呼吸性酸塩基平衡障害：呼吸性アシドーシスとアルカローシス

🧠 呼吸性障害は「CO₂ そのもの」が一次変化。 CO₂ は水と反応して酸（H₂CO₃）になるので、CO₂ が溜まればアシドーシス、飛べばアルカローシス。代償は主に腎が HCO₃⁻ を増減して行うが、腎は遅いので「最大代償に数日」かかる（発症直後は緩衝系 Buffers 緩衝系（Buffers） Buffers（緩衝系） だけの小さな代償にとどまる）。この立ち上がり upstroke 立ち上がり（upstroke） upstroke（立ち上がり） の遅さゆえに、代償の大きさから「急性か慢性か」を逆算 back-calculate 逆算（back-calculate） back-calculate（逆算） できるのが臨床上の要点。

呼吸性アシドーシス

定義と指標

• II型呼吸不全type II respiratory failureII型呼吸不全（type II respiratory failure）type II respiratory failure（II型呼吸不全）（pO₂ <60 mmHg、pCO₂ >45 mmHg。講義資料は pCO₂ >50 mmHg としており、閾値は資料によって異なる）で CO₂ が蓄積 → 高炭酸ガス血症hypercapnia高炭酸ガス血症（hypercapnia）hypercapnia（高炭酸ガス血症）。値の読み方は動脈血液ガスarterial blood gas, ABG動脈血液ガス（arterial blood gas, ABG）arterial blood gas, ABG（動脈血液ガス）を参照。
• pH < 7.4
• pCO₂ > 40 mmHg（→ pH 低下）
• 標準[HCO₃⁻] 不変（24 mM。ごく急性期の値。代償が進むにつれて変化する——詳細は後述）

原因：4群に整理する

⚠️ 「換気血流比不均衡V/Q mismatch 換気血流比不均衡（V/Q mismatch）V/Q mismatch（換気血流比不均衡） を伴う肺疾患」だけで原因を覚えると、中枢・神経筋・胸郭が原因の症例を見落とす。 肺自体は健常でも、呼吸中枢respiratory center 呼吸中枢（respiratory center）respiratory center（呼吸中枢） からポンプ（呼吸筋・胸郭）までのどこかが壊れれば同じ高炭酸ガス血症 hypercapnia 高炭酸ガス血症（hypercapnia） hypercapnia（高炭酸ガス血症） 性アシドーシスになる。

代償：急性は緩衝、慢性は腎

💡 代償には2段階ある。 発症直後は血液・組織の非重炭酸 bicarbonate 重炭酸（bicarbonate） bicarbonate（重炭酸） 緩衝系 Buffers緩衝系（Buffers） Buffers（緩衝系）（ヘモグロビン・蛋白・リン酸）が数分〜数時間で反応するが、HCO₃⁻の上昇はわずか。数日かけて腎が新生HCO₃⁻を作り始めると、はるかに大きくHCO₃⁻が上がる。この立ち上がり upstroke 立ち上がり（upstroke） upstroke（立ち上がり） の違いが「急性か慢性か」を見分ける手がかりになる。

• 急性代償: pCO₂ が 10 mmHg 上昇するごとに HCO₃⁻ は約 1 mEq/L 上昇する（非重炭酸 bicarbonate 重炭酸（bicarbonate） bicarbonate（重炭酸） 緩衝のみ、腎はまだ動いていない）。
• 慢性代償: pCO₂ が 10 mmHg 上昇するごとに HCO₃⁻ は約 3.5 mEq/L 上昇する（腎代償が立ち上がった後、最大代償に数日を要する）¹。係数は資料によって多少幅がある。急性と慢性で予測される HCO₃⁻ の変化量が違うこと自体が、急性・慢性を見分ける根拠になる²。
• ⚠️ 実測 HCO₃⁻ が予測代償の範囲から外れたら、単純性の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） ではなく混合性酸塩基障害 mixed acid-base disorder 混合性酸塩基障害（mixed acid-base disorder） mixed acid-base disorder（混合性酸塩基障害） を疑う。 例えば急性のはずなのに HCO₃⁻ が慢性レベルまで上がっていれば、もともと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） が併存している可能性がある。
• ⚠️ pH が正常域だからといって酸塩基平衡 acid-base balance 酸塩基平衡（acid-base balance） acid-base balance（酸塩基平衡） が正常とは限らない。 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） で代償が効いていれば pH はほぼ正常になりうるし、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） と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） のように逆方向の2つの障害が同時に存在して打ち消し合っても pH は正常域に収まる。pCO₂・HCO₃⁻が正常から外れているなら、pH 単独で「異常なし」と判断しない。

