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(1) 鼻 腔 と 気 管 の 線 毛 上 皮 ( 線 毛 エスカレーターの 異 物 排 出 作 用 )と 粘 液 細 胞 の 働 き 3. 肺 のしくみ (156) 胸 膜 壁 側 胸 膜 ( 肋 膜 ) 胸 腔 表 面 を 被 う ( 単 層 扁 平 上 皮 の 中 皮 細 胞 からなる 漿 膜 ) 臓 側 胸 膜 肺 の 表 面 を 被 う( 単 層 扁 平 上 皮 の 漿 膜 細 胞 / 中 皮 細 胞 ) 肺 門 気 管 支 肺 動 静 脈 気 管 支 動 静 脈 リンパ 管 神 経 が 出 入 りする 肺 尖 肺 尖 部 は 鎖 骨 より2~3cm 上 方 にある 肺 底 肺 底 は 横 隔 膜 に 接 する 肺 の 血 管 機 能 血 管 肺 動 脈 肺 静 脈 ( 肺 動 脈 の 収 縮 期 圧 は 25mmHg と 低 い) 栄 養 血 管 気 管 支 動 脈 ( 胸 大 動 脈 から 分 岐 し 圧 が 高 い) 肺 葉 右 3 葉 ( 右 の 肺 のほうが 大 きい) 肺 葉 と 区 画 水 平 裂 と 斜 裂 上 葉 中 葉 下 葉 ( 右 10/ 左 8 区 画 ) 左 2 葉 斜 裂 上 葉 下 葉 肺 胞 ガス 交 換 機 能 Ⅰ 型 肺 胞 上 皮 ガス 交 換 作 用 肺 サーファクタント* Ⅱ 型 肺 胞 上 皮 ( 表 面 張 力 低 下 ) 肺 胞 の 虚 脱 を 防 ぐ 分 泌 物 * 胎 生 34 週 で 分 泌 が 完 成 され これ 以 前 の 未 熟 児 出 生 では 分 泌 障 害 で 呼 吸 窮 迫 症 候 群 ( 肺 胞 拡 張 不 全 )を 起 こす 90%のリン 脂 質 と 10%のタンパク 質 によって 構 成 されている 肺 の 構 造 軟 骨 がある 肺 胞 の 構 造 49

4. 呼 吸 運 動 (159) 1) 胸 郭 ( 胸 腔 )の 構 成 胸 骨 胸 骨 柄 胸 骨 体 剣 状 突 起 肋 骨 1~12( 真 肋 1~7) ( 仮 肋 8~10) 肋 間 筋 内 肋 間 筋 外 肋 間 筋 は 骨 格 筋 で 随 意 筋 胸 椎 脊 柱 の1~12 横 隔 膜 胸 腔 と 腹 腔 を 隔 てる 骨 格 筋 の 膜 で 随 意 筋 ( 呼 吸 の 主 要 な 筋 ) 2) 横 隔 膜 と 肋 間 筋 の 運 動 (160) 吸 気 呼 気 3) 呼 吸 筋 ( 横 隔 膜 と 肋 間 筋 ) 吸 気 横 隔 膜 と 外 肋 間 筋 の 収 縮 横 隔 膜 の 収 縮 ( 下 がる)と 外 肋 間 筋 の 収 縮 で 胸 郭 を 前 後 に 拡 げ 肺 が 膨 らんで 吸 気 となる 呼 気 横 隔 膜 と 外 肋 間 筋 の 弛 緩 肺 の 弾 性 収 縮 力 横 隔 膜 を 元 に 戻 し 胸 郭 を 狭 める 安 静 時 呼 気 は 肺 の 弾 性 収 縮 力 で 縮 まる 内 肋 間 筋 の 収 縮 激 しい 運 動 時 に 使 用 する 普 段 は 使 われない 4) 胸 腔 内 圧 の 変 化 吸 気 時 の 内 圧 胸 腔 は 拡 大 すると 陰 圧 はさらに 強 くなる 呼 気 時 の 内 圧 呼 息 でも 胸 腔 は 陰 圧 である -5~10cmH 2 O -2~4cmH 2 O 胸 腔 内 圧 吸 息 でも 呼 息 でも 大 気 圧 より 常 に 陰 圧 である 50

