2008年8月21日 星期四

淺談蛋白質攝取對於血液酸鹼度之影響與「酸性體質」之誤解

尿酸排泄導致血中礦物質流失

參考本部落格之貼文,「漫談蛋白質食物應適當攝取,以預防痛風與尿酸結石」,我們可知在許多高蛋白質食物中,如肉類、海鮮、豆類等,含有不少核酸及核蛋白,而核酸及核蛋白會在體內進行代謝分解,產生亞黃嘌呤及鳥糞呤,呤然後被送至肝臟進行代謝反應,形成尿酸,尿酸接著再進入血液循環,最後透過腎臟或汗腺被排出體外。

尿酸,為弱酸性物質,酸解離常數Pka37oC下為5.35,在血液中會解離出氫離子(H+)及尿酸根離子(或叫尿酸鹽離子,Urate-),其反應平衡式如下所示:

  Uric acid  ßà  H+  +  Urate-

在血液中,H+Urate-Uric acid三者會同時存在,但人的血液為微鹼性,含有許多礦物質離子,如鈉、鉀、鈣等,因此在血液中Uric acid含量較少,大部分還是會以尿酸鹽離子(Urate)的形式存在。而尿酸鹽離子與礦物質離子親合力強,因此隨尿排出時,會一起帶走許多礦物質,主要流失的礦物質為,鈉,除鈉外,或多或少也會少量帶走其它在血中的礦物質,如鉀、鈣等。

然而,就算一整天不吃蛋白質食物,每日還是照樣會不斷排泄尿酸(內源性),肇因於細胞的計畫性死亡與再生(可參考本本部落格之貼文,「漫談蛋白質食物應適當攝取,以預防痛風與尿酸結石」),因此每日還是自然避免不了會發生因尿酸排泄而流失礦物質的情況。

隨尿酸排泄而流失的礦物質,特別是鈉,其實很快就會自飲食中補充回來,實不必擔心,因為自然食物中,鈉含量很多,一般來說,較容易攝取過量,而不虞匱乏,反而是常因害怕過量,於是到處可聽到「低鈉飲食」的宣傳。至於其它因尿酸排泄而流失的礦物質,如鉀、鈣等,因流失量少,亦不必擔心,在均衡飲食中,非常容易被補充回來。若因食用蛋白質食物,害怕鈣質流失,而過量攝取鈣質,不但多此一舉,而且可能使血中及尿中鈣質增加,易形成尿酸鈣沉澱而導致尿酸結石。相對的,若未均衡飲食適當補充鈣質,則偏食蛋白質食物的結果,自然會加速鈣質流失。

總之,一個正常健康者,每日一定要攝取蛋白質,其適當攝取量計算,可參考本部落格之貼文,「由人體一日總消耗熱量估計值,推估一天飲食計畫」,實不必擔心流失礦物質的問題。

「酸性體質」之誤解

一般坊間傳言,「吃太多高蛋白質食物,將使蛋白質胺基酸,經消化代謝後產生的酸性物質,而造就酸性體質的產生,然而身體為了維持體內的酸鹼平衡,會從骨骼中提取鈣質來中和酸性,使得鈣質間接地留失了。因此蛋白質食用過量,會導致鈣質流失。

對以上坊間傳言的評論如下:

(1)正確,勿過量攝取蛋白質食物。

(2)「將使蛋白質胺基酸,經消化代謝後產生的酸性物質」,此說法待商確。所有胺基酸經代謝分解,所生成的廢物為尿素,尿素為弱鹼性,非酸性物質,可參考本部落格之貼文,「淺談蛋白質消化、牛奶之消化爭議、及胺基酸代謝」。但含硫胺基酸有可能經體內代謝產生一些硫化物酸性物質,而增加血液之酸性。

