恒定的酸碱平衡是保持细胞正常代谢和功能活动的重要条件。机体通过多方面的调节活动，使血液pH恒定在7.35～7.45范围内。该恒定需要许多生理机制的协同调节，可概括为三大系统：缓冲系统、呼吸系统的代偿调节以及肾的代偿调节机制。

一、酸碱平衡的调节

（一）缓冲系统

缓冲系统是指由一种弱酸或弱碱及其共轭碱或酸所构成的具有缓冲酸或碱能力的混合溶液，其中酸和碱构成了缓冲对。

体内缓冲系统主要有

1.碳酸氢盐系统

由HCO₃^-/H₂CO₃组成，为细胞外液最主要的缓冲对。

碳酸在体内碳酸酐酶作用下极易水解为H₂O与CO₂，而在体温情况下，CO₂也极易溶解于水中。因此，血中H₂CO₃的浓度与动脉血中CO₂分压（PaCO₂）有直接关系。

根据Henderson-Hassalbalch方程式，pH＝pKa+log ［HCO₃^-］/［H₂CO₃］。

H₂CO₃由CO₂溶解量（dCO₂）决定，而dCO₂＝溶解度（α）×PaCO₂（Henry定律），所以上述公式可改写为pH＝pKa+log［HCO₃^-］/（α×PaCO₂），（α＝0.03）。

以上公式反映了pH、HCO₃^-和PaCO₂三者参数的相互关系。

由于缓冲系统中的H₂CO₃变量可以由肺不断加以调节，HCO₃^-变量则可由肾调节，所以HCO₃^-/H₂CO₃系统缓冲能力很强，是细胞外液最重要的缓冲对。

2.磷酸盐系统

由磷酸二氢钠（NaH₂PO₄）及磷酸氢二钠（Na₂HPO₄）组成。NaH₂PO₄为弱酸，可对强碱进行缓冲而生成Na₂HPO₄。例如：

NaOH+NaH₂PO₄—→Na₂HPO₄+H₂O

NaH₂PO₄和Na₂HPO₄又可酸化后经肾排泄出而调节pH。此组缓冲对主要存在于细胞内，在血浆中的作用较碳酸氢盐系统要小。

3.血红蛋白系统及血浆蛋白系统

血红蛋白起缓冲作用的方式主要有两种：①血红蛋白脱氧，使其本身变成碱性，因此H⁺能直接与其相结合，而使pH改变轻微，即所谓Haldane效应；②血红蛋白改变其构型，使其上的自由氨基与CO₂直接结合，形成氨基甲酸血红蛋白。由该反应释放出的H⁺，可被脱氧血红蛋白所结合。血浆蛋白也对缓冲起作用，但不占主要地位。

4.不可挥发性酸缓冲

不可挥发性酸指缓冲反应后不能由肺中排泄的酸。它们也主要由碳酸氢盐缓冲系统来缓冲，其反应情况为

H⁺A^-+Na⁺+HCO₃^-/H₂CO₃—→Na⁺+A^-+H₂CO₃ ←→CO₂+H₂O

由反应式可见，本型反应中CO₂产生的量甚微。部分不可挥发性酸由磷酸氢盐或蛋白缓冲对起作用。还有少数酸在体内由骨骼中的碳酸钙来中和，后者仅在酸不能从肾排出，同时HCO₃^-/H₂CO₃未能充分得到补充的情况时发生。

（二）肺对酸碱平衡的调节

肺通过改变CO₂的排出量调节血浆碳酸浓度，以维持血浆pH相对恒定。

1.呼吸运动的中枢调节

延髓的中枢化学感受器接受H⁺的刺激，兴奋呼吸中枢使肺泡通气量增加。该感受器对动脉血二氧化碳分压（PaCO₂）的变化非常敏感。

2.呼吸运动的外周调节

主动脉体和颈动脉体的外周化学感受器可感受动脉血氧分压（PaO₂）、血pH和PaCO₂的刺激。当PaO₂降低、pH降低或PaCO₂升高时，通过外周化学感受器反射性兴奋呼吸中枢，增加CO₂排出量。

