乳酸

乳酸是一种含有羟基的羧基化合物（羧酸），化学式是C3H6O3，在多种生理过程中发挥作用。其工业品为无色到浅黄色液体，纯品为无色无味液体，具有吸湿性，能与水、乙醇、甘油混溶。

乳酸属于α-羟酸（AHA）在水溶液中，其羧基释放出一个质子而产生乳酸根离子CH3CH(OH)COO−，水溶液呈酸性，pKa = 3.85。

乳酸在缺氧情况下，通过糖酵解过程产生的丙酮酸在乳酸脱氢酶存在下转化为乳酸。正常生理情况下，乳酸的浓度保持稳定，但在剧烈运动以及多种病理情况下，乳酸会在血液循环中积累，引起乳酸酸中毒，导致肌肉疼痛、呼吸困难等症状。乳酸还可以通过厌氧发酵的方式用于发酵工业中产生奶酪、酸奶及其他食品14。

研究简史

发现

1780年，瑞典化学家Carl Wilhelm Scheele从酸牛奶中分离出了乳酸。

1808年，瑞典化学家Jons Jakob Berzelius首次在运动的活体动物肌肉中发现了乳酸堆积，而且其认为肌肉中发现的酸和Carl Wilhelm Scheele在酸牛奶中发现的酸是同一物质。

1848年，Engelhardt以及1873年Wislicenus均报道了肌肉中和牛奶中乳酸的特性是不同的，即其分别为L-乳酸和D-乳酸。

代谢来源

自19世纪，科学家们开始研究乳酸的代谢来源：

1847年，德国化学家Von Liebig在死亡生物体的肌肉组织中发现了乳酸6。

1858年，Carl Folwarczny在一位白血病患者的血液中发现了乳酸6。

1877年与1879年，Nasse通过实验得出乳酸是由糖原衍生而来的结论6。

1891年，Araki和Zillessen发现组织缺氧和乳酸水平升高之间存在联系6。

20世纪40年代，糖酵解途径的概念被提出，由此乳酸被认为是缺氧时糖酵解的终产物6。

1985年开始，Brook通过大量的同位素示踪追踪了静息、运动和恢复期间碳中间体的流动，而且结合了静脉测量乳酸交换与肌肉组织活检来探究细胞间乳酸交换，由此引入了乳酸穿梭机制的概念6。

作用

1923年，Warburg与Minami发现肿瘤能引起葡萄糖的林格溶液酸化6。

1927年，Warburg发现，供给肿瘤的动脉总是比引流肿瘤的静脉有更低的乳酸水平以及更高的葡萄糖水平，即使是在常氧环境下，结果仍然如此6。

1972年，Efraim Racker把这种肿瘤细胞在有足够氧气供应的情况下，消耗大量葡萄糖且产生大量乳酸的现象称之为“Warburg”效应6。

从20世纪90年代开始，科学家们认为乳酸是一种能够调节免疫反应的活性分子，其可以作为能量来源或在生理病理条件下发挥多种调节功能6。

产生过程

动物

动物包括人在缺氧情况下，糖酵解过程产生的丙酮酸在乳酸脱氢酶存在下作为还原型NADH的受氢体，从而产生乳酸，并再生NAD+继续参与氧化而产生ATP。

骨骼肌和红细胞是产生乳酸的主要场所，同时也是其他器官的能量来源之一。由于红细胞缺乏线粒体，不能完全氧化葡萄糖，只能依靠糖酵解功能。剧烈运动时，快速收缩的骨骼肌细胞较少进行有氧代谢，主要通过无氧糖酵解供能。在代谢活跃的细胞（如神经细胞、骨髓细胞、白细胞）中，即使在不缺氧时也常常由糖酵解提供能量6。

在氧气充足的肌肉细胞中乳酸也可以被氧化为丙酮酸，然后直接用来作为三羧酸循环的燃料，并且可以在肝脏内糖异生的循环中转化为葡萄糖12。

在一般的新陈代谢和运动中乳酸不断被产生，但是其浓度一般不会上升。当组织的能量无法通过有氧呼吸得以满足，组织无法获得足够的氧或者无法足够快地处理氧的情况下，乳酸的浓度会上升。

