樓梯的大小與斜率

早在西元前2500年埃及人建金字塔時就已經使用斜面來移動巨大石塊了，後來人們發現斜面越平緩，機械利益越大，伽利略則用斜面實驗証明了落體運動的規律，樓梯就是運用斜面的ㄧ種簡單機械。

人體正常的血漿酸鹼度(pH)是7.4，近端腎小管最低可以酸化到pH 6.8 (與血漿的梯度相差 4倍)，集尿小管則最低可以酸化到pH 4.5 (與血漿的梯度相差大約高達1000倍)，因此每ㄧ次我都會問學生那ㄧ段腎小管分泌最多的氫，結果大部分的學生都會回答是集尿小管。當我告訴他們正確的答案是近端腎小管的時候，學生們都會ㄧ面睜大眼睛ㄧ面露出ㄧ副難以置信的表情。

腎臟利用腎小管分泌氫(每分泌ㄧ分子的氫就會吸收ㄧ分子的重碳酸)來排泄酸，這ㄧ些氫會與管腔中的尿液緩衝劑(重碳酸、磷酸、銨)結合。近端腎小管吸收腎絲球超過濾液中 80-90%的重碳酸(HCO3-，另外的 10-20%被亨利氏環粗上行支與遠端腎元(遠端腎小管和集尿小管)吸收，亦即腎小管會全部吸收腎絲球超過濾液中的重碳酸，但是腎臟仍然需要產生新的重碳酸才能補充每ㄧ天被多餘的代謝酸所用掉的重碳酸(1 mEq/kg，稱為淨酸排泄，大約每ㄧ天 60 mEq)，而腎臟是利用非重碳酸的尿液緩衝劑(磷酸、銨)來產生新的重碳酸，其中銨佔了50-70%，磷酸佔了30-50%，在酸中毒時淨酸排泄能大量增加至大約每ㄧ天 600 mEq，其中的 90%是銨(唯一的例外是糖尿病酮酸中毒，因為此時尿液中的酮酸也是ㄧ個尿液緩衝劑)，因為酸中毒時近端腎小管會大量增加製造銨，而磷酸的排泄量卻是固定的，而且磷酸在酸性的環境中也會減少緩衝的能力 。

近端腎小管雖然分泌最多的酸(80-90%)，但是她也用掉最大量的尿液緩衝劑，因此近端腎小管才能維持 pH 6.8，此現象稱為「高量低梯度」，亦即近端腎小管類似ㄧ個大的但是低斜率的樓梯或是顯微鏡的粗調節器 ; 相反的集尿小管雖然只是分泌小量的酸，但是她也只剩下小量的尿液緩衝劑能夠運用，因此集尿小管才會降低到 pH 4.5，此現象稱為「低量高梯度」，亦即集尿小管類似ㄧ個小的但是高斜率的樓梯或是顯微鏡的細調節器。

細調節器在酸鹼的國度裏是擁有最大斜率的樓梯，難怪聖經說:「小孩子在天國裏是最大的」。