机体代谢不断产生氢离子，氢离子立即被缓冲系统所缓冲，以保证正常血清pH。肾脏对酸碱平衡调节的实现是通过重吸收被肾小球滤出的碳酸氢根、再生碳酸氢根、分泌氢离子并产生缓冲物质结合氢离子排出体外。

肾小球滤过的碳酸氢钠主要从近端小管重吸收。近端小管重吸收碳酸氢钠是通过在肾小管上皮管腔侧的钠-氢交换实现的，肾小管腔中的钠进入细胞，同时细胞内的氢离子进入管腔。氢离子也通过细胞管腔侧的H ⁺-ATPase分泌进入管腔。管腔中的氢离子和碳酸氢根反应，生成碳酸，后者在4型管腔碳酸酐酶的作用下分解为二氧化碳和水。二氧化碳迅速弥散进入上皮细胞。胞质内的2型碳酸酐酶将二氧化碳和水合成碳酸，碳酸分解为氢离子和碳酸氢根。碳酸氢根在上皮细胞基底膜侧和氯交换，进入组织和血液。

当静脉输注碳酸氢盐，肾小球滤过碳酸氢盐的量增加，当超过肾小管的最大重吸收能力后，随着血液碳酸氢盐浓度的增加，从尿中排出碳酸氢根随血浆水平平行升高。类似葡萄糖最大重吸收试验，可测量碳酸氢根最大重吸收能力。在Ⅱ型肾小管酸中毒即近端小管酸中毒时，碳酸氢根的重吸收能力下降，导致其从尿液丢失，血浆碳酸氢根浓度逐步下降。当血浆浓度降到肾脏重吸收阈值以下，肾小管能完全吸收经肾小球滤过的碳酸氢根，尿液pH呈酸性，机体在酸性环境达到氢离子产生和排泄的平衡。但当给患者补充碳酸氢盐等碱性药物，血浆碳酸氢根浓度提高，超出肾小管重吸收能力从尿液排出，尿即呈碱性。

近端小管酸中毒可以是Fanconi综合征的一部分，也可以单独存在。可见于间质性肾炎、多发性骨髓瘤肾损害等。

正常成人每日产生50～80mEq的氢离子，必须从尿液排出。氢离子排出体外前经过了磷酸盐和铵离子的缓冲。约30%的氢离子和磷酸盐结合，称为可滴定酸；70%的氢离子和氨结合形成铵离子。因此，尿中氢离子的净排泄量可计算为铵离子+可滴定酸-碳酸氢根。氨产生自近端小管，酸中毒和低钾血症可刺激氨的产生，氨在肾小管上皮细胞内或管腔内和氢离子结合形成铵。

对于原因不明的酸中毒，测定尿铵对鉴别诊断很有帮助。尿铵排泄减少，可见于慢性肾衰竭等。如果铵排泄增加则需考虑氢离子产生过多，例如酮症酸中毒，高分解代谢，某些药物如水杨酸、酒精中毒等。盐皮质激素水平不足导致的慢性高钾血症时可抑制氨产生，此时虽然尿净酸排泄量是减少的，但由于缺乏缓冲系统，可表现酸性尿。

升支厚段、远曲小管和集合管均可分泌氢离子，如果静脉注射或口服一定剂量的碳酸氢盐，过量的碳酸氢盐超过近端小管的重吸收进入远端小管，在远端小管内和远端小管分泌的氢离子结合形成碳酸，后者缓慢降解为二氧化碳和水，二氧化碳不能弥散进入集合管，而完全从尿中排出。这样，根据尿中二氧化碳的多少可确定远端小管分泌氢离子的能力。

具体操作时，在给予碳酸氢钠负荷后，每30分钟进行血气和尿气分析。正常情况下，当尿pH超过血pH后，尿二氧化碳分压将远远超过血二氧化碳分压；而在Ⅰ型肾小管酸中毒，尿二氧化碳分压超出血二氧化碳分压不明显，但近端肾小管对碳酸氢根的最大重吸收能力正常。在慢性肾衰竭患者，碳酸氢钠负荷甚至不能使尿二氧化碳分压超过血液。

由于二氧化碳是挥发性气体，因此血液和尿液离开人体时要立即与空气隔绝。动脉血气检查有专门的血气采集空针；要事先在收集尿液的容器内放置足量的液体石蜡，嘱患者直接将尿尿入容器内，使尿液完全覆盖在液体石蜡下。