🔍 Acid-Base Disturbances — Clinical Overview
⚡ 資料更新至：2026（2026-06 currency check；JASN 2025 metabolic alkalosis 代償公式、AJKD Core Curriculum 2025 已驗證）
📊 Epidemiology & Pathophysiology
基本概念
- Acid-base homeostasis 由 lungs（CO₂ excretion）、kidneys（HCO₃⁻ reabsorption 與 H⁺ excretion）及 buffer 系統共同維持
- Henderson-Hasselbalch 方程式：pH = 6.1 + log([HCO₃⁻] / (0.0307 × pCO₂))
- 正常值：pH 7.35–7.45 | pCO₂ 35–45 mmHg | HCO₃⁻ 22–26 mEq/L
四大 primary disorders
| Disorder | pH | pCO₂ | HCO₃⁻ | Cause |
|---|---|---|---|---|
| Metabolic acidosis | ↓ | normal（compensatory↓） | ↓ | AGMA / NAGMA |
| Metabolic alkalosis | ↑ | normal（compensatory↑） | ↑ | vomiting、diuretics、aldosterone excess |
| Respiratory acidosis | ↓ | ↑ | normal（compensatory↑） | hypoventilation |
| Respiratory alkalosis | ↑ | ↓ | normal（compensatory↓） | hyperventilation |
- Mixed acid-base disorders 在臨床上極為常見，尤其在 ICU 病患（來源：Mixed Acid-Base Disturbances: Core Curriculum 2025, AJKD）
🩺 Clinical Presentation
依嚴重度分
mild（pH 7.3–7.4 或 7.4–7.45）
- 通常 asymptomatic，在 ABG/electrolytes 中意外發現
中至重度 acidosis（pH <7.3）
- Neurologic：headache、somnolence、altered mental status
- Cardiovascular：arrhythmia、hypotension（pH <7.1 → myocardial depression）
- Respiratory：Kussmaul breathing（metabolic acidosis 的 compensation）
- Metabolic：hyperkalemia（H⁺/K⁺ exchange）、hypotension
中至重度 alkalosis（pH >7.55）
- Neurologic：agitation、seizure
- Cardiovascular：arrhythmia（尤其在 hypokalemia 合併時更危險）
- Muscular：tetany、cramping（low ionized calcium）
嚴重 acid-base disturbance 的 organ-system 影響（pH <7.20 或 >7.60）
| System | Acidemia（pH <7.20） | Alkalemia（pH >7.60） |
|---|---|---|
| Cardiovascular | ↓contractility、arteriolar vasodilation、↓ MAP & CO、↓response to catecholamines、↑arrhythmia 風險 | Arteriolar vasoconstriction、↓coronary blood flow、↑arrhythmia 風險 |
| Respiratory | hyperventilation、↓respiratory muscle strength | Hypoventilation |
| Metabolic | ↑K（respiratory > metabolic）、insulin resistance | ↓K、↓Ca、↓Mg、↓PO₄ |
| Neurologic | altered mental status | altered mental status、seizure、tetany |
（來源：Pocket Medicine 9th Ed.）
🔬 Diagnosis
Stepwise Approach（六步法）
Step 1：確認 primary process
- 看 pH：<7.35 = acidosis；>7.45 = alkalosis
- 看 HCO₃⁻ 和 pCO₂ 確認 primary process 類型
Step 2：確認是否為==代償（compensation）==
| Primary disorder | Compensation | Formula |
|---|---|---|
| Metabolic acidosis | respiratory hyperventilation ↓pCO₂ | ==Winter’s formula: Expected pCO₂ = (1.5 × HCO₃⁻) + 8 ± 2== 或 pCO₂ ≈ HCO₃⁻的最後兩位數字（簡便法） |
| Metabolic alkalosis | respiratory hypoventilation ↑pCO₂ | 🆕 最新公式（JASN 2025）: Expected pCO₂ = 0.65 × HCO₃⁻ + 23（HCO₃ 30–120 mEq/L） 或舊公式：==pCO₂ = 0.7(HCO₃⁻ − 24) + 40 ± 2==，或 HCO3 + 15 |
