酸鹼平衡 Acid-base balance

曾經有一位友人深信他是酸性體質才會導致身體的疾病，因而所費不貲的買了許多坊間推薦的鹼性健康食品，經過一段長時間的調養後，他自認為身體好的多，也不再那麼容易疲勞。個人對於人體酸鹼體質的說法，並沒有絕對成熟的見解，但仍覺得其乃無稽之談。那為什麼友人食用鹼性健康食品會覺得身體好多了呢？個人認為是因為身體長時間的自然修復，以及對身體健康的注意(生活規律改變及飲食習慣改變)所造成；所謂鹼性健康食品的大量蔬菜及水果對身體都是不錯的，只是其對身體的影響應該不是改變酸鹼所造成！人體如果過酸或是過鹼都絕對不會是健康的，要定義說某人的體質是偏酸不好，需要鹼性食物來改善的說法，真不知道科學原理從何而來？(癌症病人身體偏酸的說法，只是說明因為體內有大量的不正常細胞能產生不受調節的新陳代謝，所以容易導致身體偏酸，卻不能說明是因為先有酸鹼不正常，然後才導致癌症！)

一般在醫學上所稱人體的酸鹼值(pH)指的是動脈血液的酸鹼值，正常應該在7.35到7.45之間，低於此一範圍稱之為酸中毒(acidosis)，高於此一範圍稱之為鹼中毒(alkalosis)，且不論是那一種都會有立即的病症出現。至於在化學上酸與鹼的定義，則與人體大不相同，一般定義7.0為酸鹼中性(也就是純水的酸鹼值)，低於此值(含氫離子較純水多)稱之為酸，高於此值(含氫離子較純水少)稱之為鹼。

目前市面最常見酸性與鹼性食物的分類，是依據食物完全燃燒後的元素含量，再利用滴定法決定其酸鹼度(這是標準的實驗室化學滴定，因此其酸鹼是依據化學上的定義而得)，與人體的酸鹼定義並不一致；例如醋酸、蘋果酸、檸檬酸等被認為是沒有酸鹼性的(因為會被完全燃燒)，但以醫學觀點而言，只要食入過多，絕對會造成身體的酸負荷過多。另一方面，關於酸鹼體質的認定，較常聽到的有檢查尿液或是唾液的酸鹼值(或是其比例)，如果較一般值要低的時候，就說是具有酸性體質(也有利用問卷調查來決定一個人體質的方式)，並且認定身體不好的人都是酸性體質。測定尿液或是唾液酸鹼的方式，雖是醫學上的一種檢測，但因為用的不是動脈血液，因此在醫學上並無法作為身體酸鹼的認定。(其實只要發生局部異常如腎臟疾病或是唾液腺疾病，尿液或唾液的酸鹼值就可能改變，與全身的酸鹼可以毫無關聯！)