flowchart TD
  A["pCO₂↑（慢性）"] --> B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='proximal tubule'>近位尿細管</span>でグルタミンを<span class='jp-term jp-term-diagram' title='deamination'>脱アミノ化</span> → NH₃を管腔へ分泌"]
  B --> C["新生HCO₃⁻を再吸収（＋濾過HCO₃⁻も再吸収）"]
  C --> D["血漿 HCO₃⁻↑ で pH を引き戻す"]
  B --> E["⚠️ グルタミンは骨格筋蛋白の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='catabolism'>異化</span>から → 筋喪失"]
  A --> F["腎の<span class='jp-term jp-term-diagram' title='acid excretion'>酸排泄</span>は数日かけて徐々に↑（最大代償に数日）"]

• 腎は 濾過HCO₃⁻の再吸収と 新生HCO₃⁻の生成で血漿HCO₃⁻を上げる。これは NH₃ の生成/排泄と密接に連動。
• 近位尿細管proximal tubule 近位尿細管（proximal tubule）proximal tubule（近位尿細管） でのグルタミン脱アミノ化 glutamine deaminationグルタミン脱アミノ化（glutamine deamination） glutamine deamination（グルタミン脱アミノ化） → NH₃を管腔へ、新生HCO₃⁻を再吸収。必要に応じアンモニア産生を亢進（グルタミンは 骨格筋蛋白の異化 catabolism異化（catabolism） catabolism（異化） → 筋喪失に由来）。
• 時間経過time course時間経過（time course）time course（時間経過）: 酸排泄acid excretion 酸排泄（acid excretion）acid excretion（酸排泄） は数日かけて徐々に↑。最大代償には数日が必要。

臨床と治療

• 基礎疾患が前面（麻痺、胸壁損傷、COPDCOPD（chronic obstructive pulmonary disease））。CO₂ 貯留が進むと傾眠から昏睡（CO₂ナルコーシス）に至りうる。
• 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） の治療は換気の改善そのもの（気道確保、原因治療、必要なら非侵襲的または侵襲的な人工換気 artificial ventilation 人工換気（artificial ventilation） artificial ventilation（人工換気） 補助）。
• ⚠️ 重炭酸ナトリウムsodium bicarbonate 重炭酸ナトリウム（sodium bicarbonate）sodium bicarbonate（重炭酸ナトリウム） は投与しない。 投与された HCO₃⁻ は H⁺ と反応してさらに CO₂ を生成するため、換気が追いつかない状態でこれを行うと CO₂ 蓄積をむしろ悪化させる。
• ⚠️ 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） （COPDなど）の患者に高濃度酸素を投与すると CO₂ ナルコーシスを招きうる。 機序は「低酸素性hypoxic / hypoxemic 低酸素性（hypoxic / hypoxemic）hypoxic / hypoxemic（低酸素性） 呼吸ドライブ respiratory drive 呼吸ドライブ（respiratory drive） respiratory drive（呼吸ドライブ） の消失」だけでは説明しきれない。英国胸部学会（BTS）の指針は少なくとも6つの機序を挙げ、推定される重要度の順に①低酸素性肺血管収縮 pulmonary hypoxic vasoconstriction 低酸素性肺血管収縮（pulmonary hypoxic vasoconstriction） pulmonary hypoxic vasoconstriction（低酸素性肺血管収縮） （HPVHPV, human papillomavirus）の解除による V/Q 不均衡の悪化 ②換気ドライブ ventilatory drive 換気ドライブ（ventilatory drive） ventilatory drive（換気ドライブ） の低下 ③ハルデン効果 Haldane effectハルデン効果（Haldane effect） Haldane effect（ハルデン効果）（酸素化ヘモグロビンoxygenated hemoglobin, HbO₂ 酸素化ヘモグロビン（oxygenated hemoglobin, HbO₂）oxygenated hemoglobin, HbO₂（酸素化ヘモグロビン） は CO₂ を運びにくくなる）④吸収性無気肺 Resorption atelectasis吸収性無気肺（Resorption atelectasis） Resorption atelectasis（吸収性無気肺） ⑤空気より密度の高い酸素 ⑥低流量マスクでの再呼吸 rebreathing再呼吸（rebreathing） rebreathing（再呼吸）としている（機序の重みづけ自体はなお議論がある）³。だからといって低酸素血症の治療を差し控えてはならず、COPD など高CO₂血症性呼吸不全のリスクがある患者では、血液ガスの結果が出るまで目標 SpO₂ を 88〜92% に設定して過不足なく酸素を投与し、動脈血液ガスarterial blood gas, ABG 動脈血液ガス（arterial blood gas, ABG）arterial blood gas, ABG（動脈血液ガス） で再評価する³。詳細な機序は高CO₂血症と急性呼吸不全acute respiratory failure 急性呼吸不全（acute respiratory failure）acute respiratory failure（急性呼吸不全） と過換気 hyperventilation 過換気（hyperventilation） hyperventilation（過換気） の影響に譲る。
• 急性II型呼吸不全 type II respiratory failure II型呼吸不全（type II respiratory failure） type II respiratory failure（II型呼吸不全） は緊急で、直ちに介入を要する。次の2群を見分ける：

