内呼吸・外呼吸

内呼吸と外呼吸
生体が生命活動を維持するためにはエネルギーが必要である．細胞の小器官が利用しえるエネルギーはATPに蓄えられたエネルギーである．そのため，細胞は食物中の栄養素を燃焼することにより，ATPを生成する．この細胞内代謝(内呼吸)のために必要な酸素をとりいれ，内呼吸の結果生じた炭酸ガス(CO2)を体外へ排出する機能が呼吸，より正確には，外呼吸ないし換気である．

呼吸運動の調整

１）　呼吸中枢　呼息中枢と吸息中枢
・　呼吸中枢は「脳幹」にある「延髄」の「網様体部分」にある
　※【脳幹】　延髄、橋、中脳、間脳

２）　脳幹の化学受容器
・延髄の呼吸中枢にある腹側表面には「中枢性化学受容領野」がある。
・中枢性化学受容領野では脳脊髄液の「H＋」濃度の上昇を感知して呼吸が促進される

３）　反射性調整
肺迷走神経反射（「ヘーリング・ブロイエル」反射）
・　肺の伸展受容器による吸息の情報は「迷走神経」を介して呼吸中枢に伝えられ、吸息の情報により吸息は抑えられ、吸息から呼息に移行する


４）　抹消化学受容器反射
・頚動脈洞の近くには、「頚動脈小体」大動脈弓には「大動脈体」がある。
・抹消化学受容器は、血中のO2分圧減少や、CO2分圧増大、ph低下に反応して興奮する。
・受容器が興奮すると、頚動脈洞神経、大動脈神経を介して呼吸中枢に伝えられ、呼吸運動が促進する。

呼吸

１. 呼吸運動
　外界の空気を肺に取り込んだり、排出したりするためには肺を拡張させたり収縮させる必要がある。肺は胸壁内側を覆う壁側胸膜と肺を包む肺胸膜という２つの膜で覆われており、両膜の間は陰圧なので、胸郭や横隔膜を動かすことによって肺の拡張・収縮を行うことができる。このための運動を呼吸運動という。呼吸運動は空気を肺に取り込む吸息運動と空気を排出する呼息運動に分かれる。
　吸息運動：　横隔膜が下がり、外肋間筋が収縮によって胸郭が広がると胸腔内の容積が大きくなる。このことによって肺が拡張し、空気が肺内に流入する。
　呼息運動：　内肋間筋が収縮することによって胸郭が小さくなり、また腹壁筋の収縮によって横隔膜が挙上すると胸腔内の容積が小さくなる。拡張した肺自身も縮小しようとするので肺が収縮して空気が排出される。
　胸郭を動かして呼吸運動をすることを胸式呼吸といい、腹部の運動によって横隔膜を動かして呼吸運動をすることを腹式呼吸という。

２．呼吸運動の調節
　ヒトは意識しなくても安静時において1分間に15回程度の呼吸運動をしている。これは脳幹にある呼吸中枢と呼ばれる部分が呼吸のリズムをコントロールしているからである。
　延髄(Medulla)には吸気運動を促す吸気ニューロンと呼気を促す呼気ニューロンがある。吸気中枢、または背側呼吸群(Dorsal respiratory group:DRG)は吸気ニューロンからなり、呼気中枢、または腹側呼吸群(Ventral respiratory group:VRG)は吸気と呼気ニューロンからなっている。しかし、これらのニューロン群だけでは呼吸リズムは生じず、Pre-Böttzinger コンプレックスと呼ばれる部分が自発的なリズムを生成し、呼吸リズムに関与していると考えられている。また、橋(Pons)には呼吸調節中枢(Pneumotaxic center)と無呼吸中枢(Apneustic center)と呼ばれる部分もあり、延髄の呼吸中枢に刺激を送り、呼吸リズムを修飾する。

さらに呼吸運動は以下の機構によって修飾を受ける。
（１）神経性調節（肺の受容器）：　肺には受容器があり、迷走神経を介してＤＲＧにシグナルを送る。
　　（ａ）刺激受容器(Irritant receptor)：　気道の上皮細胞中に存在する。ガスや粉塵等の刺激によって興奮し、咳や気管収縮を起こする。
　　（ｂ）Ｊ受容器(Juxtapulmonary capillary receptor)：　肺胞の毛細血管付近にあり、毛細血管圧や浮腫等によって興奮し、浅くて速い呼吸を引き起こす。
　　（ｃ）伸展受容器(Stretch receptor)：　気道の平滑筋中に存在し、肺の拡張によって刺激される。これによって、吸気が抑制される (へーリング・ブロイヤー反射：Hering-Breuer reflex)。

