衛生管理者 労働生理 問13：呼吸

正しいのはウです。肺胞の中の空気（肺胞気）は、外の空気（大気）と比較して酸素分圧が低く、CO₂分圧が高くなっています。なぜなら肺胞では酸素が血液に取り込まれ（酸素分圧が下がる）、CO₂が血液から放出される（CO₂分圧が上がる）からです。

各誤りの要点: ア→ガス交換は分圧差による受動拡散（能動輸送ではない）です。イ→酸素分圧は動脈血の方が高く、CO₂分圧は静脈血の方が高い（選択肢と正反対）。エ→末梢組織ではO₂は血液から組織へ、CO₂は組織から血液へ移動します（選択肢と逆）。オ→CO₂の方がO₂より約20倍拡散しやすく（拡散障害は先にO₂で起きる）、CO₂が先に拡散障害を起こすという記述は誤りです。

各選択肢の正誤と根拠:

• ア（誤）: 肺でのガス交換（外呼吸）は分圧差による受動拡散で行われます。エネルギー（ATP）を必要とする能動輸送ではありません。O₂は肺胞気中の高い分圧から毛細血管中の低い分圧へ、CO₂は毛細血管中の高い分圧から肺胞気中の低い分圧へ、それぞれ分圧勾配に従って自然に拡散します。

• イ（誤）: 肺でO₂を受け取った後の動脈血はO₂分圧が高く（約95〜100mmHg）、組織でO₂を渡した後の静脈血はO₂分圧が低い（約40mmHg）。CO₂については組織でのCO₂発生を受けた静脈血がCO₂分圧が高く（約46mmHg）、肺でCO₂を放出した後の動脈血がCO₂分圧が低い（約40mmHg）。選択肢の記述は正反対です。

• ウ（正）: 大気のO₂分圧≒159mmHg（大気中O₂=約21%、大気圧760mmHg）。肺胞気のO₂分圧≒100mmHg（大気より低い）。肺胞気のCO₂分圧≒40mmHg（大気ではほぼ0.03%=約0.3mmHg、肺胞気はCO₂が多い）。

• エ（誤）: 末梢組織（内呼吸）では代謝によりO₂が消費されてO₂分圧が低く（約20〜40mmHg）、CO₂が発生してCO₂分圧が高い（約46〜50mmHg）。このためO₂は血液から組織へ（血液のO₂分圧＞組織のO₂分圧）、CO₂は組織から血液へ（組織のCO₂分圧＞血液のCO₂分圧）移動します。

• オ（誤）: CO₂は水への溶解度が高く（水溶性が高い）、ガスの拡散係数もO₂より約20倍大きいとされます。したがって肺胞壁のガス移動速度はCO₂の方がO₂より速く、肺胞拡散障害（間質性肺炎等）ではO₂の拡散障害が先に出現します。

【理論的背景】

呼吸の本質は「外呼吸（肺でのガス交換）」と「内呼吸（組織でのガス交換）」の連鎖によって、大気中のO₂を細胞内ミトコンドリアへ届け、代謝産物のCO₂を肺から排出することにあります。

ガス交換の物理的基礎（フィックの法則）:

• 拡散速度 ∝ （分圧差 × 拡散係数 × 面積）/ 厚さ
• 拡散係数 ∝ ガスの溶解度 / √分子量
• CO₂: 溶解度は約24倍（O₂と比較）・分子量44（O₂の32より若干大）→拡散係数はO₂の約20倍
• したがって同じ分圧差なら、CO₂の方がO₂よりはるかに速く拡散する
• これが「間質性肺炎・肺線維症ではO₂の拡散障害が先に現れ、CO₂蓄積は通常起きにくい」理由

主要ガス分圧の正常値（mmHg）:

| 部位 | PO₂（mmHg） | PCO₂（mmHg） |

|---|---|---|

| 大気（乾燥・海面） | 159 | 0.3 |

| 肺胞気 | 100 | 40 |

| 動脈血 | 95〜100 | 38〜42（≒40） |

| 静脈血（混合） | 40 | 46 |

| 組織 | 20〜40 | 46〜50 |

【実務・条文構造】

職場での低酸素・ガス交換障害の実際:

換気血流比（V/Q比）ミスマッチ:

• 肺胞が換気されているが血流がない（死腔換気: V/Q→∞）: 肺塞栓症、肺気腫
• 血流があるが換気されていない（シャント: V/Q→0）: 無気肺、肺炎、RDS
• V/Q不均等→O₂の効率的な移動が妨げられ、低酸素血症が起きやすい

高山・低気圧環境での労働:

• 高山（例: 3,000m）では大気圧が約530mmHg→大気O₂分圧≒111mmHg（海面の70%）
• 肺胞O₂分圧が低下→ヘモグロビンの酸素飽和度（SpO₂）低下→組織低酸素
• 建設業・山岳作業での高山病リスク管理が重要

酸素欠乏症（酸欠）との区別:

• 酸欠則の定義: 酸素濃度18%未満の状態（通常21%）
• 酸素濃度18%未満では大気O₂分圧が低下→肺胞O₂分圧低下→動脈血PO₂低下→組織酸素供給不足→意識障害・死亡
• 坑道・タンク・地下ピット等の酸欠危険場所での作業は酸欠則の規制対象

CO₂の血中輸送の3様式:

1. 溶解（物理的溶解）: 約7〜10%

2. カルバミノ化合物（ヘモグロビンとの直接結合）: 約15〜25%

3. 重炭酸イオン（HCO₃⁻）として: 約60〜70%（最多）

→ CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻（炭酸脱水酵素で促進）

【試験での位置づけ】

ガス交換問題では「ガス交換は分圧差による受動拡散（能動輸送ではない）」「動脈血：O₂高・CO₂低、静脈血：O₂低・CO₂高」「末梢組織：O₂は血液→組織、CO₂は組織→血液」「CO₂の方がO₂より拡散しやすいためO₂の拡散障害が先に出る」の4点が最頻出です。アのような「能動輸送」誤り、イやエのような方向の逆転誤りは典型的な引っかけです。

【各選択肢の発展補足】

• ア: なぜ生体のガス交換が受動拡散で十分なのか。肺胞の表面積は成人で約70〜100m²（テニスコートの半分程度）という巨大さと、肺胞壁（約0.5μmの薄さ）の組み合わせにより、高い拡散効率が得られます。これが能動輸送なしに血液を完全に酸素化できる理由です。
• ウ: 肺胞気O₂分圧が大気より低い（159→100mmHg）のは、(1)肺胞気は呼気中のCO₂で希釈されること、(2)肺胞からO₂が常に血液へ移動しているため、の2つの理由によります。「肺の中は真新しい大気で充満している」という誤解を修正しましょう。
• オ: 間質性肺炎・肺線維症では肺胞壁が厚く・硬くなるため、O₂の拡散障害が起きます。CO₂は拡散力が強いため、間質性変化が進んでもCO₂蓄積（高CO₂血症）は起きにくく、むしろ低O₂血症が先行します。これが間質性肺炎患者が「息苦しいのにCO₂は正常」という病態（I型呼吸不全）を示す理由です。

【根拠】医学的事実（確立した生理学）。ガス交換が分圧差による受動拡散であること・O₂とCO₂の分圧の関係・CO₂の高い拡散係数は呼吸生理学の基礎概念として確立。

【補足】肺胞でのガス交換は受動拡散（能動輸送でない）。動脈血はO₂高・CO₂低、静脈血はO₂低・CO₂高。末梢組織ではO₂は血液から組織へ、CO₂は組織から血液へ。CO₂はO₂より拡散しやすく、拡散障害ではO₂が先に障害される。