4.5　缓冲溶液在医学上的意义

缓冲溶液无论在基础医学还是临床医学，都有重要的作用和广泛的用途。例如，在生物体内进行的许多化学反应，都需要酶做催化剂，而每一种酶只有在一定的pH值下才具有活性。此外，在组织切片、微生物培养、细菌染色、血液保存、临床化验、一些药物的配制等方面，都要求溶液保持一定的pH值。在研究人体的生理机制和病理变化、体液中酸碱平衡和水盐代谢，以及研究蛋白质的分离和提纯、核酸及遗传基因等许多方面的工作，都要用到缓冲溶液及其配制方面的知识。人体内的各种体液都有一定的pH值范围，见表4-1。正常人血液的pH值相当稳定，始终维持在7.40±0.05范围内，有许多因素都能导致血液中酸度或碱度发生变化，如果血液的pH值改变0.1单位以上，就会出现酸中毒（acidosis）或碱中毒（alkalosis）的现象，严重时甚至危及生命。血液的pH值之所以能维持在一个窄小的范围内，是由于血液中存在的多种缓冲系的缓冲作用及肺、肾的生理调节的结果。

红细胞中存在的缓冲系主要有：H₂CO₃-HC、H₂P-HP、H₂bO₂-Hb（氧合血红蛋白）和H₂b-Hb^-（血红蛋白）。其中以氧合血红蛋白和血红蛋白缓冲系最重要。当人体各组织和细胞代谢产生大量CO₂时，主要通过它们发挥缓冲作用。首先，代谢产生的大量CO₂与血红蛋白离子作用如下：

CO₂　+　H₂O　+　Hb^-　　H₂b　+　HC

产生的HC由血液运输至肺，并与氧合血红蛋白作用如下：

HC　+　H₂bO₂　　Hb　+　H₂O　+　CO₂

这说明由于氧合血红蛋白和血红蛋白的缓冲作用，将代谢产生的大量CO₂，从组织和细胞迅速运输至肺部并呼出，血液的pH值不会受太大影响。

血浆中存在的缓冲系主要有：H₂CO₃-HC、H₂P-HP和H_nP-H_n-1P^-（H_nP代表蛋白质）。其中以H₂CO₃-HC缓冲系的浓度最高，缓冲能力最强，在维持血液正常pH值中发挥的作用最重要。当人体各组织和细胞代谢产生比CO₂酸性更强的非挥发性酸，如硫酸、磷酸和乳酸等进入血浆时，主要由HC发挥其抗酸作用，与这些酸解离出的H⁺结合生成H₂CO₃，增加的H₂CO₃可以从肺部以CO₂的形式呼出，而损失的HC可由肾的生理调节得到补充。HC是血浆中抵抗非挥发性酸的最主要成分，习惯上把血浆中的HC称为碱储。体内产生的碱性物质则由H₂CO₃发挥其抗碱作用，因此，血浆的pH值可以保持相对恒定。

酸碱平衡紊乱

正常人血液的pH值相对恒定是机体进行正常生理活动的基本条件之一。机体每天在代谢过程中，均会产生一定量的酸性或碱性物质并不断地进入血液，这都可能影响到血液的pH值。尽管如此，血液pH值仍恒定在的7.35～7.45之间。健康机体是如此，一般疾病过程中仍然如此。之所以血液酸碱度能如此稳定，是因为人体有一整套调节酸碱平衡的机制，首先依赖于血液内一些如碳酸和碳酸氢盐为主的酸性或碱性物质以一定比例构成的多种缓冲系来完成，而这种比例的恒定，却又依赖于肺和肾等脏器的调节作用，把过剩的酸或碱给予消除，使体内酸碱度保持相对平衡状态。机体这种调节酸碱物质含量及其比例，维持血液pH值在正常范围内的过程，称为酸碱平衡。因此，正常状态下，甚至是疾病过程中，一般不易发生酸碱平衡失调。只有在严重时，机体内产生或丢失的酸碱过多而超过机体自身调节能力，或机体对酸碱调节机制出现障碍时，才会导致酸碱平衡失调，这种情况称为酸碱平衡紊乱。它是临床常见的一种症状，各种疾患均有可能出现。例如严重的代谢性碱中毒患者可有烦躁不安、谵妄、精神错乱等表现或低K⁺血症等；又如，严重的代谢性酸中毒患者可引起心律失常、心肌收缩力减弱，或意识障碍、嗜睡、昏迷，最后可因呼吸中枢和血管运动中枢麻痹而死亡等。

H₂CO₃在溶液中主要是以溶解的CO₂形式存在，确切地说，H₂CO₃-HC缓冲系应写为C-HC。正常人体血浆中，［HC］和［CO₂］_溶解的平均值分别为24.0mmol·L^-1和1.20mmol·L^-1，在37℃时，血浆中的离子强度为0.16，经校正后血浆中的碳酸缓冲系pH值的计算式为：

　　（4-15）

人体血浆中HC-C缓冲系的缓冲比为20∶1，HC的含量远大于H₂CO₃，抗酸能力很强，这与人体代谢产物中酸远多于碱的生理情况是相适应的。该缓冲比已超出体外缓冲溶液有效缓冲比（1∶10～10∶1）的范围，但仍具有很强的缓冲能力，这是因为人体是一个开放体系，由于肺呼吸及肾的排泄作用的调节，使得血液中的HC和C的浓度和比值，始终保持相对稳定的缘故。有关这方面的知识，还要在后继课程的学习中详细讨论。

总之，由于血液中多种缓冲系的缓冲作用和肺、肾的调节作用，使正常人血液的pH值维持在7.40±0.05的狭小范围内，而血液中的缓冲系所起的主要作用是将组织、细胞代谢所产生的大量酸在运送至排出部位（肺、肾等）的过程中，保持血液的pH值相对稳定。