【MedSci原创】最强辟谣 ---- 对“酸性体质致癌论”及“饮用碱性水”宣传的质疑(理论篇)

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话说人体的酸碱平衡 ----

对“酸性体质致癌论”及“饮用碱性水”宣传的质疑

人体的新陈代谢反应和生理活动,需要恒定的酸碱度环境;换言之,人体内环境中酸碱度的恒定,对于人体的健康和生命来说,具有非常重要的意义。如果体内的酸碱失衡,可以导致酸中毒或者碱中毒,甚至造成生命的终结。由此可见,认识人体的酸碱平衡,很有价值。本文想从生理化学的角度,阐述这一问题。

一、人体的酸碱度

在人体中,通过酸碱平衡的调节机制,将人体内环境的酸碱度,严格调控在pH 7.4左右(pH 7.35~7.45),即处于接近中性的弱碱性环境中。如果由于疾病等因素,导致血液pH值小于pH7.35时,人体则陷入酸中毒;如高于pH7.45时,则称之为碱中毒。需要指出,在一般书籍文献所给出的这一正常酸碱度数据,主要指的是血液的酸碱度。因为血液容易采集和测定,而且它流经全身,与身体的各个器官组织相沟通,所以选它作代表。其实,身体各器官组织的代谢多有特点,它们各自的pH值并不尽相同。

首先,让我们先来看看消化道吧! 在胃中,每天分泌着高达1.5~2.5升(1500毫升~2500毫升)的富含盐酸的胃液,其酸度可达pH 1~1.5。这是生物长期进化保留的特性,其作用一是可杀死外来的病菌以保证健康;另一方面,可使食物蛋白质发生凝固变性,并提供胃蛋白酶以最适pH,从而有利于蛋白质的消化。大家知道:像蛇、蟒、狮、虎等肉食动物,它们的胃液酸性甚高,由此保证了他们可以生吞猎物得以消化,并且不易生病。

相反,在肠道中则是另外一番天地。那里每天分泌着大量的碱性消化液,包括 pH7.4的胆汁0.5~1升,pH 8.0左右的胰腺分泌液1~2升,肠腺分泌的pH7.6的消化液1~3升。它们不仅将由胃流下来的胃酸全部中和,而且使得肠道变为弱碱性的环境。

占身体最大重量比的肌肉组织,由于代谢旺盛,产生大量的酸(碳酸和乳酸),该组织偏酸性,可低达pH 6.0左右。另一个极端的例子是成骨细胞,其pH为8.0左右。对于大多数身体细胞而言,基本处于pH 7.0~7.1左右。

二、体内酸碱物质的来源

1.新陈代谢产生:人体无时无刻都在进行着千千万万的新陈代谢化学反应,通过这些反应,实现身体细胞的生长、发育、繁殖、更新以及获取各种生理反应所需的能量,而其中不少代谢反应会产生一些酸碱物质。

(1) 最大宗的酸来源于三大营养物(糖类、脂肪和蛋白质)的氧化过程。当这些营养物彻底氧化时,其最终的氧化产物为二氧化碳(CO2)和水(H2O).由于在体内条件下,二氧化碳(CO2)不是以气体的状态存在,而是与水(H2O)结合生成碳酸(H2CO3).可以说,碳酸是体内每日产量最多的主要酸来源。碳酸经血液运输到肺部可再分解为二氧化碳加以呼出,故而有人把这一部分酸称之为“挥发性酸”。

(2) 糖类除在体内沿有氧氧化途径氧化为二氧化碳(CO2)和水(H2O)之外,在无氧条件下,产生歧路产物—乳酸。

(3) 脂肪在某些组织中往往难于彻底氧化为二氧化碳(CO2)和水(H2O),却生成中途产物—酮体(包括乙酰乙酸、羟丁酸等),它们是酸性物质。

(4) 某些含硫氨基酸在代谢过程中,其含硫集团可以生成硫酸或者磺酸;某些含磷酸基的物质(例如核酸),可被分解并生成磷酸。虽然这部分酸的量占比例较少,但他们不能通过肺部呼出,故被称为“非挥发性酸”。

(5) 蛋白质的组成单元是氨基酸,氨基酸在脱氨代谢中可脱下“氨”,氨是碱性物质。 这是体内代谢产生碱的主要来源。

氨基酸→氨NH3 + H+ → NH4+(前面讲过:能与H+ 结合的物质是碱)

