【連載】IN/OUTバランスと輸液

体液(体内水分)の役割

解説 三宅 康史(みやけ やすふみ)

昭和大学医学部 救急医学講座 教授 昭和大学病院 救命救急センター長

脱水や浮腫などの症候だけでなく、腎不全、心不全、糖尿病など、さまざな疾患の原因となるIN/OUTバランス(水分出納)。ここでは、IN/OUTバランスについて解説します。


水と電解質は不可分の関係

人体は体重の約60%が水分(体液)で占められています。そのうち、40%は細胞内に、残りの20%は細胞外液として、細胞間質(間質液)に15%、血管内(血漿)に5%存在しています。

細胞内液はエネルギー代謝など細胞が機能するための環境を、細胞外液はその細胞が正常に機能するための内部環境を形成しています。

体液の分布比率と年齢による水分量の変化

水と電解質の機能

体液の組成は主に水と電解質、そしてブドウ糖、蛋白質、尿素などの非電解質です。

その中で水は、

  1. 酸素や栄養、老廃物などを溶かす「溶媒」としての機能
  2. その溶かされた「溶質」を全身に届ける「運搬」の機能
  3. 比重が高いことで体温変動を抑え、水と電解質は不可分の関係体温の上昇時には発汗によって体温を下げる「体温調節」の機能

を果たしています。

これに対して電解質は、

  1. 細胞内外の浸透圧の調整
  2. 神経細胞や筋肉細胞の多種多様な働きに関与し、身体の恒常性を維持

を果たしています。

水と電解質はどちらも生命を維持するうえで重要な役割を担っていますが、実は水はそのままでは体内にとどまることができず、電解質と一緒でなければ体内に保持することができません。
一方の電解質も細胞膜を自由に行き来することができず、選択されたものだけが能動的に細胞内外を移送されていきます。
つまり水と電解質は、溶かすもの(溶媒)と溶かされるもの(溶質)としてだけでなく、互いに補完し合いながら、それぞれの機能を発揮しているわけです。

電解質とは?

電解質とは、水(溶媒)に溶けると陽イオンと陰イオンに分離する物質です。細胞内液と細胞外液の電解質を比べると、その組成は全く異なっています。

細胞内液では陽イオンのカリウム(K)、陰イオンのリン酸(PO43-)が主体なのに対して、細胞外電解質はどんな働きをしているのか液では陽イオンのナトリウム(Na)、陰イオンの塩酸(Cl)が主体であり、0.9%食塩水に近い組成をしています。

細胞内液と細胞外液の電解質組成の違い

ここで、代表的な電解質Na、K、Ca、P、Mgが生体内でどのような働きをするのかをみてみましょう。

ナトリウム(Na)(血清Naの基準値:137〜147mEq/L)

細胞外液の主要な陽イオン。Naは水分を保持する機能をもち、体液の浸透圧調節、水分調節、pHの調節、筋肉収縮や神経刺激伝達などに関与します。血圧の調節系とも密接な関係にあります。体内にある総Na量によって細胞外液の量が決まるため、Na量の増減は細胞外液量の増減を示します。

カリウム(K)(血清Kの基準値:3.5〜5.0mEq/L)

細胞内液の主要な陽イオン。その働きは、Naとともに体液の浸透圧、pHの維持に関与するほか、筋肉の収縮と弛緩を調節します。

体内の総Kの98%が細胞内に存在するため、細胞内外におけるKの移動によって、血清K値は容易に変動します。K量は腎機能や副甲状腺ホルモンにより調節されます。

カルシウム(Ca)(血清Caの基準値:8.5〜10.4mg/dL)

体内に1kg存在する最も多いミネラル。99%が骨や歯に貯蔵され、1%が心筋・骨格筋、細胞内液に分布。骨や歯の構造を支えるほか、心筋・骨格筋の収縮促進、Naの透過性を抑制して細胞膜を安定させる働きがあります。

リン(P)(血清Pの基準値:2.5〜4.5mg/dL)

細胞内液の主要な陰イオン。細胞内液に存在するのは体内にあるPのうちの1%以下ですが、その働きは糖代謝、pH維持への関与、細胞へのエネルギー供給、細胞膜の保全・維持など多岐にわたります。

マグネシウム(Mg)(血清Mgの基準値:1.8〜2.3mg/dL)

細胞内液に存在する陽イオン。体内では4番目に多く、そのうちの1%が細胞内液中に含まれます。CaやKの代謝、蛋白合成、酵素の活性化などに大きく関与します。

水の移動は細胞内外のNa・K濃度に関係する

細胞内液と細胞外液は半透性の細胞膜によって隔てられています。細胞膜は電解質を透過しにくい特性がありますが、水は自由に行き来することができます。

電解質濃度を一定に保とうと水が細胞内外を移動することにより、結果として浸透圧と電解質濃度は一定に保たれます。このとき、電解質のように細胞膜の透過が制限される物質によってつくられる水を引き込もうとする圧力を、有効浸透圧(張度)と呼びます。

水の細胞内外の移動は、細胞内液中の中心的物質K+と細胞外液中の中心的物質Na+の濃度の勾配が張度の差となって引き起こされます。

通常、浸透圧は細胞内外で同等ですが、例えばNaを摂取すると、細胞外液でのNa濃度が上がって張度が上昇し、水は細胞内液から細胞外液へと引かれて細胞外液が増加します。このときイオン勾配の調節は、Na-Kポンプ(Na-K ATPase)という機能によって行われます。

その後、余分なNaは腎臓から排泄され、細胞外のNa濃度が下がり、水が細胞内へ戻っていくことになります。

細胞内外のKとNaの動き

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