空気を吸い込む、そして処理する: 下部呼吸器系の構造はどのように働くのか

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横隔膜と肺の関係を見るには 3D モデルを回転させます。

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下部呼吸器系の構造は、気管、気管支、細気管支、胸郭、肺および横隔膜から構成されています。

下部呼吸器系または下気道は、気管、気管支と細気管支ならびに肺を形成している肺胞から構成されています。 こうした構造は、上部呼吸器系から空気を引き込み、酸素を吸収し、それと引き換えに二酸化炭素を放出します。 他の構造、すなわち胸郭および横隔膜は、こうした機能を保護し支えます。

1. 気管は肺への主な気道です

Structures in the tracheal region include esophagus, larynx, cartilaginous rings, and bronchi

気管は、半径1インチ(2.5センチメートル)以下の管で、軟骨輪によって覆われています。 気管は、喉頭の底部から胸骨の背後まで下に伸びていて、より小さな管(気管支)に分岐します。 吸入の間、空気は、上部呼吸器系が咽頭および喉頭から気管へと通ることによって、ろ過され暖められ、その後、気管支へと下り肺へ入ります。 呼気の間、肺からの脱酸素化された空気は気管に戻ります。 軟骨輪は、気管を支え、気管が過剰に膨張する、またはストローを吸い過ぎた時のように潰れるのを防いでいます。 軟骨輪は、C字形で後側に隙間があります。 このため、食物が飲み込まれる時に食道がそれを押すと、気管を曲げることができます。

2. 気管支は、肺に空気が出入りする通路です

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主気管支の管は、気管の底部から分岐しています。 これらの分枝は、さらに二次気管支と三次気管支に分かれ、次いで細気管支へと分かれます。 このように漸進的に、より小さくなる気道によって、酸素に富んだ空気が気管から肺へと運搬されます。 呼気の間、脱酸素化された空気(二酸化炭素に富んでいる)が逆の経路をたどり、肺から放出されます。 運動する時には、細気管支の平滑筋が弛緩すると細気管支が拡張します。 この気管支拡張作用によって、より大規模な換気ができるようになります。 アレルギー反応とヒスタミンは、逆効果となる気管支収縮を発現させます。

3. 肺は、呼吸器系の不可欠な臓器である

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肺は、私たちが呼吸する空気と体外との間でのガス交換を担います。 肺は、胸郭内に保護されています。 左肺には、2つの葉があり、右肺より、わずかに容量が小さくなっています。 左肺は、心臓を収容するために噴門切痕でカーブしています。 右肺には、3つの葉があります。 右肺は、肝臓を収容するために横隔膜の筋肉がより高めに右肺の下に位置していることから、左肺より短くなっています。 吸入の間、空気は気管支および細気管支を通って肺に流入します。 空気からの酸素は、その後血流へと吸収され、 何百万もの微小な袋(肺胞)を通過して周囲の毛細血管に入ります。 廃棄物である二酸化炭素は、反対方向(毛細血管から肺胞)へと拡散します。 呼気の間、肺は脱酸素化された空気を吐き出します。

4. 外呼吸は肺胞で行われます

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肺胞は、細気管支によって供給される微小な空気袋です。 各肺の内部には、何億もの肺胞があります。 肺胞は、呼吸器の終端で、空気と血流との間のガス交換を行う外呼吸の場所です。 吸入の間、肺胞は細気管支からの空気で満たされています。

酸素は、肺胞を通して周囲の肺毛細管のネットワークに拡散し、血流を通して送り出されます。 脱酸素化された血液からの二酸化炭素は、毛細血管から肺胞へ拡散し、呼気を通して排出されます。

5. 横隔膜は、呼吸のための筋肉として機能する

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肺は、胸腔底を形成する筋肉である横隔膜の頂上にあります。 横隔膜の作用は、呼吸の重要な物理的過程です。 吸入の間、横隔膜は収縮し、腹腔に向けて下方に動きます。 これによって、胸腔および肺の容量が増加することが可能になります。 それはまた、深呼吸をすると腹部が膨れる理由を説明することができます。 通常の呼気の間、横隔膜は(外肋間筋と共に)弛緩します。 胸腔と肺が小さくなり、空気が吐き出されます。

外部リソース

息を止めると何故苦しいのか。The Science Creative Quarterlyから。

見る: 呼吸に必要な筋肉には、女性では男性より大量の酸素が必要となります 。Science Dailyから。

肺の説明、グレイの『人体の解剖学』(1918版)から。