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第三章 酸碱平衡和酸碱平衡紊乱 （Acid-base balance and imbalance）,病理生理学教研室 张敬各,Contents(主要内容),Acid-base homeostasis 酸碱的自稳态 Parameters of acid-base balance 反映酸碱平衡常用的指标 Simple acid-base disturbance 单纯型酸碱平衡紊乱 Mixed acid-base disturbances 混合型酸碱平衡紊乱,细胞外液适当的pH值对于维持细胞正常代谢是必须的。生理情况下血浆的pH值为7.357.45（平均7.40）。 细胞外液中存在一些酸性物质，也存在一些碱性物质，这些酸和碱共同决定了血液的pH值。(酸碱概念后),Introduction,Acid-base balance (酸碱平衡):,生理情况下，机体处理体内多余的酸碱物质，保持体液酸碱度相对恒定的过程。pH7.357.45,Acid-base disturbance (酸碱平衡紊乱):,病理情况下，机体出现酸碱超负荷、 严重不足或调节机制障碍，导致机体内 酸、碱浓度改变/或由此而引起的pH改 变，称为酸碱平衡紊乱。,第一节 Acid-base homeostasis （酸碱的自稳态),Contents(主要内容),concepts of acid and base （酸与碱的概念） kinds and sources of acid and base （体内酸与碱的种类及其来源） regulation of acid-base balance （机体酸碱平衡的调节）,一、concepts of acid and base （酸与碱的概念）,酸：凡能释放H的物质。如 H2SO4 、NH4+、H2CO3等。 碱：凡能接受H的物质。如OH-、 SO42-、NH3等。,Acid(酸) 质子 base(碱),二者形成一个共轭体,二、kinds and sources of acids （体内酸的种类和来源）,1、volatile acid(挥发酸)即H2CO3,食物：肉类、食品添加剂等 药物：NH4Cl、HCl、盐酸制剂等,2、nonvolatile acid(固定酸): 50-100mmol/d,摄入,三、kinds and sources of bases （体内碱的种类和来源）,酸多于碱 pH = 7.35 7.45 ?,酸碱平衡的调节,思 考？,四、Regulation of acid-base balance （机体酸碱平衡的调节）,1、buffer action of the blood 血液的缓冲作用 2、buffer effect of cells 组织细胞的调节作用 3、respiratory regulation of acid-base balance 呼吸的调节作用 4、renal regulation of acid-base balance 肾的调节作用,1、 buffer action of the blood （血液的缓冲作用）,1.1 缓冲的概念（buffer）,弱酸及其共轭碱构成的具有缓冲酸或碱能力的缓冲对称为缓冲系统。 向溶液中加入酸或碱时，溶液中的缓冲系统防止溶液中的pH发生显著变动的作用称为缓冲。,1.2 缓冲对（buffer pair）,体液中的弱酸(缓冲酸)及其共轭的碱(缓冲碱)所构成的具有对强酸或强碱进行缓冲作用的配对物。,1、 buffer action of the blood （血液的缓冲作用）,全血中的缓冲系统,全血中各缓冲系统的含量与分布,1、 buffer action of the blood （血液的缓冲作用）,1、 buffer action of the blood （血液的缓冲作用）,1.4 缓冲系统对酸碱的缓冲作用中和反应,固定酸和碱可被所有的缓冲对缓冲,挥发酸只能被非碳酸氢盐缓冲对缓冲,Hb-/H-Hb，HbO2-/H-HbO2,Pro-/H-Pro(血浆及细胞内),HPO42-/H2PO4-,1、 buffer action of the blood （血液的缓冲作用）,缓冲后的结果：强酸(碱) 弱酸(碱),这种变化如不能及时纠正，HCO3-/H2CO3 的比值势必出现变化，进而引起血液pH的变化。