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AimeeC.Brooks
PurdueUniversityCollegeofVeterinaryMedicine,WestLafayette,Indiana,USA
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静脉血气分析是一线常用的“即时性”血液检查，能够评估动物的酸碱平衡状态、电解质和其他指标（取决于用什么仪器），例如肾脏指标和乳酸。评估患病动物的氧合状态/通气状态时一般依靠动脉血气分析。宠医客其他医讯文章将讨论乳酸和电解质紊乱之类的床旁指标，本文重点讨论酸碱平衡的评估和氧合状态/通气状态的评估。
生理学和解剖学基础
血气分析：酸碱平衡
传统分析方法
血液pH值与血流中的氢离子（H+）浓度呈负相关，氢离子越多则血液pH越低。因此血液pH值降低与酸血症（血液偏酸性）相符，而pH升高则与碱血症（血液偏碱性）相符。导致血液pH升高或降低的基本过程就是异常的疾病状态，例如单纯的代谢性酸中毒将导致酸血症。
大多数哺乳动物的血液pH大约是7.4。犬的正常范围是7.35-7.46，猫的则是7.31-7.46。这些值可能会因仪器有些许差异，所以判读结果要参考特定机器给出的正常范围。超出正常范围的值要视作异常情况，偏离越大则造成的不良反应越严重。严重的酸碱平衡紊乱会导致严重的心血管和神经系统功能障碍，引起器官衰竭和动物死亡。
即使pH只是稍微偏离正常范围也是很重要的异常情况，因为pH是一个对数值，所以pH从7.4变成7.1意味着体内氢离子的浓度翻倍了。正因为这样，微小变化也有大影响，哪怕pH仅仅偏离正常范围0.1都会影响到细胞内的酶功能。
由于将血液pH维持在这样很窄的范围内如此重要，所以机体演化出了很多缓冲系统，实现把pH维持在正常范围内，并缓解疾病可能引起的pH改变。这些缓冲系统中最重要的就是碳酸氢盐-碳酸系统，通常用碳酸酐酶方程来表示。
1.1碳酸酐酶方程
CO2+H2O?H2CO3?H++HCO3-
CO2：二氧化碳；H2O：水；H2CO3：碳酸；
H+：氢离子；HCO3-：碳酸氢盐；
这个等式说明当二氧化碳（CO2）与水结合后会形成碳酸，这一反应会被碳酸酐酶催化，在体内的反应速度非常快。碳酸会迅速解离为碳酸氢盐和氢离子，因为机体能够通过呼吸来快速改变CO2的浓度，这一“开放的”缓冲系统对于维持机体正常pH来说极为有效。
经典的哈塞尔巴尔赫（Henderson–Hasselbalch）方程描述了这个系统的主要成分（CO2和HCO3-）与pH之间的关系。
哈塞尔巴尔赫方程
pH=6.1+log[HCO3-/（0.03×PCO2）]或
[H+]=24×PCO2/HCO3-
HCO3-：碳酸氢盐；PCO2：血浆中的二氧化碳分压
哈塞尔巴尔赫方程说明机体的pH是由HCO3-和PCO2的比值决定的，也就是说随着HCO3-浓度的增加，pH也会上升（碱血症），反之则pH下降（酸血症）。因此我们将HCO3-视为身体的主要碱性物质；相反地，PCO2上升时pH下降（酸血症），反之则pH上升（碱血症），所以我们认为PCO2是机体的主要酸性指标。
PCO2由肺泡通气量来决定（见下），因此是酸碱平衡的呼吸这方面的代表值。类似地，HCO3-主要由肾功能来调控，所以是酸碱平衡的代谢这方面的代表值。任何能影响PCO2和HCO3-比值的因素都会改变机体pH。例如，PCO2升高或HCO3-降低会使血液变酸，而PCO2降低或HCO3-增加会使血液变碱。常见的呼吸性酸中毒/碱中毒（分别也叫作通气不足和过度通气）的鉴别诊断如表5.1所示；常见的代谢性酸中毒和碱中毒的鉴别诊断分别如表5.2和5.3所示。
