血液と酸塩基平衡｜呼吸

2025/02/13

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。

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

Summary

1. 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。
2. 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。
3. 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（Nは正常を示す）。

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pH_aが低下した場合が呼吸性アシドーシス （respiratoryacidosis、RAc）、pH_aが上昇した場合が呼吸性アルカローシス（respiratory alkalosis、RAl）、等P_aCO₂線（isoP_aCO₂ line）に沿ってpH_aが低下した場合が代謝性アシドーシス（metabolic acidosis、MAc）、pH_a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、29 mEq/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^ーは赤血球に入り、（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] = α P_aCO₂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^ー]を算出する（[HCO₃^ー]は、pHやPCO₂と異なり簡単に測定する方法がない）。

生理的なpH_aおよび温度ではpK'=6.1およびα=0.03mmol/L/Torrなので、（3）式はpH_a、[HCO₃^ー]_a および P_aCO₂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P_aCO₂の上昇、代謝性アシドーシスの特徴は[HCO₃^ー]_aの減少である。