肺活量
呼吸運動の際.呼吸振幅を変化させると.肺に保持される空気量が変化する。
肺の基礎体積 Tidal Volume (VT)。 穏やかな呼吸のとき o 一回の呼吸で吸い込んだり吐き出したりする空気の量。 置換吸気量（IRV）。 静かに吸気した後に吸い込むことができる最大量の空気。 呼気量（ERV）。 落ち着いて息を吐き出した後に.吐き出し続けることができる最大限の空気の量。 残量（RV） 代償呼気後に肺から吐き出すことができない残存空気の量。
肺の4つの容積:深部吸気量(IC)。 落ち着いて息を吐いた後に吸い込むことができる最大量の空気のこと。 潮汐量と代償吸気量からなる。 肺活量（VC）。 最大吸気後に吐き出すことができる最大空気量。 深部吸気量と代償性呼気量で構成される。 機能的残量（FRC）。 落ち着いて息を吐いた後に肺に含まれる空気の体積のこと。 代償性呼気量と残気量からなる。 肺活量（TLC）。 深い吸気後に肺に含まれる空気の総量。 肺活量と残気量から構成される。 潮量.深部吸気量.代償性呼気量.肺活量はスパイロメーターで直接測定することができる。 全肺容積は.残気量にスパイロメトリーを加えることで求めることができる。
胸部ではスパイロメトリーの低下が見られ.肺の拡張制限.肺組織の損傷.気道閉塞.機能的残気量の変化が併存することが多い。 気管支喘息や肺気腫などの閉塞性肺疾患では.残気量の増加が見られる。 びまん性間質性肺線維症.肺職業病.肺切除術後の肺組織圧迫などの肺拘束性疾患は.残気量を減少させる。 残気量／全肺容積は.臨床的に指標として用いられている。
肺の換気
肺活量は.単位時間あたりに肺から吸入または吐出される空気の体積として測定される。
安静時の1分間の換気量は.潮量と呼吸数の積である o 正常成人の安静時の1分間の呼吸数は約15回である o 潮量500mloの場合の換気量は7.5L/分である。潮量中の140mlのガスがガス交換されず気道に留まる o これは解剖学的デッドスペースと呼ばれている。
呼吸が浅く速い場合.解剖学的死腔換気が比較的高く.肺胞換気に影響を与える。 肺胞に入るガスの量は.局所的な血流が不十分で.血液とガスが交換されないことが原因であることがあります。 この気体の体積を肺胞デッドスペース体積という。 肺胞デッドボリュームと解剖学的デッドボリュームを合わせて.生理的デッドボリュームと呼ぶ。 肺胞換気量＝（潮容積-生理的死容積）×呼吸数。 肺胞換気の不足は肺気腫でよく見られることである。
最大換気量（MVV） 単位時間あたりに.できるだけ速く.できるだけ深く呼吸することによって得られる換気量。 o その結果得られた換気量に 5 をかけて 1 分あたりの最大換気量を求める。 気道の開存性.肺や胸郭の弾力性.呼吸筋の強さを測定する簡単なストレステストです。 胸部手術の能力を示す指標として使われることが多い。
Force spirometry (FVC) できるだけ速い速度で行う呼気スパイロメトリー。 これより.第1秒間に吐き出された量と力肺活量との比を算出することができる。 労作スパイロメトリーは.現在最も優れた測定法である o 大気道の呼気相抵抗を反映する。 慢性気管支炎.気管支喘息.肺気腫の診断補助として使用できる。 o 気管支拡張薬の効果を評価することもできる。
ピーク呼気流量（PEFR） 全肺量位置の時 o 最高呼気流量計まで強く速く吹く o 最高呼気流量を観察する。 測定方法はシンプルpで行いやすい。 呼吸器疾患の疫学調査に広く用いられ.特に気管支喘息の状態や転帰の判定に有用である。 喘息患者の24時間動態観察では.午前0〜5時に呼気ピーク流量の最低値が見られることが多い。
