——如何做好牛類動物臨床液體療法（6）

張廷青 博士 奶牛場/肉牛場運營咨詢顧問

本系列文章第四篇曾提出以下問題，現答複如下：

問題：救治急性大腸杆菌臨床三級乳房炎成功率極低，為什麼？

答：絕大部分死亡歸因于脫水和并發症，一般脫水超過體重5%臨床症狀才明顯，所以罹病前期往往被忽視，脫水超過體重8%-10%将極度危重，救治延遲或不當就會造成死亡。救治措施的重中之重是迅速糾正脫水和重建組織灌注：通常無需糾正酸中毒或堿中毒；650公斤體重×5%=32.5升液體，有時甚至要補65升液體，隻靜脈注射幾升根本不起作用，至少需要注射20升以上；靜脈注射32-65升溶液花費時間太長，可使用10-12号針頭或采血針，快速完成靜脈補液，12小時後重新評估補液效果，如果需要，宜及時再補液。常用注射液：林格氏、乳酸林格氏液和0.9%生理鹽水；不适合用注射液：5%葡萄糖溶液和低滲注射液。可靜脈注射高滲鹽水來取代靜脈注射等滲溶液，旨在促使血鈉水平升高而導緻強烈渴欲，必須迅速補入（用大号針頭，或采血針），如果太慢，則腎髒會發揮代償功能，從而無法引緻渴欲；1升高滲鹽水需從瘤胃吸收20升水，每次可快速靜注2升高滲鹽水，渴欲時間可持續10-15分鐘，所以靜脈注射完畢後必須給予飲水，必要時間隔12-24小時再次重複。對卧地不起或無飲欲的重症牛可胃管灌服40-65升清水（注射高滲鹽水前後均行），胃管灌服隻可給予潔淨普通溫水（與體溫等同），或灌服低滲電解液，藉以利用滲透壓原理使水分容易被瘤胃吸收。

本系列文章第五篇曾提出以下問題，現答複如下：

問題：新産牛卧地不起，我們如何診斷是否為低血鉀症呢？

答：緩慢靜脈注射葡萄酸鈣溶液，或氯化鈣溶液後仍無法站立，排除急性大腸杆菌臨床三級乳房炎、産後急性敗血性子宮炎、重度分娩損傷（如坐骨神經損傷，或閉孔神經損傷），同時産前1-2日采食量大幅度降低，或基本廢絕，可基本初診為低血鉀症。另外，如連續注射地塞米松兩次，亦可造成低血鉀症。

我們現在開始叙述本文。

多年來，發達國家獸醫教科書，包括中國獸醫教科書，均對家畜機體酸堿平衡和失衡機理做過與時俱進的精确叙述，我本人當時的确受益匪淺。然而，回顧自己逾45年的臨床獸醫實踐，我僅僅在上世紀的1975-1976期間，于西北農業大學獸醫院門診部實習期間，見過該獸醫院實驗室配合收治的相關臨床病例，針對性地測定過血液二氧化碳總值和堿儲值。自那以後，我在國内拜訪無數奶牛場期間，再未聞知任何單個患牛，為糾正酸堿失衡，靜脈輸液前或輸液期間，曾建議是否測定一下患牛血液二氧化碳總值和堿儲值。但是，對非人類的罹病畜生，給予人類病人方可享受的實驗室檢測技術服務，是否過于奢侈？那麼，同時代發達國家的當值臨床獸醫又是如何做的呢？

簡言之，如何正确診療防患牛酸堿失衡？發達國家臨床獸醫學正取得革命性進步。全世界所有臨床獸醫包括中國臨床獸醫在内，均非常熟悉著名的漢-哈二氏公式(Henderson-Hasselbalch Equation)，該公式于1916年提出。自那時起，基于該公式，臨床應用與時俱進，如1960年提出堿基過量（BE）概念；上世紀70年代至80年代引入陰離子隙（AG）理論等等。實事求是地評價：漢-哈二氏公式極大促進了人醫領域和獸醫領域，如何正确診療酸堿失衡和電解質異常。

目前在獸醫臨床領域，已經發展出兩項描述機體酸堿平衡可量化的機理性理化方法：分别是強離子模型（Strong Ion Model） 和簡化強離子模型（Simplified Strong Ion Model）。這兩項強離子模型均采用系統性研究方法獲得，能夠理論上明晰地區分自變量和因變量。基于此，因變量隻能從外部影響系統，但不會随系統内部的變化而變化，也不能因為其它因變量的變化而變化。相反，自變量直接且有規律地受因變量的變化而變化。這種哲學語言式的叙述，的确艱澀難懂，我們以下會深入淺出介紹。那麼，如何理解“理化”這一術語呢？物理化學簡稱理化，是研究化學現象和物理現象之間的相互關系，用物理手段，如熱、功、壓力、溫度等的測量，來研究化學現象，以便找出化學過程中某些最具普遍性的一般規律的學科；物理化學的水平在相當大程度上反映了化學發展的深度。

本文旨在概述：

（1）漢-哈二氏公式和強離子差（Strong Ions Difference：SID）基本概念；

（2）列舉百年經典漢-哈二氏公式存在哪些不足之處？

（3）如何證明漢-哈二氏公式在一定條件下，實際相當于簡化強離子差公式？

（4）為臨床獸醫如何正确診療奶牛酸堿失衡，提供相關指南。

需要說明的是：因文中存在大量化學公式，為叙述清晰、準确和簡潔，以及容易理解，各類離子基本均以化學元素符号表示，同時标明電荷數。

漢-哈二氏公式是評估動物酸堿狀态的傳統方法，業已應用逾百年以上。該公式主要關注二氧化碳張力（也稱二氧化碳分壓：Pco2）、碳酸氫鹽濃度（cHCO3-）、碳酸表觀解離系數（pk1＇）的負對數和血漿二氧化碳（CO2）溶解系數（S），如何互相作用而影響血漿酸堿值（pH）。碳酸解離平衡可用公式1表示：

