嫌気性呼吸とは、酸素がない状態でエネルギーを作り出すプロセスです。 疾走しているときなど、エネルギーを生み出すのに必要な酸素が筋肉に供給されないことがあります。
この記事では、嫌気性呼吸のプロセスとその臨床的意義について考えます。
嫌気性呼吸のプロセス
酸素が存在しないと、末端電子受容体がないため、電子輸送連鎖（ETC）が継続できません。 そのため、通常の数のATP分子を作ることができません。 ETCが停止すると、クレブスサイクルや解糖など、このステップの前にある反応の活性が低下します。 嫌気性経路では、解糖系の最終生成物であるピルビン酸を利用します。
ETCが機能しないと、NADHとピルビン酸が過剰になります。
ETCが機能していないと、NADHとピルビン酸が過剰になり、ピルビン酸はNADHによって乳酸に還元され、還元後のNAD+が残ります。 この反応は、乳酸脱水素酵素という酵素によって触媒される。
NAD+をリサイクルすることで、NAD+の「ストック」が補充され、解糖のプロセスを継続することができます。 解糖経路では正味2個のATP分子が生成され、これをエネルギーとして筋肉の収縮などに利用することができます。 この2つのATP分子は、好気性呼吸で生成されるよりもはるかに少ないのですが、嫌気性呼吸がなければ他にATPを生成する方法がないため、必要なのです。
これは、虚血状態で起こります。
これは虚血の状態で起こります。解糖はより速く起こり、乳酸を生成します。
好気性解糖は、好気性よりも速く起こります。なぜなら、グルコースが分解されるたびに生成されるエネルギーが少なく（32ATPに対して2ATP）、要求を満たすためにはより速い速度でより多くのグルコースが分解されなければならないからです。
乳酸の除去
嫌気性呼吸の結果生成された乳酸は酸性なので除去しなければなりません。
- 乳酸は、心臓や脳などの代謝を行う細胞に運ばれます。
- 乳酸は心臓や脳などの代謝を行う細胞に運ばれ、上記の反応でピルビン酸に戻されます。
- 乳酸は肝臓に運ばれ、上記の反応でピルビン酸に変換されます。
臨床的意義 – 乳酸アシドーシス
場合によっては、乳酸が過剰に生成され、代謝性アシドーシスの一種である乳酸アシドーシスとして知られる状態になることがあります。 これは、体内の乳酸値が上昇したために、血液のpHが酸性になった状態です。 乳酸アシドーシスの原因はいくつかありますが、大まかには好気的な呼吸ができなくなることが原因です。 原因としては以下のようなものがあります。
- 糖尿病
- 酵素の欠乏 – 例えばピルビン酸脱水素酵素の欠乏
- 薬物 – 例えば。 メトホルミン、イソニアジドなど
- 出血
- 敗血症
- ミトコンドリア障害
症状は代謝性アシドーシスの典型的なもので、吐き気、嘔吐、筋力低下、呼吸の速さなどがあります。 炭酸水素ナトリウム溶液（pHバランスをとるため）の使用や、血液濾過による乳酸の直接除去を支持する証拠がほとんどないため、治療は困難です。 全体的な治療は支持的なもので、原因によって異なります。もし薬が原因であれば、それを中止する必要があるかもしれませんし、ある種のミトコンドリア障害では、適切な食事が必要になるかもしれません。