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酸塩基平衡の概要

執筆者:

James L. Lewis, III

, MD, Brookwood Baptist Health and Saint Vincent’s Ascension Health, Birmingham

最終査読/改訂年月 2018年 5月
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酸性度とアルカリ性度は、血液の重要な特性の1つです。血液を含むあらゆる溶液の酸性度やアルカリ性度は、pH値で表します。pH値は、0(強酸性)から14(強塩基性または強アルカリ性)までの範囲で表します。中間のpH7.0が中性です。正常な血液はわずかに塩基性で、血液のpH値の正常範囲は7.35~7.45の間です。通常、体は血液のpH値を7.40辺りに維持しています。

医師は血液のpH値、二酸化炭素(酸)と重炭酸塩(塩基)の量を測定することで酸塩基平衡を評価します。

血液の酸性度が上昇するのは以下の場合です。

  • 体内の酸性物質の濃度が上昇したとき(摂取量もしくは産生量の増加、または排出量の低下によるもの)

  • 体内の塩基性(アルカリ性)物質の濃度が低下したとき(摂取量もしくは産生量の低下、または排出量の増加によるもの)

血液のアルカリ性度が上昇するのは、体内の酸の濃度が低下したとき、または塩基の濃度が上昇したときです。

酸塩基平衡の調節

体内での酸性物質とアルカリ性物質のバランスを酸塩基平衡と呼びます。

血液の酸塩基平衡は、正常な範囲から少し外れただけでも、多くの臓器に著しい影響を与えるため、厳密に調節されています。体は様々な仕組みによって血液の酸塩基平衡を調節しています。このような調節の仕組みには以下のものが関与しています。

  • 腎臓

  • 緩衝系

肺の役割

血液のpHを調節する仕組みの1つには、肺からの二酸化炭素の放出が関与しています。二酸化炭素は弱い酸性の物質で、あらゆる細胞に必要な物質である酸素と栄養分が処理(代謝)された後の老廃物であり、細胞によって絶え間なく作られ、その後、細胞から血液中へと運ばれます。二酸化炭素は血液によって肺へ運ばれ、そこから体外へ呼気として吐き出されます。血液中に二酸化炭素がたまるに従って、血液のpHは下がります(酸性度は上昇します)。

脳は呼吸(換気)の速さと深さを調節することで、体外へ吐き出される二酸化炭素の量を調節します。吐き出される二酸化炭素の量と血液のpHは、呼吸が速く深くなると上昇します。呼吸の速さと深さを調節することで、脳と肺は分単位で血液のpHを調節することができます。

腎臓の役割

腎臓は、過剰な酸や塩基を排出することで、血液のpHを変化させることができます。腎臓は酸や塩基の排出量をある程度変えることができますが、腎臓での調節は肺よりゆるやかなペースで進むため、その調節が終わるまでには数日間かかります。

緩衝系

血液のpHを調節するもう1つの方法は、緩衝系という仕組みを利用するもので、これにより酸性またはアルカリ性への急激な変化から体を保護しています。pH緩衝系は、体内で自然に作られる弱い酸と弱い塩基で構成されています。pHが正常な状態では、これらの弱い酸と弱い塩基がペアになってバランスをとっています。pH緩衝系は、酸と塩基の比率を調整することで、溶液のpHの変動を最小限に抑えるよう化学的に作用します。

血液中の最も重要なpH緩衝系は、炭酸(血液中に溶けている二酸化炭素から形成された弱い酸)と重炭酸イオン(対応する弱い塩基)で構成されています。

酸塩基平衡障害の種類

アシドーシスとアルカローシスは、いずれも酸塩基平衡の異常です。

  • アシドーシス:血液中に酸が増えすぎて(または塩基が少なくなりすぎて)、その結果、血液のpH値が低下します。

  • アルカローシス:血液中に塩基が増えすぎて(または酸が少なくなりすぎて)、その結果、血液のpH値が上昇します。

アシドーシスとアルカローシス自体は病気ではありませんが、様々な病気の結果として起こります。いずれも深刻な問題があることを示す手がかりとして重要です。

アシドーシスとアルカローシスの種類

アシドーシスとアルカローシスは、主な原因別に以下の種類に分類されます。

  • 代謝性

  • 呼吸性

代謝性アシドーシス代謝性アルカローシスは、酸または塩基の産生量と腎臓からの排泄量のバランスが崩れることが原因で起こります。

呼吸性アシドーシス呼吸性アルカローシスは、肺または呼吸器疾患によって二酸化炭素を吐き出す量が変化することが原因で起こります。

複数の酸塩基平衡障害が一度に現れることもあります。

酸塩基平衡障害の代償

酸塩基平衡に異常が生じると、代償機構が自動的に働き、血液のpHを正常に押し戻します。一般に、呼吸器系は代謝性の酸塩基平衡異常を代償し、代謝機構は呼吸性の酸塩基平衡異常を代償します。

始めは、代償機構によりpHが正常値近くに保たれます。そのため、血液のpH値が大幅に変化している場合、体の代償能力がなくなっていることを意味します。そのような場合、医師は直ちに酸塩基平衡異常の基礎にある原因を探し、治療します。

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酸塩基平衡の異常と体の反応

最初に起こる異常

最初の血液pH

代償機構

血液pHの代償性変化

呼吸性アシドーシス

重度の慢性肺疾患による呼吸能力の低下

非常に低い

尿中への酸排泄増加

上昇して正常値に近づく

代謝性アシドーシス

糖尿病性ケトアシドーシスによる酸産生の増加

非常に低い

呼吸数が増加し、二酸化炭素を放出

上昇して正常値に近づく

呼吸性アルカローシス

不安による過換気

非常に高い

尿中へのアルカリ排泄の増加

低下して正常値に近づく

代謝性アルカローシス

嘔吐による胃酸の喪失

非常に高い

呼吸数が減少し、二酸化炭素を保持

低下して正常値に近づく

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