出典：第一種衛生管理者2021年（令和3年度）10月公表問題｜労働生理第38問
問題
呼吸に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。
(1) 呼吸運動は、気管と胸膜の協調運動によって、胸郭内容積を周期的に増減させて行われる。
(2) 胸郭内容積が増し、その内圧が低くなるにつれ、鼻腔、気管などの気道を経て肺内へ流れ込む空気が吸気である。
(3) 肺胞内の空気と肺胞を取り巻く毛細血管中の血液との間で行われる酸素と二酸化炭素のガス交換を、肺呼吸又は外呼吸という。
(4) 全身の毛細血管中の血液が各組織細胞に酸素を渡して二酸化炭素を受け取るガス交換を、組織呼吸又は内呼吸という。
(5) 血液中の二酸化炭素濃度が増加すると、呼吸中枢が刺激され、肺でのガス交換の量が多くなる。
第１種衛生管理者｜呼吸の仕組みと外呼吸・内呼吸の違いを解説
呼吸は、胸郭の容積変化によって空気を出し入れし、肺胞と血液、血液と組織細胞の間でガス交換を行う働きです。答えは(1)です。呼吸運動は、気管と胸膜の協調運動ではなく、主に横隔膜と肋間筋などの呼吸筋の働きによって胸郭内容積を変化させて行われるためです。
(1) 呼吸運動は、気管と胸膜の協調運動によって、胸郭内容積を周期的に増減させて行われる。
不適切です。その理由は、呼吸運動を直接起こしている主な構造は、気管と胸膜ではなく、横隔膜と肋間筋などの呼吸筋だからです。吸気では横隔膜が収縮して下がり、外肋間筋の働きで胸郭が広がります。これにより胸郭内容積が増え、肺内の圧力が下がって空気が肺へ入ります。胸膜は肺と胸壁の動きを連動させるうえで重要ですが、自ら収縮して胸郭を動かす筋肉ではありません。気管も空気の通り道であり、胸郭内容積を周期的に変える主役ではありません。
(2) 胸郭内容積が増し、その内圧が低くなるにつれ、鼻腔、気管などの気道を経て肺内へ流れ込む空気が吸気である。
適切です。その理由は、吸気は胸郭内容積の増加によって肺内圧が外気圧より低くなり、空気が肺の中へ流れ込む現象だからです。空気は圧力の高い方から低い方へ移動します。横隔膜や肋間筋の働きで胸郭が広がると、肺も広がり、肺内の圧力が下がります。その結果、鼻腔、咽頭、喉頭、気管、気管支などの気道を通って空気が肺胞へ向かいます。
(3) 肺胞内の空気と肺胞を取り巻く毛細血管中の血液との間で行われる酸素と二酸化炭素のガス交換を、肺呼吸又は外呼吸という。
適切です。その理由は、外呼吸とは、肺胞内の空気と肺胞周囲の毛細血管の血液との間で行われるガス交換を指すからです。肺胞内の酸素は血液中へ移動し、血液中の二酸化炭素は肺胞内へ移動します。この交換により、血液は酸素を多く含む状態になり、全身へ送られます。外呼吸は「肺で行われるガス交換」と覚えると整理しやすいです。
(4) 全身の毛細血管中の血液が各組織細胞に酸素を渡して二酸化炭素を受け取るガス交換を、組織呼吸又は内呼吸という。
適切です。その理由は、内呼吸とは、全身の組織細胞と毛細血管中の血液との間で行われるガス交換を指すからです。血液中の酸素は組織細胞へ渡され、組織細胞で生じた二酸化炭素は血液中へ取り込まれます。外呼吸が肺でのガス交換であるのに対し、内呼吸は全身の組織でのガス交換です。この対比は労働生理でよく問われます。
(5) 血液中の二酸化炭素濃度が増加すると、呼吸中枢が刺激され、肺でのガス交換の量が多くなる。
適切です。その理由は、血液中の二酸化炭素濃度が増えると、延髄にある呼吸中枢が刺激され、呼吸が促進されるからです。二酸化炭素が増加すると血液は酸性に傾きやすくなります。体はこの変化を感知し、呼吸数や呼吸の深さを増やして、二酸化炭素を体外へ排出しようとします。その結果、肺でのガス交換量が増加します。
この問題で覚えるポイント
呼吸運動は、主に横隔膜と肋間筋などの呼吸筋によって胸郭内容積を変化させることで行われます。吸気では胸郭内容積が増加し、肺内圧が低下して空気が肺内へ入ります。呼気では胸郭内容積が減少し、肺内圧が高くなって空気が外へ出ます。外呼吸は、肺胞内の空気と肺胞周囲の毛細血管中の血液との間で行われるガス交換です。内呼吸は、全身の組織細胞と毛細血管中の血液との間で行われるガス交換です。外呼吸では血液が酸素を受け取り二酸化炭素を肺胞へ渡し、内呼吸では血液が組織細胞へ酸素を渡して二酸化炭素を受け取ります。血液中の二酸化炭素濃度が増加すると、呼吸中枢が刺激され、呼吸が促進されます。試験では、呼吸運動の主役を気管や胸膜ではなく横隔膜と肋間筋と判断できること、外呼吸と内呼吸の場所とガスの移動方向を区別できることが重要です。
ひっかけポイント
この問題のひっかけは、呼吸に関係する器官名をもっともらしく並べて、呼吸運動の主役を誤認させる点にあります。気管は空気の通り道であり、胸膜は肺と胸壁の動きを連動させる膜ですが、胸郭内容積を周期的に増減させる中心ではありません。呼吸運動という言葉が出たら、まず横隔膜と肋間筋を思い出すことが大切です。また、外呼吸と内呼吸は名前が似ているため混同しやすいですが、外呼吸は肺胞と血液、内呼吸は血液と組織細胞の間のガス交換です。文章の一部に正しい用語が含まれていても、働きの主体がすり替えられている場合は誤りになります。