肺和肾的作用就是分别对其进行调节，使其保持在20:1。,1、 buffer action of the blood （血液的缓冲作用）,2.1 调节对象及目的: 血液中的H2CO3,使 HCO3-/H2CO3=20:1,2.2 调节方式: 改变呼吸运动，增加或减少CO2的排出,将H2CO3称为影响酸碱平衡的呼吸性因素,2、Respiratory regulation (肺的调节作用/呼吸性调节),中枢化学感受器 延髓腹外侧浅表部位(主要)：感受H+变化，CO2H+ PaCO2 =60mmHg (+) 80mmHg(-) CO2麻醉(narcosis) 外周化学感受器 主A体、颈A体： PaO2，pH或H+，PaCO2 神经反射性调节 肺组织中的牵张感受器 J感受器(毛细血管旁感受器) 呼吸肌内的本体感受器,* 只对代谢性酸碱平衡紊乱有调节作用， 调节PaCO2和H2CO3, 维持HCO3-/H2CO3 比值。,特点,* 作用较快；有一定的代偿能力。,* 对呼吸性酸碱平衡紊乱不能调节。,调节对象和目的：,血液中的HCO3-，使血液中HCO3-/H2CO3的比值保持在20:1。因此，将HCO3-称为影响酸碱平衡的代谢性因素。,3、renal regulation (肾的调节作用/代谢性调节),肾小管上皮细胞重吸收HCO3-入血; 肾小管上皮细胞排泌H或NH4+入肾小管腔; 二者为一偶联的过程，即肾小管上皮 细胞重吸收一个HCO3-入血，必然伴随 一个H或NH4+排泌到肾小管管腔; 上述中心环节贯穿肾调节的所有方式。,中心环节：,3、renal regulation (肾的调节作用/代谢性调节),基本方式：,近端小管泌H+和重吸收HCO3- 远端小管及集合管泌H+和重吸收 HCO3-，排泄体内的固定酸 尿NH4+ 的排出,3、renal regulation (肾的调节作用/代谢性调节),3.1 H+ Na+交换（ H+ Na+反向转运): 近曲小管，泌H+ 2/3,3.2 主动泌H+, 在近曲小管，H+ ATP酶主动耗能泌 H+，1/3 在远曲小管和集合管(主要)，由闰细 胞泌H+，无Na+的转运，H+ATP酶 或H+ K+ATP酶供能，伴H+K+交换 或Cl- HCO3-交换。, 近曲小管上皮细胞是产NH3NH4+的主要场所；H+随NH4+排出，Na+ K+ ATP酶供能；-酮戊二酸产生的 HCO3-由Na+ HCO3- 载体同向转运入血。 在远曲小管，NH3主要通过弥散排出。,3.3 产NH3、泌NH4+,谷氨酰胺酶,在远曲小管上皮细胞的管腔侧有此两种交换： 当K+ Na+时，则H+ Na+; 反之,3.4 K+ Na+交换与H+ Na+交换 的竞争性抑制作用,2019/8/5,37,可编辑,4、呼吸性调节和代谢性调节 互为代偿，共同调节,呼吸性因素变化后，代谢性因素代偿,H2CO3,代谢性因素变化后，呼吸性、代谢性 因素均可代偿,5、buffer effect of cells （组织细胞的调节）,细胞内外离子交换和细胞内缓冲,HK交换 细胞内和血浆之间的交换， 发生于机体的大部分细胞，见于各种类型的 酸碱平衡紊乱。,HCO3-Cl-交换(chloride shift) 红细胞内 和血浆之间交换，见于呼吸性酸碱平衡紊乱。,HCa2交换 骨组织和血浆之间的交换， 见于慢性酸中毒。