（２）化学的調節：　動脈血中の酸素(PO2)、二酸化炭素分圧(PCO2)やｐＨをモニターして、呼吸運動を修飾する。
　　（ａ）末梢性化学受容器(Peripheral chemoreceptors)：　大動脈弓(Aorta)にあり、迷走神経を介して中枢にシグナルを伝える大動脈体(Aortic body)と頚動脈分岐部にあり、舌咽神経を介してシグナルを伝える頚動脈体(Carotid body）の２種類がある。これらの化学受容器は特に酸素分圧低下に敏感で、呼吸運動を促進する。
　　（ｂ）中枢性化学受容器(Central chemoreceptors)：　延髄の呼吸中枢近くにあり、脳脊髄液(CSF: Cerebrospinal fluid) の ｐＨ（水素イオン濃度）をモニターする。ｐＨが低下すると呼吸運動が促進される。

呼吸筋

呼吸筋とは、呼吸を行う筋肉の総称。すなわち、呼吸をするときに胸郭の拡大、収縮を行う筋肉のこと。種類としては、横隔膜、内肋間筋、外肋間筋、胸鎖乳突筋、前斜角筋、中斜角筋、後斜角筋、腹直筋、内腹斜筋、外腹斜筋、腹横筋などがある。呼吸筋は随意筋である。

正常安静呼吸では、吸気は主に横隔膜の収縮によって行われ、また外肋間筋も使用される。呼気は筋肉を用いず、伸展された肺の受動的反跳（ふくらんだ肺が自然にもとに戻ろうとする力）によって行われる。努力呼吸時には、吸気には胸鎖乳突筋、前斜角筋、中斜角筋、後斜角筋が、呼気には内肋間筋、腹直筋、内腹斜筋、外腹斜筋、腹横筋といった呼吸補助筋が補助的に用いられる。

気管

　
　肺を持ち、空気呼吸する脊椎動物では、ガス交換の場である肺胞と咽頭を結ぶ空気の流通路を気道と呼ぶ。
　この気道のうち、咽頭（第6頸椎）に始まり第5頚椎の高さ(心臓の後ろ）で左右の肺に向けて分岐するまでの対を成さない約10cmの長さの半円筒状(はんえんとうじょう）の一本の管を気管と呼ぶ。呼気のときには太くなり、吸気の時には細くなる。
　左右の肺へ、さらに個々の肺胞に向けて繰り返し分岐する部分は気管支である。肺と同様に咽頭の腹壁が陥入して盲管を成したものが起源であるため、内面は消化管と同様に内胚葉性の粘膜である。この気管と気管支内面の粘膜には繊毛が発達しており、呼吸器内部から粘液の連続した流れをつくり出している。呼吸器内に入り込んだり感染症などによって生じたりした異物は、この流れによって痰となり咽頭に向けて排出される。

　気管支は肺門より肺に入り、樹枝状に分岐し肺胞となる。気管支には左右差があり、右気管支は左気管支に比べて、短く、太く、分岐より肺門に至る傾斜が急である。心臓が体の正中線より左に偏するために左の肺はその容積が右よりも小さい。 そのため左気管支は右気管支よりも細長く、かつ強く傾く(気管分枝角の平均は右23度,左46度)。このため右気 管支には異物が入りやすく、嚥下性肺炎を起こしやすい。

　気管は基本的に連続して空気が出入りし続ける管であるため、食物を摂取するときだけ物体が通過する食道と異なり、常に潰れないように内腔が確保されていなければならない。そのため、気管の外側は気管軟骨と呼ばれるC字形の軟骨が連続して積み重なった構造になっており、頸部の動きに伴う屈曲が容易な柔軟性を保ちながら、つぶれないような強度を確保している。

　気管の開始部には喉頭と呼ばれる複雑な構造が発達しており、食物が誤って気管内に侵入するのを防いでいるほか、哺乳類では発声器官の声帯を生じている。

　主気管支は2分岐を続け15～16回の分岐あたりでかなり細くなり、終末気管支で約直径0.5mmとなる。

肺

人間の肺は胸部の大部分を占める。主に気道と血管からなり、両者は極めて薄い呼吸上皮で覆われた肺胞で接してガス交換を行っている。肺胞は約3億個で、総表面積は約60m2。肺の重さは一つあたり男性が約1,000g、女性は900g。

肺は横隔膜・肋間筋に囲まれた胸郭の中にある。肋骨と肋骨の間には外肋間筋と内肋間筋が有り、呼吸運動に大きく関与している。肺の表面と胸郭の内面を覆っている漿膜を胸膜と言い、胸膜は横隔膜や肋間筋を裏打ちしている。肺を覆っている胸膜を臓側胸膜と言い、横隔膜や肋間筋を裏打ちしている胸膜を壁側胸膜と言う。臓側胸膜と壁側胸膜は辺縁で連続していて、一枚の扁平な袋になっている。この袋の中を胸腔と言う。胸腔内圧は、大気圧より常に低い。

