肺生理の基礎

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肺生理の基礎

肺ガス交換と血液の酸素運搬諏訪邦夫[email protected]

1999

年臨床呼吸機能講習会

肺生理の基礎：アウトライン • ガスの分圧について • ガス交換能について – 換気と血液酸素化の条件 • 血液と酸素：酸素解離曲線の解釈 – – 酸素解離曲線の基礎酸素解離曲線の移 • ガス分析データの見方 – 少しだけ（よくご存知と思うので）

ガスの「分圧」を少し説明

• 空気中には酸素,窒素,二酸化炭素,水蒸気 • 水蒸気は状況で変化、体内では体温で飽和 47mmHg • • 気道のガスは他の三者で713mmHg ガス相で濃度と分圧は比例（ドルトンの法則）濃度 20.93

分圧 149 酸素窒素 79.04

564 二酸化炭素 0.03

0.2（≒0）

血液の「ガス分圧」とは

血液にガスを流すしばらく経過すると、流すガスと血液とが平衡に達する（両者間にガスの受渡しなし）「平衡」が「血液のガス分圧」 0.03

酸素窒素濃度20.93

分圧149 79.04

564 CO 2 0.2

肺生理の基礎：ガス交換能 • ガス交換能について – – – – 肺が「良好に機能する」には「換気血流比：VA/Qc」の概念これが「一様」か「ばらばら」かどういう病気や状態で？ • 血液と酸素：酸素解離曲線の解釈 • ガス分析データの見方

肺胞モデルの2種：導管風船モデルとラッパモデルを使い分ける

健康な肺はVA/Qcが大変に良好

上腹部手術のFio 2 とPao 2

麻酔＋人工呼吸でVA/Qc悪化

肺生理の基礎：酸素解離曲線 • 血液と酸素：酸素解離曲線の解釈 – 酸素解離曲線の基礎 » ヘモグロビンと酸素の反応 » 正常値とS字の意味 – 酸素解離曲線の移動 » 移動の因子 » 移動の意味 • ガス分析データの見方

ヘモグロビン１分子に酸素４分子 • 酸素がヘモグロビン分子に一つずつ入る • Ｈｂ • ＨｂＯ 2 • ＨｂO 4 ＋＋＋ＯＯ 2 Ｏ 2 2 ⇔ ＨｂＯ ⇔ ＨｂＯ ⇔ ＨｂＯ 6 4 2 • ＨｂＯ 6 ＋Ｏ 2 ⇔ ＨｂＯ 8 • 各段階に質量作用法則が成立：アデア理論

酸素解離曲線を覚える(必要なし) Po 2 So 2 10 13 はじめは奇数を並べる 20 35 1,3→3,5→5,7という具合に 30 57 40 75 5と7とを入れ替える.これは覚える 50 83 ここから漸減する偶数を加える＋8 60 89 ＋ 6 70 93 ＋ 4 80 95 ＋ 2 90 97 ＋ 2 もう1度 2を加える 100 98 ＋ 1 最後は 1を加える

酸素解離曲線のS字型の意味 • 化学反応としての意義 • 簡単な数式表現：ヒルの式 • 生理学的な意義 • S字でない人は不調

酸素解離曲線の数式表現 • ヒルのモデル：簡単で扱いやすい化学反応一般に使う酸素飽和度＝ｋＰｏ 2 ^ n／（１＋ｋＰｏ 2 ^n） nはべき乗で2.7（S字度）、k は 1/(P50)^(2.7) P 50 は27.0

• アデア理論：酸素解離曲線への適合良好

化学反応としてのS字型の意義

• ヘモグロビンに酸素分子が結合する際 • • 互いが独立ではない最初の1個の結合が、以後3つの結合に影響 – 1個目は入りにくいが、2個目以降は入りやすい

S字の生理学的な意義（1） • 肺胞レベルで飽和度が高い：大量に取り込む • 静脈レベルで飽和度が低い：大量に渡す • 特に、臓器の活動が活発な時に有用度大 • 安静時での意義は高くないが活動時や血流が障害された状況で有用

S字の生理学的な意義（2） • 安静時の混合静脈血は（40, 75） • 血流が全身に運んだ酸素の１／４だけ利用 • ところが、激しい活動では • 酸素消費量が10倍に増すのに、心拍出量は5倍に増えるだけ • その代わり混合静脈血は(30,50) – 酸素解離曲線は右方移動（体温↑とpH下降）

曲線がS字でない人の体調 • 左方移動でS字の弯曲も小さい例 – 肺で酸素をとりやすいが、末梢で放ちにくい – ふつうの生活には支障はない – – 運動能力が劣る過労に弱い

酸素解離曲線の移動と因子

酸素解離曲線移動の生理

• 酸素は右方移動で放出しやすく左方移動で放出しにくくなる • 右方移動はいろいろに利用 – 運動（高温・pH低下）,貧血・チアノーゼ（2,3DPG) • 左方移動利用の例は胎児 – 妊娠末期には母体の酸素解離曲線は右方移動 – 胎児の血液の酸素解離曲線は左方（P50=20）

ボーアの研究の意義

• • • • • • 気球の流行高空での死亡事故「高空では酸素不足になるらしい」と判明ところが – 当時の酸素解離曲線は極端に左より（Pco2 をコントロールせず）二つの事実が矛盾ボーアが解決

2,3DPG:物質と役割 • 生成経路：糖→乳酸で産生（赤血球だけ） • 赤血球中に多い（ヘモグロビンと同じモル数） • 反応：ヘモグロビンと結合して「右方移動」 • 2,3DPG正常ならP 50 =27, ゼロでは P 50 =18 • 生理：酸素供給がきわどい時に増加する

異常ヘモグロビンの問題

• 異常ヘモグロビンにはいろいろあるが • 左方移動でS字の弯曲も小さい例 – – – 肺で酸素をとりにくく、末梢で放ちにくいふつうの生活には支障はないが運動能力が正常より劣る • 一酸化炭素中毒もこれに似た状況

喫煙と一酸化炭素のこと • 1.

COHｂがあるとその分だけ酸素含量が減少する酸素解離曲線の左方移動二つの因子で、運動能力低下

禁煙と減煙

• 20本/日でCOHb – は約5％：十分悪い！ 10年の加齢に匹敵？！ • 血液一酸化炭素は吸わなけれ１日でゼロに • したがって、「週に1日数本喫煙」なら害は小（ただし、これは一酸化炭素の問題だけ、がんの問題は別） • 禁煙がベストだが、せめて減煙して下

ガス分析データの見方：一つだけ • Ｐａｏ2 /Fio2 – – – は「肺の状態」 Fio2 が不明ではPao2 は評価がむずかしい正常値は100/0.2 つまり５００ 100では100/1.0 だから「肺は非常に悪い」 • Paco2 は「換気」 • pHとHCO3-（又はBE）は、「非呼吸性異常」あるいは「代謝性異常」 – 頻度は乳酸↑と腎の異常が多い