱的基本类型 酸碱平衡紊乱的发生机制 酸碱平衡紊乱时功能、代谢的改变及表现 混合型酸碱平衡紊乱

一、酸碱平衡的概念

酸碱平衡 在机体产生或摄入一定量的酸性或碱性物质后，通过调节使体液pH相对稳定的过程，称为机体的酸碱平衡（acidbase balance）。 正常人动脉血血浆pH范围为7.35~7.45。

什么是酸？ 什么是碱？ 在一个化学反应中，凡能释放出H+的物质，称为酸。 强酸：HCl、H2SO4、H3PO4等。 弱酸：H2CO3、CH3COOH（乳酸）等。 在一个化学反应中，凡能接受H+的物质，称为碱。 强碱：NaOH、KOH等。 弱碱：NaHCO3、NH3、CH3COONa等。

二、酸碱平衡的维持与调节

多 正常机体酸性物质的来源 正常机体碱的来源 各种高分子物质经代谢产生大量CO2，它与水生成H2 CO3； 可经肺呼吸排出。 每天可产生300~400L CO2，相当于15mol的H+。 Volatile acids *注：血浆pH为7.40时，其[H +]仅为 40 n mol/L。 每天产生的固定酸所含H+约为50~100 mmol。 各种高分子物质含有氮、硫、磷等元素，经代谢可产生尿酸、硫酸和磷酸等。 不能经肺排出。 可通过肾脏排出。 Fixed acids 例： 糖酵解产生乳酸 脂肪分解可产生酮酸 含硫氨基酸代谢可产生硫酸 嘌呤化合物经代谢可产生尿酸 核酸代谢可产生磷酸 体内氨基酸脱氨基产生NH3；蔬菜、瓜果中的柠檬酸盐、苹果酸盐经三羧酸循环可生成NaHCO3、KHCO3。 正常机体碱的来源 少

由于正常人体每日酸的来源远远多于碱的来源，因此机体对酸碱平衡的调节主要是对体内产生的大量H+负荷的代偿和调节。

H＋负荷 细胞外液 肺呼吸 细胞内液 肾脏 骨骼  H＋ 排出体外 即 时 数分钟数小时 2～4小时 数小时数天 缓慢 血浆 缓冲对 红细胞 频率和深度变化调节肺泡通气量 细胞内 排H＋、泌NH3重吸收HCO3－ 骨盐溶解 H＋－K＋交换 Hb 其它 Ca2＋＋H2PO4 慢性代谢性酸中毒时的代偿 H2CO3 CO2 排出固定酸保 碱  H＋ 排出体外 即 时 数分钟数小时 2～4小时 数小时数天 缓慢

缓冲系统的组成 体液缓冲系统是指由各种弱酸及其共轭的碱 构成的不同缓冲对所形成的对H＋负荷能起缓冲作 用的系统。 细胞内、外液中均有碳酸氢盐（HCO3－）及非 碳酸氢盐（Buf－）两种缓冲系统。弱酸盐的主要 阳离子在细胞外液是Na＋，在细胞内液是K＋。

细胞内外液的主要缓冲对构成 细胞外液 血 浆 NaHCO3/ H2CO3 NaPr/HPr* Na2HPO4/NaH2PO4 细胞间液 NaHCO3/ H2CO3 Na2HPO4/NaH2PO4 细胞内液** KPr/HPr K2HPO4/KH2PO4 KHCO3 /H2CO3 有机磷酸盐 红 细 胞 KHb/HHb KHbO2/HHbO2 K2HPO4/KH2PO4 KHCO3/ H2CO3 * HPr：蛋白质； **主要指肌细胞。

