I

在前一章我曾重復(fù)地提到了乳酸，還有二氧化碳(在水溶液中成為碳酸)這些作為肌肉活動(dòng)時(shí)必然隨之而來的產(chǎn)物的形成過程。磷酸和硫酸在體內(nèi)的產(chǎn)生也與此類似，是從蛋白食物所含的磷和硫氧化而成的。在某種病態(tài)條件下，具有特殊性質(zhì)的酸性物質(zhì)可以出現(xiàn)。另一方面，特別在攝取植物性食物時(shí)，鈉、鉀、鈣這一類堿根被大量攝入，或者機(jī)體通過酸性胃液的分泌血暫時(shí)失酸，從而導(dǎo)致血液趨堿。血液不發(fā)生過酸或過堿的變化，這一點(diǎn)對(duì)細(xì)胞生存和保持本身固有機(jī)能來說具有頭等的重要性。

血液的“反應(yīng)”^[1]可通過血漿氫(H)離子濃度來測(cè)定。氫離子是一個(gè)帶有電荷的氫原子。水中加入鹽酸(HCI)時(shí)水即變?yōu)樗嵝?，因?yàn)镠Cl解體亦即解離為組成離子——?dú)浜吐?。其酸性程度取決于溶液中氫離子數(shù)量。與此類似，一個(gè)溶液的堿度決定于氫(H)和氧(O)這兩種結(jié)合元素的濃度，它們帶有電荷，構(gòu)成所謂“氫氧離子”(OH)。純的蒸餾水(H₂O)輕度解離為H和OH離子，這二者數(shù)量必是相等的。純水之被視為中性，并非其中不存在酸或堿性物質(zhì)，而是由于二者的含量相等。在22℃時(shí)，一千萬公升純水中含有l(wèi)克重量的離子氫，或者說它的氫離子濃度為一千萬分之一，此濃度也可用1/10⁷，或10^-7來表示。純水中氫氧離子濃度也同樣是10^-7。事實(shí)上，人們發(fā)現(xiàn)在任何水溶液中這兩個(gè)負(fù)指數(shù)的乘積恒為-14。現(xiàn)在通常都避免用這種負(fù)指數(shù)的數(shù)字，而用pH=7這種寫法來表示中性。如氫離子濃度為10^-6，則氫氧離子濃度為10^-8，溶液為酸性。反之，則自然是堿性。如指數(shù)小于7，說明H離子占優(yōu)勢(shì)，反應(yīng)為酸性；如數(shù)字大于7，說明OH離子過剩，反應(yīng)為堿性。

II

血液中OH離子濃度較H離子濃度稍高，其指數(shù)的冪值約為pH7.4。離開這個(gè)中性稍偏堿的反應(yīng)，哪怕是很微小的變動(dòng)都是危險(xiǎn)的。如氫離子濃度升高，此數(shù)字僅僅變化到6．95(即剛越過中性界限到酸性范圍)即可導(dǎo)致昏迷和死亡。而如果氫離子濃度下降，使堿度僅由pH7.4增加到pH7.7，即可導(dǎo)致強(qiáng)直性驚厥。當(dāng)pH由7.4變?yōu)?.0時(shí)，可看到狗的心率由每分鐘75次減少為50次，而當(dāng)這個(gè)變動(dòng)移向堿性方向(由pH7.0到pH7.8)時(shí)，心率可由每分鐘30次增加到85次。如超越這兩個(gè)界限，即導(dǎo)致嚴(yán)重后果；心臟在過酸的液體中松弛而停止搏動(dòng)，在過堿的液體中也要停止搏動(dòng)，只不過通常是在收縮期中停止搏動(dòng)的。

對(duì)說明血液化學(xué)反應(yīng)的改變所帶來的非常嚴(yán)重的危險(xiǎn)來說，這些只是許多事實(shí)中很少的幾個(gè)例子而已。在很窄的變動(dòng)范圍內(nèi)，神經(jīng)系統(tǒng)完善地行使機(jī)能，因而心臟不停地搏動(dòng)著。對(duì)于健康人而言，正常(酸堿)反應(yīng)的變動(dòng)不會(huì)超出狹小的界限之外以致使機(jī)體活動(dòng)遭受損害或危及其生存。在其沒有達(dá)到這種極端的地步之前，一些裝置就自動(dòng)地發(fā)揮作用，使受干擾的狀態(tài)恢復(fù)正常。

血液的(酸堿)反應(yīng)盡管受到種種條件使之作不同傾向的變動(dòng)，但仍能緊密地保持中性，對(duì)這種機(jī)制，要作出完善的說明，就需要對(duì)所涉及的物理化學(xué)過程作深入而詳細(xì)的考察。我們將只考慮這個(gè)機(jī)制的比較簡單的幾個(gè)方面。

