肺におけるガス交換の仕組みを解説
呼吸時に肺胞と血流の間で酸素と二酸化炭素が交換されるプロセスをガス交換（呼吸）と呼びます。
吸気（インスピレーション）
- 横隔膜と肋間筋の収縮：吸うと、肺と腹部を分けるドーム型の横隔膜が下がり、同時に肋骨間の肋間筋が収縮して胸郭が持ち上がります。
- 肺の拡張：胸腔容積が増えて胸腔内圧が低下し、外気圧との差が生まれ空気が肺に流れ込みます。
- 空気の流入：大気中の酸素が気管→気管支→細気管支を通り、最終的に肺胞（アルベオリ）へ入ります。
肺胞でのガス交換
- 肺胞の構造：薄い壁を持つブドウの房のような肺胞は、毛細血管が密集して囲んでおり、広い表面積で効率的にガス交換が行われます。
- 拡散：酸素は肺胞内の高濃度から血液中の低濃度へ拡散し、同時に細胞からの二酸化炭素は血液から肺胞へ拡散します。
呼気（エクスパイレーション）
- 筋肉の弛緩：横隔膜と肋間筋が緩むと胸腔が元のサイズに戻り、肺も収縮します。
- 肺容積の減少：胸腔容積が減少し肺内圧が大気圧を上回るため、二酸化炭素が多く酸素が少ない空気が肺から押し出されます。
- 空気の排出：二酸化炭素濃度が高く酸素濃度が低い呼気は、気管支・気管・口または鼻から体外へ出ます。
この吸気と呼気のサイクルにより、酸素は体の細胞へ供給され、二酸化炭素は効率的に除去されます。呼吸器系の構造と機能が最適化されているため、ガス交換は高い効率で行われます。