缓冲作用？ 例：缓冲溶液含 10mmol/L Na 2HPO4 10mmol/L Na H2PO4 Na H2PO4的Ka为160 因此可计算出该溶液的pH是6.80。 如在此溶液中加入2 mmol/L HCl，则溶液pH降至6.62。 如单独将HCl加入不含缓冲对的水溶液，使其浓度达到2 mmol/L，则溶液的pH为2.70 。 HA H+ + A Ka = [ H+ ]  [ A ] [ HA ] [ H+ ] = Ka  [ HA ] [ A ] pH = pKa + lg [ HA ] [ A ]

碳酸氢盐缓冲系统 血浆中NaHCO3/H2CO3缓冲系统是体内最重要的、对固定酸具有强大缓冲作用的缓冲系统。根据Henderson-Hasselbalch方程式，血浆pH 明显与  HCO3－ / H2CO3比值有关： pH  pKa ＋ log（ HCO3－ / H2CO3） pH  pKa ＋ log（ HCO3－ / ·PaCO2） pH  6.1 ＋ log（ 24 /0.226·5.32） pH  6.1 ＋ log（ 24 / 1.2） pH  6.1 ＋ 1.3 pH  7.4 （ 为CO2的溶解系数）

红细胞对挥发酸的缓冲 CO2 CO2 + H2O CA H2CO3 CA HCO3 HCO3 H+ C l C l 氯转移 原发改变 CO2 CO2 + H2O CA H2CO3 红细胞 血浆 CA HCO3 HCO3 H+ C l C l 被红细胞内的缓冲系统缓冲（Hb缓冲对最主要）。 氯转移 红细胞对挥发酸的缓冲 注：CA为碳酸酐酶

 近端小管Na+-H+交换（Na+-H+ exchange of proximal tubule） 使原尿中90%NaHCO3重吸收。  远端小管泌H+与HCO3-重吸收（Regulation of distal tubule） 集合管的闰细胞泌H+，但不重吸收Na+，进入原尿中H+与HPO42-结合形成H2PO4-，使尿液酸化。闰细胞内HCO3-与Cl-交换，HCO3- 进入血液内。

 NH4+排出（NH4+ excretion） 肾脏对NH4+排出是pH依赖性（酸中毒越严重，排NH4+量越多）。 ● 近曲小管上皮细胞是产NH4+的主要场所，通过Na+-NH4+交换，以NH4Cl形式排出。 ● 集合管分泌NH3 进入原尿与H+结合生成NH4Cl 被排出体外。

调节主要包括二大环节 1．把强酸（强碱）转变为弱酸（弱碱） 缓 冲 2．把酸（碱）排出体外 血浆：快，以 [HCO3— ]/[H2CO3] 最重要，但不能缓冲挥发酸。 红细胞：快，能够快速缓冲挥发酸。 细胞内液：略慢，先进行胞内外的 H+ —K+交换，然后缓冲。 骨骼：极慢，主要对代谢性酸中毒。 缓 冲 2．把酸（碱）排出体外 肺：快，排出挥发酸。 肾：较慢，但作用强大，排出固定酸。

三、酸碱平衡紊乱

酸碱平衡紊乱的基本概念 或 在许多病理情况下，当机体酸性或碱性物质的量发生变化（过多或过少），超过机体的调节能力，使血浆pH超越正常范围；或者由于肺、肾对酸碱平衡的调节功能发生障碍，以及因水、电解质紊乱，使NaHCO3和H2CO3的含量，甚至[NaHCO3]/[H2CO3]的浓度比发生改变（正常为20/1），称为酸碱平衡紊乱（acidbase disturbance）。

酸碱平衡紊乱的分类 血浆pH=6.1+lg [HCO3— ] / [H2CO3] 代谢性因素 指能够影响肺泡通气量，从而改变血液中CO2含量的因素。 血浆pH=6.1+lg [HCO3— ] / [H2CO3] 呼吸性因素 因代谢性因素引起HCO3改变，进而导致血浆pH发生变化，称为代谢性酸中毒（HCO3 减少）或碱中毒（HCO3 增多） 。 因呼吸性因素引起血液中CO2（H2CO3）含量改变，进而导致血浆pH发生变化，称为呼吸性酸中毒（ H2CO3增多）或碱中毒（H2CO3减少） 。

