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呼吸の制御

執筆者:

Noah Lechtzin

, MD, MHS, Johns Hopkins University School of Medicine

最終査読/改訂年月 2017年 9月
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通常、呼吸は無意識のうちに行われ、脳幹部にある呼吸中枢によって制御されています。呼吸は、眠っている間も持続し、たとえ意識不明になったとしても持続するのが普通です。また、話したり、歌ったり、あるいは自発的に息を止めたりするときなど、自分の意思で呼吸を調節することもできます。脳、大動脈、頸動脈には感覚器官があり、血液をモニタリングして、酸素と二酸化炭素の濃度を感じ取っています。健康な人では、二酸化炭素の濃度上昇は、呼吸をより深くより速くするような指令を送る最も強力な刺激です。反対に、血液中の二酸化炭素の濃度が低くなると、脳からの指令により、呼吸は浅く、遅くなります。平均的な成人における安静時の呼吸数は、1分間に約15回です。

呼吸筋

肺そのものには肺を動かす骨格筋がありません。そのため、呼吸は横隔膜、肋骨の間にある筋肉(肋間筋)、頸部や腹部の筋肉によって行われます。

横隔膜はドーム状の薄い筋肉でできた膜で、胸腔と腹部とを仕切っており、息を吸い込むとき(吸入時または吸気時)に最も重要な役割を果たす筋肉です。横隔膜は、胸骨、肋骨、脊椎からなるかご型の骨組みの底面に付着しています。横隔膜が収縮すると胸腔の長さと直径が増えて、肺が膨らみます。肋間筋は肋骨の動きを助け、呼吸を補助します。

息を吐く(呼気)過程は、運動中でない限り受動的に起こります。肺と胸壁には弾力性があり、吸入時に能動的に伸ばされるため、呼吸筋がゆるんだときに肺や胸壁は自然に元の形に戻り、肺から空気が吐き出されます。そのため、安静時であれば、息を吐くのに努力は必要ではありません。しかし、激しい運動中は、息を吐くためにいくつかの筋肉の助けを必要とします。なかでも腹筋は、最も重要な筋肉です。腹筋が収縮すると腹腔内の圧力(腹圧)が高まり、ゆるんだ横隔膜を肺の方へ押し上げて、空気を肺から押し出します。

呼吸で使われる筋肉は、筋肉につながる脳からの神経が損傷を受けない限り収縮することができます。首や背中の外傷によって脊髄が損傷することがあり、脳と筋肉をつなぐ神経系が切断されると、人工呼吸器なしでは生きられなくなります。

呼吸時の横隔膜の役割

横隔膜が収縮して下に動くと、胸腔が広がり、肺の内側の圧力が下がります。そのため、圧力が等しくなるように、空気が肺の中へ流れ込みます。横隔膜がゆるんで上に戻ると、肺と胸壁の弾性で空気が肺から押し出されます。

呼吸時の横隔膜の役割
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