机体的组织、细胞必须处于具有适宜酸碱度的体液环境中，才能进行正常的生命活动。人体细胞内pH为6.9，血浆pH 7.35～7.45，当pH<6.8(较正常均值降低0.6)或>7.8(较正常均值升高0.4)时，生命活动即可能停止。由此可见，人体耐酸能力较耐碱能力更强。

机体在代谢过程中不断产生大量的酸性物质。血中的酸可分为挥发酸与固定酸(非挥发酸)，挥发酸即H ₂ CO ₃，可转化为CO ₂由肺排出，固定酸由肾排出。

机体在代谢过程中产生最多的酸性物质是碳酸。糖、脂肪和蛋白质在其分解代谢中，氧化的最终产物是CO ₂，CO ₂与水结合生成碳酸，碳酸可释出H ⁺，也可以形成气体CO ₂，从肺排出体外，所以称为挥发酸。

CO ₂和水结合为碳酸的可逆反应主要是在碳酸酐酶的作用下进行的，碳酸酐酶主要存在于红细胞、肾小管上皮细胞、肺泡上皮细胞及胃黏膜细胞中。

组织细胞代谢产生的CO ₂量是相当可观的，成人在安静状态下每天可产生CO ₂ 300～400L，运动时和代谢率增加时CO ₂生成量显著增加。挥发酸可以通过肺进行调节，增加CO ₂排出，称为酸碱平衡的呼吸性调节(或称通气调节)。

指不能变成气体由肺呼出，而只能通过肾由尿排出的酸性物质，指碳酸以外的酸。如蛋白质分解代谢产生的硫酸、磷酸和尿酸；糖酵解生成的甘油酸、丙酮酸和乳酸；糖氧化过程生成的三羧酸；脂肪代谢产生的β-羟丁酸和乙酰乙酸等。上述酸性物质离解产生的H ⁺每天约50～100mmol，其中20%与HCO ₃ ^-结合，80%由肾脏排泄。

机体可以通过饮食直接摄入酸性物质，包括酸性食物和酸性药物，如乙酸、枸橼酸等。

食物中的碱性物质主要来源于蔬菜和水果，这些食物中富含柠檬酸盐、苹果酸盐、草酸盐等有机酸盐，均可与H ⁺起反应，分别转化为柠檬酸、苹果酸、草酸，而Na ⁺、K ⁺则与细胞外液HCO ₃ ^-结合成碱性盐。此外，氨基酸在代谢过程中脱氨基而生成碱性物质氨，但由于在肝脏中经鸟氨酸循环而转化为尿素，故血中氨的含量甚微。

pH、PaCO ₂和HCO ₃ ^-是酸碱平衡的三个重要指标。pH表示体液的酸碱度，等于[H ⁺]的负对数，正常血浆pH为7.35～7.45，[H ⁺]为45～35nmol(毫微克分子)/L。PaCO ₂(或H ₂ CO ₃)反映酸碱变化的呼吸成分，正常值为35～45mmHg(4.67～6.0kPa)，在呼吸性酸碱失衡时PaCO ₂原发性升高或降低。HCO ₃ ^-反映酸碱变化的代谢成分，正常值为22～27mmol/L，在代谢性酸碱失衡时HCO ₃ ^-原发性降低或升高。pH与PaCO ₂、HCO ₃ ^-的关系可用H-H方程式表示：

由于[H ₂ CO ₃]是和溶解在体液内的CO ₂浓度成正比，因此H-H方程式可写成：

上式中的pK为HCO ₃ ^-/H ₂ CO ₃的离解常数，等于6.1，α代表38℃时CO ₂在血浆中的溶解系数(若PaCO ₂用mmHg表示，α=0.03，若用kPa表示时，α=0.225)。H-H方程表明pH的变化取决于HCO ₃ ^-/PaCO ₂的比值。

由于机体存在着缓冲调节、离子交换、通气调节和肾脏代偿调节等多种代偿作用，因而HCO ₃ ^-与PaCO ₂任何一项发生原发性变化时，均引起另一项的代偿性变化，使HCO ₃ ^-/PaCO ₂比值及pH趋向正常，但不能使pH恢复到原来的正常水平。原发性变化与代偿性变化的规律为：

