科学网—乳酸不是"酸"：一场颠覆百年认知的运动生物化学正本清源

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2026-8-11 10:24

| 系统分类: 科研笔记

乳酸不是"酸"：一场颠覆百年认知的运动生物化学正本清源

——完整解读Robergs教授"消失的氢离子"三部曲

剧烈运动后血液pH下降，教科书说：肌肉产生"乳酸"，乳酸解离出氢离子，导致"乳酸酸中毒"。这个解释统治了运动生理学一个世纪，写进全球教材，影响了体育科学、运动医学乃至临床医学的数代学人。

澳大利亚昆士兰科技大学 Robert Robergs 教授团队在中国体育科学学会会刊《运动医学与健康科学（英文）》（Sports Medicine and Health Science, SMHS）连载发表的"消失的氢离子"（The Missing Hydrogen Ion）三部曲，用三篇论文完成了一个宏大的学术叙事： 第一部分 回到化学原点， 第二部分 亮出有机化学证据， 第三部分 则追问一个更深刻的问题——科学为什么会错，而且一错就是一百年？

第一部分：回到化学的原点

"酸"的概念经历了漫长演化：17世纪人们凭"酸味"识酸；拉瓦锡曾错误地认为酸必含氧；直到1884年阿伦尼乌斯才给出沿用至今的定义——酸是溶于水后能释放氢离子（H⁺）的分子。

关键问题在于：生物体内被称为"酸"的代谢物，在生理环境中真的是酸吗？答案藏在解离常数（pKd）里。以乳酸为例，其pKd仅为3.67——只有在pH 3.67的溶液中才有一半分子保持酸的形式。而在生理pH 7.0条件下，超过99.9%的分子早已解离为带负电的乳酸根离子（La⁻），羧基上根本没有可释放的氢。细胞内还有Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子与H⁺竞争结合——即便有结合，H⁺的来源也需要另作解释。

生物体内有三类可解离的功能基团：羧基、磷酸基和胺基。糖酵解和三羧酸循环中众多代谢物都含这些基团，因此被习惯性地称为"酸"——但它们在细胞里从来都是以离子化的"碱"形式存在。

第二部分：细胞不产生酸，证据链闭合

如果说Part-1是理论奠基，Part-2则用有机化学和计算化学完成了证据闭环：

证据一：分子结构不会撒谎。 论文逐一展示糖酵解第二阶段各反应的底物与产物结构——从3-磷酸甘油酸到丙酮酸再到乳酸根，所有羧基在分子生成的那一刻就是离子化的（-COO⁻）。那个氧上从一开始就没有氢！更进一步，丙酮酸还原为乳酸根的反应本身还要消耗一个H⁺——乳酸生成非但不产酸，反而是细胞的"除酸"机制，同时再生NAD⁺以维持高强度运动下糖酵解的持续运转。

证据二：数字说话。 静息肌肉中99.95%的"乳酸"以La⁻形式存在；即使在力竭运动（肌肉乳酸根40 mmol/L、pH降至6.0）的极端条件下，99.53%仍是La⁻。微量HLa是酸中毒的"结果"，而非"原因"。

证据三：工业生产的启示。 工业上用细菌发酵生产乳酸，无一例外先得到乳酸根（甚至以乳酸钙形式存在，需加石灰维持pH≈7保持细菌活性），之后必须额外加强酸"酸化"才能得到乳酸。工业生产线尚且无法直接产酸，细胞又怎能？

证据四：为何单挑乳酸？ 体内被称为"酸"的分子数以百计，许多pKd与乳酸相近；长时间运动中游离脂肪酸和氨基酸的周转量远超剧烈运动数分钟的乳酸生成。把酸中毒只归咎于乳酸，逻辑上毫无根据。

证据五：氢离子的真正来源。 计算化学显示，高强度运动中ATP水解等反应的净H⁺释放量与乳酸生成量之比约为4.3:1——细胞释放的H⁺远超乳酸产量。酸中毒的H⁺主要来自水及底物共价修饰过程中的释放（尤以ATP水解为甚），酮症酸中毒亦然。

第三部分：科学为什么会错一百年？

三部曲的最后一篇跳出了生物化学，进入科学哲学的深水区。作者借助库恩（Thomas Kuhn）与波普尔（Karl Popper）的经典思想，解剖"乳酸酸中毒"范式何以顽固百年。