肺換気血流比 吸入した空気は肺胞に到達した後.肺胞毛細血管で酸素と二酸化炭素を血液と交換する。 肺の組織と血流は重力の影響を受けるため.上下の肺のすべての部分で換気と血流が完全に一様になるわけではありません。 肺の換気量と1分間の血流量が平均して一定の比率（4s5）を保つことができれば.ガス交換は正常に行われる。
ガス分布の不均一性を反映する肺機能測定として.窒素ウォッシュアウト率.Phase IIIスロープ率などがある。 健常者の場合.純酸素で7分間洗浄した後の肺胞窒素濃度は2.5%未満である。 III相勾配は.純酸素吸入後.全肺容積o 750mlと1250mlの呼気まで残留ガス位置でのガスによる増加窒素濃度の平均が1.5％を超えないこと。 小気道機能低下 p 長期喫煙者や肺気腫の患者さんは.ガスの分布が不均一になることがあります。
肺換気が正常な場合 p 肺毛細血管血流の減少または閉塞 o 肺胞デッドスペース量の増加 o 換気量／流量比の増加 r 肺気管支閉塞の場合 o 局所血流の不十分な酸素化 o 生理的シャントの形成 o 換気量／流量比の減少。 換気量／流量比を反映する肺機能検査には.生理的デッドスペース測定 p 肺胞動脈血の微分酸素圧測定 p 生理的シャント測定 がある。 生理的死腔の増加は.赤色肺気腫や肺塞栓症などの病態で見られる。 生理的分画流の増加は.チアノーゼ性肥大型肺気腫や成人呼吸窮迫症候群などの障害で見られる。
小気道換気機能 吸気状態で内径Q2mmの細気管支を小気道と呼ぶ。 o 小気道抵抗は全気道抵抗の20％しか占めない。 大きな気道抵抗を反映する従来のスパイロメトリーでは発見が困難である。 小気道抵抗は.低肺量レベルですでに測定可能である。 r 小気道病理は.初期段階では可逆的である。 小気道機能を調べるには.一般的に2つの方法があります。 最大呼気流量-体積曲線（MEFR）は.全肺容積での呼気から残気量までの間の各瞬間の呼気流量を見るものである。 小気道機能が低下している場合 o 呼気肺量の50％以上が流れの影響を受けている場合 o 特に呼気肺量の75％が存在する場合。
閉塞容積（CV）は.肺の総容積を一定の速度で吐き出すと.肺の底部にある小さな気道が閉じ始めるときに.吐き出し続けることができる空気の容積を測定するものです。 閉鎖容積/吸気量の増加は.肺底部の小気道の早期閉鎖を示す。 小気道の病理や.肺の弾性収縮力の低下によって引き起こされることがあります。
小気道機能の障害は.大気汚染にさらされた患者.長期ヘビースモーカー.揮発性化学物質への長期暴露.早期じん肺.細気管支ウイルス感染.寛解期の喘息.早期肺気腫.間質性線維化などによく見られる。
呼吸器系
呼吸運動の力学的観点からの解析。
コンプライアンス：単位圧力の変化により生じる単位体積の変化 o すべての弾性体に共通する性質である。 呼吸コンプライアンスは.その構成要素によって.全コンプライアンス.胸壁コンプライアンス.肺コンプライアンスに分けられる。 肺コンプライアンスは.肺胞と胸腔の圧力の差によって生じる肺体積の変化であり.胸壁コンプライアンスは.胸腔と大気の圧力の差によって生じる肺体積の変化であり.肺コンプライアンスは.肺胞と胸腔の圧力の差によって生じる肺体積の変化である。 肺のコンプライアンスは.静的コンプライアンスと動的コンプライアンスに細分化することができる。 o 気流が一時的に遮断されたときに呼吸サイクル中に測定される肺コンプライアンスは.静的肺コンプライアンスである。 前者は肺組織の弾力性を反映しており.後者は気道抵抗の影響も受ける。 肺コンプライアンスの低下は.主に肺線維症.肺水腫.無気肺.肺炎などで見られ.肺の拡張が制限される。 肺気腫では.肺胞壁の弾性繊維の減少により肺のコンプライアンスが増加するため.肺の容積をあるレベルまで拡張するのに必要な圧力は.正常な肺よりも低くなります。