,交换进入细胞内的H被细胞 内的蛋白质及磷酸盐所缓冲,红细胞 肌细胞,细胞的离子交换(Role of cells),酸中毒,碱中毒,红细胞的缓冲作用,CO2 ,Cl-,Cl-,CA,骨骼的缓冲作用,骨质脱钙、骨质软化,五、各调节系统的特点,血液缓冲系统：起效迅速，只能将强酸（碱) 弱酸(碱)，但不能改变酸 (碱)性物质的总量； 组织细胞：调节作用强大，但可引起血钾浓 度的异常； 呼吸调节：调节作用强大，起效快，30 min可 达高峰；但仅对CO2起作用； 肾调节：调节作用强大，但起效慢，于数小 时方可发挥作用，35d达高峰。,六、小结(酸碱平衡的调节),体液的缓冲，使强酸或强碱变为弱酸或 弱碱，防止pH值剧烈变动；同时使 HCO3-/H2CO3出现一定程度的变化。 呼吸的变化，调节血中H2CO3的浓度； 肾调节血中HCO3-的浓度。 使HCO3-/H2CO3二者的比值保持20:1，血液pH保持7.4。,第二节 Parameters of acid-base balance 反映酸碱平衡紊乱的常用指标及其意义,Contents (主要内容),Category of acid-base disturbance (酸碱平衡紊乱的常见类型) Parameters of acid-base disturbance (判定酸碱平衡紊乱常用指标),一、Category of acid-base disturbance 酸碱平衡紊乱的类型,由此公式可知，血液酸碱平衡紊乱的基本特征是血液中HCO3-和H2CO3的异常变化。根据二者的变化情况，酸碱平衡紊乱可有以下几种类型:,1、HCO3-的变化 代谢性酸碱平衡紊乱,HCO3-的原发性 代谢性酸中毒,HCO3-的原发性 代谢性碱中毒,2、H2CO3的变化 呼吸性酸碱平衡紊乱,一、Category of acid-base disturbance 酸碱平衡紊乱的类型,代偿性: pH仍在正常范围之内, 即 HCO3-/H2CO3仍为20:1, 但各 自的含量出现异常变化。 失代偿性: pH明显异常，超出正常范围。,3、HCO3-和H2CO3均变： 混合型酸碱紊乱,3.1 酸碱一致型,3.2 酸碱混合型,一、Category of acid-base disturbance 酸碱平衡紊乱的类型,3.3 三重酸碱平衡紊乱,呼酸和呼碱不可能同时产生, 因此三重性酸碱平衡紊乱只有两种类型:,呼酸代酸代碱 呼碱代酸代碱,代酸和代碱同时存在常见于： 严重胃肠炎时呕吐加腹泻并伴有低钾和脱水，尿毒症病人或糖尿病病人剧烈呕吐。,一、Category of acid-base disturbance 酸碱平衡紊乱的类型,pH值,动脉血CO2分压（PaCO2）,标准碳酸氢盐和实际碳酸氢盐(SB/AB),缓冲碱(BB),碱剩余(BE),阴离子间隙(AG),二、Parameters of acid-base disturbance 判定酸碱平衡紊乱的常用指标,判断酸碱状态的主要工具。它能自动测出pH（或H+）和PaCO2，并根据HendersonHassalbalch公式计算出HCO3-及其他酸碱参数（blood-gas analysis parameter)。 血气分析的主要理论依据：血液pH主要取决于 血液缓冲系统，尤其是碳酸氢盐缓冲系统缓冲酸与碱的比例。,血气分析仪,二、Parameters of acid-base disturbance 判定酸碱平衡紊乱的常用指标,1、动脉血pH值 (7.35-7.45, 平均7.4),1.1 概念: 动脉血中H浓度的负对数值,HCO3- or pH or PaCO2 or pH or ,1.2 pH的范围,2. PaCO2 (动脉血CO2分压),2.1 概念 动脉血中物理溶解的CO2分子 所产生的张力。,2. 2 正常值 33 46 mmHg (平均：40mmHg) (4.396.25kPa) (平均5.32kPa),二、Parameters of acid-base disturbance 判定酸碱平衡紊乱的常用指标,2.3 意义：反映血液中H2CO3的浓度 呼吸对酸碱平衡的影响,(4.396.25kPa),CO2呼出过多 正常 CO2潴留 呼碱或代偿后的代酸 呼酸或代偿后的代碱,|3346mmHg|,3、HCO3- actual bicarbonate (AB,实际碳酸氢盐) standard bicarbonate (SB,标准碳酸氢盐),3.1 AB：隔绝空气的动脉血，在实际PaCO2、血氧 饱和度及体温条件下，所测得的HCO3-含量。 