认识Diamox的预备知识 作者：苏文政医师 海拔上升前24小时起连续服用Diamox这个药可有效减少急性高山病(AMS)的发生机会,....... (Diamox是种磺胺药, 过敏或G6PD缺乏症者禁用, 也有毒性, 须经医师处方) 因AMS是高海拔脑水肿(HACE)的前期, 所以理应也可减少HACE的发生. Diamox会使人 加速二氧化碳的排出, 也就是高度适应的最重要部分, 因此推测也可减少高海拔肺水 肿(HAPE)的发生机会. Diamox用於 "预防" 高山病是可以相信的. 但, 用於治疗已经发生的高山病呢? 则不能太过乐观. 在AMS可以用, 但须停止高度上升 , 而且须注意一旦有恶化须立刻下降海拔或使用氧气. 在HACE, HAPE通常无效. 多了解Diamox在体内的作用机转, 有助益於认清它的疗效. 但作用机转牵涉一些基础 医学以及高中化学, 不是所有山友都具备的观念, 所以我想从高中化学平衡开始以尽量 浅显的文字介绍这些预备知识. [一] 化学反应与化学平衡 1. 一种物质可以是由单一元素构成, 也可以是多种元素构成. 2. 一种元素的构成基本单位是原子, 原子由原子核及其外围的电子构成. 3. 原子核带有固定数目的正电, 在化学反应中不会改变. 4. 电子带负电, 位於原子核外围类似轨道的"能阶", 意思是一种代表不同能量的位置. 5. 电子在不同能阶间移动必须得到或释放特定的能量. 6. 两个原子可共用一或数个电子, 使这两个原子结合, 若要将它们分开, 须施加能量. 7. 化学变化或称化学反应是: 让两个原子(相同或不同元素)结合或拆开, 或让电子离开 或进入某原子的能阶, 这些都牵涉能量的输入或释放. 常常, 一个化学变化是一连串 不同的化学变化接续发生的结果. 8. 许多化学变化是可逆的, 也就是各原子间的结合或分开关系可以回到未反应前状态. 举例子说, 二氧化碳CO2, 可与水H2O结合成碳酸H2CO3; H2CO3也可分解成CO2与H2O. 9. 在这类可逆反应中, 两个相反方向的反应是同时在进行的. 例如, 同时有 CO2 + H2O -> H2CO3, 与 H2CO3 -> CO2 + H2O 在进行, 如果两个相反方向反应速 率达到相同使得各物质浓度稳定不变, 则称达到化学平衡. 10. 有的化学反应并不容易达成化学平衡, 促进加速化学平衡的物质称为催化剂. 11. 生物体内的催化剂有许多是蛋白质. 本身是蛋白质的催化剂称为脢, 或酵素. 12. 若温度不变, 一个化学反应达成平衡时, 各物质的浓度会符合一固定数学关系式. 前例: [H2CO3]/[CO2]=固定值. []代表浓度或气体的压力, / 代表除法. 13. 已经平衡的反应中若改变部分物质的浓度则平衡遭到破坏, 双向反应速率会变得不 相等, 须经过一段时间後才又达到新的平衡, 新平衡仍遵守相同数学关系式. 前例: 若CO2一直从外供应到本来平衡的环境中, 使[CO2]上升, 使[H2CO3]/[CO2] 低於原先平衡时的固定值, 则促进 CO2 + H2O -> H2CO3 这个方向的反应, 因这方 向使[H2CO3]增加而[CO2]减少, 而使[H2CO3]/[CO2]回升到平衡的固定值. 反之, 若CO2一直被移走, 则促进 H2CO3 -> CO2 + H2O 这个方向. 14. 催化剂只是缩短达成平衡所需的时间, 并不能决定化学反应的方向. 脢是催化剂的 一类, 当然也是如此. 15. 催化剂如何缩短时间说明如下: 一化学反应常分成一连串小步骤的化学变化, 每一 步骤都须输入或释放能量. 常常中间有一个或多个步骤须输入许多能量而造成较难 跨越的门槛. 催化剂会改变中间步骤, 使整体反应最终结果相同但经过不同中间步 骤. 打个比喻: 从台北到宜兰可走北宜公路翻越棱线, 也可穿越隧道, 自然走隧道 较快; 开凿隧道之後有利於台北往宜兰, 同时也有利於宜兰往台北. 16. 