| Respiratory acidosis（acute） | renal：HCO₃⁻ ↑ | ΔHCO₃⁻ = 0.1 × ΔpCO₂（或 ↓pH = 0.008 × ΔpCO₂） |
| Respiratory acidosis（chronic） | renal：HCO₃⁻ ↑↑ | ΔHCO₃⁻ = 0.35 × ΔpCO₂（或 ↓pH = 0.003 × ΔpCO₂） |
| Respiratory alkalosis（acute） | renal：HCO₃⁻ ↓ | ΔHCO₃⁻ = 0.2 × ΔpCO₂（或 ↑pH = 0.008 × ΔpCO₂） |
| Respiratory alkalosis（chronic） | renal：HCO₃⁻↓↓ | ΔHCO₃⁻ = 0.4 × ΔpCO₂ |
若代償不符合預期公式，提示有 mixed disorder
- pCO₂ 過低 → 合併 primary respiratory alkalosis
- pCO₂ 過高 → 合併 primary respiratory acidosis
- HCO₃⁻ 過低 → 合併 primary metabolic acidosis
- HCO₃⁻ 過高 → 合併 primary metabolic alkalosis
🎯 內專考點（114年）
- High AG metabolic acidosis + respiratory alkalosis（mixed）的判讀流程：先看 pH（acidosis）→ 算 AG = Na − Cl − HCO₃ → 再用 Winter formula 驗代償。例：pH 7.32、HCO₃ 13、Na 144、Cl 102 → AG = 29（high AG）；Winter 預期 pCO₂ = 1.5×13 + 8 = 27.5 ± 2，實測 pCO₂ 20 低於預期 → 額外合併 primary respiratory alkalosis（非單純「代償很好」）。代償有預測範圍，超出範圍即第二個 primary disorder。 ﹝考 114-061﹞
🎯 內專考點（110年）
- DKA + pneumonia 致 mixed AGMA + respiratory alkalosis：diabetic 病人 glucose 385、Kussmaul、pH 7.35、pCO₂ 22、HCO₃ 14、Na 130、Cl 96 → AG = 130 − (96+14) = 20（high AG，DKA）；Winter 預期 pCO₂ ≈ 1.5×14 + 8 = 29，實測 22 低於預期 → 疊加 primary respiratory alkalosis（pneumonia/sepsis 刺激 hyperventilation）。陷阱：insulin 治療 DKA 是把 phosphate 推入 cell→hypophosphatemia（不是 hyperphosphatemia）；serum Na 受 hyperglycemia 稀釋，corrected Na = measured Na + 1.6×[(glucose−100)/100]。 ﹝考 110-056﹞
- MALA（metformin-associated lactic acidosis）：CKD（eGFR↓）病人 metformin 蓄積 → high AG metabolic acidosis、lactate 顯著升高、對 sodium bicarbonate 反應差、altered mental status；重症首選 hemodialysis（清除 metformin 並矯正 acidosis）。metformin renal function 限制：eGFR ≥45 可用、30–44 減量勿新起始、<30 禁用；contrast media/acute illness/sepsis/hypoxia 時暫停。鑑別其他「難矯正 high AG acidosis」的 glucose-lowering drug 相關：SGLT2i 相關 euglycemic DKA（glucose 不高但 high AG ketosis）；DPP-4i/TZD/α-glucosidase inhibitor 不致 lactic acidosis，SU 主要風險是 hypoglycemia。 ﹝考 110-064﹞
（來源：JASN 2025 New Formula for Metabolic Alkalosis Compensation；Winter’s Formula, MDCalc；Pocket Medicine 9th Ed.）
代償需要的時間：
- respiratory compensation：數分鐘至數小時內發生
- renal compensation：需要數天才能完全表現
Step 3：計算 Anion Gap（AG）
- AG = Na⁺ − (Cl⁻ + HCO₃⁻)；正常值 8–12 mEq/L（不含 K⁺）
- 若 glucose 升高，==應使用measured Na==，不使用 corrected Na
- 若 albumin 偏低，需校正：==Corrected AG = AG + 2.5 × (4.0 − albumin g/dL)==
- 預期 AG = serum albumin × 2.5（例：albumin 4 g/dL 時 AG 應為 10；3 g/dL 時應為 7.5）
- AG >12（含 albumin 校正）→ Anion Gap Metabolic Acidosis（AGMA）
- ↓AG → albumin 下降或 unmeasured cation 升高（Ca、Mg、K、Li、immunoglobulin）或 bromide/iodine toxicity
Step 4：若 AGMA，計算 Delta-Delta Ratio（Δ/Δ）
- Δ/Δ = (AG − 12) / (24 − HCO₃⁻)