公式1. 碳酸解離平衡公式

Pco2↔CO2（aq）＋H2O↔H2CO3↔H HCO3-

這裡的CO2(aq)表示溶解的CO2，(aq)表示水溶液。

碳酸平衡反應常用漢-哈二氏公式表示如下：

公式2. 如何評估碳酸平衡？

pH=pK1’ log10{cHCO3-/（S·Pco2）}

這裡pK1＇為推薦值，在人類血液溫度37℃，離子強度0.16摩爾/升（哺乳動物細胞外液），且S為0.0307[毫摩爾/升]/毫米汞柱時，其值設定為6.105。使用漢-哈二氏公式評估酸堿平衡，實際上是用pH值作為機體總體酸堿狀态的衡量指标。在上述公式，Pco2作為酸堿平衡的呼吸性組分自變量指标，而血漿cHCO3-或堿過量值（BE），則作為酸堿平衡的代謝性（非呼吸性）組分衡量指标（圖1）。

圖1.利用傳統漢-哈二氏公式（分圖A）和強離子差理論（分圖B）來評估酸堿平衡。漢-哈二氏公式假定血液pH依賴于呼吸系統功能和代謝系統功能，前者以Pco2表示，而後者以cHCO3-或堿過量值表示。分圖A同時也明确顯示了使用漢-哈二氏公式的一個基礎性錯誤，即血液pH與cHCO3-沒有依賴關系，因為cHCO3-是由血液pH和Pco2計算而得。作為對比，另一個評估酸堿平衡的強離子差方法，則也假定血液pH依賴于呼吸系統功能和代謝系統功能，前者同樣用Pco2表示，而後者則以強離子差和血漿非揮發性緩沖物（Atot，如白蛋白、球蛋白和磷酸鹽）濃度表示。

這兒需要說明的是：本文中常出現哈-漢二氏公式、哈-漢二氏方法、哈-漢二氏模型和哈-漢二氏理論四個術語交替使用，實際上它們的含義沒有什麼本質區别。同樣，強離子差公式、強離子差方法、強離子差模型和強離子差理論四個術語也交替使用，它們的含義亦無本質不同。

實際cHCO3-（單位是毫摩爾/升）是運用漢-哈二氏公式，由pH和Pco2測定值、pK1＇和S經驗值按公式3計算獲得。

公式3. 如何計算cHCO3-？

cHCO3-=S×Pco2×10（pH-pK1＇）=0.0307×Pco2×10（pH-6.105）

這個公式假定pK1＇為固定常數，但當公式3應用于鈉和血漿蛋白濃度不同的危重病牛血液時，這一假設受到質疑。

堿過量值則通過常規血氣和pH分析結果，按範斯萊克公式（van Slyke）計算求得，其中血紅蛋白濃度([Hb])和cHCO3-均以毫摩爾/升表示。

公式4.如何計算堿過量值？

BE=（1-0.023×「Hb」）×{cHCO3--24.4 （7.7 2.3×「Hb」）×（pH-7.40）}

标準堿過量值（SBE），也稱細胞外液堿過量值（BEecf），計算公式如下，其中假定「Hb」=3.1毫摩爾/升=5克/100毫升。

公式5.如何計算标準堿過量值？

SBE=BEecf=0.93 ×{cHCO3--24.4 14.83×（pH-7.40）}

标準堿過量值可非常容易地藉助血氣和pH分析結果計算求得，該值能反映患牛機體酸堿失衡狀态和嚴重程度；但是，該值無法闡述酸堿失衡機理。逾一世紀前提出的漢-哈二氏公式，業已充分證實不但有助于理解奶牛酸堿平衡正常生理機能，亦能指導臨床如何診療患牛酸堿失衡。藉助該公式，可将臨床患牛酸堿失衡區分四類：A）呼吸性酸中毒（Pco2升高）；B）呼吸性堿中毒（Pco2降低）；C）代謝性酸中毒（cHCO3-或堿過量值降低）；D）代謝性堿中毒（cHCO3-或堿過量值升高），參閱表1。

表1. 如何診斷奶牛酸堿失衡？

有些血氣分析儀測定血液樣品時，其計算血漿cHCO3-采用pK1＇值6.10或6.095，而非推薦值6.105。此外，也有些血氣分析儀計算堿過量值，或标準堿過量值時，也不采用公式4和5，而是采用其它公式，這無疑意味：即便pH、Pco2和[Hb]數值完全一樣，但真實結果還是有差異。故而，如拟準确計算堿過量值和标準堿過量值，前提是假定血漿蛋白濃度在正常值範圍内；然而，嚴重罹病患牛血漿蛋白濃度往往不會在正常值範圍内。

運用百年經典漢-哈二氏公式診療酸堿失衡完全可靠嗎？目前業已至少發現三項不足：

（1）該公式未解釋為何異常血漿蛋白濃度會改變血液pH？

（2）該公式未解釋為何成年牛攝入氯化鈣（CaCl2）為緻酸性？

（3）該公式未解釋為何快速靜脈注射0.9%氯化鈉溶液、葡萄糖酸鈉溶液、5%葡萄糖溶液，或林格氏溶液亦為緻酸性？

這些不足自然歸因于百年高齡漢-哈二氏公式，因而也就順理成章催生出新的計算公式來解決上述三項不足，這就是“簡化強離子差”計算模型。

科學家認為，血漿pH由下述三個獨立因素決定：

（1）Pco2。

（2）強陽離子差，那麼強陽離子差概念是什麼呢？即：血漿強陽離子（鈉、鉀、鈣和鎂）和陰離子（氯、乳酸、硫酸、酮酸、非酯化脂肪酸及其它）之間的電荷差值，這裡的強陽離子和陰離子均在生理pH狀态完全解離。

（3）Atot即血漿中非揮發性緩沖物濃度（白蛋白、球蛋白及無機磷酸鹽）。

參閱圖1，此模型pH和cHCO3-是因變量，而3個自變量（強離子差、Pco2和血漿非揮發性緩沖離子濃度）直接決定血漿pH。

圖2.該蜘蛛圖揭示了應用漢-哈二氏公式，血漿cHCO3-和二氧化碳張力（Pco2）兩變量在231頭犢牛靜脈血pH值變化之間的關聯，這些犢牛大多數罹患腹瀉。該蜘蛛圖藉系統性地改變一個輸入變量（cHCO3-或Pco2），而保持其它輸入變量均處于犢牛靜脈血漿正常值繪就而成。犢牛靜脈血漿輸入變量cHCO3-正常值是29.5毫摩爾/升，以大空心圓表示；而輸入變量Pco2正常值為53毫米汞柱，以空心方塊表示。實心垂直和水平線顯示靜脈血 pH=7.38時，cHCO3-和Pco2正常值的位點。注意，個體實測值未同pH-cHCO3-曲線完全重合，說明血漿cHCO3-變化不能完全解釋患犢血液pH變化。