5) 吸 息 と 呼 息 の 肺 胞 内 圧 吸 気 大 気 圧 > 肺 胞 内 圧 (-1cmH2O) 肺 が 膨 らんで 肺 胞 内 圧 が 陰 圧 となり 吸 気 となる 呼 気 大 気 圧 < 肺 胞 内 圧 (+1cmH2O) 肺 が 収 縮 して 肺 胞 内 圧 が 陽 圧 となり 呼 気 となる 横 隔 膜 の 収 縮 横 隔 膜 の 弛 緩 6) 肺 には 筋 肉 がないので 自 律 的 な 呼 吸 運 動 はできない 肺 の 呼 吸 運 動 自 ら 収 縮 できるが 自 ら 肺 を 脹 らませることができない 7) 呼 吸 方 法 肺 の 弾 性 収 縮 力 胸 式 呼 吸 肋 間 筋 による 胸 郭 の 変 動 女 子 に 多 い 腹 式 呼 吸 横 隔 膜 の 上 下 運 動 ( 胸 腔 容 積 を 大 きくできる) 男 性 新 生 児 多 い 5. 呼 吸 運 動 の 神 経 性 調 節 1) 呼 吸 中 枢 呼 吸 中 枢 延 髄 ( 吸 息 中 枢 と 呼 息 中 枢 ) 橋 ( 呼 吸 のリズム 中 枢 ) 横 隔 神 経 横 隔 膜 の 収 縮 と 弛 緩 頸 髄 C3~C5 から 出 る 呼 吸 神 経 肋 間 神 経 肋 間 筋 の 収 縮 と 弛 緩 胸 髄 Th1~11 から 出 る 2) 自 律 神 経 による 調 節 交 感 神 経 気 管 平 滑 筋 を 弛 緩 (β2 刺 激 薬 ) 換 気 促 進 副 交 感 神 経 気 管 平 滑 筋 収 縮 ( 気 管 支 喘 息 発 作 は 夜 間 に 多 い) 粘 液 分 泌 換 気 低 下 3) 化 学 的 呼 吸 調 節 (CO 2 の 増 加 や ph の 低 下 を 感 知 して 換 気 を 調 節 するシステム) 中 枢 性 化 学 受 容 器 延 髄 ( 主 要 な 受 容 器 ) CO2 増 加 (ph 低 下 )を 感 知 頚 動 脈 小 体 ( 舌 咽 神 経 ) O2 低 下 末 梢 性 化 学 受 容 器 延 髄 へ 大 動 脈 小 体 ( 迷 走 神 経 ) 酸 素 分 圧 (PaO2)の 刺 激 は 弱 い 51

(1) 換 気 を 促 進 させる 要 因 (2) 換 気 を 抑 制 させる 要 因 1 CO2 増 加 最 も 強 い 呼 吸 刺 激 1 高 酸 素 2 ph 低 下 (アシドーシス) 2 CO2 低 下 3 体 温 上 昇 ( 発 熱 ) 3 ph 上 昇 (アルカローシス) 4 代 謝 促 進 ( 運 動 ) 4 体 温 低 下 5 低 酸 素 ( 酸 素 飽 和 度 の 低 下 ) 5 代 謝 低 下 CO 2 ナルコーシス( 昏 睡 ): 高 CO2 血 症 による 呼 吸 麻 痺 ( 呼 吸 中 枢 の 感 受 性 の 低 下 )の 状 態 呼 吸 刺 激 は 低 酸 素 である 高 濃 度 酸 素 吸 入 を 行 うと 酸 素 分 圧 が 上 昇 し 呼 吸 が 停 止 する 4) 呼 吸 性 酸 塩 基 障 害 (1) 呼 吸 を 原 因 としたアシドーシス (2) 呼 吸 を 原 因 としたアルカローシス 呼 吸 性 アシドーシス( ph 7.35 以 下 ) 呼 吸 性 アルカローシス(pH7.45 以 上 ) CO2 貯 留 捨 てられない! CO2 捨 て 過 ぎ! 