四、酸碱平衡的评判指标 （动脉血气分析）

Arterial Blood Gas Sampling 动脉血气测定的样本采集

pH 血液pH通常是指动脉血中H＋浓度的负对数。 正常值为7.35～7.45，平均为7.4。 pH7.45：失代偿性碱中毒 存在代偿性酸或碱中毒 由于机体的代偿，血浆  HCO3－ / H2CO3 比值仍维持在20/1左右，故pH在正常范围内。 混合性酸碱平衡紊乱 同时存在使pH变化趋向相反的不同类型的酸碱平衡紊乱，由于pH变化暂时相互抵消，使所测pH尚在正常范围。

动脉血CO2分压（PaCO2） PaCO2是动脉血血浆中以物理状态溶解的CO2分子所产生的张力。 正常值：4.39 ～ 6.25kPa（33 ～ 46 mmHg） 平均为 5.32 kPa（40 mmHg） 血浆PaCO2的高低直接取决于肺泡通气量，两者呈反相关的关系。 PaCO2是反映酸碱平衡呼吸性因素的指标。

标准碳酸氢盐 standard bicarbonate，SB 指全血标本在38℃、血红蛋白氧饱和度100%、以PaCO2为5.32kPa的气体平衡的条件（即标准条件）下，测得的血浆HCO3－浓度。 正常范围：22～27mmol/L，平均 24 mmol/L。 测定NaHCO3的含量除了受代谢性因素的影响外，PaCO2增高，测得的NaHCO3也增高，反之亦然。标本用PaCO2为5.32 kPa的气体平衡后，消除了个体实际呼吸功能状况对PaCO2变动并进而引起NaHCO3变动的影响，故测得的NaHCO3（SB）值仅受机体固定酸负荷、碱性物质的摄入、排出及肾脏的排酸、保碱功能状态（代谢性因素）的影响。

实际碳酸氢盐 actual bicarbonate，AB 指血标本在取得至测定HCO3－浓度时，始终处于隔绝空气的条件下，即是在被检者实际的PaCO2和血红蛋白饱和度条件下，测得的血浆NaHCO3浓度。 测定的NaHCO3高低不仅受上述代谢性因素的影响，而且受被检者肺通气状况（呼吸性因素）的影响，过度通气使PaCO2降低，NaHCO3测定值减少；肺通气不足，NaHCO3值增高。 对同一被检者来说，如果不存在外呼吸功能障碍，所测AB和SB应当相同，两者只随代谢性因素变化而变化。

AB与SB值的比较 如果存在外呼吸功能障碍，则测得的SB和AB便有所不同，故AB与SB值的比较，可用来作为酸碱平衡中受呼吸性因素影响的指标。. AB  SB，表明有CO2潴留； AB  SB，表明被检者有过度通气； AB  SB，说明被检者肺通气无异常。

缓冲碱 buffer base，BB 是指血浆中具有缓冲作用的负离子的总和。这些负离子包括HCO3－（22～27 mmol/L）、Hb－（6.3 mmol/L）和蛋白质阴离子（Pr－，16～18 mmol/L）等。 正常值：45～55 mmol/L，平均为 505 mmol/L。 BB是反映代谢性因素的指标，与PaCO2变化无关。

碱剩余 base excess，BE 是指全血在38℃、PaCO2为5.32 kPa、血红蛋白浓度校正为150g/L、且氧饱和度为 100%的条件下，把1 L全血或血浆用酸或碱滴定至pH为7.40时，所用酸或碱的量。 以酸滴定时，所用酸的浓度值以“正值”表示；以碱滴定时，则以负值表示。BE的意义与BB相同 。 正常值： 03 mmol/L BE＋3 mmol/L，见于代谢性碱中毒 BE－3 mmol/L，见于代谢性酸中毒