正常情况下，中枢化学感受器的调节作用强于外周化学感受器的调节作用。通过中枢或外周的神经反射，肺可以迅速灵敏地调节血浆碳酸浓度，以维持HCO₃^-∶H₂CO₃的浓度比为20∶1。

（三）肾对酸碱平衡的调节

肾功能的正常是保证酸碱平衡的关键。肾通过排泄固定酸和维持血浆NaHCO₃的浓度对酸碱平衡进行调节。肾排酸由三个部分组成：铵的排泄（UNH₄⁺×V）、可滴定酸的排泄（UTA×V）及碳酸氢根的重吸收（UHCO₃^-×V），三者的代数和称为净排酸（NAE）。

NAE＝UNH₄⁺×V+UTA×V+ UHCO₃^-×V（V为尿量）

前两者为肾再生HCO₃^-，补充体内缓冲酸性物质的消耗，后者反映肾对肾小球滤过的HCO₃^-的重吸收。上述几个过程相互交错、相互依赖，同时又受酸碱平衡、体液容量、其他电解质浓度、血气情况以及众多神经、体液等因子的影响。分述如下。

1.碳酸氢根的重吸收

正常人每日滤过HCO₃^-约4000～4500mmol（依不同的肾小球滤过率和血浆HCO₃^-浓度而异），经过肾小管后约99.9%以上被重吸收。其中近端小管重吸收约80%，髓襻重吸收约10%，余下10%在远端小管被重吸收。正常人尿中HCO₃^-含量甚微。

（1）近端小管：HCO₃^-的重吸收是与H⁺的分泌相关联的。近端小管上皮细胞内的H₂O解离成H⁺和OH^-，通过管腔侧的Na⁺-H⁺交换子（NHE）（现已证明近端小管的Na⁺-H⁺交换子是NHE3），将Na⁺转运入细胞内，H⁺排泌至管腔。转运的动力来自上皮细胞基侧膜上的Na⁺-K⁺-ATP酶，在消耗ATP的情况下，不断将细胞内的钠泵出细胞外，形成管腔内与细胞内的钠的电化学梯度差（管腔内和细胞内分别为140mmol/L和10～20mmol/L），使Na⁺能顺利地从小管腔沿浓度梯度进入细胞内。另外，近端小管管腔膜上的H⁺-ATP酶也参与了小部分的泌H⁺作用。

分泌入管腔内的H⁺在细胞膜上的Ⅳ型碳酸酐酶（CAⅣ）催化作用下，与HCO₃^-结合生成CO₂及H₂O。生成的H₂O几乎全部可以通过细胞膜上的水通道蛋白-1 （AQP-1）进入细胞。作为气体的CO₂可弥散入细胞内，在细胞内的Ⅱ型碳酸酐酶（CAⅡ）作用下与H₂O结合形成HCO₃^-和H⁺。HCO₃^-通过基侧膜上的Na⁺-HCO₃^-协同转运子转运至间质，随血循环至全身。在管腔膜上的CAⅣ的作用下，管腔内的H⁺始终低下，利于上皮细胞的不断泌氢（图1）。

图1 近端小管的酸化作用

（2）髓襻：髓襻HCO₃^-重吸收主要在上升支粗段，该处也有碳酸酐酶，其吸收方式与在近端肾小管相似。

（3）远端小管：远端小管对HCO3^-重吸收主要由皮质集合管、内髓集合管和外髓集合管细胞向管腔泌H⁺而完成。由细胞内CAⅡ催化CO₂和H₂O反应生成HCO₃^-和H⁺。集合管细胞可分为主细胞、A型间皮细胞和B型间皮细胞。A型间皮细胞为泌氢细胞，其泌氢依赖于管腔膜上的H⁺-ATP酶（H⁺泵）和H⁺-K⁺-ATP酶。H⁺-ATP酶泌H⁺是一个生电性的，需要ATP而不依赖于Na⁺的过程。H⁺-K⁺-ATP酶也参与了皮质和外髓集合管的泌氢过程，在泌氢的同时伴有K⁺的重吸收，其主要作用是在低钾血症时减少钾的丢失。