发生酸碱紊乱时，机体会通过拮抗系统代偿，试图将pH拉回正常范围内。例如肾衰竭时机体无法排泄代谢产生的酸，从而出现原发性代谢性酸中毒。这会导致血液pH下降，然后触发可刺激通气的颈动脉体和主动脉弓上的pH受体。通气量增加后会降低血液的PCO2（酸性）（即呼吸性碱中毒），调节pH接近正常水平。代偿机制无法让pH完全恢复正常。针对代谢紊乱的呼吸性代偿发生很快（几分钟内），因为通气状态改变非常快。而针对原发性呼吸紊乱的代谢性代偿则需要更长时间（2-5天），因为为了代偿肾脏需要调整其留存或排泄的酸性物质量。
表5.4健康的试验犬推导计算出的应有的代谢反应。据作者所知，猫的数据通常是从这些值推断而来，目前针对猫应有的代偿反应并没有公开发表的指南。
上述传统的酸碱分析中，认为PCO2和HCO3-是独立的变量，二者的比值决定了pH值。从呼吸角度来说这相当明确，因为PCO2异常的鉴别诊断等同于通气不足或过度通气的鉴别诊断（见表5.2）。传统酸碱分析方法的短板在于解读代谢性酸碱平衡的紊乱。这种死板的传统方法无法区分许多类型的代谢性酸性物质，而HCO3-对它们都有缓冲作用。因此，后续内容讨论包括非传统的/半定量分析方法在内的其他分析方法，能更好地理解在背后影响代谢性酸碱平衡的变量。
传统酸碱分析方法的两个改良涉及到碱剩余（baseexcess，BE）和阴离子间隙（aniongap，AG）的计算，从而分析代谢性酸中毒的各种原因。
酸碱平衡：针对传统方法的改良
碱剩余BASEEXCESS（以下简称BE）
用HCO3-作为评估代谢性酸碱紊乱问题的单一变量存在一个缺陷：HCO3-会被PCO2影响。如上一篇文章的碳酸酐酶方程所示，机体中PCO2过高会导致碳酸酐酶方程的平衡向右移，产生HCO3-和H+。BE就是为了克服这种影响而出现的数学概念。碱剩余是仪器计算得到的一个指标，代表着如果将1L含氧全血在37℃、PCO2为40mmHg时维持pH值7.4的话，理论上必须添加或移除的碱性物质的量。因此，没有酸碱平衡紊乱的动物BE值应该为零。尽管医生应该以仪器提供的正常参考范围为准，但是0±3的BE都可以认为是正常的。由于BE纠正了异常的PCO2水平，所以如同时存在呼吸功能异常，BE在评估酸碱平衡时被认为能更“纯粹的”代表代谢功能。
阴离子间隙ANIONGAP（以下简称AG）
传统分析方法的另一个改良是阴离子间隙（AG）。方程5.3说明了血液中主要阳离子（带正电荷的分子）与阴离子（带负电荷的分子）之间的差异。
阴离子间隙计算公式
AG=（Na++K+）-（HCO3-+Cl-）
Cl，氯；HCO3-，碳酸氢盐；K，钾；Na，钠。
根据电中性定律，阳离子和阴离子之间肯定是一直存在一种平衡，这种平衡可以通过Gamblegram图表来理解（图5.1）。AG中没有包含的阴离子和阳离子被称为“未检测离子”，虽然现代仪器可以检测到这些大多数离子。未检测的阴离子（unmeasuredanions，UA）包括白蛋白和磷酸盐等，而未检测的阳离子（unmeasuredcations，UC）包括钙和镁等。由于健康动物的UA稍微高于UC，所以AG正常范围是犬12-24/猫13-27。AG增加几乎全都是因为UA增加。这通常是因为出现了“新的”阴离子，例如乳酸或酮体。各种毒素（乙二醇）和药物（阿司匹林）也可作为阴离子使AG增高。高AG的代谢性酸中毒的常见鉴别诊断见表5.2。
