Anesthesiology · A-02
酸塩基平衡とその異常
The general description of Acid-base balance, metabolic and respiratory acidosis and alkalosis, their therapy
- 前提：病態
- 代謝性酸塩基平衡障害呼吸性酸塩基平衡障害
- 前提：正常
- 酸塩基平衡
- 疾患
- D-乳酸アシドーシス
- 検査値
- アニオンギャップ高CO2血症動脈血液ガス
🧠 全体像：酸塩基異常は、pHだけで命名nomenclature命名（nomenclature）nomenclature（命名）せず、PaCO₂とHCO₃⁻の一次変化、予測される代償、アニオンギャップanion gapアニオンギャップ（anion gap）anion gap（アニオンギャップ）を順に確認すると、単純性か混合性mixed混合性（mixed）mixed（混合性）かを体系的に判断できる。
酸塩基平衡の基本
細胞外液extracellular fluid, ECF細胞外液（extracellular fluid, ECF）extracellular fluid, ECF（細胞外液）pHは主に、呼吸性成分である二酸化炭素carbon dioxide, CO₂二酸化炭素（carbon dioxide, CO₂）carbon dioxide, CO₂（二酸化炭素）分圧（partial pressure of carbon dioxide：PaCO₂）と、代謝性成分である重炭酸bicarbonate重炭酸（bicarbonate）bicarbonate（重炭酸）イオン（bicarbonate：HCO₃⁻）の比で決まる。
- 肺：分単位でPaCO₂を調節する。
- 腎：時間〜日単位でH⁺排泄、HCO₃⁻再吸収・新生を調節する。
- 緩衝系Buffers緩衝系（Buffers）Buffers（緩衝系）：HCO₃⁻、蛋白、リン酸、ヘモグロビンが急な変化を緩和する。
動脈血液ガスの読み方
flowchart TD
A["pHを確認"] --> B["PaCO₂とHCO₃⁻の向きを確認"]
B --> C["一次性障害を決定"]
C --> D["予測代償を計算"]
D --> E{"予測範囲内か"}
E -->|"はい"| F["単純性障害を考える"]
E -->|"いいえ"| G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='mixed'>混合性</span>障害を考える"]
F --> H["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='anion gap'>アニオンギャップ</span>と原因を評価"]
G --> H- pH < 7.35なら酸血症、pH > 7.45ならアルカリ血症alkalemiaアルカリ血症（alkalemia）alkalemia（アルカリ血症）を考える。
- pHを説明する方向に変化したPaCO₂またはHCO₃⁻を一次性障害とする。
- 代償が予測範囲を外れれば、第二の一次性障害が共存する。
- 正常pHでも、完全な正常とは限らない。代償または相反する混合性mixed混合性（mixed）mixed（混合性）障害を疑う。
四つの一次性障害
| 一次性障害 | 一次変化 | 代表的原因 |
|---|---|---|
| 代謝性アシドーシス | HCO₃⁻低下 | 乳酸、ケト酸、腎不全、消化管HCO₃⁻喪失、毒物 |
| 代謝性アルカローシスmetabolic alkalosis代謝性アルカローシス（metabolic alkalosis）metabolic alkalosis（代謝性アルカローシス） | HCO₃⁻上昇 | 嘔吐・胃液吸引gastric aspirate胃液吸引（gastric aspirate）gastric aspirate（胃液吸引）、利尿薬、低K血症、鉱質コルチコイド過剰mineralocorticoid excess鉱質コルチコイド過剰（mineralocorticoid excess）mineralocorticoid excess（鉱質コルチコイド過剰） |
| 呼吸性アシドーシスrespiratory acidosis呼吸性アシドーシス（respiratory acidosis）respiratory acidosis（呼吸性アシドーシス） | PaCO₂上昇 | 中枢抑制、気道閉塞、神経筋疾患、重症COPD、人工呼吸不足 |
| 呼吸性アルカローシスrespiratory alkalosis呼吸性アルカローシス（respiratory alkalosis）respiratory alkalosis（呼吸性アルカローシス） | PaCO₂低下 | 低酸素、疼痛、不安、敗血症、妊娠、肝疾患、過換気hyperventilation過換気（hyperventilation）hyperventilation（過換気）設定 |
代償の予測
代償はpHを正常方向へ戻すが、単純性障害を完全に正常化したり反対側へ越えたりしない。
| 一次性障害 | 予測される代償 |
|---|---|
