NEJM：酸碱平衡紊乱的评估
前言和基本概念
内环境酸碱稳态是维持生命的基础。准确及时地解释酸碱失调可以挽救生命，但建立正确的诊断是有挑战性的。对酸碱失衡进行量化主要有三种方法，分别是生理方法（the physiological approach）、碱剩余方法（the base-excess approach）和生化方法（the physicochemical approach，也称为Stewart方法）。本文回顾了生理学方法的逐步判定方法。
生理学方法使用碳酸 - 碳酸氢盐缓冲系统。基于异构化原理，该系统将酸表征为氢离子供体和碱作为氢离子受体。碳酸 - 碳酸氢盐系统在维持稳态控制中很重要。在生理学方法中，二氧化碳分压（PCO2）的主要变化引起碳酸氢盐浓度的继发“适应性”反应，反之亦然；二氧化碳或碳酸氢盐的进一步变化反映了酸碱状态的额外变化。四种公认的原发性酸碱失调包括两种代谢紊乱（代谢性酸中毒和碱中毒）和两种呼吸紊乱（呼吸性酸中毒和碱中毒）。
体内氢离子浓度受到严格调节，因为氢离子的变化实际上可以改变了所有蛋白质和膜的功能。由于血浆中的氢离子浓度通常非常低（每升约40nmol），因此pH值（氢离子浓度的负对数）通常用于临床医学以指示酸碱状态。术语“酸血症”和“碱血症”是指血液pH异常低（酸性）或异常高（碱性）的状态。氢化物浓度增加的过程称为酸中毒，氢离子浓度降低的过程称为碱中毒。酸碱值的传统测定基于Henderson-Hasselbalch方程（其中pK表示酸解离常数）：
pH = pK + log10(碳酸氢盐[HCO3-]÷[0.03×动脉二氧化碳分压（PaCO2）]）
其中碳酸氢盐的单位为毫摩尔/升，PaCO2的单位为毫米汞。当由呼吸功能的主要异常（即PaCO2的变化）引起的酸碱失调被称为“呼吸”时，“代谢“当主要变化归因于碳酸氢盐浓度的变化时。
病史和体格检查
评估酸碱失调的第一步是仔细的临床评估。各种体征和症状通常提供有关潜在的酸碱失调的线索；这些包括患者的：
生命体征（可能表明休克或败血症），
神经系统状态（意识与无意识），
感染迹象（如发烧），
肺部状态（呼吸频率和Kussmaul呼吸的存在与否、紫绀和杵状指）
胃肠道症状（呕吐和腹泻）。
某些潜在的医疗状况，如怀孕、糖尿病、心脏、肺、肝和肾脏疾病也可能对病因有提示作用。
临床医生应确定患者是否服用了任何影响酸碱平衡的药物（如泻药，利尿剂，托吡酯或二甲双胍），
应考虑可能与酸碱紊乱有关的中毒迹象（如丙酮酸（酮体）作为糖尿病酮症酸中毒或异丙醇中毒的迹象，以及作为甲醇中毒症状的视觉障碍）。
原发性酸碱平衡紊乱及继发反应的判断
第二步是确定主要的酸碱失衡和继发性反应。生命能承受的pH范围是7.80-6.80（氢离子浓度[H +]为16至160nmol /升）。出于本综述的目的，pH值的参考值为7.40±0.02，PaCO2为38±2 mm Hg，[HCO3-]为24±2 mmol / L。四种主要的酸碱紊乱被定义为主要的酸碱失衡（见表1和图1）。经验观察表明，对酸碱失调的稳态反应是可预测的并且可以计算。作为对代谢性酸碱紊乱的继发响应，呼吸速率迅速变化，并且在数小时内达到新的稳态PaCO2。在持续性呼吸异常的情况下，继发的代谢补偿缓慢发展，并且血浆碳酸氢盐浓度达到新的稳态水平需要2至5天。呼吸变化被称为“急性”或“慢性”，取决于碳酸氢盐浓度的继发变化是否符合某些标准（见表1）。当继发反应不同于预期时，常诊断出混合的酸碱失调。