1.HCO ₃ ^-与PaCO ₂任何一项的原发性变化均引起另一项的同向代偿性变化 即原发性PaCO ₂的升高(或降低)，必引起HCO ₃ ^-的代偿性升高(或降低)。因此，若HCO ₃ ^-与PaCO ₂呈反向变化，应考虑复合性酸碱失衡存在。例如PaCO ₂↑、HCO ₃ ^-↓为呼吸性酸中毒(呼酸)合并代谢性酸中毒(代酸)；PaCO ₂↓、HCO ₃ ^-↑为呼吸性碱中毒(呼碱)合并代谢性碱中毒(代碱)。

2.原发性失衡变化大于代偿性变化 如呼吸性酸中毒时HCO ₃ ^-↑/PaCO ₂↑↑，呼吸性碱中毒时HCO ₃ ^-↓/PaCO ₂↓↓，代谢性酸中毒时HCO ₃ ^-↓↓/PaCO ₂↓，代谢性碱中毒时HCO ₃ ^-↑↑/PaCO ₂↑。因此，原发性酸碱失衡决定了pH是偏酸或偏碱。例如pH 7.376、PaCO ₂ 60mmHg、HCO ₃ ^- 34mmol/L。根据PaCO ₂ 60mmHg>45mmHg要考虑呼吸性酸中毒，而HCO ₃ ^- 34mmol/L>27mmol/L又要考虑代谢性碱中毒，由于pH 7.376<7.40(偏酸)，故应判定为呼吸性酸中毒，而不能判定为代谢性碱中毒。

3.酸碱失衡的代偿性变化有一定限度 当代偿性变化超过酸碱失衡预计代偿公式计算的范围，或超过代偿极限时，应考虑合并有另一种酸碱失衡。例如 pH 7.38、PaCO ₂ 80mmHg、HCO ₃ ^- 46mmol/L。根据pH 7.38<7.40，PaCO ₂ 80mmHg>45mmHg应判定为呼吸性酸中毒。呼吸性酸中毒时HCO ₃ ^-代偿性增高，其代偿极限为HCO ₃ ^- 45mmol/L，而该例HCO ₃ ^- 46mmol/L，已超过呼酸代偿极限，故应判定合并代谢性碱中毒，即呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒。

缓冲作用是指在溶液中加入酸或碱时，具有防止H ⁺浓度发生显著变动，即减轻pH变化程度的作用。血液缓冲系统是由弱酸及其盐构成的缓冲对所组成，其中以碳酸氢盐缓冲系统(HCO ₃ ^-/H ₂ CO ₃)与血红蛋白缓冲系统(Hb ^-/HHb、HbO ₂ ^-/HHbO ₂)的缓冲作用最强。如遇酸时(H ⁺增加)HCO ₃ ^-与之起反应，H ⁺+HCO ₃ ^-→H ₂ CO ₃→CO ₂+H ₂ O；遇碱时(OH ^-增加)H ₂ CO ₃与之起反应，OH ^-+H ₂ CO ₃→HCO ₃ ^-+H ₂ O。HCO ₃ ^-缓冲系最为重要，缓冲作用最大，含量最多，占血液缓冲总量的53%，在细胞内外均起作用，主要对固定酸起缓冲作用，它通过肺和肾对血中CO ₂和HCO ₃ ^-进行调节。血红蛋白缓冲系统占血液缓冲总量的35%。其缓冲方式有：①血红蛋白脱氧变成还原型Hb，其碱性较氧合型Hb强，能直接结合H ⁺，即Hb ^-+H ⁺=HHb；②血红蛋白改变构型，自由氨基直接与组织细胞进入血液中的CO ₂结合，形成氨基甲酸血红蛋白，同时释放H ⁺，后者再与还原型血红蛋白结合。故其主要对挥发酸起缓冲作用。CO ₂进入红细胞后，在碳酸酐酶作用下生成H ₂ CO ₃，随即解离出H ⁺和HCO ₃ ^-，H ⁺与Hb结合成HHb，经氯转移作用，HCO ₃ ^-扩散进入血浆，Cl ^-由血浆进入红细胞。血浆蛋白缓冲系统(HPr/Pr ^-)主要在血液中起缓冲作用，占血液缓冲总量的7%，缓冲方式是通过释放或结合H ⁺起作用，即当CO ₂进入血液，Pr ^-结合H ⁺形成蛋白酸(HPr)和NaHCO ₃。磷酸二氢钠/磷酸氢二钠(NaH ₂ PO ₄/Na ₂ HPO ₄)缓冲对虽然在细胞外含量不多，只占血液缓冲总量的3%，但胞内磷酸盐含量高，故在细胞内起到重要的缓冲作用。