低 換 気 慢 性 閉 塞 性 肺 疾 患 過 換 気 PaCO 2 :45mmHg 以 上 ( 正 常 35~45) PaCO 2 :35mmHg 以 下 6. 呼 吸 の 随 意 的 調 節 と 反 射 的 調 節 1) 随 意 的 な 調 節 意 識 的 に 呼 吸 の 停 止 ( 横 隔 膜 肋 間 筋 は 随 意 筋 )ができる( 息 こ 随 意 的 呼 吸 停 止 らえ)が その 時 間 はPaCO 2 の 上 昇 によって 制 限 される 2) 反 射 性 調 節 大 脳 半 球 中 枢 刺 激 延 髄 の 呼 吸 中 枢 へ 呼 吸 の 不 整 変 化 感 情 おどろき 心 配 シャックリ( 横 隔 膜 の 急 激 的 な 収 縮 ) 皮 膚 知 覚 温 度 上 昇 ( 呼 吸 促 進 ) 冷 水 を 浴 びる( 呼 吸 の 一 時 的 停 止 ) 気 道 粘 膜 の 異 物 咳 ( 気 管 ) くしゃみ( 上 気 道 : 鼻 粘 膜 ) 自 然 免 疫 の 異 物 排 除 作 用 7. 肺 気 量 と 肺 活 量 の 測 定 検 査 法 :スパイロメトリー 法 (151) IRV 予 備 吸 気 量 ERV 予 備 呼 気 量 TV 1 回 換 気 量 VC TLC 肺 活 量 全 肺 気 量 FRC 機 能 的 残 気 量 RV 残 気 量 52

1) 肺 気 量 分 画 (162) 1 回 換 気 量 0.5リットル 平 時 の 呼 吸 における1 回 の 呼 気 量 ( 運 動 時 は7~10 倍 ) 予 備 吸 気 量 2.0リットル 普 通 の 吸 気 終 末 から 更 に 吸 気 できる 最 大 の 吸 気 量 肺 活 量 3.5リットル 最 大 吸 気 位 から 最 大 呼 気 量 位 までの 気 量 予 備 呼 気 量 1.0リットル 普 通 の 呼 気 終 末 から 更 に 呼 気 出 来 る 最 大 の 呼 気 量 残 気 量 1.5リットル 最 大 呼 気 してもなお 肺 や 細 気 管 支 などに 残 るガス 量 機 能 的 残 気 量 2.5リットル 平 時 の 呼 気 終 末 で 肺 に 残 るガス 量 全 肺 気 量 5.0リットル 最 大 吸 気 して 肺 のなかにある 総 ガス 量 ( 肺 活 量 + 残 気 量 ) 肺 活 量 とは 11 回 換 気 量 + 予 備 吸 気 量 + 予 備 呼 気 量 =3.5l ( 4.0l 3.0l) 2 全 肺 気 量 (5.0l) - 残 気 量 (1.5l)=3.5l 2) 努 力 肺 活 量 と1 秒 量 1 秒 率 (162) 肺 活 量 胸 いっぱいに 吸 い 込 みゆっくりと 全 てをはき 出 した 気 量 努 力 肺 活 量 胸 いっぱいに 吸 い 込 み 最 大 限 に 一 気 に 全 てをはき 出 した 気 量 % 肺 活 量 年 齢 性 別 から 算 出 された 予 測 肺 活 量 ( 基 準 値 )に 対 する 実 測 肺 活 量 の% 1 秒 量 努 力 肺 活 量 のうちの 最 初 の1 秒 間 で 呼 息 できた 気 量 1 秒 率 努 力 肺 活 量 に 対 する1 秒 量 の 割 合 % 容 量 l 6 5 4 3 2 1 0 1 秒 量 努 力 肺 活 量 COPD 正 常 残 気 量 残 気 量 0 1 2 3 4 秒 慢 性 閉 塞 性 肺 疾 患 (COPD) 拘 束 性 肺 疾 患 疾 