- <0.4：Pure NAGMA（no AGMA contribution）
- 0.4–1.0：Mixed AGMA + NAGMA
- 1.0–2.0：Pure AGMA（with normal baseline HCO₃）
- >2.0：AGMA + 合併 metabolic alkalosis（HCO₃⁻ 較高） （來源：LITFL Delta Ratio；Deranged Physiology）
Step 5：若 NAGMA，計算 Urine Anion Gap（UAG）及 Urine Osmolal Gap（UOG）
-
UAG = Urine (Na⁺ + K⁺) − Urine Cl⁻（間接評估 renal H⁺ excretion 能力）
- 正值（>0）：tubular NH₄⁺ excretion 不足 → renal 原因（RTA、Kidney Disease (CKD & AKI)）
- 負值（<0）：NH₄⁺ excretion 正常 → intestinal 原因（diarrhea、fistula）
-
UAG 限制：在下列情況不可靠（此時改用 UOG）：
- acute kidney injury / chronic kidney disease
- polyuria
- Na⁺ depletion（UNa <20）
- urine pH >6.5
- high anion gap metabolic acidosis（organic cation excretion → 正值 UAG，但不代表 NH₄⁺ excretion 不足）
- proximal RTA（UAG 變異性高）
-
Urine Osmolal Gap (UOG) = measured urine osmolality − [2×(Na⁺ + K⁺) + BUN + glucose (mmol/L)]
- UOG <40 mmol/L → NH₄⁺ excretion 障礙（renal 原因）
- UOG >40 mmol/L → NH₄⁺ excretion 正常（intestinal 原因）
（來源：EMCrit NAGMA；Internal Medicine Journal 2024；Pocket Medicine 9th Ed.）
Step 6：AGMA 的 differential diagnosis（GOLDMARK mnemonic）
| Abbr | Cause | 說明 |
|---|---|---|
| G | Glycols（ethylene glycol、propylene glycol、diethylene glycol） | Ethylene glycol → glycolic + oxalic acids Propylene glycol → lactic acidosis Diethylene glycol → diglycolic acid |
| O | Oxoproline（5-oxoproline/pyroglutamic acid） | Acetaminophen + penicillins → 易發生在 malnutrition、female、pregnancy、renal failure、hepatic failure 患者 |
| L | Lactic acidosis | Type A: tissue hypoperfusion（shock、mesenteric ischemia、CO poisoning、cyanide） Type B: non-hypoxic（hepatic failure、malignancy、alcohol、thiamine deficiency、特定 drugs） D-lactic acidosis：short bowel syndrome 合併 glucose 攝取 |
| D | DKA、AKA（ketoacidosis） | DKA 和 SGLT2i 相關 ketoacidosis |
| M | Methanol | windshield fluid、solvent、fuel → 代謝為 formic acid |
| A | ASA（salicylate） | 早期：respiratory alkalosis（CNS 刺激） 晚期：metabolic acidosis（oxidative phosphorylation 受損 → ketones、lactate 等 inorganic acids） |
| R | Renal failure | organic anion（phosphate、sulfate 等）堆積 |
| K | Ketoacidosis | Diabetes Mellitus、alcohol intoxication、starvation、SGLT2i |
Ethylene glycol、methanol、isopropanol、ethanol 的特點（NEJM 2018;378:270, 2020;382:2544）
| Substance | AG | OG | Clinical presentation | 備註 | |
|---|---|---|---|---|---|
| Methanol | ↑ | ↑ | altered mental status、blurred vision、mydriasis、papilledema | windshield fluid、antifreeze、solvent | |
| Ethylene glycol | ↑ | ↑ | altered mental status、cardiopulmonary failure、hypocalcemia urine 在 UV 光下 fluorescence | antifreeze、petroleum products | |
| Propylene glycol | 正常/↑ | ↑ | AKI、hepatic injury | pharmaceutical solvent（IV diazepam、lorazepam、phenobarbital） | |