• ⚠️ 講義の「高濃度O₂」と上の「目標SpO₂ 88〜92%」は場面が違う。 BTS 2017 は、COPD など高CO₂血症のリスクがある患者でも、重篤な急性疾患（危機的状態）に陥ったときは血液ガスの結果が出るまで他の重篤な患者と同じ初期目標（SpO₂ 94〜98%）で酸素を投与し、結果を見てから 88〜92% の調節酸素療法 oxygen therapy 酸素療法（oxygen therapy） oxygen therapy（酸素療法） か換気補助 ventilatory support 換気補助（ventilatory support） ventilatory support（換気補助） へ移るとしている³。
• 動脈血液ガスarterial blood gas, ABG 動脈血液ガス（arterial blood gas, ABG）arterial blood gas, ABG（動脈血液ガス） を定期的にモニターして経過を評価する。

呼吸性アルカローシス

定義と指標

• 過換気hyperventilation過換気（hyperventilation）hyperventilation（過換気） → pCO₂↓ → 血漿 pH↑。
• pH > 7.4
• pCO₂ < 40 mmHg（→ pH 上昇）
• 標準[HCO₃⁻] 不変（24 mM。ごく急性期の値。代償が進むにつれて変化する——詳細は後述）

原因

• 過換気hyperventilation過換気（hyperventilation）hyperventilation（過換気）:
  • 不安状態（短時間）
  • 高地（低 pO₂）
• 持続性:
  • 妊娠（プロゲステロン）
  • 肺塞栓＋肺炎（低酸素）
  • 慢性肝疾患chronic liver disease 慢性肝疾患（chronic liver disease）chronic liver disease（慢性肝疾患） （例：肝硬変）
  • サリチル酸中毒salicylate poisoningサリチル酸中毒（salicylate poisoning）salicylate poisoning（サリチル酸中毒）（脳幹の呼吸中枢 respiratory center 呼吸中枢（respiratory center） respiratory center（呼吸中枢） を直接刺激）

代償：ここでも急性と慢性を区別する

• 急性代償: pCO₂ が 10 mmHg 低下するごとに HCO₃⁻ は約 2 mEq/L 低下する（非重炭酸 bicarbonate 重炭酸（bicarbonate） bicarbonate（重炭酸） 緩衝系 Buffers 緩衝系（Buffers） Buffers（緩衝系） による即時の反応）。
• 慢性代償: pCO₂ が 10 mmHg 低下するごとに HCO₃⁻ は約 5 mEq/L 低下する（腎の H⁺ 分泌低下・HCO₃⁻ 排泄増加が数日かけて進んだ後）¹。
• 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） と同様、実測 HCO₃⁻ がこの予測範囲から外れれば混合性酸塩基障害 mixed acid-base disorder 混合性酸塩基障害（mixed acid-base disorder） mixed acid-base disorder（混合性酸塩基障害） を疑う。妊娠や高地順応 adaptation 順応（adaptation） adaptation（順応） のような慢性の過換気 hyperventilation 過換気（hyperventilation） hyperventilation（過換気） では HCO₃⁻ が大きく下がっていても、それ自体は代償が効いている証拠であり異常ではない。

臨床と治療

💡 なぜ手足や口がしびれ numbness しびれ（numbness） numbness（しびれ） るのか: アルカリ性のECFではアルブミンへのCa²⁺結合が増え、遊離Ca²⁺が下がる（機能的低カルシウム血症 hypocalcemia低カルシウム血症（hypocalcemia） hypocalcemia（低カルシウム血症））。だから過換気 hyperventilation 過換気（hyperventilation） hyperventilation（過換気） 発作で口周り・指のしびれ numbnessしびれ（numbness） numbness（しびれ）、重症ではTrousseau徴候 Trousseau signTrousseau徴候（Trousseau sign） Trousseau sign（Trousseau徴候）/Chvostek徴候Chvostek signChvostek徴候（Chvostek sign）Chvostek sign（Chvostek徴候）、テタニーtetany テタニー（tetany）tetany（テタニー） が出る。

