電解質と体液/代償作用/呼吸性アルカローシスに対する腎臓による代償(略した説明)

POINT!

呼吸性アルカローシスに対して腎臓が代償すると、HCO3-がさらに減少する。

第６章では、肺の機能亢進により低CO₂血症がもたらされ、重炭酸緩衝系がH⁺→CO₂方向へ変換することで低CO₂血症が緩衝され、アルカローシスによるアルカリ血症がもたらされることを学んだ。 また、この際、重炭酸イオン（HCO₃^-）が低下することを学んだ。ここまでは下図のようにまとめられる。青丸は正常範囲であり、横軸はpH、縦軸はHCO₃^-濃度である。

重炭酸緩衝系により、低CO₂血症という負荷が肺と腎臓で分担されたわけである。では、腎臓が分担すべき負荷をこなした、すなわち、不足するH⁺の排泄を低下させた場合を検討してみよう。

発症前	H+	+	HCO3-	←→	H2O	+	CO2
原疾患（肺の機能亢進）により最初に起こる変化							↓↓↓↓
重炭酸緩衝系の作用	↓↓		↓↓	→			↑↑
＜＜ここまでの総和＞＞	↓↓		↓↓	←→			↓↓
腎臓による代償	↑↑
重炭酸緩衝系の作用	↓		↓	→			↑
＜＜すべての総和＞＞	↓		↓↓↓	←→			↓

１段目（原疾患により最初に起こる変化）、２段目（重炭酸緩衝系の作用）、３段目（ここまでの総和）	第６章で説明ずみである。ただし、矢印の数が２倍になっている。これは、単に説明の都合である。この状態で、重炭酸緩衝系は化学的平衡（←→）を保っている。
４段目（腎臓による代償）	腎臓が分担すべき負荷をこなし、腎機能が代償性に低下する。すなわち、不足するH+の排泄を減少させ、血漿中のH+量が増大（↑↑）した。これは重炭酸緩衝系にとっては、新たな変化であり、３段目の平衡を崩す。
５段目	化学的平衡に外からの攪乱で変化が生じると、「変化を打ち消す方向」に化学反応が進むため、腎臓による代償（H+↑↑）に対して、 H+ + HCO3- → H2O + CO2 に反応が進行する。また、「変化量より少ない量」化学反応が進むため、変化量は４段目より少なく、矢印は１本ずつである。
６段目（すべての総和）	３段目から５段目までの（すなわち，１，２，４，５段目の）総和である。３段目、すなわち、腎臓の代償と重炭酸緩衝系の作用が加わる前の状態と比較してみよう。 ＊アルカリ血症（pH増大）が緩衝（H+：↓↓→↓）されている ＊低CO2血症が緩衝（↓↓→↓）されている ＊HCO3-の低下がさらに進行（↓→↓↓↓）している ここに注目しよう！

腎臓による代償と重炭酸緩衝系の作用が加わることにより、アルカリ血症（pH増大）が緩衝され、HCO₃^-がさらに低下した様子を上図に書き加えてみたのが左図である。

動画と音声での説明

最初の病態として、肺機能が増加した場合を考えてみましょう。

二酸化炭素の排出が増大して、血中の二酸化炭素(CO₂)が低下します。

重炭酸緩衝系のバランスが乱されたので、「最初に起こったことを打ち消す方向」、つまりこの場合は右方向に反応が進みます。これにより二酸化炭素(CO₂)が生成されるからです。右向き反応で消費されるため水素イオン (H⁺)が減少し重炭酸イオン(HCO₃^-)も減少します。

「最初に起こったことが完全に打ち消されるわけではない」のですから、二酸化炭素(CO₂)が４低下すると、重炭酸緩衝系の作用により生成される二酸化炭素(CO₂)は、それよりも少ないので、２としましょう。水素イオン (H⁺)も重炭酸イオン(HCO₃^-)も２消費され減少します。

最初の変化と重炭酸緩衝系の作用までをまとめると、このような新たな平衡が成り立ちます。

pHを横軸、重炭酸イオン(HCO₃^-)を縦軸とするグラフにおいて、水素イオン（H⁺）が減少することはpHが上昇するので右方移動となります。重炭酸イオン(HCO₃^-)が減少することは下方移動となり、この状態はこのようにプロットされます。

水素イオン（H⁺）が減少したことが、腎機能を抑制します。酸の排出が少なくなります。これにより、血中の水素イオンは増大します。これは腎臓による代償とよばれています。

これは、新しい平衡状態にあった重炭酸緩衝系のバランスを乱すことになり、「最初に起こったことを打ち消す方向」、つまりこの場合も右方向に反応が進みます。これにより水素イオン（H⁺）が消費されるからです。右向き反応で消費されるため重炭酸イオン(HCO₃^-)が減少し二酸化炭素(CO₂)は増加します。

ここまでの総和以降をまとめたこのような新たな平衡が成り立ちます。

pHを横軸、重炭酸イオン(HCO₃^-)を縦軸とするグラフにおいて、呼吸性アルカローシスと比べ、水素イオン（H⁺）の減少は小さくなり、右方移動が小さくなります。また重炭酸イオン(HCO₃^-)の減少が大きくなり、下方移動は大きくなります。

この状態はこのようにプロットされます。

Challenge Quiz

1.

腎臓によって代償される前の呼吸性アルカローシス(肺の機能亢進による低CO₂血症に対して重炭酸緩衝系が作用した状態)においては、HCO₃^-は正常値よりも　 低下 増大  正解! する。

2.

呼吸性アルカローシス(によるアルカリ血症)に対する腎臓の代償とは、H⁺排泄の　 低下 増大  正解!である。

3.

呼吸性アルカローシス(によるアルカリ血症)に対して腎臓が代償したのち、重炭酸緩衝系は、 H₂O + HCO₃^- ← H₂O + CO₂ H₂O + HCO₃^- → H₂O + CO₂  正解! 方向へ作用する。

4.

呼吸性アルカローシス(によるアルカリ血症)に対する腎臓の代償作用と重炭酸緩衝系の作用により、低CO₂血症は　 さらに進行する 緩衝される  正解! 。

5.

呼吸性アルカローシス(によるアルカリ血症)に対する腎臓の代償作用と重炭酸緩衝系の作用により、HCO₃^-の低下は　 さらに進行する 緩衝される  正解! 。

6.

呼吸性アルカローシス(によるアルカリ血症)に対する腎臓の代償作用と重炭酸緩衝系の作用により、アルカリ血症(pH増大)は　 さらに進行する 緩衝される  正解! 。