理解危重病人代谢性酸中毒的缓冲作用

重症行者翻译组

代谢性酸中毒可定义为细胞外液（ECF）碱过量或标准碱剩余（SBE）的减少。代谢性酸中毒是危重症患者的常见症状，由脓毒症、急性肾损伤（AKI）和使用生理盐水进行液体复苏等情况引起。由于呼吸和肾脏代偿需要数小时/数天才能完全建立，代谢性酸中毒最初导致酸血症（血浆pH 值降低）的程度主要取决于机体缓冲酸负荷的内在能力。这一概念最初由范-斯莱克（Van Slyke）提出，后由西格加德-安德森（Siggaard-Andersen）利用 SBE 作为非挥发性酸负荷的替代物加以发展：β = ∆SBE/∆pH。

在这里，我们重点讨论了危重病人中β的变化，结果表明，在某些病人中，需要大量的 SBE 变化才能降低 pH 值，而在另一些病人中，轻微的 SBE 降低就可能导致严重的酸血症。

理论

急性代谢性酸中毒的缓冲主要发生在细胞外液（即血浆、红细胞和细胞间质）中，通过碳酸和非碳酸缓冲剂。前者以碳酸氢盐（HCO3-）为代表，后者以血红蛋白（Hb）、白蛋白（Alb）、无机磷酸盐（Pi）和 2,3-二磷酸甘油酯（2,3-DPG）为代表。每种缓冲剂的缓冲能力取决于其浓度，而对于非碳酸缓冲剂，则取决于其解离常数（pK）与其所在区域的 pH 值（pH 值越接近 pK 值，缓冲能力越强）。在临床上，Pi 和 2,3-DPG 的贡献以及 pK 和 pH 对缓冲能力的影响可以忽略不计，因为它们在数量上是有限的。因此，ECF 的 β 可通过 HCO3 -、Hb 和 Alb估算得出：

公式 1

正常人（HCO3 - = 24 mmol/L，Hb = 15 g/dL，Alb = 45 g/L）的 β 值约为 70 mmol/L（约 80% 来自碳酸氢盐），这意味着在二氧化碳分压（PCO2）不变的情况下，必须向 1 L ECF 中添加约 70 mmol 的非挥发性酸，才能使 pH 值降低 1 个单位（如从 7.8 降至 6.8）。HCO3 -、Hb 和/或 Alb 浓度较低的患者对急性代谢性酸中毒的防护能力反而较弱。

β 在危重病中的相关性

为了研究 β 的临床相关性，我们模拟了三名具有不同临床背景的患者发生相同的急性病症，即肺炎后出现代谢性酸中毒（图 1）。第一位患者患有慢性阻塞性肺病（COPD），伴有稳定的低氧血症和代偿性高碳酸血症；第二位患者患有慢性肾病（CKD），伴有代偿性慢性代谢性酸中毒；第三位患者患有急性髓性白血病（AML）。

临床背景对缓冲能力的影响

在稳定状态下，由于长期高碳酸血症和低氧血症，COPD 患者的 HCO3 -（32.4 mmol/L）和 Hb（17 g/dL）较高，而 Alb（45 g/L）正常，因此基线 β 较高：~ 90 mmol/L。相反，慢性肾脏病患者的 HCO3 -（18.9 mmol/L）较低，而长期过度换气会使其得到补偿。此外，Hb 和 Alb 也低于正常水平（分别为 10 g/dL 和 30 g/L），导致基线 β 更低：~ 53 mmol/L。急性髓细胞性白血病患者的 HCO3 正常（24.3 mmol/L），但严重贫血（Hb = 6 g/dL）和低白蛋白血症（Alb = 20 g/L），导致基线 β 轻度降低：~ 62 mmol/L。所有患者在急性发病前的 pH 值都在正常范围内（图 1）。

肺炎对缓冲能力的影响

所有患者都会患上肺炎并被送入急诊科（ED）。

慢性阻塞性肺病患者会出现日益严重的高碳酸血症和呼吸性酸中毒，HCO3 -（34.4 mmol/L）急剧升高，使 β 升高到约 95 mmol/L。

在肺功能正常的慢性肾功能衰竭患者中，肺炎会导致过度通气和呼吸性碱中毒：HCO3 - 的下降（18.2 mmol/L）会将 β 降至约 51 mmol/L，几乎是COPD患者的一半。急性髓细胞性白血病患者也有类似的过度通气和呼吸性碱中毒反应：HCO3 - 的降低（23.8 mmol/L）使 β 降至约 60 mmol/L。

