病因、发生、发展机制
(一)基本病因和发生机制 主要发病因素包括有效血容量不足、应激反应、缺钾、低氯和高碳酸血症等。
1.有效循环血容量或肾血流量不足
(1)常见原因:①细胞外液容量减少,如呕吐、胃肠减压、利尿、多汗等;②血容量不足,如出血、低蛋白血症、手术、创伤等;③肾血流量不足,如心功能不全、严重腹胀、应激反应等。细胞外液容量减少多伴随血容量不足(轻度高渗性脱水除外);血容量不足可以是细胞外液减少的结果,也见于水肿、低蛋白血症等细胞外液增加的患者。细胞外液容量不足或血容量不足皆可导致肾灌注不足;当然细胞外液容量、血容量正常也可出现肾灌注不足,如应激反应将出现肾血流量减少,血流重新分布,最终影响HCO-3在肾小球的滤过和肾小管的重吸收。
(2)发生机制:上述各种原因导致肾血流量减少,肾小球滤过率(GFR)下降,肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)兴奋导致肾小球滤过Na+减少,肾小管重吸收Na+的能力显著加强,以保持血容量。根据电中性原理,机体在重吸收Na+的同时必须吸收等量的阴离子或排出等量的阳离子。阴离子主要是HCO-3及Cl-,其他阳离子主要是H+及K+。Cl-的分布与Na+基本一致,故细胞外液减少或血容量不足几乎皆有Na+、Cl-的丢失;Cl-减少将导致HCO-3随Na+重吸收增多,该过程主要发生在近端肾小管。GFR明显下降必然伴随HCO-3滤过量减少,如果Na+重吸收不断增加,势必伴随其他阳离子交换排出,其中主要是H+、K+的排出,若患者缺钾,则H+排泄明显增多,相应HCO-3重吸收增多;而尿液呈酸性,称为反常性酸性尿。
心功能不全患者的肾血流量减少,也必然出现GFR下降、RAAS过度激活,肾小管重吸收Na+增加,伴随HCO-3重吸收增多,排K+、排H+增多。该类患者还通过以下机制引起吸收性碱中毒:①长期使用利尿剂,Na+、K+的排出必然伴随Cl-的丢失增多,特别是襻利尿剂(如呋塞米)通过增加Cl-的排出而利尿,故Cl-的排出比例比Na+更高,排出HCO-3的比例自然降低。②K+丢失增多,Cl-随着K+的排出(保持电中性)也相应增多,刺激肾近曲小管的酸化作用,使HCO-3重吸收增多。③低钾血症导致H+向细胞内转移增多。上述因素共同作用导致代谢性碱中毒的发生、发展。
2.应激反应
(1)常见原因:主要见于手术、创伤、感染等。在疾病初期,机体多处于抑制状态,酸中毒常见;一旦渡过该阶段,将出现明显应激反应和应激后碱中毒。
(2)发生机制:应激早期,若未发生明显的组织低灌注,血液p H 倾向于升高,可能有以下几种原因:①导致应激反应的刺激本身直接造成体液的额外丢失,也可通过呼吸道和皮肤的非显性失水增多,加之进食不多,容易发生细胞外液容量不足,导致GFR下降;肾小管重吸收Na+、HCO-3增加,排K+、排H+增多。②应激反应使RAAS活性过度增强,肾小管重吸收Na+、HCO-3增多,K+、H+因与Na+交换而随尿液中排出。③输血带入的枸橼酸钠经机体代谢转变为NaHCO3。④胃肠减压使H+随胃液排出,Cl-排出也随之增加;血[HCO-3]相应升高。⑤临床医生对应激反应认识普遍缺乏或错误,处置不当,更容易发生代谢性碱中毒。应激后酸碱平衡紊乱大多是病因、机体自身调节和不合理治疗的综合结果。