前例: CO2 + H2O <--> H2CO3 在绝大多生物细胞中是一个重要反应, 需一种催 化剂来快速达到平衡, 这个催化剂叫做 "碳酸去水脢". 碳酸去水脢存在於所有动 物, 所有具叶绿素之植物, 以及部分不具叶绿素的植物中. 这理由不难想像, 因这 些生物呼吸氧, 产生二氧化碳, 或行光合作用, 将二氧化碳与水制成葡萄糖. 17. "碳酸去水脢" 并非如名称般只促进从碳酸脱水成二氧化碳这个方向, 它也促进其 相反方向: 将二氧化碳与水结合成碳酸. 理由已如前述. 18. "Diamox" (成分为acetazolamide) 是抑制 "碳酸去水脢" 的药. [二] 酸硷平衡 1. 碳酸H2CO3在水溶液中会一部分分解成碳酸根离子HCO3-与氢离子H+, 写成化学式: H2CO3 <--> HCO3- + H+ -代表带一负电荷, +代表带一正电荷 这里箭头有双向, 可见也是会达到化学平衡, 其符合的数学式是: [HCO3-]*[H+}/[H2CO3] = 某定值 其中 * 代表乘法. 2. 上面的化学式若与前一篇所提之二氧化碳水合的化学式 CO2 + H2O <--> H2CO3 合起来: CO2 + H2O <--> H2CO3 <--> HCO3- + H+ 数学式也合起来得: [HCO3-]*[H+]/[CO2] = 某定值, 整理一下得 [H+] = 某定值* [CO2]/[HCO3-] 3. 上面最後的式子显示: [CO2]越高, 或 [HCO3-]越低则 [H+]越高. 因为[H+]代表酸度, 所以只要达成化学平衡 [CO2]/[HCO3-] 这比值也代表酸度, CO2是酸性的, HCO3-是硷性的. 4. 而且, HCO3-越多时, 则当CO2增加或减少一定量, 所引起的[H+]变化越小. 这现象 称为 "HCO3- 具有缓冲功能". 5. 人体不止一直产生CO2, 也产生或吃进来其他的酸, 所以人体倾向於努力把 HCO3- 留下来而把酸排出去, CO2靠肺呼吸排泄, H+与其他酸如 HSO4- 靠肾脏排泄到尿中. 6. 如果使用药物让肾脏留不住HCO3-而排到尿中, 体内会变酸, 而且CO2变动一点点就 会引起较大的[H+]的变动. Diamox(acetazolamide)就是这样的药. 7. 人体有侦测体内酸硷的系统来控制呼吸换气的速率. 当体内酸多时呼吸立刻增加换气 使CO2排出更多, 好让酸度下降. 因此Diamox会促进呼吸以使体内CO2减少. Diamox透 过抑制"碳酸去水脢"的功能来抑制肾脏肾小管再吸收HCO3-来达到目的. 为何牵涉 碳酸去水脢? 容後再述. [三] 体内的质传方式: 扩散, 流动, 渗透, 主动运输 1. "质传" 也就是物质的输送(mass transport). 2. 体内主要是流体的环境. 流动(convection)是速度最快的质传方式. 3. 扩散(diffusion)的意思: 溶质在溶液中, 溶质的分子或离子会像虫一样乱动, 乱动的结果, 如果原先溶质的浓度分布不均, 会渐渐变得均匀, 溶质由浓的地 方移动往稀的地方. 这是很没效率的方法, 速度是流动的千分之一以下. 4. 渗透(osmosis)与主动运输(active transport) 是让物质进出 "半透膜" 的方式. 5. 半透膜是薄膜, 它选择性让一些溶质通过. 不同溶质能通过的通透性不同. 细胞膜 就是半透膜, 还有细胞内的胞器的膜也是. 细胞膜内外许多物质浓度差很多, 例如 钠, 钾离子内外差数十倍, 钙离子差千倍, 酸硷度也不同. 为何需要内外不同? 一个 最主要的原因是: 让细胞膜成为控制细胞的开关, 当细胞膜对於某溶质的通透性突然 改变时, 该溶质的细胞内浓度就突然改变, 引发细胞的某项功能动作. 人体的所有 功能都是细胞的功能, 细胞膜的选择通透性是主要的基础, 虽然有些物质是自由进出 细胞膜的且也很重要. 6. 一如扩散, 溶质倾向於由浓度高的一侧经半透膜到浓度低的那一侧. 