| Diethylene glycol | 正常/↑ | 正常/↑ | AKI、N/V、pancreatitis、neuropathy、lactic acidosis | brake fluid | |
| Isopropyl alcohol | 正常/↑ | ↑ | altered mental status、fruity breath、pancreatitis、lactic acidosis | - | |
| Ethanol | - | - | alcohol odor、altered mental status、Hepatitis；可合併 ketoacidosis ± metabolic alkalosis（vomiting） | - |
Note on Osmolal Gap (OG) 計算：
- OG = measured osmolality − calculated osmolality
- calculated osmolality = (2 × Na⁺) + (glucose/18) + (BUN/2.8) [+ EtOH/4.6 若要測試其他物質]
- OG >10 → 提示有 substance 攝入，但 specificity 低（lactic acidosis、DKA、alcoholic ketoacidosis 也可升高）
- 高劑量 lorazepam（>10 mg/h）與 propylene glycol toxicity 相關
- OG 和 AG 會隨時間變化：初期 OG ↑，代謝後 OG ↓、AG ↑
（來源：Pocket Medicine 9th Ed.）
Toxin poisoning 時的處理流程：
- 若 altered mental status 或 AG >>，檢查 osmolal gap（OG）
- 中毒處理致電 poison control center：1-800-222-1222（美國）
🔬 ABG vs VBG 比較
| Parameter | ABG | VBG | 一致性 | 臨床用途 |
|---|---|---|---|---|
| pH | ✓ 準確 | ✓ 準確 | 相同±0.04 | 兩者都可用於 screening |
| HCO₃⁻ | ✓ 準確 | ✓ 準確 | 相同±2 mEq/L | 兩者都可用於 screening |
| pCO₂ | ✓ 準確 | ✗ 不準確 | 相差±8±17 mmHg | ABG 才能正確反映 |
VBG 在 hypercapnia 的應用：VBG 的 pCO₂ ≥45 mmHg 時，100% sensitivity 提示 hypercapnia，但無法準確評估 severity。
（來源：Pocket Medicine 9th Ed.; Am J Emerg Med 2012;30:896）
💊 Management
Metabolic Acidosis 治療
AGMA：治療潛在原因為首要目標
| Etiology | 治療 | 特點 |
|---|---|---|
| Lactic acidosis | 恢復 tissue perfusion（fluid resuscitation）、避免 vasoconstrictor、避免「Type B」drug | NaHCO₃ 僅於 pH <7.1 考慮 |
| DKA | insulin + fluid + electrolyte 補充（見 Endocrinology 筆記） | - |
| Alcoholic ketoacidosis（AKA） | glucose + fluid + K、Mg、PO₄ 補充 | - |
| Renal failure | NaHCO₃ 補充、hemodialysis | - |
| Methanol / Ethylene glycol | Fomepizole 20 mg/dL、vitamin B₁ & B₆（ethylene glycol）、folate（methanol）、dialysis（若有 AKI、blood pressure 不穩、visual changes 或 level >50 mg/dL） | - |
| Aspirin（salicylate）toxicity | urine alkalinization | 早期 respiratory alkalosis + 晚期 metabolic acidosis |
NaHCO₃ 給藥方式：
- 緊急情況：50 mmol （=50 mEq）安瓿 IV push （台灣 Rolikan 1支20ml=16.67 mEq）
- 非緊急：50 mmol 安瓿 × 3 溶於 1 L D5W 緩慢輸注 (250ml 的 Rolikan 是 208.75 mEq)
- ==估計需要量 = [期望 HCO₃⁻ − 目前 HCO₃⁻] × 體重(kg) × 0.4==
- 副作用：體液增加、Na⁺ 上升、ionized Ca⁺ 下降、pCO₂ 上升（intracellular acidosis 風險 → 必須確保充分 ventilation 排 CO₂）
（來源：Pocket Medicine 9th Ed.; Lancet 2018;392:31; Nat Rev Nephrol 2012;8:589）
NAGMA：治療
- RTA（Renal Tubular Acidosis）：oral NaHCO₃ 或 sodium citrate
- Intestinal loss（diarrhea）：補充 bicarbonate + volume + K⁺
- 注意：快速 NaHCO₃ IV 給藥 → paradoxical intracellular acidosis、volume overload
何時考慮 NaHCO₃ 治療（2024-2025 共識）：
