WARNING：本文专业性极强，请大家放空脑子，边听音乐边看。
注：老样子，本文章所引用国外文献，本人之后将对其进行适当的翻译。如有出错或不当，欢迎指教！
序言：这个问题的来源我忘了，但是我觉得这的确是个值得讨论的问题。
首先，我们先看一下几个概念：DKA、CSF、BBB。
Diabetic Ketoacidosis(DKA) is a potentially life-threatening complication in patients withDiabetes Mellitus. It happens predominantly in those withType-1 Diabetes, but it can occur in those withType-2 Diabetesunder certain circumstances. DKA results from a shortage ofInsulin; in response the body switches to burning fatty acid and producing acidic Ketone Bodiesthat cause most of the symptoms and complications.
【酮症酸中毒（DKA）是糖尿病患者一种威胁生命的潜在并发症。主要发生于I型糖尿病，但在某些情况下II型糖尿病也会发生。DKA的主要起因是缺少胰岛素，而作为代偿，机体转而燃烧脂肪酸并产生引起许多症状和并发症的酮体。】
Cerebrospinal Fluid (CSF)is a clear colorless bodily fluid produced in the choroid plexus of the brain. It acts as a cushion or buffer for the cortex, providing a basic mechanical and immunological protection to the brain inside the skull and serves a vital function in cerebral autoregulation of cerebral blood flow.
【脑脊液（CSF）是由脉络丛产生的无色透明体液，作为皮质的缓冲，为脑提供颅内的机械和免疫两方面的保护，并且为脑血流量的自动调节起到重要的作用。】
Blood–brain Barrier (BBB)is a separation of circulating blood from thebrain extracellular fluid (BECF)in the central nervous system (CNS). It occurs along all capillaries and consists of tight junctions around the capillaries that do not exist in normal circulation.Endothelial cells restrict the diffusion of microscopic objects (e.g., bacteria) and large or hydrophilic molecules into the cerebrospinal fluid (CSF), while allowing the diffusion of small hydrophobic molecules (O2, CO2, hormones).Cells of the barrier actively transport metabolic products such as glucose across the barrier with specific proteins.[citation needed] This barrier also includes a thick basement membrane and astrocytic endfeet.
【血-脑屏障（BBB）是将中枢神经系统（CNS）的脑细胞外液（BECF）和循环血液分隔开的屏障，由脑毛细血管壁和包于壁外的胶质膜所组成，但这种结构在其他循环中不存在。内皮细胞限制微生物（比如细菌）或大的或亲水性分子扩散进入脑脊液，同时允许小的或疏水性分子（比如O2、CO2、激素）扩散进入脑脊液。屏障的细胞通过一些特定的蛋白质将葡萄糖等代谢物质主动跨膜转运，此屏障还包括一个厚基底膜和星形细胞终足膜。】
那么DKA引起血液呈酸性的物质到底是什么？
Diabetic ketoacidosis arises because of a lack of insulin in the body. The lack of insulin and corresponding elevation of glucagon leads to increased release of glucose by the liver (a process that is normally suppressed by insulin) from glycogen via glycogenolysis and also through gluconeogenesis. High glucose levels spill over into the urine, taking water and solutes (such as sodium and potassium) along with it in a process known as osmotic diuresis. This leads to polyuria, dehydration, and compensatory thirst and polydipsia. The absence of insulin also leads to the release of free fatty acids from adipose tissue (lipolysis), which are converted, again in the liver, intoketone bodies (acetoacetate and β-hydroxybutyrate). β-Hydroxybutyrate can serve as an energy source in the absence of insulin-mediated glucose delivery, and is a protective mechanism in case of starvation. The ketone bodies, however, have a low pKa and therefore turn the blood acidic (metabolic acidosis). The body initially buffers the change with the bicarbonate buffering system, but this system is quickly overwhelmed and other mechanisms must work to compensate for the acidosis.One such mechanism is hyperventilation to lower the blood carbon dioxide levels (a form of compensatory respiratory alkalosis). This hyperventilation, in its extreme form, may be observed as Kussmaul respiration.