这过程不需由 外界施加能量, 此即 "渗透". 7. 若施加能量使溶质由浓度低的一侧经半透膜到浓度高的那一侧, 称为 "主动运输", 也可称之为 "帮浦pump". 8. 细胞膜的选择通透性虽然是生理所必需, 也带来麻烦. 二氧化碳在细胞内产生後, 要运送到肺泡呼出去的过程就要面临层层关卡. 9. 其实二氧化碳几乎是可自由进出细胞膜的, 那为何又有麻烦呢? 关键在二氧化碳在 水中溶解度不高, 而血液是水溶液. 一物质若要有效运输到远处非得靠 "流动" 不可 , 而该流动的流体若是水溶液, 那麽这物质必须化为高溶解度的形式. 对於二氧化碳 而言, 其高溶解度的形式就是碳酸H2CO3, 或碳酸氢根HCO3-. 10. 但又有一麻烦了, 碳酸H2CO3, 或碳酸氢根HCO3-都几乎不能通过细胞膜! 真麻烦! 为何如此? 一个简单的解释, 细胞膜的构成是两层磷脂质, 脂质的部分背靠背形成 细胞膜的中间拒水层而让亲水的磷酸向外. 因此较具脂溶性的物质较能通过, 二氧 化碳便是如此, 但脂溶性物质自然较难溶於水. 11. 二氧化碳从产生的细胞要运送到肺泡在通过细胞膜时要保持二氧化碳形式, 在 "流动" 时要化为碳酸H2CO3, 或碳酸氢根HCO3-, 而细胞膜关卡有许多道, 所以 必须常常在两种形式间转换, 这时就需要 "碳酸去水脢". 12. Diamox (acetazolamide) 抑制 "碳酸去水脢", 所以在这层面上是有害的. 二氧化碳 的加速排出是高度适应最重要部分, 因此 Diamox (在大剂量时)?有害! 但为何 (在小剂量时) Diamox可预防高山病? 下回分解吧. [四] 碳酸去水脢在肾脏的角色 及 其他 1. Diamox是抑制碳酸去水脢的药, 碳酸去水脢会促进CO2与H2CO3之间的转换, 这前三回 已经说明. (H2CO3 <--> HCO3- + H+ 这步骤不需催化剂可立即平衡.) 2. CO2与H2CO3之间的转换很重要, 是CO2从组织运送到肺泡途中所必须, 且转换多次, 这 上回也已说明, 因此, Diamox若完全抑制碳酸去水脢, 对CO2的排泄有害. 3. 但Diamox抑制肾脏的碳酸去水脢, 结果会使得肾小管回收 HCO3- 的功能受到抑制, 结果 HCO3- 流失於尿中. (碳酸去水脢与肾小管回收 HCO3- 的关系後面会解释). 4. HCO3- 流失於尿中会导致体内变酸, 体内变酸会刺激呼吸中枢增加换气, 这第二回也 有提及. 5. 增加换气会使CO2排出更多, CO2与氧有互相排挤效应, 体内CO2减少则氧增加. 6. 动脉血中CO2下降以增加氧就是高度适应, 反之, 动脉血中CO2无法减少而致氧在高度 上升时降到很低, 是高山病的原因. 7. Diamox在低剂量时会抑制约98-99%的红血球中的碳酸去水脢, 残存的1-2%脢的活性仍 足够运送CO2所需; 但同样剂量却会抑制100%肾脏的碳酸去水脢, 使得HCO3-流失於尿 中, 而间接促使呼吸中枢加速换气而促进CO2从肺排出. 因此Diamox促进了高度适应. 但若剂量大到接近100%红血球中的碳酸去水脢被抑制, 则反而有害. 8. 以下解释碳酸去水脢与肾小管回收 HCO3- 的关系. 9. 肾脏是由许多肾元构成, 一个肾元就像一条长长的细管, 细管开头封闭但膨大凹陷, 像个球状的杯子, 杯子中(其实属於细管的外部)装着许多微血管. 微血管的血浆除了 蛋白质等大分子外, 会穿透微血管壁与杯子的壁跑到细管的内部来, 像在过滤一样, 这就是尿液形成的第一步. 杯子与其杯中的微血管合起来有个名称, 叫做肾小球, 或 肾丝球. 肾元的其余部分称做肾小管, 肾小管又分成数段各有不同名称与功能, 这就 不要管他了. 刚从肾小球过滤到肾小管的液体还不能称做尿液, 因为里面含有太多的 有用物质, 包括几乎所有血中的营养, 其中之一就是 HCO3- . 