患 の 種 類 肺 気 腫 慢 性 気 管 支 炎 ( 喘 息 ) 間 質 性 肺 炎 肺 線 維 症 癒 着 原 因 気 道 の 閉 塞 肺 胞 の 破 壊 肺 の 硬 化 ( 結 合 組 織 増 加 ) % 肺 活 量 正 常 低 下 (80% 以 下 ) 1 秒 率 著 しい 低 下 (70% 以 下 ) ほぼ 正 常 安 静 時 吸 気 吸 気 は 正 常 吸 息 が 困 難 ( 全 肺 気 量 低 下 ) 安 静 時 呼 気 呼 息 が 困 難 ( 残 気 量 増 加 ) 呼 息 は 正 常 53

3) 呼 吸 数 と 換 気 量 (161) 成 人 16-20 回 / 分 吸 気 1 秒 呼 気 1 秒 休 憩 2 秒 で 約 4 秒 呼 吸 数 新 生 児 40-60 回 / 分 のサイクルを 繰 り 返 す 乳 児 30-50 回 / 分 1 回 換 気 量 一 回 の 呼 吸 で 出 入 りする 空 気 量 (1 回 換 気 量 ) 450ml~500ml 毎 分 換 気 量 1 回 換 気 量 450ml 呼 吸 数 20 回 =9000ml 1 本 の 管 を 利 用 するとガスが 往 復 し 吸 ったガスの 一 部 はガス 交 換 に 関 わる ことなく 吐 き 出 される このガス 交 換 に 関 与 しない 気 道 スペースを 死 腔 と 死 腔 呼 ぶ 気 道 内 に 残 るガスの 量 は150mlとされる 死 腔 量 150ml 呼 吸 数 20 回 =3000ml 実 際 の 毎 分 換 気 量 9000ml- 死 腔 量 3000ml=6000ml 肺 胞 換 気 量 300ml 20 回 / 分 =6000ml( 有 効 ガス 交 換 量 ) 4) 1 回 換 気 量 と 死 腔 a.1 回 換 気 量 450mlは 気 道 上 の 死 腔 量 によって450mlの 全 てが 肺 胞 に 入 るわけではない b. 吸 気 によって 肺 胞 内 に 入 り ガス 交 換 に 関 与 する 気 量 は 死 腔 量 を 差 し 引 いた300mlである c. 吸 気 中 の 酸 素 は 肺 胞 から 血 中 に 拡 散 する ( 肺 胞 換 気 量 =1 回 換 気 量 - 死 腔 気 量 ) d. 血 中 から 炭 酸 ガスが 肺 胞 中 に 拡 散 移 動 する e. 呼 気 は 肺 胞 中 のガスを 押 し 出 すが 死 腔 内 に 残 ってしまう 呼 気 中 には 炭 酸 ガスが 多 い 8.ガス 交 換 のしくみ 1) 空 気 の 組 成 と 圧 力 ( 水 銀 柱 の 高 さ mmhg=torr:トリチェリ/イタリア 人 ) 空 気 の 組 成 窒 素 79% 酸 素 21% 二 酸 化 炭 素 0.04% 空 気 の 圧 力 は 760mmHg( 密 閉 した 細 い 試 験 管 に 水 銀 を 入 れて 計 測 ):1 気 圧 酸 素 の 圧 力 は 760 0.21/100= 約 159mmHg 窒 素 の 圧 力 は 760 0.79/100= 約 600mmHg 合 計 760mmHg(1 気 圧 ) 二 酸 化 炭 素 の 圧 力 760 0.04= 約 0.3mmHg 54