离子交换是机体调节酸碱平衡的重要机制。酸中毒时细胞内3K ⁺外逸，细胞外2Na ⁺、1H ⁺进入细胞内，有减轻细胞外酸中毒的作用，但可导致血钾升高、血钠降低。pH每降低0.1，血清K ⁺约上升0.6mmol/L，反之亦然。碱中毒时细胞内3H ⁺逸出细胞外，细胞外2Na ⁺、1K ⁺进入细胞内，有减轻细胞外碱中毒的作用。因K ⁺进入细胞内而致血清K ⁺减少。但在低钾所致代谢性碱中毒时，却呈相反的离子交换，即细胞内液3K ⁺与细胞外液2Na ⁺和1H ⁺相交换，而使细胞外液碱中毒加重。离子交换一般在酸碱失衡发生后2～4小时起调节作用。

肺在酸碱平衡调节中的作用是通过改变肺泡通气量而控制CO ₂的排出量，使血浆中HCO ₃ ^-/H ₂ CO ₃的比值趋向正常，以减轻pH的变化程度，为碳酸氢盐系统发挥强缓冲作用的有力保障。正常成年人每天自肺脏排出的碳酸大约为13 000mEq，比肾脏每天排出的酸量40～80mEq明显增多，故而肺脏强大的排酸能力是维持机体内环境稳定的有力保障。代谢性酸中毒时血浆HCO ₃ ^-降低，pH下降，则呼吸加深、加快，增加CO ₂的排出，使PaCO ₂下降。代谢性酸中毒当pH由7.4降至7.0时，肺泡通气量可由5L/min增至30L/min，这是H ⁺刺激中枢和外周化学感受器而引起的。代谢性碱中毒时HCO ₃ ^-增高，pH上升，则呼吸变浅、变慢，减少CO ₂的排出，使PaCO ₂上升。以上调节具有减少HCO ₃ ^-/PaCO ₂(H ₂ CO ₃)比值变化的作用。通气调节一般在10～30分钟开始起作用，代偿调节作用约需12～24小时达到高峰，当动脉血pH降至7.0以下时，其代偿调节反而降低。因肺只能通过改变通气量来调节PaCO ₂，故代偿调节范围有限。

肺泡通气量是受延髓呼吸中枢控制的，呼吸中枢接受来自中枢化学感受器和外周化学感受器的刺激。呼吸中枢化学感受器对PaCO ₂变动非常敏感，PaCO ₂升高时，CO ₂易透过生物膜，可改变脑脊液的pH，使H ⁺增加，刺激位于延髓腹外侧表面对H ⁺有极高反应的中枢化学感受器，从而兴奋呼吸中枢，加快呼吸运动的幅度与频率，明显增加肺的通气量。结果导致CO ₂呼出量显著增加，从而降低血中H ₂ CO ₃或PaCO ₂，实现反馈调节。但如果PaCO ₂增加到80mmHg(10.66kPa)以上时，呼吸中枢反而受到抑制。

呼吸中枢也接受外周化学感受器的刺激，主动脉体特别是颈动脉体化学感受器，能感受缺氧、pH变化和CO ₂的刺激，但PaO ₂只有<60mmHg(8kPa)时，才能刺激外周化学感受器，反射性引起呼吸加深、加快，增加肺泡通气量。而PaO ₂过低对呼吸中枢的直接作用却是抑制效应。