人類為了存活必須進食，其中主要的能量來源為蛋白質、脂肪、及醣類，而這些的代謝物在體內大多都會產生氫離子。細胞內因為代謝的持續進行，因此實際上是偏酸的；目前認為一般細胞內的酸鹼值約在7.0 附近(不同細胞部位，又不一樣)。細胞為了避免氫離子的累積影響細胞功能，必須不斷的將氫離子排出細胞進入血液中，最終排出體外，因而生理上有一定的機制，用以維持穩定的酸鹼平衡。人體調節酸鹼平衡主要有三種機制：
一、快速緩衝系統(buffer system)：緩衝系統對於酸鹼的調節最迅速，可以在氫離子出現在體內的瞬間就將其清除。在血液及組織液(細胞外液)中最主要的緩衝系統是碳酸系統(碳酸氫根離子可以結合氫離子成為碳酸，並可分解為二氧化碳與水)，在細胞內則主要是磷酸系統(細胞還可直接排出氫離子到細胞外)；蛋白質因為可以接合氫離子，因此不論在細胞內外，對酸鹼的調節也都相當重要(尤其是紅血球裡的血紅素，在流經組織時，會中和二氧化碳所衍生的氫離子，同時紅血球還會發生氯離子轉換的現象)。正常情況下血液的酸鹼值與血液中碳酸與二氧化碳分壓比值成一定的關係(韓德森-哈塞巴赫方程式；Henderson-Hasselbalch equation)。依據韓德森-哈塞巴赫方程式亦可推出對人體正常酸鹼而言，磷酸為較碳酸更好的緩衝系統(其pKa值更接近生理的pH值)，但因為人體可以利用肺臟及腎臟調節血液中的碳酸系統，所以碳酸緩衝系統的效率仍相當完善。
二、肺臟(lung)：肺臟對酸鹼的代償速率較慢，主要是透過對二氧化碳排出速率的調整，影響血液中的二氧化碳含量(醫學上主要以二氧化碳分壓為代表)。當人體呼吸速率增加時(大量排出二氧化碳)，可降低血液中的二氧化碳含量，並促進碳酸氫根離子結合氫離子成為碳酸，再分解為二氧化碳與水(二氧化碳由肺臟排出體外，水份由腎臟排出體外)，由於此一過程消耗血中的碳酸氫根離子及氫離子，會使血液趨向鹼性(代謝性酸中毒的人呼吸速率會加速)。相反的當呼吸速率降低時，則會增加血中的碳酸氫根離子及氫離子，並使促使血液趨向酸性(代謝性鹼中毒的人呼吸速率會變慢)。因為血液酸鹼不平衡而能主動調節呼吸速率的化學接受器(chemoreceptors)，包括延髓(medulla oblongata；偵測氫離子為主)、主動脈體(aortic body；偵測偵測氧及二氧化碳分壓為主)、及頸動脈體(carotid body；偵測氫離子、氧及二氧化碳分壓)等，目的皆在維持身體的正常生理。
三、腎臟(kidney)：腎臟是身體最終排出酸或鹼的器官，對酸鹼的代償雖最慢，但卻非常重要。以酸中毒為例，血液的緩衝系統及呼吸系統，雖然可較快的平衡酸鹼，但透過的方式是直接消耗身體的碳酸氫根離子，一旦無以為繼，終將難以維持較正常的血液酸鹼值；腎臟的重要性，在於可不斷的排出血液中的氫離子，並產生新的碳酸氫根離子至血液中，直到身體恢復正常情況。當鹼中毒時，腎臟則可以進行上述相反的生理作用。

臨床上酸鹼中毒可分為呼吸性(respiratory)與代謝性(metabolic)兩大類(呼吸性酸中毒、呼吸性鹼中毒、代謝性酸中毒、代謝性鹼中毒)；當主因為呼吸異常導致酸鹼中毒時稱之為呼吸性，其他則為代謝性(腎臟異常所導致的酸鹼中毒包含在此一分類)。一般若是長時間呼吸性酸或鹼中毒後可以發生腎臟代償作用，使血液的酸鹼值不至偏離正常值過多；若是代謝性酸或鹼中毒則在短時間內就可以發生呼吸代償作用。在實例上酸中毒病例較鹼中毒為多見，可以是相當複雜，例如呼吸性酸中毒合併代謝性酸中毒、呼吸性酸中毒合併代謝性鹼中毒、或代謝性酸中毒合併呼吸性鹼中毒等等，由於此時病因相當多源，治療時相對複雜許多。所幸，身體的酸鹼平衡機制效率極高，一般酸鹼中毒並不常見。(如果酸中毒可以用食物來治療，醫師們會非常高興的！)

碳酸緩衝系統的圖解可參考下列網址：
http://web.virginia.edu/Heidi/chapter2/Images/deeperlook3.gif
http://groups.csail.mit.edu/medg/people/psz/PatilThesis81/Patil85.gif

氯離子轉換(chloride shift)的圖解可參考下列網址：
http://themedicalbiochemistrypage.org/images/bohr.jpg

韓德森-哈塞巴赫方程式的推論可參考下列網址：
http://bouman.chem.georgetown.edu/S02/lect19/image26.gif
http://www.wiley.com/college/pratt/0471393878/student/review/acid_base/buffer_titration.gif
http://groups.csail.mit.edu/medg/people/psz/PatilThesis81/Patil83.gif

腎臟的酸鹼調節機制圖解可參考下列網址：
http://www.colorado.edu/intphys/Class/IPHY3430-200/image/20-21.jpg
http://www.clt.astate.edu/wwilliam/cls_1521_Bicarbonate_Ion_Schematic.jpg

酸鹼中毒後的血液中酸鹼度、碳酸氫根離子、及二氧化碳分壓變化：
http://www.lakesidepress.com/pulmonary/papers/eq/eqtab3.gif

酸中毒病因的分析圖解可參考下列網址：
http://www.medpod101.com/flowsheets/AcidosisMaster.png