血液と酸塩基平衡｜呼吸

看護師のための生理学の解説書『図解ワンポイント生理学』より。

 

[前回の内容]

肺胞気および動脈血のO₂およびCO₂分圧｜呼吸

 

今回は、血液と酸塩基平衡について解説します。

 

片野由美
山形大学医学部名誉教授
内田勝雄
山形県立保健医療大学名誉教授

 

〈目次〉

• pH－bicarbonateダイアグラム
• pHの維持
• アシドーシスを防ぐ肺と腎臓

 

 

pH－bicarbonateダイアグラム

表１の３通りのグラフ中で、アシドーシス、アルカローシスの評価が分かりやすいpH-bicarbonate（重炭酸）ダイアグラムについて概略を示すと図１のようになる。

 

表1ヘンダーソン･ハッセルバルヒの式のグラフ化

 

aは動脈血を示す（『呼吸機能を表す記号』表２）

 

図1pH-bicarbonateダイアグラム（酸塩基ダイアグラム）

 

図１で、緩衝線(buffer line) に沿ってpHaが低下した場合が呼吸性アシドーシス〔respiratory acidosis〕（RAc）、pHaが上昇した場合が呼吸性アルカローシス〔respiratory alkalosis〕（RAl）、等PaCO₂線isoPaCO₂lineに沿ってpHaが低下した場合が代謝性アシドーシス〔metabolic acidosis〕 （MAc）、pHaが上昇した場合が代謝性アルカローシス〔metabolic alkalosis〕（MAl）である。

 

なお、緩衝線の勾配は、緩衝価(buffer value)に相当し、血液について緩衝価の標準的な値は、29mEq/L/pHである。緩衝価の単位mEq/L/pHをスライク〔米国の生化学者D.D. Van Slyke（1883～1971）に由来〕という。

 

pHの維持

血液はO₂、CO₂の運搬だけでなく、酸塩基平衡(acid-base equilibrium)の維持にも重要な役割を果たしている。CO₂の水和反応は、炭酸脱水酵素〔carbonic anhydrate〕（CA）の存在下に進行する。

 

この反応の左側はCAがないと非常に遅く、律速反応になっている。CAは赤血球内にあり、血漿を通して運ばれてきたHCO₃^－は赤血球に入り、（1）の反応でCO₂になり肺胞に排出される。CAは赤血球（CO₂排出）のほか、胃底腺の壁細胞（胃酸分泌）、近位尿細管の上皮細胞（H⁺排出）などにある。これらの細胞に共通するのは酸産生細胞ということである。

 

（1）の平衡反応に平衡式の法則(mass action law)を適用すると、平衡定数Kは

 

と書ける。

 

CO₂の溶解度係数(solubility coefficient)をαとすると［CO₂］＝αPaCO₂であり、溶質に比べて水は大量にあり［H2O］は一定と考えてよいので（2）式は

 

となり、ヘンダーソン･ハッセルバルヒの式(Henderson-Hasselbalch equation)が得られる。

 

血液ガス検査では、採取した動脈血血漿のpHとPCO₂を血液ガスアナライザーで測定して、（3）式から［HCO₃^－］を算出する（［HCO₃^－］は、pHやPCO₂と異なり簡単に測定する方法がない）。

 

生理的なpHaおよび温度ではpK'=6.1およびα=0.03mmol/L/Torrなので、（3）式はpHa、［HCO₃^－］aおよびPaCO₂の３つの変数からなる式と考えることができる。３つの変数から２つを選んでx軸およびy軸にとる方法は表１に示す３通りがある。

 

アシドーシスを防ぐ肺と腎臓

生体はATPを産生するときにCO₂やH⁺という酸性物質をつくるので、生体はアシドーシスに傾く宿命にある。それを防いでいるのが肺と腎臓である。肺機能が低下すれば呼吸性アシドーシスになり、腎機能が低下すれば代謝性アシドーシスになる。呼吸性アシドーシスの特徴はPaCO₂の上昇、代謝性アシドーシスの特徴は［HCO₃^－］aの減少である。

 

 

[次回]

呼吸不全の状態｜呼吸

 

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本記事は株式会社サイオ出版の提供により掲載しています。

 

［出典］ 『新訂版　図解ワンポイント　生理学』 （著者）片野由美、内田勝雄／2015年5月刊行／ サイオ出版