(3)「經消化代謝後產生的酸性物質,而造就酸性體質的產生」,此說法待商確。何謂酸性體質?醫學上無此定義,如果有的話,也應是指患某些疾病者,會有酸性體質,即血液呈酸性。不過一般來說,「酸性體質」應是指血液朝酸性傾斜,那麼也不必擔心,正常的身體很快很迅速就會中和回來。一個正常人,就算是嘌代謝產生的尿酸,亦不會有機會造成酸性體質,因尿酸是弱酸,進入血液中所引起的酸性,通常數分鐘內很容易就會被中和掉,根本無法形成酸性體質。此於下文會稍做說明。

(4)「然而身體為了維持體內的酸鹼平衡,會從骨骼中提取鈣質來中和酸性,使得鈣質間接地留失了。」,此說法亦待商確,因不一定會發生。體內的酸鹼平衡,使用鈣質來中和酸性的方法,並非主要方法,本篇貼文中之下文,會有簡單說明。然若過量食用含硫量過過高的蛋白質(如肉類),在極短時間內促使血液酸性過高,而使血中鈣質流失過快,此血中鈣濃度的快速大變化,會逼迫骨骼釋出鈣質補充血中缺鈣的情況,因而導致骨骼中鈣質流失,這的確也是經研究證實的事實。但若未過量,或食用低含硫量的蛋白質,則身體並不須要動用到骨骼中鈣質來進行酸鹼平衡,而是僅利用一般的血液中既存的酸鹼平衡機制就夠了,如此就自然可避免產生骨質流失的狀況了。

(5)「因此蛋白質食用過量,會導致鈣質流失。」,此說法明顯亦待商確。例如食用牛奶,不僅不會使骨質流失,反而可以補充鈣質。因此食用蛋白質食物的組合,甚為重要,然將不會於此貼文更一步討論。

體內血液酸鹼度

pH值,為溶液酸鹼度(酸鹼程度)的指標。當pH值等於7的時候,亦即pH=7,溶液為中性,亦即為不酸也不鹼的溶液。當pH值大於7的時候,亦即pH>7,溶液為鹼性。可是當pH值小於7的時候,亦即pH<7,溶液即為酸性,像常用來洗廁所的鹽酸就是酸性溶液,亦即為pH<7溶液(為「pH值小於7之溶液」之簡稱)

人的體液,包含佔2/3總體液的細胞內液(intracellular fluid,或ICF)及佔1/3總體液的細胞外液(extracellular,或ECF)兩種;細胞外液,依分類方便,又分為細胞間液(interstitial fluid)與佔20%細胞外液的血漿(plasma)兩種。細胞內液及細胞間液的酸鹼度不易量測,不過通常細胞間液的pH值與血漿的pH值相當接近,因此當我們說人體體液的酸鹼度的時候,通常就是指血漿的酸鹼度,或者說血漿的pH(plasma pH),或說血液的pH(blood pH)

對一位健康者而言,血液的pH值會被控制於7.35~7.45之間,一般在7.4左右,因此健康的血液為微鹼性。當血液的pH值低於7.35時,稱為酸血症(acidemia),但輕微時不一定會發病,然發病後,其病症或病程,即稱之為酸中毒(acidosis);相對的,若血液的pH值高於7.45時,稱為鹼血症(alkalemia),發病後,其病症或病程,即稱之為鹼中毒(alkalosis)

我們很好奇,是因為先有其它特定的疾病,而產生酸血症或鹼血症呢?還是先有酸血症或鹼血症,才使身體變差,而產生各種疾病呢?。如果是由於先有酸血症或鹼血症,才使身體變差而導致產生各種疾病,那麼調理好身體酸鹼體質,就可防百病了;然而醫學的研究結果卻告訴我們,用日常飲食調理身體酸鹼體質,是無意義,且徒勞無功的,因為無患病正常人,將其血液的pH值會被控制於7.35~7.45之間,並不會有什麼困難;而且,由醫學研究結果來看,酸血症或鹼血症幾乎都是由疾病所產生,單獨調整血液酸鹼度,無法治療疾病,只有治療好疾病,血液的酸鹼度自然恢復正常。舉例來說,如果一個人患有肺病,而導致產生呼吸性酸血症或酸中毒,那麼在血液中人工加入鹼性物質,是無法根治酸血症或酸中毒的,只有治療好肺病,血液的酸鹼度就自然恢復正常。