依據這三項自變量Pco2、強離子差和Atot，科學家進而研發出了一個複雜的多項式公式來計算pH。該多項式計算出的pH（當時錯誤地使用氫離子濃度而不是氫離子活度）受8個因子影響，包含3個自變量和5個常數。随後其他科學家繼續努力，通過代數運算和圖解證明，該公式8個因子中，其中2個因子的變化，不會影響pH數值，由此又更進一步，發展出了一個6因子簡化強離子差公式，參閱圖1。目前，運用6因子簡化強離子差公式（參閱公式6），是實踐中推行強離子差分析方法的普遍選擇。該公式計算pH需涉及3個自變量，分别是：Pco2、強離子差和Atot；3個常數，分别是：S，血漿碳酸表觀解離常數K1＇和血漿非揮發性緩沖物有效解離常數Ka，公式6如下：

公式6. 如何運用6因子簡化強離子差公式求算pH?

pH=log10（2SID/「K1 ＇S Pco2 KaAtot-KaSID √{（K1＇S Pco2 KaSID KaAtot）2-4Ka2SIDAtot}」）

如拟應用強離子差公式，需提供物種特異性相關參數，分别是血漿非揮發性弱酸總濃度（Atot），以毫摩爾/升表示，以及血漿非揮發性緩沖物有效解離常數（Ka）。業已通過實驗測定出哺乳犢牛Atot值（0.343×「總蛋白克/升」，或0.622×「白蛋白克/升」）和Ka值（0.8×10-7；pKa=7.08）；理論上，成年牛上述參數值也應相同。所以，哺乳犢牛和成年牛應用強離子差公式時，應采用上述參數值。

從簡化強離子差公式，即上述公式6，又逐漸衍生出數個臨床分支公式。因為Pco2、強離子差，或個體非揮發性血漿緩沖物（Atot、白蛋白、球蛋白和磷酸鹽）濃度變化，會導緻臨床重要酸堿異常發生；所以，應用強離子差公式能區分6種主要酸堿紊亂：①呼吸性酸中毒；②呼吸性堿中毒；③強離子酸中毒；④強離子堿中毒；⑤非揮發性緩沖物離子酸中毒；⑥非揮發性緩沖物離子堿中毒，參閱圖3。酸血症緣于Pco2和非揮發性緩沖物濃度（白蛋白、球蛋白和磷酸鹽）升高，或強離子差下降；而堿血症則緣于Pco2或非揮發性緩沖物濃度下降，或強離子差升高，參閱表1和圖3。故而，由強離子差公式推導出來的6種主要酸堿異常，基本類同應用漢-哈二氏公式推導出來的4種酸堿異常情況，參閱圖1和圖2。

強離子差模型為臨床獸醫提供了一個嶄新視角，能更深入透徹地了解混合酸堿異常病理生理特征及其機理。假定非揮發性緩沖物離子濃度在正常範圍（正常白蛋白、球蛋白和磷酸鹽濃度），那麼機體強離子差與正常值的變化數值，即為堿過量值。這就意味着，既往那些臨床獸醫，使用傳統漢-哈二氏公式和堿過量值去分析代謝組份異常，實際上都不自覺地采用了強離子差分析法來評估酸堿狀态，這是因為白蛋白、球蛋白和磷酸鹽的濃度，通常情況下總是處于正常範圍。再有，強離子差公式能解釋低蛋白血症和高蛋白血症，是如何藉助改變Atot而改變pH的；然而漢-哈二氏公式卻無法解釋上述問題。簡化強離子差公式另一個重要且被低估的作用是：當應用于水合非蛋白溶液時，其簡化了漢-哈二氏公式。由代數重新排列簡化強離子差公式，即以下的公式7，則通俗易懂。

公式7. 由代數重新排列的簡化強離子差公式

pH=pK1＇ log{SID-「Atot/（1 10pKa-pH）」}/（S Pco2）

在非蛋白水合溶液，Atot=0 毫克當量/升,因此，公式7約等于公式8：

公式8. 進一步簡化的強離子差公式

pH=pK1＇ log{SID}/（S Pco2）

将公式8與漢-哈二氏公式（公式2）進行比較表明，簡化強離子差公式為非蛋白溶液臨床酸堿狀态提供了一個簡易計算方法（該溶液中cHCO3-=強離子差）。由此，應用于蛋白和無磷酸鹽溶液時，簡化強離子差公式合理地結合了漢-哈二氏公式和強離子差模型兩者各自特點。臨床獸醫診療患牛酸堿異常時，往往忽略強離子差分析法，而極度偏愛經典漢-哈二氏公式；不過，需要提醒的是：他們實際應用的卻是簡化強離子差分析法。事實上，經典漢-哈二氏公式和新秀強離子差公式兩者并不相互排斥，兩者應用于非蛋白水合溶液同樣有效；但兩者應用于含有蛋白的溶液，如血漿時，則各不相同。