酸碱平衡的非传统方法的解读
传统的酸碱平衡分析方法的一个问题就是，虽然它能够定义酸碱紊乱，但是并不能帮助临床医师确定潜在原因。这种局限性催生了其他评估酸碱平衡的方法。虽然这些方法有很多版本，但是本文为了简洁而将它们统一归为“非传统方法”进行讨论（例如Stewart-Fencl-Figge法、半定量法）。
图5.1高阴离子间隙代谢性酸中毒的Gamblegram图。左边的2个方框代表健康状态下的正常Gamblegram图，左边是正电性阳离子，右边是负电性阴离子。由于电中性，方框内的离子柱必须始终保持相同的高度。因此，一个方框大小的任何变化都必须通过缓冲液（碳酸氢盐；HCO3-）箱中的相等变化进行补偿。导致HCO3-方块面积增大的变化代表代谢性碱中毒，HCO3-面积减小表示代谢性酸中毒。该图显示了“未检测”阴离子（如乳酸）的增加如何迫使HCO3-降低，这表示酸中毒。阴离子间隙在这种图上可视为UC和UA两个方块之间的高度差增加。此图右侧为高阴离子间隙代谢性酸中毒；
Alb，白蛋白；Cl，氯；Ca，钙；K，钾；Mg，镁；Na，钠；Phos，磷；UA，未测阴离子；UC，未测阳离子。
非传统方法将碳酸氢盐当做因变量，缓冲其他酸性或碱性物质会影响其浓度；传统的方法却将与CO2相关的碳酸氢盐绝对数量视为重要的自变量。例如，传统方法将正常间隙（高氯血症）的代谢性酸中毒的定义是低HCO3-水平；而非传统方法却将酸中毒的主要原因归于氯过量（自变量），而HCO3-减少是HCO3-作为从属缓冲剂被“耗尽了”而出现的继发结果。再进一步，非传统方法能够独立计算多种分析因素的各自影响，例如电解质对总体pH的影响。这是个很突出的优点，因为当竞争性的代谢机制互相掩盖对方作用时，这能让临床医生看清真相。
非传统方法的另一优点是能够让医生评估机体总含水量对酸碱平衡状态的影响。直觉上我们都明白体内水分变化会影响pH。机体的pH是7.4，而水是中性pH7.0。因此，体液相对于水来说稍微偏碱性。体内增加水会酸化体液，移除水则会碱化体液。非传统方法用钠的浓度代表总体液量，从而使医生能够更细致地看清酸碱分析的代谢部分的机理，包括水的影响。
因此，非传统方法评估酸碱平衡的时候必须检测PCO2和HCO3-之外的一些成分，包括钠离子、氯离子、白蛋白、磷酸盐和乳酸。表5.5的数学方程用于计算每种变量对酸碱平衡的影响，负值代表酸化效应而正值代表碱化效应。BE减去这些值的总和后，“剩余的”BE无法用上面5个值解释，就是体内“未检测”的酸性或碱性物质。图5.2解释了传统分析方法中的平衡异常是如何在非传统方法中显露真身的，后续文章将结合实际案例对比了酸碱平衡的传统分析方法和非传统方法。
图5.2被同时存在的低蛋白血症掩盖的高乳酸/高阴离子间隙的Gamblegram图
如图5.1所示，乳酸增多通常会增加阴离子间隙。然而，如5.2右侧所示，如同时存在白蛋白减少，机体将通过保持UA面积的原始“大小”来掩盖原本应该增加的AG。在传统的酸碱分析中，即使计算阴离子间隙也不会发现异常，因为这些平衡作用导致碳酸氢盐水平不变。非传统方法独立测量白蛋白和乳酸的影响，甚至能向临床医生揭示互相平衡的异常造成的“隐藏”影响。
Cl，氯；Ca，钙；K，钾；Mg，镁；Na，钠；UA，未测阴离子；UC，未测阳离子。
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