酸素分圧

気体中の酸素分圧は、気圧×酸素濃度で表わされる。

空気中には酸素の他に窒素や二酸化炭素など様々な気体が含まれており、1気圧(760Torr)を分け合っている。空気中の酸素濃度は約21%なので、乾燥空気の酸素分圧は「1気圧(760Torr)×0.21≒160Torr」である。これが「分圧」と呼ばれるゆえんである。

呼吸でこれを吸い込んだとき、呼吸に伴う加温(体温=約37℃)と加湿(100%)により酸素分圧は変化する。37℃の水蒸気圧は47Torrであるため、「(760Torr-47Torr)×0.21≒150Torr」となる。

これが肺胞に達すると、赤血球が運んできた二酸化炭素と混ざるため酸素分圧はその分減少し、110Torr程度となる。

最後に、肺胞から動脈血に移動するときに10Torr程度のロスが生じる。この減少分を「肺胞気動脈血酸素分圧較差(A-aDO2)」と呼ぶ。

血液が肺胞(酸素分圧100Torr程度)の毛細血管を通過する間に酸素分圧はほぼ平衡に達し、動脈血酸素分圧(PaO₂)も100Torr程度となる。

赤血球は酸素分圧が高い場所で二酸化炭素を放出し酸素を受け取り、酸素分圧が低い場所で酸素を放出して二酸化炭素を受け取る反応をする。酸素運搬先となる末梢組織の酸素分圧は40Torr以下と低く動脈血の酸素分圧と差があるため、平衡に達しようと酸素を放出する。こうして酸素は体組織へと供給されることになる。

PaO₂とSp₂は相関がある。酸素解離曲線を説明するためにイギリスの生理学者アーチボルド・ヒルが導入したものだが、現在では化学反応一般にも用いられる。

y/100 = k PO₂ⁿ / (1+kPO₂ⁿ)

y=Sp₂であるたん変形すると、次の式が得られる。

PaO₂ = ( k (100/SpO₂ - 1) )^-1/n

この時、nはヘモグロビン1個に結合する酸素分子の数である。ヘモグロビンは1分子当たり4つの酸素分子を結合する能力があるが、現実には2.7で適合する。これは二次元の表にプロットした際の曲線の曲がり方の強さで、nが大きいほど曲がりが強くなる。

kはその曲線の位置を表わす。k=(1/P50)ⁿであり、P50の正常値は27.0である。

なお、この式を覚えるより、PaO₂とSp₂の換算表を覚える方が早い。

動脈血酸素分圧と酸素飽和度の換算表(37℃、pH=7.4、PaCO₂が正常範囲である場合)。