圖3.該蜘蛛圖揭示應用簡化強離子差公式，血漿三個自變量，即強離子差（SID，以空心圓表示）、二氧化碳張力（Pco2，以空心方塊表示）和非揮發性緩沖物濃度（Atot，以空心三角表示），在231頭犢牛靜脈血pH值變化之間的關聯，這些犢牛大多數罹患腹瀉。該蜘蛛圖藉系統性地改變一個輸入自變量（SID、Pco2或Atot），同時保持其它輸入變量均處于犢牛靜脈血漿正常值繪就而成。犢牛靜脈血漿強離子差正常值42毫克當量/升、Pco2值53毫米汞柱、Atot值18.5毫摩爾/升。實心垂直和水平線顯示靜脈血 pH=7.38時，SID、Pco2和Atot各自正常值的位點。請注意，對比圖2可以發現，犢牛個體數據點位于預測的pH-SID關系比pH-cHCO3，更集中在趨勢線附近。這是因為，血漿蛋白濃度（也就是Atot）由于水化狀态的變化而發生變化，導緻血液pH随之發生變化。該圖也顯示了6類原發性酸堿異常：呼吸型酸中毒、呼吸型堿中毒、強離子型酸中毒、強離子型堿中毒、非揮發性緩沖物離子型酸中毒和非揮發性緩沖物離子型堿中毒，以及不同類型酸堿異常對新生犢牛血液pH的影響。請注意，強離子差的變化對血液 pH 值的相對影響最明顯。

（1）無法解釋為何異常血漿蛋白濃度會改變血漿pH？

早至1928年，科學家就發現血漿蛋白在維持機體酸堿平衡方面的重要作用；随後的實驗研究也得出了類似結論，即血漿蛋白濃度的變化會造成pH的改變。但漢-哈二氏公式（公式2）卻不能對此現象作出解釋。盡管弱酸（Atot）總濃度并不調控酸堿平衡，但Atot變化對于血漿pH有直接且獨立的影響。公式7的簡化強離子差公式，闡明了血漿蛋白濃度對于血漿pH調節的明确機制，即血漿蛋白濃度變化會直接影響Atot，進而徑直導緻可預測的血漿pH變化。故而，降低血漿白蛋白濃度（因此降低了非揮發性緩沖物的濃度），會增加血漿pH，參閱圖3；相反，增加血漿白蛋白濃度（也就提高了非揮發性緩沖物的濃度），則會降低血漿pH。

（2）無法解釋為什麼攝入氯化鈣會産生緻酸性作用？

圍産期日糧礦物質成分，會明顯影響産後牛臨床低血鈣發病率。衆所周知，一般圍産前期日糧，強陽離子濃度，如鈉離子（Na ）和鉀離子（K ），總高于陰離子濃度，如氯離子（Cl-）和硫酸根離子（SO42-）。因而，如強陽離子被腸道吸收大幅超過對強陰離子的吸收，這種日糧會增加血漿強離子差，繼之機體處于強離子堿中毒，即代謝性堿中毒。所以，正常以粗飼料為主的圍産前期日糧，也被稱為堿性日糧或陽離子日糧。目前，常用日糧陽陰離子差公式（DCAD），來判斷奶牛日糧是堿性日糧，抑或酸性日糧，參閱公式9，相信同道們都非常熟悉。

公式9.如何判斷奶牛日糧是堿性日糧，抑或酸性日糧？

DCAD=（「Na 」 「K 」）-（「Cl-」 「SO42-」）

典型圍産前期日糧是：DCAD= 50- 300 毫克當量/公斤幹物質，或DCAD= 5- 30毫克當量/100克幹物質；DCAD為正數說明強陽離子濃度高于強陰離子濃度。

對圍産期前期奶牛，飼喂酸性日糧，如DCAD=-150-0毫克當量/公斤幹物質，或DCAD=-15-0毫克當量/100克幹物質），可有效降低産後牛臨床低血鈣症，這應該是同道們亦非常熟悉的預防措施。給非泌乳牛飼喂不同緻酸鹽産品，每天均飼喂2摩爾，供試驗牛飼喂後24小時血液pH變化很大，參閱表2。

表2. 飼喂不同緻酸鹽對非泌乳牛血液pH和尿液pH的影響

漢-哈二氏公式無法解釋，為何不同的緻酸鹽會對血液pH和尿液pH産生不同的效果，也不能解釋為何攝入的氯化鈣具有緻酸性作用。作為對比，強離子差理論假定，攝入緻酸性鹽會導緻系統性強離子酸中毒（代謝型酸中毒），這主要歸因于腸道強陽離子吸收率和強陰離子吸收率不同所緻，即強陰離子如Cl-和SO42-，腸道吸收率明顯高于強陽離子，如Ca2 和NH4 ，結果導緻血漿強離子差下降和強離子酸中毒。

（3）無法解釋為何快速靜脈注射大容量0.9%氯化鈉溶液會産生酸化效果？

0.9%氯化鈉（NaCl）溶液快速靜脈注射，将産生可預測的劑量依賴性酸血症和代謝型酸中毒，其特征是高氯血症和血漿cHCO3-減少，這種現象叫做高氯酸中毒，逾60年前業已被觀察到，但是，漢-哈二氏公式當時無法充分合理解釋這種現象。