體內血液酸鹼度三種控制機制

人體內有三個主要調整血液酸鹼度的系統,使血液的pH值會被控制於7.35~7.45之間,即為緩衝溶液系統(buffer solution system)呼吸系統(respiratory system)腎臟系統(renal system)三種。分別簡介如下。

緩衝溶液系統

緩衝溶液系統,是指存於血液中的弱酸、弱鹼共軛配對溶液,其作用在於,若有一酸性物質或鹼性物質突然加進血液中,緩衝溶液系統就可以立即抵抗緩衝,使血液不會變化太大,但若酸或鹼性物質,持續不斷加入血液中,則緩衝溶液系統將崩潰失去平衡作用能力,此時,就須使用更強大的酸鹼平衡系統,如呼吸系統及腎臟排泄系統。基本上,日常食物的消化吸收、及日常身體的代謝,所產生的酸性或鹼性物質,為了保持血液酸鹼平衡,利用緩衝溶液系統來應付就綽綽有餘了,相當容易。

血液中主要含有三種緩衝系統(buffer system),列舉如下:

(1)蛋白質緩衝系統(protein buffer)

蛋白質緩衝系統,是身體最重要的緩衝溶液系統,這些蛋白質主要存在於細胞外液及血漿中,但對細胞外液則特別重要。這些蛋白質,通常在其分子上,具有氫離子(H+)的受體(acceptor)或授體(donor),因此可以有助於酸鹼平衡。在血漿中的蛋白質主要為血蛋白(haemoglobin)。其酸鹼平衡式,可簡寫如下:

           H+  +  His-Protein  ßà   H-His-Protein

(2)磷酸緩衝系統(phosphate buffer)

磷酸緩衝系統,主要存在於細胞外液,其酸解離常數pKa6.8,在血液中含量低,只扮演次要角色,而其酸鹼平衡式,可簡寫如下:

H+  +  H2PO42-   ßà   H2PO4-

(3)碳酸緩衝系統(carbonic acid buffer)

碳酸緩衝系統,為較不重要的緩衝系統,因血液的pH值為7,而碳酸的pKa6.1,相距太遠,不易發揮緩衝作用。其酸鹼平衡式,可簡寫如下:

H+  +  HCO3-   ßà   H2CO3

血液中最重要酸鹼平衡物質 -- 碳酸-碳酸氫根平衡 (無興趣者,可跳過此章節)

血液中最重要的酸鹼平衡化學方程式如下:

                                           K1                       K2

 H+(aq) +  HCO3-(aq)  ßà  H2CO3(aq)  ßà  H2O(l)  +  CO2(g)

 

平衡常數 K1 = [H2C O3]/[H+][HCO3-]          ---------- (1)

所以   解離常數 Ka = 1/K1 = [H+][HCO3-]/[H2C O3]    ------- (2)

平衡常數 K2 = [CO2]/[H2C O3]             ---------------- (3)

(2)(3)式,可得

            [H2CO3] = [H+][HCO3-]/Ka = [CO2]/ K2      ------------ (4)

(4)式,重新排列,可得

            [H+] = (Ka/K2) ([CO2]/ [HCO3-])        ------------------ (5)

(5)式,取負自然對數,可得

            -log[H+]  =  -logK  -  log([CO2]/ [HCO3-])      ----------- (6)

           其中 K = Ka/K2

改寫(6)式,可得

            pH = pK - log([CO2]/ [HCO3-])          -------------------- (7)