图1 酸中毒的评估
关于补偿性变化有几点需要注意。血气值总是可以通过两种或更多种共存的酸碱失调来解释。用于评估酸碱状态的当前预测方程是基于近40年的涉及人类和狗的研究的近似值。人类严重慢性低碳酸血症和高碳酸血症的实验研究在伦理上是不可行的；因此，数据不足以构建严重慢性呼吸性碱中毒和酸中毒的置信限度。通常认为补偿过程可以仅在慢性呼吸性碱中毒中使pH正常化。与较旧的数据相比，来自最近的研究数据表明，慢性呼吸性酸中毒的pH可能是正常的，并且在个别情况下，高于一般认可的pH（pH> 7.40）。此外，在严重低氧血症的情况下，PaCO2的通常的代偿性变化可能是有限的。用于测量血气和电解质的仪器可能不同，可以影响结果。实际上，涉及使用现代分析仪的研究显示pH参考值（7.40至7.44）和继发响应与教科书中发布的内容有所不同。虽然这些差异很小，但可能需要重新评估预测方程。
酸碱紊乱的代谢组分的评估
酸碱平衡紊乱的诊断，第三步是代谢组分的评估。
代谢性酸中毒
阴离子间隙的计算在代谢性酸中毒的初始评估中是有用的。体内血浆中阴阳离子总数相当：
[Na+]+[K+]+[Ca2+]+[Mg2+]+[H+]+其他未测阳离子
=
[Cl-]+[HCO3-]+[CO32-]+[OH-]+白蛋白+磷酸盐+硫酸盐+乳酸盐+其他未测阴离子（如无机阴离子）。
更实用的方法是计算阴离子间隙，即：
[Na+]-[Cl-]-[HCO3-]
这种简易的方法利用了这样一个事实，即大多数血浆离子正常情况下浓度均较低，并且当进入病理范围的变化在数量上很小。 使用这些所有离子中具有最高血浆浓度和最大浓度变化的三种离子，可以计算构成“阴离子间隙”的代谢性酸中毒中“未测量的阴离子”的过量情况。因此一般无需检测血浆中的所有离子。
然而，真正的离子间隙在体内不存在，因为血浆离子中正离子电荷和负离子电荷的总和必须相等。 据报道，由于实验室方法的差异，阴离子间隙的参考范围差异较大，从3.0-12.0mmol/L，直至8.5-15.0mmol/L。 因此，临床医生应该结合自己实验室的参考范围。
高阴离子间隙代谢性酸中毒
导致高阴离子代谢性酸中毒的原因很多（表2）。 最常见原因的有用助记符是GOLD MARRK：
乙二醇[乙烯和丙烯]，glycols [ethylene and propylene]
5-氧代脯氨酸[焦谷氨酸]，5-oxoproline [pyroglutamic acid]，
L-乳酸， L-lactate，
D-乳酸，D-lactate，
甲醇，methanol，
阿司匹林，aspirin，
肾功能衰竭，renal failure，
横纹肌溶解症，rhabdomyolysis，
酮症酸中毒，ketoacidosis。