肺は左右二つある。右肺は上から順に上葉・中葉・下葉からなり、左肺は上葉・下葉からなる。この5つの肺葉を大葉と言う。左肺に中葉がないのは、左右の肺を隔てる縦隔にある心臓が体幹の中心よりも左に寄っており、その分スペースが小さい為である。大葉は更に細かく10つの肺小葉に分けられる。


　肺のはたらきは呼吸に関連している。鼻から始まった空気の通り道、気道が左右の気管支に分かれ、それぞれ左右の肺に入っていく。　肺門から肺の内部に入った気管支はどんどん枝分かれして細くなり、最終的には肺胞となる。肺胞の周りには毛細血管が網の目のように取り巻いており、呼吸によって取り入れた肺胞内の空気から、酸素を血液中に取り入れ、血液中の二酸化炭素は肺胞内に押し出し、“ガス交換”が行われる。

　肺門には、気管支、肺動脈、肺静脈が出入りしている。肺動脈とは心臓から出て肺門から肺に向かって血液を流す血管で、肺静脈は肺から出る血液を心臓にもどす血管である。肺動脈と肺静脈とは、その管の中を通る血液の性状が異なっている。心臓にもどる血管、肺静脈中を流れるのは肺胞から酸素をもらったきれいな血液で、二酸化炭素を肺胞に出してしまう前の汚れた血液が流れているのは、心臓から肺に向かい、肺内に入ってきている肺動脈ということになる。

喉頭

喉頭（こうとう）とは、咽頭と気管の狭間で、舌骨より下にあり気管より上にある、頸部中央に一つ存在する器官のことをいう。体表からは、のど仏として触れることができ、嚥下時には上前方に移動する。嚥下時の食物の気管や肺への流入（誤嚥）の防止、発声などの機能を持つ。嚥下時には、喉頭蓋が後方に倒れ込み、声門が閉鎖することにより、気管に食物が入り込む事を阻止する。

喉頭の解剖
甲状軟骨：
輪状軟骨:
披裂軟骨（対）:
喉頭蓋：
喉頭前庭：
喉頭室：
輪状甲状筋:
仮声帯：
甲状披裂筋 ：声帯（声帯ひだ）：声門を構成する、左右一対、腱状の構造物。発声時に呼気流を断続的に遮ることで振動、音声（喉頭原音）を生じる。

嗅覚

＜嗅覚の仕組み＞
独立した器官は持たず、呼吸器の鼻腔粘膜上部の嗅部にある。
臭いの分子が嗅上皮の嗅毛で受容され嗅細胞が興奮する。
嗅細胞の興奮が求心性のインパルスとなって嗅神経に伝わる。（電気的信号）
嗅神経からのインパルスは嗅球・嗅索を経て大脳新皮質の嗅覚野に伝わる
＊臭いの判断は大脳新皮質の嗅覚野が行う
におい物質→鼻腔の嗅粘膜→嗅上皮の嗅毛→嗅細胞→嗅神経→嗅球→嗅索→大脳辺縁系→大脳新皮質の嗅覚野
嗅細胞を取り囲む支持細胞は、黄色の色素を含んでおり、淡黄色をしている。

嗅上皮
　旧細胞を含む嗅上皮は、鼻腔の最上部にあり、その上に篩骨（篩板）が位置する。篩骨には嗅神経が通るための多数の小孔があいている。
嗅細胞
　鼻腔粘膜上部に位置する嗅上皮にある。
　鼻腔に向かって嗅毛を出し、空気中のにおい物質を受容する。
　嗅細胞から出る、嗅神経線維が篩骨を通り抜け、大脳の嗅球に達する。
嗅神経
　嗅細胞から伸びる突起。
　嗅糸（嗅神経線維）の束の総称。
　嗅糸が約20本の束になり、篩骨（篩板）を貫き大脳の嗅球に達する。
　嗅神経は脳神経の第1神経（知覚神経）。

＜嗅覚の特殊性（特徴・順応・感度）＞
嗅覚は閾値は低く・疲労しやすく・順応性が高い・男女では男性より女性が敏感だといわれ、また女性でも生理中や妊娠中は敏感になるといわれるが個人差が大きい。有色人種の方が敏感、出生時が一番敏感。