肾脏在酸碱平衡调节中的作用在于通过改变排酸或保碱的量来维持血浆HCO ₃ ^-/H ₂ CO ₃的比值接近正常，以保持血浆pH接近正常范围。与肺脏排出挥发酸不同，肾脏排出的是必须通过尿液以液体形式排出的固定酸，如硫酸、磷酸；同时肾脏也是调节碱性物质的靶器官。当血浆中酸性物质增多时，HCO ₃ ^-浓度降低，肾脏将加强排出酸性物质并重吸收HCO ₃ ^-；当碱性物质增多时，则减少酸性物质的排出并减少HCO ₃ ^-的重吸收，以维持血浆中HCO ₃ ^-的稳定。由于正常人酸性物质的产生量远超过碱性物质的产生量，因此肾脏主要是针对酸负荷的调节。肾脏每天排出代谢过程中生成的H ⁺约50～100mmol，并重吸收经肾小球滤出的HCO ₃ ^-，故在正常膳食情况下，尿液中固定酸的排出量比碱多，尿液的pH一般为6.0左右。肾小管上皮细胞分泌的H ⁺来自于肾小管细胞内的CO ₂和H ₂ O结合生成的H ₂ CO ₃，后者在碳酸酐酶(CA)催化下分解成H ⁺与HCO ₃ ^-，HCO ₃ ^-经基侧膜进入肾小管周围毛细血管。H ⁺被泌出，并与肾小球滤液中的HCO ₃ ^-结合生成H ₂ CO ₃，并转变为CO ₂与H ₂O，CO ₂可扩散回到血液循环，H ₂O由尿排出体外。因此在碳酸酐酶作用下，肾小管上皮细胞向管腔内分泌1mmol H ⁺，也同时在血浆中增加1mmol HCO ₃ ^-。肾单位各组成部分在酸碱平衡调节中的作用如下：

1.近端肾单位的泌H ⁺保碱 肾小球滤出的HCO ₃ ^-约90%在肾近曲小管被重吸收，HCO ₃ ^-重吸收主要是通过近曲小管上皮细胞管腔膜的H ⁺-Na ⁺交换完成的。近曲小管上皮细胞的刷状缘富含碳酸酐酶，可催化CO ₂+H ₂ O→H ₂ CO ₃→H ⁺+HCO ₃ ^-反应。H ⁺从细胞内排出到肾小管腔，Na ⁺由肾小管腔进入细胞内。H ⁺-Na ⁺交换所需能量是由基侧膜Na ⁺-K ⁺-ATP酶泵间接提供的。泌H ⁺的同时，近曲小管上皮细胞内形成的 HCO ₃ ^-与Na ⁺结合成NaHCO ₃返回血液循环。分泌到肾小管腔中的H ⁺与滤液中的HCO ₃ ^-结合生成H ₂ CO ₃，然后形成CO ₂和H ₂ O，即H ⁺(分泌)+HCO ₃ ^-(滤出)→H ₂ CO ₃→CO ₂+H ₂ O。CO ₂扩散回到血液循环，H ₂O由尿排出体外。影响HCO ₃ ^-重吸收的因素有：①碳酸酐酶的活性对HCO ₃ ^-重吸收起关键作用，使用碳酸酐酶抑制剂后，泌H ⁺、重吸收HCO ₃ ^-的作用被抑制；②PaCO ₂增高时，泌H ⁺和重吸收HCO ₃ ^-增加；③细胞外液容量减少时，醛固酮分泌增加，尿Na ⁺排出减少，HCO ₃ ^-重吸收增加。

2.远端肾单位的泌H ⁺保碱 远端肾单位是肾脏调节酸碱平衡的主要部位，是由皮质集合管和髓质集合管的泌氢细胞完成的，它借助于管腔膜H ⁺-ATP酶泵向管腔中泌H ⁺，同时重吸收等量HCO ₃ ^-。重吸收的HCO ₃ ^-返回血液循环，并进行Cl ^--HCO ₃ ^-交换，Cl ^-由血液循环进入集合管上皮细胞。远端肾小管除泌H ⁺外，尚能分泌K ⁺，K ⁺也可与肾小球滤液中的Na ⁺进行交换，称为K ⁺-Na ⁺交换。当H ⁺-Na ⁺交换增多时，K ⁺-Na ⁺交换即减少；反之K ⁺-Na ⁺交换增多时，H ⁺-Na ⁺交换亦必减少。上述竞争机制导致了电解质紊乱与酸碱失衡之间的关系，即低钾致碱中毒，碱中毒致低钾，酸中毒致高钾等临床情况。

肾小球滤出的HCO ₃ ^-约90%在近曲小管被重吸收，其余10%主要在外髓集合管被重吸收。肾小管上皮细胞的碳酸酐酶对HCO ₃ ^-的重吸收起重要作用。酸中毒时碳酸酐酶活性增强，泌H ⁺及保碱作用也加强，血浆HCO ₃ ^-浓度<22mmol/L时，原尿中HCO ₃ ^-全部被重吸收；碱中毒时碳酸酐酶活性降低，泌H ⁺减少，HCO ₃ ^-排出增多。

