肾小管酸中毒（renal tubular acidosis，RTA）是指由肾小管碳酸氢根（HCO3-）重吸收障碍或氢离子（H+）分泌障碍或二者同时存在所致的一组转运缺陷综合症，表现为血浆阴离子间隙正常的髙氯性代谢性酸中毒，而与此同时肾小球率过滤则相对正常。根据肾小管损伤部位及发病机制不同，临床将RTA分为I、II、III、IV型。远端肾小管酸化功能障碍（Ⅰ型）、近端肾小管碳酸氢根（HCO3-）重吸收障碍（Ⅱ型）或远端肾小管功能异常导致肾脏排泄氢离子和钾离子能力均降低（Ⅳ型）都可引起的代谢性酸中毒。
Ⅰ型肾小管酸中毒
大约90%从肾小球滤过的HCO3- 在近端肾小管重吸收，其余的HCO3- 大多数在髓襻升支粗段重吸收。远端肾单位的功能之一是重吸收剩余的从肾小球滤过的HCO3-。此外，远端肾单位必须分泌大量的由机体代谢产生的氢离子，以维持酸碱平衡。在没有足够缓冲对的情况下，氢离子的分泌将导致肾小管腔内pH 急剧降低，抑制氢离子的进一步分泌。为防止pH 梯度波动过大和保证氢离子的分泌与每天产生酸的数量平衡，分泌到远端肾小管的氢离子被NH3、PO42-、肌酐和其他缓冲物所缓冲。因此，远端肾单位重吸收少量滤过的HCO3-，以NH4+ 和可滴定酸的形式分泌酸（50～80 mmol/d）。
根据解剖和分泌氢离子能力的差异，远端肾单位分为几个不同的节段。绝大部分远端肾单位节段（主要是集合管）转运氢离子和HCO3- 到肾小管腔内。集合管包括皮质集合管、外髓集合管和内髓集合管。根据组织学的不同可以将皮质集合管细胞分为两种，即主细胞和富含线粒体的暗细胞。其中暗细胞负责绝大多数的H+-HCO3- 转运，而主细胞重吸收钠离子和分泌钾离子。
远端肾单位重吸收HCO3-是由肾小管上皮细胞管腔膜分泌氢离子介导的。与集合管不同，近端肾单位分泌的氢离子绝大多数是由Na+-H+逆向转运体介导的。该转运体需要建立肾小管腔内钠离子与管腔- 细胞钠离子梯度（约10倍）相同的氢离子梯度。由于集合管腔内的pH 值可低至4.5，因此，需要独立于钠离子的机制。集合管分泌氢离子不依赖钠离子而是由空泡型H+-ATP 酶或H+-K+-ATP 酶介导。空泡型H+-ATP 酶类似许多细胞器，如溶酶体、高尔基复合体和内质网的氢离子泵。集合小管的H+-K+-ATP 酶与胃及结肠的H+-K+-ATP酶相似，它利用从ATP 水解产生的能量分泌氢离子进入肾小管腔并以电中性的模式重吸收钾离子。在缺钾时，H+-K+-ATP酶的活性增加，这就是钾离子的丢失增加，集合管分泌氢离子和重吸收钾离子的机制。
远端肾小管细胞管腔膜分泌氢离子后产生的碱基必须通过基侧膜排出。许多研究发现，碱基是通过基侧膜的Cl-- HCO3-交换体排出的。氯离子通过位于基侧膜的氯离子通道进入细胞内交换HCO3-，后者排出细胞。
主细胞含有管腔膜阿米洛利（amiloride） 敏感的钠离子通道。肾小管腔内的钠离子通过管腔膜的钠离子通道进入细胞内，以降低电化学梯度。通过位于细胞基侧膜表面的Na+-K+泵从细胞内排出。钠离子的重吸收过程产生了肾小管腔的跨上皮细胞负电压。尽管氢离子分泌是一种独立的过程，但钠离子和氢离子的转运是电偶联的。刺激钠离子重吸收的因素增加了肾小管腔的负电位，因而降低了对抗氢离子分泌的电化学梯度，结果氢离子分泌增加。相反，抑制钠离子重吸收增加了电化学梯度，氢离子分泌减少。皮质集合管的主细胞也分泌钾离子到管腔液。基侧膜的Na+-K+ATP 酶从间质转运钾离子进入细胞内，而细胞内的钾离子通过钾通道进入肾小管腔。
盐皮质激素通过影响钠离子、钾离子和氢离子的转运在远端肾小管的酸化过程中发挥重要作用。醛固酮直接刺激钠离子重吸收，提高管腔负电位而继发性刺激钾离子和氢离子分泌。醛固酮还能直接刺激皮质和髓质集合管的暗细胞分泌氢离子。因此，当醛固酮不足时，通过这种直接和间接作用，远端肾小管氢离子分泌明显减少。高钾血症通过降低尿缓冲碱NH3 的利用率，进一步抑制远端肾小管的酸化作用。
Ⅱ型肾小管酸中毒
绝大多数从肾小球滤过的HCO3-在近端肾小管重吸收，这个过程是通过将氢离子分泌入肾小管腔完成的。2/3的氢离子分泌是通过肾小管上皮细胞管腔膜上的Na+-H+逆向转运体介导，1/3的氢离子分泌由空泡型氢离子泵（vacuolar H+ pump）介导。细胞内钠离子浓度降低是Na+-H+逆向转运体分泌氢离子的驱动力，由肾小管上皮细胞基侧膜Na+-K+-ATP 酶产生。空泡型氢离子泵分泌氢离子直接与ATP 代谢偶联。分泌入肾小管腔的氢离子与从肾小球滤过的HCO3-反应形成H2CO3，管腔内的碳酸酐酶将H2CO3分解为CO2与H2O，CO2由管腔弥散进入细胞，在细胞内碳酸酐酶的作用下与OH-反应形成HCO3-，然后通过Na+-HCO3 --CO32-共转运体排出细胞。髓襻升支粗段也通过类似近端肾小管的机制重吸收少量肾小管腔内的HCO3-。
Ⅲ型肾小管酸中毒
近端及远端肾小管均有障碍，临床表现同Ⅰ型，但尿重碳酸盐丢失比Ⅰ型多。治疗同Ⅰ型，但应补充重碳酸盐。
Ⅳ型肾小管酸中毒
为远端肾小管酸中毒的一型，常伴有高钾血症，血磷正常或略高，血钙、血钠均下降，可有多尿脱水，尿中碳酸盐不多，尿pH>5.5，尿铵排泄减少，多见于肾盂肾炎及间质性肾炎有肾功能不全的病例。高钾及酸中毒与肾上腺皮质功能不全醛固酮分泌不足有关，应补充氢皮质素及醛固酮类药物，同时纠正高钾血症及酸中毒。