2025年10月10日 (五) 17:48的版本

学习目标

完成本章学习后，学生应能够回答以下问题：

HCO3-如何作为缓冲剂发挥作用，为什么它是细胞外液的重要缓冲剂？
食物代谢如何产生酸和碱，饮食成分对全身酸碱平衡有何影响？
挥发性酸和非挥发性酸之间的区别是什么，什么是净内源性酸产生（NEAP）？
肾脏和肺如何参与全身酸碱平衡的调节，什么是肾脏净酸排泄（RNAE）？
为什么肾脏排泄酸需要尿液缓冲剂？
肾单位各段中 H+ 转运的机制是什么，这些机制如何被调节？
肾单位各段如何参与过滤的 HCO3 的重吸收过程？
肾脏如何产生新的 HCO3?
肾脏如何产生铵，其排泄如何促进肾脏的酸排泄？
身体防御酸碱平衡变化的主要机制是什么？
单纯代谢性和呼吸性酸碱紊乱之间的区别是什么，如何通过动脉血气测量来区分它们？

体液中 H+ 的浓度与其他离子相比较低。例如，Na+ 的浓度约为 H+ 的300万倍（[Na+]=140m E q/L；[H+]=40n E q/L）。由于体液中 [H+] 较低，通常用负对数或 pH 表示。

几乎所有细胞、组织和器官的生理过程都对pH敏感。事实上，生命无法在细胞外液（extracellular fluid, ECF）pH范围6.8至7.8（H+浓度为160-16nEq/L）之外存在。正常情况下，ECF的pH维持在7.35至7.45之间。细胞内液（intracellular fluid, ICF）的pH略低（7.1–7.2），但也受到严格调控。

每天，酸和碱通过饮食摄入。此外，细胞代谢产生许多对体液pH有影响的物质。如果没有适当的机制来处理这些日常的酸碱负荷并维持酸碱平衡，许多生命必需的过程将无法进行。本章将回顾全身酸碱平衡的维持。虽然重点在于肾脏在这一过程中的作用，但也考虑了肺和肝脏的作用。此外，还介绍了饮食和细胞代谢对酸碱平衡的影响。最后，讨论了酸碱平衡紊乱，主要是为了说明相关的生理过程。在本章中，酸被定义为任何向体液中添加H+的物质，而碱被定义为从体液中去除H+的物质。

HCO3-缓冲系统

碳酸氢根（bicarbonate, HCO3-）是ECF的重要缓冲物质。在正常血浆中，[HCO3-]为23至25mEq/L，体积为14L（以70公斤个体为例），ECF可以缓冲350mEq的H+。HCO3-缓冲系统与身体的其他缓冲系统（如磷酸盐）不同，因为它受到肺和肾脏的共同调节。通过以下反应可以更好地理解这一点：

CO2+H2O↔H2CO3↔H⁺ + HCO3^-

• 图 37.1 酸碱平衡概述。肺和肾脏共同作用以维持酸碱平衡。肺排出CO2（挥发性酸），肾脏排出酸（肾脏净酸排泄 [renal net acid excretion, RNAE]），其量等于净内源性酸产生（net endogenous acid production, NEAP），反映了饮食摄入、细胞代谢以及体内酸碱的损失（如粪便中的HCO3-损失）。详见正文。

如所示，第一个反应（CO2的水合/脱水）是限速步骤。这个通常较慢的反应在碳酸酐酶存在下大大加速。第二个反应，H2CO3电离为H+和HCO3-，几乎是瞬间完成的。

Henderson-Hasselbalch方程用于量化CO2和HCO3-的变化如何影响pH：

pH = pKH + log[HCO3-]/αP_CO2

或

pH = 6.1 + log[HCO3-]/0.03P_CO2

在这些方程中，CO2的量由CO2的分压(PCO2)及其在溶液中的溶解度(α)决定。对于37°C的血浆，α的值为0.03。此外，pK\prime是方程37.1中反应的总解离常数的负对数，对于37°C的血浆，其值为6.1。或者，HCO3-和CO2对[H+]的关系可以如下确定：

[H+]= 24×P_CO2/[HCO3-]

通过检查方程37.3和37.4可以看出，当[HCO3-]或PCO2发生变化时，pH和[H+]也会发生变化。由于[HCO3-]变化引起的酸碱平衡紊乱称为代谢性酸碱紊乱，而由于PCO2变化引起的酸碱平衡紊乱称为呼吸性酸碱紊乱。这些紊乱将在后续章节中详细讨论。肾脏主要负责调节ECF中的[HCO3-]，而肺则控制PCO2。

酸碱平衡概述

人类的饮食中含有许多酸性或碱性的成分。此外，细胞代谢也会产生酸和碱。最后，每天通常会有碱通过粪便排出。正如后面所述，尽管这些过程依赖于饮食，但其净效应是向体液中添加酸。为了维持酸碱平衡，酸的排泄速率必须与其添加速率相等。如果酸的添加超过排泄，就会导致酸中毒。相反，如果酸的排泄超过添加，就会导致碱中毒。

如图37.1所示，饮食中的主要成分是碳水化合物和脂肪。当组织灌注充足、O2可供组织使用且胰岛素水平正常时，碳水化合物和脂肪会代谢为CO2和H2O。每天通过这一过程会产生15到20摩尔的CO2。通常，这一大量的CO2会通过肺有效地从体内排出。因此，这种代谢产生的CO2对酸碱平衡没有影响。CO2通常被称为挥发性酸，因为它有潜力在与H2O水合后生成H+（见方程37.1）。不直接来自CO2水合的酸称为非挥发性酸（例如乳酸）。

其他膳食成分的细胞代谢也会对酸碱平衡产生影响。例如，含硫氨基酸如半胱氨酸和甲硫氨酸在代谢时会产生硫酸，而赖氨酸、精氨酸和组氨酸的代谢则会产生盐酸。这部分非挥发性酸负荷的一部分通过天冬氨酸和谷氨酸的代谢产生的HCO3-来抵消。平均而言，膳食氨基酸的代谢会产生净的非挥发性酸。某些有机阴离子（如柠檬酸（citrate））的代谢会产生HCO3-，这在一定程度上抵消了非挥发性酸的产生。总体而言，在摄入含肉饮食的个体中，酸的生成超过了HCO3-的生成。相比之下，素食饮食产生的非挥发性酸较少。除了代谢产生的酸和碱外，摄入的食物中也含有酸和碱。例如，摄入食物中的磷酸盐(H2PO4-)会增加膳食酸负荷。最后，在消化过程中，部分HCO3-通常会随粪便排出。这种损失相当于向体内添加了非挥发性酸。在摄入含肉饮食的个体中，膳食摄入、细胞代谢和粪便中HCO3-的损失导致每天向体内添加约0.7至1.0mEq/kg体重的非挥发性酸（大多数成年人每天50-100mEq）。这种酸被称为净内源性酸生成（net endogenous acid production, NEAP），会导致体内HCO3-的等量损失，必须进行补充。