3.NH ₄ ⁺和H ₂ PO ₄ ^-的排出 随着酸中毒加重，谷氨酰胺酶活性增高，水解谷氨酰胺产生NH ₃，后者与H ⁺结合形成NH ₄ ⁺。近曲小管泌NH ₃、NH ₄ ⁺增加，集合管泌NH ₃增加，NH ₃与H ⁺结合以NH ₄ ⁺的形式排出。肾小管上皮细胞分泌的H ⁺，不仅可与NH ₃结合形成NH ₄ ⁺，还可交换回更多的Na ⁺，同时与肾小球滤液中的碱性 结合形成酸性H ₂ PO ₄ ^-，酸化尿液，将原尿pH7.40降为终尿pH4.40～6.00，利于固定酸随尿排出。

肾脏的代偿调节作用较慢，酸碱失衡发生后数小时开始起作用，达到最大代偿所需时间约为3～5天。但代偿调节作用最强，维持时间最久，对酸的调节能力大于对碱的调节能力。

总之，维持血pH的动态平衡完全依赖于肺脏、肾脏和血液缓冲系统的相互作用。血液的缓冲调节，尤其是碳酸氢盐缓冲系统(HCO ₃ ^-/H ₂ CO ₃)与血红蛋白缓冲系统(Hb ^-/HHb、HbO ₂ ^-/HHbO ₂)是维持机体内酸碱平衡的第一道防线，在内环境平衡出现紊乱时避免体内酸碱度过大波动。与此同时肺脏通过呼吸调节血液CO ₂分压来稳定血中碳酸含量；肾脏通过自尿液中排出过多的酸或碱来调节血浆内碳酸氢盐的含量，使正常人的血液pH维持在7.35～7.45狭窄的范围内。

酸碱失衡与电解质紊乱互为因果，其变化过程除必须以尽可能维持pH正常为准绳外，还需遵循以下两个定律：电中和定律和等渗定律。

细胞外液中阴离子电荷总量等于阳离子电荷总量，称为电中和定律。即每升细胞外液中所含阴、阳离子毫克当量数(mEq/L)相等(mmol/L数约相等)，用公式表示为：Na ⁺+UC(K ⁺、Ca ²⁺、Mg ²⁺)=Cl ^-+HCO ₃ ^-+UA(OA、Pr ^-、 、 )。正常人细胞外液中的阴、阳离子总量各为151mEq/L(约为148mmol/L)。酸碱失衡时未测定阳离子(UC)变化不大，而HCO ₃ ^-、Cl ^-、未测定阴离子(UA)变化较大，但仍必须保持与阳离子电荷总量相等。

HCO ₃ ^-原发性降低，与 UA升高或 Cl ^-升高保持动态平衡，且△HCO ₃ ^-↓≈(约等于)△UA↑(或△Cl ^-↑)。

HCO ₃ ^-原发性升高，与 UA降低及 Cl ^-降低保持动态平衡，且△HCO ₃ ^-↑≈△UA↓+△Cl ^-↓。

HCO ₃ ^-代偿性增高，与UA降低、Cl ^-降低保持动态平衡。

HCO ₃ ^-代偿性降低，Cl ^-增高或正常；阳离子中K ⁺降低、Ca ²⁺降低、Na ⁺正常或降低。阴、阳离子总量仍保持平衡。

在进行水交换的各种体液系统之间，其渗透压必须变化直到相等，以达到平衡，称为等渗定律。体液渗透压由电解质、阴离子、葡萄糖等各种溶质构成，其中血浆电解质中Na ⁺含量最大，所以临床常根据Na ⁺浓度判定体液渗透状态。血浆渗透压正常范围为280～310mmol/L，<280mmol/L称低渗，>310mmol/L称高渗。计算渗透压的公式为：

加10是代表除Na ⁺以外其他阳离子，乘2是把阴离子以等量看待。

1.酸碱失衡发生后由于pH的变化，常导致细胞内外离子交换，并影响肾脏泌H ⁺和排K ⁺功能，因而使血K ⁺发生变化。酸中毒时H ⁺浓度增高，细胞内K ⁺外逸，肾脏泌H ⁺增加，H ⁺-Na ⁺交换增加，K ⁺-Na ⁺交换减少，而致排K ⁺减少，均导致血清K ⁺升高；碱中毒时H ⁺浓度降低，K ⁺进入细胞内，肾脏泌H ⁺减少，H ⁺-Na ⁺交换减少，K ⁺-Na ⁺交换增加，而致排K ⁺增多，均导致血清K ⁺降低。因此，酸中毒时血K ⁺增高，碱中毒时血K ⁺降低。