【DKA是由于体内胰岛素（Insulin）的缺乏而引起的。胰岛素的缺乏和胰高血糖素的相应升高导致肝糖原通过糖原分解和糖异生作用增加葡萄糖从肝脏的释放（这个过程通常抑制胰岛素。）水和电解质（比如钠和钾）会因为高血糖水平进入尿液，这个过程就是高渗性利尿。这会引起多尿、脱水、代偿性口渴和多饮。而胰岛素的缺失同样会导致游离脂肪酸从脂肪组织中释放，再次在肝脏中转换为酮体（主要是乙酰乙酸和β-羟基丁酸）。β-羟基丁酸可以作为胰岛素介导缺乏时的葡萄糖转运能量来源，这是饥饿时的保护机制。但是酮体具有较低的pKa值（pKa就是酸性系数，pKa越小，酸性越强）并进而将血液变成酸性（也就是代谢性酸中毒）。机体最初通过碳酸氢盐缓冲系统缓冲这种改变，然而碳酸氢盐缓冲系统被迅速击垮（译者注：就是碳酸氢盐缓冲系统被DKA那压倒性的酸性冲击直接无效……），而酸中毒状态必须通过其他机制工作进行代偿。其中就有通过过度通气降低血液中的二氧化碳水平（即代偿性呼吸性碱中毒），而这种过度通气的极端形式就是Kussmaul呼吸。】
根据BBB的作用，CSF的酸碱情况与血液中的酸碱情况有直接联系，而一项对于DKA患者的动脉血与CSF的pH相关性研究证实了这一点：
Although metabolic acidosis occurred in CSF as in arterial blood, the normal range of CSF pH can be maintained for the reason that the barrier of blood-brain and blood-CSF inhibits blood ketone bodies from entering CSF and the compensation ability of CSF PCO2is higher than that of arterial blood. In case blood ketone bodies increase markedly, PaCO2will decrease significantly, thus leading to sever metabolic acidosis in CSF.
【DKA时，CSF同动脉血一样发生代谢性酸中毒，但由于血脑、血CSF屏障有抑制血酮体进入CSF的作用及CSF对PCO2相对较高的代偿，CSF的pH能相对维持在一个接近正常的范围. 如果血酮体明显升高，PaCO2大幅度下降，同样可引起CSF严重的代谢性酸中毒。】
嘛……总结下来，DKA时血液和CSF成酸性的原因是因为酮体的存在，而乙酰乙酸和β-羟基丁酸的pKa（3.77）比碳酸（6.33）低，说明酮体的酸性程度比碳酸强，那么酸中毒用点碱中和不就OK了？作为临床上最常用的碱性药物，碳酸氢钠经常用来纠正代谢性酸中毒，然而事情却不是这样的：
None of the studies done in DKA have shown any benefit of bicarbonate treatment.Potential problems are sodium overload,CSF acidosis, intracellular acidosis, exacerbation of hypokalaemia, rebound alkalosis and impaired tissue oxygen delivery (leftward shift of oxyhaemoglobin dissociation curve). After treatment of DKA starts, the slowest biochemical parameter to recover is usually the serum bicarbonate - this is especially so when substantial amounts of ketones have been lost in the urine. New bicarbonate is generated when the condition is reversed and the ketones are metabolised. Bicarbonate administration is not necessary.
【没有一个关于DKA的研究显示碳酸氢盐的治疗是有益的。潜在问题有钠超负荷、CSF酸中毒、细胞内酸中毒、加重低血钾、反跳性碱中毒以及组织供氧受损（氧-Hb解离曲线左移）。DKA的治疗开始后，恢复得最慢的生化指标通常是碳酸氢盐——尤其是当大量的酮体随尿液流失时。当条件逆转并且酮体被代谢掉时新的碳酸氢盐产生。碳酸氢盐治疗是没有必要的。】
这到底是怎么回事？
OK，重点来了！
很显然，这是一种以牺牲细胞内酸碱平衡为代价调整细胞外酸碱平衡的盲目治疗，而机体酸碱平衡无非和碳酸有直接关系：
CO2+ H2O ⇌ H2CO3⇌ HCO3-+ H+