阴离子间隙 anion gap，AG 是指血浆中未测定的阴离子（undetermined anion，UA）和未测定阳离子（undetermined cation，UC）的浓度差。 正常值： 12  2 mmol/L 该值可以根据已测定的阳离子浓度（Na＋）与已测定的阴离 子浓度（Cl－＋HCO3－）间的差值计算获得。即： AG = Na＋－（Cl－＋HCO3－） 对正常人则为：AG=140－（104＋24）；AG=12 mmol/L。 AG的测定对区分不同类型代谢性酸中毒和分析某些 混合性酸碱平衡紊乱有重要意义。

pH——反映血浆中游离H+的浓度，是评判酸碱平衡的综合指标。 代谢性指标 ——反映血浆[HCO3—]的指标。且排除了呼吸性因素的影响。 SB（标准碳酸氢盐） BB（缓冲碱） BE（碱剩余） 呼吸性指标 ——反映血浆CO2含量的指标。 PaCO2 AB与SB的差值 （AB>SB，表示有CO2潴留） （AB<SB，表示CO2减少） AB ——受代谢性因素和呼吸性因素的双重影响。 AG ——用于确定和区分代谢性酸中毒及其类型；有助于分析某些混合型酸碱平衡紊乱。

 当机体针对某种酸碱紊乱进行代偿时，因代偿引起的指标变化与原发病因引起的指标变化同向改变。 例如： 单纯型代谢性酸中毒时，代谢性指标SB，BB，BE负值；此时机体可通过呼吸加深加快排出CO2进行代偿，因此代偿后引起呼吸性指标PaCO2，AB<SB。

五、酸碱平衡紊乱的发生机制

代谢性酸中毒 酸多  原发性[HCO3] AG增大型 AG正常型 碱少 乳酸酸中毒 固定酸的来源增多 酮症酸中毒 因为是代谢性的 体内 产生 AG增大型 固定酸的来源增多 酮症酸中毒 体外 摄入 酸多 因为是代谢性的 所以是固定酸多 水杨酸中毒 固定酸的排出减少 ：肾功能衰竭 少尿、无尿阶段 碱的来源减少  ——由于正常人体每日碱的来源就很少，所以不成立。 AG正常型 经消化道丢失：小肠液、胰液 碱少 碱的丢失过多 经肾脏丢失：肾小管排酸保碱功能障碍 碱的消耗过多 ：使用含氯成酸性药物

代谢性碱中毒  碱多  原发性[HCO3] 固定酸少 固定酸的来源减少 ——由于正常人体每日酸的来源远远多于碱的来源，所以不成立。 经消化道丢失 ：胃液大量丢失 固定酸的丢失过多 低钾或低氯血症 经肾脏丢失 盐皮质激素过多 应用某些利尿剂 碱的来源多 ——主要见于碱性物质输入过多：如NaHCO3、乳酸钠、库血。 碱多  碱的排出减少 ——由于正常机体对酸碱平衡的调节主要为排酸保碱，所以不成立。

H+丢失  Cl丢失 胃液大量丢失 K+丢失 体液丢失 醛固酮 

呼吸性酸中毒  呼吸性碱中毒  原发性[H2CO3 ]  挥发酸过多 原发性[H2CO3 ]  挥发酸过少 挥发酸产生增多 ——正常人体每日产生大量的CO2，但是只要外呼吸功能良好，则不会引起CO2潴留。 挥发酸过多 挥发酸排出减少 ：由外呼吸功能障碍引起 挥发酸摄入增多 ：见于吸入气CO2浓度过高 呼吸性碱中毒 原发性[H2CO3 ]   挥发酸来源减少 ——不成立，原因见前。 挥发酸过少 挥发酸排出过多 ：低氧血症、CNS疾病、精神因素、水杨酸中毒