临床相关

当胰岛素水平正常时，碳水化合物和脂肪会完全代谢为CO2+H2O。然而，如果胰岛素水平异常低（如糖尿病（）），细胞代谢会导致几种有机酮酸（organic ketoacids）的产生（例如，脂肪酸代谢产生的β -羟基丁酸（β -hydroxybutyric acid）和乙酰乙酸（acetoacetic acid））。

在缺乏足够的O2（缺氧）的情况下，细胞的厌氧代谢（）也会导致有机酸（如乳酸）的产生，而不是CO2+ H2O。这种情况在正常个体进行剧烈运动时经常发生。组织灌注不良（如心输出量减少时）也会导致细胞的厌氧代谢，从而导致酸中毒（acidosis）。在这些情况下，有机酸会积累，体液的pH值下降（酸中毒）。治疗（例如，在糖尿病的情况下给予胰岛素）或改善组织灌注（例如，在组织灌注不良的情况下）会导致这些有机酸代谢为CO2+ H2O，这会消耗H+，从而有助于纠正酸碱紊乱。

非挥发性酸不会在全身循环，而是立即被ECF中的HCO3-中和。这一中和过程产生了强酸的Na+盐，并从细胞外液(ECF)中移除了HCO3-。因此，HCO3-最大限度地减少了这些强酸对ECF的pH的影响。如前所述，ECF中大约含有350mEq的HCO3-。如果这些HCO3-没有得到补充，每天产生的非挥发性酸（\approx70mEq/天）将在5天内耗尽ECF中的HCO3-。为了维持酸碱平衡，肾脏必须补充因中和非挥发性酸而损失的HCO3-，这一过程称为肾脏净酸排泄（RNAE）。

肾脏的净酸排泄

在稳态条件下，NEAP必须等于RNAE以维持酸碱平衡。尽管NEAP在个体之间以及同一个体在不同天之间有所变化，但它并不受调节。相反，肾脏通过调节RNAE来匹配NEAP，并在此过程中补充因中和非挥发性酸而损失的HCO3-（新的HCO3-）。此外，肾脏还必须防止HCO3-在尿液中的丢失。后一项任务在数量上更为重要，因为HCO3-的滤过负荷约为4320mEq/day（24mEq/L×180L/day=4320mEq/day），而平衡NEAP仅需要50到100mEq/天。

滤过的HCO3-的重吸收和酸的排泄都是通过肾单位的H+分泌来完成的。因此，在一天内，肾单位必须向肾小管液中分泌大约4390mEq的H+。大部分分泌的H+用于重吸收滤过的HCO3-负荷。只有50到100mEq的H+，相当于NEAP的量，被排泄到尿液中。由于这种酸的排泄，尿液通常是酸性的。

肾脏不能排泄比pH4.0到4.5更酸的尿液。即使在pH为4.0时，也只能排泄0.1mEq/L的H+。因此，为了排泄足够的酸，肾脏通过尿液缓冲剂如磷酸盐（Pi）来排泄H+。尿液中的其他成分也可以作为缓冲剂（例如肌酐），尽管它们的作用不如Pi重要。这些尿液缓冲剂统称为可滴定酸（titratable acid）。这一术语来源于实验室中定量这些缓冲剂的方法。通常，向尿液样本中加入碱（OH−）以将其pH滴定至血浆的pH（即7.4）。加入的碱量等于这些尿液缓冲剂所滴定的H+量，称为可滴定酸。

H+作为可滴定酸（titratable acid）的排泄不足以平衡NEAP。肾脏通过合成和排泄铵离子来维持酸碱平衡，这是另一个重要的机制。本章后面将更详细地讨论这一过程所涉及的机制。关于肾脏对酸碱平衡的调节，尿液中每排泄一个NH4+，就会有一个HCO3-返回到体循环中，从而补充在非挥发性酸中和过程中丢失的HCO3-。因此，NH4+的产生和排泄，就像可滴定酸的排泄一样，相当于肾脏排泄酸。

简而言之，肾脏通过重吸收过滤的HCO3-并排泄与NEAP等量的酸来维持酸碱稳态。这一过程可以量化如下：

RNAE = (U_NH4×V)+(U_TA×V)-(U_HCO3×V)

其中 (U_NH4×V)和(U_TA×V)分别是NH4+和可滴定酸（TA）的排泄速率(mEq/day)，而(U_HCO3×V)是尿液中丢失的HCO3-量（相当于向体内添加H+）。再次强调，维持酸碱平衡意味着净酸排泄必须等于非挥发性酸的产生。在大多数情况下，尿液中排泄的HCO3-非常少。因此，净酸排泄基本上反映了可滴定酸和NH4+的排泄。从数量上看，可滴定酸约占RNAE的三分之一，而NH4+占三分之二。

[疑问：NH4+在滴定过程中应该也会消耗对应的OH-吧？为什么要算在可滴定酸之外呢？]

肾单位沿途的HCO3-重吸收

• 图37.2 HCO3-的节段重吸收。图中显示了肾单位各段对过滤的HCO3-重吸收的比例。通常情况下，过滤的HCO3-全部被重吸收，尿液中几乎没有或没有HCO3-出现。CCD，皮质集合管；D T，远端小管；IMCD，内髓集合管；P T，近端小管；T A L，厚升支。

如公式37.7所示，当尿液中排泄的HCO3-很少或没有时，净酸排泄达到最大值。事实上，在大多数情况下，尿液中出现的HCO3-非常少。由于HCO3-在肾小球自由过滤，每天大约有4320mEq被输送到肾单位并被重吸收。图37.2总结了每个肾单位段对过滤的HCO3-重吸收的贡献。