由于管腔侧无碳酸酐酶存在，远端小管对HCO₃^-的重吸收仅10%。泌H⁺后产生的HCO₃^-在基侧膜通过Cl^--HCO₃^-交换子被重吸收。由于细胞内Cl^-浓度低，Cl^-内流的浓度梯度是Cl^-/HCO₃^-交换的动力。

B型间皮细胞管腔膜和基侧膜H⁺和HCO₃^-转运子的分布和A型间皮细胞相反，其作用是向管腔分泌 （图2）。

图2 远端小管的酸化作用

2.可滴定酸的排泄

可滴定酸（TA）指可以被氢氧化钠（NaOH）所中和的尿中的酸，主要是H₂PO₄^-。正常情况下尿液中的磷酸盐有HPO₄^2-和H₂PO₄^-两种形式，其pKa值为6.8。当尿pH为7.4时，两者比例为4∶1。当H⁺分泌增加时， H₂PO₄^-产生增加，尿液pH下降。若尿pH继续下降，更多的HPO₄^2-可转变为H₂PO₄^-。实际上当尿液pH为5.5时，几乎所有的HPO₄^2-都已转变为H₂PO₄^-。因此，可滴定酸的形成固然在缓冲过程中起一定作用，但能量有限。

3.铵的产生与排泄

肾铵的排泄是肾排H⁺最重要的一种方式，因为铵的排泄量可以随生理情况改变而灵活地变动。另外，许多不可挥发性酸根也可以通过与铵结合的方式而排泄。在近曲小管上皮细胞内，谷氨酰胺分解产生 ，并分泌入管腔。 在髓袢升支粗段被重吸收，并分解成H⁺和NH₃，产生髓质高NH₃环境。当尿液到达集合管时，髓质内高NH₃不断向管腔内弥散，并与H⁺结合，以铵盐形式随尿排出，同时新生成HCO₃^-回流入血。

（1）近端小管NH₄⁺的产生和排泄：铵（NH₄⁺）的产生绝大部分在近端小管上皮细胞内，是由谷氨酰胺经下列代谢而生成：

谷氨酰胺→NH₄⁺+谷氨酸盐→NH₄⁺+α-酮戊二酸盐

α-酮戊二酸盐经三羧酸循环生成HCO₃^-，经基侧膜Na⁺-HCO₃^-协同转运子转运出细胞外，回收入血。所生成的NH₄⁺通过Na⁺-H⁺逆向转运体（NH₄⁺代替Na⁺-H⁺交换中的H⁺）而转运入管腔内。

（2）髓质铵循环：肾小管腔内75%以上的NH₄⁺在髓质进行铵循环。在髓袢升支粗段，NH₄⁺可利用Na⁺-K⁺-2Cl^-转运系统，以Na⁺-NH₄⁺-2Cl^-形式而吸收入上皮细胞，由于此处酸度较低，NH₄⁺转变成NH₃和H⁺，H⁺经Na⁺-H⁺载体分泌入管腔。髓袢细胞管腔膜对NH₃不通透，细胞内NH₃经基侧膜弥散入肾髓间质，维持肾髓间质的高NH₃浓度。部分可弥散入近曲小管的S₃段，再循环入髓袢升支粗段。

（3）NH₃在皮质和髓质部集合管的分泌：与髓袢细胞膜不同，集合管细胞膜对脂溶性NH₃有高度通透性，而对水溶性NH₄⁺不通透。由于NH₄⁺在髓袢被重吸收，集合管尿液中NH₃含量很低。肾间质内大量NH₃顺浓度差自由弥散入管腔，与H⁺-ATP酶分泌的H⁺结合成NH₄⁺随尿排出体外。

