低或增高引起的酸碱平衡紊乱，称为代谢性酸中毒或代谢性碱中毒；H2CO3含量主要受呼吸因素影响，由血液H2CO3浓度原发性降低或增高引起的酸碱平衡紊乱，称为呼吸性碱中毒或呼吸性酸中毒。患者体内只存在一种酸碱平衡紊乱称为单纯型酸碱平衡紊乱（simpleacid‐base disturbance）；若同时发生两种或两种以上单纯型的酸碱平衡紊乱，则称为混合型酸碱平衡紊乱（mixed acid‐base disorders）。在单纯型酸碱平衡紊乱中，由于机体的调节代偿作用，虽然体内酸或碱的含量已经发生变化，但［HCO－3］／H2CO3的比值仍维持在20∶ 1，即血液pH 在正常范围，这种单纯型的酸碱平衡紊乱称为代偿性酸碱平衡紊乱；如果血液pH 已偏离正常范围，则称为失代偿性酸碱平衡紊乱。
二、反映酸碱平衡紊乱的常用指标及意义
（一）pH 和H＋浓度
血液pH 通常是指动脉血中H＋浓度的负对数，根据Henderson‐Hasselbalch 方程式可以得出血浆pH 主要取决于HCO－3与H2CO3比值，正常为20∶ 1。
（二）动脉血二氧化碳分压（PaCO2）
动脉血二氧化碳分压（PaCO2）是指血浆中以物理状态溶解的CO2分子所产生的张力。
正常值为33～46mmHg（4.39～6.25kPa），平均为40mmHg（5.32kPa）。动脉血PaCO2的高低直接反映肺泡通气量。当PaCO2＜33mmHg（4.39kPa）时，表明通气过度，CO2呼出过多，见于呼吸性碱中毒或代偿后的代谢性酸中毒；反之，当PaCO2＞46mmHg（6.25kPa）时，表明通气不足，体内有CO2潴留，见于呼吸性酸中毒或代偿后的代谢性碱中毒。因此，PaCO2是反映呼吸性酸碱紊乱的重要指标。
（三）标准碳酸氢盐和实际碳酸氢盐
标准碳酸氢盐（standard bicarbonate，SB）是指全血标本在标准条件（即温度38℃，血红蛋白氧饱和度为100%，用PaCO240mmHg 的气体平衡）下所测得的血浆HCO－3的量。正常值为22～27mmol／L，平均为24mmol／L。由于测定HCO－3时排除了呼吸因素的影响，所以SB 是反映代谢性酸碱紊乱的重要指标。代谢性酸中毒时SB 降低，代谢性碱中毒时SB升高。但在呼吸性酸或碱中毒时，由于肾脏的代偿也可发生继发性增高或降低。
实际碳酸氢盐（actual bicarbonate，AB） 是指隔绝空气的血标本，在被检者实际的PaCO2、体温和血氧饱和度的条件下测得的血浆HCO－3浓度。AB 受呼吸和代谢两方面因素的影响，因此AB 与SB 的差值反映了呼吸因素对酸碱平衡的影响。正常人AB＝SB。当AB＞SB 时，表明体内有CO2潴留；反之，AB＜SB，说明CO2排出过多。
（四）缓冲碱缓冲碱（buffer base，BB）是指血液中一切具有缓冲作用的负离子（如HCO－3、Hb－、HbO－2、HPO2－4、Pr－等）的总和。正常值为50± 5mmol／L。代谢性酸中毒时BB 减少，而代谢性碱中毒时BB 升高。BB 是反映代谢性酸碱紊乱的指标。
（五）碱剩余
碱剩余（base excess，BE）是指在标准条件下，用酸或碱滴定血标本至pH7.4时所需的酸或碱的量。正常值为0± 3mmol／L。代谢性碱中毒时，BE 正值增加；代谢性酸中毒时，BE 负值增加。在呼吸性酸或碱中毒时，由于肾的代偿作用，BE 也可高于或低于正常。
（六）阴离子间隙
