酸碱平衡的调节

三、酸碱平衡的调节

生理条件下，体内酸碱平衡的维持依赖于一些调节机制，包括细胞内、外缓冲作用、肺的调节作用及肾的调节作用。

（一）细胞内、外的缓冲作用

体内存在一些缓冲系统可对pH进行即时调节。一个缓冲系统通常由一个弱酸及其对应的缓冲碱组成。体内缓冲系统主要包括碳酸氢盐缓冲系统、蛋白缓冲系统（包括血红蛋白）和磷酸盐缓冲系统（）。此外，骨骼对酸碱也具有缓冲作用。缓冲系统通过将强酸或强碱转化成弱酸或弱碱，以阻止pH发生大幅度变化。

1.碳酸氢盐缓冲系统碳酸氢盐缓冲系统是细胞外液最重要的缓冲系统，由H2CO3和组成，其中H2CO3可与强碱（如NaOH）反应，生成弱碱（NaHCO3）和H2O；而可与强酸（如HCl）反应，将其转化成一种弱酸（H2CO3）。碳酸氢盐缓冲系统缓冲所有的固定酸，由于肺和肾的调节作用，CO2和易于补充和排出，因而该缓冲系统具有缓冲能力强、缓冲潜力大等特点，但是碳酸氢盐缓冲系统不能缓冲挥发酸，只能调节代谢性酸碱平衡紊乱。

2.蛋白质缓冲系统蛋白质由于可释放和结合H+，故对酸、碱均具有缓冲作用。大部分蛋白质位于细胞内，白蛋白和血浆球蛋白是血液中主要的缓冲蛋白。H+进出细胞通常以与K+交换方式进行。当细胞外液H+增多时，H+进入细胞内，而K+从细胞内移出；反之，当细胞外液H+减少时，H+由细胞内移出，K+进入细胞内，所以酸中毒时，往往伴发高钾血症，而碱中毒则常伴有低钾血症。红细胞内血红蛋白对酸碱也具有缓冲作用，当细胞外液CO2增多时，CO2可进入红细胞内，在碳酸酐酶催化下与H2O反应，生成H2CO3，后者解离出H+和，H+与血红蛋白结合，而移到细胞外；细胞外液CO2减少时，蛋白质可释放出H+，后者与反应，释放出CO2 。

3.磷酸盐缓冲系统 与碳酸氢盐缓冲系统相比，磷酸盐缓冲系统在细胞外液中浓度相对较低，因此在细胞外液中该缓冲系统发挥作用较弱。与此相反，在细胞内液及肾小管液中，该缓冲系统浓度相对较高，因此磷酸盐缓冲系统主要在细胞内液和肾小管液中发挥缓冲作用。磷酸盐缓冲系统由弱酸和弱碱组成。其中可与强碱（如NaOH）反应，生成弱碱；而可与强酸（如HCl）反应，将其转化成弱酸。此外，肾小管液中磷酸盐缓冲系统是调节肾脏排氢、防止尿液过度酸化的重要机制之一。

（二）肺的调节作用

呼吸系统的调节是防止酸碱平衡紊乱的“第二道防线”，主要通过调控CO2的排出量来调节血浆碳酸浓度，以保持pH相对恒定。肺的这种调节发生迅速，在数分钟内即可启动，12～24 h可达代偿高峰。

呼吸系统对酸碱平衡的调节与化学感受器有关，包括中枢化学感受器和外周化学感受器。当细胞外液pH或CO2含量发生变化时，可通过中枢和外周化学感受器，引起呼吸中枢兴奋性改变，调节肺的通气量，促进或抑制CO2排出。

1.中枢化学感受器 中枢化学感受器位于延髓内，其感受脑脊液中H+浓度的变化，而不是CO2。然而血液中H+通过血脑屏障速度较慢，相反，CO2则可迅速通过血脑屏障，与H2O反应生成H2CO3，后者解离出H+和。但由于脑脊液中碳酸酐酶含量很少，该反应速度较慢，因此，中枢化学感受器对细胞外液pH或CO2含量变化的反应不如外周化学感受器迅速。

2.外周化学感受器 外周化学感受器位于颈动脉体和主动脉体，能感受缺氧及H+和CO2含量变化，对呼吸运动和心血管运动进行调节，其中颈动脉体在呼吸调节中具有更为重要的作用。当细胞外液pH或CO2含量发生变化时，颈动脉体介导的呼吸调节作用要弱于中枢化学感受器，但由于能直接感受外周血H+和CO2含量的变化，因此其对呼吸运动的调节相对较快。(https://www.daowen.com)