*超过参考值上限的每升超过10毫摩尔的阴离子间隙高度提示有机酸中毒。 阴离子间隙的轻微增加对诊断代谢性酸中毒没有帮助。
†肾小球滤过率低于每分钟20毫升表明晚期肾功能衰竭。
阴离子间隙的增加是碳酸氢盐浓度相对于钠和氯化物水平降低造成的，主要是因为：
酸的过量产生（在酮酸中毒，乳酸酸中毒，药物和酒精相关的中毒）
酸的排泄减少（在晚期肾衰竭中），
细胞溶解（ 在大量横纹肌溶解症），
或其他情况下（例如，使用青霉素衍生的抗生素）
阴离子间隙的用途和局限性
乳酸性酸中毒约占高阴离子间隙病因的一半，并且通常是由于休克或组织缺氧引起的。然而，阴离子间隙是乳酸性酸中毒的一种相对不敏感的反映指标 - 大约一半血清乳酸水平在每升3.0和5.0mmol之间的患者的阴离子间隙可在参考范围内。在鉴定升高的乳酸水平时，阴离子间隙的敏感性和特异性低于80％，不能代替血清乳酸水平的检测。然而，乳酸水平并非常规检查指标，或者结果不是快速可用的（立刻就能得到），并且高阴离子间隙可以提醒医生需要进一步评估。不幸的是，阴离子间隙的基线值通常不适用于个体患者。此外，应始终根据白蛋白浓度调整阴离子间隙，因为这种弱酸可能占据阴离子间隙的75％。在没有校正低蛋白血症的情况下，应用估计的阴离子间隙，超过50%的病例未能揭示出病例中阴离子临床显着增加（> 5 mmol / L）。对于血清白蛋白浓度每降低1g/dl，计算的阴离子间隙应增加约2.3至2.5mmol/L。然而，白蛋白校正的阴离子间隙仅仅是近似值，因为它不考虑诸如镁、钙和磷酸根等离子。
阴离子间隙可以帮助确立糖尿病酮症酸中毒的诊断。在患有这种病症的患者中，阴离子间隙可用于跟踪酮症的消退，并诊断在使用大量等渗盐水情况下的正常的阴离子间隙酸中毒。
在患有酒精中毒的患者中，具有正常乳酸水平的高阴离子间隙可能是诊断酒精性酮酸中毒的重要线索。这种诊断可能会被遗漏，因为广泛用于评估酮尿症的试验（硝普钠试验）仅与乙酰乙酸酯反应，而不与β-羟基丁酸酯反应，后者是酒精性酮酸中毒所见的主要酮酸。由于呕吐而伴随的代谢性碱中毒，或来自肝脏疾病、妊娠、高温或败血症的呼吸性碱中毒，pH也可能会误导性正常或升高的。
阴离子间隙也可以帮助诊断短肠综合征患者的D-乳酸性酸中毒，因为标准乳酸水平（L-乳酸）保持正常，而阴离子间隙增加。
当高氯血症由高水平阳离子引起时，可观察到阴离子间隙降低，如锂毒性、单克隆IgG血管病或以高水平钙或镁为特征的病症。负阴离子间隙是由溴化物中的假高氯血症或碘化物中毒引起的。
正常阴离子间隙酸中毒
氯离子在细胞内和细胞外酸碱调节中起重要作用。正常阴离子间隙酸中毒的患者，内环境为保持电中性，伴着碳酸盐离子水平的下降，氯离子水平增加，因此也称血氯过多的代谢性酸中毒。这种类型的酸中毒发生于：
碳酸氢盐的胃肠道损失（例如由于腹泻或输尿管转移）、
肾小管中可能发生的肾小球碳酸氢盐丢失（肾小管酸中毒），
或早期肾功能衰竭患者酸性物质排泄受损。
医院获得性高氯性酸中毒通常由输注大量生理盐水（0.9％）引起。
高氯性酸中毒应导致铵的肾排泄增加，因此尿铵的测量可用于区分正常阴离子酸中毒的肾和肾外原因。然而，由于很少测量尿铵，尿阴离子间隙和尿渗透压差通常用作排泄尿铵的替代指标。
