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【連載】基礎からまなぶ血液ガス

第3回 緩衝と代償のメカニズム

解説 飯野 靖彦(いいの やすひこ)

日本医科大学名誉教授

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【目次】


緩衝とは

血液pHの急激な変動を弱酸と弱塩基のペアで抑える

血液のpHは常に一定になるように、7.40±0.05ととても狭い範囲に調節されています。

これを「酸塩基平衡」と言います。

でも、どうしてpHの基準値は、こんなに狭い範囲なのでしょうか。
それは、血液の内部環境が中性から弱アルカリ性に保たれていないと、細胞が働けないからです。

通常pHは、強酸が加わればすぐに大幅に低下します。

例えば、pH7.0の溶液に、塩酸を滴下したとすると、pHは一気に5.0くらいまで下がってもおかしくないはずです。
ところが、人間は血液pHが7.20未満になると重症で死に至ることもあるので、そこまでの変動は起こりません。
細胞機能を守るために、体内にある弱酸や弱塩基が新たに加わった強酸(あるいは塩基)のpH変化を弱めて、元の状態を維持しようと働くからです。

これを「緩衝」と言います。
前述したように、Hが産生されてもHCO3-と結合してHが増加しないようにしています。このときのHCO3-の働きが緩衝作用**です。

H+を緩衝する血液中の物質とは

このように、血液pHの動きを和らげる働きをする物質のことを緩衝系と呼びます。

緩衝系には、

  1. 重炭酸緩衝系:HCO3-
  2. リン酸緩衝系:HPO42-
  3. ヘモグロビン緩衝系
  4. 血漿蛋白緩衝系

があります。

どれも反応性の高いH+を血液中から取り除いていますが、主に緩衝作用をするのはHCO3-で、最も重要な物質と言えます。

というのも、ほかの緩衝系が一度は結合したH+を再びH+として放出するのに対して、HCO3-はH+と結合してH2CO3になった後、H2OとCO2に分解され、呼気によってCO2を排泄することができるからです。

また、HCO3は腎臓での産生、再吸収が可能です。

そのためこの緩衝系の働きには、腎機能が正常であることが重要になります。


【血液ガスまとめ記事】
* 【血液ガス】血液ガス分析とは?基準値や読み方について


代償とは

肺と腎臓の相互フォローで血液pHの変化を抑制する

生体には、「緩衝」のほかに、もう1つpHバランスを維持するために機能する作用があります。

それが「代償」です。

代償作用とは、酸塩基平衡異常が起きたときに、血液pHの変化を正常に近づけようと、肺(CO2 の排泄量)と腎臓(H+とHCO3の排泄量)が互いに調節を図る、生体の防御反応です。

ここで、pHを求める重要な式「Henderson-Hasselbalchの式」を紹介しましょう。
この式を使って実際に計算したり、数値を正しく覚える必要はありません。

では、何が重要なのかというと、pHが何で規定されているかが一目でわかることです。

計算に用いられる数字(6.1や0.03)は一定なので、pHを規定しているのは分母にあるPaCO2と分子のHCO3
つまり、pHは血液ガス中のPaCO2と、緩衝系のHCO3の2つの因子で決まるということです。

HCO3とPaCO2がどのような関係にあるかは、必ず覚えておきましょう。

Henderson-Hasselbalchの式

次ページでは、「代償反応は基本的酸塩基障害の鑑別ポイント」について解説します。