| 代謝性アシドーシス | Winter式Winter's formulaWinter式（Winter's formula）Winter's formula（Winter式）：予測PaCO₂ = 1.5 × HCO₃⁻ + 8 ± 2 mmHg |
| 代謝性アルカローシスmetabolic alkalosis代謝性アルカローシス（metabolic alkalosis）metabolic alkalosis（代謝性アルカローシス） | HCO₃⁻が10 mmol/L上昇するごとにPaCO₂が約5〜7 mmHg上昇 |
| 急性呼吸性アシドーシスrespiratory acidosis呼吸性アシドーシス（respiratory acidosis）respiratory acidosis（呼吸性アシドーシス） | PaCO₂が10 mmHg上昇するごとにHCO₃⁻が約1 mmol/L上昇 |
| 慢性呼吸性アシドーシスrespiratory acidosis呼吸性アシドーシス（respiratory acidosis）respiratory acidosis（呼吸性アシドーシス） | PaCO₂が10 mmHg上昇するごとにHCO₃⁻が約3.5〜4 mmol/L上昇 |
| 急性呼吸性アルカローシスrespiratory alkalosis呼吸性アルカローシス（respiratory alkalosis）respiratory alkalosis（呼吸性アルカローシス） | PaCO₂が10 mmHg低下するごとにHCO₃⁻が約2 mmol/L低下 |
| 慢性呼吸性アルカローシスrespiratory alkalosis呼吸性アルカローシス（respiratory alkalosis）respiratory alkalosis（呼吸性アルカローシス） | PaCO₂が10 mmHg低下するごとにHCO₃⁻が約4〜5 mmol/L低下 |
PaCO₂は圧なのでmmHgまたはkPaで表し、mmol/Lでは表さない。
代謝性アシドーシス
アニオンギャップ
施設基準値baseline / reference value基準値（baseline / reference value）baseline / reference value（基準値）を用い、低アルブミン血症hypoalbuminemia低アルブミン血症（hypoalbuminemia）hypoalbuminemia（低アルブミン血症）では補正する。アルブミンが1 g/dL低下するごとに、測定アニオンギャップanion gap, AG測定アニオンギャップ（anion gap, AG）anion gap, AG（測定アニオンギャップ）は約2.5 mmol/L低下する。
| 型 | 主な原因 |
|---|---|
| 高AG性 | グリコール類、オキソプロリン5-oxoproline (pyroglutamic acid)オキソプロリン（5-oxoproline (pyroglutamic acid)）5-oxoproline (pyroglutamic acid)（オキソプロリン）、L-乳酸・D-乳酸D-lactateD-乳酸（D-lactate）D-lactate（D-乳酸）、メタノールmethanolメタノール（methanol）methanol（メタノール）、アスピリン、腎不全、ケトアシドーシスketoacidosisケトアシドーシス（ketoacidosis）ketoacidosis（ケトアシドーシス）：GOLD MARK |
| 正常AG性・高Cl性 | 下痢、腎尿細管性アシドーシスrenal tubular acidosis, RTA腎尿細管性アシドーシス（renal tubular acidosis, RTA）renal tubular acidosis, RTA（腎尿細管性アシドーシス）、尿路変更、早期腎不全、大量生理食塩水saline生理食塩水（saline）saline（生理食塩水）、炭酸脱水酵素阻害薬carbonic anhydrase inhibitor炭酸脱水酵素阻害薬（carbonic anhydrase inhibitor）carbonic anhydrase inhibitor（炭酸脱水酵素阻害薬） |
乳酸上昇では、低灌流だけでなく、痙攣、β₂刺激、肝機能、ミトコンドリア毒性mitochondrial toxicityミトコンドリア毒性（mitochondrial toxicity）mitochondrial toxicity（ミトコンドリア毒性）なども考える。治療は酸そのものより原因の是正が中心である。
重炭酸Nasodium bicarbonate重炭酸Na（sodium bicarbonate）sodium bicarbonate（重炭酸Na）は、重篤な酸血症、特定の中毒、重症高K血症、急性腎障害acute kidney injury, AKI急性腎障害（acute kidney injury, AKI）acute kidney injury, AKI（急性腎障害）を伴う一部などで個別に検討する。画一的な持続量を用いるとNa負荷、CO₂産生、低Ca²⁺、過補正overcorrection過補正（overcorrection）overcorrection（過補正）を招く。強い呼吸性代償respiratory compensation呼吸性代償（respiratory compensation）respiratory compensation（呼吸性代償）中の挿管では、導入時の無呼吸や不十分な分時換気でpHが急落し得るため、挿管前PaCO₂に近い換気を早期に再現する。