- 嚴重 metabolic acidosis pH <7.1 或 HCO₃⁻ <10 mEq/L，尤其合併 AKI 時（Lancet 2018;392:31）
- Chronic CKD 合併 metabolic acidosis：目標 HCO₃⁻ ≥22 mEq/L，可能延緩 CKD 進展（BICARB trial）
Metabolic Alkalosis 治療
首線：去除原因
- vomiting / NG suction → 補充 NaCl（volume expansion）、KCl
- diuretics 引起 → 停用或換藥；補充 KCl
- Mineralocorticoid excess → 治療潛在原因（adenoma 切除、spironolactone）
難治性 metabolic alkalosis（Cl⁻ resistant）：
- 考慮 acetazolamide（carbonic anhydrase inhibitor）促進 HCO₃⁻ excretion
- 嚴重時：dilute HCl（0.1N HCl）IV 輸注（罕用）
Respiratory Acidosis 治療（Am J Kidney Dis 2023;82:347）
Etiology 類別與 compensation：
- CO₂ production↑：fever、hyperthyroidism、Sepsis & Shock、corticosteroid、overfeeding（尤其 carbohydrate）
- CNS depression（↓RR 和/或 VT）：opioids、benzodiazepines、CNS trauma、central sleep apnea、obesity、hypothalamic 功能不全
- Neuromuscular disorder（↓VT）：Guillain-Barré、poliomyelitis、amyotrophic lateral sclerosis、multiple sclerosis、muscle relaxants、myasthenia gravis、muscular dystrophy、嚴重 phosphate/potassium deficiency、high spinal cord injury
- Chest wall（↓VT）：pneumothorax、hemothorax、flail chest、kyphoscoliosis、ankylosing spondylitis
- Upper airway（↓VT）：foreign body、laryngospasm、sleep apnea、esophageal intubation
- Lower airway/gas exchange（↑VD ± ↓VT）：asthma、COPD、pulmonary edema、idiopathic pulmonary fibrosis
- 通常 hypoxia → ↑RR → respiratory alkalosis，但 muscle fatigue → respiratory acidosis
治療：
- 改善 ventilation：解除 airway obstruction、治療 COPD/asthma acute 發作、考慮 NIV 或 mechanical ventilation
- acute hypercapnia pH <7.2 → 積極 respiratory support
Respiratory Alkalosis 治療
病因（Am J Kidney Dis 2023;82:347）：
- Hypoxia → hyperventilation：pneumonia、congestive heart failure、PE、restrictive lung disease、Anemia
- Primary hyperventilation：
- CNS 刺激、pain、anxiety、trauma、stroke、CNS infection、pontine tumor
- drugs：salicylate toxicity（早期）、β-agonists、progesterone、methylxanthines、nicotine
- 其他：pregnancy、sepsis、hepatic failure、hyperthyroidism、fever
- Pseudo-respiratory alkalosis：perfusion 下降且 ventilation 保留（如 CPR）→ CO₂ 無法送至 lungs 排泄；低 pCO₂ 但 tissue CO₂ ↑
治療：
- 治療潛在原因：pain、anxiety（sedation）、PE（anticoagulation）、sepsis（antibiotics）
- Symptomatic hyperventilation：rebreather mask 短暫使用
Posthypercapnia / Posthypocapnia Acidosis
Posthypocapnia acidosis：respiratory alkalosis → renal compensation 排泄 HCO₃⁻；快速糾正 respiratory alkalosis（如 intubation）→ 暫時性 metabolic acidosis 直到 HCO₃⁻ 再生成
Posthypercapnia alkalosis：respiratory acidosis → renal compensation 排泄 H⁺ 並保留 HCO₃⁻；快速糾正 hypercapnia（如 extubation）→ 暫時性 metabolic alkalosis 直到 HCO₃⁻ 排泄
（來源：Pocket Medicine 9th Ed.; NEJM 2014;371:1434）
📈 Prognosis
- Metabolic acidosis in CKD：chronic acidosis（HCO₃⁻ <22）與 renal function 惡化速度加快、bone density 下降、muscle 萎縮相關；NaHCO₃ 補充可能延緩 CKD 進展