阴离子间隙（anion gap，AG）是指血浆中未测定的阴离子（undetermined anion，UA）与未测定的阳离子（undetermined cation，UC）的差值，即AG＝UA－UC。由于细胞外液阴、阳离子总量相等，所以AG可以根据血浆中已测定的Na＋、Cl－和HCO－3算出，即AG＝Na＋-（HCO－3＋Cl－）＝140－（24＋104）＝12mmol／L，故AG的正常值为：12±2mmol／L。病理情况下，AG可增高也可降低，但增高的意义较大，常见于乳酸堆积、酮症酸中毒等固定酸增多的情况。目前多以AG＞16mmol／L，作为判断是否存在AG增高型代谢性酸中毒的界限。但在某些情况下，如大量使用含钠药物、骨髓瘤患者体内本周氏蛋白过多也可引起AG增高，此时，AG增高与代谢性酸中毒无关。AG降低在判断酸碱失衡方面意义不大，常见于血浆中未测定阴离子减少如低蛋白血症等，也可见于未测定阳离子（如K＋、Mg2＋、Ca2＋等）浓度明显增高。
总之，AG是评价酸碱平衡的重要指标，检测AG有助于区分代谢性酸中毒的类型和诊断混合型酸碱平衡紊乱。
第三节 单纯型酸碱平衡紊乱
一、代谢性酸中毒
代谢性酸中毒（metabolic acidosis）是指细胞外液H＋增加和（或）HCO－3丢失而引起的以血浆HCO－3原发性减少为特征的酸碱平衡紊乱。
根据AG值的变化，将代谢性酸中毒分为AG增高型代谢性酸中毒和AG正常型代谢性酸中毒两类。
（一）原因和机制
1．AG增高型代谢性酸中毒
是指除了含氯以外的任何固定酸在血浆中浓度增大时的代谢性酸中毒。特点是：
HCO－3降低，AG增大，血氯正常。
（1）乳酸酸中毒 任何原因引起的缺氧，都可使细胞内糖酵解增强，乳酸生成增多，引起乳酸酸中毒。常见于休克、严重贫血、肺部疾患、心跳呼吸骤停、心力衰竭等。此外，乳酸酸中毒还可见于各种原因引起的乳酸利用障碍，如严重肝脏疾患使乳酸通过糖异生合成葡萄糖和糖原障碍，导致血中乳酸堆积。
（2）酮症酸中毒 体内大量脂肪被迅速分解是引起酮症酸中毒的主要原因。见于糖尿病、严重肝病、饥饿和酒精中毒等情况。大量脂肪分解，可导致体内酮体生成增加（酮体中的乙酰乙酸和β‐羟丁酸都是强酸性物质），当超过外周组织的氧化能力和肾排出能力时，发生酮症酸中毒。
（3）肾脏排泄固定酸障碍 严重肾功能衰竭患者，由于肾小球滤过率降低，体内固定酸不能随尿排出，特别是硫酸和磷酸在体内积蓄，H＋浓度增加，HCO－3因中和H＋而降低，同时体内硫酸根和磷酸根浓度增加。
（4）水杨酸中毒 大量摄入水杨酸制剂（如阿司匹林）可引起酸中毒。经缓冲，HCO－3浓度降低，水杨酸根潴留。
上述原因均可引起体内固定酸过多。这些固定酸的H＋被HCO－3缓冲，使血浆HCO－3浓度降低，其酸根（如乳酸根、β‐羟丁酸根、乙酰乙酸根、SO2－4、H2PO－4、水杨酸根等）升高，这部分酸根均属于未测定的阴离子，所以AG值增大，而Cl－值正常，故又称为正常血氯代谢性酸中毒。
2．AG正常型的代谢性酸中毒
是指各种原因引起血浆HCO－3浓度降低并伴有Cl－浓度代偿性升高，而AG无明显变化的一类代谢性酸中毒。特点是：HCO－3降低，AG正常，血氯增高，所以又称为高血氯性代谢性酸中毒。
（1）消化道丢失HCO－3 肠液、胰液和胆汁中的HCO－3含量均高于血浆，因此，严重腹泻、肠瘘、胆道瘘、肠道引流等均可引起HCO－3大量丢失。随着血液和原尿中HCO－3浓度的降低，肾小管H＋‐Na＋交换减少，Na＋以NaCl 形式吸收增多，使血Cl－升高。
（2）肾脏泌H＋功能障碍 肾小管性酸中毒（renal tubular acidosis，RTA）是一种以肾小管排H＋和重吸收NaHCO3障碍为主的疾病，而肾小球功能正常。近端肾小管酸中毒（RTA‐ Ⅱ）是由于近曲小管上皮细胞重吸收HCO－3功能障碍，导致血浆HCO－3浓度降低。
远端肾小管酸中毒（RTA‐ Ⅰ）是由于集合管泌H＋功能障碍，导致H＋在体内蓄积。此外，碳酸酐酶抑制剂（乙酰唑胺等）的大量使用，醛固酮的分泌不足或肾小管对其反应性的降低，亦可引起肾脏泌H＋功能障碍。上述原因引起的酸中毒尿液呈碱性或中性。
（3）含氯的呈酸性药物摄入过多 过量摄入含氯的盐类药物如氯化铵、盐酸精氨酸、盐酸赖氨酸等，可引起AG正常型的代谢性酸中毒。因为这些物质在体内易解离出H＋和Cl－，使血浆HCO－3消耗的同时，血Cl－含量增加。
