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2016年09月16日

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〉

 

Summary

  • 動脈血血漿のpH、PCO2およびHCO 3濃度の間の関係は、ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式で記述される。
  • ヘンダーソン・ハッセルバルヒの式をグラフ化したものの1つが、pH-bicarbonateダイアグラムである。
  • 血液ガスのデータを pH-bicarbonateダイアグラム上で評価することで、血液酸塩基平衡を検討することができる。

 

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

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)

pH-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、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。

 

NursingEyeアニオンギャップ

血漿中の陽イオン(Na)濃度と陰イオン(HCO3+Cl)濃度の差をアニオンギャップという。代謝性アシドーシスには、アニオンギャップが増加する場合(糖尿病性、乳酸性など)と増加しないで基準値(12mEq/L)を保つ場合(尿細管性、下痢など)に分類できる。

 

〈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

参考文献

著作権について

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