III

溶于血漿中的一種化合物是由以下化學(xué)元素組成的，即鈉(Na)、氫(H)、碳(C)和氧(O)，其中氧有三個(gè)原子。這種化合物(NaHCO₃)就是日常食用的小蘇打，在化學(xué)上稱為碳酸氫鈉。同樣存在于血漿中的還有碳酸。碳酸的化學(xué)符號(hào)是H₂CO₃，它是由二氧化碳(CO₂)溶予水(H₂O)而成。血液的(酸堿)反應(yīng)決定于血漿中H₂CO₃與NaHCO₃的關(guān)系——碳酸供給氫離子，而碳酸氫鈉則在鈉的作用下供給氫氧離子。在機(jī)體運(yùn)動(dòng)中如碳酸增加，則血漿趨向酸性。它也可通過減少碳酸的方法而趨向堿性。例如，我們進(jìn)行1—2分鐘過度的、隨意的、深而快的呼吸，就能降低肺泡中二氧化碳的濃度，從而使其擴(kuò)散壓下降。這就減少了血液中二氧化碳向肺移動(dòng)的擴(kuò)散壓的阻力，而使更多的CO₂排出，此過程因過度呼吸所產(chǎn)生肺泡內(nèi)氧濃度的相對(duì)增高而得到促進(jìn)。在生理學(xué)者自身的實(shí)驗(yàn)中，這種使血液傾向堿性的做法曾達(dá)到幾乎引起驚厥的程度。

如將一種非揮發(fā)性酸，諸如鹽酸(HCl)或乳酸(可用HL這種符號(hào)來代表)，加入到血液中，則可結(jié)合碳酸氫鈉中的部分鈉而釋放出二氧化碳，如下列化學(xué)方程式所表示：

HCl+NaHCO₃=NaCl+H₂O+CO₂或HL+NaHCO₃=NaL+H₂O+CO₂

NaCl是普通的食用鹽，一種中性、無害的物質(zhì)。H₂O和CO₂組成人所周知的揮發(fā)性碳酸。如加入HCl或HL這一類強(qiáng)酸，則由于碳酸的增加必然會(huì)使血液暫時(shí)傾向于酸性。但我們已知道，由于CO₂的增加刺激呼吸中樞而造成肺換氣的加快，從而迅速排出過多的酸——包括如上式中由NaHCO₃置換生成的以及因NaHCO₃減少而多余下來的酸。一旦過多的二氧化碳被排出，H₂CO₃與NaHCO₃二者的比例就逐漸恢復(fù)正常狀態(tài)，血液恢復(fù)到正常(酸堿)反應(yīng)，深度呼吸也就隨之消失。

我們已知，在劇烈的肌肉活動(dòng)中可產(chǎn)生大量乳酸，以致這時(shí)沒有足夠的氧將其氧化為碳酸。如乳酸從肌肉細(xì)胞進(jìn)入血液中，則首先通過已提到的途徑得到處理，即形成中性的乳酸鈉。肌細(xì)胞中殘存的乳酸也同樣被游離堿所中和。但這種情況是有限度的，只有把乳酸鹽氧化為碳酸和水才能使這種情況得到進(jìn)一步的解除。這里有一個(gè)“氧債”有待償還。在過度的勞動(dòng)停止后所吸入額外的氧首先被用來氧化肌肉中蓄積的乳酸鹽。經(jīng)氧化后其濃度下降；于是血漿中的乳酸鹽緩慢地?cái)U(kuò)散回肌肉中，在那里又繼續(xù)被氧化。氧化過程中CO₂的產(chǎn)生，是機(jī)體在償還氧債后仍繼續(xù)維持深呼吸的原因。CO₂部分被呼出，但部分仍存留血液中。在這里它和乳酸鈉這個(gè)化合物氧化后所游離出來的鈉相結(jié)合。這樣，由于強(qiáng)度的肌肉工作而減少的血中碳酸氫鈉又恢復(fù)到其原有的正常濃度。

lV

在前幾節(jié)所敘述的情況下，血漿中碳酸氫鈉具有防止血液發(fā)生任何向酸性方面大幅度變化的作用。由于它有行使這種作用的能力而被稱為“緩沖”鹽。還有另一種緩沖鹽存在于血液、特別是在紅細(xì)胞中，即堿性磷酸鈉(Na₂HPO₄)。當(dāng)血液中增加酸性物質(zhì)時(shí)，后者不僅被碳酸氫鈉，而且也同時(shí)被堿性磷酸鈉所“緩沖”，如下式所示：

