生命科学・人体・常に性／原理と探求
肺の模型と呼吸の解説
ハッパモデルのバルーンは、空気を吸い込むのではなく、周囲の空間の圧力の変化に応じて膨張します。ゴム膜を引っ張ったり上げたり、気道を開いたり閉じたりし、風船の体積を観察してください。胸腔体積・圧力差・空気移動の手順で、吐息と溜息を説明する実験です。
どのような原理？
ゴム膜を引っ張ると胸腔の体積が増え、圧力が低くなり風船で空気が入ります。幕が上がると空気が出ます。気道を閉じると空気の動きはありません。
重要な関係
P/P₀ = V₀/V・胸腔体積 1.1V₀ →圧力 P₀/1.1
観察してみよう
- ゴム膜を下にドラッグして胸腔の体積を増やします。プルスライダーでも同じように操作できます。実行すると、バルーンの体積と気流が変わります。自動呼吸は、息を吐き出した周期を見せます。
- 10％増加条件と気道だけ閉じた条件を実行・記録します。胸腔体積と風船体積を区別します。
- 体積10％減少条件では圧力が高くなり空気が出ます。自動呼吸で流れの方向が変わるかどうかを観察します。
結果を読み解く
気道を閉じてゴム膜を引っ張ると、このモデルの空気移動は？
胸腔圧はPV＝一定に低くなります。気道が開くと風船が大きくなり、流入し、閉じると空気の動きはゼロです。この単純なモデルでは閉じたバルーン体積も固定します。
モデルの仮定と限界
胸腔空間を一定温度の密閉気体として見てみる法則を適用した仮想相対値です。風船は目標体積1+0.8×(V/V₀−1)に指数的に接近します。実際の胸膜圧力・ハファ弾性・胸郭運動・気体交換は省略します。閉じた風船は体積も固定する近似です。実際の人体の圧力や呼吸量を予測しません。