肺胞における酸素の拡散について質問です

質問

肺胞における酸素の拡散について質問です。

肺胞において酸素は拡散によって毛細血管に移動しますよね。肺胞内の酸素分圧は100torrで毛細血管内の酸素分圧は40torrです。この時、私が読んだ本には肺胞内と毛細血管内で、拡散によって酸素が移動し、平衡状態となり毛細血管内の酸素分圧は、肺胞内と同じ100torrになる、と書かかれているのですがこの部分がよくわかりません（><）

肺胞内の酸素が、毛細血管内に移動することで肺胞内の酸素分圧は下がらないのでしょうか？
また、両方同じような体積なら、（100+40）÷2で、肺胞も毛細血管も70torrになるのでは？と思ってしまったり・・・。

おそらく分圧の考え方の物理的に正しく理解していないため、こんなこともわからなくなってしまうのかもしれませんが・・・。真剣にわからないのでどなたか教えてください。よろしくお願いしますm（__）m

回答No.1

thegenus · ベストアンサー

＞「平衡状態となり毛細血管内の酸素分圧は、肺胞内と同じ100torrになる」

についてはいろいろ考えていけない文だと思います。肺胞気分圧と動脈血分圧が平衡状態になれば圧力は同じになると（同義反復を）述べているだけです。平衡状態とはそういうものですよね。分圧の知識不足ではなくて、単に、平衡状態は同じ圧力です、を読むだけです。平衡状態に達したのだから両者が同じ圧力になる、のはそのまんまでしょう。

気体が液体の方に溶けていく量が多ければ平衡状態ではありません。液体の方は100torr未満であると言えます。100torr未満の液体であれば100torrまで溶けるとも言えます。それだけのことです。酸素の濃度などを議論していません。

吸入気酸素分圧は150torrです。それが肺胞の換気（二酸化炭素と酸素の出入り）によって、肺胞気酸素分圧100torrに下がっているのですよ。そこで平衡状態なのです。ガス交換した後が100torrなのです。
教科書は教え方が下手なのです。教えるという事が分かっていない人がオシエていえるからです。安直というか、既存の教科書を真似ねて教科書にしたからでしょうね。どの分野でもそうですが、説明が悪い専門家（説明能力の無い器械みたいな専門家）はダメですね。学習者や質問者はやる気さえあれば一つも悪くありません。

質問文の後半では、この問題を体積で検討されていますが、それは化学の分圧の勉強にはいいと思いますけど、呼吸の生理学に関してはすこし見当違いになる元かもしれません。肺胞内の気体と、動脈血という液体との間の平衡状態ですから。
気体と液体という状態の違いを無視できる便利な観点が分圧なのです。さらに本来は酸素濃度という生理学的に意味のある数値で議論しなければならないのに、その面倒を避けて生理学を体系化することにも分圧は都合がいいのです。酸素濃度がどうとか、酸素の動態や分布を具体的にして行くと質問者さんが混乱したようなまとまらない状態に向かっていきます。それを避けるための酸素分圧なのですからとりあえず質問者さんは酸素分圧の活用を台無しにしないように学ばないと。

酸素分圧の分圧とは何かと言うと混合気体だからですが、この圧力は大気圧を分けた形になっています。
150torrとか100torrとかの数値の出どころは大気圧760torrです。150＝（760-47）× 21％。（47torrは水蒸気圧。21％は大気の酸素濃度）

補足

詳しい説明、ありがとうございます。
100torrと40torrのものが平衡に達して100torrになるわけではないということですね。
分圧は濃度とは関係しないことも認識しました。

あと厚かましく追加でお聞きしたいのですが、内呼吸の場合、組織の酸素分圧は40torr、動脈血は100torrで、この両者の間で拡散により平衡状態となったとき酸素分圧が40torrになりますが、ここで、肺胞と血流のように100torrにならないのは、絶えず組織が酸素を消費し続けるからということなのでしょうか？

回答No.3

thegenus

読み違えていました、すいません。内呼吸で消費。そうですよ。消費して（水になって）いるからです。まさかそこを尋ねていると思いませんでした。ある意味すごい確認作業です。なるほど。

しかし消費よりもですね、もし組織の酸素分圧が上がってしまったら赤血球中の酸素化ヘモグロビンは酸素を離さないのです。酸素があるなら「酸素あげないよ」なのです。人間社会よりも公平な分配法です（笑）最悪の貧乏人にばかり、どかっと金をやってそこからまわりの中流階層へ回せという感じですね。

酸素分圧が高いとヘモグロビンの方に酸素があるのです。肺胞でもどこでも。それで矛盾無く一般化できますよね。40torrになる程度、酸素を与えられるということです。最低限度の社会保障みたいに。

お礼

親切に回答いただき、ありがとうございます。

お蔭様でよく理解できました。
またなにかありましたらよろしくお願いします。

本当にありがとうございました。

回答No.2

thegenus

再質問が厚かましいということはありません。教える気のない回答者は問題ですが、そうでなければ、答えるも答えないも私の自由ですし、私に限らず教えられると思う回答者が投稿すればいいのですよね。強いて言えばお礼（返事）とやる気の無さが失礼にあたるのでしょう。

まず予備知識ですが、赤血球内のヘモグロビンと結合している酸素が多いという事が基本にあります。血漿に解けている溶存酸素は少ないのです。この時点でいわゆる通常の分圧問題（物理・化学）とは勝手が違ってきます。酸素化ヘモグロビンが酸素を離すかどうかの仕組み（生化学・生理学）が支配的なのです。

動脈血も流れている間に運搬している酸素の量が減ってくると思います。とりあえず端的には溶存酸素の動態とみなしていいのではないでしょうか。
動脈は酸素を運ぶ栄養血管として毛細血管に辿りつきます。そこで酸素化ヘモグロビンから酸素が離され、（はじめて集中的な）ガス交換が成立します。毛細血管以降の酸素分圧は、組織液と平衡状態に近づくのですから当然40torrにほど近い値になるでしょう。静脈血はそうですよね。
肺では吸入気が150torrから100torrに下がったように、血管では血液が100torrから40torrになっていきます。
ですからやはり平衡の原理は一般的にあてはまることです。互いに値を近づけるような圧力は常に働いています。腰を折るような説明をすれば、逐次的な平均値は出せないのですよ。全血液の平均を出して議論したらおかしくなってきますでしょう。均一に混ざり合うのにも広がるのにも時間がかかります。
酸素分圧の低いところを巡りながら血液は相対的に酸素を失いながら組織液と同じくらいの酸素分圧になって戻ってくるのですね。

余談ですが、内呼吸という表現では、拡散についてではなく、代謝（生化学反応）に酸素を消費する話をイメージすると思います。

参考：「血管の基礎知識」（北海道心臓協会）
http://www.aurora-net.or.jp/life/heart/kekkantobyouki/64/hp-22.html