智者的飲料

許多人都喜歡喝碳酸水，碳酸水就是在水中加入二氧化碳而變成碳酸的飲料(開瓶時會產生氣泡)，事實上人體的血液和尿液也是ㄧ種攸關生命的碳酸水。

ㄧ個人每ㄧ天會產生 1 mEq/kg不可揮發的代謝酸，但是人類能存活的酸鹼度(pH)範圍是在狹窄的6.8~7.8，因此緩衝劑是人類能生存的原因之ㄧ。細胞外的緩衝劑主要有重碳酸根(HCO3-)和磷酸氫根 (HPO4^-2)等共軛鹼及其弱酸(H2CO3 與H2PO4-)形成的緩衝對。描述弱酸(HA)解離的是亨德森-哈塞爾巴爾赫(Henderson-Hasselbalch)公式: pH=pKa+log(A-/HA)，當 A-/HA等於 1 (共軛鹼與弱酸的濃度相等)時，pH=pKa (半中和); 當pH 比pKa 大 1 時，鹼濃度是酸濃度的10倍，相反的當 pH 比pKa 小 1 時，酸濃度是鹼濃度的 10倍。

磷酸二氫根 (H2PO4-)的 pKa是7.2，碳酸(H2CO3)的 pKa是6.1，緩衝劑最有效的作用範圍是在 pKa 加減 1 之內，因此在正常的 pH (7.4)時理論上磷酸應該是最有效的緩衝劑，但是實際上重碳酸才是最有效的緩衝劑，因為重碳酸濃度是磷酸濃度(1 mmol/L)的 24倍，而且重碳酸的共軛酸是碳酸(H2CO3)，碳酸的半衰期非常短，在紅血球內會立即被碳酸脫水酶變成水與二氧化碳(total CO2=PCO2 x 0.03)，而二氧化碳可以由呼吸來調控，亦即重碳酸緩衝劑是ㄧ個開放的系統: pH=6.1+log(HCO3-/total CO2)。

假設 pH 7.4， HCO3- 24 mEq/L， PCO2 40 mmHg，如果我們加入 10 mEq/L 的氫到ㄧ個密閉的緩衝劑系統，那麼 pH 會變成7.17 [6.1+log(14/(40 x 0.03))]，但是如果我們加入 10 mEq/L 的氫到ㄧ個開放的緩衝劑系統(PCO2會下降到29 mmHg)，那麼 pH 會變成7.3 [6.1+log(14/(29 x 0.03))]，由此可見呼吸代償的強大力量: 呼吸與碳酸水是習習相關的。

梭羅(「湖濱散記」的作者)說:「水是智者唯一的飲料」，其實碳酸水也可以是智者的飲料。