• 图37.3 近端小管细胞重吸收滤过的HCO3-的细胞机制。仅显示了主要的H+和HCO3-转运体。ATP，三磷酸腺苷；CA，碳酸酐酶。

近端小管重吸收了滤过的HCO3-的最大部分。图37.3总结了涉及的主要转运过程。H+通过Na+/H+反向转运体和H+ -ATPase（V型）分泌到细胞的顶膜。Na+/H+反向转运体（NHE3）是H+分泌的主要途径（约占HCO3-重吸收的三分之二），并利用管腔到细胞的[Na+]梯度来驱动这一过程（即H+的次级主动分泌）。在细胞内，H+和HCO3-在碳酸酐酶（CA-II）催化的反应中产生。H+被分泌到管腔液中，而HCO3-通过基底外侧膜离开细胞并返回到管周血液中。HCO3-通过基底外侧膜离开细胞的过程与其他离子耦合。大多数HCO3-通过一个将Na+与HCO3-外流耦合的同向转运体（碳酸氢钠同向转运体，NBC1）离开细胞。一些HCO3-通过其他转运体离开细胞，但它们不如Na+/HCO3-同向转运体重要。如图37.3所示，碳酸酐酶（CA-IV）也存在于细胞的刷状缘和基底外侧膜中。刷状缘酶催化管腔液中的H2CO3脱水，而位于基底外侧膜的酶则促进HCO3-离开细胞。CO2进出细胞的运动通过AQP1进行，AQP1位于管腔和基底外侧膜。

Henle袢厚升支（TAL）重吸收HCO3-的细胞机制与近端小管非常相似。H+通过Na+/H+反向转运体和H+ -ATPase分泌。与近端小管一样，Na+/H+反向转运体（NHE3）是H+分泌的主要途径。HCO3-离开细胞涉及Na+/ HCO3-同向转运体（NBC1）和Cl-/HCO3-反向转运体（阴离子交换体，AE-2）。一些HCO3-也可能通过基底外侧膜中的Cl-通道离开细胞。

远端小管和集合管重吸收了近端小管和Henle袢未能重吸收的少量HCO3-。图37.4显示了位于这些节段中的间质细胞的H+/HCO3-转运的细胞机制（另见第34章）。

一种类型的闰细胞分泌H+（重吸收HCO3-)，被称为A-或α-闰细胞。在这种细胞内，H+和HCO3-通过CO2的水合作用产生；该反应由碳酸酐酶（CA-II）催化。H+通过两种机制分泌到管腔液中。第一种机制涉及顶膜上的H+-ATPase（V型）。第二种机制通过H+-K+-ATPase将H+的分泌与K+的重吸收耦合，这种ATPase类似于在胃和结肠中发现的HKα1和HKα2。HCO3-通过基底膜上的Cl-/HCO3-反向转运体（AE-1）与Cl-交换，离开细胞并进入管周毛细血管血液。

第二种类型的闰细胞将HCO3-而不是H+分泌到管腔液中（也称为B或β-闰细胞）。在这些细胞中，H+-ATPase（V型）位于基底膜上，而Cl-/HCO3-反向转运体位于顶膜上（见图37.4）。

然而，顶膜上的Cl-/HCO3-反向转运体与H+分泌闰细胞基底膜上的不同，已被鉴定为pendrin。在代谢性碱中毒期间，当肾脏必须排泄过量的HCO3-时，HCO3-分泌闰细胞的活性增加。然而，在大多数情况下（例如，摄入含肉饮食），H+的分泌在这些节段中占主导地位。

集合管细胞的顶膜对H+的渗透性不高，因此管腔液的pH值可以变得相当酸性。实际上，沿着肾单位的最酸性管腔液(pH=4.0-4.5)是在这里产生的。相比之下，近端小管对H+和HCO3-的渗透性要高得多，该节段中的管腔液pH仅降至6.5。正如后面所解释的，集合管降低管腔液pH的能力对于排泄尿液可滴定酸和NH4+至关重要。

H+分泌的调节

许多因素影响H+的分泌，从而影响肾单位细胞对过滤的HCO3-的重吸收。从生理学角度来看，调节肾单位H+分泌的主要因素是全身酸碱平衡的变化。因此，酸中毒刺激RNAE，而碱中毒期间RNAE减少。

在细胞水平

肾脏细胞表达监测酸碱状态的受体，因此在调节肾小管中的H⁺和HCO3-转运体中起关键作用（图37.5）。例如，一种G蛋白偶联的H+受体（GPCR–GPR4）已被定位到集合管。细胞外液中[H+]的增加激活该受体，刺激H+的分泌。同样在集合管中，分泌HCO3-的闰细胞（B-或β -ICs）表达一种基底外侧的胰岛素相关受体（IRR），它是一种酪氨酸激酶。该受体被ECF中[HCO3-]的增加激活，并刺激细胞分泌HCO3-。一种由细胞内HCO3-调节的可溶性腺苷酸环化酶（sAC）似乎也在调节集合管的H+分泌中起作用。在近端小管中，基底外侧膜的受体酪氨酸激酶（ErbB1和ErbB2）感知ECF中P C O2的变化。P C O2的增加激活这些受体，导致血管紧张素II的生成，后者通过AT-1A受体从管腔侧作用，刺激H+分泌/HCO3-重吸收。同样在近端小管中，非受体酪氨酸激酶（Pyk2）感知细胞内[H+]的变化。当细胞内[H+]的增加激活该激酶时，H+分泌/H dCO_3-重吸收被刺激。最后，几种离子通道（例如，肾外髓质K+通道[ROMK]）的门控受到ECF或细胞内液（ICF）pH变化的影响。这些通道也有可能作为细胞酸碱传感器。

• 图37.4 远端小管和集合管闰细胞重吸收和分泌HCO3-的细胞机制。仅显示了主要的H+和HCO3-转运体。A T P, 三磷酸腺苷；C A_i，碳酸酐酶；H K A，H+ f+-K+ -ATP酶。

肾脏对酸碱平衡变化的反应包括膜上转运体活性和/或数量的即时变化，以及转运体合成的长期变化。例如，在代谢性酸中毒时，H+分泌通过多种机制被刺激，具体取决于肾小管的不同节段。首先，酸中毒时细胞内pH的降低将产生更有利的细胞到管腔液的H+梯度，从而使H+跨顶膜的分泌在能量上更为有利。其次，pH的降低可能导致转运蛋白的变构变化，从而改变其动力学。最后，转运体可能从细胞内囊泡转运到膜上。在长期酸中毒的情况下，转运体的丰度增加，这可能是通过适当转运体基因的转录增加或转运体mRNA的翻译增加实现的。

• 图37.5 细胞H+和HCO3-传感器的示例。ATP，三磷酸腺苷；C A M P，环磷酸腺苷；G P C R，\textcircled7蛋白偶联受体；IRR，胰岛素受体相关受体；Pyk2，非受体酪氨酸激酶；sAC，可溶性腺苷酸环化酶。（改编自：Levin LR, Buck J. Annu Rev Physiol; 2015;77:347。）

