アシドーシスの裏テーマ 1（歴史）

　現代人が一日に腎臓から排泄する酸は1mEq/kgとよくいわれるが、酸の排泄量は体重だけで決まるわけではない。たとえば、酸をどれだけ摂るかによっても決まるはずである。しかし、ナトリウムやカリウムとちがって、食事の酸制限というのはあまり聞かない。

　そもそも食事中にどれだけ酸がふくまれているかなんて、どうやって計るのだろうか？というのは100年以上まえから研究されているテーマだが、これまで医学の表にあまりでてこなかった。しかしいま、食事に含まれる酸が注目を集めているので、あえてこの裏テーマにスポットを当ててみたい。

　尿細管のチャネルが魚からみつかったように、この分野も最初は動物からはじまった。

草食動物の尿はリトマス試験紙でアルカリ性に、肉食動物の尿はリトマス試験紙で酸性に反応するというのは常識である。 

ーN. R. Blatherwick（Arch Int Med 1914 XIV 409）

　この「常識」に注目したひとりが、フランスの生理学者クロード・ベルナール（1813-1878）だ。彼は研究室（写真）につれてきたウサギが草をたべるとにごったアルカリ尿、肉を食べると（肉しか与えなければたべるらしい）クリアな酸性尿をだすと発表した。原著はLeçons sur les proprietes physiologiques et les alterations pathologiques des liquides del’organisme. Paris: Balliere; 1859、これについてふれたベルナールの伝記論文はNDT Plus 2010 3 335。

　これは酸を摂ればそのぶん酸を、アルカリをとればアルカリを排泄して「内部環境」をたもっているという、彼が提唱した生命の恒常性を例示したエピソードでもある。

　20世紀初頭にはいると、食品を燃やしてできる灰の分析から、より定量的に食事の酸・アルカリを測定する試みがはじまった（J Biol Chem 1912 11 323）。灰にふくまれるK、Ca、Mg、Pなどのミネラルのうち、陽イオンはアルカリを提供し陰イオンは酸を提供するので、陽イオンより陰イオンがおおければ酸、陰イオンより陽イオンのほうがおおければアルカリと考えられた。

　この概念は腎臓内科医にはなじみがあまりないかもしれない（私にはなかった）が、動物界には、単位あたりの食餌における陽イオンと陰イオンの差、DCAD（dietary cation-anion difference）という概念がある。いろんな式があるがよく用いられるのはNa + K - (Cl + S)。

　たとえば、DCADを低くして酸性の食餌をあたえることでカルシウムを骨から出やすくしておくことが、乳牛のミルク・フィーバー（産褥期にカルシウムを乳にとられて低Ca血症になることで熱はでない、写真）予防になる。

　また、水族館のイルカで尿酸アンモニウム結石がおおい（写真はサンディエゴ・シーワールドのDottieというイルカの石；J of Zoo and Wildlife Med 2012 43 101）のは食餌のDCADが野性と比べて低く酸性だからではないかという研究（doi:10.2527/jas.2016.1113）もでている。

　人間界ではどうか？つづく。

Reniculi

　水族館で働くか海洋哺乳類の研究をするか、どちらも魅力的に聞こえる。海洋哺乳類生物学の講義をUC Santa Cruzとかで聴講するのでもいい。

　それはさておき、海洋哺乳類はどのように体液・浸透圧の恒常性を保っているか。まずクジラ目、鰭脚類、ラッコ、マナティーと陸上では唯一クマの腎臓は、ヒトとは形態が大きく異なる。Discrete multi-reniculate kidneyといって小腎（reniculi）が被膜に包まれぶどうの房というか魚卵の塊のようになっている。ウシの腎臓も似た形をしているが、これは奥でつながって一つになっているので小腎ではない。

　小腎は腎の表面積を増やしクリアランスを増す役割があると言われているが、本当かどうかわからない。小腎だとループ係蹄が短くなり尿濃縮能は落ちるはずだが、クジラ目と鰭脚類でも1000mOsm/kgくらいまではなんとか濃縮できる。それでも尿をマックス濃縮して塩を捨てるのも大変なので彼らは海水を極力飲まず餌の水や代謝水（6O2 + C6H12O6 = 6H2O + 6CO2の水）などでやりくりしている。