2.食物来源

(1) 成酸食物:前面提到,蛋白质中的含硫氨基酸代谢可以生成硫酸和磺酸,核酸等代谢可以分解出磷酸,而这些酸都是“非挥发性酸”;脂肪在代谢中可部分产生酮体,故而富含蛋白质和核酸以及脂肪的食物(例如肉类),被看成是成酸食物。

(2) 成碱食物:一些水果蔬菜中含有的有机酸,例如苹果酸、柠檬酸等,它们在肠道吸收时以及吸收到体内时均处于弱碱性环境,必然以相应的弱酸盐和酸两种形式存在。以苹果酸为例,它有两种形式:苹果酸钠(钾)/苹果酸,两者的比例依据其pK值及当时的环境pH值而定。在体内苹果酸被彻底氧化为CO2和H2O,按照化学反应的质量作用定律,苹果酸钠(钾)则不断转变为苹果酸并进一步氧化,但是苹果酸钠(钾)这种弱酸盐实际是一种碱,其转变为苹果酸的过程,偶联一个碳酸(H2CO3)向碳酸氢钠(NaHCO3)的化学反应。

苹果酸钠(钾)→ 苹果酸 → CO2 + H2O

碳酸(H2CO3)→碳酸氢钠(NaHCO3)(或者碳酸氢钾)

由此看来,苹果酸的代谢可以导致碳酸氢钠这种碱的生成,所以,那些富含有机酸的水果蔬菜被称作成碱食物。

从上可以看出:所谓“成酸食物”和“成碱食物”与食物本身的酸碱性并不一致。以我们常食用的醋为例,它是醋酸的稀溶液,说它是“酸性食物”毫无疑问,但是醋酸是一种 弱酸,它在肠道吸收以及吸收到体内时肯定被部分中和为醋酸钠,也就是说,它和其他有机酸(苹果酸、柠檬酸等)一样,在体内以碱(醋酸钠)和酸(醋酸)两种形式存在;当醋酸被活化并氧化为二氧化碳和水时,醋酸钠则不断转化为醋酸,再被活化并氧化为二氧化碳和水,同时偶联一个碳酸转变为碳酸氢钠的过程。我们在算总账时会发现,食入酸性物质醋酸,在体内代谢的结果是增加了相当量的碱—碳酸氢钠。由此可以说:酸性食物≠成酸食物;碱性食物≠成碱食物。两者不是一回事!

3.药物:

例如止咳祛痰药氯化铵等是酸性的,某些生物碱类的药物是碱性的。由于它们的量很小,而且并非人人天天吃药,这一问题在此予以忽略。

三、人体酸碱平衡的机制

人体代谢每天产生大量的酸和一部分碱,成酸食物和成碱食物也会产生一些影响,那么,人体的酸碱度为什么能够保持相对恒定呢?这是因为体内有强大的缓冲机制;它包括两个层次:缓冲物质和脏器调节。

1.缓冲物质:它们是战斗在第一线的排头兵,主要由一些弱酸和弱酸盐构成一个又一个所谓“缓冲对”。例如碳酸氢盐和碳酸,磷酸盐和磷酸、蛋白质等。它们对付酸碱的办法就是“酸来碱挡,碱来酸淹”。在血液和细胞外液中充当先锋部队的“腕儿”,其实就是我们耳熟能详的“小苏打”(碳酸氢钠)和它的伴儿—碳酸。让我们举两个例子来看看,这对“酸碱斗士”是如何来完成中和缓冲任务的。

比如,当体内代谢产生硫酸时,碳酸氢钠挺身而出与之战斗,结果产生硫酸钠和碳酸。

硫酸(H2SO4)+ 2碳酸氢钠(2NaHCO3)→硫酸钠 (Na2SO4)+ 2 碳酸(H2CO3)

你看:在反应前,有硫酸出现,因为硫酸是强酸,很容易导致体液变酸,但是经过反应之后变成了中性的硫酸钠和弱酸性的碳酸,这样一来,体液的酸碱性就不会有剧烈的变动。而且,碳酸还可以通过呼吸排出,最终使得这一番“酸性海啸”风平浪静,从而保证了体液的酸碱性稳定平衡。

相反,如果体内出现了碱,假设是氢氧化钠(NaOH),此时碳酸(H2CO3)则英勇御敌,与之拚斗。

氢氧化钠(NaOH)+ 2碳酸(H2CO3)→2 碳酸氢钠(NaHCO3) + 水(H2O)

