Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Edition

1. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.

2. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
38章 肺の換気
UNIT VII
呼吸

3. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺の換気のメカニズム

4. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
拡張,収縮の2つの方法
1. 横隔膜を降下させるか,挙上するかにより胸
腔を上下に延⾧したり,短縮したりする.
2. 肋骨を,挙上したり降下させたりして,胸腔の
前後径を増減する.
肺の拡張,収縮をおこす筋肉

5. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
呼吸の際の胸郭の動き
吸気
呼気
垂直径の
増大
前後径の
増大
外肋間筋の
収縮
内肋間筋の
弛緩
腹直筋の
収縮
胸郭の
挙上
横隔膜の
収縮

6. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
横隔膜
吸気時:横隔膜の収縮により肺の下面を下方に引
き下げる.
呼気時:横隔膜が弛緩し,肺,胸壁,腹部構造物の
弾性反跳により空気を押し出す.
激しい呼吸時は,弾性力は迅速な呼気を生じるに
は力不足で,腹筋収縮により,腹部臓器が横隔膜を
押し上げて,肺を加圧して空気を押し出す.
呼吸筋の動き

7. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肋骨による胸郭の拡大
安静時,肋骨は傾斜して下行しており,胸骨は,椎体
骨に向かって後退している.
胸郭が挙上されると,肋骨は前方に突き出るため,
胸骨も椎体から離れて前方に移動するため,胸壁の
前後径が,最高約20%も増加する.
呼吸筋の動き

8. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肋骨による胸郭の拡大
胸郭を挙上する全ての筋は,吸気筋
外肋間筋
胸鎖乳突筋;胸骨を情報に挙上
前鋸筋:多くの肋骨を挙上
斜角筋:上2つの肋骨を挙上
胸郭を降下させる筋は,呼気筋
腹直筋:下位の肋骨を引っ張り下げるほか,腹部
内臓器を介して横隔膜を挙上
内肋間筋
呼吸筋の動き

9. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
呼吸の際の胸郭の動き
吸気
呼気
垂直径の
増大
前後径の
増大
外肋間筋の
収縮
内肋間筋の
弛緩
腹直筋の
収縮
胸郭の
挙上
横隔膜の
収縮
左:呼気時には,肋骨が下向きに重なり合い,外肋間筋が弛緩,延⾧
右:外肋間筋が収縮すると,下部に比べて上部の肋骨を引き上げて胸郭を挙上.
内肋間筋は,外肋間筋と繊維の方向が逆なため,逆に作用して,呼気筋として機
能.

10. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
臓側胸膜と壁側胸膜との間の薄い空間にある
液体の圧.
陰圧
吸気開始時:約-5cmH2O(安静時に,肺の開放を
維持するために必要な圧)
吸気時,胸郭が外側に拡張することにより,陰圧度
を増す.
約-7.5cmH2O
胸腔内圧

11. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺気量,肺胞内圧,胸腔内圧,経肺圧の呼吸性変動
肺気量
肺胞内圧
経肺圧
胸腔内圧
吸気 呼気
圧(cmH2O)
肺気量変化(liters)

12. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺胞内圧
肺気量
肺胞内圧
経肺圧
胸腔内圧
吸気 呼気
圧(cmH2O)
肺気量変化(liters)
♣ 声門が開放状態で,肺への空気の出
入りが無い場合,気道,肺胞内はいず
れも大気圧に等しく,0cmH2O.
♣ 吸気時,肺胞に向かって気流を生む
ためには,肺胞内圧が,若干大気圧を
下回る必要がある.
♣ 肺胞内圧曲線で,正常吸気時,肺胞
内圧が約-1cmH2Oに低下することが
示されている.
♣ 正常な安静呼吸では,わずかな陰圧
でも,2秒間に0.5Lの空気が流入する
に十分
♣ 呼気時には,肺胞内圧が約+1 cm
H2O に上昇して2~3秒の間に0.5Lの
ガスが呼出される.

13. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
経肺圧-肺胞と胸腔との圧差
肺気量
肺胞内圧
経肺圧
胸腔内圧
吸気 呼気
圧(cmH2O)
肺気量変化(liters)
♣ 肺胞内と,肺の表面外側
(胸腔内圧)との圧差.
♣ 呼吸の各瞬間に肺胞が虚
脱しようとする弾性力の尺
度.
♣ recoil pressure 反跳
力

14. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
単位経肺圧あたりの肺の膨張量
平衡に達するまでに,十分な時間が経過したとして
健常成人 約200mL/cmH2O経肺圧
経肺圧が,1cmH2O増加する毎に,10~20秒後には,
肺が200mLずつ膨張することを意味する.
compliance コンプライアンス

15. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
compliance diagram
呼気
吸気
胸腔内圧(cmH2O)
肺気量変化(Liters) expiratory compliance curve
inspiratory compliance curve

16. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺の弾性力によって決定
1. 肺組織の弾性力
 肺実質に織り込まれているelastinとcollagen繊
維による
2. 肺胞やその他の含気領域の内側壁面を裏打ちす
る液体の表面張力
compliance diagramの特性

17. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
表面張力とcompliance diagram
呼気
吸気
生食水充填 空気充填
胸腔内圧(cmH2O)
肺気量変化(Liters)
♣ 空気充填の場
合は,肺胞液と
空気との間に界
面が存在.
♣ 生食水充填の
場合,空気-液
体界面は存在
しないため,表面
張力効果は存
在しない.よって,
組織の弾性力
だけが
complianceに
関与

18. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
表面張力とcompliance diagram
呼気
吸気
生食水充填 空気充填
胸腔内圧(cmH2O)
肺気量変化(Liters)
♣ 空気充填の肺
は,生食水充填
の肺の約3倍の
経肺圧を要する.
♣ 肺全体の弾性
の1/3は,肺組織
の弾性力によ
り,2/3は肺胞の
流体ｰ空気表
面張力による.
♣ 表面張力
は,surfactant
が存在しないと,
とてつもなく増大.

19. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
水が,空気と表面を形成する場合,水の表面上の
水分子はお互いに強い力で牽引し合う.
結果として,水の表面は常に収縮を試みている.
これこそが,雨滴がその形を保持するもとになるもので,
雨滴周囲の水分子の膜が強く収縮しているため
肺胞の内側の表面でも, 水の表面が収縮している.
この傾向が,空気を,肺胞から気管支に押し出し,肺の虚
脱を図る
正味の効果として,表面張力弾性力と呼ばれる,肺
全体の弾性収縮力の基になっている.
表面張力の原則

20. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
surfactant:水の中の表面活性化物質
水の表面張力を,著明に減少
Ⅱ型肺胞上皮と呼ばれる特別なsurfactant分泌上皮
細胞により分泌される.
Ⅱ型肺胞上皮細胞は,肺胞表面の約10%を構成.
この細胞が,分泌されるsurfactantを内包する脂質の
顆粒を有する.
いくつかのリン脂質,蛋白,イオンの複雑な混合物
dipalmitoyl phosphatidylcholine(リン脂質)
surfactant apoprotein
Ca2+
surfactantにより,純水の表面張力と比較して肺胞表
面の張力は1/2~1/12に低下している.
surfactantと表面張力

21. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
表面張力の定量
純水 72dynes/cm
肺胞を裏打ちするsurfactantを含まない通常の液
体 50dynes/cm
肺胞を裏打ちし,通常量のsurfactantを含む液体
5-30dynes/cm
surfactantと表面張力

22. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺胞に至る気道が閉鎖された場合,肺胞は,表
面張力により虚脱しようとするため,肺胞内は陽
圧となる.
肺胞内圧=
×表面張力
肺胞の半径
 肺胞の平均半径 約100μm
 正常なsurfactantが裏張りしていると,内圧は約
4cmH2O(3mmHg).
 surfactantなしで,純水に裏張りされていると,内
圧は約18cmH2O(4.5倍)
表面張力と肺胞内圧

23. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺胞内圧=
×表面張力
肺胞の半径
 肺胞が小さいほど,表面張力による肺胞内圧は,大きくなる.
 肺胞径が正常の半分にまで小さくなる(100μmから50μm)
と,肺胞内圧は2倍になる.
小さな未熟児で特に重要
 これらの児の肺胞径は,成人の25%未満
 在胎6~7ヶ月までは,肺胞にsurfactantの分泌が開始され
ていない.
 多くの未熟児は,生下時に肺胞にsurfactantを持たず,彼ら
の肺は,成人より6~7倍虚脱しやすい.
 このことが,新生児のrespiratory distress syndromeの
原因.
 持続陽圧呼吸を正しく適用しないと致死的.
表面張力は,肺胞径と反比例

24. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
pulmonary system呼吸器系(肺と胸郭)全体の
complianceの測定
 完全に弛緩した,または麻痺させたヒトの肺を膨張させ
ることにより測定
 肺の圧と量を測定しながら,一度に少量の空気を強制
的に肺に吹き込むことにより測定
 摘出肺を膨らませるときと比べると,約2倍の圧が必要.
 肺胸郭系のcompliance110mL/cmH2O
 摘出肺のcompliance 200mL/cmH2O
 肺を過膨脹したり,過少に縮小した場合には,胸郭によ
る制限が過大になり,摘出肺のcomplianceの20%以
下にまで低下する.
胸郭と肺を合わせたcompliance

25. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
正常安静呼吸時
全ての呼吸筋の収縮は,吸気時
呼気は,肺と胸郭の弾性反跳による受動的過程
呼吸筋は,吸気時のみ仕事をなし,呼気時には仕事をな
さない.
吸気時の呼吸仕事分画
1. 肺,胸郭の弾性力に抗して肺を拡張する仕事
compliance work, elastic work
2. 肺,胸壁構造物の粘度viscosityに打ち勝つ仕事
tissue resistance work
3. 気道の抵抗に打ち勝って空気を移動させる仕事
airway resistance work
呼吸仕事量

26. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
正常安静呼吸時,全身のエネルギー消費量の
3~5%を呼吸に消費.
重労働時,呼吸仕事量は50倍にまで増加.
特に,閉塞性換気障害,梗塞性換気障害を合併し
ている場合に顕著
運動制限を決める主要な要素の一つが,呼吸
に要する充分な筋エネルギーを発揮できる能力
の有無.
呼吸に要するエネルギー

27. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺気量,肺容量

28. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
spirometry 肺活量測定

29. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
spirogram肺容量曲線
吸気
予備
量
呼気
予備量
一回
換気量
残気量
全肺
気量
機能的
残気量
肺活
量
吸気
肺気量
時間
肺気量(mL)
左の4つが,肺気量volumeを表す. 右の4つが,肺容量capacityを示す.

30. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺気量と肺容量 男性 女性
Volume(mL)
肺気量
一回換気量 500 400
吸気予備量 3000 1900
呼気予備量 1100 700
残気量 1200 1100
Capacities(mL)
容量
吸気容量 3500 2400
機能的残気量 2300 1800
肺活量 4600 3100
全肺気量 5800 4200
肺気量,肺容量
♣ 通常,女性は男性より20~30%少ない.
♣ 体格が大きい運動選手は多く,小さな無力型の人は,少ない.

31. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
体力,年齢,身⾧,性別,住んでいる標高などにより
大幅に異なる.
1. 一回換気量:1回の呼吸で出入りする空気の量;
健康男性で平均約500mL
2. 吸気予備量:最大の吸気努力をした際に,通常の
一回換気量に加えて吸入される量:通常約
3000mL
3. 呼気予備量:通常の一回換気量の終わりに最大
の呼気努力をした際に,余分に呼出される量:通
常約1100mL
4. 残気量:最大の呼気努力をした後に肺内に残って
いる空気量;平均約1200mL
pulmonary volume 肺気量

32. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
2つ以上のvolume肺気量を結合して考慮すると,呼吸
サイクルを記載する上で有用.volumeを結合したもの
がpulmonary capacity肺容量
1. 吸気容量:一回換気量+吸気予備量.正常呼気位から
肺を最大に膨らませた時に吸入されうる空気量(約
3500mL)
2. 機能的残気量:呼気予備量+残気量.正常呼気位に
肺内に残る空気の量(約2300mL)
3. 肺活量:吸気予備量+一回換気量+呼気予備量.最大
限吸入した後に,吐き出せる最大量(約4600mL)
4. 全肺気量:最大吸気努力をした際に,肺内に収まる空
気の量(約5800mL);肺活量+残気量に等しい.
pulmonary capacity 肺容量

33. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
略号 Function 日本語
VT Tidal volume 一回換気量
FRC Functional residual capacity 機能的残気量
ERV Expiratory reserve volume 呼気予備量
RV Residual volume 残気量
IC Inspiratory capacity 吸気容量
IRV Inspiratory reserve volume 吸気予備量
TLC Total lung capacity 全肺容量
VC Vital capacity 肺活量
Raw Resistance of the airway to flow of air into the lung 気道抵抗
C Compliance コンプライアンス
VD Volume of dead space gas 死腔量
VA Volume of alveolar gas 肺胞気量
肺機能検査で使用される略号,記号

34. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
略号 Function 日本語
I
Inspired volume of ventilation per minute 吸気分時換気量
E Expired volume of ventilation per minute 呼気分時換気量
S Shunt flow シャント流量
A Alveolar ventilation per minute 肺胞分時換気量
O2 Rate of oxygen uptake per minute 分時酸素摂取量
CO2 Amount of carbon dioxide eliminated per
minute
分時二酸化炭素排泄量
CO Rate of carbon monoxide uptake per
minute
分時一酸化炭素摂取量
DLO2 Diffusing capacity of the lungs for oxygen 肺酸素拡散能
DLCO Diffusing capacity of the lungs for carbon
monoxide
肺一酸化炭素拡散能
肺機能検査で使用される略号,記号

35. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
略号 Function 日本語
PB Atmospheric pressure 大気圧
Palv Alveolar pressure 肺胞内圧
Ppl Pleural pressure 胸腔内圧
PO2 Partial pressure of oxygen 酸素分圧
PCO2 Partial pressure of carbon dioxide 二酸化炭素分圧
PN2 Partial pressure of nitrogen 窒素分圧
PaO2 Partial pressure of oxygen in arterial
blood
動脈血酸素分圧
PaCO2 Partial pressure of carbon dioxide in
arterial blood
動脈血二酸化炭素分圧
PAO2 Partial pressure of oxygen in alveolar gas 肺胞気酸素分圧
PACO2 Partial pressure of carbon monoxide in
alveolar gas
肺胞気二酸化炭素分圧
PAH2O Partial pressure of water in alveolar gas 肺胞気水分圧
肺機能検査で使用される略号,記号

36. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
略号 Function 日本語
R Respiratory exchange ratio 呼吸商
Cardiac output 心拍出量
CaO2 Concentration of oxygen in arterial blood 動脈血酸素含量
CV̅O2 Concentration of oxygen in mixed venous
blood
混合静脈血酸素含量
SO2 Percentage saturation of hemoglobin with
oxygen
ヘモグロビン酸素飽和度
SaO2 Percentage saturation of hemoglobin with
oxygen in arterial blood
動脈血ヘモグロビン酸素
飽和度
肺機能検査で使用される略号,記号

37. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
VC=IRV+VT+ERV
VC=IC+ERV
TLC=IC+FRC
FRC=ERV+RV
肺気量分画の略号表示例

38. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
spirogram肺容量曲線
左の4つが,肺気量volumeを表す. 右の4つが,肺容量capacityを示す.
吸気
予備
量
呼気
予備量
一回
換気量
残気量
全肺
気量
機能的
残気量
肺活
量
吸気
肺気量
時間
肺気量(mL)
TLC
FRC
VC
IC
VT
ERV
IRV
RV

39. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
1. 既知の容量のspirometerを,既知の濃度の
heliumを混合した空気で満たす.
2. 被検者は,通常の呼気終了(FRCが肺内に残存)
後,spirometerから吸気を開始.
3. spirometer内のガスと,肺内のガスが混合
4. heliumは,FRC量で希釈される
FRC=( -1)ViSpir
CiHe:spirometer内の最初(initial)のHe濃度
CfHe:spirometer内の最後(final)のHe濃度
Vispir:spirometerの最初の容量
5. RV=FRC-ERV, TLC=FRC+IC
FRC,RV,TLCの決定
helium希釈法

40. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 分時換気量=一回換気量×分時呼吸回数
 正常一回換気量 約500mL
 正常分時呼吸回数 約12回/分
 分時換気量=約6L/分
 短時間であれば,分時換気量1.5L/分,呼吸数わずか2~4回/
分でも生存可能.
 呼吸回数は,40~50回/分まで上昇することもあり
 若年男性では一回換気量を, 肺活量レベルの約4600mLま
で増量可
 これらにより,分時換気量は200L/分,正常の30倍以上まで
増加
 多くの人は,この値の1/2~2/3以上を,1分間以上持続するこ
とは不可能
分時換気量

41. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺胞換気

42. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
吸入したガスの一部は,ガス交換領域に届かず,
気道を満たすだけに留まる.
鼻,咽頭,気管
呼気時,肺胞気が大気中に呼出される以前に,
死腔内のガスが最初に呼出される.
肺から,呼気ガスを除去する上では,非常に不利.
死腔と肺胞換気

43. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
死腔量の測定
呼出ガス量(mL)
窒素%
濃度
純酸素の吸入
1. 被検者は,純酸素で
深呼吸をする.
2. 死腔が,純酸素で満た
される.
3. 患者の呼出ガスの窒
素濃度を記録.
4. 最初に記録される部
分は,死腔に由来するた
め窒素濃度がゼロ.

44. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
死腔量の測定
呼出ガス量(mL)
窒素%
濃度
純酸素の吸入
5. 肺胞気が,窒素濃度計
に到達すると,窒素濃度
が急上昇.
6. さらに呼気が続くと,死
腔ガスは,肺胞気により完
全に洗い出され,窒素濃
度は肺胞気に等しく
plateauを形成.
7. 灰色の部分の面積が,
死腔量の相当.
VD=
灰色面積× E
ピンク面積 灰色面積
正常死腔量:
約150mL

45. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
解剖学的死腔:前記の方法で測定されるガス交換
領域以外の全ての腔の量
生理学的死腔:肺胞の一部が,血流が無いか,あっ
ても不十分で機能していない場合,死腔とみなされ
る.よって,肺胞死腔と解剖学的死腔を合わせたも
のが生理学的死腔.
健康な肺では,解剖学的死腔と生理学的死腔は,
ほぼ同一(健康人の肺は,全て機能しているため).
肺の一部に,機能していない肺胞がある場合には,
生理学的死腔が,解剖学的死腔の10倍にも達
し,1-2Lにおよぶことも.
解剖学的死腔と生理学的死腔

46. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 =Freq×(VT-VD)
𝐀 :分時肺胞換気量
Freq:分時呼吸回数
VT: 一回換気量
VD: 生理学的死腔量
通常VT500mL, VD150mL,呼吸数12回/分より
=12×(500ｰ150)すなわち4200mL/分
肺胞換気は,肺胞気の酸素,二酸化炭素濃度を決
定する主要な因子の1つ.
肺胞換気量

47. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
気道
鼻甲介
声門
喉頭,
声帯
気管
咽頭
後頭蓋
食道
肺動脈
肺静脈
肺胞
肺胞
肺毛細
血管
♣ 気道の課題は,開放を維持して空気
の出入りを容易にする事.
♣ 気管を虚脱させないために,5/6は軟
骨の輪よって構成されている.
♣ 気管支は,軟骨の密度は少ないが強
度と可動性が維持されている.
♣ 細気管支では,軟骨板が無くなり,内
径は1.5mm以下となる.
♣ 細気管支は,虚脱を防ぐ強度はない
が,経肺圧により開存が保たれている.

48. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
気管,気管支:すべて軟骨で占められているわけ
では無く,主に平滑筋により構成される.
細気管支:壁は,殆ど完全に平滑筋により構成
されている.呼吸細気管支と呼ばれる端末細気
管支は,例外で,肺の上皮細胞とそれを裏打ち
する繊維組織と少量の平滑筋繊維による.
多くの肺の閉塞性疾患は,小さな気管支および
大きな細気管支が,平滑筋の過剰な収縮によ
り狭小化するため
気管支,細気管支の筋性壁

49. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
健常肺では,安静な呼吸時には,肺胞から大気
まで1cmH2O以下の圧差があれば,容易に呼
出が可能.
もっとも大きな気流抵抗が発生する場所は,径
の細い終末細気管支ではなく,より太い細気管
支や気管に近い気管支.
終末細気管支が並列で約65,000あり,各々は
ほんの少量の空気を通すだけなのに対して,太
い気管支は数が少ないため.
気道の抵抗

50. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
一部の肺疾患では,より細い細気管支が,気道
抵抗を決定する主要な因子となっている.径が
細いことに加えて
1. 壁の,筋性収縮
2. 壁の浮腫
3. 細気管支に貯留する粘液
などが,原因.
気道の抵抗

51. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
肺の中心部を巡る交感神経繊維は少ないため,
交感神経による細気管支の直接制御は,比較
的弱い.
気管支分岐系は,副腎髄質への交感神経刺
激により血中に放出されたnorepinephrineや
epinephrineに暴露されることが多い. とく
に,epinephrineは βアドレナリン受容体をより
強く刺激するために,気管支分岐系を拡張する.
交感神経による細気管支拡張

52. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 肺実質を巡る迷走神経に由来する副交感神経繊維は,多少
存在する.
 これらの繊維が,acetylcholineを分泌し,活性化されると軽
度から中等度の細気管支の収縮を惹き起こす.
 喘息などで,ある程度気管支収縮が起こっている状態で,さら
に副交感神経刺激がなされると,病態を悪化させる.
 この状態で,atropineのようなacetylcholineの効果を阻止
する薬を使用すると,気道閉塞を緩和して,気道の通過性を
改善する.
 反射により,副交感神経が活性化されることもある.
 有毒ガス,ちり,たばこ,気道感染などが,気道の上皮膜を刺激する
ことにより誘発.
 肺の小動脈の微小な塞栓により細気管支収縮反射がおこ
ることもある.
副交感神経による細気管支の収縮

53. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
histamine, slow reactive substance of
anaphylaxis
アレルギー反応,花粉などが原因で肺実質の肥満
細胞から分泌される.
アレルギー性喘息の際の,気道閉塞の主因.
喫煙,ちり,二酸化硫黄,スモッグの中の酸性成
分などが,非神経性気道閉塞反射を惹起する.
気道分泌物による気管支収縮

54. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 気道の全⾧が,粘液層で湿潤化されている.
 粘液は,mucous goblet cell粘液杯細胞と粘膜下の腺により分泌.
 吸入された微粒子を捕捉し,肺胞に到達するのを防ぐ.
 鼻から,終末細気管支に至るまで,気道の全表面は,線毛上皮
により裏打ちされている.
 線毛上皮一個は,200本の線毛を有する.
 線毛は,10~20回/秒の速度で常時たたいている,その動力行程の方向
は,咽頭に向かっている.
肺の線毛は,上向きに,鼻の線毛は下向きに打ち続けている.
 線毛運動により,粘液層を数mm/分の速度で咽頭に向かっ
て移動.
 粘液と,捕捉された粒子は,嚥下されるか,咳とともに体外に呼出
される.
粘液の裏打ちと線毛運動

55. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
気道は,軽い接触刺激に敏感で,容易に咳嗽反
射を惹起
喉頭,気管分岐部がとくに敏感.
終末細気管支,肺胞は,二酸化硫黄や塩素ガスの
ような腐食性化学刺激に敏感
求心繊維は,迷走神経を介して延髄に至る.
咳嗽反射

56. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
1. 2.5Lにおよぶ空気を,急速に吸入.
2. 喉頭蓋,声門の閉鎖
3. 腹直筋,内肋間筋などが強力に収縮し,肺内圧を
急速に100mmHg以上にまで上昇.
4. 喉頭蓋,声門を急に開放し,肺内の空気を爆発的
に呼出. 速度は,75~100miles/hr
(120-160km/hr)
肺の強い圧迫により,気管支,気管の非軟骨部分
が内側に嵌入し潰れるために,咳嗽時の空気は,気
管,気管支のスリットを急速に通過して,気道の異
物も運ぶ.
延髄でおこる咳嗽反射順序

57. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
咳嗽反射に似る
咳嗽反射 下気道
くしゃみ反射 鼻腔
求心繊維は,三叉神経を介して延髄にいたる.
反射順序は,咳嗽反射に似るが,口蓋垂が降り
ているため,大量の空気は,鼻を通して体外に呼
出される.
くしゃみ反射

58. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
1. 鼻甲介,鼻中隔の総面積約160cm2(訳注
=12.6×12.6cm)の広範な表面と接触することに
より加温される.
2. 空気は,鼻を通過し終わる前に,ほぼ完全に加湿
される.
3. 吸入気が,一部濾過される.
上気道のair-conditioning 機能
気管に到達する前に,体温の1゜F(訳注0.55゜C)以内,
完全飽和度の2-3%以内に達する.
気管切開のように,上気道をバイパスして呼吸すると,重
篤な肺の痂皮形成,感染を起こす可能性がある.
鼻の呼吸機能

59. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
鼻毛:大きな粒子の濾過に重要
乱流沈殿現象 turbulent precipitation:
conchae鼻甲介turbinate,鼻中隔,咽頭壁など多
くの障害板が存在
この障害板に当たる毎に,移動方向を変更する必
要が生じる.
吸入気内の粒子は,空気より質量が大きく,空気と
同じようには方向変換ができないため,障害板に衝
突し,粘液層に捕捉され,線毛により咽頭に移送され
る.
肺の濾過機能

60. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
径>6μmの粒子:鼻の乱流機構により, 肺に至らない.
径1-5μmの粒子:重力沈殿現象により細い細気管支に
落ち着く.
径<1μmの粒子:肺胞壁に拡散し,肺胞液に付着
径<0.5μmの粒子:肺胞気内を浮遊し,呼気へ.
 たばこの煙は,約0.3μm. これくらいの粒子は,肺胞に到達す
るまで,途中の気道に沈下することは無い.肺胞へ拡散する
と,1/3位までは肺胞に沈下し,残りは浮遊したまま呼気へ.
肺胞で捕捉された粒子は,肺胞マクロファージの貪食を
うけるか,リンパ管により処理される.
過剰な粒子は,肺胞中隔の繊維化を促し,恒久的な病
弱に至る可能性あり.
気道で捕捉される粒子の濾過の大きさ

61. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
発語は,呼吸器系の他に
1. 大脳皮質の発語制御中枢
2. 脳の,呼吸中枢
3. 口腔,鼻腔の調音,共鳴機能
などが含まれる.
 発語は,2つの要素により構成
1. phonation発声:喉頭による
2. articulation構音:口の構造による.
音声

62. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
喉頭の解剖
甲状腺
軟骨
声帯
靱帯
甲状
披裂筋
外側
輪状
披裂筋
後
輪状
披裂筋
横披裂筋
披裂
軟骨

63. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
発声時の声帯の位置
最大
外転位
ゆるやかな
外転位
中間位ｰ
大声のささやき
ささやき
(訳注:発声せずに声門後
方を開大させたまま話す)
発声

64. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
構音に関与する臓器
口唇
舌
軟口蓋
共鳴器
口
鼻
副鼻腔
咽頭
胸郭
構音と共鳴

65. 38 Pulmonary Ventilation
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
38章 肺の換気
UNIT VII
呼吸