6．血流による酸素の輸送—ヘモグロビンから組織内へ，組織からミトコンドリア内へ

Oxygen transport from the blood to cells

酸素の運搬と組織での利用について概説する。血液中の酸素の97％はヘモグロビンと結合して末梢組織まで運ばれる。酸素分圧の高い肺毛細血管において酸素はヘモグロビンと結合し，酸素分圧の低い末梢組織の毛細血管において酸素がヘモグロビンから放出される。この関係は，酸素ヘモグロビン解離曲線で示される。pH低下や体温上昇に伴い酸素ヘモグロビン解離曲線は右方移動し，酸素の組織への受け渡しが増加する（Bohr効果）。組織での酸素消費は，ミトコンドリアでの酸化的リン酸化の過程で起こり，ATPの産生に寄与する。通常状態では，細胞が正常に活動するために必要な細胞内酸素分圧は1mmHg以上であるとされ，それに対し細胞の酸素分圧は平均23mmHgであるため，酸化的リン酸化過程の律速因子ではなく，十分な余裕がある。また組織への酸素供給が低下する（hypoxia）と，ピルビン酸より乳酸を産生する嫌気性代謝が生じる。しかし，敗血症時の乳酸アシドーシスは，末梢循環不全による供給過少による嫌気性代謝のみでは説明できない。つまり，現状では組織酸素代謝失調dysoxiaを正確に評価し，動脈血PO₂の増加，末梢循環の改善や心拍出量の増加といった治療介入の効果を的確に評価できないため，これらを評価できる指標の開発が必要である。

Main points

●血中の酸素は，97％がヘモグロビンと結合し運搬される。

●酸素はヘモグロビンに4つある二価鉄に1つずつ弱く結合し，酸素ヘモグロビン解離曲線はS字状である。

●酸素ヘモグロビン解離曲線は，毛細血管内のpH低下や体温上昇により右方移動する。

●細胞内酸素分圧が1mmHgあれば，ミトコンドリアにおける酸化的リン酸化が進行するのに十分である。

●組織での酸素代謝異常およびこれへの介入効果の評価は，乳酸値のみで行うことはできず，現在の臨床では困難である。

In this article, we summarize arterial oxygen （O₂） transport and its utilization in tissues. Approximately 97％ of O₂ is transported combined with hemoglobin in red blood cells. As the O₂-hemoglobin dissociation curve demonstrates a progressive increase in the percent saturation of hemoglobin with an increase in the partial pressure of O₂ （PO₂）, O₂ binds with hemoglobin in blood with a high PO₂ in pulmonary capillaries and is released in blood with a low PO₂ in tissue capillaries. When the pH is low or the temperature is high, the O₂-hemoglobin dissociation curve shifts to the right （i.e. the Bohr effect）, enhancing release of O₂ and increasing O₂ delivery to the tissues. From the capillaries in peripheral tissues, oxygen diffuses into cells to be utilized in mitochondria. During oxidative phosphorylation in the mitochondria, the process of generating adenosine triphosphate （ATP）, hydrogen is oxidized to water, which is the end product of the process. In this normal respiratory chain reaction, where the cellular PO2 levels are greater than 1 mmHg, O₂ consumption is constant, which means that PO₂ is not a limiting factor in ATP production. If there is a shortage of oxygen delivered to the tissues （i.e. hypoxia）, the anaerobic conversion of pyruvate to lactate is triggered. In patients with sepsis, production of lactate is not always due to anaerobic metabolism. Dysoxia is the condition where there is a failure of oxygen transport to, and utilization in the mitochondria. Innovative tools or indices for the evaluation of dysoxia are needed to better assess the effects of interventions including improvements in arterial PO₂, cardiac output and tissue perfusion.