尿阴离子间隙（[Na+] + [K+] - [Cl-]）在正常阴离子酸中毒时通常为阴性，但在尿铵（NH4+，通常为氯化铵[NH4Cl]）排泄受损时会变为阳性；这种情况见于：
肾功能衰竭，
远端肾小管酸中毒
或低醛固酮增多症。
在正常阴离子酸中毒换这种，尿阴离子间隙为阴性的情况见于腹泻和近端肾小管酸中毒，其中远端酸化是完整的。当存在多尿，或当尿液pH超过6.5时，或 当尿液中的氨与氯离子以外的阴离子一起排出时（例如，酮酸，乙酰水杨酸，D-乳酸和大量的青霉素），尿阴离子间隙变得不可靠。此外，尿液的酸化需要足够的远端钠输送；因此，当尿钠水平低于20mmol/L时，尿阴离子间隙的有用性是有问题的。在这种情况下，尿渗透压间隙通常更可靠。
尿渗透压间隙决定了测量的和计算的尿渗透压之间的差异。尿渗透压计算如下：
（2×Na++2×K+）+尿素氮（BUN）（mg/dL÷2.8）+尿糖（mg/dL÷18），
或
（2×Na++2×K+）+尿素氮+尿糖（单位：mmol/L）
在没有糖尿病的患者中，通常从该计算中省略葡萄糖浓度。 正常阴离子间隙酸中毒的尿渗透压差距低于40 mmol / L表明尿铵排泄受损。 尿渗透压间隙通常反映铵的水平，除非存在大量非解离酸，例如酮酸中毒中的β-羟基丁酸。 与尿阴离子间隙相比，尿渗透压间隙与尿铵值具有更好的相关性。
代谢性碱中毒
正常肾脏在排出大量碳酸氢盐方面非常有效，因此，代谢性碱中毒的产生通常都伴有碳酸氢盐肾排泄的损害和碱的增加（图2）。 大多数代谢性碱中毒是胃液的流失和利尿剂的使用导致的。 通过检测尿液中的氯化物，可以区分氯化物反应性和氯化物抗性代谢性碱中毒。 如果有效循环体积减少，则肾脏主要通过激活肾素 - 血管紧张素 - 醛固酮系统，相应地强烈重吸收滤过的钠、碳酸氢盐和氯化物，从而降低尿氯化物的浓度。
（点样品）尿氯化物浓度低于25mmol / L表明氯化物响应性代谢性碱中毒。用氯化钠（通常用氯化钾）给予液体可恢复有效的动脉容积，补充钾离子，或两者都能改善代谢性碱中毒。
尿氯离子浓度超过40 mmol / L的代谢性碱中毒主要是由于氯化钠肾排泄不当引起的，通常反映盐皮质激素过多或严重低钾血症（钾浓度<2 mmol/L）。氯化钠的使用并不能纠正这种类型的代谢性碱中毒，因此被称为“抗氯化物”。利尿剂引起的代谢性碱中毒是一个例外，因为尿液中的氯化物浓度可能最初增加，直至利尿剂效果减弱，之后浓度将降低至<25mmol/L的水平。耐氯化物代谢性碱中毒的其他重要原因是Bartter综合征、Gitelman综合征、重度高钙血症和严重的镁缺乏症。与醛固酮增多症相反，这些原因与钠潴留无关（图2）。
图2 碱中毒的评估
评估是否存在混合代谢酸碱紊乱
评估酸碱紊乱的第四步是考虑混合代谢酸碱紊乱的可能性。
在高阴离子间隙代谢性酸中毒中，阴离子间隙增加的幅度（ΔAG或ΔAG）与碳酸氢根离子的减少（Δ[HCO3-]）有关。为了诊断伴随代谢性碱中毒或正常阴离子酸中毒的高阴离子间隙性酸中毒，可以使用所谓的δ-delta（Δ-Δ）.
