[二] 酸堿平衡

1. 碳酸H2CO3在水溶液中會一部分分解成碳酸根離子HCO3-與氫離子H+, 寫成化學式:H2CO3  HCO3- + H+       -代表帶一負電荷, +代表帶一正電荷這裏箭頭有雙向, 可見也是會達到化學平衡, 其符合的數學式是:[HCO3-]*[H+}/[H2CO3] = 某定值  其中 * 代表乘法.

2. 上面的化學式若與前一篇所提之二氧化碳水合的化學式 CO2 + H2O  H2CO3合起來: CO2 + H2O  H2CO3  HCO3- + H+    數學式也合起來得:[HCO3-]*[H+]/[CO2] = 某定值, 整理一下得[H+] = 某定值* [CO2]/[HCO3-]

3. 上面最後的式子顯示: [CO2]越高, 或 [HCO3-]越低則 [H+]越高.因為[H+]代表酸度, 所以只要達成化學平衡 [CO2]/[HCO3-] 這比值也代表酸度,CO2是酸性的, HCO3-是堿性的.

4. 而且, HCO3-越多時, 則當CO2增加或減少一定量, 所引起的[H+]變化越小. 這現象稱為 "HCO3- 具有緩沖功能".

5. 人體不止一直產生CO2, 也產生或吃進來其它的酸, 所以人體傾向於努力把 HCO3-留下來而把酸排出去, CO2靠肺呼吸排泄, H+與其它酸如 HSO4- 靠腎臟排泄到尿中.

6. 如果使用藥物讓腎臟留不住HCO3-而排到尿中, 體內會變酸, 而且CO2變動一點點就會引起較大的[H+]的變動. Diamox(acetazolamide)就是這樣的藥.

7. 人體有偵測體內酸堿的系統來控製呼吸換氣的速率. 當體內酸多時呼吸立刻增加換氣使CO2排出更多, 好讓酸度下降. 因此Diamox會促進呼吸以使體內CO2減少. Diamox透過抑製"碳酸去水"的功能來抑製腎臟腎小管再吸收HCO3-來達到目的. 為何牽涉碳酸去水? 容後再述.

[三] 體內的質傳方式: 擴散, 流動, 滲透, 主動運輸

1. "質傳" 也就是物質的輸送(mass transport).
2. 體內主要是流體的環境. 流動(convection)是速度最快的質傳方式.
3. 擴散(diffusion)的意思: 溶質在溶液中, 溶質的分子或離子會像蟲一樣亂動,亂動的結果, 如果原先溶質的濃度分布不均, 會漸漸變得均勻, 溶質由濃的地方移動往稀的地方. 這是很沒效率的方法, 速度是流動的千分之一以下.

4. 滲透(osmosis)與主動運輸(active transport) 是讓物質進出 "半透膜" 的方式.

5. 半透膜是薄膜, 它選擇性讓一些溶質通過. 不同溶質能通過的通透性不同. 細胞膜就是半透膜, 還有細胞內的胞器的膜也是. 細胞膜內外許多物質濃度差很多, 例如鈉, 鉀離子內外差數十倍, 鈣離子差千倍, 酸堿度也不同. 為何需要內外不同? 一個最主要的原因是: 讓細胞膜成為控製細胞的開關, 當細胞膜對於某溶質的通透性突然改變時, 該溶質的細胞內濃度就突然改變, 引發細胞的某項功能動作. 人體的所有功能都是細胞的功能, 細胞膜的選擇通透性是主要的基礎, 雖然有些物質是自由進出細胞膜的且也很重要.

6. 一如擴散, 溶質傾向於由濃度高的一側經半透膜到濃度低的那一側. 這過程不需由外界施加能量, 此即 "滲透".

7. 若施加能量使溶質由濃度低的一側經半透膜到濃度高的那一側, 稱為 "主動運輸", 也可稱之為 "幫浦pump".

8. 細胞膜的選擇通透性雖然是生理所必需, 也帶來麻煩. 二氧化碳在細胞內產生後, 要運送到肺泡呼出去的過程就要面臨層層關卡.

9. 其實二氧化碳幾乎是可自由進出細胞膜的, 那為何又有麻煩呢? 關鍵在二氧化碳在水中溶解度不高, 而血液是水溶液. 一物質若要有效運輸到遠處非得靠 "流動" 不可, 而該流動的流體若是水溶液, 那麽這物質必須化為高溶解度的形式. 對於二氧化碳而言, 其高溶解度的形式就是碳酸H2CO3, 或碳酸氫根HCO3-.

10. 但又有一麻煩了, 碳酸H2CO3, 或碳酸氫根HCO3-都幾乎不能通過細胞膜! 真麻煩!為何如此? 一個簡單的解釋, 細胞膜的構成是兩層磷脂質, 脂質的部分背靠背形成細胞膜的中間拒水層而讓親水的磷酸向外. 因此較具脂溶性的物質較能通過, 二氧化碳便是如此, 但脂溶性物質自然較難溶於水.

11. 二氧化碳從產生的細胞要運送到肺泡在通過細胞膜時要保持二氧化碳形式, 在 "流動" 時要化為碳酸H2CO3, 或碳酸氫根HCO3-, 而細胞膜關卡有許多道, 所以必須常常在兩種形式間轉換, 這時就需要 "碳酸去水".

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