ガス交換こうかん

ヒトにおけるガス交換こうかん。酸素さんそ（O₂）と二酸化炭素にさんかたんそ（CO₂）が毛細血管もうさいけっかんと肺はい胞の間あいだでin-outしている。

ガス交換こうかん（ガスこうかん、Gas exchange）とは、呼吸こきゅう器き官かんにより体からだ内うちに酸素さんそを取とり入いれ、体内たいないから二酸化炭素にさんかたんそを排出はいしゅつすることである。なお、ヒトにおける外そと呼吸こきゅうは「肺はいでのガス交換こうかん」とほぼ同おなじ意味いみを持もつ。

原理げんり

右みぎ心室しんしつから静脈じょうみゃく血ちが肺はい動脈どうみゃくを通とおり肺はい（肺はい胞）へ入はいる。肺はいは酸素さんそ（O₂）分ぶん圧あつが高たかく、血ち中ちゅうでは低ひくいため、肺はいと血ち中ちゅうのO₂の濃度のうど差さ（圧力あつりょく差さ）が駆動くどう力りょくとなりO₂は肺はいから血ち中ちゅうへ拡散かくさんする。逆ぎゃくに二酸化炭素にさんかたんそ（CO₂）は同様どうようの原理げんりで血ち中ちゅうから肺はいへ拡散かくさんする。

CO₂を失うしないO₂を受うけ取とった血液けつえきは、動脈血どうみゃくけつとなって肺はい静脈じょうみゃくより左ひだり心房しんぼうに入はいり、左ひだり心室しんしつから大動脈だいどうみゃくを介かいして全身ぜんしんに向むかって拍はく出だされる。この血液けつえきは末梢まっしょうに達たっし、毛細血管もうさいけっかんに入はいって、体からだ組織そしきとの間あいだで呼吸こきゅうガスの交換こうかんを行おこなう。なお、右みぎ心室しんしつから左ひだり心房しんぼうまでの一連いちれんの工程こうていを肺はい循環じゅんかんと呼よぶ。

肺はい拡散かくさん能のうが低下ていかする疾患しっかんに肺はい線維せんい症しょうや慢性まんせい肺気腫はいきしゅがある。肺はい線維せんい症しょうは肺はいの間あいだ質しつが厚あつくなるため、膜まく厚あつが厚あつくなり、肺はい拡散かくさん能のうが低下ていかする。慢性まんせい肺気腫はいきしゅでは肺はい胞が破壊はかいされて拡散かくさん面積めんせきが小ちいさくなるために肺はい拡散かくさん能のうが低下ていかする。

また、ガス交換こうかんの効率こうりつは換気かんきと血ち流りゅうのバランス（換気かんき・血ち流りゅう比ひ）によって決きまる。すべての肺はい胞が均等きんとうに換気かんきされ、かつ均等きんとうな血ち流りゅうを受うけるとき（つまり換気かんき・血ち流りゅう比ひの不ふ均等きんとう分布ぶんぷがないとき）の肺はい胞気ガス組成そせいを理想りそう肺はい胞気という。拡散かくさん能のうの低下ていかや肺はいの血ち流りゅうシャントがなければ、動脈血どうみゃくけつのガス分ぶん圧あつは理想りそう肺はい胞気のガス分ぶん圧あつと同おなじになる。しかし、実際じっさいの肺はいでは健常けんじょう者しゃであっても換気かんき・血ち流りゅう比ひは均等きんとうではない。

理想りそう肺はい胞気の酸素さんそ分ぶん圧あつと実際じっさいの動脈血どうみゃくけつ酸素さんそ分ぶん圧あつとの差さを理想りそう肺はい胞気・動脈血どうみゃくけつ酸素さんそ分ぶん圧あつ較差かくさ（A-aDo2）といい、換気かんき・血ち流りゅう比ひの不ふ均等きんとう分布ぶんぷが存在そんざいするとA-aDo2は増加ぞうかする。

ガス交換こうかんの仕組しくみ

外そと呼吸こきゅうのガス交換こうかんの概略がいりゃく図ず（分ぶん圧あつ単位たんい：kpa、7.5倍ばいするとmmHgの値ね）。酸素さんそ（O₂）を含ふくんだ空気くうきを吸気きゅうきし、細胞さいぼう呼吸こきゅうで酸素さんそが減へり二酸化炭素にさんかたんそ（CO₂）が多おおくなった血液けつえきと空気くうきの間あいだでガス交換こうかんし、呼気こきとして吐はき出だす。

	表面積ひょうめんせき	通過つうかする細胞さいぼう数すう	濃度のうど勾配こうばいの維持いじ	呼吸こきゅう器き
人間にんげん	総そう肺はい胞 = 70–100 m2	肺はい胞と毛細血管もうさいけっかん（2細胞さいぼう）	毛細血管もうさいけっかんに流ながれる血ち流りゅうと呼吸こきゅう	肺はい
魚さかな	魚さかなによる	通常つうじょうは1細胞さいぼう	泳およぐときの水みずの流ながれ	えら
昆虫こんちゅう	気管きかん	1細胞さいぼう	体からだを動うごかして換気かんき	気き門もん
海綿動物かいめんどうぶつ	Ostia pores	1細胞さいぼう	水流すいりゅう	なし
扁ひらた形がた動物どうぶつ	体からだ	通常つうじょうは1細胞さいぼう	泳およぐときの水みずの流ながれ	なし
刺とげ胞動物どうぶつ	口くち腕うで	通常つうじょうは1細胞さいぼう	水流すいりゅう	なし
爬虫類はちゅうるい	肺はい	気管きかんと毛細血管もうさいけっかん（2つの細胞さいぼう）	呼吸こきゅう	気管きかん
両生類りょうせいるい	水棲すいせいでは鰓えら、水上すいじょうでは肺はい	1-2細胞さいぼう	水流すいりゅうと呼吸こきゅう	肺はい・皮膚ひふ・鰓えら
鳥とり・恐竜きょうりゅう	肺はい	気管きかんと毛細血管もうさいけっかん（2つの細胞さいぼう）	気嚢きのう	気管きかん
植物しょくぶつ	葉は	1細胞さいぼう	気流きりゅう	気孔きこう

ガス交換こうかんに関かかわる細胞さいぼう

ヘモグロビンなどの呼吸こきゅう色素しきそが酸素さんその98.5％を運はこぶ（高圧こうあつ酸素さんそ治療ちりょうの際さいは、血漿けっしょうに高こう圧あつ酸素さんそを溶解ようかいさせて運はこばせる場合ばあいがある）。二酸化炭素にさんかたんそは人間にんげんの場合ばあいは、ヘモグロビンと結合けつごうしたカルバミノヘモグロビンが約やく10-23％・炭酸たんさん脱水だっすい酵素こうそで変換へんかんされた炭酸たんさん水素すいそイオンの状態じょうたいが70-85％・あとは血漿けっしょうに溶解ようかいした二酸化炭素にさんかたんその形かたちで肺はいに送おくられる。

関連かんれん項目こうもく

• 血液けつえきガス分析ぶんせき
• 麻酔ますい
• 内うち呼吸こきゅう
• フィックの法則ほうそく
• 水生すいせい生物せいぶつの空気くうき孔あな