delta间隙是阴离子间隙增加超过上限参考值部分（delta）（例如，12mmol/L）,与碳酸氢根离子浓度从其参考值低值的变化（delta）（例如，24mmol/L），之间的比较（差值）。
在酮酸中毒中，阴离子间隙增加与碳酸氢盐浓度的降低之间存在1：1的相关性。
在乳酸性酸中毒中，碳酸氢盐浓度的降低是阴离子间隙增加的0.6倍（例如，如果阴离子间隙增加10mmol / L，则碳酸氢盐的浓度应降低约6.0mmol / L）。
这种差异可能是由于与酮阴离子相比，乳酸的肾清除率较低。细胞和骨骼中的氢缓冲需要一定的时间才能完成。因此，伴有“非常急性”的乳酸性酸中毒的情况，该比例可能接近1：1（例如，癫痫发作后不久或运动至疲惫的人）。如果酮症酸中毒患者的ΔAG-Δ[HCO3-] =0±5 mmol/L或乳酸性酸中毒患者0.6ΔAG-Δ[HCO3-] = 0±5 mmol/L，则简单的阴离子间隙代谢性酸中毒存在。大于5mmol的差异表明伴随的代谢性碱中毒，如果差异小于每升-5mmol/L，则可诊断伴随的正常阴离子间隙代谢性酸中毒。
在某些情况下，碳酸氢盐、PaCO2和pH浓度的正常值不能确保不存在酸碱紊乱。阴离子间隙增加超过5mmol/L，可能是潜在的混合酸碱失衡的唯一线索。因为酸碱失衡之前的个体阴离子间隙和碳酸氢盐浓度通常是未知的，并且阴离子间隙和碳酸氢盐浓度的正常值范围很宽，ΔAG-Δ[HCO3-]仍然是近似值。
考虑血清（或血浆）渗透压差
评估酸碱紊乱的第五步是关注患者的血清渗透压间隙，尤其是在任何患有不明原因的高阴离子间隙酸中毒、昏迷或怀疑摄入（有毒）酒精的患者，以及住院患者中有医源性丙二醇中毒风险的患者（例如，由于在重症监护病房中使用镇静剂--高剂量劳拉西泮）。有毒酒精摄入的实验室确认通常不能快速获得，医生必须通过考虑可能需要立即治疗的疾病来推断这种诊断。渗透压差是测量的血清渗透压和计算的血清渗透压之间的差异。血清渗透压计算如下：
2×（[Na+] [mmol/L]）+（葡萄糖[mg/dl]）÷18 +（BUN [mg/dl]）÷2.8。
如果涉及乙醇，则计算结果将加上乙醇的量（mg/dl）/3.7。低于10mOsm / kg的渗透压间隙被认为是正常的，但一般人群的正常范围很大（-10到10mOsm/L）。在乙二醇和甲醇中毒中，摄入后不久渗透压间隙将很大，但几小时内不会产生大量的酸。由于对乙醇脱氢酶的竞争，同时摄入乙醇会大大延迟症状。
渗透压间隙的使用存在一些缺陷。一般人群中渗透压间隙的较宽的正常范围使得该测试对小但可能有毒的乙二醇和甲醇浓度相当不敏感。此外，渗透压间隙缺乏特异性，因为它在其他临床情况下也可能轻度升高，如乳酸性酸中毒、酒精性酮症酸中毒和糖尿病酮症酸中毒。
评估酸碱失衡的呼吸成分
酸碱失衡的呼吸成分可以鉴别急性和慢性呼吸性酸碱失调来确定，这需要使用临床信息、某些计算（表1）和氧合水平。低氧血症是乳酸性酸中毒的主要原因，可能引起呼吸性碱中毒。评估与通气相关的动脉氧分压（PaO2），以及考虑到肺泡 - 动脉氧 - 张力差（以下称为肺泡 - 动脉差），可以区分肺部疾病和肺外疾病。如果患者有相关的肺病，则肺泡 - 毛细血管膜的肺泡和动脉侧之间的氧分压差将很大（表3）。肺泡中的PaO2与肺循环中的PaO2不相同，因为生理性通气不足可能发生在肺的不同部位；因此，健康年轻人的肺泡 - 动脉差异约为5至10mmHg，健康老年人则为15-20mmHg。肺泡 - 动脉差异计算如下：
FiO2×（气压 - 水蒸气压）-PaO2-（PaCO2÷气体交换比）。
FiO2×(barometric pressure–water-vapor pressure)–PaO2–(PaCO2÷gas-exchange ratio).
吸入氧气的比例（FiO2）在环境空气（海平面气压为760 mmHg，在37°C时水蒸气压力为47mmHg）中为0.21。气体交换比率在稳态水平下约为0.8，但会随着碳水化合物、蛋白质和脂肪的相对利用而变化。 在海平面和体温37°C，肺泡 - 动脉差异可以估计为：
FiO2×(760−47)−PaO2−(PaCO2÷0.8)
或
150–PaO2−1.25 PaCO2.