2) 肺 胞 内 のガス 交 換 肺 胞 内 37 100% 水 蒸 気 圧 =47mmHg ( 約 50mmHg) (100%の 酸 素 を 吸 っても 肺 胞 内 に 水 蒸 気 圧 47mmHgがあるため100%とはならない) 肺 胞 内 酸 素 分 圧 = 152mmHg - 50mmHg = 約 100mmHg* * 肺 胞 内 酸 素 分 圧 は 実 際 は 100mmHg よりはわずかに 少 ない 3) 吸 気 と 呼 気 のガス 分 圧 mmhg 吸 気 ( 気 道 内 ) 肺 胞 気 呼 気 肺 胞 より 呼 気 の 方 酸 素 159mmHg 100mmHg 116mmHg が 酸 素 が 多 い 二 酸 化 炭 素 0.3mmHg 40mmHg 32mmHg 呼 気 は 肺 胞 気 より 気 道 内 空 気 の 混 合 のために 酸 素 は 高 く 二 酸 化 炭 素 は 低 くなる 4) 酸 素 分 圧 の 高 さの 順 位 (mmhg) 1 吸 気 159 2 呼 気 116 3 肺 胞 100 4 動 脈 血 98 5 静 脈 血 40 5) 血 液 ガス 分 圧 ( 動 脈 血 で 実 測 できるのは Pa0 2 PaCO 2 ph の3つ ) ガス 分 圧 動 脈 血 ( 基 準 値 ) 静 脈 血 動 脈 血 酸 素 分 圧 PaO2 動 脈 血 酸 素 飽 和 度 SaO 2 二 酸 化 炭 素 分 圧 PaCO 2 ( 呼 吸 因 子 ) 重 炭 酸 イオン HCO3 - ( 代 謝 因 子 ) ph - HCO 3 / PaCO 2 98mmHg (80~100) 98%(96~99) 40mmHg (35~45) 24mEq/l (22~26) 7.4 (7.36~7.44) 40mmHg 75% 45mmHg 26mEq/l 7.37 6) 酸 素 吸 入 の 適 応 酸 素 吸 入 の 適 応 となる 動 脈 血 酸 素 分 圧 60~70mmHg か SaO2 90% 以 下 7) 血 液 ガスの 異 常 と 症 状 PaO2 100/SaO298 90/60 50/85 40/75 30/60 10/13 正 常 酸 素 療 法 チアノーゼ 心 筋 虚 血 意 識 障 害 死 亡 8) 呼 吸 のガス 交 換 は 圧 勾 配 の 拡 散 によって 行 われる 55

9) 血 液 ガス 分 圧 (164) 9. 血 液 中 のガスの 運 搬 1) 酸 素 の 運 搬 血 漿 への 溶 解 0.3% Hb との 結 合 20.7ml/ 血 液 100ml 中 飽 和 度 98%/ 酸 素 分 圧 100mmHg の 時 酸 素 解 離 を 促 進 する 要 因 ( 酸 素 解 離 曲 線 は 右 方 移 動 する) 酸 素 解 離 の 促 進 要 因 1 PaCO2 上 昇 2 ph の 低 下 3 PaO2 低 下 4 体 温 の 上 昇 2) 炭 酸 ガス( 二 酸 化 炭 素 )の 運 搬 炭 酸 ガスは3つの 方 法 で 運 ばれる 1) 重 炭 酸 イオン 70% - 血 液 中 CO 2 の 多 くは 重 炭 酸 イオン HCO 3 として 運 搬 2)カルバミノ 化 合 物 20% 二 酸 化 炭 素 と 結 合 したヘモグロビン(Hb) 3) 炭 酸 ガス 10% 一 部 が 血 漿 に 溶 解 56