反应前是强碱,反应后变成了弱碱,同样避免了酸碱度的剧烈波动。

为了减少篇幅,磷酸盐缓冲对和蛋白质缓冲对的作用就不一一展示了,可以举一反三来理解它们。

2.脏器对酸碱度的调控

由上述可见,缓冲物质的作用是重要的和有效的,但也是短暂的和有限的。仅仅靠它们的努力还无法做到“长治久安”。好在我们身体的一些脏器,包括肺脏、肾脏和肝脏等,参与到体内的酸碱平衡调控,使我们体内的pH值维持在一个狭窄而稳定的范围内。

⑴肺脏:我们体内昼夜不停地氧化着各种各样的物质以获取能量,这种氧化与体外的燃烧从化学本质上讲是极其相似的,只不过体内的氧化燃烧是在37°C、常压和水环境中发生的,其最终产物也是二氧化碳和水。前面提到,体内的二氧化碳不以气体形式存在,而是与水结合生成碳酸。所以,将碳酸由体内排除,是维持体内酸碱平衡的巨大而持久的任务,而这一艰巨使命,正是由肺脏通过一刻不停地呼吸来完成的。身体细胞产生的碳酸,经血液循环的运输到达肺泡,在这里,碳酸分解为二氧化碳和水,二氧化碳则通过呼气排出体外,从而解决了繁重而持久的排酸任务,实现酸碱平衡的目的。我们常常把一个人生命的终结用“他停止了呼吸”来描述,可以看到肺脏的呼吸对于生命的意义和象征。吸气带来了氧化需要的氧,呼气又顺便排出了氧化的产物二氧化碳。肺脏是人体调控酸碱平衡的极其重要的功臣之一。

⑵肾脏:也许你仅仅知道肾脏是人体的“垃圾和污水处理系统”,其实在体内酸碱平衡的调控方面,肾脏与肺脏是最重要的“哼哈二将”!如果说肺脏仅仅能够排除易挥发性酸—碳酸,那么肾脏就显得更加多面手,它不仅可以排出非挥发性酸,也可以排出碱。在某一时间点,它究竟是排酸还是排碱,取决于当时身体的酸碱状况。当体液偏酸时,它就排酸,如体液偏碱时,它就排碱。所以我们刚刚排出的新鲜尿液,其酸碱性可能是变动的。这种排酸或者排碱的生化机制已经研究得非常清楚,可以在分子水平清晰阐明,但对于大多数读者而言并无需要,所以此处省略了。肺脏和肾脏相互配合,相得益彰。他们联合起来既可以排出挥发性酸,也可以排出非挥发性酸,又可以根据需要排出碱,从而基本保证了体内的酸碱平衡。

⑶肝脏:除了上述的肺脏和肾脏两位哼哈二将外,肝脏在酸碱平衡中的作用也值得一提。前面讲到:我们身体的某些组织器官在进行脂肪代谢时,会产生一些酸性的中间产物—酮体,影响体液的酸碱度,但是酮体被血液循环运送到肝脏,可以被肝脏代谢处理,从而消除了体液变酸的危险。除此以外,肝脏还可以减少碱的来源。体内氨基酸代谢时会通过脱氨作用脱下一些氨,氨是碱性物质,可能会影响体液的酸碱度,而肝脏具有把氨合成为尿素(它是一种中性的无毒代谢产物)的功能。在化肥厂,要合成尿素需要高温、高压等苛刻条件,肝脏却能在体温和常压的条件下完成此项工作,堪称伟大!这是题外话。在正常情况下,也许我们体会不到肝脏的这两项功能的意义,但当肝脏因罹患严重疾病(例如急性黄色肝萎缩)时,病人会出现酸中毒和昏迷(加之氨对脑的毒害作用所致)。这时可以反衬出肝脏在酸碱平衡中不可忽视的作用。

通过肺脏、肾脏和肝脏这三驾马车的联合机制的调控,加上缓冲物质的作用,我们体内的酸碱度,被严格控制在一个狭窄而稳定的范围内,从而保证了身体各项生理功能的正常进行。可见,维护肺、肾、肝脏的健康是多么重要!

理论依据已做好铺垫,接下来便是事实分析,精彩请看下篇:对“酸性体质致癌论”及“饮用碱性水”宣传的质疑(分析篇)

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