在正常活動及適度運動下,pK值可約略視為定值,因此血液中的酸鹼度,可由血中二氧化碳(CO2)濃度與碳酸氫根離子(HCO3-)濃度之比值所決定。假設血液pH值保持在7.4,此時二氧化碳濃度(pCO2)40mmHg(5.3kPa),而碳酸氫根離子的濃度為24meq24mmol/liter。對一位健康者而言,血液的pH值會被控制於7.35~7.45之間,則pCO2將被控制於35 -45m mHg之間,而碳酸氫根離子的濃度則會被控制於22 -26m eq/L之間。

呼吸系統之酸鹼控制機制

首先檢視血液中最重要的酸鹼平衡化學方程式如下:

     H+(aq) +  HCO3-(aq)  ßà  H2CO3(aq)  ßà  H2O(l)  +  CO2(g)

自以上化學平衡式,可知,在血液中二氧化碳濃度(pCO2)越高,則血液酸度越高,因為血中二氧化碳濃度越高,會使以上化學平衡式向左進行,而產生更多的氫離子(H+),導致血液酸度變得較高。相對的,血中二氧化碳濃度越低,會使以上化學平衡式向右進行,將使H+HCO3-結合形成H2C O3,再於碳酸酐脢(carbonic anhydrase)催化下,幫助H2C O3分解成H2OCO2,因此,使血中氫離子減少,導致血液的酸度降低。

如果,血液的「酸度」太高,或者說其pH值小於7.35,亦或說血液中氫離子濃度太高,則人體可利用呼吸作用,如加快呼吸頻率,提高血中的二氧化碳排出量,以將血中的二氧化碳濃度降低,而使H+HCO3-結合形成H2C O3,再於碳酸酐脢(carbonic anhydrase)催化下,將H2C O3分解成H2OCO2,如此,即可降低血中氫離子濃度,使血液的酸鹼度恢復正常,即使血液的pH值恢復在7.35-7.45之間。

相對的,如果,血液的鹼度太高,或者說其pH值大於7.45,亦或說血液中氫離子濃度太低,則人體可利用呼吸作用,如放緩呼吸頻率,降低血中的二氧化碳排出量,以累積血中的二氧化碳,使二氧化碳濃度增高,而使CO2H2O結合形成H2C O3H2C O3再接著解離出H+HCO3-,如此,即可昇高血中氫離子濃度,使血液的酸鹼度恢復正常,即使血液的pH值降低而恢復在7.35-7.45之間。

呼吸作用,是人體最強有力的酸鹼平衡系統,一旦血液發生酸鹼不平衡時,約兩分鐘內即可開始回應(response)進行調整。一般來說,若一個健康的人,將呼吸頻率比平時正常狀態加快一倍,並持續一段時間(如氣喘患者),由於過度換氣的結果,會增加二氧化碳排出量,則血液鹼性會因此提高,嚴重的話,pH值可提高0.23,使正常的pH7.4昇至7.63,不過,一旦呼吸恢復正常,血液pH值也會很快恢復正常。

相對的,若一個健康的人,將呼吸頻率比平時正常狀態減慢四分之一(25% reduction),減緩血中的二氧化碳排出量,則血液酸性會因此提高,嚴重的話,pH值可降低0.4,使正常的pH7.4降至7.0

呼吸系統之酸鹼控制機制,簡單的說,就是靠控制二氧化碳排出速率的改變,來穩定血液的酸鹼度。

腎臟排泄系統之酸鹼控制機制

腎臟,可藉由排泄酸或鹼物質,來幫忙調整血液之酸鹼平衡。若血液過酸,即排泄酸性物質,以使血液恢復正常;若血液過鹼,即排泄鹼性物質,以使血液恢復正常。若血液酸鹼失衡,未用呼吸系統,而僅用腎臟排泄系統,則須數天之久,才可能恢復正常,可以說,腎臟的酸鹼平衡作用,較為緩慢。