Na₂HPO₄+HCl=NaH₂PO₄+NaCl

還應(yīng)注意到這里形成了普通的鹽(NaCl)，也同時(shí)產(chǎn)生了酸性(二氫)磷酸鈉?！皦A性”和“酸性”磷酸鈉二者剛好都是接近中性的物質(zhì)。因此，在上式變化中，屬于強(qiáng)酸的鹽酸并未能由于把磷酸鹽從堿性轉(zhuǎn)化為酸性而給血液的反應(yīng)帶來重大的改變。但酸性磷酸鹽仍稍帶酸性，因而不能讓它在液床中蓄積過多。它和碳酸不同，是非揮發(fā)性的，故不能被呼出。腎臟在這里能夠起到限制血液中酸堿擺動(dòng)的作用。

血漿中NaH₂PO₄與Na₂HPO₄的比例為1∶4。兩種鹽都在此比例下經(jīng)過腎小球?yàn)V出。如前所述，組成鹽的堿(例如Na)在血中含量較其所結(jié)合的酸根更為恒定?？磥韷A的保留對(duì)機(jī)體是更為重要的條件。通過腎小管時(shí)磷酸氫二鈉轉(zhuǎn)化為酸性形式：

Na₂HPO₄+H₂O=Na+OH+NaH₂PO₄

其中Na這個(gè)堿，在某種程度上以重碳酸鹽的形式重新被吸收，酸性磷酸鈉則被排出。通過腎小管中的這種變化，酸性與堿性磷酸鹽二者的比例由原來的1∶4最后變成尿液中的9∶1，通過這種方式可排出多量的酸。無論何時(shí)只要血液中產(chǎn)生偏向酸性的傾向，機(jī)體就排出更多的酸性磷酸鹽而向堿性方面校正其(酸堿)反應(yīng)。

如果血液中出現(xiàn)了大量非揮發(fā)性的——也就是不能呼出的酸，則會(huì)產(chǎn)生一種危險(xiǎn)：血中鹽類所結(jié)合的堿，特別是鈉，可通過腎被帶走而使機(jī)體失去堿。在這種情況下，有趣的是，堿性的氨(NH₃)可代替鈉來中和酸。氨是有機(jī)物代謝形成的一種無用產(chǎn)物，通常被轉(zhuǎn)化為中性物質(zhì)——尿素而被排出。只要一有丟失鈉、鈣、鉀等結(jié)合堿的威脅，就形成氨鹽并排放到血液中，然后通過腎小球、經(jīng)腎小管濾出。

V

如血液傾向于堿性，則會(huì)出現(xiàn)前述作用的另一種變化形式。讓我們假設(shè)一種由劇痛或高溫的刺激而造成不正常的深而快的呼吸。從而使肺中氣體的二氧化碳百分率下降，其結(jié)果是，血中二氧化碳濃度減少。H₂CO₃/NaHCO₃的比值下降，也就是說，反應(yīng)進(jìn)一步地傾向于堿性方面。碳酸從呼吸中樞組織自行逸出，其結(jié)果缺少了一種引起發(fā)向橫膈和其他呼吸肌的神經(jīng)沖動(dòng)的刺激。在這種情況下呼吸動(dòng)作可暫時(shí)全部停止。但由于缺乏呼吸作用，體內(nèi)搏動(dòng)的心臟和其他持續(xù)活動(dòng)的器官所不斷產(chǎn)生出來的二氧化碳就在血中蓄積，直到H₂CO₃/NaHCO₃的比值恢復(fù)正常，在這基礎(chǔ)上肺的節(jié)律性換氣過程又重新開始。如果血液的(酸堿)反應(yīng)有時(shí)傾向于堿性，則機(jī)體排出堿性磷酸鈉及其他堿性鹽(多半不包括氨鹽)直到中性得以確保為止。

我們已看到血液化學(xué)反應(yīng)的改變會(huì)帶來多么災(zāi)難性的后果。在這里，液床的穩(wěn)態(tài)是極其迫切的需要。在氫離子濃度危險(xiǎn)的增高和幾乎同樣危險(xiǎn)的反方向變化之間所存在的精確平衡，主要靠腦部呼吸中樞高度的敏感性來維持。與此中樞作用相配合的，是血液本身所具有的高效能的緩沖鹽，它能緩和酸性的血液所造成的最初沖擊。腎臟則能防止非揮發(fā)性酸或堿性鹽的蓄積，但它發(fā)揮作用的速度比較遲緩。我們可以把這些裝置想象為時(shí)刻不離崗位的哨兵，隨時(shí)準(zhǔn)備對(duì)情況變化的最初征兆采取行動(dòng)，以防止接近中性的血液正常的穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生有害的改變。

參考文獻(xiàn)

Henderson．Blood．New Haven，1928．

[1] “反應(yīng)”Reaction實(shí)際就是通常所說的酸堿度?！g者