肾与酸碱平衡

体液酸碱度(pH值)保持相对恒定为维持正常生命所必需。机体在代谢过程中不断产生酸性或碱性代谢产物，还有相当数量的酸性或碱性物质随食物进入体内，但正常人血液的pH值总是维持在7.35—7.45之间。机体保持恒定pH值的生理过程称为酸碱平衡。此过程包括体液本身的缓冲作用以及呼吸系统和肾脏的功能活动。血液中存在多种缓冲对，它们都由弱酸及其弱酸盐所组成，其中以NaHCO₃/H₂CO₃缓冲对最为重要，下面以此缓冲对为例简述酸碱平衡的过程。当血浆pH值为7.4时，该缓冲对中NaHCO3与H₂CO₃的比值为20/1。如有固定酸(HA)进入血液则发生以下反应：
HA+NaHCO₃→H₂CO₃+NaA
从式中可见，碳酸氢钠缓冲对可将酸性较强的固定酸变为酸性较弱的H₂CO₃，从而防止血液pH值发生明显下降，同时，在此转变过程中，NaHCO₃减少，H2CO3（称挥发酸）增加，NaHCO₃/H₂CO₃比值缩小，但紧跟着增加的H₂CO3分解为CO₂和H₂O,CO₂可自肺呼出，而减少的NaHCO₃则通过肾脏的活动加以补充，使比值重新恢复正常。肾脏的活动主要包括肾小管对H⁺和氨(NH₃)的分泌。近曲、远曲肾小管和集合管的上皮细胞，在细胞内碳酸酐酶(CA)的催化下都能产生H⁺，其反应过程为：CO₂+H₂OH2CO₃H⁺+HCO^3-,CO₂来源于小管液或由细胞本身代谢所产生。所生成的H⁺被分泌入小管液，同时小管液中的Na+进入小管细胞以保持电荷平衡。Na+进入细胞后，便伴随上述反应中生成的HCO^3-跨过小管上皮细胞的底膜弥散于细胞间液，并进入血液。对血液中的NaHCO₃加以补充。进入小管液中的H⁺可通过以下三种方式随尿排除：
❶H⁺与小管液中的HCO_3-结合形成H₂CO₃,H₂CO3再分解为CO₂和H₂O,CO₂可弥散入小管细胞，参与上式中H⁺的生成反应，H2O则随尿排出；
❷H⁺进入小管液后，取代Na₂ HPO₄中的Na⁺而生成NaH₂PO₄，再由尿排出；
❸肾小管细胞分泌NH₃,NH₃弥散入小管液与管腔中的H⁺结合成NH4+,NH4+可取代Na+而生成铵盐，然后随尿排出。在上述反应
❷和
❸中被置换下来的Na⁺，进入小管细胞与那里生成的HCO^3-一起进入血液。由上可见肾脏对H⁺和NH3的分泌和对NaHCO₃的生成与重吸收是同时发生和密切联系着的。其结果是不断补充血液中所消耗的 NaHCO₃，维持 NaHCO₃/H₂ CO₃的正常比值，从而保持血液pH值的相对恒定。

肾与酸碱平衡

体液pH值的相对恒定是维持正常生命活动所必需。体液pH的显著改变，将使代谢过程及生理功能发生异常。体液各部分之间存在着H⁺浓度的平衡；血液的pH值可以代表细胞外液pH值的变化，因此检查机体的酸碱平衡状态常以血液的pH值作指标。机体在代谢过程中不断产生酸性代谢产物(如碳酸、乳酸等)和碱性产物(如HCO3-、HPO₄²-等)；另外，还有相当数量的酸性和碱性物质随食物进入体内。但是正常人血液的pH值总是维持在7.35～7.45之间。机体维持恒定pH值的生理过程，称为酸碱平衡，这包括体液本身的缓冲作用、机体对酸碱物质的排出，以及机体对这种排出的调节。
血液缓冲系统的作用 血液中的缓冲对有多种，主要

血浆中以碳酸氢盐缓冲对最重要，它主要缓冲体内的固定酸(HA，如乳酸、乙酰乙酸等): 红细胞中则以血红蛋白及氧合血红蛋白缓冲对最重要，它们主要缓冲体内的挥发性酸(如H2CO3)。碳酸氢盐缓冲对与血红蛋白缓冲对之间又存在密切联系。
当血浆pH值为7.4时，血浆中碳酸氢钠与碳酸这一缓冲对的比值，按Henderson-Hasselbalch公式推算，应为20/1(碳酸的pK在生理情况下为6.1)。