乳酸运输速度由一系列因素影响，其中包括单羧基转运体、乳酸脱氢酶的浓度和异构体形式、组织的氧化能力。一般来说血液中的乳酸浓度在不运动时为1-2 mmol/L，在强烈运动时可以上升到20 mmol/L。

微生物

生长在厌氧或相对厌氧条件下的许多细菌利用葡萄糖或其他六碳糖产生乳酸，例如乳酸杆菌、链球菌，利用牛奶中的乳糖发酵产生乳酸。这种以乳酸为最终产物的厌氧发酵，称为乳酸发酵，常用于发酵工业中产生奶酪、酸奶及其他食品6。

理化性质

|| || 乳酸的理化性质

注：06~26的数据源于Aspen Plus V14物性数据库，摄氏度 = (华氏度 - 32)×5/9。

物理性质

乳酸纯品为无色液体，工业品为无色到浅黄色液体，无气味，具有吸湿性，能与水、乙醇、甘油混溶，水溶液呈酸性，pKa = 3.85。不溶于氯仿（CH3Cl）、二硫化碳（CS2）和石油醚。

化学性质

乳酸，又称2-羟基丙酸，分子式为C3H6O3，含有一个羟基和一个羧基，因此是α-羟酸，其羧基在水溶液中易释放出一个质子而产生乳酸根离子CH3CHOHCOO-。具有L-型和D-型两种同分异构体1。

在常压下加热分解，浓缩至50%时，分变成乳酸酐，因此产品中常含有10%～15%的乳酸酐。由于具有羟基和羧基，一定条件下可以发生酯化反应。

毒理性质

毒性

（1）皮肤/眼睛刺激性：兔子，皮肤接触，标准Draize实验：5 mg，24 h，强烈反应；兔子，眼睛接触，标准Draize实验：750 μg，强烈反应。

（2）急性毒性：大鼠经口LD50：3543mg/kg；小鼠经口LC50：4875 mg/kg；兔子经口LDLo：5 mg/kg；兔子皮肤接触LD50：>2 mg/kg；兔子直肠LD50：600 mg/kg；豚鼠经口LD50：1810 mg/kg；鹌鹑经口LD50：>2250 mg/kg。

（3）致突变性：突变微生物检测系统：细菌-大肠杆菌：210 ppm/3H。

（4）属低毒类，无蓄积作用，但每日经口给大鼠大剂量（1.5 g/kg）乳酸，引起体重下降、贫血、血中二氧化碳含量增加。乳酸浓溶液能使皮肤发生灼伤，使眼角膜发生浑浊、坏疽，使用需注意保护皮肤和眼睛67。

代谢

（1）乳酸被氧化成丙酮酸：丙酮酸进入线粒体并通过三羧酸循环代谢，利用丙酮酸脱氢酶（PDH）实现不可逆的乳酸去除13；

（2）乳酸通过糖异生转化为葡萄糖，转化为乳酰辅酶A，并参与组蛋白和非组蛋白的乳酸化。

生理及病理作用

自1780年被发现以来，乳酸常常被错误地认为是缺氧条件下的代谢废物，具有多种有害作用，并与低氧条件相关。直至20世纪90年代，科学家们认为乳酸是一种能够调节免疫反应的活性分子，其可以作为能量来源或在生理病理条件下发挥多种调节功能。

乳酸作为一种信号分子或代谢底物，参与葡萄糖代谢、脂肪酸合成、氧化还原稳态等，已被证明可以调节肌肉收缩、伤口愈合、记忆形成和肿瘤发展。

生理作用

（1）能源监管

乳酸不再被标记为无用，而被认为是葡萄糖代谢的参与者。葡萄糖是大脑中的主要能量来源，循环乳酸作为补充来源，在血糖水平不足时满足大脑兴奋性活动。

乳酸是