肺コンプライアンス測定のもうひとつの臨床的応用は.呼吸数増加（通常30および60呼吸/分以上）の存在下での動的肺コンプライアンスの測定である。 o この測定は.小気道機能不全の指標として使用することができる。 病的な小気道の閉塞により呼吸数が増加すると.肺のコンプライアンスは低下する。 このコンプライアンスの変化は呼吸数に影響され.周波数依存型コンプライアンスと呼ばれる。
気道抵抗 単位流量あたりに必要な圧力の差。 これは一般に.換気量1リットル/秒のときの圧力差（センチメートル柱）で表される。 気道抵抗の増大は.慢性気管支炎 p 気管支喘息の急性増悪 p 腫れた癌 p 瘢痕組織または他の閉塞性換気障害の原因において見られるものである。 肺気腫では.気管支の円周方向の引っ張りに対して肺の弾力性が弱まり.呼気の際に気管支が引っかかりやすくなるため.気道抵抗が増加します。
呼吸仕事 空気が気道を出入りする際に.肺.胸壁.腹部臓器の抵抗に打ち勝つために使われるエネルギー。 肺や胸壁の抵抗には.弾性抵抗と非弾性抵抗がある。 穏やかな呼吸時に呼吸筋の収縮によって行われる仕事は.基本的に吸気時に使われ.呼気時の肺の弾性収縮は.呼気時の組織に対する空気の非弾性抵抗に打ち勝つのに十分である。 通常の人体が穏やかな呼吸をしているときの総酸素消費量は200〜300ml/minoであり.呼吸器官の酸素消費量は総酸素消費量の5％未満である。 呼吸器の全酸素消費量の割合は.1分間の換気量の増加とともに増加します。
拡散機能 肺の主な機能はガス交換.すなわち酸素と二酸化炭素の交換である。 肺でのガス交換は肺胞で行われ.拡散の原理に従って行われる。すなわち.ガス分子は高い分圧から肺胞毛細血管膜（血液ガスバリア）を通って低い分圧へと拡散し.膜の両側でガスの圧力が均衡するようになる。 分圧とは.混合ガス中の特定のガスの全圧oに占める割合のことである。 肺胞ガス中の酸素分圧は.肺胞膜の毛細血管中の酸素分圧よりも高いので.酸素は肺胞から肺胞膜を通って毛細血管に拡散し.赤血球中のヘモグロビンに結合する。 血液中の二酸化炭素の分圧は肺胞内のガスの分圧より高い。 o したがって.二酸化炭素は血液から肺胞に拡散する。 二酸化炭素は酸素の20倍の拡散能力があるため.拡散が損なわれると.主に酸素の拡散が損なわれることになります。 拡散の低下は.主にびまん性間質性線維症などの間質性肺疾患や.肺胞壁の損傷により拡散面積が減少する肺気腫.ヘモグロビンが減少する貧血などで認められ.肺の拡散を低下させることがあります。
血液ガス輸送
酸素と二酸化炭素の輸送を含む。
酸素の運搬。 酸素は血液中で2つの形態で輸送される o ヘモグロビンへの物理的溶解と結合 酸素はヘモグロビンと結合してオキシヘモグロビンを形成する これが血液中の酸素の存在と輸送の主な形態である。 ヘモグロビンに対する酸素化ヘモグロビンの割合を酸素飽和度と呼びます。 物理的に溶解している酸素は動脈血中の酸素量の1.5％に過ぎないが.酸素飽和度は物理的に溶解している酸素の血中分圧の変化に大きく依存し.直線関係ではなく.S字型の曲線を描く o この曲線はオキシヘモグロビン解離曲線として知られている。 この曲線は.分圧が90-100mmHgのときに動脈血の酸素飽和度が95%に達し.分圧が60mHgに低下しても酸素飽和度は90%に達することを示しています。 体内の組織への酸素供給は.血液中の酸素飽和度に大きく依存している。