当固定酸HA进入血浆后，将发生下列反应：
HA+NaHCO₃→H₂CO3+NaA (2)
从上式可见碳酸氢钠缓冲系统可将酸性较强的固定酸转变为酸性较弱的H2CO3，经过这种转变[NaHCO3]减少而[H₂CO3]增加，[NaHCO3]/[H₂CO₃]的比值有所下降，但按Henderson-Hasselbalch公式，血浆pH的下降仅为上述比值下降值的对数，因而血浆pH的下降并不明显。况且增加的[H₂CO3] 又可因CO₂经肺呼出而降至原来水平； 减少了的[NaHCO3]则可经肾的调节而升至原来水平。结果，[NaHCO₃]/[H₂CO₃]比值得以保持不变。
当挥发酸或CO2进入血液后，血浆中[H2CO3]增加，[NaHCO3]/[H2CO3]比值下降。同理，pH值的下降仅为比值下降值的对数。随后大部分CO2进入红细胞，在碳酸酐酶的催化下与水结合生成H2CO3，并解离为H+与HCO₃-，在Hb缓冲对的作用下，发生下列反应：
K-Hb+H⁺+HCO₃-→HHb+KHCO₃ (3)
KHCO₃即解离为K⁺与HCO3-，而HCO₃-又从红细胞进入血浆，使血浆中的[NaHCO₃]增加，并导致[NaHCO₃]/[H₂CO₃] 比值回升。可见Hb缓冲系统间接地影响到血浆中碳酸氢盐缓冲对，其结果也保持血浆[NaHCO3]/[H₂CO₃]比值的恒定。
由此可见，血浆中碳酸氢盐缓冲对在机体的酸碱平衡中起着特殊的作用。[NaHCO₃]和[H₂CO₃]任何一组份的绝对浓度的增减，都将通过特定的调节机理，使另一组份的绝对浓度作平行的增减，使二者的比值保持恒定。
呼吸与酸碱平衡 呼吸对酸碱平衡的调节作用有两方面： 一为血液在CO2运输过程中，血红蛋白对于挥发性酸的缓冲作用； 一为呼吸对动脉血Pco₂的调节(见“血液气体运输和酸碱平衡”)。
肾脏与酸碱平衡 肾脏对细胞外液酸碱平衡的调节作用主要是排出多余的固定酸，补充与保存血浆中NaHCO3的浓度，使血浆中H2CO3和NaHCO3的浓度比值保持正常，从而维持细胞外液酸碱度的相对恒定。肾脏对酸碱平衡的调节，包括肾小管对H⁺的分泌和NaHCO3的重吸收(见“肾小管和集合管的分泌作用”)以及小管液中的H⁺通过下列三种反应排出： H⁺与HCO₃-结合形成CO2和H2O,H+与HPO42-作用形成H2PO4-,H+与NH3作用形成NH₄⁺。
小管液H⁺和HCO₃^-的作用 在肾小球滤液中主要的缓冲物质是碳酸氢盐缓冲对。血浆中正常的HCO₃^-浓度约为24～28mEq/L。在近球小管中分泌的H⁺与滤液的HCO3-(主要以NaHCO₃的形式存在)结合形成H₂CO₃。Na+则进入细胞内，与细胞内新合成的HCO3-一起弥散到管周细胞外液，补充细胞外液的碳酸氢盐。近球小管细胞的刷状缘又含有丰富的碳酸酐酶，可促进小管液中H₂CO₃分解为CO₂与H₂O。此CO₂通过细胞膜迅速扩散到肾小管细胞内，促进细胞内HCO₃-的新生（图）。

肾小管分泌H⁺与H⁺-Na⁺交换示意图
A.滤液中重碳酸盐的重吸收；B.可滴定酸的形成；C.氨的形成与铵盐的排出
注意在每种情况下每分泌一个H⁺时都有一个Na⁺和一个新合成的HCO₃-进入血液，补充血浆的NaHCO₃

