Säure-Base-Haushalt Vorlesung
緒論：酸鹼平衡的重要性
對於獸醫而言，pH值或酸鹼調節非常重要。
貓的糖尿病、小牛的腹瀉和犬的細小病毒等疾病通常伴隨pH穩態的紊亂。
為了充分治療這些動物，必須深入理解pH調節。
生理pH值
細胞內空間的pH值略低於細胞外空間。
身體的生理pH值在一個狹窄的範圍內變化，並受到嚴格的調節。
pH值範圍從0（非常酸性）到14（極鹼性），但身體不會呈現極端值。
血液pH值在到之間。向下偏差稱為酸中毒，向上偏差稱為鹼中毒。
pH值定義為氫離子濃度的負十進制對數：。
在健康的動物中，自由氫離子的濃度非常低（約每升奈莫耳）。
細胞外空間中約有每升毫莫耳的鈉，這突顯了氫離子濃度的低。
細胞內pH值的調節
氫離子不以自由形式存在，而是與陰離子結合。
弱陰離子如碳酸氫鹽、蛋白質或磷酸鹽會緩衝氫離子。
強陰離子如氯離子總是解離，不能用於緩衝。
由於細胞內空間的負電荷，氯離子從細胞中移除。
氫離子必須從細胞中運輸出來，利用膜電位和濃度差。
鈉-氫離子交換器（NHEs）將氫離子與鈉交換，從細胞中運輸出來。
還有氯離子-碳酸氫鹽交換器和鈉-碳酸氫鹽共轉運蛋白。
氫離子泵的作用較小，用於細胞外空間的強酸性化。
氯離子-碳酸氫鹽交換器也稱為漢堡移動，在紅血球中起重要作用。
在周邊，紅血球吸收，分解成碳酸氫鹽和氫離子。氫離子被血紅蛋白緩衝，碳酸氫鹽與氯離子交換，從細胞中運輸出來。在肺部，這個過程反向進行。
無氧糖酵解和乳酸酸中毒
通常，葡萄糖分解成丙酮酸，丙酮酸轉化為乙酰輔酶A，然後進入檸檬酸循環。
在無氧條件下，丙酮酸轉化為乳酸。
在的生理pH值下，乳酸分解成乳酸和氫離子，導致酸性化。
無氧糖酵解發生在氧氣不足時，例如心臟衰竭引起的缺血或嚴重失血。
腸扭轉（腸絞痛）也可能導致出血性梗死和氧氣供應不足。
強烈的肌肉工作也可能導致乳酸產生增加。
通常，運動不會引起乳酸酸中毒，因為乳酸可以在肝臟、心肌和腎臟中分解。乳酸酸中毒只有在合併疾病時才會變得危險。
糖尿病酮症酸中毒
在胰島素缺乏（例如1型糖尿病）時，葡萄糖不能很好地從血液中吸收，脂肪被分解以獲取能量。
這導致脂肪酸和酮體積累，它們具有較低的pKs值並降低pH值。
乳牛酮症
酮症是指由於葡萄糖缺乏，細胞外空間中酮體水平升高。
牛奶生產需要葡萄糖，葡萄糖在肝臟中由丙酸產生。
在葡萄糖缺乏時，脂肪分解增加，導致酮體過量產生。
分娩後不久的能量不足可能導致酮症，因為母牛沒有攝取足夠的食物來滿足牛奶生產的能量消耗。
一種特殊形式是具有過高體況評分的母牛的脂質過度動員綜合徵。
其他導致食物攝取抑制的原因也可能引發酮症。
由於酮體也會在血液中再次分解，因此很少出現該疾病的臨床表現。
更常見的是酮體的亞臨床升高，表明飢餓代謝。
營養與酸鹼平衡
肉食動物攝取富含蛋白質的飼料，其代謝產生磷酸鹽和硫酸鹽，這些物質具有酸性作用。
這些物質必須通過腎臟排出，因為它們不能簡單地通過肺部排出。
氨基酸分解時會產生氮，氮在肝臟中轉化為尿素，也通過腎臟排出。此過程也會釋放氫離子。
富含肉類的飲食導致酸性代謝狀態。
草食動物攝取富含鉀的食物，其代謝消耗氫離子，並產生相對過量的碳酸氫鹽。
為了防止鹼中毒，草食動物通過尿液排出碳酸氫鹽。