傳統漢-哈二氏公式以碳酸氫鹽為中心的酸堿平衡觀點認為，大量0.9%氯化鈉溶液快速靜脈注入，将造成代謝型酸中毒的主要機理是：在沒有改變Pco2情況下，提高了碳酸氫鹽分布容量,從而導緻血漿cHCO3-（因此，由公式2可預測pH）下降。運用漢-哈二氏公式（公式2），按正常人體血液參數（pH=7.40、Pco2=40毫米汞柱、pK1＇=6.105、S=0.0307 [毫摩爾/升]/毫米汞柱），計算出cHCO3-大概是24毫摩爾/升。因此，以碳酸氫鹽為中心的觀點認為，快速靜脈注入大容量有效cHCO3-大于24毫摩爾/升的溶液，将會導緻血漿cHCO3-升高，進而誘導産生代謝性堿中毒；而靜脈注入低于24毫摩爾/升（如0.9%氯化鈉溶液或等滲葡萄糖酸鈉溶液， 其cHCO3-=0毫摩爾/升），将會降低血漿cHCO3-，并進而造成機體代謝性酸中毒和酸血症（參閱圖2）。這種機理被稱為稀釋性酸中毒，而這種牽強附會的解釋卻簡單易懂、令人信服、極具迷惑性，以至大多數臨床獸醫滿足現狀、墨守成規，對探索可能導緻代謝型酸中毒的其它機理失去興趣。但是，這種高氯酸中毒，用稀釋性酸中毒來解釋是根本錯誤的。因為公式2表明：簡單的稀釋肯定會均等地稀釋所有血漿中的酸（如碳酸和由此計算出的S·Pco2值）和堿（如cHCO3-），所以稀釋不會優先造成血漿cHCO3-下降。而強離子差理論則更清楚合理地解釋了高氯酸中毒機理，即靜脈注射大量晶體溶液，如0.9% 氯化鈉溶液或葡萄糖酸鈉溶液，會改變三個影響血漿pH自變量中的2個，即強離子差和Atot。對Atot的影響是直接且可預測的劑量反應，注入容量越多，Atot下降幅度越大。因Atot下降會導緻非揮發性緩沖離子堿中毒，所以溶液注入量對Atot的影響，并不能解釋稀釋性酸中毒機理。相反，稀釋性酸中毒主要是由于輸液對血漿強離子差的影響;輸液對強離子差（據此推算pH）的淨效應取決于注入量和注入晶體溶液中強離子差水平。靜脈注射不同晶體溶液對于血液pH影響，藉繪制血液pH與不同容量和不同強離子差水平溶液之間的關系圖，最容易透徹理解，參閱圖4。運用簡化強離子差公式，結合業已測定的人類血漿相關常數Atot（0.224×「總蛋白克/升」）和Ka（0.8×10-7），而假定這些血液參數均為正常值：pH=7.40、Pco2=40毫米汞柱、pK1＇=6.105、S=0.0307「毫摩爾/升」/毫米汞柱、總蛋白濃度=72克/升、強離子差=36毫克當量/升，那麼，靜脈注射以下4種溶液的效果可以計算出來,參見表3和圖4。

表3. 不同靜脈注射溶液的強離子差值

圖4. 靜脈快速注射4種晶體溶液,對人體靜脈血pH理論效果圖示；

強離子差定義：強陽離子電荷和強陰離子電荷之間的差值。

極限強離子差理論定義：在可代謝強陰離子，如乳酸林格氏溶液中的L型乳酸和D型乳酸，完全代謝後的最終強離子差；乳酸林格氏溶液是L型乳酸和D型乳酸的混合溶液，其中D型乳酸代謝速度明顯慢于L型乳酸。圖4顯示了一個清晰而令人信服的實證：0.9%氯化鈉溶液和5%葡萄糖溶液，以劑量依賴方式降低血漿pH。基于人類血漿正常值，靜脈注射有效強離子差低于25毫克當量/升的晶體溶液，總會産生緻酸性效果，而靜脈注射有效強離子差高于25毫克當量/升的晶體溶液，總是産生緻堿性效果；上述預測業已藉體外實驗研究獲得驗證。

依據強離子差理論，直接得出這樣的結論：以0.9%氯化鈉溶液、林格氏溶液、葡萄糖酸鈉溶液、5%葡萄糖溶液和甘露醇溶液，各等量快速靜脈注射，均會一緻性地産生相同的緻酸性效果，因為所有5種溶液的強離子差均等于0毫克當量/升，參見圖4。所以，應用強離子差理論能夠解釋：為何給狗以88毫升/公斤體重的劑量，靜脈注射0.9%氯化鈉溶液、5%葡萄糖溶液，或5%甘露醇溶液，均會使其血液pH産生同樣降幅。圖4同樣也解釋了：為什麼以70毫升/公斤體重快速靜脈注射大劑量0.9%氯化鈉溶液，亦會使人體産生代謝性酸中毒；而以同樣速率，靜脈注射同等劑量乳酸林格氏溶液，則不會導緻其血漿pH發生明顯變化。

前述簡化強離子差公式，提供了結果統一的科學理論，該理論能毫無疑義地解釋一系列觀察現象。因此，藉助強離子差理論，臨床獸醫可全面客觀評估腹瀉患犢機體酸堿狀态，準确分析患犢酸堿異常緻病原因；同時，亦可依據計算液體療法強離子差值和Atot值，從而實施藥到病除的救治措施。此外，簡化強離子差公式，遠較老牌漢-哈二氏公式說服力更強，因為其解釋了以前無法解釋的諸多現象。盡管如此，如同所有新生事物，強離子差理論也招緻了尖銳質疑，若幹研究者認為強離子差理論荒唐且落伍，批評其術語具有誤導性，混淆了陰離子和陽離子與酸根和堿基的基本概念；還有一些研究者諷刺地诘問：強離子差公式是否為一匹無腿駿馬？且主觀論斷:強離子差理論相比于百年不衰的漢-哈二氏公式，在診斷方面無任何優勢。類似批評令人回想奧卡姆剃刀定律（Occam's Razor），它是由14世紀英格蘭邏輯學家、聖方濟各會修士奧卡姆的威廉（William of Occam，約1285年至1349年）提出；核心概念是“如果關于同一個問題有許多種理論，每一種都能做出同樣準确的預言，那麼應該挑選其中使用假定最少的。”簡單來說，可以将奧卡姆剃刀看作是簡約模型，翻譯成中文就是“大道至簡”、避繁逐簡；因之，前述公式4符合這一要求。

