Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Edition

1. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.

2. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
31 酸-塩基調節

3. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
水素イオン濃度の調節

4. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
H+濃度は,正確に調節されている.

5. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
他のイオンに比較して,低濃度
ECF中のNa+(142mEq/L)は,H+濃度の350万倍
0.00004mEq/L
ECF中のH+の正常変動幅は,Na+の正常変動幅
の1万分の1に過ぎない.
様々な細胞機能上,正確なH+濃度調節の重要性
が強調される.
H+濃度は,低い

6. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
酸と塩基
定義と意味

7. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
水素イオン:水素原子から放出される単一の遊離
陽子
酸: 溶液内にあって,水素イオンを放出できる水素
原子を含む分子
例;
塩酸(HCl)
水中でイオン化して,水素イオン(H+)と塩化イオン(Cl-)を
形成.
 炭酸(H2CO3)
水中でイオン化して,H+および重炭酸イオン(HCO3
-)を形
成.
定義と意味

8. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
塩基:H+を受けることのできるイオンないし分子
例:
 重炭酸イオン(HCO3
-
)
H+と結合してH2CO3を形成できる塩基
 リン酸水素イオン(HPO4
2-)
H+を受け取りリン酸二水素イオン(H2PO4
-
)を形成
 蛋白質
アミノ酸の一部は,陰性に荷電していて,容易にH+
を受け取れる. RBC内のhemoglobinや他の細胞
内の蛋白質は,最も重要な体塩基.
定義と意味

9. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
塩基とアルカリ:しばしば同義語として使用
アルカリ:ひとつ以上のアルカリ金属(Na,K,Lit)
と水酸化イオン(OH-)のような高度に塩基性の
イオンとの結合による分子.これらの分子の塩基
部分は,H+と速やかに反応する.
アルカローシス:体内から,過剰にH+を除去した
状態.
アシドーシス:H+が,過剰に体内に付加された状
態.
定義と意味

10. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
強酸(HClなど):溶液内で速やかに解離し,大量
のH+を放出.
弱酸(H2CO3など):イオンを解離しにくく,H+の放
出も少ない.
強塩基(OH-
など):H+と速やか,かつ強力に反応.
OH-の場合は,H+と反応してH2Oを形成
弱塩基(HCO3
-など):H+との結合は,OH-
よりは
るかに弱い.
酸,塩基の強弱

11. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
正常値 約0.00004mEq/L(40nEq/L)
正常変動範囲 約3~5nEq/L
極限状態では 10~160nEq/L(死に至ること無く)
正常値が低くて,扱いにくいことからlogarithm
scaleで表すのが恒例
pH=log =-log[H+]
pH=-log[0.00000004]
=7.4
H+濃度の正常値とpH

12. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
細胞外液 H+濃度(mEq/L) pH
細胞外液
• 動脈血 • 4.0×10-5 • 7.40
• 静脈血 • 4.5×10-5 • 7.35
• 間質液 • 4.5×10-5 • 7.35
細胞内液 1×10-3 to 4×10-5 6.0-7.4
尿 3×10-2 to 1×10-5 4.5-8.0
胃内HCl 160 0.8
体液のpHとH+濃度
• 静脈血,間質液のpHが低いのは,組織からCO2が放出され
H2CO3を形成しているため.
• 人が数時間以上生存できる最低pH値は約6.8,上限pH値は
約8.0.

13. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
細胞外液 H+濃度(mEq/L) pH
細胞外液
• 動脈血 • 4.0×10-5 • 7.40
• 静脈血 • 4.5×10-5 • 7.35
• 間質液 • 4.5×10-5 • 7.35
細胞内液 1×10-3 to 4×10-5 6.0-7.4
尿 3×10-2 to 1×10-5 4.5-8.0
胃内HCl 160 0.8
体液のpHとH+濃度
• 細胞のタイプにより,細胞内のpHは6.0-7.4と異なる.
• 低酸素,虚血は酸の蓄積を招きpHを低下させる.
• acidosis,alkalosisは,acidemia,alkalemiaを来す過程
を表す.

14. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
細胞外液 H+濃度(mEq/L) pH
細胞外液
• 動脈血 • 4.0×10-5 • 7.40
• 静脈血 • 4.5×10-5 • 7.35
• 間質液 • 4.5×10-5 • 7.35
細胞内液 1×10-3 to 4×10-5 6.0-7.4
尿 3×10-2 to 1×10-5 4.5-8.0
胃内HCl 160 0.8
体液のpHとH+濃度
• 尿のpHは,ECFの酸塩基状態により異なる.
• 腎臓は,ECFのpH以上を補正する主要な役割を演じている.

15. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
細胞外液 H+濃度(mEq/L) pH
細胞外液
• 動脈血 • 4.0×10-5 • 7.40
• 静脈血 • 4.5×10-5 • 7.35
• 間質液 • 4.5×10-5 • 7.35
細胞内液 1×10-3 to 4×10-5 6.0-7.4
尿 3×10-2 to 1×10-5 4.5-8.0
胃内HCl 160 0.8
体液のpHとH+濃度
• 胃内は酸分泌（壁細胞）細胞からHClが分泌されるために,極
端な酸性となり,血液のH+濃度の4百万倍,pH0.8と高値.

16. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
水素イオン濃度変動の予防:
緩衝,肺,腎臓

17. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
1. 化学的酸塩基緩衝システム
水素イオン濃度に変動に対して,数秒以内に反応.H+
を体から排除したり,付加したりすること無く,バランスが
再確立されるまでH+を拘束する.
2. 呼吸器系
第二の予防システムで,H+濃度の変化に対して数分
以内に反応して,CO2を排除し,結果的に炭酸を体内
から除去.
3. 腎臓
第三の予防システム. 数時間から数日と,時間を要す
るが,酸,塩基を排除できる最も強力な調節系.
H+濃度変動の予防システム

18. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
体液のH+
の緩衝

19. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
緩衝物質は,可逆的にH+と結合する物質.
Buffer+H+ H Buffer
 フリーのH+がbufferと結合して弱い酸(H Buffer)を形
成.
 H+濃度が高まると反応は,右向きに進行
 H+濃度が低くなると,反応は左にシフトし,H+がBuffer
から遊離する.
 一日に摂取ないし代謝で産生されるH+は
80mEq/日なのに対してH+の正常値は
0.00004mEq/L
→緩衝系が存在しなければ,致死的なH+濃度に上昇.
緩衝反応

20. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
重炭酸イオン緩衝系

21. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
2つの構成要素からなる
1. 弱酸, 炭酸 H2CO3
2. 重炭酸塩, 重炭酸ナトリウム NaHCO3
 炭酸 H2CO3は,CO2とH2Oとの反応による
carbonic anhydrase
炭酸脱水酵素
CO2+H2O H2CO3
 炭酸脱水酵素が存在しないと,非常に遅い反応
 炭酸脱水酵素は,肺胞壁(CO2が放出される場)や
腎尿細管の上皮細胞(CO2が水と反応して炭酸を
形成する場)に豊富.
重炭酸イオン緩衝系

22. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
H2CO3炭酸は,弱くイオン化
H2CO3 ↔H++HCO3
-
第二の構成要素重炭酸塩は,ECFでは主にNaHCO3とし
て発現する. NaHCO3は,ほぼ完全にイオン化
NaHCO3↔Na++HCO3
-
第一,第二構成要素をまとめると
CO2+H2O↔H2CO3↔H++HCO3
-
+
Na+
H2CO3の解離が弱いため,H+濃度は極めて低い.
重炭酸イオン緩衝系

23. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
重炭酸緩衝液に,HClのような強酸が加えられ
ると,増加したH+は,HCO3
-により緩衝される.
HCl→H++Cl-
↑H++HCO3
-→H2CO3→CO2+H2O
強酸HClに由来するH+はHCO3
-と反応して非常に
弱い酸H2CO3を産生し,最終的にはCO2とH2Oを
産生する.
過剰となったCO2が呼吸を刺激し,ECFからCO2が
排除される.
重炭酸イオン緩衝系

24. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 重炭酸緩衝液に,NaOH水酸化ナトリウムのような強塩基が
加えられると,
NaOH+H2CO3→NaHCO3+H2O
 強塩基NaOHに由来するOH-がH2CO3と結合しHCO3
-を形成.
 弱塩基NaHCO3が,強塩基NaOHにとってかわる.
 H2CO3の濃度が減少(NaOHと反応するため)
 それを補うために,より多くのCO2がH2Oと結合.
CO2+H2O → H2CO3 → ↑HCO3
-+H+
+ +
NaOH Na+
 正味,血中CO2が減少し,呼吸を抑制することでCO2排泄速
度を緩める.
 HCO3
-の増加は,腎によるHCO3
-の増加で代償される.
重炭酸イオン緩衝系

25. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
炭酸H2CO3をふくむ全ての酸は,ある程度イオ
ン化している.
質量保存の法則から,H+とHCO3
-の濃度は,H2CO3
の濃度と比例する.
H2CO3↔H++HCO3
-
 全ての酸において,解離したイオンと酸との濃度の
比率はdissociation constant 解離定数K’と
定義される.
K’=
×
重炭酸イオン緩衝系の定量的ダイナミックス

26. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 K’=
×
…….(1)
(1)式を,H+で書き改めると
H+=K’× ……..(2)
 解離していないH2CO3は,すぐにCO2とH2Oに解離するか,H+
とHCO3
-に解離するため,測定することは不可.
 血中に解けているCO2は,解離していないH2CO3と直接正
比例することから,(2)は以下のように書き直せる.
H+=K× ……….(3)
 H2CO3とCO2の比が1:400であることから,解離恒数Kは,解
離恒数K’のわずか約1/400
重炭酸イオン緩衝系の定量的ダイナミックス

27. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
H+=K× ……….(3)
 (3)は,溶液に溶けているCO2を全量の形で表示.
 殆どの臨床検査室では,CO2の全量ではなく,CO2の分圧
(PCO2)の形で測定している.
 CO2含量は,PCO2に溶解係数をかけた量に正比例.
 生理学的状態での,CO2の溶解係数は
0.03mmol/mmHgなので,(3)式は以下のように書き直せ
る.
H+=K×
×
…..(4)
重炭酸イオン緩衝系の定量的ダイナミックス

28. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
pK=-logK (pH=-logH+同様)
H+=K×
×
…..(4)は,以下のように書
き直せる.
-logH+=-logK-log
×
…(5)
よって
pH=pK-log
×
…..(6)
Henderson-Hasselbalchの式

29. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 pH=pK-log
×
…..(6)
対数の正負を逆にすると
pH=pK+log
×
………..(7)
重炭酸イオン緩衝系では,pK=6.1なので
pH=6.1+log
×
………….(8)
 (8)式がHenderson-Hasselbalch Eq.
 HCO3
-のモル濃度とPCO2が判ればpHが計算
可能.
Henderson-Hasselbalchの式

30. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 pH=6.1+log
×
………….(8)
 HCO3
-の増加は,pHを上昇させalkalosisに偏移.
 PCO2の上昇は,pHを低下させacidosisに偏移.
 HCO3
-の濃度変化が主体の場合,代謝性酸塩基
障害.
 代謝性アシドーシス/代謝性アルカローシス
 PCO2の増減が主体の場合,呼吸性酸塩基障害
 呼吸性アシドーシス,呼吸性アルカローシス
Henderson-Hasselbalchの式

31. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
重炭酸イオン緩衝系の滴定曲線
体内での
正常作働点
HCO
3
-
の形のbufferの%
塩基の追加
H
2
CO
3
またはCO
2
の形の
bufferの%
酸の追加
pH=6.1+log 3
−
× 2

32. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
重炭酸イオン緩衝系の滴定曲線
体内での
正常作働点
HCO
3
-
の形のbufferの%
塩基の追加
H
2
CO
3
またはCO
2
の形の
bufferの%
酸の追加
pH=6.1+log 3
−
× 2
• HCO3
-とCO2が各々50%のときは,pHはpK(6.1)に等しい.
• 曲線の中心部分(pKの近傍)が,もっとも効果的に緩衝.

33. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
重炭酸イオン緩衝系の滴定曲線
体内での
正常作働点
HCO
3
-
の形のbufferの%
塩基の追加
H
2
CO
3
またはCO
2
の形の
bufferの%
酸の追加
pH=6.1+log 3
−
× 2
• pKの上下1.0以内(5.1~7.1)であれば,緩衝力は効果的
• すべてHCO3
-となるか,逆にCO2になると緩衝力は消失.

34. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
滴定曲線からは,強力と考えられない.
1. ECFのpHは約7.4なのに対してpKが6.1であ
り,HCO3
-のほうが溶存CO2より20倍多い. よっ
て,曲線の傾きが緩やかで緩衝力が貧弱.
2. この緩衝系のCO2,HCO3
-いずれも濃度が高くな
い.
それでも,ECF最強の緩衝システム
HCO3
-,PCO2の2つの構成要素が腎臓,肺の2つの臓
器により調節されていることによる.
 腎臓によるHCO3
-の排泄と付加,肺によるCO2の
排泄
重炭酸イオン系がもっとも重要なECFの緩衝系

35. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
リン酸イオン緩衝系

36. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
主要構成要素
1. H2PO4
- (リン酸二水素イオン)
2. HPO4
2- (リン酸一水素イオン)
強酸(HCl)が加えられると
HCl+Na2HPO4→NaH2PO4+NaCl
強酸HClが,弱酸NaH2PO4に置き換えられpHの減少
が抑えられた.
 強塩基(NaOH)が加えられると,
NaOH+NaH2PO4→Na2HPO4+H2O
強 塩 基 (NaOH) が 弱 塩 基 (Na2HPO4) に 置 換 さ
れ,pHの増加が,僅少にとどめられる.
リン酸イオン緩衝系の主要構成要素

37. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
リン酸イオン緩衝系の特徴
pKが6.8と,体液の正常pH7.4からそれほど乖離し
ていない為,緩衝力が最大付近に保たれている.
ECF内では,重炭酸系緩衝液の約8%の濃度しか
ないため,ECF内での緩衝力は,重炭酸イオン緩衝
系よりはるかに非力.
尿細管内では,以下の理由により重要
1. 尿細管内では,リン酸イオンが非常に濃縮されていて
緩衝力が高まっている.
2. 尿細管内は,ECFよりpHがかなり低くなっており,系の
pK(6.8)付近にある.

38. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
リン酸イオン緩衝系の特徴
細胞内緩衝系として重要.
リン酸濃度は,ECFと比較する,細胞内は何倍も高
濃度.
細胞内のpHは,ECFと比べると低く,pK(6.8)により
近い.

39. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
蛋白質は,細胞内の
緩衝系として重要

40. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
pHは,ECFより細胞内のほうが若干低値
ECFのpH変化に比例して細胞内のpHが変化
細胞膜を介して多少のH+,HCO3
-の拡散はある.
これらのイオンが,細胞内外で均衡に達するのには数時
間を要する.
RBCでは,均衡に達するのが短時間.
CO2(重炭酸イオン緩衝系の構成要素)に関しては,全
ての細胞膜において迅速な拡散が可能.
→ECFのpHが変化すると,細胞内のpHが変化する訳.
 細胞内の緩衝系は,ECFのpH変化を防ぐ上で寄与し
ているが,効果が最大に達するのには数時間を要する.
蛋白による細胞内のpH緩衝

41. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
RBC内の重要な緩衝系がHb
H++Hb↔HHb
 体液の化学的緩衝の約60~70%は,細胞内で行
われ,その殆どは細胞内蛋白質による.
 RBCを除くと,H+やHCO3
ｰが,細胞膜を移動するの
は遅く,細胞内の蛋白質がECFの酸塩基異常を
緩衝するのに,最大の効果を発揮するには数時間
を要する.
 細胞内に蛋白が豊富であることの他に,これら蛋白
の緩衝系のpKが,細胞内のpHに近接している点
も特徴.
血色素hemoglobin(Hb)による緩衝

42. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
共通の溶液内の全ての緩衝液は,同じH+濃度
で平衡状態にある.
ECFのH+濃度に変化がある時は,必ず全ての緩衝
系のバランスは,同時に変化する.
isohydric principle 等水圧の原理
H+=K1× = K2× = K3×
K1,K2,K3は,3つの酸HA1,HA2,HA3の各々の解離恒数,
A1,A2,A3は3つの緩衝系の塩基を構成するfreeの陰イオ
ン
等水圧の原理

43. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
酸ｰ塩基平衡の呼吸による調節

44. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
約1.2mol/Lの溶存CO2が,ECFに存在.
PCO2 40mmHgに相当
CO2産生↑→PCO2↑
CO2産生↓→PCO2↓
換気量↑→PCO2↓
換気量↓→PCO2↑
肺によるCO2排泄と代謝によるCO2産生のバランス

45. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
代謝によるCO2産生が一定の場合,肺胞換気
量だけがPCO2に影響
肺胞換気量が多いほど,PCO2は低下,pHは上昇.
CO2濃度が上昇すると,H2CO3,H+共に増加し,pH
を低下させる.
肺胞換気量の増加は,pHを上げる.

46. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺胞換気量の増減とpHの変化
肺胞換気の割合
(正常=1)
正常
体液のpHの変化
• 肺胞換気量を正常
の2倍に増加する
と,pHを約0.23上
昇させる
(7.40→7.63).
• 肺胞換気量を1/4
に減少するとpH
は,0.45さげ7.4か
ら6.95まで低下す
る.
• 換気回数は,0から
正常の15倍まで増
加可能で,pHが呼
吸により以下の広
範囲に変化可能か
がわかる.

47. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
H+濃度の上昇は,肺胞換気を刺激する.
動脈血のpH
肺胞管気量(正常=1)
• pHが,7.4から7.0へ低下すると肺胞換気量は,正常の
4~5倍に上昇.
• pHが7.4以上に上昇すると換気量が減少.
• pHの変化あたりの換気量変化は,pHが下がる場合の方が
はるかに大きい.
• pHが上昇することにより,肺胞換気量が下がりPO2が低下
し,それが換気量を刺激するため.

48. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
H+濃度上昇は,肺胞換気量を増加し,そのことが
H+濃度を低下させる.
→典型的な,H+濃度の負のフィードバック機構
 alkalosisは,呼吸を抑制するがacidosisが呼吸を刺
激する場合ほど強くない.呼吸抑制による低酸素が,呼
吸を刺激する方向に作用するため.
呼吸器系によるH+濃度のフィードバック調節

49. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
呼吸器系以外の障害によってpHが変化した
場合,呼吸制御で,H+濃度を正常化することは
できない.
H+濃度調節のための呼吸メカニズムは,約50-
70%の効果があり,代謝性アシドーシスの
feedback gainは1~3に相当.
ECFに酸を加えてpHが7.4から7.0に低下した
場合,呼吸器系はpHを約7.2~7.3に戻すことが
でき,この反応は3~12分以内におこる.
呼吸によるH+濃度調節の効率

50. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
呼吸器系の酸塩基バランスの調節は,生理学
的タイプの緩衝系
迅速に作用
H+濃度の過剰な変化を抑制
腎臓が,不釣り合いをゆっくり是正するまでpHを維
持.
呼吸器系の緩衝力は,ECFの化学的緩衝系
の1-2倍の力を有する.
化学的緩衝系と比べて,1~2倍の酸,あるいは塩基
を緩衝できる能力がある.
呼吸器系の緩衝力

51. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
呼吸器の異常が,H+濃度を変化させうる.
重篤な肺気腫
CO2の排泄が不十分
ECFにCO2が蓄積
呼吸性アシドーシス
代謝性アシドーシスを代償するPCO2の減少が不
可となる事も.
この場合,当初,ECFの化学的緩衝系が作動した
後,肺では無く,腎臓がpHを正常化する最後の生
理学的機構として作用する.
呼吸機能障害は,呼吸性アシドーシスを来す

52. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
腎臓による酸塩基平衡の調節

53. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
1. 大量のHCO3
-が尿細管に持続的に濾過され
るので,尿中にまで排泄されると,塩基が血中
から除去される結果となる.
2. 大量のH+も,尿細管上皮細胞から,尿細管腔
に分泌されるため,酸も血中から除去される結
果となる.
3. 濾過されるHCO3
-よりも,分泌されるH+の方が
多ければ,正味ECFからは酸が喪失する.
4. 逆に,HCO3
-の濾過の方が多い場合には,正
味塩基の喪失となる.
腎臓が,酸性ないし塩基性尿を排泄する
全体的な仕組み

54. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
蛋白代謝により,不揮発性の酸を約80mEq産
生している.
不揮発性:
H2CO3と異なり,肺から排泄不可
不揮発性酸の除去は,腎臓排泄が主体
腎のHCO3
-濾過量
約4320mEq/日(180L/日×24mEq/L)
正常では,このほとんどが尿細管から再吸収される.
腎臓が,酸性ないし塩基性尿を排泄する
全体的な仕組み

55. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
HCO3
-の再吸収と,H+の排泄は,尿細管でのH+
分泌過程を通して達成される.
HCO3
-は,再吸収される前に,分泌されたH+と反
応してH2CO3を形成する必要がある.
濾過されたHCO3
-を再吸収するために
は,4320mEqのH+が分泌される必要がある.
さらに,不揮発性酸を除去するために,80mEq
のH+を分泌する必要があり,合計4400mEq/
日のH+が尿細管に分泌される必要がある.
腎臓が,酸性ないし塩基性尿を排泄する
全体的な仕組み

56. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
alkalosisの場合
1. ECFのH+濃度が減少し,H+分泌量が減るために,
濾過されたHCO3
-の全量を再吸収できなくなるた
め,HCO3
-の尿中排泄量が増加.
2. ECFでは,HCO3
-がH+を緩衝するため,HCO3
-の
減少は,ECFにH+を加えたのと同じ意味を持つ.
HCO3
-の除去からECFのH+濃度を上昇し,pHを正
常化する.
腎臓が,酸性ないし塩基性尿を排泄する
全体的な仕組み

57. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
acidosisの場合
1. 腎臓は,余分なH+を分泌
2. 濾過されたHCO3
-は全て再吸収され,尿中への
HCO3
-排泄は無くなる.
3. 新たなHCO3
-が産生され,ECFに戻される.
 これらの活動が,ECFのH+濃度を低下させ,pHを
正常化する.
腎臓が,酸性ないし塩基性尿を排泄する
全体的な仕組み

58. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
1. H+の分泌
2. 濾過されたHCO3
-の再吸収
3. 新たなHCO3
-の産生
ECFのH+濃度調節のための腎の基本的三機構

59. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
腎尿細管におけるH+分泌と
HCO3
-の再吸収

60. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
尿細管各部におけるHCO3
-の再吸収
• HCO3
-一つが再吸収され
る毎に,H+一つが分泌され
る必要がある.
• HCO3
-の80~90%が近
位尿細管で再吸収され,
遠位尿細管以降へ移動
するのはわずか.
• 太い上行脚で10%が再
吸収され,のこりは集合尿
細管,集合管で再吸収さ
れる.
• HCO3
-が再吸収される毎
にH+が分泌されるが,尿細
管区分毎に,やり方は異な
る.

61. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
初期尿細管区分の二次的能動輸送によるH+分泌
腎
間質液
尿細管
管腔
尿細管細胞
炭酸
脱水酵素
近位尿細管,太い上行脚,初期遠位尿細管の上皮細胞
• Na+-H+交換
蛋白による
Na+の細胞内
移送と共役し
たH+の二次的
能動輸送.
• Na+の濃度勾
配は,基底外
側膜のNa+-
K+ ATPase
ポンプに依存.

62. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
95%のHCO3
-は,この仕方で再吸収される.
そのために,約4000mEq/日のH+が尿細管に
分泌される必要がある.
それでも,尿細管のpHを最低でも6.7まで低下
させるに過ぎない.
尿細管の中でもっとも酸性になる部分は,集合
尿細管,集合管部分で,尿のpHは約4.5まで低
下する.
初期尿細管区分の二次的能動輸送によるH+分泌

63. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
拡散したCO2と水から炭酸を合成,HCO3
-とH+に解離
腎
間質液
尿細管
管腔
尿細管細胞
炭酸
脱水酵素
近位尿細管,太い上行脚,初期遠位尿細管の上皮細胞
1),H+分泌過程
は,CO2が尿細管
細胞に拡散する
か、尿細管上皮
細胞の代謝に
よって形成される
ときに始まる.
2),炭酸脱水酵素
の下で、CO2は
H2Oと結合して
H2CO3を形成し、
HCO3
-とH+に解離
する.

64. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
担体蛋白によるNa+とH+の対向輸送
腎
間質液
尿細管
管腔
尿細管細胞
炭酸
脱水酵素
近位尿細管,太い上行脚,初期遠位尿細管の上皮細胞
3),Na+が細胞
内に移動し,細胞
膜の内腔境界で
担体蛋白と結合.
同時に細胞内の
H+が担体蛋白に
結合.
4),Na+は,基底
外側膜のNa+-
K+ ATPaseが
確立した濃度勾
配に沿って細胞内
に移動し,H+移動
のエネルギーを付
与.

65. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
細胞内HCO3
-は,間質から血管内へ移動
腎
間質液
尿細管
管腔
尿細管細胞
炭酸
脱水酵素
近位尿細管,太い上行脚,初期遠位尿細管の上皮細胞
5),細胞内で形
成されたHCO3
-
は,基底外側膜を
横切って腎間質
液から尿細管周
囲毛細血管に移
動する.
●正味,H+一つ
を尿細管に分泌
し,一つのHCO3
-
が血中に入る.

66. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
HCO3
-は,容易に尿細管細胞膜を貫通できな
い.
1. 糸球体で濾過されたHCO3
-は,尿細管内で分泌
されたH+と反応してH2CO3を形成.
2. H2CO3は,CO2とH2Oに解離.
3. CO2は,容易に尿細管細胞膜を貫通して細胞膜
内に拡散.
4. 細胞内で,炭酸脱水酵素のもと,新たな炭酸
H2CO3を形成.
5. H2CO3は,HCO3
-とH+に解離
6. HCO3
-は,間質から毛細血管に移動
濾過されたHCO3
-は,H+との相互作用で再吸収される.

67. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
基底外側膜を横切るHCO3
-の移動
腎
間質液
尿細管
管腔
尿細管細胞
炭酸
脱水酵素
近位尿細管,太い上行脚,初期遠位尿細管の上皮細胞
1)近位尿細管
Na+-HCO3
- 共
輸送
2)太い上行脚,
集合尿細管,集
合管
Cl--HCO3
-交換

68. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
再吸収と言いながら,尿細管のHCO3
-は,
血中に移動したものと同一ではない
腎
間質液
尿細管
管腔
尿細管細胞
炭酸
脱水酵素
H+一つが形成される毎に,一つのHCO3
-が形成され,血中に再放出される. 結
果的には,尿細管からのHCO3
-の再吸収だが,実際は血中に入ったHCO3
-と尿
細管に濾過されたHCO3
-は同一ではない.

69. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
通常,尿細管のH+分泌量は約4400mEq/日
通常,濾過されるHCO3
-は,約4320mEq/日
両イオンは,ほぼ同量が尿細管に流入し,互いに結
合してCO2とH2Oを形成
“HCO3
-とH+とは,尿細管内で互いに滴定している.”
 滴定過程は,さほど精確ではない
 H+の方が,やや余分に尿中に排泄される.
 この過剰なH+(≒80mEq/日)は,代謝により生じた不
揮発性酸除去のためである.
 これらのH+は,リン酸やアンモニアなどの緩衝物質と結
合して排泄されている.
H+,HCO3
-は,尿細管内で滴定されている.

70. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
代謝性アルカローシス
尿中のHCO3
-が,H+より過剰
過剰なHCO3
-は,再吸収できず,尿中に排泄され
代謝性アルカローシス是正に貢献
代謝性アシドーシス
尿中のH+が,HCO3
-より過剰
HCO3
-が,完全に再吸収される.
過剰なH+は,リン酸,アンモニアなどと結合して塩と
して尿中に排泄.
H+,HCO3
-は,尿細管内で滴定されている.

71. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
遠位尿細管群の間在細胞によるH+の一次能動分泌
腎
間質
液
尿細管
管腔
A型
間在細胞
遠位尿細管,集合管
のA型間在細胞
• H+ATPaseと
H+-K+ ATPase
輸送体によりH+が
分泌される.
• H+輸送に必要な
エネルギーは,ATP
からADPへのリン酸
化による.

72. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
近位尿細管 遠位尿細管群
全尿細管のH+分
泌に占める割合
85% 約5%
H+濃度濃縮度 約3~4倍 900倍
pH 約6.7 約4.5
(正常腎の下限)
区分毎のH+分泌状況

73. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
尿細管内の過剰なH+とリン酸,ア
ンモニアとの結合が新たなHCO3
-
を形成.

74. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
尿が実現可能な最小pHは約4.5,
=H+濃度として10-4.5 mEq/L,
=0.03mEq/L
尿1Lあたりわずか約0.03mEqのfree H+が排泄される
のみ
毎日代謝によって産生される不揮発性酸80mEq/日を
排泄するには,H+がfree のイオンの形で排泄されるには,
約2667Lの尿が必要
過剰なH+のごく一部のみが,尿中にH+の形で排泄
され,大多数は尿中の緩衝物質(リン酸,アンモニア)
と結合して排泄される.
HCO3
-を超えるH+が分泌された場合

75. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
尿細管内でH+はHCO3
-に滴定され,H+ひとつあ
たりHCO3
-ひとつの再吸収につながる.
HCO3
-を超える分のH+は,HCO3
-以外の緩衝
物質と結合する.
結果的には,新たなHCO3
-の形成につながり,これは
再び血中に移動可能となる.
ECFに過剰なH+があふれた場合,腎臓は,濾過
された全てのHCO3
-を再吸収するだけでなく,新
たなHCO3
-を産生し,acidosisで失われたECF
のHCO3
-を補完する.
HCO3
-を超えるH+が分泌された場合

76. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
リン酸緩衝系:HPO4
2- リン酸一水素イオン
尿細管内で,リン酸一水素イオンより,水の方が多く
再吸収されるため,濃縮される.
ECFでは,さほど重要で無いが,尿細管内では濃縮
を受ける分,より効果的な緩衝物質となる.
pK=6.8. 通常,尿はやや酸性のため,尿のpHがリ
ン酸緩衝系のpKに近く,緩衝効果が高い.
リン酸緩衝系が過剰なH+を尿に移送し,
新たなHCO3
-を産生

77. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
リン酸緩衝系とHCO3
-の新生
腎
間質液
尿細管
管腔
尿細管細胞
炭酸
脱水酵素
• Na+-H+交
換蛋白による
Na+の細胞
内移送と共役
したH+の二
次的能動輸
送.
• Na+の濃度
勾配は,基底
外側膜の
Na+-K+
ATPaseポン
プに依存.

78. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
リン酸緩衝系とHCO3
-の新生
腎
間質液
尿細管
管腔
尿細管細胞
炭酸
脱水酵素
• 結合できる
HCO3
-が枯渇
すると,H+
は,HPO4
2-と
結合し
H2PO4
-を形
成.
• H2PO4
-
は,Na塩
(NaH2PO4)
として過剰な
H+を尿中に排
泄.
• 同時にHCO3
-
が血液内に移
動

79. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
通常,濾過されたリン酸は再吸収される.
H+を緩衝するために利用可能なリン酸イオン
はわずか30~40mEq/日にすぎない.
acidosisの際に,過剰なH+を緩衝する多くはア
ンモニア緩衝系に依存する.
リン酸緩衝系

80. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
アンモニア緩衝系:ammonia(NH3)と
ammonium ion(NH4
+)とから構成
量的には,リン酸緩衝系より重要
ammonium ionは,肝臓におけるアミノ酸代謝
に由来するglutamineから合成される.
腎臓の,近位尿細管,Henleループの太い上行脚,
遠位尿細管の上皮細胞に輸送される
アンモニア緩衝系によるH+排泄,HCO3
-産生

81. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
NH4
+の生成,分泌,HCO3
-の新生
腎
間質液
尿細管
管腔
近位
尿細管細胞
• glutamineは,2つのHCO3
-と2つの
NH4
+とに代謝される.
• NH4
+は,Na+との対向輸送により尿細
管内に分泌される.
• HCO3
-は,間質から毛細血管内に移動

82. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
集合尿細管におけるNH3分泌による緩衝
炭酸
脱水酵素
腎
間質液
尿細管
管腔
集合
尿細管細胞
炭酸
脱水酵素
• H+が能動的に尿細管内に分泌され,NH3と反応してNH4
+を形成
• NH3は,容易に細胞膜を透過するが,NH4
+には不透過で尿中に排泄される.
• NH4
+1つが排泄される毎に,HCO3
-が1つ新生され血液内に移動.

83. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
生理学的制御の対象となる
ECFのH+濃度の上昇が,腎グルタミン代謝を刺激
→H+緩衝に使用されるNH4
+および新しいHCO3
-の
生成を増加.
ECFのH+濃度の低下は,逆に作用.
通常,アンモニア緩衝系により除去されるH+の
量は,排泄される酸の約50%,腎により生成され
る新たなHCO3
-の50%を占める.
アンモニウム-アンモニア緩衝系の特徴

84. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
NH4
+の排泄量を500mEq/日まで増加する能
力がある.
慢性acidosisでは,酸除去の主要なメカニズムが
NH4
+の排泄
慢性acidosisの際に,新たなHCO3
-を生成する最
も重要なメカニズムでもある.
慢性的acidosisとアンモニウム緩衝系

85. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
腎臓の酸ｰ塩基排泄量の定量

86. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
HCO3
-の排泄量=尿量×尿中HCO3
-濃度
新たに血中に付加されたHCO3
-の量
=分泌されたH+
=非重炭酸塩の尿中緩衝液
=NH4
++リン酸塩
NH4
+排泄量=尿量×尿中NH4
+濃度
NH4
+以外の非重炭酸塩緩衝液
=リン酸塩
=滴定可能酸
尿中酸ｰ塩基定量

87. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
尿を,強塩基(NaOHなど)で pH7.4に滴定
分泌されたH+で,尿細管液が滴定された事と逆の
反応
pH7.4に戻すのに必要なNaOHのmEq量が,尿細
管内で,リン酸塩や他の有機緩衝液と結合したH+
のmEqに等しい.
アンモニアｰアンモニウム反応のpKは9.2なので,滴
定可能酸の測定には,NH4
+に関連したH+は含まれ
ない.
滴定可能酸

88. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
腎臓が排泄した正味の酸の量
=NH4
+排泄量+滴定可能酸ｰHCO3
-排泄量
酸塩基平衡を維持するためには,
酸の排泄量=体内で産生された不揮発性酸量
酸排泄量

89. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
酸排泄量が,著増
NH4
+の排泄量が増加するため
酸排泄量の増加は,血中に加えられたHCO3
-の量
と同量
NH4
+と滴定可能酸の排泄量が増加し,HCO3
-
が血中に追加される結果となる.
acidosis時の酸排泄

90. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
滴定可能酸とNH4
+の排泄はゼロになる.
HCO3
-の排泄量が増加
正味の酸排泄量は,負.
血中からHCO3
-が喪失し,H+が付加されたことと
同一
腎による新たなHCO3
-の産生は無くなる.
alkalosis時の酸排泄

91. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
腎尿細管のH+排泄の調節

92. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
濾過されたHCO3
-の殆ど全てを再吸収するのに
充分なH+を分泌する必要がある.
代謝で連日産生される不揮発性酸を取り除く
ために,滴定可能酸やNH4
+の形で排泄される
のに充分なH+が残っている必要がある.
正常時のH+分泌

93. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
HCO3
-を完全に再吸収するには少なすぎるレベ
ルまでH+分泌が減少.
結果的に,HCO3
-の排泄量を増加
非重炭酸イオン緩衝系と結合できる余分なH+
が無いために,滴定可能酸やアンモニアは排泄
されない.
alkalosis時のH+分泌

94. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
全てのHCO3
-を再吸収するのに充分な量まで
H+分泌が増加
大量のNH4
+や滴定可能酸を排泄できるだけの
H+が残っていて,全身のECFに大量の新たな
HCO3
-を提供可能.
H+分泌刺激要因
1. 呼吸性acidosis時のECFのPCO2
2. 呼吸性,ないし代謝性acidosis時のH+濃度の
増加(pHの低下)
acidosis時のH+分泌

95. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
集合尿細管,集合管のA型間在細胞によるH+
分泌を刺激
Conn症候群:aldosterone分泌過剰
尿細管へのH+の分泌増加
血中HCO3
-の増加→alkalosis
aldosteroneによるH+分泌増加

96. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
H+分泌とHCO3
-再吸収の増加 H+分泌とHCO3
-再吸収の減少
↑PCO2 ↓PCO2
↑H+,↓HCO3
- ↓H+,↑HCO3
-
↓細胞外液量 ↑細胞外液量
↑Angiotensin II ↓Angiotensin II
↑Aldosterone ↓Aldosterone
低カリウム血症 高カリウム血症
H+分泌とHCO3
-再吸収を増減する因子
• 近位尿細管,太い上行脚にあるNa+-H+交換輸送体(二次性能動輸送)が
Na+再吸収とH+分泌を共役しているため,脱水やAng II増加のようなNa+
再吸収を刺激する要因は，二次的にH+分泌を増加し,HCO3
-の再吸収を
増すため,alkalosisに誘導.

97. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
H+分泌とHCO3
-再吸収の増加 H+分泌とHCO3
-再吸収の減少
↑PCO2 ↓PCO2
↑H+,↓HCO3
- ↓H+,↑HCO3
-
↓細胞外液量 ↑細胞外液量
↑Angiotensin II ↓Angiotensin II
↑Aldosterone ↓Aldosterone
低カリウム血症 高カリウム血症
H+分泌とHCO3
-再吸収を増減する因子
• 低カリウムは近位尿細管のH+分泌を刺激し,高カリウムは抑制する.
• 低カリウムは,H+排泄増加,HCO3
-再吸収増加からalkalosisに誘導.
• 高カリウムは,逆.

98. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
腎によるacidosisの補正
H+排泄増加,ECFへのHCO3
-の付加

99. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
いずれのacidosisも,尿細管液のHCO3
-/H+の
比を下げる
尿細管内のH+が増加
HCO3
-の完全な再吸収
余剰のH+がNH3,HPO4
2-と結合可能
→NH4
+と滴定可能酸の形成により新たなHCO3
-
の産生に寄与.
acidosisは,尿細管液のHCO3
-/H+比を下げる.

100. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
代謝性acidosis
尿細管液のHCO3
-よりH+が過剰になる
ECFのHCO3
-濃度が減少し,糸球体で濾過される
HCO3
-が減少するため.
呼吸性acidosis
尿細管液のH+増加
ECFのPCO2が増加し,H+分泌を刺激
acidosisは,尿細管液のHCO3
-/H+比を下げる.

101. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
いずれのアシドーシスも,NH4
+の産生を増加
→H+排泄増加,ECFへの新たなHCO3
-の付加
重篤な慢性アシドーシスでは, H+の尿中排泄量が,
主にNH4
+の産生により,500mEq/日にもおよぶ.
血中に,新たなHCO3
-が500mEq/日付加される事
を意味する.
慢性アシドーシス

102. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
pH H+ PCO2 HCO3
-
正常 7.4 40mEq/L 40mmHg 24mEq/L
呼吸性アシドーシス ↓ ↑ ↑↑ ↑
呼吸性アルカローシス ↑ ↓ ↓↓ ↓
代謝性アシドーシス ↓ ↑ ↓ ↓↓
代謝性アルカローシス ↑ ↓ ↑ ↑↑
主な酸塩基平衡障害時のECFの特徴

103. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
腎によるalkalosisの補正
H+分泌減少,HCO3
-の排泄増加

104. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
いずれのalkalosisも,尿細管液のHCO3
-/H+
比を増す
正味,HCO3
-が再吸収されずに尿細管内に残り,結
果的に尿中に排泄される.
alkalosisではHCO3
- が,腎排泄により,ECFから除
去される.
→ECFへH+を付加するのと同様の効果で,H+濃
度の正常化に寄与
alkalosisは,尿細管液のHCO3
-/H+比を増す.

105. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
酸塩基障害の臨床的原因

106. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
換気量を減らすいずれの要素も,ECFのPCO2を
上昇させる.
→H2CO3とH+濃度を上昇
→呼吸性アシドーシス
呼吸中枢の障害
延髄の呼吸中枢の障害
炭酸ガス排泄能の低下
気道の狭窄,肺炎,肺気腫,肺胞表面積の減少,ガス交
換障害
代償機転
1. 体液の緩衝
2. 腎臓(数日を要する)
呼吸性アシドーシス

107. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺の過剰な換気が原因
身体的に病的な条件で呼吸性アルカローシスにな
るのは,希.
しばしば精神神経症が原因.
高地に上った際の,生理学的な呼吸性アルカ
ローシス
低酸素が呼吸を刺激し,CO2が失われて軽い呼吸
性アルカローシスとなる.
代償機転
体液の化学的緩衝と腎によるHCO3
-排泄の増加
呼吸性アルカローシス

108. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
CO2過剰が原因のアシドーシスを除く全てのア
シドーシス
1. 人体が産生する代謝による酸を,腎臓が排泄でき
ない場合.
2. 体内で, 代謝性による過剰な酸の産生.
3. 酸の内服,点滴による代謝性酸の付加
4. 体液からの塩基の喪失
代謝性アシドーシス

109. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
腎臓のH+分泌,HCO3
-再吸収の障害
通常2つの型が存在
1. HCO3
-再吸収障害
2. H+分泌障害
 滴定可能酸やNH4
+の排泄が不十分で,酸が
蓄積
 慢性腎不全,不十分なaldosterone分泌
(Addison病),尿細管機能を障害する遺伝的,後
天的疾患(Fanconi症候群など)
腎尿細管性アシドーシス

110. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
重篤な下痢は,代謝性アシドーシスの最も多い
原因.
大量の重炭酸ナトリウムが便中に喪失される.
消化管分泌液には,大量の重炭酸イオンが含まれ
ていて,下痢は体からそのHCO3
-を喪失させる.
小児では,重篤となり致死的にもなりうる.
下痢

111. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
胃内容だけの嘔吐では,胃液が高度に酸性の
ため,酸の喪失によるアルカローシスになる傾向
がある.
消化管の深い部分からの大量の嘔吐は,重炭
酸イオンの喪失から,下痢と同様,代謝性アシ
ドーシスとなる.
嘔吐

112. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
膵臓のinsulin分泌欠損(1型糖尿病)
insulinに対する感受性低下を代償するに不十分
なinsulinの分泌(2型糖尿病).
充分なinsulinが欠けているために,糖の正常な代
謝が妨げられ,いくつかの脂肪がacetoacetic
acidに分解され,この酸が糖のかわりにエネルギー
源として代謝される.
重篤な糖尿病では,血中のacetoacetic acidが
異常に上昇して,代謝性アシドーシスを生じる.
このアシドーシスを代償するために,大量の酸
(500mmol/日にも至る)が尿中に排泄される.
糖尿病

113. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
通常の食事で大量の酸を摂取することは希.
ある種の酸性毒の内服により,重篤な代謝性ア
シドーシスになることがある.
acetylsalicylic compounds(アスピリンなど)
methyl alcohol
代謝されてギ酸を形成
酸の内服

114. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
腎から排泄されない弱酸の陰イオンが体液に
蓄積
糸球体濾過量の低下により,リン酸塩,NH4
+の
排泄が減少し,体液に戻されるHCO3
-の量が減
少.
慢性腎不全

115. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
HCO3
-の過剰な貯留,H+の喪失が原因
代謝性アシドーシスほど多くない
原因
利尿薬(炭酸脱水酵素を除く)
遠位尿細管,集合尿細管の流速をあげ,Na+の再吸収
を促進.
Na+の再吸収は,H+の分泌と共役しているため,H+分
泌, HCO3
-の再吸収を促進
利尿薬使用によるECF量減少が,Ang II,
aldosterone産生を増加し, H+分泌, HCO3
-の再吸
収を促進
→alkalosisを招来
代謝性アルカローシス

116. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
原因
aldosterone過剰
遠位,集合尿細管におけるNa再吸収を促進し,同時に
集合尿細管の間在細胞によるH+分泌,HCO3
-再吸収
を促す.
→軽い代謝性アルカローシス
胃内容の嘔吐
下位消化管では無く,胃内容だけの嘔吐の場合
は,HClの喪失により代謝性アルカローシスとなる.
先天的幽門狭窄の新生児に起こる.
アルカリ薬の内服
胃炎,消化性潰瘍の治療薬としての重炭酸ソーダ
代謝性アルカローシス

117. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
acidosis,alkalosisの治療

118. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
過剰な酸を中和するために,大量に内服
血中に吸収され,重炭酸緩衝系のHCO3
-部分
を増加,pHを正常化.
静注も可能だが,生理学的危険も伴うために
代替として
乳酸ナトリウム
グルコン酸ナトリウム
乳酸,グルコン酸部分が代謝され,ECF内でNaが
NaHCO3の形で残るため,pH上昇につながる.
重炭酸ナトリウム

119. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
alkalosisの治療薬として,経口投与.
肝臓で,アンモニア部分が尿素に変換され,HCl
を放出.
 HClは,直ちに体液の緩衝系と反応して,H+濃
度を高める.
 静注も可だが,NH4
+は毒性が高く,危険.
 背景の原疾患を治療するのが最も適切
 脱水があり,心不全がない場合には生食による容
量負荷が,アルカローシス補正に効果的.
塩化アンモニウム

120. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
簡単な酸塩基障害の解析
呼吸性
代償
腎性
代償
腎性
代償
呼吸性
代償
代謝性 代謝性 呼吸性
呼吸性
動脈血検体

121. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
酸塩基ノモグラム
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アルカローシ
ス
代謝性
アルカローシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アルカローシス
急性
呼吸性
アルカローシス
動脈血pH
動脈血pH
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アルカローシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アルカローシス
動脈血pH
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
• Henderson-
Hasselbalch
の式によって
pH,HCO3
-
,PCO2の曲線
が交差
• 真ん中の開放
円が正常域.
• 陰の部分は,単
純な代謝性,呼
吸性障害を代
償する95%信
頼限界.

122. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
酸塩基ノモグラム
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アルカローシ
ス
代謝性
アルカローシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アルカローシス
急性
呼吸性
アルカローシス
動脈血pH
動脈血pH
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アルカローシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アルカローシス
動脈血pH
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
• 陰の部分を逸
脱した部分にあ
る場合は,混合
性の酸塩基障
害が示唆される.
• 陰の部分にあっ
ても,必ずしも単
純な酸塩基障
害でない場合も
ある.

123. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
酸塩基ノモグラム
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アルカローシ
ス
代謝性
アルカローシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アルカローシス
急性
呼吸性
アルカローシス
動脈血pH
動脈血pH
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アルカローシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アルカローシス
動脈血pH
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
症例1
●pH 7.30,
HCO3
-12.0
mEq/L,PCO2
25mmHgの
場合.
●代謝性アシ
ドーシスで,呼
吸性代償が働
きPCO2が40か
ら25mmHgに
減少していると
理解できる.

124. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
酸塩基ノモグラム
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アルカローシ
ス
代謝性
アルカローシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アルカローシス
急性
呼吸性
アルカローシス
動脈血pH
動脈血pH
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
慢性
呼吸性
アシドーシ
ス
慢性
呼吸性
アルカローシ
ス
代謝性
アシドーシス
代謝性
アルカローシ
ス
急性
呼吸性
アシドーシ
ス
急性
呼吸性
アルカローシス
動脈血pH
動脈血漿[HCO
3
-
](mEq/L)
症例2
●pH 7.15,
HCO3
-17
mEq/L,PCO2
50mmHgの
場合.
●代謝性と呼
吸性の混合性
アシドーシスと
理解できる.

125. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
血漿中のanion(陰イオン)とcation(陽イオン)の
濃度は,等しい.
通常測定されるcation:Na+
通常測定されるanion:Cl-,HCO3
-
 plasma anion gap=[Na+]-[HCO3
-]-[Cl-]
=144-24-108
=12mEq/L
正常値:8~16mEq/L
 未測のanion:albumin,リン酸イオン,硫酸イオン,
その他の有機陰イオン
 未測のcation:Ca2+,Mg2+,K+
anion gap

126. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
plasma anion gap=[Na+]-[HCO3
-]-[Cl-]
代謝性アシドーシス=[HCO3
-] ↓
[Na+]不変の時,Cl-または未測の陰イオンが増加
[HCO3
-]低下に比例して[Cl-]が増加する場
合,anion gapは正常
→高塩素性代謝性アシドーシス
[HCO3
-]低下に比例して[Cl-]が増加しない場合,未
測の陰イオンが増加し,anion gapが増加.
乳酸,ケト酸などの過剰な不揮発性酸による代謝
性アシドーシスがこれに相当
代謝性アシドーシスとanion gap

127. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
Anion Gap増加
(Normochloremia)
Anion Gap正常
(Hyperchloremia)
糖尿病(ketoacidosis) 下痢
乳酸アシドーシス 腎尿細管アシドーシス
慢性腎不全 炭酸脱水酵素阻害薬
Aspirin(acetylsalicylic
acid)中毒
Addison病
Methanol中毒
Ethylene glycol中毒
飢餓
Anion Gapと代謝性アシドーシス

128. 31 Acid-Base Regulation 14th
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
31 酸-塩基調節