呼吸速度が上がると体にどんな変化が起きるか

運動時の呼吸需要の増加

運動をすると、呼吸の必要量は安静時の最大10倍にまで増加します。肺はその瞬間に必要な酸素量を供給し、血液中の二酸化炭素を適切に除去します。二酸化炭素濃度の変化は血液の酸性度を変え、血液pHは7.4が理想とされています（『医学生理学教科書』）。肺は酸素と二酸化炭素の需要を数秒で評価し、供給を調整する驚異的な機能を持っています。

脳が呼吸を制御する

スニーカーを履いて運動を始めると同時に、脳はすでに呼吸速度を予測しています。大脳皮質は呼吸中枢（延髄）に信号を送り、走り出すと腕や脚の筋肉へ送る信号と同時に呼吸中枢へも情報が伝わります。これにより、体が酸素を多く使用し二酸化炭素を産生し始めた時点で呼吸が増加します。

二酸化炭素濃度が呼吸速度に与える影響

体内で二酸化炭素と水が結合すると炭酸ができ、酸性度が上がります。酸性度と二酸化炭素はともに呼吸中枢を刺激し、呼吸速度を上げます。酸素濃度の低下は比較的弱い刺激です。血中の二酸化炭素濃度は酸素濃度より変動しやすく、呼吸が二酸化炭素と酸性度に連動していることで、呼吸は一呼吸ごとに体のニーズに合わせて精密に調整されます。脳の感覚受容体や頸部の頸動脈にある化学受容体が、専用の神経を通じて呼吸中枢に情報を送ります。

関節・筋肉のセンサーが呼吸に与える影響

四肢の動きも呼吸速度に関与します。関節や筋肉にある感覚受容体が刺激されると、呼吸制御中枢へ信号が送られます。たとえ休んでいる間に他人が足を動かしただけでも同様です。運動時は筋肉の周囲の液体が乳酸の蓄積で酸性化し、これを感知した特殊な受容体が延髄に情報を伝え、呼吸速度を上げます。

体温が呼吸に与える影響

運動や発熱によって体温が上昇すると、呼吸速度が増加します。熱は直接脳の呼吸中枢に作用します。例えば暖かい日に犬とジョギングすると、犬ははぜることで体温を下げ、タンパク質の機能を維持します。

情報の統合とその他の調節機構

上記の制御に加えて、呼吸はさまざまな方法で最適に調整されます。意識的に呼吸をコントロールして会話したり、息を止めたり、楽器を演奏したりできます。鼻や肺にある刺激受容体は咳やくしゃみを引き起こします。また、呼吸中枢は心拍中枢と連携しており、両者が同時に上昇することがあります。すべての情報は呼吸中枢で迅速に統合されます。