2.酸碱失衡发生后，由于HCO ₃ ^-升高或降低，根据电中和定律必有Cl ^-或UA的降低或升高，以维持阴、阳离子电荷总量的相等。代谢性碱中毒时HCO ₃ ^-原发性升高，常伴有血Cl ^-降低；呼吸性酸中毒时HCO ₃ ^-代偿性升高，亦常伴有血Cl ^-降低。代谢性酸中毒时HCO ₃ ^-降低，可伴有血Cl ^-升高或UA升高，以维持阴、阳离子电荷的平衡。

3.酸碱失衡发生后，血Ca ⁺也随之发生变化。酸中毒时，与血浆蛋白结合的结合钙被释放出来转变为游离钙，血Ca ⁺升高，神经肌肉兴奋性降低；碱中毒时，结合钙的解离受到抑制，血Ca ⁺下降，神经肌肉应激性升高。

细胞外液K ⁺浓度是影响肾小管H ⁺与Na ⁺交换的重要因素之一。当血K ⁺降低时，肾小管K ⁺-Na ⁺交换减少，而排泌较多的H ⁺与Na ⁺进行交换，即H ⁺-Na ⁺交换增强，且回收HCO ₃ ^-增加，使pH增高而导致代谢性碱中毒。同时低钾血症时，细胞内液3K ⁺外逸，细胞外液2Na ⁺和1H ⁺进入细胞内，使细胞外液H ⁺浓度降低，亦导致细胞内酸中毒、细胞外碱中毒，细胞内Na ⁺浓度增高。此时肾脏重吸收K ⁺增强，H ⁺、Na ⁺排泄增多，导致尿钠增高及反常性酸性尿。当血K ⁺增高时，较多的K ⁺与Na ⁺进行交换，致H ⁺与Na ⁺交换减少，从而使H ⁺排出减少，血浆H ⁺浓度升高，pH降低而导致代谢性酸中毒。由此可见，低血K ⁺引起细胞外碱中毒，高血K ⁺可导致细胞外酸中毒。

Cl ^-为可以自由交换的阴离子。低氯血症时，机体为维持阴、阳离子的电荷平衡，肾小管对HCO ₃ ^-的重吸收增加。在细胞内，为抵消Cl ^-的下降，细胞内HCO ₃ ^-向细胞外转移增加，可出现细胞内酸中毒、细胞外碱中毒。在肾脏，因低氯血症时进入致密斑细胞的Cl ^-减少而使NaCl重吸收降低，于是肾素分泌增加，致使醛固酮分泌增多并促进远端肾小管泌H ⁺；且低氯血症时集合管H ⁺-ATP酶泵泌H ⁺功能增强，重吸收HCO ₃ ^-增加，故使血浆HCO ₃ ^-增高而致代谢性碱中毒，伴碱性尿。血氯增高时，细胞外HCO ₃ ^-向细胞内转移增多，同时远端肾小管液中Cl ^-含量增加，致使皮质集合管分泌HCO ₃ ^-增强，肾脏排出HCO ₃ ^-增加，致血浆HCO ₃ ^-降低而引起代谢性酸中毒，伴酸性尿。由此可见，低血Cl ^-引起细胞外碱中毒，高血Cl ^-导致细胞外酸中毒。

正常人动脉血红细胞内的pH(pHi)在7.18～7.24，其偏酸性状态有利于维持细胞内多种酶如磷酸果糖激酶的活性，从而保证多个代谢途径如糖酵解的顺利进行。调节pHi的红细胞蛋白主要有以下3种：

（一）带3蛋白

带3蛋白是红细胞膜的主要蛋白质成分，占总膜蛋白量的25%～30%，其主要生理功能是介导HCO ₃ ^-/Cl ^-透过红细胞膜以1∶1进行交换。在组织毛细血管，代谢产生的CO ₂弥散进入红细胞，并在碳酸酐酶作用下CO ₂+H ₂ O→H ₂ CO ₃→HCO ₃ ^-+H ⁺，H ⁺被Hb与HbO ₂缓冲，HCO ₃ ^-离开红细胞与细胞外Cl ^-交换，以促使更多CO ₂进入红细胞。HCO ₃ ^-/Cl ^-交换在组织CO ₂转运和肺CO ₂排出的过程中起重要作用。任何使HCO ₃ ^-/Cl ^-交换受限的因素均可减少CO ₂的排出。