（三）肾的调节作用

肾通过排出酸性尿或碱性尿来调节机体pH，其发生比较缓慢，但作用持久，直到pH恢复正常或接近正常。

1.肾小管泌H+和对NaHCO3的重吸收H+分泌和NaHCO3重吸收发生于除髓襻降支及升支细段外所有的肾小管。肾小管每完成一个NaHCO3的重吸收，必须向管腔中分泌一个H+，其中大约80%以上NaHCO3的重吸收发生在近端小管。不同部位的肾小管分泌H+和NaHCO3重吸收机制有所不同。

（1）近端小管和髓襻升支粗段：这部分肾小管以H+-Na+交换或H+-Na+逆向转运的方式向管腔中分泌H+。在肾小管上皮细胞内，CO2和H2O在碳酸酐酶催化下生成H2CO3，后者解离出H+和，H+被分泌到肾小管管腔液中，同时一个Na+被逆向转运至上皮细胞内。此时，上皮细胞内新生成的以同向转运或逆向转运的方式进入细胞间隙和管周毛细血管中。进入到肾小管管腔液中的H+，与肾小球滤过的（无法被上皮细胞直接重吸收）结合并生成H2CO3，后者在碳酸酐酶的作用下生成CO2和H2O，CO2弥散进入上皮细胞内，与细胞内H2O反应，重新生成H2CO3，开始下一个循环。肾小管上皮细胞每向管腔中分泌一个H+，管腔中减少一个，而管周毛细血管血液中则增加一个，因此这部分肾小管上皮细胞分泌H+，实质上在进行对的“重吸收”（图3-1左）。

（2）远端小管和集合管：远端小管和集合管的闰细胞通过H+-ATP酶的作用向管腔泌氢，这种作用并不依赖Na+。与近端肾小管相同，CO2和H2O在上皮细胞内反应生成H2CO3，后者解离出和H+被吸收入血，H+被分泌到肾小管管腔液中。管腔液中的H+可与管腔中尚存的反应，完成对这部分的重吸收（图3-1右）；如果H+仍有剩余，则被管腔中的磷酸盐缓冲系统和NH3缓冲系统缓冲，此时入血的即为新生的。在酸中毒时，远端小管和集合管即可通过增加H+分泌，导致新生的入血。正常情况下，这部分肾小管分泌H+相对较少（约占肾小管泌H+总量5%），但却导致尿液不断酸化，被称为远端酸化作用。管腔中磷酸盐缓冲系统和NH3缓冲系统对防止尿液过度酸化（pH＜4.5）起到重要作用。

图3-1　近端小管和远端小管上皮细胞泌H+和重吸收示意图

2.肾小管排肾脏可通过排来调控体内pH，排时伴有新生入血。酸中毒时，尿排增多，特别是慢性酸中毒，肾脏排是机体主要的代偿方式。

（1）近端小管、髓襻升支粗段和远端小管：其中近端小管上皮细胞是产的主要场所。上皮细胞内，一个谷氨酰胺分子经过一系列代谢反应后，生成2个和2个，新生的与Na+共同转运入血则通过交换进入管腔，并最终排出体外。因此这些肾小管泌的结果是导致了新生的入血。

（2）集合管：集合管排的机制与上述肾小管有所不同。集合管管腔膜对的通透性散方式进入管腔液中，与集合管分泌的H+结合生成较低。细胞内产生的NH3通过扩，并排出体外。此时，集合管每排出一个，上皮细胞内亦有一个生成并入血。

肾脏泌H+、泌受细胞外液H+浓度和CO2含量的影响，此外醛固酮、血钾浓度及细胞外液容量等因素亦可影响肾脏泌H+。酸中毒时，肾小管泌H+和增加，不仅完成对管腔中的重吸收，还促进一些新生的入血，以恢复细胞外液pH。碱中毒时则相反，肾小管泌H+下降，以减少对的重吸收，同时泌停止，此时无新生入血。细胞外液CO2含量增加时，由于肾小管上皮细胞内有更多H+形成，因此肾小管泌H+增加；而当细胞外液CO2含量减少时，肾小管泌H+减少。醛固酮可促进闰细胞泌H+，醛固酮增加时，常由于H+过度分泌，导致更多的新生入血而引起碱中毒。由于在近端肾小管和髓襻升支粗段的重吸收与H+分泌偶联在一起，因此能促进Na+重吸收的因素，如有效循环血量减少，也可促进H+分泌。低钾血症时，由于肾小管上皮细胞内H+含量增加，因而泌H+增加而诱导碱中毒；相反，高钾血症时，由于肾小管上皮细胞泌H+减少，机体易发生酸中毒。