酸中毒时机体的代偿机制 代谢性酸中毒 呼吸性酸中毒 代谢性酸中毒 呼吸性酸中毒 原发特点 HCO3-，BB,SB,AB,BE(－) H2CO3 ，PaCO2 AB>SB 血 液 HA + HCO3-A-+ H2CO3 严重急性发病者可无代偿； 缓冲作用  血浆蛋白缓冲;红细胞内Hb CO2 + H2O 缓冲及红细胞内外的Cl-转移 肺呼吸调节 呼吸加深加快，CO2 排出增加 不能代偿 细胞内外离 H+ + KPrK++ HPr； 子的交换及 H+ + K2HPO4K++ KH2PO4 ； 细胞内缓冲 K+ 外移，血K+浓度，细胞外H+ 肾 脏 肾性原因发病者无代偿； 代偿 调节 肾能代偿时：※CA活性增高，H+排出增加，分泌NH3及排出NH4+ 增多，HCO3-重吸收增多 骨骼 代偿 Ca3(PO4)2 + 4H+3Ca2+ + 2H2PO4- 代偿 结果 PaCO2, HCO3-逐渐恢复 BB,SB,AB,BE(+)

代谢性酸中毒 肺炎休克患者： 预测PaCO2 = 1.5×15+8±2=30.5±2=28.5～32.5 ； 实际PaCO2 = 30 呼吸代偿预测：paCO2 (mmHg)=1.5×[HCO3- ] + 8  2 ▲测定值>预测值 呼吸代偿不足（合并呼吸性酸中毒） ▲测定值<预测值 通气过度（合并呼吸性碱中毒） 糖尿病患者： pH 7.32, HCO3- 15mmol/L, PaCO2 30mmHg； 预测PaCO2 = 1.5×15+8±2=30.5±2=28.5～32.5 ； 实际PaCO2 = 30 肺炎休克患者： pH 7.26，HCO3-16 mmol/L，PaCO2 41mmHg；        预测PaCO2 = 1.5×16 + 8±2=32±2 = 30～34        实际PaCO2 = 41

碱中毒时机体的代偿机制 代谢性碱中毒 呼吸性碱中毒 代谢性碱中毒 呼吸性碱中毒 原发特点 HCO3-，BB,SB,AB,BE(＋) H2CO3 ，PaCO2， AB<SB 血液缓冲 对碱中毒作用小： HCO3-进入红细胞；CO2弥散进入血浆 作 用 OH-+ H2CO3(HPr)HCO3-(Pr-)+ H2O HCO3-＋HBuf  H2CO3＋Buf－ 肺部代偿 血液PH（H+）  呼吸变浅变慢 调 节 CO2排出减少 PaCO2. 代偿作用弱或无 细胞内外 细胞内H+外移，K+转移进入细胞，血K+降低， 离子交换 氧离曲线左移，细胞糖酵解增强，乳酸增多，提供H+。 肾 脏 CA、 谷氨酰胺酶、氨基酸转氨酶活性降低：产H+ 泌NH3减少；肾 调 节 排HCO3-，尿滴定酸(H2PO4-)及NH4+减少； 代偿结果 血 H2CO3，HCO3-有所恢复 慢性呼碱：BB、SB、 BE(-)

代谢性碱中毒 幽门梗阻患者： pH 7.49，HCO3- 36 mmol/L，PaCO2 48mmHg； 呼吸代偿预测公式: paCO2 (mmHg) = 40+0.7×HCO3-5 ▲测定值>预测值 合并呼吸性酸中毒 ▲测定值<预测值 合并呼吸性碱中毒 幽门梗阻患者： pH 7.49，HCO3- 36 mmol/L，PaCO2 48mmHg；     预测PaCO2 = 40+0.7(36-24)±5 = 43.4～53.4     实际PaCO2 = 48 败血症休克过度纠酸，并使用人工通气后： pH 7.65，HCO3- 32 mmol/L，PaCO2 30 mmHg；        预测PaCO2 = 40+0.7(32-24)±5 = 40.6～50.6        实际PaCO2 = 30

