一、氫離子濃度的精密調控（Hydrogen Ion Concentration is Precisely Regulated）
1️⃣ 正常氫離子濃度與pH定義
- 正常細胞外液（Extracellular fluid, ECF）氫離子濃度約 40 nEq/L（0.00000004 Eq/L）
- pH 定義為氫離子濃度的負對數：
pH = −log[H⁺] - 代入正常值：
pH = −log(0.00000004) = 7.4
意義
- 氫離子濃度的微小變動會顯著改變酵素活性（enzyme activity）、細胞膜電位（membrane potential）、蛋白質結構（protein conformation）。
- 正常血漿 pH 約 7.35–7.45。
- pH < 7.35 為酸中毒（Acidosis）。
- pH > 7.45 為鹼中毒（Alkalosis）。
2️⃣ 每日酸負荷與緩衝重要性
- 人體每天約產生或攝取約 80 mEq 的 H⁺。
- 若無緩衝機制，體液中僅 0.00004 mEq/L 的 H⁺ 濃度將劇烈升高並致命。
① 揮發性酸（Volatile acid）
- 主要為 CO₂ 與水結合形成碳酸（H₂CO₃）
- 經肺排出
② 非揮發性酸（Nonvolatile acids）
- 代謝硫酸（H₂SO₄）、磷酸（H₃PO₄）
- 酮酸（ketoacids）
- 乳酸（lactic acid）
二、酸與鹼的定義（Acids and Bases—Definitions and Meanings）
1️⃣ 強酸與弱酸（Strong vs Weak Acids）
- 強酸（Strong acid）：完全解離，例如 HCl。
- 弱酸（Weak acid）：部分解離，例如 H₂CO₃。
2️⃣ 強鹼與弱鹼（Strong vs Weak Bases）
- 強鹼：完全接受 H⁺。
- 弱鹼：部分接受 H⁺。
三、身體對抗 H⁺ 變化的三大系統（Buffers, Lungs, Kidneys）
- 化學緩衝系統（Chemical Buffers）
- 呼吸系統（Respiratory Regulation）
- 腎臟調節（Renal Regulation）
四、碳酸氫鹽緩衝系統（Bicarbonate Buffer System）
1️⃣ 組成成分
- 弱酸：碳酸（H₂CO₃）
- 鹽類：碳酸氫鈉（NaHCO₃）
2️⃣ 化學反應
- CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃
- （需碳酸酐酶 carbonic anhydrase 催化）
- H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻
- NaHCO₃ ⇌ Na⁺ + HCO₃⁻
3️⃣ 強酸加入時的反應
H⁺ + HCO₃⁻ → H₂CO₃ → CO₂ + H₂O
- H⁺ 被 HCO₃⁻ 結合
- 生成 CO₂
- CO₂ 由肺排出
4️⃣ Henderson–Hasselbalch 方程式
pH = 6.1 + log (HCO₃⁻ / 0.03 × PCO₂)
意義
- 腎臟控制 HCO₃⁻
- 肺臟控制 PCO₂
- pH 取決於兩者比例
五、磷酸鹽緩衝系統（Phosphate Buffer System）
1️⃣ 組成
H₂PO₄⁻ ⇌ H⁺ + HPO₄²⁻
2️⃣ 作用位置
- 細胞內液（Intracellular fluid）
- 腎小管液（Renal tubular fluid）
六、蛋白質緩衝系統（Protein Buffer System）
- 蛋白質含胺基與羧基
- 可接受或釋放 H⁺
- 血紅素（Hemoglobin）為重要血液緩衝物
七、呼吸系統的酸鹼調節（Respiratory Regulation）
1️⃣ 基本機制
- H⁺ 增加 → 刺激呼吸中樞 → 增加通氣
- PCO₂ 降低 → H₂CO₃ 減少 → pH 上升
2️⃣ 呼吸性酸中毒（Respiratory Acidosis）
- 原發變化：PCO₂ ↑↑
- 原因：肺功能障礙、換氣不足
- 代償：
- 體液緩衝
- 腎臟增加 HCO₃⁻ 保留
3️⃣ 呼吸性鹼中毒（Respiratory Alkalosis）
- 原發變化：PCO₂ ↓↓
- 原因：
- 過度換氣
- 高海拔
- 代償：
- 腎臟增加 HCO₃⁻ 排出
八、腎臟對酸鹼的調節（Renal Control of Acid–Base Balance）
1️⃣ H⁺ 分泌（Secretion of H⁺）
- 近端小管
- 遠端小管
- 集合管
2️⃣ HCO₃⁻ 再吸收（Reabsorption of Bicarbonate）
- 幾乎全部再吸收
- 與 H⁺ 分泌密切相關
3️⃣ 生成新 HCO₃⁻（New Bicarbonate Generation）
① 與磷酸鹽結合
H⁺ + HPO₄²⁻ → H₂PO₄⁻
② 與氨結合（Ammonia Buffer）
NH₃ + H⁺ → NH₄⁺
- 排出 NH₄⁺
- 同時產生新 HCO₃⁻
4️⃣ 腎性酸中毒校正
- 酸中毒時：
- H⁺ 分泌 ↑
- NH₄⁺ 排出 ↑
- HCO₃⁻ 新生成 ↑
- 鹼中毒時：
- H⁺ 分泌 ↓
- HCO₃⁻ 排出 ↑
九、代謝性酸中毒（Metabolic Acidosis）
1️⃣ 定義
- 原發變化：HCO₃⁻ ↓↓
2️⃣ 原因分類
① 腎衰竭（Renal failure）
② 酸生成過多（例如酮酸）
③ 外源性酸攝取
④ 腸道 HCO₃⁻ 流失（腹瀉）
3️⃣ 腎小管性酸中毒（Renal Tubular Acidosis）
- H⁺ 分泌缺陷
- HCO₃⁻ 再吸收缺陷
- NH₄⁺ 排出不足
十、代謝性鹼中毒（Metabolic Alkalosis）
1️⃣ 定義
- 原發變化：HCO₃⁻ ↑↑
2️⃣ 原因
- 嘔吐（胃酸流失）
- 利尿劑
- 醛固酮過多
十一、酸鹼診斷與酸鹼圖（Acid–Base Nomogram）
1️⃣ 依據三項數值判讀
- pH
- HCO₃⁻
- PCO₂
2️⃣ 代償時間
- 呼吸代償：約 6–12 小時
- 腎代償：約 3–5 天
3️⃣ 原發與代償判讀表現
- 呼吸性酸中毒：PCO₂ ↑↑
- 呼吸性鹼中毒：PCO₂ ↓↓
- 代謝性酸中毒：HCO₃⁻ ↓↓
- 代謝性鹼中毒：HCO₃⁻ ↑↑
十二、陰離子間隙（Anion Gap）
Anion Gap = Na⁺ − (Cl⁻ + HCO₃⁻)
1️⃣ 正常值
約 8–12 mEq/L
2️⃣ 增加時代表
- 乳酸中毒
- 酮酸中毒
- 腎衰竭
十三、整體整合概念（Integrated View）
酸鹼平衡建立在三個層次：
① 即時化學緩衝（秒）
② 呼吸調節（分鐘）
③ 腎臟調節（小時至數日）
三者共同維持血液 pH 約 7.4
核心總整理
- 正常 H⁺：40 nEq/L
- 每日酸生成：約 80 mEq
- 最重要緩衝系統：碳酸氫鹽系統
- pH 決定因素：HCO₃⁻ / PCO₂ 比值
- 呼吸系統調 CO₂
- 腎臟調 H⁺ 與 HCO₃⁻