小管液H⁺与磷酸盐的作用 肾小球滤液中另一重要缓冲对是Na2HPO4/NaH2PO4其浓度比值为4:1。在远球小管与集合管分泌的H⁺主要与小管液中Na₂HPO4发生作用，Na2HPO4所解离的Na+被H+取代而转变为NaH2PO4。被置换出来的Na+进入肾小管细胞内，与细胞内新合成的HCO3-一起转运到血液，可补充细胞外液的碳酸氢盐。由于肾小管持续分泌H+使NaH2PO4含量逐渐增多，小管液中Na₂HPO₄/NaH₂PO4的浓度比值最后成为1:99。结果是尿液酸化，尿液中可滴定酸增高，小管液的pH值也将下降至4.5。
氨的分泌与铵盐排出 在肾小管细胞中，谷氨酰胺和一些氨基酸可分解产生NH3。NH3进入肾小管液中与其中H+结合成NH4+,NH4+取代了原尿中的Na+，生成铵盐随尿排出。换回的Na⁺进入肾小管细胞，与细胞内的HCO3-一起转运回血浆。因此，NH3的生成与铵盐的排出，不仅起到排除体内固定酸的作用，而且使血浆中NaHCO3得到补充，也使肾小管液的pH不致迅速下降。
影响肾小管分泌H⁺的因素 在肾小管中H⁺的分泌受下列因素的影响：
❶动脉血的Pco₂:动脉血的Pco2可影响肾小管细胞Pco₂，从而影响细胞内H₂CO3的合成与H⁺的分泌。当动脉血Pco2升高时，肾小管H+的分泌增多，NaHCO3的重吸收也相应增加。反之，当动脉血Pco2降低时，肾小管对H⁺分泌和对NaHCO₃的重吸收都相应下降。因此在动脉血液Pco2发生变化时，调节H+的分泌量对维持[HCO₃-]/[H₂CO₃]的正常比值上有重要意义。
❷肾上腺皮质激素。肾上腺皮质分泌的皮质类固醇（主要是醛固酮）能增加肾小管对Na⁺的重吸收及对H⁺和K⁺的分泌，增强肾小管对氨的分泌和铵盐的排出。在摘除肾上腺的动物，肾脏分泌氨的能力下降。而在人体给予过量的盐皮质类固醇时，尿的pH值可降至最小。
❸血浆钾的浓度。血浆钾浓度增加可促进肾小管对K⁺的分泌而抑制H⁺的分泌。例如口服氯化钾引起高钾血症时，血钾高能增加肾小管细胞钾浓度，促进肾小管细胞对K⁺的分泌增加，同时就使H+的分泌与HCO3-的重吸收受到抑制，并导致尿液中碳酸氢钾排出增加，出现碱性尿。
❹肾小管细胞内碳酸酐酶的水平。在肾小管细胞内，CO2和H2O合成H2CO3的反应需要碳酸酐酶的催化。肾小管细胞内碳酸酐酶的水平对H+的分泌也有显著影响。当应用碳酸酐酶抑制剂乙酰唑胺后，肾小管H⁺的分泌与HCO₃-的重吸收都大为降低，致使尿中NaHCO₃的排出增加，而可滴定酸和铵盐均减少或消失。
酸中毒与碱中毒
呼吸性酸中毒 在肺气肿、肺纤维化、急性肺气肿、气胸等肺通气功能发生障碍的病人，由于肺排出CO₂受阻，可导致细胞外液Pco₂(或[H₂CO₃])的显著增加。这种情况称为“呼吸性酸中毒”。此时主要依靠加速肾脏对H+的分泌和HCO3-的生成及重吸收，使得血浆[HCO₃-]也相应增加。若经过肾的调节，血浆[HCO3-]/[H2CO3]比值仍保持20/1，此时血浆pH值不变，这称为“代偿性呼吸性酸中毒”； 若血浆[HCO₃-]虽有增加，但[HCO₃-]/[H₂CO₃]比值仍小于20，则血浆pH值将低于正常，这称为“失代偿性呼吸性酸中毒”。
呼吸性碱中毒 当机体发生过度通气时(如环境缺氧，或服用过量呼吸中枢兴奋药)，血中[H2CO3] (或Pco2)降低至正常范围以下。这称为“呼吸性碱中毒”，此时肾脏的作用是减少H+的分泌和对HCO3-的重吸收。随[HCO3-]/[H₂CO3]比值的能否保持，以及血浆pH值的升高与否，也有“代偿性呼吸性碱中毒”与“失代偿性呼吸性碱中毒”之分。
代谢性酸中毒 在代谢异常（如糖尿病）、碱性物质丢失过多（如剧烈腹泻），或肾脏对酸的排泄障碍（如慢性肾炎）等情况下，血浆[HCO3-]减少，这称为“代谢性酸中毒”或“非呼吸性酸中毒”。此时呼吸与肾脏都可发生代偿性调节，使[H2CO3](或Pco2)减少（呼吸加强）以及[HCO₃-]增加(肾脏对HCO₃-重吸收的加强)。经如上调节，若血浆[HCO₃-]/[H₂CO₃]仍保持正常比值20，则pH值不变，这称为“代偿性代谢性酸中毒”； 反之，则称为“失代偿性代谢性酸中毒”。
代谢性碱中毒 在摄取多量碳酸氢钠制剂、或机体丢失大量固定酸（如剧烈呕吐）时，血浆[HCO3-]增加，这称为“代谢性碱中毒”，或“非呼吸性碱中毒”，此时呼吸与肾脏参与调节的方向恰好与代谢性酸中毒时相反。经调节后，依照血浆pH值的增高与否，也有“代偿性代谢性碱中毒”与“失代偿性代谢性碱中毒”之分。