酸中毒與鹼中毒之起因

由於肺部及腎臟,為血液酸鹼平衡的重要器官,會影響這兩個器官正常運作的疾病,都可能使血液的酸鹼失衡(acid-base disorder)酸鹼失衡,可由呼吸性功能失常所引起,稱之為呼吸性酸鹼失衡(respiratory acid-base disorder),包含呼吸性酸中毒(respiratory acidosis)及呼吸性鹼中毒(respiratory alkalosis)。酸鹼失衡,若非由呼吸性功能失常所引起,則稱之為非呼吸性酸鹼失衡(non-respiratory acid-base disorder),包含非呼吸性酸中毒(non-respiratory acidosis)及非呼吸性鹼中毒(non-respiratory alkalosis),或稱代謝性酸鹼失衡(metabolic acid-base disorder),包含代謝性酸中毒(metabolic acidosis)及代謝性鹼中毒(metabolic alkalosis)

引起呼吸性酸中毒的病因有:(1)中樞神經或脊椎受侵犯(CNS disease),如腦腫瘤、脊椎後側彎(kyphoscoliosis)等;(2)肺部疾病(lung disease),如肺部纖維化、慢性阻塞性肺病(COPD)、氣胸(pneumothorax)、嚴重氣喘(severe asthma)、呼吸道阻塞(airway obstruction)等。

呼吸性鹼中毒引起的病因有:(1)過度換氣症(hyperventilation)(2)中樞神經出血(CNS hemorrhage)(3)懷孕,(4)藥物,如水楊酸(salicylate)、黃體酮(progesterone)等,(5)憂慮(anxiety)

非呼吸性酸中毒引起的病因有:(1)腎小管障礙,如腎小管酸中毒(renal tubular acidosisRTA)(2)糖尿病酮酸中毒,(3)尿毒症(uremia)(4)酒精中毒,(5)乳酸代謝能力降低,導致乳酸酸中毒。

非呼吸性鹼中毒引起的病因有:(1)體液缺乏(volume contraction),如嘔吐、過度利尿(overdiuresis)等,(2)低鉀血症(hypokalemia)(3)過度攝取礦物鈉,(4)巴特氏症候群(Bartter's syndrome)(5)服用過量鹼性物質,如碳酸氫鈉等。

概略總結(SUMMARY)

人體的血液正常情況下為微鹼性,並且體內亦具有自動調節的能力,除非身體有疾病,身體不易產生酸鹼失衡的情況。若身體有酸鹼失衡的現象,表示身體有病了,應速就醫找出病因,勿自行採用攝取酸性或鹼性食物的「食物療法」,以免延誤病情。

雖然蛋白質食物常含在體內會產生尿酸的嘌呤成分,但對一個無高尿酸血症健康的人而言,每日攝取適量蛋白質食物,並不會使身體變為「酸性體質」,應放心適量攝取蛋白質食物,其適當攝取量計算,可參考本部落格之貼文,「由人體一日總消耗熱量估計值,推估一天飲食計畫」。

平常飲食,如果偏食蛋白質食物,確實會導致骨質流失,但只要不過量食用蛋白質食物,均衡飲食,食用足量鈣質,自然就不會有因食用蛋白質食物而造成骨質流失的問題。至於平日鈣質攝取注意事項,則可參考本部落格之貼文,「鈣質之攝取、吸收與流失」。

對一位正常健康者來說,日常食物的消化吸收、及日常身體的代謝,所產生的酸性或鹼性物質,極容易在體內被調整,根本無法使人產生「酸性體質」或「鹼性體質」。千萬不要為了調整身體成為「鹼性體質」,偏食蔬菜、水果,而少食蛋白質食物,不僅根本無法改變身體血液的酸鹼性,如此反而容易造成缺乏蛋白質營養素,而加速身體衰老及降低身體疾病抵抗力,得不償失。

調整體質,最好的方法,其實幾乎每個人都早已知道的一句話,為

                         均衡飲食,外加適度運動!

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