在细胞水平

在近端小管中，代谢性酸中毒增加了N a+/H+反向转运体（NHE3）的转运动力学，并增加了N a+/H+反向转运体、H+-ATP酶以及基底外侧N a+/3HCO3-同向转运体（NBCe1）在顶膜的表达。在集合管中，酸中毒导致H+-ATP酶通过胞吐作用插入到间质细胞的顶膜中。长期酸中毒会增加近端小管（NHE3和NBCe1）和集合管间质细胞中关键酸碱转运体的丰度（H+-ATP酶和AE1）。最后，酸中毒会减少在HCO3-分泌型间质细胞中Cl-/HCO3-反向转运体pendrin的表达。

尽管上述一些效应可能直接归因于酸中毒，但许多细胞H+转运的变化是由激素或其他因素介导的。已知的三种介导肾脏对酸中毒反应的介质是内皮素、皮质醇和血管紧张素II。内皮素（ET-1）由内皮细胞和近端小管细胞产生。在酸中毒时，ET-1的分泌增强。在近端小管中，ET-1刺激Na+/H+反向转运体的磷酸化并随后插入到顶膜中，以及Na+/3HCO3-同向转运体插入到基底外侧膜中。ET-1也可能在其他肾单位节段中介导对酸中毒的反应。酸中毒还刺激肾上腺皮质分泌糖皮质激素皮质醇。皮质醇增加了近端小管中Na+/H+反向转运体和Na+/3HCO3-同向转运体的丰度。血管紧张素II在近端小管细胞中响应酸中毒而产生。它被分泌到管腔液中，在那里与血管紧张素I受体结合，从而刺激近端小管的H+分泌/HCO3-重吸收。皮质醇和血管紧张素II还刺激近端小管产生和分泌NH4+，这将在后面描述，是肾脏对酸中毒反应的重要组成部分。

酸中毒还刺激甲状旁腺激素（PTH）的分泌。PTH抑制近端小管对磷酸盐（Pi）的重吸收（见第36章）。通过这种方式，更多的Pi被输送到远端肾单位，在那里它作为尿液缓冲剂，从而增加了肾脏排泄可滴定酸的能力。

肾脏对碱中毒的反应尚未得到充分表征。RNAE减少是由于尿中HCO3-排泄增加以及可滴定酸和NH4+排泄减少。调节这种反应的因素尚未得到充分表征。

其他不一定与维持酸碱平衡相关的因素也可能影响肾单位(nephron)细胞分泌H+。由于肾单位中一个重要的H+转运体是Na+/H+反向转运体(antiporter)，因此改变Na+重吸收的因素会间接影响H+的分泌。例如，在容量收缩(负Na+平衡)时，肾单位对Na+的重吸收增加(见第35章)，包括通过Na+/H+反向转运体重吸收Na+。结果，H+的分泌增强。这是通过几种机制实现的。一种机制涉及由容量收缩激活的肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system)。如前所述，血管紧张素II(angiotensin II)作用于近端小管，刺激顶端膜(apical membrane)的Na+/H+反向转运体以及基底外侧膜的Na+/3HCO3-同向转运体(symporter)。在较小程度上，血管紧张素II刺激亨利袢(Henle’s loop)的粗升支(thick ascending limb, TAL)和远端小管(distal tubule)早期部分的H+分泌，这一过程也由Na+/H+反向转运体介导。醛固酮(aldosterone)对远端小管和集合管(collecting duct)的主要作用是刺激主细胞(principal cells)重吸收Na+(见第34章)。然而，它也刺激这些节段中的闰细胞(intercalated cells)分泌H+。这种效应既有间接的，也有直接的。通过刺激主细胞重吸收Na+，醛固酮使跨上皮电压(transepithelial voltage)超极化(hyperpolarize)(即管腔(lumen)变得更负)。这种跨上皮电压的变化随后促进了闰细胞分泌H+。除了这种间接效应外，醛固酮(和血管紧张素II)还直接作用于闰细胞，通过H+ -ATPase和H+,K+ -ATPase刺激H+分泌。

细胞外液(extracellular fluid, ECF)容量(ECFV)收缩增强H+分泌(HCO3-重吸收)的另一种机制是通过改变管周毛细血管(peritubular capillary)的Starling力(Starling forces)。如第34章和第35章所述，ECFV收缩改变了管周毛细血管的Starling力，从而增强了近端小管的整体重吸收。随着这种增强的重吸收，更多的滤过负荷(filtered load)的HCO3-被重吸收。

钾平衡(potassium balance)影响近端小管分泌H+。低钾血症(hypokalemia)刺激H+分泌，而高钾血症(hyperkalemia)抑制H+分泌。据认为，K+诱导的细胞内pH变化至少部分导致了这种效应。低钾血症使细胞酸化，因为细胞内K+与H+交换，而高钾血症使细胞碱化，因为细胞内H+与K+交换。低钾血症还刺激集合管分泌H+。这是由于闰细胞中H+,K+ -ATPase的表达增加所致。

新HCO3-的形成

如前所述，重吸收滤过的HCO3-（碳酸氢根）对于最大化RNAE（净酸排泄）至关重要。然而，仅靠HCO3-的重吸收并不能补充代谢过程中产生的非挥发性酸中和过程中丢失的HCO3-。为了维持酸碱平衡，肾脏必须用新的HCO3-来替代这些丢失的HCO3-。新的HCO3-的生成通过可滴定酸的排泄以及NH4+（铵离子）的合成和排泄来实现。

图37.6展示了由于可滴定酸排泄而产生新的HCO3-的过程。由于近端小管和Henle袢对HCO3-的重吸收，到达远端小管和集合管的液体通常含有很少的HCO3-。因此，当H+（氢离子）被分泌时，它将与非\cdotHCO3-缓冲剂（主要是P_i,\ell\cdot（磷酸盐））结合，并以可滴定酸的形式排泄。由于H+是由CO2（二氧化碳）水合作用在细胞内产生的，因此也会产生一个HCO3-。

• 图37.6 H+与非\cdotHCO3-尿缓冲剂（可滴定酸）排泄的一般机制。主要的尿缓冲剂是磷酸盐(H P O_42-)。图中展示了一个H+（氢离子）分泌的间质细胞。为简化起见，仅展示了H+ -ATPase（氢离子-钾离子ATP酶）。\HatH+通过H+,K+ -ATPase的分泌也会滴定管腔缓冲剂。ATP，三磷酸腺苷；CA，碳酸酐酶。

• 图37.7 肾单位对N H_4+的产生、转运和排泄。谷氨酰胺在近端小管中代谢为N H_4+和HCO3-。N H_4+被分泌到管腔中，而HCO3-进入血液。分泌的N H_4+在Henle袢（主要是粗升支）中被重吸收，并在髓质间质中积累。N H_3（氨）通过rhesus糖蛋白由集合管分泌，H+的分泌将N H_4+捕获在管腔中。每排泄一个N H_4+分子，就会有一个“新的”HCO3-分子被添加到ECF（细胞外液）中。C A，碳酸酐酶。