二酸化炭素の輸送 物理的に溶解している二酸化炭素は.全血中の二酸化炭素の5％程度に過ぎないが.呼吸調節や体内の酸塩基平衡に重要な役割を果たしている。 重炭酸塩は動脈血中の全炭酸ガスの約88-90%を占める o そのうちの約25%は赤血球に含まれる o 75%は血漿に含まれ.血液中の炭酸ガス輸送の最も重要な形態である。 赤血球に流入した二酸化炭素のごく一部は.ヘモグロビンのαアミノ基と結合してヘモグロビンカルバメートを形成することがある。
呼吸運動の制御と調節は.3つの経路で行われる。
呼吸の中枢制御と調節 人間の呼吸はランダムであると同時に不随意である（＝自律的である）。 o 自律的な呼吸のリズムは.延髄のいくつかの神経構造に由来する。
呼吸の神経反射調節中枢神経系は.様々な受容体からのインパルスを受けて呼吸を調節している。 肺が拡張したり収縮したりすることで.テンソル反射（別名：ヘリング・ブロイユ反射）という呼吸の反射的変化が起こり.吸気が抑制されて深すぎたり長すぎたりするのを防ぐことができます。
呼吸の化学受容 呼吸に関連する化学受容器は.その位置によって中枢性と末梢性に分けられる。 中枢性化学受容器は.延髄表面の腹側ギロチン部にあり.二酸化炭素に感度を持つ。 末梢性化学受容器は頚動脈と大動脈小体にあり.主に低酸素に感応する。
呼吸リズムの異常は.呼吸の制御や調節の障害によって引き起こされることがあります。
運動負荷試験
一定の運動負荷により心肺機能の変化を観察する。 身体の呼吸器や循環器には大きな機能的予備能があるため.症状が出る前に心肺機能の低下が見られることがあります。 運動負荷テストは.肺機能の初期の変化をより敏感に示すことができます。 息切れは一般的な症状であり.運動負荷試験により.息切れの原因が心臓や肺の臓器そのものの障害によるものか.心理的要因によるものかを特定することができます。 前者の場合.運動負荷試験により心肺機能に変化が生じることがありますが.後者の場合は大きな変化はありません。 珪肺症などの職業性疾患については.病歴.徴候.胸部X線検査.肺機能検査や運動負荷試験などに加え.労働者の把握も重要な客観的指標となる。 運動負荷試験は.誘発試験と呼ばれる心肺機能障害や症状の発現を引き起こす可能性のある患者もいます。 喘息患者の中には.運動誘発試験で肺換気量が低下し.喘息発作を起こす人もいます。 早期の冠動脈疾患では.運動負荷試験により心電図変化や狭心症発作などの症状が誘発されることがあります。
臨床応用
臨床診断の補助となる。 o 肺機能障害の有無.性質.程度を判断する。 間質性肺疾患など.拡散機能の低下が初期症状として現れる肺疾患の早期診断ツールになります。 小気道機能の異常は.慢性気管支炎などの慢性閉塞性肺疾患における肺機能障害の初期症状として現れることがあります。 例えば.気管支喘息患者における気管支拡張剤の有効性の重要な指標として.臨床治療の指針として使用することができます。 また.アレルギー疾患における気道アレルギーの測定や睡眠呼吸生理学の研究など.臨床研究にも利用できる。 胸部外科手術における術前の肺機能測定は.手術の完成度を判断する上で有用である。 労働衛生・疾病分野における役割は.以下の通りです。