酸堿平衡與人體健康

張瓊芬

【摘 要】緩沖溶液對人體健康具有非常重要的意義，人體的各種體液都屬于緩沖溶液。本文從緩沖溶液的緩沖原理出發，論述了在生命代謝的過程中，緩沖溶液所起的作用及對人體健康的重要意義。

【關鍵詞】體液 緩沖溶液 酸中毒 堿中毒 意義

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2014.12.023

一、人體內各種體液都有其特定的pH值范圍

人體細胞生存于各種體液所形成的環境中，然而人體細胞對于體液酸堿性的變化非常敏感，體液的酸堿度哪怕是很微小的變化，都會影響到生物體的代謝作用，嚴重時甚至造成生命危險。因此人體內各種體液都保持著它們各自特定的pH值范圍，這對于體內的各種生物化學反應和物質的存在狀態是非常重要的。人體內各種體液的pH值范圍見表1

在上述人體各部分的pH值中，以血液pH值要求最嚴格，血液的酸堿平衡遵循Henderson—Hasselbalch方程式：pH=pka+lg[HCO3-]/[H2CO3]，pKa為H2CO3電離常數的負對數值，38℃時，Pka=6.1，正常人血漿中[HCO3-]=24mol/L，[H2CO3]=1.2mol/L，其比值為20：1，由此可得血液的pH=pka+lg[HCO3-]/[H2CO3]=6.1+lg20=6.1+1.3=7.4，血液的pH值穩定在7.4左右，只允許有0.05的波動。實驗證明人體血液中存在一種能抵抗外來酸或堿影響其pH值的緩沖系統，它們可防止體液的pH值發生大幅度變化。

二、人體血液是天然的緩沖系統

能夠抵抗外加少量酸、堿、或稀釋，而本身pH值不發生顯著變化的作用稱緩沖作用，具有緩沖作用的溶液叫緩沖溶液。緩沖溶液一般可由（1）弱酸及其鹽（如CH3COOH-CH3COONa、H2CO3-Na2CO3）；（2）多元弱酸酸式鹽及其次級鹽（NaH2PO4-Na2HPO4、Na2CO3-NaHCO3）；（3）弱堿及其鹽（NH3.H2O-NH4Cl）組成。

生物體液都是一些天然的緩沖溶液，而人體血液中能起緩沖作用的緩沖組分主要有以下4對：（1）碳酸—碳酸氫鹽緩沖對（H2CO3-NaHCO3，H2CO3-KHCO3）；（2）血紅蛋白緩沖對（HHb-KHb，HHbO2-KHHbO2）；（3）血漿蛋白緩沖對（HPr-NaPr）；（4）磷酸氫鹽緩沖對（NaH2PO4-Na2HPO4 KH2PO4-K2HPO4）。血液的主要緩沖系統及其緩沖能力見表2

三、緩沖溶液的作用原理

緩沖溶液之所以具有緩沖作用，是因為溶液中有抗酸成分和抗堿成分，能保持溶液的pH值幾乎不變，現以血液中最重要的碳酸—碳酸氫鹽緩沖對為例來說明緩沖作用的原理。

血液中最主要的緩沖對是碳酸—碳酸氫鹽緩沖對，它在血液中的濃度最高緩沖能力最大，在維持血液pH中作用最大。在H2CO3-NaHCO3緩沖溶液中存在電離平衡。當溶液中加入少量酸（即H+）時，溶液中較多的共軛堿HCO3-只動用其中一小部分HCO3-和外來的H+結合生成H2CO3，電離平衡向左移動，當建立新平衡時，溶液里C（H+）不會顯著增加，故溶液的pH值不會明顯下降，pH值相對穩定。抗酸的離子方程式是：H++HCO3-=H2CO3，這里HCO3-起了對抗C（H+）增大的作用，故HCO3-（主要來自NaHCO3）是抗酸成分；反之，當向溶液中加入少量堿（即OH-）時，H+立即與OH-結合生成水，H+濃度降低，溶液中較多的共軛酸H2CO3中只動用其中一小部分H2CO3立即將質子轉移給水分子，使平衡向右移動，補充H+。當達到新平衡時，C（H+）不會顯著降低，溶液的PH值不會明顯上升，pH值相對穩定。抗堿的離子方程式是：H2CO3+OH-=HCO3-+H2O，在此過程中H2CO3起了對抗OH-增大的作用，故H2CO3是抗堿成分。緩沖溶液除了能抵抗外來酸、堿的影響外，也能抵抗稀釋對溶液pH值造成的影響，所以病人在靜脈滴注大量生理鹽水后，并不會使血液的pH值產生大的變化。

四、緩沖溶液對人體健康的重要意義

緩沖溶液對人體健康有著非常重要的意義，人體內各種體液的pH值均被控制在一個狹小的范圍之內，便可保證機體的各種功能的發揮。有很多因素引起血液酸度增加：如當體內產生酸過多，腎功能不足或嚴重腹瀉丟失大量的碳酸氫鈉使碳酸氫鈉濃度降低，血液pH值低于7.35，可造成代謝性酸中毒。有時因肺換氣不足，如肺氣腫、呼吸道梗阻等，使碳酸濃度升高，pH值降低，造成呼吸性酸中毒。這時抗酸成分HCO3-和過多H+的反應，平衡向左移動，使C（H+）降低并恢復正常，生成的H2CO3分解成水和二氧化碳。二氧化碳在血液中的溶解度低，通過肺部加速呼吸而排出體外，并通過腎臟調節HCO3-濃度回升。通過肺部和腎臟的調節，H2CO3和HCO3-的濃度恢復正常，從而保證血液PH在正常范圍。如果血液中的酸性物質過多，pH值小于7.35產生酸中毒，體內抗酸成分HCO3-糾正不過來時，可用抗酸藥物NaHCO3、乳酸鈉、三羥甲基氨基甲烷等對癥治療；有很多因素引起血液堿度增加：如攝入過多的堿性物質、發高燒、嚴重嘔吐、氣喘等。此時抗堿成分H2CO3發揮作用，平衡向右移動，進一步離解出H+，以補充血液中降低的H+濃度，使C（H+）恢復正常。肺部和腎臟也同時調節H2CO3和HCO3-的濃度，使之處于正常，從而保證血液pH在正常范圍。如果血液中的堿性物質過多pH值大于7.45產生堿中毒，體內抗堿成分糾正不過來時，可用抗堿藥物如氯化銨等對癥治療。