这个HCO3-作为新的HCO3-返回到ECF。如前所述，Pi（磷酸盐）的排泄在酸中毒时增加。然而，即使有更多的Pi可用于形成可滴定酸，这种反应仍不足以生成所需量的新的HCO3-。剩余的新的HCO3-生成是通过NH4+的生成和排泄来实现的。

NH4+由肾脏产生，其合成和随后的排泄为ECF添加了HCO3-。重要的是，这一过程会根据身体的酸碱需求进行调节。

NH4+ 通过谷氨酰胺的代谢在肾脏中产生。肾脏主要代谢谷氨酰胺，排出 NH4+，并向体内添加 HCO3-。然而，通过这一过程形成新的 HCO3- 取决于肾脏将 NH4+ 排泄到尿液中的能力。如果 NH4+ 未被排泄到尿液中，而是进入体循环，它会被肝脏转化为尿素。这一转化过程会产生 H+，随后被 HCO3- 缓冲。因此，由肾脏生成的 NH4+ 转化为尿素会消耗 HCO3-，并抵消了通过肾脏合成和排泄 NH4+ 形成 HCO3- 的过程。然而，正常情况下，肾脏会将 NH4+ 排泄到尿液中，从而产生新的 HCO3-。

肾脏排泄 NH4+ 的过程是复杂的。图 37.7 展示了这一过程的关键特征。NH4+ 在近端小管细胞中由谷氨酰胺产生，这一过程称为氨生成（ammoniagenesis）。每个谷氨酰胺分子产生两个 NH4+ 分子和二价阴离子 2-氧代戊二酸（2-oxoglutarate2−）。该阴离子的代谢最终提供两个 HCO3- 分子。HCO3- 通过基底外侧膜离开细胞，并作为新的 HCO3- 进入管周血液。NH4+ 通过顶膜离开细胞，进入小管液。NH4+ 分泌到小管液中的主要机制涉及 Na+/H+ 反向转运体，NH4+ 替代 H+。此外，一些 NH_3 可以扩散出细胞进入小管液，在那里被质子化为 NH4+。

近端小管分泌的大部分 NH4+ 被 Henle 袢重吸收。TAL（厚升支）是 NH4+ 重吸收的主要部位，NH4+ 替代 K+ 结合到 1Na+/1K+/2Cl- 同向转运体上。此外，该节段的管腔正跨上皮电压驱动 NH4+ 的旁细胞重吸收。

被 Henle 袢 TAL 重吸收的 NH4+ 在髓质间质中积累。随后，它被集合管分泌到小管液中。

集合管细胞表达两种 NH_3 膜转运蛋白，称为 Rhesus (Rh) 糖蛋白（RhBG 和 RhCG）。RhBG 存在于 H+ 分泌的间细胞和主细胞的基底外侧膜中，而 RhCG 存在于这些细胞的顶膜和基底外侧膜中。如图 37.7 所示，NH_3 通过集合管转运，这一过程传统上称为非离子扩散。分泌的 NH_3 由于间细胞分泌的 H+ 而在小管腔中被质子化。由于顶膜对 NH4+ 的通透性较低，它被有效地困在小管腔中，这一过程传统上称为扩散捕获。

集合管（collecting duct）分泌的H+对于NH4+的排泄至关重要。如果集合管的H+分泌受到抑制，Henle袢（TAL）重吸收的NH4+将无法通过尿液排出。相反，NH4+会返回到体循环中，如前所述，它会被肝脏转化为尿素，并在此过程中消耗HCO3-。因此，近端小管（proximal tubule）细胞在谷氨酰胺代谢过程中会产生新的HCO3-。然而，只有当NH4+被排出时（即防止肝脏将NH4+转化为尿素），整个过程才算完成。最终，每排出尿液中的一个NH4+，就会有一个新的HCO3-返回到体循环中。因此，尿液中的NH4+排泄量可以作为近端小管谷氨酰胺代谢的标志物。

临床意义

评估肾脏的NH4+排泄通常是通过间接方法进行的，因为尿液中N H_4+的测定并不常规进行。例如，考虑代谢性酸中毒（metabolic acidosis）的情况，此时肾脏的适当反应是增加净酸排泄。因此，尿液中几乎不会出现HCO3-，尿液呈酸性，且N H_4+排泄量会增加。为了评估这一点，特别是N H_4+的排泄量，可以通过测量尿液中的N a+、K+和Cl-浓度来计算“尿净电荷”或“尿阴离子间隙”：

U r i n e a n i o n g a p=\left(\left[N a+\right]+\left[K+\right]\right)-\left[C l-\right]

在代谢性酸中毒期间，尿阴离子间隙的概念假设尿液中的主要阳离子是N a+、K+和NH4+，而主要阴离子是Cl-（尿液p H<6.5时，几乎不存在HCO3-）。电中性原则指出，尿液中的阳离子和阴离子的总和应相等。因此，当未测定的阳离子N H_4+被排泄时，尿阴离子间隙将产生负值。需要注意的是，实际上并不存在阴离子间隙——阳离子和阴离子的数量是相等的。计算出的阴离子间隙仅反映了所测定的参数，而NH4+通常不被测定。事实上，尿阴离子间隙的缺失或正值的存在表明肾脏在N H_4+的产生和排泄方面存在缺陷。

肾脏NH4+系统的一个重要特征是它受到全身酸碱平衡的调节。如前所述，酸中毒时皮质醇水平升高，近端小管腔内的血管紧张素II分泌也增加。皮质醇和血管紧张素II都刺激氨生成（即从谷氨酰胺生成NH4+）。在全身酸中毒期间，近端小管细胞中负责谷氨酰胺代谢的酶被激活。这涉及新酶的合成，并且需要几天时间才能完全适应。随着这些酶水平的增加，NH4+的生成增加，从而增强了新的HCO3-的产生。相反，碱中毒时谷氨酰胺代谢减少。酸中毒还增加了集合管中RhBG和RhCG的丰度，因此分泌NH4+的能力也增强。

对酸碱紊乱的反应

ECF（细胞外液）的pH维持在一个非常狭窄的范围内（7.35-7.45）。通过检查方程37.3可以看出，当[HCO3-]或PCO2发生变化时，ECF的pH会发生变化。如前所述，由于ECF中[HCO3-]变化引起的酸碱平衡紊乱称为代谢性酸碱紊乱，而由于PCO2变化引起的酸碱平衡紊乱称为呼吸性酸碱紊乱。肾脏主要负责调节[HCO3-]，而肺则调节PCO2。

