このブログ記事では、酸性食品とアルカリ性食品に関する一般的な認識に基づいて、血液の緩衝作用と呼吸を通じて私たちの体がどのように pH 恒常性を維持しているかを科学的に検証します。
私たちは、日々の生活に必要なエネルギーを得て健康を維持するために、様々な食品を摂取しています。これらの目的を達成するために、人々は食品に関する情報を探し、自分に合ったものを選んでいます。その過程で、ほとんどの人が食品のpHに関する情報を一度は目にしたことがあるでしょう。例えば、コーラは歯の健康に有害な酸性食品である一方、ジャガイモ、サツマイモ、ニンジンなどのアルカリ性食品は健康に良いという話をよく耳にします。そこで当然、次のような疑問が浮かび上がります。酸性食品を多く摂取すると体は酸性になり、アルカリ性食品を多く摂取すると体はアルカリ性になるのでしょうか？
しかし、生物は外部環境の変化に関わらず、体内環境をほぼ一定に保つ性質、いわゆる恒常性（ホメオスタシス）を持っています。実際には、特定のpHを持つ食品を摂取しても、体内のpHがその値に直接変化するわけではありません。もし、環境の変化に応じて体内のpHが急激に変化してしまうと、正常な機能が正常に発揮できなくなり、深刻な場合には生命を脅かす可能性があります。本解説では、体内のpHを一定に保ち、臓器機能の障害を防ぐ重要なメカニズムの一つである血液の緩衝作用、そしてこの緩衝作用が損なわれたときに生じる疾患について考察します。
緩衝作用を理解する前に、pH、酸、塩基の概念を理解する必要があります。酸と塩基を区別する基準は、溶液中に存在する水素イオンの濃度です。この水素イオン濃度の度合いを示す尺度がpHです。pHは、物質が溶媒に溶解した溶液中の水素イオン濃度の負の対数として定義されます。現代の定義によれば、pHは水素イオン濃度の負の常用対数として表されます。
つまり、pH 値が高いほど溶液中の水素イオン濃度は低く、pH 値が低いほど水素イオン濃度は高くなります。中性の水を pH 7 と定義すると、pH が 7 未満の場合は酸性、7 を超える場合は塩基性となります。酸性と塩基性は、その程度によっても分類できます。物質を溶媒に溶解したときに水素イオンが発生する順序に基づいて、物質は強酸、弱酸、中性、弱塩基、強塩基に分類されます。たとえば、塩酸や硫酸などの物質は、溶媒に溶解すると非常に多くの水素イオンが発生するため、pH が非常に低くなります。したがって、これらは強酸性物質に分類されます。逆に、水酸化ナトリウムなどの物質は、溶媒に溶解すると非常に低濃度の水素イオンが発生するため、pH が高くなるため、強塩基性物質であると理解されます。
緩衝作用とは、溶液に酸や塩基を加えた際に、水素イオン濃度の変化を最小限に抑える作用のことです。血液中でこの緩衝作用が働くのは、血液中に存在する弱酸である炭酸と、この弱酸が水素イオンを放出して生成する塩基である重炭酸イオンが平衡状態にあるためです。血液に酸が加わると、増加した水素イオンは塩基として働く重炭酸イオンと結合して炭酸を再生成します。これにより、血液が過度に酸性に傾くのを防ぎます。逆に、アルカリが加わると、反応は逆方向に進み、炭酸が電離して重炭酸イオンと水素イオンを生成します。これにより、血液が過度にアルカリ性に傾くのを防ぎます。この過程を通して、血液は外部から持ち込まれた酸やアルカリの影響を緩衝します。その結果、酸性食品やアルカリ性食品を摂取しても、血液のpHはほぼ一定に保たれます。
しかし、血液の緩衝作用が損なわれたり、他の物質の出入りによって血液のpH調節に問題が生じることがあります。血液の緩衝作用に重要な役割を果たす炭酸イオンと重炭酸イオンは、体内で生成された二酸化炭素が体液に溶解することで形成されます。二酸化炭素は、組織の代謝中に生成されるか、外部から吸入されるか、呼吸によって吐き出されるガスです。呼吸が弱まったり、ガス交換が効率的に行われなくなったりすると、体内の二酸化炭素濃度が上昇します。二酸化炭素濃度の上昇は、血液中の炭酸生成の増加につながります。炭酸がイオン化すると、水素イオンの量が増加し、体のpHが低下します。この状態はアシドーシスと呼ばれます。
逆に、呼吸が速すぎたり、二酸化炭素濃度が低すぎたりすると、炭酸ガスの生成が減少します。その結果、水素イオンの生成も減少し、体内のpHが上昇します。このような状況では、アルカローシスが発生する可能性があります。
これらの原理を総合すると、血液の緩衝作用は、酸と塩基の平衡を維持することで恒常性を維持する重要なメカニズムの一つであることがわかります。特に、pHを調節することで細胞や臓器の機能を安定的に維持し、それによって人体が正常な生理的プロセスを維持するのを助けることで、血液の緩衝作用は私たちの健康を守る上で非常に重要な役割を果たしています。