不是營養物質的pH值決定酸鹼平衡，而是營養物質的代謝方式。
酸味的橙汁具有鹼化作用，因為果酸的分解產物具有鹼性作用。
借助飲食負離子和陽離子差異（DCAD），可以估計飼料是酸性還是鹼性。
這個概念源於斯圖爾特模型，該模型認為中性原則對酸鹼平衡起著重要作用。
中性是指每個帶負電荷的陰離子都必須有一個帶正電荷的陽離子。
氫離子和碳酸氫鹽本身就是帶電荷的離子，其電荷也必須被中和。
電荷可以通過強離子（如鈉、鉀或氯）或弱離子（如碳酸氫鹽或磷酸鹽）來平衡。
只有弱陰離子可以緩衝氫離子。
DCAD通過飼料中的離子濃度計算：。
從強陽離子（鈉和鉀）的總和中減去陰離子（氯和硫）的總和，可以估計存在多少氫離子和緩衝陰離子。
DCAD對動物健康的意義
隨著泌乳開始，母牛對鈣的需求迅速增加。
輕微的代謝性酸中毒促進骨骼中鈣的動員。
在準備產犢時，飼餵具有低陽離子-陰離子比率的日糧，以產生輕微的代謝性酸中毒。
鳥糞石是犬最常見的尿路結石，由銨、鎂和磷酸鹽組成，並在鹼性尿液pH值下形成。
治療計劃的一部分是酸化尿液pH值，這可以通過飼餵含硫氨基酸（如甲硫氨酸）來實現。
整個生物體對氫離子的排泄
肺是消除氫離子的最重要器官，因為它每天從體內清除約毫莫耳的氫離子。
在身體周邊，氫離子來自代謝，與碳酸氫鹽反應生成碳酸和水。
被運輸到肺部，並隨著呼氣排出。
其次是腎臟，它每天排出約毫莫耳的氫離子。氫離子以銨離子和磷酸離子的形式排出。
通過腎臟也會損失碳酸氫鹽。
因此，腎臟和肺是pH調節的最重要器官。
少量碳酸氫鹽和氫離子仍然可能通過胃腸道流失。
腎臟中碳酸氫鹽排泄的調節
碳酸氫鹽由腎臟過濾，近端小管將其重新吸收。
在小管腔中，碳酸氫鹽可以與氫離子反應生成，可以擴散到上皮細胞中，在那裡再次產生氫離子和碳酸氫鹽。
然後，碳酸氫鹽可以在基底外側膜上與鈉一起被重吸收到血液中。
遠端小管和集合管在微調碳酸氫鹽的排泄方面起著重要作用。
a型嵌入細胞將氫離子從細胞中泵出，並將碳酸氫鹽重新吸收到血液中，而b型嵌入細胞將碳酸氫鹽分泌到小管腔中並重新吸收氫離子。
以銨離子形式在腎臟中排泄酸
在近端小管中，谷氨酰胺被分解，產生銨離子。然後，以氨的形式，氮可以離開細胞。
在酸性小管中，氨再次與氫離子結合，然後通過尿液排出。因此，, 系統是尿液中特別重要的緩衝系統。
谷氨酰胺也在肝臟中分解，形成尿素。在此過程中，也會產生氫離子。谷氨酰胺酶受到酸中毒的抑制。這意味著更多的谷氨酰胺被腎臟代謝。
植物和肉食動物在排泄方面的差異
在草食動物中，存在更鹼性的代謝狀態，這導致肝臟中產生更多的尿素。
在肉食動物中，更多的谷氨酰胺被遞送到腎臟，因此氫離子可以通過尿液從體內移除。除了肝臟，骨骼代謝在酸鹼狀態中也起著作用。
如果存在酸中毒，則會刺激甲狀旁腺激素依賴性骨骼物質分解。
碳酸鹽和鈣被釋放。同時，鈣會通過腎臟流失。
小管腔中的緩衝：磷酸鹽緩衝系統
磷酸鹽是小管腔中的重要緩衝劑，因為它可以結合隨後在尿液中排出的氫離子。
因此，對於尿液緩衝而言，銨-氨緩衝系統和磷酸鹽緩衝系統尤為重要。腎臟中的各種運輸過程主要取決於電解質在細胞內和細胞外空間中的分佈。
鉀和鈉對酸鹼平衡的影響
細胞外鉀濃度升高導致細胞去極化。
因此，在細胞中會發生鉀的積累，從而導致細胞去極化。