（4）高钾血症 血钾增高使细胞内外H＋‐K＋交换增强，导致细胞内H＋外逸，引起代谢性酸中毒。此时，肾小管上皮细胞因细胞内H＋浓度降低而泌H＋减少，尿液呈碱性，即反常性碱性尿。
（二）机体的代偿调节
1．血液的缓冲作用
代谢性酸中毒时，血液中过多的H＋立即被血浆HCO－3及其他缓冲碱缓冲，其结果缓冲碱不断被消耗减少。
2．肺的代偿调节作用血液H＋浓度增加，可通过刺激外周化学感受器，反射性引起呼吸中枢兴奋，呼吸加深加快。呼吸加深加快是代谢性酸中毒的主要临床表现，其代偿意义是增加CO2的排出量，使血液H2CO3浓度继发性降低，以维持HCO－3／H2CO3的正常比值，使pH 趋向正常。呼吸的代偿反应非常迅速，酸中毒数分钟后即可见深大呼吸，12～24小时可达代偿高峰，代偿最大极限是PaCO2降到10mmHg（1.33kPa）。
3．肾的代偿调节作用除了肾功能障碍和高钾血症引起的代谢性酸中毒外，其他原因引起的代谢性酸中毒，肾第四章 酸碱平衡紊乱 39脏均能起代偿调节作用。代谢性酸中毒时，肾小管上皮细胞中的碳酸酐酶和谷氨酰胺酶活性增强，促使肾泌H＋、泌NH＋4和重吸收HCO－3增多，尿中可滴定酸和NH＋4排出增多，尿液呈酸性；HCO－3重吸收增多，使血液HCO－3浓度有所回升。从而起到代偿调节作用。肾的代偿作用一般在酸中毒持续数小时后开始，3～5天达到最大效应，排酸量可高达正常时的10倍左右。可见，肾的代偿调节能力相当强大。
4．细胞内外离子交换和细胞内缓冲
H＋浓度升高2～4小时后，约有1／2的H＋通过H＋‐K＋交换方式进入细胞内被细胞内缓冲系统缓冲，K＋逸出细胞，导致血钾增高。
通过上述调节，如果能使HCO－3与H2CO3的比值维持在20∶ 1，血pH 仍在正常范围，这种代谢性酸中毒称为代偿性代谢性酸中毒。如代偿后HCO－3与H2CO3的比值低于20∶ 1，则血pH 低于7.35，这种代谢性酸中毒称为失代偿性代谢性酸中毒。
代谢性酸中毒的血气分析参数变化如下：
代谢性酸中毒的基本特征是血浆HCO－3浓度原发性减少，所以pH、AB、SB、BB 值均降低，BE 负值加大；通过呼吸代偿，PaCO2继发性下降，AB＜SB。
（三）对机体的影响
代谢性酸中毒主要引起心血管系统和中枢神经系统的功能障碍。
1．心血管系统功能障碍
代谢性酸中毒对心血管系统的功能影响主要表现为：
（1）心律失常 代谢性酸中毒时出现的心律失常主要与血钾升高有关。酸中毒引起血钾升高的机制：①细胞外H＋进入细胞内，与细胞内K＋交换，K＋逸出细胞；②肾小管上皮细胞泌H＋增加，排K＋减少。严重高钾血症对心脏有明显的毒性作用，可引起心脏传导阻滞、心室纤维性颤动甚至心脏停搏。
（2）心肌收缩力减弱 轻度酸中毒时，由于肾上腺髓质释放肾上腺素增多，表现为心率加快、心肌收缩力增强等心脏的正性肌力作用。但严重酸中毒时，过多的H＋可阻断这一作用，使心肌收缩力减弱，心输出量减少，尤其在pH＜7.20时更为明显。酸中毒引起心肌收缩力减弱的机制：①H＋竞争性地抑制Ca2＋与肌钙蛋白结合，②影响Ca2＋内流，③影响心肌细胞内肌浆网释放Ca2＋。
（3）血管对儿茶酚胺的反应性降低 酸中毒时，外周血管尤其是毛细血管前括约肌对儿茶酚胺的反应性降低，引起血管扩张。大量毛细血管网开放可使回心血量减少、血压下降，出现低血压和休克。所以，休克时，首先要纠正酸中毒，才能改善血流动力学。
2．中枢神经系统改变
代谢性酸中毒对中枢神经系统功能的影响主要表现为抑制。可出现乏力、倦怠、嗜睡、昏迷等症状。其发生机制为：①能量供应不足：酸中毒时参与生物氧化的酶类活性受到抑制，导致ATP 生成减少，脑组织能量供应不足；②γ‐氨基丁酸生成增多：γ‐氨基丁酸是中枢神经系统主要的抑制性递质，参与维持中枢兴奋抑制的平衡。酸中毒时谷氨酸脱羧酶活性增强，使抑制性神经递质γ‐氨基丁酸生成增多；同时，γ‐氨基丁酸转氨酶活性降低，导致γ‐氨基丁酸转化障碍，造成γ‐氨基丁酸在中枢神经系统内大量蓄积，引起抑制效应。