肺心病Ⅱ型呼吸衰竭患者带3蛋白相对含量明显降低，致使HCO ₃ ^-/Cl ^-交换受限，而使CO ₂排出减少。带3蛋白降低的机制可能与长期严重缺氧，红细胞内的ATP产生不足等因素有关。带3蛋白减少致HCO ₃ ^-/Cl ^-交换受限，红细胞内HCO ₃ ^-增高；而呼吸性酸中毒时血Cl ^-降低又致使红细胞外无相应升高的Cl ^-以供交换，亦导致HCO ₃ ^-/Cl ^-交换受限。因此对Ⅱ型呼吸衰竭患者及时纠正低氧血症，恢复红细胞膜带3蛋白的正常结构与功能，以及纠正低氯血症，提供充足的Cl ^-，均可加速HCO ₃ ^-/Cl ^-的交换，有助于CO ₂的排出。

（二）质子泵

质子泵是红细胞膜上的糖蛋白成分，其生理功能是逆浓度梯度主动转运氢离子进出细胞。质子泵能量由ATP水解提供。目前发现有3种质子泵对pHi有调节作用：①[H ⁺]-ATP酶；②K ⁺/[H ⁺]交换ATP酶；③[H ⁺]易位ATP酶。其调节机制不详。

（三）Na ⁺ /［H ⁺ ］交换器

Na ⁺/[H ⁺]交换器仍属于位于红细胞膜的蛋白质成分，功能是在环腺苷酸(cyclic adenosinemonophosphate，cAMP)的控制下，受跨膜的Na ⁺浓度驱动，促使Na ⁺内流与胞内H ⁺交换。在pHi降至正常水平以下时，Na ⁺/[H ⁺]交换器被激发，Na ⁺内流增加，胞内H ⁺被排出，从而纠正红细胞酸中毒。进入胞内的Na ⁺通过Na ⁺-K ⁺ATP酶排出胞外。

脑脊液(CSF)是蛛网膜间隙和脑室内充盈的无色低蛋白溶液，其内环境的稳定对于维持脑的渗透压正常、调节脑的正常功能、调节呼吸和心血管功能十分重要。CSF的PCO ₂﹥血浆PCO ₂ 4mmHg(0.53kPa)，CSF的pH<血浆pH 0.12。CSF的pH改变受CSF中PCO ₂和HCO ₃ ^-两方面因素影响，与前者呈正相关，与后者呈负相关。

CSF的PCO ₂高低取决于：脑产生CO ₂的速度和数量；CO ₂通过血液循环运入和输出脑的运输速度和数量；CO ₂在CSF的溶解度。

CSF的HCO ₃ ^-与血HCO ₃ ^-关系不大。HCO ₃ ^-不但可以在血浆与CSF之间直接顺浓度梯度被动转运，还可从CSF向血浆主动转运，尤其在CSF的PCO ₂升高时，脉络丛上皮细胞、脑细胞、脑毛细血管内皮细胞及脑神经胶质细胞的碳酸酐酶活性增强，可促进CSF中HCO ₃ ^-的形成与分泌，使CSF中HCO ₃ ^-含量随之升高。除PCO ₂可影响HCO ₃ ^-浓度外，CSF强离子差，即CSF主要阳离子与阴离子浓度之差，也是重要的影响因素。因Na ⁺、K ⁺等离子浓度相对稳定，故Cl ^-浓度的调节至为关键，与HCO ₃ ^-浓度呈反向等量变化。最后，因为弱电解质的溶解常数与温度正相关，温度也影响HCO ₃ ^-浓度，与CSF中HCO ₃ ^-浓度呈正相关。

呼吸因素所致酸中毒时，PaCO ₂升高随即造成CSF中PCO ₂升高，颅内细胞碳酸酐酶活性增加，血脑屏障HCO ₃ ^-/Cl ^-交换增加，继之出现CSF中 HCO ₃ ^-升高和Cl ^-下降；呼吸因素所致碱中毒时，CSF中PCO ₂下降，碳酸酐酶活性减少，CSF中HCO ₃ ^-和血浆Cl ^-交换加速，CSF HCO ₃ ^-下降和Cl ^-升高，另由于CSF中PCO ₂下降造成脑血流减少而缺氧，无氧酵解产物乳酸也增加。代谢性酸碱平衡失调则对CSF酸碱平衡状态无明显影响。