如果血漿蛋白濃度大緻正常，那麼沒有必要使用強離子差公式，或簡化強離子差公式，來取代較為簡單的古典漢-哈二氏公式。這是因為古典漢-哈二氏公式3個未知量（pH、Pco2和「HCO3-」）都可藉血漿檢測，即簡單又能準确地獲得；但是在簡化強離子差公式，4個未知變量（pH、Pco2、強離子差和Atot），隻有2個（pH和Pco2）可經血漿檢測快速且準确地獲取。然而，相比經典漢-哈二氏公式，簡化強離子差公式能給臨床獸醫進一步認識酸堿異常的内在機理，提供富有價值的見解。因此，2005年一項針對231頭哺乳犢牛（多數罹患腹瀉）的研究結論非常重要，該研究發現了應用古典漢-哈二氏公式，評估酸堿異常有局限性。在這之前很多年曾錯誤假設：腹瀉患犢血漿cHCO3-下降的主要原因：其一歸因于糞便中大量碳酸氫鹽丢失；其二歸因于機體耗費大量緩沖物質如碳酸氫鹽，去緩沖患犢内源性酸如D型乳酸或L型乳酸。應用經典漢-哈二氏公式表明，所有罹病犢牛包括腹瀉患犢，其酸血症主要緣于血漿cHCO3-下降。但是，通過血漿pH和血漿cHCO3-變化相關的蜘蛛圖粗略分析，雖然血漿cHCO3-變化能夠解釋大部分血漿pH變化，但并非全部。血漿pH-cHCO3-關系患犢個體數據點缺乏彙聚這一現象，即為最有說服力的證據，參閱圖2。應用經典漢-哈二氏公式，無法診别出伴有正常血氯或微高血氯腹瀉患犢，其酸血症根源在于低血鈉症；同時也忽略了高D型乳酸血症、脫水和血漿蛋白濃度升高，對酸堿平衡的影響。此外，運用經典漢-哈二氏公式分析四套數據集，其回歸公式R2值，比強離子差方法R2值低0.03至0.07，表明經典漢-哈二氏公式解釋能力，不如強離子差公式。相比之下，簡化強離子差公式應用于患犢，為酸血症機理提供了革命性的新穎見解。具體而言，酸血症主要歸因于患犢低血鈉症繼發的強離子差值降低，以及血漿L型乳酸濃度、D型乳酸濃度和尿毒症陰離子濃度的同步增加所緻，參見圖1和圖3，這些都會導緻血漿強離子差值低于其正常值42毫克當量/升。另外，血漿蛋白濃度增加也是酸血症促進因子，但促進程度低于強離子差；血漿蛋白濃度增加主要歸因機體脫水和水分丢失。因此，強離子差理論指出，治療腹瀉患犢酸中毒的最佳方案是靜脈注射1.3%碳酸氫鈉溶液，這是因為1.3%碳酸氫鈉有效強離子差值高達155 毫克當量/升，屬于強緻堿性。強離子差理論同時指出，正是碳酸氫鈉中的鈉，即強離子差或靜脈注射液，才是糾正酸堿紊亂的定海神針。相反，經曆百年滄桑的漢-哈二氏公式則認為，腹瀉患犢酸血症主要歸因于血漿cHCO3-值下降，也就是說碳酸氫鈉中的碳酸鹽才是關鍵。上述示例說明：盡管分析酸堿失衡應用了兩種完全不同的方法，但最後的處理措施卻類同，即殊途同歸。深刻理解酸堿紊亂生理病理機理，可使臨床獸醫有的放矢地診療酸堿失衡和電解質紊亂。在牛類動物，應用強離子差理論業已充分證明，靜脈注射高強離子差溶液成功治療酸血症患犢的重要性；同時，計算口服補液強離子差值，亦有助于優化最佳口服溶液配方。此示例僅僅隻是許多實例之一，但無容置疑證明，與強離子差理論持異議者結論恰恰相反，強離子差理論相比于老态龍鐘的漢-哈二氏公式，确實診斷優勢明顯。

如果臨床主要關注點是評估酸堿紊亂的代謝組分，那麼可用一個3毫升聚丙烯針管，無氧采集頸靜脈血樣；采樣前，需用肝素鈉溶液侵潤針管内壁，具體操作是：将肝素鈉溶液抽入針管内，侵潤全部針管内壁後，再将多餘的肝素鈉溶液推出去。采血後，應垂直握住注射器，輕擊針管讓氣泡聚集升浮，這樣可去除血樣中氣泡；然後，含有氣泡的少量血液要從針頭擠出，藉以确保血樣無任何氣泡。繼之，針管頭端塞緊密封，藉以減少血樣二氧化碳丢失，以及空氣中氧氣進入血樣。随後，聚丙烯針管内血樣儲存于室溫，并需在血樣收集後30分鐘内完成分析，這樣才能使血樣中Po2和pH變化降至最低。裝有血樣的聚丙烯針管，分析前不可置于冰水（0℃）環境，因為這有利于氧氣擴散至整個針管内，從而增加血樣Po2檢測水平。但如血樣Po2準确性非檢測重點，更為關注的是血樣pH，那麼血樣就應儲存于冰水（0℃）環境，藉以最大限度減少血樣pH和Pco2随着儲存時間推移而發生改變，這種改變主要緣于血樣中細胞代謝所緻，特别是在白細胞濃度較高的血樣尤為如此。但是，血樣pH在室溫儲存環境，30分鐘内不會發生改變。如果采取血樣的主要目的是評估呼吸系統，那就應該采集動脈血樣，所有成年牛均可自耳動脈采集；如拟采血犢牛，則需側卧保定，自正中尾動脈或隐動脈采集，參見圖5；采樣操作和儲存方式，比照靜脈采血流程。

圖5. 如何從犢牛采取隐動脈血樣？

拟采血犢牛側卧保定，上方後肢盡量向前拽拉，而下方後肢則盡量向後拽拉，充分暴露隐動脈，隐動脈位于股骨内側，如箭頭所指。

如拟分析患牛血氣和酸堿狀況，可使用含凍幹肝素锂的部分真空采血管，自頸靜脈采集血樣。不過，依據北美2009年臨床和實驗室标準研究所頒布的血氣和pH分析指南，不建議使用部分真空管采血管采集血樣；原因是部分真空采血管采集的血樣，其Po2會發生即時、持續和顯著增長，而其Pco2則同步會發生即時、瞬态和小幅減少；同時，若将血樣儲存冰水環境而不是室溫環境，Po2增加會進一步加劇。