- Lactic acidosis（Type A）：mortality 與原發 disease severity 相關（sepsis、cardiogenic shock）；pH <7.0 預後極差
- Mixed disorders in ICU：複雜的 mixed acid-base 與更高 ICU mortality 相關（來源：AJKD Core Curriculum 2025）
- Metabolic alkalosis：通常預後良好，但若合併嚴重 hypokalemia → 致命性 arrhythmia 風險
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| 類型 | 標題 | 期刊 | 年份 | 來源 |
|---|---|---|---|---|
| 🆕 Core Curriculum | Mixed Acid-Base Disturbances: Core Curriculum 2025 | American Journal of Kidney Diseases | 2025 | AJKD |
| 🆕 New Formula | New Formula to Calculate Respiratory Compensation for Metabolic Alkalosis | JASN | 2025 | JASN |
| 🆕 Review | Demystifying normal-anion-gap metabolic acidosis: NAGMA 2024 | Internal Medicine Journal | 2024 | Wiley |
| Practical Guide | Acid-Base Interpretation: A Practical Approach | Am Fam Physician 111(2):148-155 | 2025 | PMID 39964926 |
| Classic Review | Physiological Approach to Assessment of Acid-Base Disturbances | NEJM | 2010（常綠） | NEJM |
| Clinical Tool | Winter’s Formula for Metabolic Acidosis | MDCalc | 常用 | MDCalc |
⚠️ Clinical Pearls
-
Albumin 校正 AG 不可忽略：hypoalbuminemia（常見於 ICU、liver disease、malignancy）會讓 AG 人為降低。若不校正，AGMA 可能被漏診。每 albumin 下降 1 g/dL → AG 低估 2.5 mEq/L。每次計算 AG 一定要做 albumin 校正。
-
🆕 Metabolic Alkalosis 代償公式更新（2025）：最新 JASN 研究（2025）推薦使用 pCO₂ = 0.65 × HCO₃⁻ + 23，取代舊有的 Davenport 或 Winters 公式（後者在高 HCO₃⁻ 時不準確）。在評估有無 concurrent respiratory disorder 時，使用更精確的公式很重要。
-
Delta-Delta 解讀陷阱：Delta-delta ratio <1 不一定代表 NAGMA 合併 AGMA。若病患 baseline HCO₃⁻ 本就偏高（如 chronic COPD 代償）或偏低（如 chronic kidney disease），需以個別 baseline 計算，而非直接用 24 mEq/L 作為正常值。了解病患 baseline 是正確解讀 mixed disorders 的關鍵。
-
⚠️ SGLT2i 相關 euglycemic DKA（不要被 glucose 騙了）：使用 SGLT2 inhibitor 的病人可在 glucose 僅輕度升高（常 <250 mg/dL，甚至正常）下發生 AGMA + ketosis。遇到不明原因 AGMA + ketones，務必問 SGLT2i 用藥史與誘因（fasting、surgery、infection、low-carb diet）。治療同 DKA（insulin + glucose + fluid），並停用 SGLT2i；perioperative 建議術前 3–4 天停藥。
-
Toxic alcohols：osmolal gap 隨時間下降是陷阱：methanol / ethylene glycol 中毒初期 osmolal gap ↑、AG 正常（parent alcohol 尚未代謝）；隨 parent alcohol 代謝為酸 → OG 下降、AG 上升。就診偏晚者 OG 可能已正常 → OG 正常不能排除 toxicity。懷疑時及早給 fomepizole，不要等 level。
注意：本摘要為文獻整理輔助工具，供學習參考用。Clinical guideline 更新頻繁，請以查詢當下最新版本為準。臨床決策請依個別 patient 狀況及最新指引為準，並諮詢 attending 或 specialist。
筆記建立日期：2026-04-05 ｜ 資料截止：2026 最後更新：2026-06-15（currency check：JASN 2025 alkalosis 公式驗證；修正 AFP 引用標示 PMID 39964926；新增 SGLT2i euglycemic DKA 與 toxic-alcohol OG 時序陷阱 pearls）
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- Dialysis & Kidney Transplantation (RRT)
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