库恩的洞察：科学大多数时候是"常态科学"。库恩在《科学革命的结构》中指出，科学家们日常做的并非挑战范式，而是在范式内"解谜"——把自然塞进范式预设的盒子里，不合盒子的现象"往往根本不被看见"。直到反常（anomaly）积累、危机爆发、新范式出现，科学革命才姗姗来迟。

波普尔的警示："常态科学"是科学的危险。波普尔毫不留情："常态科学家"是被教条式教育驯化的受害者——"学会了一门技术，却从不问为什么"。科学的本质在于可证伪性：证明一个理论最有力的方式，不是寻找支持它的证据，而是真诚地试图推翻它并且失败。

"科学会自我纠错"不是安慰剂。错误确实终会被纠正——但发生在"常态科学"之外，且代价是数十年的延误。从Gevers 1977年首篇质疑，到Robergs 2004年的系统论证，再到今天，对乳酸范式的纠错已耗时近半个世纪；距Hill与Meyerhof获诺贝尔奖的原始研究更已逾百年。教科书的代际传递、同行评审对既存范式的偏袒、科学家的自我与权威——这些人性因素共同构成了纠错的巨大惯性。运动生理学史上"氧债"被EPOC取代、"无氧阈"术语的修正，都是同样曲折的范式更替。

如何避免成为"常态科学家"？作者开出了一份沉甸甸的处方：不过度专业化，保持知识的广度以"换个方式思考"；持续夯实有机化学、物理学、生物化学、生物能学和数学等基础；把每一篇已发表论文都视为可被证伪的对象；发现反常证据就发表，并坚持到引发范式危机；编辑和科研管理者则应改革评价与奖励体系，为"非凡科学"留出空间——因为"科学家的目的是服务人类，而非自己"。

结语：三部曲的三重价值

这套三部曲的价值是层层递进的：Part-1重建了酸碱化学的基础认知，Part-2用证据终结了"细胞产酸"的百年误解，Part-3则把这个案例升华为对科学方法本身的反思——错误范式为何产生、为何顽固、如何纠错。

对运动科学从业者而言，这不只是"乳酸"改名"乳酸根"的术语之争：运动疲劳的机制解释、临床"乳酸性酸中毒"的病理理解、乃至我们如何教育下一代科学家，都牵涉其中。而对所有科研工作者，三部曲留下了波普尔式的箴言：科学最可靠的前进方式，是不断尝试证明自己是错的。

Robert A. Robergs

作者简介：Robert A. Robergs，博士，澳大利亚昆士兰科技大学教授，世界著名运动生理学专家。1987 年，Robert 在北卡罗来纳州维克森林大学完成了运动科学与心脏康复硕士学位，随后赴印第安纳州曼西市鲍尔州立大学，于 1987 年至 1990 年师从 David Costill 攻读人体生物能量学博士学位。1990 年 8 月开始在新墨西哥大学工作，于 1995 年被任命为实验室主任。他于 2011 年全职返回澳大利亚，担任查尔斯特大学研究教授，并于 2011 年至 2014 年担任该校人体运动研究学院院长。Robert于 2016 年 7 月开始在昆士兰科技大学工作。Robert在同行评审期刊上发表了 150 多篇研究论文（h-index=55），共同撰写了多部运动生理学的专著。Robert的研究兴趣是高原生理学、心血管生理学、肌肉代谢、代谢性酸中毒以及使用 LabVIEW 进行数据采集和编程。

参考文献：

[1] Robert Robergs, Bridgette O'Malley, Sam Torrens, Jason Siegler. The missing hydrogen ion, part-1: Historical precedents vs. fundamental concepts. Sports Medicine and Health Science, 2023, 5(4): 336–343.

https://doi.org/10.1016/j.smhs.2023.10.008

[2] Robert Robergs, Bridgette O'Malley, Sam Torrens, Jason Siegler. The missing hydrogen ion, part-2: Where the evidence leads to. Sports Medicine and Health Science, 2024, 6(1): 94–100.

https://doi.org/10.1016/j.smhs.2024.01.001

[3] Robert Robergs, Bridgette O'Malley, Sam Torrens. The missing hydrogen ion, Part-3: Science and the human flaws that compromise it. Sports Medicine and Health Science, 2024, 6(2): 193–199.

https://doi.org/10.1016/j.smhs.2024.03.008

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