如患牛未伴發呼吸系統疾病，為了解其酸堿狀态，一個極有用但往往忽略的篩查方法，是測定靜脈血漿或血清二氧化碳總濃度（ctCO2）。ctCO2定義：血漿中可藉強酸釋放的二氧化碳總量，該值可藉化學分析儀測定，也可藉常規血氣分析結果計算獲得；計算公式是：ctCO2=cHCO3- 溶解的二氧化碳。ctCO2濃度降低意味着代謝性酸中毒，而ctCO2濃度增加意味着代謝性堿中毒，參閱圖1，這應該在我國獸醫本科專業基礎課專門講授過。正式測定血樣ctCO2前，業已存在的誤差，可能會導緻錯誤地解讀患牛的酸堿狀态。臨床獸醫常用玻璃或塑料真空采血管采集血樣，供血漿或血清生化分析。使用部分真空采血管采樣，血樣會全部充滿采血管，如果血樣未充滿，則會導緻ctCO2測定結果偏低，這主要歸因于血樣中的二氧化碳會釋放到采血管未充滿空間。因此，血樣采集後，因其二氧化碳丢失，會導緻血漿或血清Pco2下降，繼之也會導緻ctCO2下降。這種血樣中Pco2和ctCO2的下降，與采血管中血樣本身所占容積和剩餘容積比率相關。一個未被充分重視但卻很重要的問題是:對于完全充滿血樣的真空采血管，容積大小不同的真空采血管，其空氣容積和血樣所占容積的比率相異，所以最終測定的ctCO2也有差異。相比于4毫升、6毫升或10毫升不同規格的塑料，或玻璃真空采血管采集血樣，使用2毫升玻璃真空采血管，或2至3毫升塑料真空采血管采集血樣，其空氣容積與血樣容積比率明顯偏高，所以測定的ctCO2也會明顯偏低。因而，如拟準确評估血漿或血清ctCO2，務必使用4毫升或規格更大的部分真空采血管采集血樣，并盡可能裝滿血樣，藉以使管内空氣容積與血樣容積比率減至最小。

識别未明陰離子存在，并量化血漿未明陰離子濃度，對獸醫臨床頗有助益。這些未明常規陰離子包括：L型乳酸、D型乳酸、β-羟丁酸、乙酰乙酸鹽、硫酸鹽，以及尿毒症相關陰離子。量化血清或血漿未明陰離子濃度（「UA」）有兩個方法，分别是陰離子隙（Anion Gap; AG）和強離子隙（Strong Ion Gap; SIG），參見表1。

（1）陰離子隙是什麼？

陰離子隙源自電中性概念，指血清中未明陰離子（UA）濃度與未明陽離子（UC）濃度之間的差值，其計算公式如下，參閱公式10：

公式10. 如何計算陰離子隙？（1）

「Na 」 「K 」 「UC」=「Cl-」 「HCO3-」 「UA」

血清鉀濃度應始終包含在奶牛陰離子隙計算中，因為其血清鉀濃度變化波動非常明顯。故而，公式10可轉換為公式11：

公式11. 如何計算陰離子隙？（2）

AG=「UA」-「UC」=（「Na 」 「K 」）-（「Cl-」 「HCO3-」）

上述公式表明，[UA]或[UC]變化均會導緻AG變化。因此，AG提高能夠反映：可能緣于UA提高，或可能緣于UC下降。但是，UC下降可能性很低，因為血漿鈣濃度和血漿鎂濃度總是比較恒定的。通常，大約三分之二的AG來自血清蛋白（主要為白蛋白）的淨負電荷。因為AG主要依賴血清蛋白淨陰離子電荷，因此難以提供準确手段，量化血清蛋白濃度異常患牛的未明強離子電荷。然而，當患牛總蛋白濃度大緻正常時，AG确實系未明強陰離子濃度有價值的臨床估計值，這些強陰離子包括L型乳酸和D型乳酸。

（2）強離子隙是什麼？

強離子差理論另一臨床應用價值是：隻需計算強離子隙而不是AG來全方位精确推斷是否存在未明強離子。強離子隙代表血清蛋白淨陰離子電荷參數，相比較計算AG，強離子隙能更準确地量化那些血清蛋白異常患牛的未明強離子電荷。強離子隙數據為估計值，其反映：血漿非揮發性緩沖物，如白蛋白、球蛋白和磷酸鹽；未明強陰離子濃度，如L型乳酸、D型乳酸、非酯化脂肪酸、酮酸、pH無關磷酸鹽電荷、硫酸鹽，及其它強陰離子；上述所有強陰離子總和，與未明強陽離子濃度如鈣和鎂總和之間的淨強離子電荷差值。應用公式12和13計算奶牛強離子隙，單位毫克當量/升。

公式12. 如何計算強離子隙？（1）

SIG=「總蛋白」×（0.343/{1 107.08-pH}）-AG

公式13. 如何計算強離子隙？（2）

SIG=「白蛋白」×（0.622/{1 107.08-pH}）-AG

這裡，總蛋白和白蛋白均以克/升表示，AG（毫克當量/升）=（「Na 」 「K 」）-（「Cl-」 [HCO3-]）。優先計算總蛋白濃度，原因是計算總蛋白和白蛋白時兩者均需精确到一位小數，而總蛋白濃度大概為白蛋白濃度2倍；如此，當用總蛋白濃度計算強離子隙，強離子隙對變化敏感度是用白蛋白濃度計算的兩倍。強離子隙大于0毫克當量/升，表示未明強陽離子增加（罕見發生）；而強離子隙小于0毫克當量/升，表示未明強陰離子增加，如D型-乳酸、L型乳酸或尿毒症陰離子。

同道們大概都有這樣的臨床實踐經驗：常常測定患牛尿液pH來評估該患牛酸堿狀況。那麼，這種判斷辦法是否靠譜呢？以下簡潔答複。對于健康奶牛，獲取酸堿狀況最準确的方法是測量尿淨排酸（Urine Net Acid Excretion; NAE），或尿淨排堿（Urine Net Base Excretion; NBE）；實際上，NBE也就是NAE的負值，即NBE=-NAE。傳統上，NAE計算如下述公式14：

公式14. 如何計算NAE？

NAE=TA 「NH4 」-cHCO3-

其中，TA是可滴定酸（Titratable Acidity; TA）；[NH4 ]是尿液铵離子濃度。近來，科學家們将強離子差理論也應用于分析尿液，結果證明NAE大緻等于尿液強離子差；尿液強離子差實際也就是尿液中，強陽離子，如鈉、鉀、鈣、鎂，同強陰離子，氯、L型乳酸、D型乳酸、硫酸鹽、酮酸等等之間的電荷差。藉尿液強離子差公式代數排列表明，尿液pH與NBE之間呈非線性關系；因此，可推導出公式15：