受代谢和呼吸两方面的影响 。,二、Parameters of acid-base disturbance 判定酸碱平衡紊乱的常用指标,3.1.1 代谢的影响(主要方面),肾产生HCO3- 的能力； 体内固定酸生成、排泄等情况,(AB和SB的正常值均为22-27(24)mmol/L),当CO2潴留时，反应向左进行，HCO3-(AB),3.1.2 呼吸的影响,3.1.2.1 呼吸的直接影响 H2CO3的解离,当CO2减少时，反应向右进行，HCO3-(AB),3.1.2.2 呼吸的间接影响,呼吸因素引起的代谢性HCO3-的变化。当CO2 变化时，肾对HCO3-的重吸收发生改变。,当CO2潴留时，肾产HCO3- ，血HCO3-(AB),当CO2减少时，肾产HCO3- ，血HCO3-(AB),CA,3.2 SB 全血在标准状态下测得的HCO3-浓度。,PCO2 40 mmHg，SO2 100%，T 38， 这一标准状态排除了呼吸的影响？ 仅是反映代谢性因素的指标？！,二、Parameters of acid-base disturbance 判定酸碱平衡紊乱的常用指标,当血样中CO2减少(低于平衡气)时，平衡后，平衡气中的CO2溶入血样中，反应向左进行，使HCO3-。,当血样中CO2增多(高于平衡气)时，平衡后，血样中过多的CO2溢出，使HCO3-。,经标准条件的气体平衡后的变化,因此，SB排除了呼吸的异常改变引起的血液CO2含量的变化所直接导致的血液中HCO3-浓度的改变(即呼吸的直接影响)，主要反映代谢性因素对酸碱平衡的影响。,SB升高：主要见于代碱； SB降低：主要见于代酸,SB未排除呼吸因素对AB的间接影响，即呼吸因素引起的肾对HCO3- 重吸收量的变化(血液抽出后，这一影响已无法去除)，SB的变化仍然可能是呼吸性酸碱平衡紊乱时肾代偿的结果。,SB升高: 仍可能是代偿后的呼酸 SB降低: 仍可能是代偿后的呼碱,SB升高：代碱、代偿后的呼酸 SB降低：代酸、代偿后的呼碱,综上,3.3 意义,AB和SB的差值反映了呼吸因素。 AB SB时， PaCO2，见于呼酸或代偿后代碱 AB SB时， PaCO2，见于呼碱或代偿后代酸,2227mmol/L,代酸 正 常 代碱 Metabolic acidosis Metabolic alkalosis,4.2 正常值：4552mmol/L（平均48mmol/L）,4、buffer base (BB, 缓冲碱）,4.1定义：标准条件下，血液中一切具有缓冲 作用的负离子的总和。包括血浆和红细 胞中的HCO3-、Hb-、HbO2- 、Pr- 和HPO42-。,4.3 意义：反映代谢性因素的指标。,代酸 正常 代碱,4552mmol/L （平均48mmol/L）,5、base excess（BE, 碱剩余）,5.1 定义：标准条件下（PaCO2为40mmHg，血温为 38，血氧饱和度为100%），用酸或碱 滴定全血标本至pH=7.40时所需的酸或 碱的量（mmol/L）。,5.2 正常值：-3.0 +3.0 mmol/L,5.3 意义： 7.35 7.4 7.45,6、anion gap (AG,阴离子间隙)(1014 (12) mmol/L),AG是指血浆中未测定阴离子（undetermined anion, UA）与未测定阳离子（undetermined cation, UC）的差值。,根据电中性定律： Na+ +UC= (HCO3-+Cl-) +UA AG=UA-UC =Na+-(HCO3-+Cl-) =122 mmol/L,区别不同类型的代酸，了解代酸的原因,AG在酸碱平衡紊乱判定中的意义:,判定体内有无固定酸根增多 AG增大，表明体内固定酸根增多。,体内固定酸生成增多所致？AG增大型 HCO