血 液 ガスの 運 搬 酸 素 の 運 搬 二 酸 化 炭 素 の 運 搬 酸 素 は 脱 酸 素 化 Hbと 結 合 して 赤 血 球 内 で HbO2 となる HbO2 の O2 は 末 梢 組 織 で 放 出 され 残 った Hb は H + と 結 合 して 緩 衝 する CO2 は 組 織 液 から 赤 血 球 に 入 り 炭 酸 脱 水 酵 素 (CA)の 作 用 で 炭 酸 H2CO3 となる さらに H + と HCO3 - となり HCO3 - は 赤 血 球 内 で 飽 和 すると 血 漿 中 に 出 る 肺 に 運 ばれて H2O と CO2 となって 排 出 される 10. 酸 素 が 不 足 する 原 因 ( 換 気 血 流 比 不 均 等 ) 高 山 COPD 肺 線 維 症 1 正 常 換 気 2 酸 素 不 足 3 気 道 閉 塞 4 肺 胞 壁 肥 厚 5 拡 散 面 積 減 少 6 短 絡 路 肺 胞 のガス 拡 散 と 血 流 が 正 常 で 静 脈 血 は 酸 素 化 されて 動 脈 血 となる 低 酸 素 により 静 脈 血 が 完 全 に 酸 素 化 されない 気 道 の 閉 塞 ( 粘 液 など)により 低 換 気 となる 肺 胞 と 毛 細 血 管 との 距 離 が 増 大 し 拡 散 障 害 を 起 こし 酸 素 化 されない 肺 水 腫 肺 炎 などの 浸 出 物 のために 拡 散 面 積 が 減 少 酸 素 化 されない 静 脈 血 との 混 合 で 動 脈 血 酸 素 分 圧 が 低 下 11. 病 的 呼 吸 頻 呼 吸 深 さが 変 わらず 呼 吸 数 が 増 加 (25 回 以 上 / 分 ) 肺 炎 発 熱 徐 呼 吸 深 さが 変 わらず 呼 吸 数 が 減 少 (12 回 以 下 / 分 ) 睡 眠 麻 酔 多 呼 吸 深 さ 増 加 呼 吸 数 増 加 高 熱 過 呼 吸 ( 過 換 気 症 候 群 ) 呼 吸 数 正 常 深 さが 増 加 1 回 換 気 量 が 増 える CO2 の 過 剰 排 泄 ( 呼 吸 性 アルカローシスを 起 こす) 過 換 気 症 候 群 神 経 症 過 呼 吸 運 動 後 の 呼 吸 など 過 換 気 精 神 性 不 安 無 呼 吸 安 静 時 で 呼 吸 が 一 時 的 に 停 止 睡 眠 時 無 呼 吸 症 候 群 57

1) 呼 吸 数 深 さ リズムの 異 常 正 常 呼 吸 呼 吸 数 12~16 回 / 分 頻 呼 吸 呼 吸 数 25 回 以 上 / 分 深 さ 正 常 肺 炎 発 熱 徐 呼 吸 呼 吸 数 12 回 以 下 / 分 深 さ 正 常 過 呼 吸 ( 過 換 気 ) 重 要 呼 吸 数 正 常 深 さ 増 加 ( 深 呼 吸 状 態 ) 頭 蓋 内 圧 亢 進 糖 尿 病 睡 眠 薬 過 換 気 症 候 群 神 経 症 代 謝 性 アシドーシス 重 要 クスマウル 呼 吸 呼 吸 数 減 少 規 則 的 呼 吸 深 さ 増 加 ケトアシドーシス 糖 尿 病 昏 睡 腎 臓 の 代 償 尿 毒 症 代 謝 性 アシドーシス チェーンストーク 呼 吸 重 要 呼 吸 数 無 呼 吸 を 入 れる が 規 則 的 呼 吸 深 さ 徐 々に 深 く 浅 く CO2 増 加 呼 吸 再 開 無 呼 吸 呼 吸 中 枢 の 障 害 ( 脳 出 血 心 不 全 ) 臨 終 時 無 呼 吸 ビオー 呼 吸 重 要 呼 吸 数 無 呼 吸 を 入 れた 不 規 則 なあえぎ 呼 吸 深 さ 不 安 定 無 呼 吸 呼 吸 中 枢 の 障 害 ( 脳 炎 脳 外 傷 頭 蓋 脳 圧 亢 進 58