　ただラッコとマナティーは2500mOsm/kgまで濃縮できるので海水も結構飲む。複雑な鼻甲介で呼気中の水蒸気を回収することもできる。乳も濃縮されている（皮下脂肪がつくよう脂肪をじゅうぶん供給しなければならないからでもあるが）。またクジラ目には汗腺がない。なお、おなじ海牛目でもジュゴンの腎臓は小腎ではできていないらしい（ジュゴンとマナティーの他の違いについては、以前も書いた）。そしてクジラ目には髄質と皮質の間にsporta perimedullarisという線維筋層があるがその意義はわかっていない。


[2019年6月10日追記]小腎、文章だけではイメージがつかないと思うので、画像はこちら（出典は、冒頭でも触れたUC Santa Cruzの授業資料。海洋哺乳類それぞれの水保存戦略が説明されており、「世界一受けたい授業」と思うのは筆者だけではないかもしれない）。

酸塩基平衡の本質 2/2

　何でも食べれば酸になる。炭水化物はCO2（嫌気下には乳酸）、脂肪はCO2（飢餓、インスリン低下時にはケトン）、たんぱく質はCO2と不揮発酸（とくに動物タンパクは硫黄やリンがあるから）になる。その結果一日に出る15000mmolのCO2と50-100mEqの酸をどう排泄するか？これが生命に課せられた課題だ。

　というのも正常のpHは7.4、H+濃度にして40ナノモル/Lに過ぎない。H+は毒なのだ。だから生命はH+をさまざまなバッファーにより取り込んでいるほか、CO2は肺で排泄、その他の酸は腎臓で排泄している。こう聴けば、あなたも愛する者の安らかな寝息に「ああ、酸を排泄しているのだなあ」と生命の神秘を感じるのではないか。

　もし感じなければ、イルカ、クジラ、ベルーガ、アシカ、アザラシなど、息を止めて長く水中に潜る愛らしい動物達のことを考えよう。彼らは代謝と心拍数を下げてCO2産生を押さえ（その分嫌気代謝で乳酸がたまるが）、CO2と乳酸を潜水が終わるまで筋肉にトラップしておくなど大変な工夫をしているのだ（Compr Physiol 2011 1 447）。

　ここから話は腎臓による酸排泄の仕組み、血液最大のバッファHCO3-、それを維持する肺と腎臓のチームプレイ、チームプレイのルールであるHenderson-Hasselbalchの方程式（式自体より、それが意味すること）へと進む。私にとってはこれが酸塩基平衡の本質、まずこれを理解しなければつまらない。数字と計算はそのあとだ。

酸塩基平衡の本質 1/2

　クマが冬眠できるのも、ペンギンの脚が凍らないのも、サケが淡水と海水を行き来できるのも、スナネズミが砂漠で生きられるのも、全部腎臓と関係ある（まだ詳しくわかってない部分もあるが）。ペンギンの話などは、ヘンレ係蹄のcounter-current exchangeを説明する際に多くの医学部の授業で取り上げられていることだろう。

　腎臓は恒常性を守り、環境に適応する臓器。腎臓を学ぶと、世界の見方が変わる。先日、日本で酸塩基平衡についてレクチャする機会に恵まれたときも、それを強調したくてタイトルを『世界は酸塩基平衡でまわってる』にした。要は酸塩基平衡をbig pictureで捉えようということだ。その一部を説明してみよう。

　まずはツカミでイルカの尿酸結石について説明した（J of Zoo and Wildlife Med 2012 43 101）。イルカの尿管結石は原因不明だが、水族館で飼育の群に見られ野性では稀だ。そして研究により水族館群では尿中のcitrateがほぼゼロなことがわかった（Comparable Med 2010 60 149）。これと酸塩基平衡の関係は、大有りだ。

　Citrateは酸のバッファーだから、酸の大量摂取により枯渇する。これは私の推察だが、水族館で飼育の群は野生に比べて魚ばっかり食べて、しかも訓練のご褒美などでたくさん食べているのかもしれない。といわれても「魚がなんで酸なの？」と思うだろう。で、生物と酸（摂取と排泄）について話を始めた。続く。

　[2013年3月追加]クマの冬眠の話がレビューされた（KI 2013 83 207）。例の尿素→アミノ酸リサイクリングのみならず、骨代謝や血管・血栓・創傷治癒についても記述されている。