出典：第一種衛生管理者2024年（令和6年度）10月公表問題｜労働生理第37問
問題
呼吸に関する次の記述のうち、正しいものはどれか。
(1) 横隔膜が下がり、胸郭内の内圧が低くなるにつれ、気道を経て肺内へ流れ込む空気が呼気である。
(2) 呼吸に関与する筋肉は、間脳の視床下部にある呼吸中枢によって支配されている。
(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ガス交換は、外呼吸である。
(4) 身体活動時には、血液中の窒素分圧の上昇により呼吸中枢が刺激され、1回換気量及び呼吸数が増加する。
(5) チェーンストークス呼吸とは、肺機能の低下により呼吸数が増加した状態をいい、喫煙が原因となることが多い。
第１種衛生管理者｜呼吸の仕組みと外呼吸・呼吸中枢の基礎知識を解説
呼吸では、横隔膜の動き、吸気と呼気の違い、外呼吸と内呼吸の区別、呼吸中枢の位置がよく問われます。答えは(3)です。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は外呼吸です。酸素を血液中へ取り込み、二酸化炭素を肺胞内へ出す働きであり、肺で行われるガス交換を指します。
(1) 横隔膜が下がり、胸郭内の内圧が低くなるにつれ、気道を経て肺内へ流れ込む空気が呼気である。
不適切です。横隔膜が下がると胸郭が広がり、胸郭内の圧力が低くなります。その結果、外気が気道を通って肺内へ流れ込みます。これは呼気ではなく吸気です。呼気は、横隔膜がゆるんで上がり、胸郭が狭くなって肺内の空気が外へ出る過程です。横隔膜が下がる、胸郭内圧が低くなる、空気が肺に入る、という流れは吸気と覚えると判断しやすくなります。
(2) 呼吸に関与する筋肉は、間脳の視床下部にある呼吸中枢によって支配されている。
不適切です。呼吸中枢は主に延髄にあります。延髄は生命維持に重要な呼吸や循環の調節に関わる部位です。視床下部は体温調節、自律神経、内分泌、摂食、飲水などに関わる中枢として重要ですが、呼吸中枢の主な部位ではありません。試験では、呼吸中枢は延髄、体温調節中枢は視床下部という対応がよく問われます。
(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ガス交換は、外呼吸である。
適切です。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酸素と二酸化炭素を交換することです。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て呼気として排出されます。これに対して、血液と全身の組織細胞との間で行われるガス交換は内呼吸です。肺で行われるガス交換が外呼吸、組織で行われるガス交換が内呼吸と整理すると確実です。
(4) 身体活動時には、血液中の窒素分圧の上昇により呼吸中枢が刺激され、1回換気量及び呼吸数が増加する。
不適切です。身体活動時に呼吸が増える主な要因は、血液中の二酸化炭素濃度の上昇や、それに伴う水素イオン濃度の上昇などです。呼吸中枢は血液中の二酸化炭素濃度やpHの変化に敏感に反応します。窒素は通常、体内で代謝に利用される気体ではなく、呼吸調節の主な刺激とはなりません。運動時は二酸化炭素が増えるため、1回換気量や呼吸数が増加すると覚えてください。
(5) チェーンストークス呼吸とは、肺機能の低下により呼吸数が増加した状態をいい、喫煙が原因となることが多い。
不適切です。チェーンストークス呼吸とは、呼吸がだんだん深く大きくなった後、次第に浅くなり、一時的に無呼吸となる周期的な異常呼吸です。単に呼吸数が増加した状態ではありません。脳血管障害、心不全、重症疾患などでみられることがあります。喫煙による肺機能低下と結び付ける説明は、慢性閉塞性肺疾患などを連想させますが、チェーンストークス呼吸の定義としては不正確です。
この問題で覚えるポイント
呼吸では、吸気は横隔膜が収縮して下がり、胸郭が広がり、胸郭内圧が低下して空気が肺内へ入る過程です。呼気は横隔膜が弛緩して上がり、胸郭が狭くなり、肺内の空気が外へ出る過程です。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ガス交換であり、内呼吸は血液と全身の組織細胞とのガス交換です。呼吸中枢は主に延髄にあり、血液中の二酸化炭素濃度やpHの変化に反応して呼吸を調節します。運動時に呼吸が増える主な理由は、酸素消費量の増加と二酸化炭素産生量の増加に対応するためです。チェーンストークス呼吸は、深い呼吸と浅い呼吸、無呼吸が周期的に現れる異常呼吸であり、単なる頻呼吸とは区別します。
ひっかけポイント
このテーマでは、吸気と呼気の取り違えが最も狙われやすいです。横隔膜が下がるという表現を見ると、空気が押し出されるように感じるかもしれませんが、実際には胸郭内圧が下がるため空気は肺に入ります。また、呼吸中枢を視床下部とする誤りも頻出です。視床下部は体温調節などの中枢として重要なので、何となく生命維持に関わる中枢として選びたくなりますが、呼吸中枢は延髄です。外呼吸と内呼吸も名前だけでは判断しにくく、外呼吸は体の外で行う呼吸ではなく、肺胞と血液の間のガス交換を指します。運動時の呼吸促進では窒素ではなく二酸化炭素が重要です。日常的に吸っている空気の大部分が窒素であるため、窒素を選びたくなる罠がありますが、呼吸調節で中心になるのは二酸化炭素とpHです。