＜臭いの閾値＞
感度が高いほど閾値は低いといわれる。

＜臭いの順応＞
同じ香りの部屋に長時間いたりすると香りがしないような感覚になること。これは嗅細胞が疲れ、においを識別しなくなったため。

＜嗅覚錯倒＞
明らかに悪臭であるのに芳香と感じたり、良い香りを悪臭と感じてしまうこと。

＜嗅覚異常＞
慢性・急性の鼻炎や、鼻中隔の奇形、神経衰弱などから物のにおいが分からなくなる状態のこと。

＜幻臭＞
実際には臭いがしないのにするように感じること。

鼻のつくりとはたらき

　鼻には呼吸し、においを感じる働きがある。また、声をきれいに響かせる働き（共鳴効果）もある。

　鼻は顔の外に見えている外鼻（がいび）、鼻の中の空洞である鼻腔（びくう）、鼻腔の周囲の顔の骨の中にある空洞（副鼻腔＝ふくびくう）の３つからできており、気道の入口になっている。鼻腔内は鼻中隔(びちゅうかく)によって左右に分けられている。鼻腔周囲の骨中の空洞を副鼻腔といい、上顎洞(じょうがくどう)、前頭洞(ぜんとうどう)、蝶形骨洞(ちょうけいこつどう)、篩骨洞(しこつどう)の４種類が存在している。これらの空洞の壁は粘膜におおわれており、鼻腔内の粘膜と副鼻腔内の粘膜とは続いている。

　また、左右それぞれの鼻の中は外側の壁からひさし状の骨が張り出しており、その張り出しを上鼻甲介(じょうびこうかい)、中鼻(ちゅうび)甲介、下鼻(かび)甲介といい、それらの間の空気の通り道を上鼻道、中鼻道、下鼻道という。下鼻道には内眼角（目頭）から通じている涙を排出する管、鼻涙管(びるいかん)が開口している。

鼻中隔（びちゅうかく）
鼻腔を左右に分けている板のことで、表面は粘膜だが、内部は軟骨と骨から構成されている。この部分が成長の過程で強く左右いずれか片側に曲がってしまうと、強い鼻詰まりやしつこい鼻血の原因になることがある（鼻中隔彎曲症）。

鼻前庭（びぜんてい）
鼻の穴のすぐ内側の皮膚でおおわれている鼻毛の生えている部分のこと。日頃鼻を触る癖のある方は、この部分に炎症がしばしば起こる（鼻前庭炎）

鼻粘膜（びねんまく）
鼻前庭から鼻の奥の鼻腔（性格にはそれに続く消化管も）は粘膜でおおわれている。粘膜は分泌液を出しており、吸い込んだ空気中に含まれるごみやほこりを吸着したり（除塵）、吸い込んだ空気に湿り気を与えたり（加湿）、温めたり（加温）、細菌やウィルスを捕らえて殺す作用などがある。ごみ、ほこりや細菌、ウィルスが付着した液は、鼻腔の奥に運ばれ（線毛運動）、のどから痰（たん）として出たり、食道から胃に入る。


嗅裂（きゅうれつ）
鼻腔の天井の部分の狭いすきまで、においを感じる部分。

鼻甲介（びこうかい）
鼻腔の外側から飛び出しているひだのことで、表面は粘膜だが、中は骨でできている。上鼻甲介・中鼻甲介・下鼻甲介の３つがあり、鼻炎が生じると主に下鼻甲介が腫れて鼻詰まりの原因にもなる。

副鼻腔（ふくびくう）
顔の骨の中にある鼻腔の周囲にひろがる空洞。内側は粘膜でおおわれ、鼻腔とは細い通路でつながっている。副鼻腔は次の４つで構成されている。

前頭洞 　おでこの奥の方にある。頭痛の原因になりやすい。
篩骨洞 　両目の内側の奥の方にある。目の不快感、圧迫感の原因になりやすい。
上顎洞 　両目の下側の奥の方にある。 ほほの不快感や痛み、歯が浮いたような感じや歯痛などの原因になりやすい。
蝶形骨洞 　頭痛、目の奥の痛み、時には視力の低下の原因にもなる。

これらの空洞は共鳴効果を発揮して声をきれいに響かせる働き（共鳴効果）がある。また、副鼻腔の粘膜からも分泌液がでており、空洞内の雑菌や老廃物などを鼻腔内に排出していう。副鼻腔が炎症を起こすといわゆる蓄のう症（副鼻腔炎）になる。



　嗅覚器としては、鼻腔上部の粘膜（嗅粘膜）にある嗅細胞が受容器で、ここから嗅神経によって脳の嗅覚中枢に伝えられる。においはいくつかの基本臭に分けられ、エーテル臭、樟脳(しょうのう)臭、ジャコウ臭、花臭、ハッカ臭、刺激臭、腐敗臭の７臭を原臭としている。嗅覚は順応が速く、同一のにおいはすぐに感じなくなる。