• パニック障害panic disorderパニック障害（panic disorder）panic disorder（パニック障害）では過換気 hyperventilation 過換気（hyperventilation） hyperventilation（過換気） が明らか。
• 低 Ca²⁺ の症状:
  • 口周り・指のしびれ numbnessしびれ（numbness） numbness（しびれ）
  • 重症でTrousseau徴候 Trousseau signTrousseau徴候（Trousseau sign） Trousseau sign（Trousseau徴候）・Chvostek徴候Chvostek signChvostek徴候（Chvostek sign）Chvostek sign（Chvostek徴候）、テタニーtetanyテタニー（tetany）tetany（テタニー）、痙攣
• 低酸素を伴う → O₂ 療法。pO₂ が正常なら原因の是正と不安の軽減（安心させ、呼吸を意識的にゆっくりさせる）。

⚠️ 紙袋や閉じた袋への再呼吸 rebreathing 再呼吸（rebreathing） rebreathing（再呼吸） は行わない。 講義資料や古い教科書には CO₂ を上げる手段として載っているが、不安による過換気 hyperventilation 過換気（hyperventilation） hyperventilation（過換気） と誤って判断され、実際には低酸素血症や心筋虚血 myocardial ischemia 心筋虚血（myocardial ischemia） myocardial ischemia（心筋虚血） が原因で過換気 hyperventilation 過換気（hyperventilation） hyperventilation（過換気） していた患者にこれを行って死亡した3例が報告されている。健常ボランティアでも、紙袋への再呼吸 rebreathing 再呼吸（rebreathing） rebreathing（再呼吸） で吸気の酸素分圧 partial pressure of oxygen 酸素分圧（partial pressure of oxygen） partial pressure of oxygen（酸素分圧） は3分間で平均約 27 mmHg 低下した⁴。肺血栓塞栓症pulmonary embolism, PE 肺血栓塞栓症（pulmonary embolism, PE）pulmonary embolism, PE（肺血栓塞栓症） など、低酸素を伴う器質的 organic (structural, as opposed to functional) 器質的（organic (structural, as opposed to functional)） organic (structural, as opposed to functional)（器質的） な原因の患者でも同じ危険がある。

⚠️ 「過換気症候群hyperventilation syndrome過換気症候群（hyperventilation syndrome）hyperventilation syndrome（過換気症候群）」と決める前に器質的 organic (structural, as opposed to functional) 器質的（organic (structural, as opposed to functional)） organic (structural, as opposed to functional)（器質的） 原因を除外する。 低酸素血症、急性冠症候群acute coronary syndrome, ACS急性冠症候群（acute coronary syndrome, ACS）acute coronary syndrome, ACS（急性冠症候群）、肺血栓塞栓症pulmonary embolism, PE肺血栓塞栓症（pulmonary embolism, PE）pulmonary embolism, PE（肺血栓塞栓症）、敗血症、サリチル酸中毒salicylate poisoningサリチル酸中毒（salicylate poisoning）salicylate poisoning（サリチル酸中毒）、代謝性アシドーシスの呼吸性代償 respiratory compensation 呼吸性代償（respiratory compensation） respiratory compensation（呼吸性代償） ——いずれも「速い呼吸」で現れる。不安のせいに見えても、まず酸素化と代謝性アシドーシスの有無を確かめる。

まとめ

• 腎の代償は数日かけて立ち上がるので、代償の大きさから急性か慢性かを推定でき、予測から外れれば混合性 mixed 混合性（mixed） mixed（混合性） 障害を疑う。
• 高CO₂血症のリスクがある患者の酸素は、血液ガスの結果が出るまで目標 SpO₂ 88〜92% で投与する。ただし重篤な急性疾患では初期目標を 94〜98% とし、血液ガスを見て調節する。
• 酸素による CO₂ 上昇の主因は V/Q 不均衡の悪化で、換気ドライブventilatory drive 換気ドライブ（ventilatory drive）ventilatory drive（換気ドライブ） の低下やハルデン効果 Haldane effect ハルデン効果（Haldane effect） Haldane effect（ハルデン効果） も関わる。
• 過換気症候群hyperventilation syndrome 過換気症候群（hyperventilation syndrome）hyperventilation syndrome（過換気症候群） と決める前に器質的 organic (structural, as opposed to functional) 器質的（organic (structural, as opposed to functional)） organic (structural, as opposed to functional)（器質的） 原因を除外し、紙袋への再呼吸 rebreathing 再呼吸（rebreathing） rebreathing（再呼吸） は行わない。