临床背景下酸碱失衡的解读
评估酸碱失调的最后一步是确定确定过程的原因。 实验室数据的评估必须符合患者的临床表现（参见三个案例）。 这里描述的逐步方法可能有助于评估酸碱失调，但应始终检查其他信息以支持诊断，例如乙二醇中毒的乳酸间隙（参见补充附录，可在此全文中找到， NEJM.org上的文章）或一氧化碳、高铁血红蛋白血症或氰化物中毒的氧饱和间隙。
结论
目前，还没有评估酸碱扰动的理想方法。 另外两种广泛实践的方法也有局限性。 物理化学（强离子或斯图尔特）方法很复杂，并且通常需要在床边无法进行繁琐的计算。 许多临床医生认为它不提供诊断或预后优势，并且计算中使用的大量参数将增加可变性和误差的幅度。 标准的碱过量方法准确地量化体内代谢酸碱状态的变化，并且由血气机方便地提供。 然而，如果不使用精细的碱基过量分配，则不会通过该方法检测到“混合的”酸碱失调。 因此，在我们看来，本文考虑的生理学方法仍然是评估酸碱失调的最简单、最严格和最可用的方法。
附录：三个病例
患者1，一名22岁的女性，在事故中受伤，输注6升等渗盐水，之后钠水平为135mmol/L，钾3.8mmol/L，氯化物115mmol/L，碳酸氢盐18mmol/L。动脉血pH为7.28，PaCO2为39mmHg。尿钠水平为65mmol/L，钾15mmol/L，氯化物110mmol/L。
该患者的低阴离子间隙代谢性酸中毒（2mmol/L），但她也患有呼吸性酸中毒，因为预期的PaCO2较低（1.5×碳酸氢盐+ 8±2 mm Hg = 35±2 mm Hg）。如果这些发现是胸壁扩张问题如肋骨骨折的结果，则假设没有潜在的肺病理，肺泡 - 动脉O2差异可能是正常的。具有正常阴离子间隙代谢性酸中毒的大多数患者具有腹泻和肾小管酸中毒。由于伴随着碳酸氢盐水平的降低，盐水的高氯化物含量使阴离子间隙正常化。低阴离子间隙可能是由于出血和稀释导致白蛋白水平低的结果。由于使用盐水，尿阴离子间隙（[Na +] + [K +] - [Cl-]）为阴性（-30mmol / L）。对于患有1型或4型肾小管性酸中毒的患者，它可能是阳性的。
患者2，一名50岁女性，最近出现高血压，钠水平为每升150毫摩尔，钾每升2.2毫摩尔，氯化物每升103毫摩尔，碳酸氢盐每升32毫摩尔。动脉血pH为7.50，PaCO2为43mmHg。
发现该患者患有分泌醛固酮的肾上腺腺瘤。在患有代谢性碱中毒和低钾血症的患者中，临床医生在考虑肾素 - 醛固酮问题之前应该总是需要排除呕吐和使用利尿剂。呕吐应导致尿液中氯化物水平低于10 mmol/L，而分泌醛固酮的肿瘤应导致尿氯化物水平高于每升40 mmol。预期PaCO2为40 + 0.7×Δ碳酸氢根离子= 40 + 0.7×（32-24）= 45.7 mm Hg，仅略高于患者的值。
患者3，一名健康的22岁男性，患有感染性肠胃炎引起的大量水样腹泻。实验室测试显示血浆钠浓度为每升140毫摩尔，钾每升3.0毫摩尔，氯化物每升86毫摩尔，碳酸氢盐每升38毫摩尔。动脉血pH为7.60，PaCO2为40mmHg。
患者有代谢性碱中毒。 pH值和碳酸氢盐水平增加，但由于PaCO2没有增加，因此患者也合并呼吸性碱中毒，可能是因为应激或发热。未经白蛋白校正的阴离子间隙为每升16mmol；更高的值可能表明其他代谢性酸中毒。此外，代谢性碱中毒，特别是由呕吐或利尿剂引起的代谢性碱中毒，可能与白蛋白浓度增加及其质子释放所导致的血清阴离子间隙增加约4至6 mmol / L相关。代谢性碱中毒是胃肠道丢失的结果。
全文完
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