概念と仕組み
換気は、体内に空気の流入と排出を伴う機械的なプロセスです。これは、単に酸素や二酸化炭素などのガスを、障壁を介して移動させることとは異なります。
横隔膜が収縮して下へ移動し、胸が広がることで、肺もそれに伴って広がります。これにより、気道から肺へ空気の流れが起こります。
関係式と成立条件
単純な等温気体のモデルにおいて、PVが一定の場合、体積が増加すると圧力は減少します。肺内部と周囲の大気の圧力差によって、空気の流れの方向が決定されます。
実際の肺は、開放的な呼吸、弾性組織、そして胸膜と界面活性物質の効果によって影響を受けます。 密閉されたボトルと風船モデルにおける圧力は、実際の肺の圧力と等しいものではありません。
仮想実験で読み取る変化
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。
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。
重要な関係式と記号
P/P₀ = V₀/V・胸腔体積 1.1V₀ →圧力 P₀/1.1
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| P | 気体の圧力 | Paまたは相対圧力 |
| V | 気体が占める体積 | 体積 |
例で確かめる
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。
よくある誤解
- 吸気時、空気はまず胸腔を広げるわけではありません。筋肉の動きが、空気の流動を促す圧力の差を作り出します。