公式15. 如何計算尿液pH?（1）

pH=6.12 log10（NBE 「NH4 」 2.5）

公式15等效于公式16：

公式16. 如何計算尿液pH？（2）

pH=6.12 log10（「K 」 「Na 」 「Mg2 」 「Ca2 」 「NH4 」-「Cl-」-「SO42-」）

公式中所有濃度單位毫克當量/升。

公式15和16業經大量健康奶牛數據驗證過。驗證表明，盡管尿液pH提供了對健康奶牛系統性酸堿狀态的準确評估，但隻有當尿液pH大于6.3才有效。新生哺乳犢牛靜脈注射氯化铵溶液，發現尿液pH與尿液強離子差關聯。對于患病奶牛，不能用尿液pH去預測其機體整體酸堿狀态，因為其罹病期間可能發生血清電解質異常，如伴發低鉀血症和低氯血症，繼之尿鉀濃度和尿氯化物濃度變化出現，這些變化将直接改變尿液pH。

需要提醒某些臨床獸醫們，如仍故步自封、不思進取、固執拘泥于世紀經典漢-哈二氏公式，拒絕時尚強離子差理論，表面看似乎難以與時俱進，但實際上，他們診療酸堿失衡時，均不知覺地接受了簡化強離子差理論。如果血清總蛋白、白蛋白和磷酸鹽濃度大緻正常，則應使用血液pH值、Pco2和BE濃度來評估奶牛酸堿狀态，這是傳統的漢-哈二氏公式分析法，藉首先計算堿過量值，或次之計算cHCO3-值來評估酸堿平衡代謝組分。在這種情況下，是否存在未明陰離子？需要計算陰離子隙來确定，參見表1。然而，如果血清白蛋白、球蛋白或磷酸鹽濃度異常，那麼，評估酸堿平衡要使用：血液pH、Pco2、已測強離子差和Atot等4項參數，這是簡化強離子差分析法。此時，是否存在未明強離子？則需要計算強離子隙來确定，參見表1。

（1）百年哈-漢二氏公式可能是生物學久負盛名的古老算式，其側重直觀表象描述，并未深刻探索内在機理。

（2）血漿蛋白濃度正常時，宜采用該古老公式來評估機體酸堿狀況。

（3）該古老公式無法解釋為何血漿蛋白濃度異常會改變血漿pH？為何攝入氯化鈣具有緻酸作用？以及為何靜脈快速注射大量0.9%氯化鈉溶液也具有緻酸作用？

（4）假定血漿蛋白濃度正常穩定不變，該古老公式實際等效于簡化強離子差公式版本。

（5）簡化強離子差公式系機理性酸堿模型，可為複雜酸堿紊亂提供深邃新穎見解。

（6）血漿蛋白濃度異常時，應采用簡化強離子差公式來評估機體酸堿狀況。

（1）毋庸置疑，發達國家臨床獸醫的确專業基礎理論紮實，現場診療措施胸有成竹、有的放矢、鮮見瞎忙。

（2）我們理應奮起直追，盡速縮短與其差距，一則為了提高臨床治愈率，二則便于在職業素養等同水平相互進行有效溝通和交流。

（3）液體療法并非簡單的挂瓶補水，百歲哈-漢二氏公式與新秀強離子差理論作了精彩诠釋。

以下三頭患牛病案是北美某獸醫學院高年級學生作業題，提供在此，希望同道們嘗試破解。

（1）患牛1：一頭4歲荷斯坦泌乳牛，體重668公斤，真胃左側移位，診斷依據是左側10至13肋骨間叩診有鋼管音；患牛已有四天采食不足，幹物質采食量<15公斤/天，相當2.2%體重/天；無脫水症狀；但有嚴重酮血症，血漿β-羟丁酸濃度6.8毫摩爾/升，血漿非酯化脂肪酸濃度1.2毫摩爾/升；血漿葡萄糖濃度33毫克/100毫升，相當1.8毫摩爾/升；嚴重酮尿；尿液乙酰乙酸濃度以半定量亞硝酸鈉反應測定，>80毫克/100毫升；尿酸症，尿液pH6.0；心率72次/分鐘；肛溫38.3℃；呼吸頻率26次/分鐘；胸廓聽診呼吸音正常；瘤胃蠕動過慢，瘤胃收縮頻率1次/分鐘；實驗室檢測結果如下：

患牛1實驗室檢測結果

（2）患牛2：一頭9日齡荷斯坦哺乳犢牛，精神虛弱明顯、無食欲、因連續腹瀉3天而呈現明顯脫水；患犢落地後2小時内飼喂了3升初乳；心率144次/分鐘；肛溫35.2攝氏度；呼吸頻率24次/分鐘；胸廓聽診呼吸音正常；根據眼眶凹陷6毫米估計，患犢脫水程度估計為10%；實驗室檢測結果如下：

患牛2實驗室檢測結果

（3）患牛3：一頭3歲荷斯坦泌乳牛，診斷為真胃扭轉，依據是右側胸廓自第八肋骨至第十三肋骨之間區域廣泛存在鋼管音，右腹部四分之一區域存在振水音，直檢可觸摸到右前方區域有一彈性巨塊；患牛采食和奶量均下降已有一天，同時也存在脫水症狀；無酮血症，血漿β-羟丁酸濃度=0.8毫摩爾/升；心率88次/分鐘，肛溫38℃，呼吸頻率32次/分鐘，胸廓聽診呼吸音正常；瘤胃蠕動幾無，收縮頻率1次/2分鐘；血漿L型乳酸濃度2.6毫摩爾/升；實驗室檢測結果如下：

患牛3實驗室檢測結果

我們下期将繼續論述本系列文章第七篇“如何做好牛類動物臨床液體療法（7）”，其主題内容是：如何正确做好奶牛血鈉紊亂診療防工作？

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系列一：趙永鋒&張廷青：如何做好哺乳犢牛液體療法（上）？

系列二：趙永鋒&張廷青：如何做好腹瀉哺乳犢牛液體療法（下）？

系列三：張廷青：如何正确診療預防哺乳犢牛D型乳酸中毒？

系列四：張廷青：如何做好成年牛液體療法？

系列五：韓保付&張廷青：如何正确診療防奶牛低血鉀症？

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