碳酸氫鹽與尿液一起被丟棄。這導致碳酸氫鹽流失引起的細胞外酸中毒。在高鈉血症的情況下，碳酸氫鹽的重吸收也會受到阻礙。結果，碳酸氫鹽會隨著尿液流失。
如果存在低鈉血症，則會排泄過少的碳酸氫鹽。
胃腸道在酸鹼平衡中的作用
在胃壁細胞中，由和形成鹽酸，同時碳酸氫鹽被吸收到血液中。
在十二指腸中，酸性胃內容物被富含碳酸氫鹽的胰液中和。
考慮到這些機制，還可以理解，持續嘔吐會產生鹼中毒，因為酸性胃內容物會流失。
在慢性腹瀉中，碳酸氫鹽不能再充分吸收到E-Unum中，並會隨著糞便流失，導致酸中毒。
體內氫離子的緩衝
緩衝劑是物質的混合物，當添加酸或鹼時，其反應引起的PH值變化遠小於未緩衝的混合物。
緩衝容量指示緩衝劑能多好地平衡PH值變化。
除了緩衝容量外，關於緩衝劑的第二個重要信息是p k值。
可以使用漢德森-哈塞爾巴赫方程計算PH值與酸鹼反應平衡位置之間的關係。
漢德森-哈塞爾巴赫方程
漢德森-哈塞爾巴赫方程可以計算出反應物在特定濃度下的PH值。除了氨緩衝劑外，磷酸鹽緩衝劑也在Hahn中起作用，這對於血液的緩衝也很重要。
由於其結構，它具有3個PKS值。它的平均PKS值為7.2，因此特別擅長在生理範圍內進行緩衝。
蛋白質，例如白蛋白，佔血液中緩衝物質的很大一部分。
在反芻動物的瘤胃中，緩衝也起著關鍵作用，以穩定pH值。碳酸酐酶是其中的一種重要酶。
碳酸氫鹽系統
碳酸氫鹽系統對於調節血液中的pH值非常重要。它有助於二氧化碳（）的運輸和酸的緩衝。
碳酸氫鹽系統中的過程包括在氣相和液相之間的分配，與水反應生成碳酸（），以及碳酸分解為氫離子（）和碳酸氫鹽（）。
亨利定律描述了在恆定溫度下在氣相和液相之間的分配。它指出，氣體在液體中的濃度與氣體在空氣中的分壓之比是恆定的。
碳酸酐酶是一種加速與碳酸反應的酶。在血液中，碳酸氫鹽與碳酸的反應沒有特別重要的作用，因為它僅在環境中氫離子極度缺乏的情況下進行。
碳酸氫鹽系統在體內的作用
在體內，碳酸氫鹽系統被稱為開放緩衝系統，因為通過肺部不斷排出。這樣可以防止代謝中產生的氫離子在體內積累並降低pH值。
可以通過呼吸調節的分壓，從而調節血液中的濃度。這樣可以有效地控制身體的pH值波動。
在身體周邊，會吸收，因此靜脈中的分壓會略高於6.1千帕。
瘤胃中的碳酸氫鹽系統
碳酸氫鹽系統在瘤胃中也起著重要作用，因為微生物對葡萄糖的代謝會產生許多短鏈脂肪酸。
瘤胃中的PH值遠高於短鏈脂肪酸的p k值。這意味著那裡的氫離子被含有碳酸氫鹽和磷酸鹽的唾液緩衝。
在瘤胃中，c被交換並保持PH值恆定。由於高產的奶牛被餵以高能量日糧，因此有更多的可代謝糖可用，這些糖隨後被細菌轉化為短鏈脂肪酸，進而轉化為乳酸。
碳酸酐酶
碳酸酐酶催化與碳酸之間的反應，反之亦然，因此它加速了反應。
碳酸酐酶在上皮細胞中尤其重要，因為它可以確保碳酸氫鹽迅速轉化為。
如果沒有碳酸酐酶，我們在腎臟和腸道中已了解到的上皮轉運過程是不可能的。
臨床示例：小牛腹瀉
小牛腹瀉通常是由寄生蟲或病毒感染引起的，這些感染會侵襲腸粘膜並阻礙腸道中的轉運過程。
這會導致電解質流失，同時也會流失碳酸氫鹽，身體會流失重要的緩衝物質，並有酸中毒的威脅。
首先要評估動物的總體狀況，並評估動物是否脫水，這一點尤為重要。