六、酸碱平衡紊乱对机体的影响

酸中毒对机体的影响 代谢性酸中毒 呼吸性酸中毒 中枢神经 乏力、知觉迟钝、嗜睡、昏迷 急性呼酸，CO2进入中枢，中枢 代谢性酸中毒 呼吸性酸中毒 中枢神经 乏力、知觉迟钝、嗜睡、昏迷 急性呼酸，CO2进入中枢，中枢 系统功能 PH ，引起肺性脑病，脑血管扩张 脑血流增加，易引起脑压，头疼， 精神症状， PaCO210.7KPa呼吸抑制。 中枢PH ： 生物氧化酶活力， ATP合成， 脑组织供能， 谷氨酸脱羧酶（PH6.5）活力， γ氨基丁酸生成。 水电解质 易 引 起 血 [K+] 平 衡 心 血 管 严重酸中毒引起心律失常、心收缩力，周围血管扩张/低血压 系 统 * 高K+血症：易致心律失常； * 心肌内H+使Ca2+内流、内质网释放及与钙结合亚单位结合障碍； * 血管平滑肌对儿茶酚胺反应性降低，血管扩张，毛细血管床开放增多; 骨骼系统 慢性肾功不全慢性代谢性酸中毒： 小儿：佝偻病；大人：骨软化症

Increased rate and depth of breathing ("Kussmaul breathing") Decreased heart rate (bradycardia)

碱中毒对机体的影响 中枢神经 躁动不安，神经错乱，谵妄 急性呼碱PaCO2，脑血管收缩， 系统功能 致头痛、眩晕、意识障碍等 代谢性碱中毒 呼吸性碱中毒 中枢神经 躁动不安，神经错乱，谵妄 急性呼碱PaCO2，脑血管收缩， 系统功能 致头痛、眩晕、意识障碍等 氧离曲线左移、KHbO2不易释放O2,中枢对O2敏感，缺O2症状明显； γ氨基丁酸转氨酶活力(PH8.2)，谷氨酸脱羧酶活性， γ氨基丁酸含量减少，抑制作用减弱 神经肌肉 PH，血浆游离Ca2+ ，且中枢γ氨基丁酸，使N-M应激性， 系 统 有手足搐搦或惊厥，且多见于呼吸性碱中毒。 水 电 解 低K+血症（可引起肌无力、麻痹；纠正血K+，症状可改变） 质 平 衡 心 血 管 低钾血症：心肌兴奋性；自率性；传导性；收缩性先增高后 系 统 降低易致心律失常

混合型酸碱平衡紊乱 对同一患者，除不可能同时存在呼吸性酸中毒和呼吸性碱中毒之外，往往在不同病理过程中同时出现两或三种酸碱平衡紊乱类型，即存在混合型酸碱平衡异常（mixed acid-base disorders）。二重性酸碱平衡紊乱又有相加性（酸碱一致的混合型）和相消性（酸碱混合型）两种类型。

防治原则 治疗原发病因 纠正pH 矫正水、电解质紊乱

Case study 患者：男，63岁，患糖尿病史12年，蛋白尿（DN）5年。 主诉：恶心、呕吐、嗜睡、尿量减少。 体查：口气有烂苹果味，眼睑浮肿，血压 169/110mmHg。 实验室检查：pH 7.29，PaCO2 20mmHg，SB 9mmol/ L， Na+ 132mmol/L，K+ 6.7mmol/L，Cl- 91mmol/L， Ccr 253mol/L，血糖 48.1mmol/L、尿蛋白（+++）。    Case study 有无酸碱失衡？属于哪一型？ 为什么PaCO2也会下降？ 有无AG的改变？说明了什么问题？ 除了代酸外，还有没有其他酸碱失衡？

Thank You