呼吸生理学での力学（呼吸の仕組みがわかっている方）

質問

生物学とどっちで質問しようか迷ったのですが、こちらで質問させていただきました。

呼吸器の生理学に関して疑問に思ったことなのですが、人間は胸郭の中に入った肺で空気を出し入れしていますが、吸気の仕組みは、横隔膜を引き下げて、胸郭の体積を広げ、ボイルの法則？から胸郭内の圧は陰圧の方に傾くので、それで肺胞内に空気が入ってきますよね。
一方、呼気の際では肺の弾性力にかなり依存した受動的な動きらしいのですが、ここで疑問があります。

そもそも胸郭内（ここでは呼吸器を胸郭という箱に入った風船のようなイメージで単純化して考えてます）の陰圧は、肺の縮まろうとする力と、胸郭の広がろうという力によって生まれているわけですが、肺が弾性力によって縮まろうとすれば、それによって陰圧は大きくなりますよね。陰圧は肺を広げようとする力ですから何か矛盾してるなあと感じて疑問に思ったんです。

と疑問に思ったのですが、何か勘違いはあるでしょうか？
相反する力を生み出してると言っても、弾性力に比べれば、それによって生み出される陰圧って、それを妨害するにはほとんど影響しないくらいの大きさの力なんでしょうか？

回答No.2

Tann3 · ベストアンサー

生理学とか生物学には全く詳しくありませんが、

「呼気の際では肺の弾性力にかなり依存した受動的な動き」

というのは、下記のようなイメージではないでしょうか。

（１）全く力をかけない状態での肺の定常状態がある。
　　これは、例えば一定の重りを付けて、一定の長さで定常状態にある「バネ」にたとえられる。

（２）吸気の仕組みは、筋肉の運動により横隔膜を引き下げて、胸郭の体積を広げることにより、肺の内部の圧力を下げて外気を取り入れる。
　　これは、（１）の状態のバネを、人間がつかんで下に延ばしたような状態。意図的に、筋肉で運動させる必要がある。

（３）上の（２）の状態で筋肉を弛緩させると、横隔膜などの肺の弾性力によって胸郭の体積が小さくなり、肺の内部の圧力が上がって内部の空気を外部に押し出す。これが「呼気」。
　　これは、（２）の状態のバネを放すことにより、（１）の状態に戻ることに相当。意図的に筋肉の力で戻すのではなく、単に放すだけ。

（４）なお、呼気であっても、肺の中の空気を全て残らず吐き出そうとすれば、今度は筋肉による「押し出し」（胸郭の体積を弾性力に逆らってさらに狭める）が必要でしょう。（１）で釣り合っているバネを、さらに力を上向きにかけて持ち上げることに相当します。

　ご質問の内容で問題にしているのは、（１）～（３）のことだと思います。

　難しく考えないで、「吸気は筋肉力で行なう。呼気は筋肉を弛緩させることによる復元力（弾性力）で行なう。」という理解でよいのではないでしょうか。当然、筋肉力は、弾性力よりも大きい力でなければなりません。

回答No.1

yokkun831

>胸郭内（…略…）の陰圧は、肺の縮まろうとする力と、胸郭の広がろうという力によって生まれているわけですが、

ちょっと違うのではないでしょうか？

>胸郭の体積を広げ、ボイルの法則？から胸郭内の圧は陰圧の方に傾くので…

このとき肺胞は胸郭とともに拡大するのです。肺胞内が陰圧に傾き，吸気が起こります。
そして，弾性力によって肺胞がもとに縮まることによって呼気が起こる…これを受動的といっているのでしょう。