3.低氯血症 Cl-可以通过胃肠道以胃酸形式丢失,也可以是应用襻利尿剂或噻嗪类利尿剂的结果。Cl-对吸收性碱中毒的形成和维持有决定性作用。
(1)直接促进HCO-3重吸收:正常机体在血浆[HCO-3]升高时会排出多余的HCO-3,并产生碱性尿;Cl-缺失时,该反应明显减弱或丧失,即肾小管重吸收HCO-3的能力仍持续增强,从而导致碱中毒持续存在。因为除HCO-3外,Cl-几乎是唯一直接与Na+同时重吸收的阴离子。血浆[HCO-3]升高必然伴随[Cl-]降低;而Cl-丢失,也必然增强HCO-3的重吸收,即使无有效血容量减少。

(2)刺激集合管顶端H+_K+_ATP酶:此酶活性增强导致K+重吸收增加、H+分泌增多,H+分泌增加必然伴随HCO3-重吸收增加。(https://www.daowen.com)
(3)刺激肾脏氨的产生:NH4+于远端肾小管通过谷氨酸盐代谢产生。在此过程中伴有α酮戊二酸产生,后者可以代谢为HCO3-,最终进入血液循环。
(4)减少远端肾单位Cl-的重吸收:缺钾(阳离子)导致肾小管管腔负电荷增加,从而刺激H+的分泌,H+分泌增加必然伴随细胞外液[HCO3-]升高。
(5)降低GFR:低钾血症降低GFR,从而减少肾小球滤过HCO3-。
5.高碳酸血症 与上述情况有较大差异,见本章第五节。
任何原因导致的肾血流量减少(包括血容量不足、应激反应)、Cl-和K+缺乏皆可使肾小球滤过HCO-3减少,肾小管重吸收HCO-3增多,但不同因素的作用机制不完全相同,部分作用机制也未完全阐明,但总体上可以解释临床过程。
(二)吸收性碱中毒持续存在或加重的机制代谢性碱中毒发生后,理论上肾脏代偿性排出HCO-3增多,但事实上并非如此,更多情况下是血[HCO-3]持续维持高水平,甚至进一步升高,p H 也持续升高或进一步升高。吸收性碱中毒的发生、维持是密切联系、相互影响的两个阶段,上述发生机制对碱中毒的维持原因有阐述,本部分简单总结。
目前比较公认下述两种机制可以解释低氯、低钾伴高HCO-3血症状态下,碱性尿形成受阻、代谢性碱中毒持续存在的原因。
1.GFR 下降 当血[HCO-3]升高时GFR 降低,近端肾小管重吸收HCO-3增多。低钾合并低氯导致HCO-3重吸收增强已在动物实验中得到证实。在大鼠和犬的实验中,单纯低钾可以降低GFR,可能由低钾引起血管紧张素Ⅱ和血栓素B2增高所致。
2.肾小管重吸收HCO-3增多 HCO-3滤过增多的情况下,Cl-或K+的缺乏总体上都会提高肾小管重吸收HCO-3的能力和酸化能力。肾脏酸化能力的提高表现为近端和远端肾小管泌H+增多。
对正常或仅轻度降低的GFR 而言,血浆[HCO-3]升高提示肾小管对HCO-3的重吸收增加,其中肾小管酸化能力提高发挥主要作用。近端肾小管重吸收HCO-3增多主要是由于肾小管中运输的HCO-3增多;远端肾小管重吸收HCO-3增多则是原发性H+分泌增加所致,与小管液中HCO3-的多寡无关。研究证实慢性低钾血症同时上调肾髓质中H+_K+_ATP酶的mRNA和蛋白质表达,伴随肾外髓集合管细胞(OMCD)和内髓集合管细胞(IMCD)泌H+增多,因此在慢性低钾血症患者,H+_K+_ATP酶对于维持吸收性碱中毒有一定作用。
总体而言,碱中毒通过GFR降低和小管酸化能力提高的综合作用来维持的,在不同发生原因中有较大差异,但一般而言前者提高血浆HCO3-浓度约40%,后者提高另外的60%,即肾小管的酸化功能增强发挥更重要的作用。