代謝性アルカローシス
尿Cl⁻は病態分類に有用である。
| 尿Cl⁻ | 代表病態 | 治療の考え方 |
|---|---|---|
| 低値 | 嘔吐、胃液吸引gastric aspirate胃液吸引（gastric aspirate）gastric aspirate（胃液吸引）、既往の利尿薬 | Cl⁻とK⁺を補い、必要なら等張食塩水isotonic saline等張食塩水（isotonic saline）isotonic saline（等張食塩水） |
| 高値 | 継続中の利尿薬、鉱質コルチコイド過剰mineralocorticoid excess鉱質コルチコイド過剰（mineralocorticoid excess）mineralocorticoid excess（鉱質コルチコイド過剰）、バーターBartterバーター（Bartter）Bartter（バーター）・ギテルマン症候群Gitelman syndromeギテルマン症候群（Gitelman syndrome）Gitelman syndrome（ギテルマン症候群） | 原因治療、K⁺補充、薬剤調整、選択例でアセタゾラミドacetazolamideアセタゾラミド（acetazolamide）acetazolamide（アセタゾラミド） |
塩酸hydrochloric acid (HCl)塩酸（hydrochloric acid (HCl)）hydrochloric acid (HCl)（塩酸）投与や透析は、通常治療に反応しない重症例で専門家expert専門家（expert）expert（専門家）が検討する例外的手段である。
呼吸性異常
呼吸性アシドーシス
肺胞低換気alveolar hypoventilation肺胞低換気（alveolar hypoventilation）alveolar hypoventilation（肺胞低換気）が本態である。気道、呼吸中枢respiratory center呼吸中枢（respiratory center）respiratory center（呼吸中枢）、胸郭、神経筋、肺実質、人工呼吸設定を順に確認する。急性で意識障害、疲弊exhaustion疲弊（exhaustion）exhaustion（疲弊）、循環不安定、進行する酸血症があれば換気補助ventilatory support換気補助（ventilatory support）ventilatory support（換気補助）を急ぐ。慢性高CO₂血症では、PaCO₂値だけでなく急性変化とpHを重視する。
呼吸性アルカローシス
低酸素、肺塞栓症、敗血症、中枢神経疾患neurological disorder神経疾患（neurological disorder）neurological disorder（神経疾患）、妊娠、薬物、疼痛を探す。治療は原因是正と人工呼吸設定の調整であり、死腔dead space死腔（dead space）dead space（死腔）を意図的intentional意図的（intentional）intentional（意図的）に増やしてCO₂を再呼吸rebreathing再呼吸（rebreathing）rebreathing（再呼吸）させる方法は行わない。
混合性障害を疑う手掛かり
- 代償が予測範囲を外れる。
- pHは正常に近いがPaCO₂とHCO₃⁻が大きく異常である。
- 高AG性代謝性アシドーシスで、AG増加量とHCO₃⁻低下量が大きく一致しない。
- COPD患者の嘔吐、敗血症患者の乳酸上昇と過換気hyperventilation過換気（hyperventilation）hyperventilation（過換気）など、複数の機序が同時に存在する。
まとめ
- pH、PaCO₂、HCO₃⁻、予測代償、AGの順に読む。
- 正常pHは正常な酸塩基状態を保証しない。
- 代謝性アシドーシスでは高AG性と正常AG性を分け、原因を治療する。
- 代謝性アルカローシスmetabolic alkalosis代謝性アルカローシス（metabolic alkalosis）metabolic alkalosis（代謝性アルカローシス）は尿Cl⁻で、呼吸性異常は換気不全または過換気hyperventilation過換気（hyperventilation）hyperventilation（過換気）の原因で整理する。
- 重炭酸投与bicarbonate administration重炭酸投与（bicarbonate administration）bicarbonate administration（重炭酸投与）や挿管は生理を急変sudden deterioration (acute decompensation)急変（sudden deterioration (acute decompensation)）sudden deterioration (acute decompensation)（急変）させるため、適応と換気計画を明確にする。