当酸碱紊乱发生时，身体使用几种机制来防御ECF pH的变化。这些防御机制并不能纠正酸碱紊乱，而只是最小化紊乱引起的pH变化。将血液pH恢复到正常值需要纠正导致酸碱紊乱的根本过程。身体有三种一般机制来防御酸碱紊乱引起的体液pH变化：（1）细胞外和细胞内缓冲，（2）通过改变肺的通气速率来调整血液PCO2，（3）调整RNAE（净酸排泄）。

细胞外和细胞内缓冲

防御酸碱紊乱的第一道防线是细胞外和细胞内缓冲。细胞外缓冲的反应几乎是瞬时的，而细胞内缓冲的反应较慢，可能需要几分钟。

由于向体液中添加非挥发性酸或碱而引起的代谢紊乱在细胞外和细胞内都被缓冲。HCO3-缓冲系统是主要的ECF缓冲系统。当向体液中添加非挥发性酸（或从体内丢失碱）时，HCO3-在中和酸负荷的过程中被消耗，ECF的[HCO3-]减少。相反，当向体液中添加非挥发性碱（或从体内丢失酸）时，H+被消耗，导致更多的HCO3-从H2CO3的解离中产生。因此，[HCO3-]增加。

尽管HCO3-缓冲系统是主要的细胞外液（ECF）缓冲系统，Pi和血浆蛋白也提供了额外的细胞外缓冲作用。HCO3-、P_i和血浆蛋白的缓冲过程共同作用，约占非挥发性酸负荷缓冲的50%和非挥发性碱负荷缓冲的70%。在这两种情况下，剩余的缓冲作用发生在细胞内。细胞内缓冲涉及H+进入细胞（在非挥发性酸缓冲期间）或H+离开细胞（在非挥发性碱缓冲期间）。H+在细胞内被HCO3-、Pi和蛋白质上的组氨酸基团滴定。

• 图37.8 通气速率对肺泡P C O2及动脉血P C O2的影响。

骨骼是细胞外缓冲的另一个来源。然而，在酸中毒时，骨骼的缓冲作用会导致其脱矿质化。

当发生呼吸性酸碱紊乱时，体液的pH会因PCO2的变化而改变。几乎所有呼吸性酸碱紊乱的缓冲作用都发生在细胞内。当PCO2升高（呼吸性酸中毒）时，CO2进入细胞，与H2O结合形成H2CO3。H2CO3随后解离为H+和HCO3-。部分H+被细胞蛋白缓冲，而HCO3-离开细胞并提高ECF中的[HCO3-]。当PCO2降低（呼吸性碱中毒）时，这一过程会逆转。在这种情况下，PCO2的降低使水合反应(H2O+CO2H2CO3)向左移动。结果，解离反应(H2CO3OH++HCO3-)也向左移动，从而降低ECF中的[HCO3-]。

呼吸代偿

肺是抵御酸碱紊乱的第二道防线。正如Henderson-Hasselbalch方程（见公式37.2）所示，PCO2的变化会改变血液的pH：升高会降低pH，而降低会增加pH。

通气速率决定了PCO2。通气增加会降低PCO2，而通气减少则会增加PCO2（图37.8）。血液中的PCO2和pH是通气速率的重要调节因素。位于脑干（延髓腹侧表面）和外周（颈动脉体和主动脉体）的化学感受器感知PCO2和[H+]的变化，并相应地调整通气速率。因此，当代谢性酸中毒发生时，[H+]的升高（pH降低）会刺激通气速率。相反，在代谢性碱中毒期间，[H+]的降低（pH升高）会减少通气速率。在最大程度的过度通气时，PCO2可以降低到大约10mmHg。由于缺氧是通气的强效刺激因素，而缺氧也会随着通气不足而发展，因此PCO2可以增加的程度是有限的。在正常个体中，通气不足不能使PCO2超过60mmHg。对代谢性酸碱紊乱的呼吸反应可能在几分钟内启动，但可能需要几个小时才能完成。

肾脏代偿

对抗酸碱紊乱的第三道也是最后一道防线涉及肾脏。响应血浆pH和PCO2的变化，肾脏会适当调整RNAE（净酸排泄）的排泄。肾脏反应可能需要几天时间才能完成，因为增加近端小管酶（参与NH4+生成）的合成和活性需要数小时到数天的时间。在酸中毒（[H+]或PCO2增加）的情况下，肾单位的H+分泌受到刺激，并且所有过滤的HCO3-负荷都被重吸收。可滴定酸排泄增加，NH4+的生成和排泄也受到刺激，因此RNAE增加（图37.9）。在净酸排泄过程中生成的新HCO3-被添加到体内，血浆[HCO3-]增加。

当存在代谢性碱中毒（[H+]降低）时，HCO3-的过滤负荷增加（血浆[HCO3-]升高）。在呼吸性碱中毒（PCO2降低）时，血浆[HCO3-]降低，因此过滤负荷减少。在这两种情况下，肾单位的H+分泌受到抑制。结果，HCO3-排泄增加。同时，可滴定酸和NH4+的排泄减少。因此，RNAE减少，HCO3-出现在尿液中。此外，一些HCO3-通过远端小管和集合管的HCO3-分泌性间质细胞分泌到尿液中。随着HCO3-排泄的增加，血浆[HCO3-]降低。

临床实践

胃内容物从体内流失（例如呕吐、鼻胃管抽吸）会导致继发性代谢性碱中毒，这是由于HCl的流失所致。如果胃液流失严重，会发生ECFV（细胞外液容量）收缩。在这种情况下，肾脏无法排泄足够量的HCO3-来代偿代谢性碱中毒。肾脏无法排泄HCO3-的原因是，为了纠正ECFV收缩，需要减少N a+的排泄。如前所述（详见第35章），肾脏对容量收缩的反应是降低肾小球滤过率，从而减少HCO3-的滤过负荷，并增加肾单位对N a+的重吸收。由于大量的N a+重吸收是通过N a+/H+反向转运体进行的，这导致近端小管增加H+分泌（HCO3-重吸收）。在这种情况下，所有滤过的HCO3-都会被重吸收，甚至可能增强新的HCO3-生成。后一种反应的发生是因为醛固酮（在容量收缩时其水平升高）不仅刺激远端N a+的重吸收，还刺激间质细胞的H+分泌。这种H+分泌的刺激通过增加可滴定酸和NH4+排泄来生成新的HCO3-。因此，在胃内容物流失的个体中，通常会出现代谢性碱中毒和反常的酸性尿液。只有在恢复正常血容量时，碱中毒才能得到纠正。