值得注意的是，所有患者的 SBE 与基线相比均无变化，因为到目前为止，急性酸碱紊乱是由呼吸引起的（图 1）。

代谢性酸中毒对酸中毒血症的影响

所有患者在发生急性代谢性酸中毒后都会被送入重症医学科（ICU），SBE 下降约 12 mmol/L。然而，由于β的不同，同样的SBE下降在慢性肾脏病患者中导致的pH值下降是慢性阻塞性肺病患者的两倍（0.3 vs 0.15 pH单位）。在急性髓细胞性白血病患者中，pH 值的降低程度介于两者之间（0.25 个单位），因为 β 略高于慢性肾脏病患者，但低于慢性阻塞性肺病患者（图 1）。请注意，为了解代谢性酸中毒对 pH 的单独影响，假定 PCO2 在这一急性事件中保持不变。

图 1 三名重症患者代谢性酸中毒的缓冲。该图描述了三位具有不同临床背景（慢性阻塞性肺病、慢性肾脏病、急性髓细胞性白血病）的患者在类似急性病症（肺炎后出现严重代谢性酸中毒）下的酸碱轨迹。请注意，肺炎加剧了基线缓冲能力的差异（箭头表示增加与减少）。这主要是由于碳酸缓冲能力的变化，因为慢性阻塞性肺病患者的碳酸氢盐增加，而慢性肾脏病和急性髓细胞性白血病患者的碳酸氢盐减少。需要注意的是，肺炎对非碳酸缓冲能力也有额外影响，从而进一步放大了这一差异。这是由于慢性阻塞性肺病患者的 pH 值接近非碳酸缓冲剂的解离常数（约 6.8）（因此增加了 β），而慢性肾脏病和急性髓细胞白血病患者的 pH 值和 pK 值相差更远。然而，这种影响在数量上很小，因此没有包括在我们和以前的计算中。最终，同样的标准碱剩余减少导致的慢性肾脏病患者体内 pH 值变化是COPD的两倍。因此，慢性阻塞性肺病患者必须经历双重酸中毒（呼吸性酸中毒+代谢性酸中毒），才能经历与慢性肾脏病患者在呼吸性碱中毒之前通过单一代谢性酸中毒所经历的相同的整体 pH 值下降。

ED 急诊科；ICU 重症医学科；COPD 慢性阻塞性肺病；CKD 慢性肾病；AML 急性髓性白血病；β 细胞外液缓冲能力（mmol/L）；Δ delta；PaCO2 二氧化碳分压（mmHg）；PaO2 氧分压（mmHg）；H+ 氢离子浓度（mmol/L）；SBE 标准碱剩余（mmol/L），

使用公式 1 中的非碳酸缓冲能力计算：

表达式 0.17 ∙ [Alb](g/L) 代表根据 Alb 浓度校正的血浆非碳酸缓冲能力（正常 Alb 浓度为 45 g/L 时，其值等于 7.7 mmol/L ）。

临床意义

对代谢性酸中毒的防护取决于缓冲能力、呼吸和肾脏代偿。然而，由于通气反应比增加的酸负荷滞后数小时，而肾酸排泄在数天后才开始起作用，因此急性 pH 值变化仍主要取决于缓冲作用。因此，了解 β 的决定因素可能有助于预测代谢性酸中毒患者可能需要的支持水平，并有可能优化对他们的管理。例如，低 β 值可能会指导液体选择，使其倾向于更均衡的溶液，或为输注红细胞或碳酸氢钠的决策提供依据。有趣的是，输注白蛋白会增加非碳酸缓冲能力，但同时会通过增加血浆中的固定负电荷而减少碳酸氢盐，因此其对β的净影响可能微乎其微。最后，通过增加 HCO3- 来延长允许性高碳酸血症的时间，在 ICU 中可能会有额外的价值，因为在 ICU 中存在代谢性酸中毒的风险，而且由于贫血和低白蛋白血症，非碳酸 β 通常会降低。

要点提示

危重症患者代谢性酸中毒的缓冲能力极不稳定，同样程度的酸中毒（ΔSBE）可导致两倍或一半的酸血症（ΔpH），这取决于ECF的缓冲能力。了解重症监护病房患者这一经常被遗忘的特征有助于预测他们的病情发展轨迹，并在可能的情况下进行个性化管理。