[二] 酸碱平衡
1. 碳酸H2CO3在水溶液中会一部分分解成碳酸根离子HCO3-与氢离子H+, 写成化学式:H2CO3 <--> HCO3- + H+ -代表带一负电荷, +代表带一正电荷这里箭头有双向, 可见也是会达到化学平衡, 其符合的数学式是:[HCO3-]*[H+}/[H2CO3] = 某定值 其中 * 代表乘法.
2. 上面的化学式若与前一篇所提之二氧化碳水合的化学式 CO2 + H2O <--> H2CO3合起来: CO2 + H2O <--> H2CO3 <--> HCO3- + H+ 数学式也合起来得:[HCO3-]*[H+]/[CO2] = 某定值, 整理一下得[H+] = 某定值* [CO2]/[HCO3-]
3. 上面最后的式子显示: [CO2]越高, 或 [HCO3-]越低则 [H+]越高.因为[H+]代表酸度, 所以只要达成化学平衡 [CO2]/[HCO3-] 这比值也代表酸度,CO2是酸性的, HCO3-是碱性的.
4. 而且, HCO3-越多时, 则当CO2增加或减少一定量, 所引起的[H+]变化越小. 这现象称为 "HCO3- 具有缓冲功能".
5. 人体不止一直产生CO2, 也产生或吃进来其它的酸, 所以人体倾向于努力把 HCO3-留下来而把酸排出去, CO2靠肺呼吸排泄, H+与其它酸如 HSO4- 靠肾脏排泄到尿中.
6. 如果使用药物让肾脏留不住HCO3-而排到尿中, 体内会变酸, 而且CO2变动一点点就会引起较大的[H+]的变动. Diamox(acetazolamide)就是这样的药.
7. 人体有侦测体内酸碱的系统来控制呼吸换气的速率. 当体内酸多时呼吸立刻增加换气使CO2排出更多, 好让酸度下降. 因此Diamox会促进呼吸以使体内CO2减少. Diamox透过抑制"碳酸去水脢"的功能来抑制肾脏肾小管再吸收HCO3-来达到目的. 为何牵涉碳酸去水脢? 容后再述.
[三] 体内的质传方式: 扩散, 流动, 渗透, 主动运输
1. "质传" 也就是物质的输送(mass transport).
2. 体内主要是流体的环境. 流动(convection)是速度最快的质传方式.
3. 扩散(diffusion)的意思: 溶质在溶液中, 溶质的分子或离子会像虫一样乱动,乱动的结果, 如果原先溶质的浓度分布不均, 会渐渐变得均匀, 溶质由浓的地方移动往稀的地方. 这是很没效率的方法, 速度是流动的千分之一以下.
4. 渗透(osmosis)与主动运输(active transport) 是让物质进出 "半透膜" 的方式.
5. 半透膜是薄膜, 它选择性让一些溶质通过. 不同溶质能通过的通透性不同. 细胞膜就是半透膜, 还有细胞内的胞器的膜也是. 细胞膜内外许多物质浓度差很多, 例如钠, 钾离子内外差数十倍, 钙离子差千倍, 酸碱度也不同. 为何需要内外不同? 一个最主要的原因是: 让细胞膜成为控制细胞的开关, 当细胞膜对于某溶质的通透性突然改变时, 该溶质的细胞内浓度就突然改变, 引发细胞的某项功能动作. 人体的所有功能都是细胞的功能, 细胞膜的选择通透性是主要的基础, 虽然有些物质是自由进出细胞膜的且也很重要.
6. 一如扩散, 溶质倾向于由浓度高的一侧经半透膜到浓度低的那一侧. 这过程不需由外界施加能量, 此即 "渗透".
7. 若施加能量使溶质由浓度低的一侧经半透膜到浓度高的那一侧, 称为 "主动运输", 也可称之为 "帮浦pump".
8. 细胞膜的选择通透性虽然是生理所必需, 也带来麻烦. 二氧化碳在细胞内产生后, 要运送到肺泡呼出去的过程就要面临层层关卡.
9. 其实二氧化碳几乎是可自由进出细胞膜的, 那为何又有麻烦呢? 关键在二氧化碳在水中溶解度不高, 而血液是水溶液. 一物质若要有效运输到远处非得靠 "流动" 不可, 而该流动的流体若是水溶液, 那么这物质必须化为高溶解度的形式. 对于二氧化碳而言, 其高溶解度的形式就是碳酸H2CO3, 或碳酸氢根HCO3-.
10. 但又有一麻烦了, 碳酸H2CO3, 或碳酸氢根HCO3-都几乎不能通过细胞膜! 真麻烦!为何如此? 一个简单的解释, 细胞膜的构成是两层磷脂质, 脂质的部分背靠背形成细胞膜的中间拒水层而让亲水的磷酸向外. 因此较具脂溶性的物质较能通过, 二氧化碳便是如此, 但脂溶性物质自然较难溶于水.
11. 二氧化碳从产生的细胞要运送到肺泡在通过细胞膜时要保持二氧化碳形式, 在 "流动" 时要化为碳酸H2CO3, 或碳酸氢根HCO3-, 而细胞膜关卡有许多道, 所以必须常常在两种形式间转换, 这时就需要 "碳酸去水脢".