• 图37.9 肾单位对酸中毒的反应。CCD，皮质集合管；D T, 远端小管；IMCD，内髓集合管；P_\mathfrakp 磷酸盐；P T, 近端小管；P T H, 甲状旁腺激素；Rhbg & Ṙhcg，恒河猴糖蛋白；R N A E, 肾脏净酸排泄；T A_: 可滴定酸；T A L, 粗升支；\dotV, 尿流率。

简单酸碱紊乱的特征 37.1

<html><body><table><tr><td>紊乱</td><td>血浆pH</td><td>主要改变</td><td>防御机制</td></tr><tr><td>代谢性酸中毒</td><td></td><td>↓ECF [HCO]</td><td>ICF和ECF缓冲过度通气 (↓Pco2) ↑RNAE</td></tr><tr><td>代谢性碱中毒</td><td></td><td>↑ECF [HCO]</td><td>ICF和ECF缓冲通气不足 (↑Pco2) ↓RNAE</td></tr><tr><td>呼吸性酸中毒</td><td></td><td>↑PcO2</td><td>ICF缓冲 ↑RNAE</td></tr><tr><td>呼吸性碱中毒</td><td></td><td>↓PcO2</td><td>ICF缓冲 ↓RNAE</td></tr></table></body></html>

ECF，细胞外液；I C F, 细胞内液；RNAE，肾脏净酸排泄

简单酸碱紊乱

表37.1总结了各种简单酸碱紊乱的主要改变及其随后的代偿或防御机制。在所有酸碱紊乱中，代偿反应并不能纠正潜在的紊乱，而只是减少了pH变化的幅度。纠正酸碱紊乱需要治疗其病因。

酸碱紊乱的类型

代谢性酸中毒

代谢性酸中毒的特征是细胞外液（ECF）中[HCO3-]和pH的降低。它可以通过向体内添加非挥发性酸（如糖尿病酮症酸中毒）、非挥发性碱的丢失（如由腹泻引起的HCO3-丢失）或肾脏未能排出可滴定酸和NH4+（如肾功能衰竭）而发展。如前所述，H+的缓冲发生在ECF和细胞内液（ICF）中。当pH下降时，呼吸中枢受到刺激，通气速率增加（呼吸代偿）。

最后，在代谢性酸中毒中，净酸排泄量（RNAE）增加。这是通过从尿液中排出所有HCO3-（增强过滤的HCO3-的重吸收）以及通过增加可滴定酸和NH4+的排泄（增强新的HCO3)的产生）来实现的。如果引发酸碱紊乱的过程得到纠正，增强的RNAE最终将使pH和[HCO3-]恢复正常。在pH纠正后，通气速率也会恢复正常。

临床中的应用

当非挥发性酸被添加到体液中时，如糖尿病酮症酸中毒，[H+]增加（pH降低），[HCO3-]减少。此外，与非挥发性酸相关的阴离子浓度增加。这种阴离子浓度的变化提供了一种方便的方法，通过计算所谓的阴离子间隙来分析代谢性酸中毒的原因。阴离子间隙代表主要ECF阳离子\left(N a+\right)与主要ECF阴离子(Cl-和HCO3-)之间的差异：

在正常情况下，阴离子间隙范围为8至16mEq/L。重要的是要认识到阴离子间隙实际上并不存在。所有阳离子都由阴离子平衡。这个间隙仅仅反映了测量的参数。实际上：

A n i o n g a p=\left[N a+\right]-\left(\left[C l-\right]+\left[HCO3-\right]\right)

\beginarrayr l&\left[N a+\right]+\left[U n m e a s u r e d c a t i o n s\right]\ &\quad=\left[C l-\right]+\left[HCO3-\right]+\left[U n m e a s u r e d a n i o n s\right]\endarray

如果非挥发性酸的阴离子是Cl-，阴离子间隙将是正常的（即[HCO3-]的减少与[Cl-]的增加相匹配）。与腹泻或肾小管酸中毒（即肾脏H+分泌缺陷）相关的代谢性酸中毒具有正常的阴离子间隙。相反，如果非挥发性酸的阴离子不是Cl-（如乳酸，β -羟基丁酸），阴离子间隙将增加（即[HCO3-]的减少不与\left[\bigcirc\right]-]的增加相匹配，而是与未测量阴离子浓度的增加相匹配）。在代谢性酸中毒相关的酮症酸中毒（如糖尿病）中，阴离子间隙增加，伴有肾功能衰竭、乳酸酸中毒或摄入毒素或某些药物（如大量阿司匹林）。因此，计算阴离子间隙是临床环境中识别代谢性酸中毒病因的有用方法。

白蛋白（albumin）是一种带负电荷的大分子，它对“未测定的阴离子”有相当大的贡献。因此，对于血清[白蛋白]异常的患者，必须调整阴离子间隙（anion gap）。血清[白蛋白]每变化19/dL，阴离子间隙需要同方向调整2.5mEq/L。

代谢性碱中毒（Metabolic Alkalosis）

代谢性碱中毒的特征是细胞外液（ECF）中[HCO3-]和pH的增加。它可以通过向体内添加非挥发性碱（例如，摄入抗酸剂）、由于容量收缩（例如，出血）或更常见的是由于非挥发性酸的丢失（例如，由于长期呕吐导致的胃HCl丢失）而发生。缓冲作用主要发生在细胞外液（ECF），在细胞内液（ICF）中程度较轻。pH的增加抑制了呼吸中枢，从而降低了通气率，因此PCO2升高（呼吸代偿）。

肾脏对代谢性碱中毒的代偿反应是通过减少肾单位沿途的重吸收来增加HCO3-的排泄。通常这种情况发生得相当迅速（几分钟到几小时）且有效。只要初始酸碱紊乱的根本原因得到纠正，肾脏排泄HCO3-的增加最终会使pH和[HCO3-]恢复正常。当pH得到纠正时，通气率也会恢复正常。

呼吸性酸中毒（Respiratory Acidosis）

呼吸性酸中毒的特征是PCO2升高和细胞外液（ECF）pH降低。它是由于肺泡气体交换减少所致，原因可能是通气不足（例如，药物引起的呼吸中枢抑制）或气体扩散受损（例如，肺水肿，如心血管和肺部疾病中发生的情况）。与代谢性紊乱不同，呼吸性酸中毒期间的缓冲作用几乎完全发生在细胞内液（ICF）中。PCO2的增加和pH的降低刺激了肾单位对HCO3-的重吸收以及可滴定酸和NH4+的排泄（肾脏代偿）。这些反应共同增加了RNAE并生成了新的HCO3-。肾脏的代偿反应需要几天时间才能发生。因此，呼吸性酸碱紊乱通常分为急性和慢性阶段。在急性阶段，肾脏代偿反应的时间不足，身体依靠细胞内液（ICF）缓冲来最小化pH的变化。在慢性阶段，肾脏代偿发生。纠正基础疾病后，PCO2恢复正常，RNAE降至初始水平。

