電解質と体液/pH調節関連の用語定義/重炭酸緩衝系と肺とによるpH調節

Henderson-Hasselbalchの式

式

重炭酸緩衝系の平衡式（H⁺+HCO₃^-←→H₂CO₃←→H₂O+CO₂）から，

pH=6.1+log (HCO₃^-/H₂CO₃)

が導かれます．すなわち，血しょうのpHは重炭酸イオン（HCO₃^-）の重炭酸（H₂CO₃）に対する比で決まります．また，H₂CO₃の濃度（mEq/L）はCO₂濃度(mm Hg)×0.03と等しいので，上式は

pH=6.1+log(HCO₃^-/CO₂×0.03)

　　=7.62+log(HCO₃^-/CO₂)

とも記載できます．

式の意義

血しょうのpHは重炭酸イオン（HCO₃^-）濃度のCO₂濃度に対する比で決まる，とのことは，平衡式をみるだけで理解できることです．しかし，Henderson-Hasselbalchの式により，実際の数値を代入することが可能です．運動などで数値がどのように変化するかを検討することにより，平衡式の理解が深まるであろう．

	安静時	運動時
	動脈血	動脈血
乳酸濃度(mEq/L)	1	5
HCO3-濃度(mEq/L)	24	20
CO2濃度(mm Hg)	40	34
HCO3-／CO2比	0.6	0.588
log(HCO3-／CO2)	-0.22	-0.23
pH	7.40	7.39
H+濃度(nEq/L)	40	41

Doll E, et al. (Am. J. Physiol. 215:23-29, 1968)のデータを参照した．14名の健康な平均年齢24才の男性におけるデータです．運動は自転車エルゴメータで50Wで6分間，つづいて100Wで6分間，つづいて150Wで6分間運動したときのデータです．

気づいていただきたい点は．．．

• pHを決定するH⁺濃度の単位がnano (10^-9)であり，乳酸濃度などの単位milli (10^-3)と比較すると100万分の１である．
• はげしい運動の筋肉運動により乳酸濃度が増大すると，HCO₃^-が消費（安静時，24mEq/L；運動時，20mEq/L）される．しかし，換気の亢進のため，動脈血中CO₂濃度が減少（安静時，40mmHg；運動時，34mmHg）し，HCO₃^-／CO₂比は，安静時と比べて，あまり減少しない．結局，H⁺濃度もpHもあまり減少しない．
• 運動による乳酸濃度の増加は生存可能なH⁺濃度範囲（20-100nEq/L, pH：7.7-7.0）と比べて桁違い（1->5 mEq/L）に大きい．ビーカに5 mEq/Lの乳酸のみの溶液があると，そのpHは約3.5になる．この大量の酸性物質にもかかわらず，pHの変動が極小なのが上記の理由による．なお，HCO₃^-が消費（安静時，24mEq/L；運動時，20mEq/L）されるだけで，CO₂濃度が減少しなかったら，HCO₃^-／CO₂比は，0.6から0.5に減少してしまい，pHも7.32まで低下する．

Challenge Quiz

1.

安静時.動脈血に比べて静脈血のpHは　 低い 同等である 高い  正解!.これは.筋肉など各臓器が　 乳酸 リン酸 CO₂ 重炭酸 重炭酸イオン  正解!を放出し.肺での排出のために動静脈間で濃度差があり.重炭酸緩衝系はこれに対して静脈内で　 H⁺ + HCO₃^- ← H₂CO₃　← H₂O　+　CO₂ H⁺ + HCO₃^- → H₂CO₃　→ H₂O　+　CO₂  正解! 方向へ作用しているためである.

2.

運動により筋から乳酸が血中に放出された。血漿緩衝系がなければ、乳酸が遊離するH⁺はpHを　 上昇 低下  正解!させてしまう。しかし、血漿緩衝系、特に、重炭酸緩衝系の重炭酸イオンは　 酸性 アルカリ性  正解!物質であり、H⁺と結合することで、運動時のH⁺の　 増大 減少  正解!を緩衝する。この際、重炭酸緩衝系は　 H⁺ + HCO₃^- ← H₂CO₃ ← H₂O + CO₂ H⁺ +HCO₃^- → H₂CO₃ → H₂O +CO₂  正解!の方向に作用し、重炭酸イオンは　 減少 増大  正解!する。さらに、運動時、換気が亢進することにより動脈血CO₂濃度が　 減少 増大  正解!し、この変化も(は)重炭酸緩衝系を　 H⁺ + HCO₃^- ← H₂CO₃ ← H₂O + CO₂ H⁺ + HCO₃^- → H₂CO₃ → H₂O + CO₂  正解!の方向に作用させ、重炭酸イオンの緩衝作用を　 助長 阻害  正解!する。