4.肾酸化功能的调节

（1）细胞外液pH：细胞外液中pH下降，肾泌H⁺增加。这种调节机制在代谢性酸中毒以及由PCO₂过高所致酸中毒最为典型，其中关键是细胞外液pH。

（2）有效循环容量：有效循环容量降低，可使HCO₃^-重吸收增加；相反，有效循环容量过多，则使HCO₃^-重吸收减少。由于肾对 HCO₃^-重吸收有一个阈值，当HCO₃^-水平超过26mmol/L时，过多的HCO₃^-又可从尿中排出，因此一般容量改变并不会出现酸碱平衡的紊乱。但是当合并：①GFR下降；②肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活；③低氯血症；④K⁺从胃肠道丢失等情况时，血中HCO₃^-水平可以升高，出现代谢性碱中毒。

（3）肾素-血管紧张素-醛固酮系统：血管紧张素Ⅱ使HCO₃^-从近端肾小管重吸收增加；醛固酮刺激远端肾小管H⁺泵分泌更多H⁺，同时刺激该段基侧膜上的Cl^--HCO₃^-交换子，使HCO₃^-重吸收增加。

（4）Cl^-缺乏：当Cl^-缺乏时，肾小管重吸收Na⁺及Cl^-增加。由于肾小球滤过液中所含Na⁺、Cl^-并不等量，Na⁺为145mmol/L，Cl^-为115mmol/L，为了维持滤过液的中性，肾小管同时吸收Na⁺和Cl-时，需要分泌出H⁺和K⁺到管腔。由于H⁺的分泌，进而导致HCO₃^-重吸收增加。上述情况在幽门梗阻、呕吐以及使用大量利尿剂时均可出现。

（5）血钾水平：低钾可促进H⁺的分泌及HCO₃^-的重吸收，这是因为低钾时引起细胞内K⁺逸出到胞外，而细胞外H⁺、Na⁺进入到细胞内，造成细胞内酸中毒。高钾时由于细胞内H⁺减少以及Na⁺-H⁺逆向转运活力下降，导致泌H⁺减少。

酸碱平衡紊乱分类：根据酸碱平衡紊乱是因代谢性或呼吸性导致而分为代谢性酸中毒、代谢性碱中毒；呼吸性酸中毒、呼吸性碱中毒两大类四小类。在酸碱平衡紊乱的发展过程中，同时存在代偿调节，以使血pH尽量保持在正常范围。称之为代偿性酸碱平衡紊乱。如果代偿机制不足以使血pH保持正常而偏离正常范围，则称之为失代偿性酸碱平衡紊乱。临床所见的许多酸碱平衡紊乱往往病因复杂，所涉机制也众多，所见酸碱平衡障碍往往并不单纯，可以出现代谢性与呼吸性酸碱障碍同时存在或代谢性酸中毒与碱中毒同时存在的情况。这些情况称之为混合性酸碱平衡障碍。

酸碱平衡紊乱的情况与发生的原因、过程以及代偿的情况有密切关系，因此在不同时期可以看到不同指标的改变。酸碱平衡紊乱过程的代偿机制实际上是三种代偿机制相继作用的过程。当大量酸性物质突然进入体内时，机体可在短期内将过多酸性物质向组织内转移，细胞外液缓冲系统亦约在1～2小时内与其作用。肺部调节亦很快开始，但达到充分调节则需6～12小时。肾对突然发生的酸碱紊乱调节的过程则常需2～3天甚至5～7天才可完成。在由呼吸原因所致的酸碱平衡障碍中，由于很大部分依靠肾功能调节，因此酸碱平衡紊乱常持续时间较长；一旦引致呼吸性酸碱平衡因素被解除后，原来代偿了的状况也常需相当时间才可完全恢复。因此如果纠正过快，反可能诱发严重后果，必须予以注意。