呼吸性碱中毒（Respiratory Alkalosis）

呼吸性碱中毒（Respiratory alkalosis）的特征是PCO2降低和ECF（细胞外液）pH升高。它通常是由于肺部气体交换增加引起的，通常由呼吸中枢受到刺激（例如通过药物或中枢神经系统疾病）导致的通气增加引起。过度通气（Hyperventilation）也发生在高海拔地区，以及由于焦虑、疼痛或恐惧引起。缓冲作用主要发生在ICF（细胞内液）区室。与呼吸性酸中毒一样，呼吸性碱中毒也有急性和慢性阶段，反映了肾脏代偿所需的时间。呼吸性碱中毒的急性阶段反映了细胞内缓冲作用，而慢性阶段反映了肾脏代偿。在肾脏代偿过程中，升高的pH和降低的PCO2抑制了肾单位对HCO3-的重吸收，并减少了可滴定酸和NH4+的排泄。由于这些效应，RNAE（净酸排泄量）减少。纠正基础疾病后，PCO2恢复正常，肾脏的酸排泄量也随之恢复到初始水平。

酸碱紊乱的分析

酸碱紊乱的分析旨在确定基础病因，以便启动适当的治疗。患者的病史和相关体格检查通常为酸碱紊乱的性质和起源提供有价值的线索。此外，通常需要分析动脉血样本。如果系统地进行分析，这种分析是直接的。例如，考虑以下数据：通过这些值或任何其他值集所代表的酸碱紊乱可以使用以下三步法确定：

检查pH。当首先考虑pH时，基础紊乱可以分类为酸中毒或碱中毒。身体的防御机制本身无法纠正酸碱紊乱。因此，即使防御机制完全运作，pH的变化也表明了酸碱紊乱。在提供的例子中，pH为7.35表明酸中毒。

37.2 伴有代偿的简单酸碱紊乱

代谢性与呼吸性紊乱的鉴别。简单的酸碱紊乱要么是代谢性的，要么是呼吸性的。为了确定存在哪种紊乱，临床医生接下来必须检查ECF（细胞外液）中的[HCO3-]（碳酸氢根离子浓度）和PCO2（二氧化碳分压）。如前所述，酸中毒可能是由于[HCO3-]的降低（代谢性）或PCO2的升高（呼吸性）引起的。相反，碱中毒可能是由于ECF中[HCO3-]的升高（代谢性）或PCO2的降低（呼吸性）引起的。对于提供的例子，ECF中的[HCO3-]从正常值（正常值为24mEq/L）降低，PCO2也从正常值（正常值为40mmHg）降低。因此，这种紊乱必须是代谢性酸中毒；它不可能是呼吸性酸中毒，因为PCO2降低了。
代偿反应的分析。代谢性紊乱会导致通气量的代偿性变化，从而影响PCO2，而呼吸性紊乱则会导致RNAE（肾净酸排泄）的代偿性变化，从而影响ECF中的[HCO3-]（表37.2）。在适当代偿的代谢性酸中毒中，PCO2降低，而在代偿性代谢性碱中毒中，PCO2升高。在呼吸性酸中毒中，代偿导致[HCO3-]升高。

相反，ECF中的[HCO3-]在呼吸性碱中毒中会降低。在这个例子中，PCO2从正常值降低，且降低的幅度（ECF中[HCO3-]降低8mEq/L，PCO2降低10mmHg）符合预期（见表37.2）。因此，这种酸碱紊乱是一种伴有适当呼吸代偿的单纯代谢性酸中毒。

混合性酸碱紊乱反映了酸碱失衡存在两种或更多潜在原因。例如，考虑以下数据：

当遵循三步法时，可以明显看出这种紊乱是一种酸中毒，既有代谢性成分（ECF中[HCO3-]<24mEq/L），也有呼吸性成分（PCO2>40mmHg）。因此，这种紊乱是混合性的。混合性酸碱紊乱可能发生在例如有慢性肺病（如肺气肿，即慢性呼吸性酸中毒）病史并发展为急性胃肠道疾病（如腹泻）的个体中。因为腹泻液中含有HCO3-，其从体内的丢失会导致代谢性酸中毒的发生。

当患者的PCO2和ECF中的[HCO3-]值异常但pH正常时，也提示存在混合性酸碱紊乱。这种情况可能发生在摄入了大量阿司匹林的患者中。水杨酸（阿司匹林中的活性成分）会引起代谢性酸中毒，同时刺激呼吸中枢，导致过度通气和呼吸性碱中毒。因此，患者的ECF中[HCO3-]降低，PCO2也降低。（注意：PCO2低于代谢性酸中毒的正常呼吸代偿水平。）

关键概念

肾脏通过排泄与代谢产生的非挥发性酸和饮食中摄入的酸量相等的酸来维持酸碱平衡（称为肾脏净酸排泄 [RNAE]）。肾脏还通过重吸收几乎所有在肾小球滤过的 HCO3- 来防止 HCO3- 在尿液中的丢失。滤过的 HCO3- 的重吸收和酸的排泄都是通过肾小管分泌 H+ 来完成的。肾脏以可滴定酸（主要是 P_i,\ell\cdot）和 NH4+ 的形式排泄酸。可滴定酸和 NH4+ 的排泄都会生成新的 HCO3-，从而补充在非挥发性酸中和过程中丢失的细胞外液（ECF）中的 HCO3-。
人体通过三道防线来最小化酸碱紊乱对体液 pH 的影响：（1）细胞外液（ECF）和细胞内液（ICF）缓冲，（2）呼吸代偿，（3）肾脏代偿。
代谢性酸碱紊乱是由于细胞外液（ECF）中 [HCO3-] 的初始改变引起的，这种改变又源于体内酸的增加或碱的丢失。在代谢性酸中毒的情况下，肺通气增加，从而降低 PCO2。肺对代谢性酸碱紊乱的反应在几分钟内发生。RNAE 也会增加，但这需要几天时间。ECF 中 [HCO3-] 的增加会导致碱中毒。这会迅速（几分钟到几小时）减少肺通气，从而升高 PCO2 作为代偿反应。RNAE 也会减少，但这需要几天时间。
呼吸性酸碱紊乱是由于 PCO2 的初始改变引起的。PCO2 的升高会导致酸中毒，肾脏通过增加 RNAE 来应对。相反，PCO2 的降低会导致碱中毒，RNAE 也会减少。肾脏对呼吸性酸碱紊乱的反应需要几小时到几天的时间。