根据质量作用定律，化学反应速度和反应物浓度的幂乘积成正比，也就是说方程式两边的浓度高低决定化学反应的移向。必须注意的是左边H2CO3分解成CO2和水是较慢的分解反应，需要碳酸酐酶参与才能加快；而右边的碳酸离解为H+和HCO3-是较快的电离反应。（需要注意的是，CO2本身并没有酸碱性，而是与水反应产生的H2CO3具有酸性。）
当初之所以使用碳酸氢钠来纠酸是为了提升HCO3-的浓度，但实际上这个想法是错误的。因为机体内HCO3-与H2CO3的含量对酸碱平衡的意义并不太大！！！那么到底是什么影响着血液的pH？
根据1908年美国生化学家劳伦斯·约瑟夫·亨德森（Lawrence Joseph Henderson）研究碳酸的缓冲能力时提出的，并在1916年由丹麦物理化学家卡尔·阿尔伯特·哈塞巴赫（Karl Albert Hasselbalch）研究代谢性酸中毒时改写成对数形式的Henderson-Hasselbalch公式：
可以看出真正影响血液的pH值的是两者的比值，而H2CO3的浓度还可以写成CO2的溶解度（α或kHCO2）与PCO2的乘积。由于在37℃时H2CO3在血液的pKa是6.1，CO2的溶解度是0.03 mmol/mmHg，因此Henderson-Hasselbalch公式还可以简写成：
当血液的pH维持在7.40±0.05时，这个比值是维持在20:1这个水平的，机体也是依靠这个机理调节pH趋向的。DKA作为二元混合型酸碱失衡的代表，同时存在代谢性酸中毒（Metabolic Acidosis）与呼吸性碱中毒（Respiratory Alkalosis），那我们看一下两种酸碱失衡在起始状态（Beginning）和代偿状态（Compensation）时各指标的变化：
代谢性酸中毒：过多代谢产物如乳酸、酮体进入血液后，机体通过多种途径进行调节，首先是血浆缓冲对HCO3-/H2CO3的缓冲作用，而缓冲结果是血浆中HCO3-含量减少、CO2增多、PCO2升高，经肺调节，刺激呼吸中枢，加快呼吸，排出过多的CO2。与此同时，肾也进行调节，排酸保碱，以增加HCO3-的重吸收，其结果是血浆中HCO3-降低，H2CO3也随之降低，在低水平保持[HCO3-]/[H2CO3]＝20/1，血[HCO3-]低于正常水平，pH值仍在正常范围。
呼吸性碱中毒：由于过度换气，CO2排出过多，使血浆PCO2降低，血浆[HCO3-]/[H2CO3]＞20/1，pH有升高的趋势，因血液CO2减少，使H2CO3浓度降低，CO2弥散入肾小管细胞量减少，分泌H+离子入肾小管腔也减少，H+-Na+交换减弱，HCO3-回吸收量减少，导致血浆中[HCO3-]水平也降低，血浆[HCO3-]/[H2CO3]在低水平正常水平下保持20/1，pH值仍在正常范围。
最后的结果都是在代偿状态下[HCO3-]和[H2CO3]都处于低正常水平维持20:1的状态。
OK，说了那么多，我们再次回到碳酸氢钠身上，那么碳酸氢钠是如何造成之前所述的那么多不良后果呢？
我们把酮体的化学式设为HA，那么加入的碳酸氢钠会发生如下反应：
NaHCO3+HA→NaA+H2CO3
由于碳酸氢钠可发生不可逆的解离反应NaHCO3→HCO3-+ Na+而碳酸也会发生可逆解离反应H2CO3⇌ HCO3-+ H+，由于都生成HCO3-，会产生同离子效应（Commonion Effect），碳酸的解离反应会被抑制，朝着生成水和CO2的方向走。如果给一个患者输入50mmol的BS（5%NaHCO3溶液83ml），会使PCO2上升5mmHg，产生1L的CO2，这是一个健康成年人5分钟的CO2产量，增加通气负担，PCO2升高，大量溶于血液的酮体和CO2通过BBB弥散入CSF，而HCO3-不容易通过BBB，从而引起CSF酸中毒。
这是很多朋友给我的答复，但是个人认为并不完整。因为如果这样的话，只要进行过度通气，便可以解决问题。然而事情没有那么简单。
因为我认为这是一个连携效应，也就是说碳酸氢钠引起的其他问题同样参与了反常性酸中毒的形成。
由于之前血液中的K+因为高渗性利尿而大量流失，由于碳酸氢钠能够使胞外的K+从胞外转向胞内，更加加重了低钾血症（Hypokalemia），不利于呼吸肌的收缩，呼吸负担更大。而由于血液pH逐渐升高，引起氧离曲线左移，Hb和O2的亲和力增强，而红细胞内已经减少的2,3-DPG来不及恢复，使血红蛋白在组织中释放氧的能力下降，进而组织缺氧，有氧代谢减少，无氧代谢增加，不仅会延缓酮体的氧化，而且无氧酵解的产物是乳酸。况且身体中的H+每小时以几百mEq由代谢不断产生，而体内的HCO3-的数量只有860 mEq，肝肾产生新的碱储备较慢，因此无氧酵解没能得到扭转的情况下，单用碳酸氢钠纠酸是无效的。
分析总结：在DKA以及其他代酸情况下使用碳酸氢钠会使PCO2急剧升高，并且降低呼吸机能，使组织缺氧。在酮体，PCO2，无氧酵解三重冲击下，体液的总pH值不升反降。而HCO3的迅速消耗与PCO2的急剧升高，使[HCO3-]/[H2CO3]的比值下降，可能是体液酸度上升的原因。
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