CO2の運搬（3つの形態）と換気・ガス交換の要点しーおーつーのうんぱん

CO2の運搬とは、組織の代謝で生じた二酸化炭素を血液が肺まで運び、呼気として体外へ排出するしくみです。国試では約80%が重炭酸イオン（HCO3⁻）、約10%がヘモグロビン結合（カルバミノ化合物）、約10%が血漿に物理的に溶解という3つの運搬形態の割合が最頻出。さらにCO2は血液中でH⁺を増やす＝酸性に傾くため、呼吸は酸塩基平衡の調節にも直結します。

CO2の運搬 ― 3つの形態と割合

組織で産生されたCO2は、血液中を3つの形で肺まで運ばれます。国試ではこの割合（10%・10%・80%）がそのまま問われます。

• 血漿中に溶解（約10%）…CO2の一部が血漿に物理的に溶けて運ばれる。
• ヘモグロビンと結合（約10%）…Hbのアミノ基と結合（カルバミノヘモグロビン）。O2のようにヘム鉄と結合するのではない点が引っかけ。
• 重炭酸イオン HCO3⁻（約80%）…赤血球内でCO2が水と反応して炭酸となり、分解されてHCO3⁻となって血漿中に出て運ばれる。これが主役。

赤血球内の反応式は CO2＋H2O ⇄ H2CO3 ⇄ H⁺＋HCO3⁻。この反応を触媒するのが炭酸脱水酵素（カルボニックアンヒドラーゼ）です。

血液中のO2の運搬（比較して覚える）

CO2と対にして問われるのがO2の運搬です。血液中のO2の多くはヘモグロビン（Hb）と結合して運ばれます。

• O2分圧が高い肺では、HbはO2と結合しやすい。
• O2分圧が低い組織では、HbからO2が離れやすい。

数値では、動脈血のO2量は約20mL/dL、静脈血は約15mL/dLで、その差約5mL/dLが組織へ供給されています。

肺と組織でのガス交換 ― 分圧差が動くカギ

ガスは必ず分圧の高い方から低い方へ拡散します。肺と組織で向きが逆になるだけで、原理は同じです。

• 肺：O2は肺胞→血液へ、CO2は血液→肺胞へ移動。
• 組織：O2は血液→組織へ、CO2は組織→血液へ移動。

肺でのガス交換の結果、静脈血（O2分圧約40mmHg／CO2分圧約46mmHg）は動脈血（O2分圧約95mmHg／CO2分圧約40mmHg）になります。

吸気・呼気の組成 ― CO2は約100倍になる

体はO2を取り込み、CO2を排出しています。その結果、吸気と呼気ではガス組成が変化します。

• 吸気：O2 約21%、CO2 約0.04%、N2 約78%
• 呼気：O2 約16%、CO2 約4%
• つまり呼気のCO2は吸気の約100倍に増えている。

換気量の基礎（1回換気量・死腔・肺胞換気量）

CO2をどれだけ排出できるかは、実際にガス交換に使われる肺胞換気量で決まります。

• 1回換気量：安静時1回の呼吸で出入りする空気量、成人で約500mL。
• 予備吸気量 約2〜3L／予備呼気量 約1L／残気量 約1〜1.5L。
• 肺活量 約3〜5L、全肺気量＝肺活量＋残気量。
• 死腔量：気道内に残りガス交換に関与しない空気、成人で約150mL。
• 分時換気量＝1回換気量×呼吸数（例：500mL×16回＝8000mL/分＝約8L/分）。安静時呼吸数は12〜20回/分。
• 肺胞換気量＝（1回換気量−死腔量）×呼吸数（例：(500−150)×16＝5600mL/分＝約5.6L/分）。

重要なのは、同じ分時換気量8000mL/分でも、浅く速い呼吸（250mL×32回＝肺胞換気量3200mL/分）より、深くゆっくりした呼吸（1000mL×8回＝6800mL/分）の方が肺胞換気量は多いということ。死腔を引いて考えるのがポイントです。

呼吸と酸塩基平衡 ― CO2はpHを左右する

CO2は血液中でH⁺を増やすため、たまると血液は酸性に傾きます。そのため呼吸には、CO2を排出して血液のpHを一定に保つ働きもあります。

• CO2が貯留→H⁺増加→酸性に傾く→呼吸性アシドーシス（換気不全・COPDなど）。
• CO2を出しすぎる（過換気）→H⁺減少→アルカリ性に傾く→呼吸性アルカローシス。

覚え方は「CO2が増える＝酸性（アシドーシス）／CO2が減る＝アルカリ性（アルカローシス）」とセットで。