这些有用的物质都必须 回收(或称做 再吸收)到血液循环中, 只剩下不要的废物, 那才叫做尿液. 10. 回收HCO3-时要经过肾小管细胞的细胞膜(两次), 与微血管壁细胞的细胞膜, 一部份还 要穿过红血球的细胞膜, 如上回说明, 必须转换成CO2才能通过这些细胞膜, 这就需要用到 碳酸去水脢. 进入微血管内的血浆或红血球细胞内後又必须转换回HCO3-或H2CO3的型 态以增加溶解度, 才好利用血液循环这个有效率的质传方法(流动convection), 转换 来转换去都靠碳酸去水脢. 11. Diamox抑制碳酸去水脢, 所以抑制HCO3-的回收. 12. 以上是大略的介绍, 如果您不是好学喜欢思考的, 以下都不用看了. 13. HCO3-带一负电, 基於电平衡必同时於回收HCO3-时回收一阳离子, 这阳离子是Na+, 而不是H+, 因一般体内一直产生酸须排掉, 而且须留住Na+以维持血容量与血压. 至於Na+与血容量与血压的关系已离题太远, 就不说明了. ?14. 因此, Diamox抑制碳 酸去水脢以致於增加HCO3-排於尿中, 同时也增加 Na+排於尿中,而 Na+ 排於尿中会 增加尿量, 所以Diamox算是一种利尿剂. 为何排钠会增加尿量,这也不多作说明(其实 是太复杂了, 一时整理不来). 15. 碳酸去水脢是催化剂, 只是缩短 CO2 + H2O <--> H2CO3 达成平衡的时间, 为何在 CO2与H2CO3之间要转换的场合每次都如愿促进我们需要的方向而不是反方向呢? 好学 的人必定会提出这个问题. 在CO2从组织运送到肺泡呼出这条输送带上, 这问题较容 易回答, 因CO2一直被呼出, 组织一直产生CO2, 所以维持一个浓度梯度, 自然造成 向一个方向的drive. 在肾脏的场合并没那麽简单. 其中还牵涉了 Na+, H+交换的帮 浦. 因为太难了(我也不甚了解), 所以这问题就保留罗. 16. CO2化为高溶解度的型态除了HCO3-与H2CO3外, 其实还有一种: CO2与蛋白质中的胺 基酸结合, 叫做carbamate(胺基甲酸), 也与碳酸去水脢有关, 其考量与HCO3-类似, 为免於复杂, 就点到为止. 17. Convection不止发生於血流, 也发生於细胞内的细胞质流, 也发生於组织间隙的淋巴 流. 如红血球内, 肾小管细胞内等, 从细胞这端到细胞那端, 若加上convection也比 只靠diffusion来得有效率, 因此碳酸去水脢发挥功能的场合还很多. 18. 碳酸去水脢的功能还不止限於CO2的质传或肾小管回收HCO3-, 还有许多其他生理功能 与它有关, 这些使得Diamox有其他疗效或副作用. 例如, 眼球内水样液的产生与它有 关, 所以Diamox可用於治某些青光眼. 唾液的产生, 胃酸的产生, 胰液的硷性也都与 它有关. 细胞内的酸硷度维持与碳酸去水脢关系也很大, 神经细胞内酸硷失衡会使其 功能障碍, 所以Diamox有神经方面副作用. 血管平滑肌细胞内酸硷失衡会使其放松而 降血压. 有一些与Diamox不同类的利尿剂, 例如furosemide, thiazides, 以往人们 以为与Diamox(acetazolamide)机转完全不同, 但後来发现也会抑制碳酸去水脢, 而 且其降血压效果与此有关, 尽管其利尿机转确实有极大不同. 既然furosemide 与 thiazides也可抑制碳酸去水脢, 能否用於高山病? 尚无这方面研究报告. (完) -- 传话 年轻一颗不安定的心 陪我深夜到天明 放弃了爱情 忽略了亲情 和朋友的关心 现在回想年少的过去 不愿有太多批评 世上有太多说不明白的道理 再争辩也是说不清 摇摇晃晃的心 问我坚持下去的意义 如果你能包容我不服输的心情 请你和我站在一起 我愿变成风 我愿化成雨 只求洒落在风雨中的记忆 风中有成长 雨中有悲喜 还有最难忘的你 --

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