呼吸の不思議

心拍動は自力で止められないのですが、呼吸は自力で止められます。もちろん、いつもより深く、意識的に深呼吸することもできるし、時には大きく息を吐き出して「ため息」をつくこともあります。呼吸というのは、心拍動よりはるかに「自由が効く」 活動なのです。だが、我々はいつも自分の意図で呼吸をコントロールしているわけではありません。

「今日は１分に１８回呼吸しよう」などと思って呼吸する人はいないでしょう。ほとんどの場合、呼吸は無意識に行われているのです。人差はありますが、呼吸の回数は１分間におよそ１２〜２０回、１日に約２・５万回、１年で約１０００万回、一生で約８億回にもなります。また、自由に呼吸を止められても、永遠に止めていられるわけではありません。

せいぜい一分もすれば苦しくなり、再び呼吸せずにはいられなくなります。激しく運動すれば、意識せずとも自然に呼吸は速くなります。つまり呼吸とは、ほとんど「自動」で、しかしある程度は「手動」でコントロールできる、不思議な活動なのです。一体、どのようにしてこのしくみが維持されているのだろうか？

まず、呼吸を自動的にコントロールする中枢は、脳幹というところにあります。この呼吸中枢が血液中の酸素や二酸化炭素の量(分圧)、pH (酸性・アルカリ性の程度を一定に保つため、呼吸のリズムを規定してくれます。呼吸を止めても。

また、心臓から出てすぐの大動脈弓と呼ばれる部位と、首の太い動脈である頸動脈には、血液の酸素・二酸化炭素分圧・pHの変化を検知する器官があります。これらはいわば前線にいる偵察隊です。それぞれ「大動脈小体」「頸動脈小体」と呼ばれています。この偵察隊が、司令官である脳幹に戦況を伝えるのです。

このしくみを解明したベルギーの生理学者コルネイユ・ハイマンスは、１９３８年にノーベル医学生理学賞を受賞しています。一方、我々が「考える」ときに使うのは大脳皮質です。好きなように息こらえをしたり、深呼吸したりできるのは、大脳皮質も呼吸運動を制御できるからです。これを随意的呼吸調節という。

そして、呼吸を止めてもいつか耐えられなくなるのは、呼吸中枢の指令が大脳皮質の指令より優先されるようにできているからです。呼吸中枢は生命に直接かかわる機能を担うのです。これを大脳皮質に任せるような「危なっかしい」しくみにはなっていないのです。では、実際どのようにして肺で空気の出し入れを行っているのだろうか？

肺そのものに膨らむ力があると思われがちですが、実はそうではないのです。肺は単なる風船のようなもので、それ自体が変形する力を持っているわけではないのです。ペットボトルを中ほどで切り、底に膜を張った模型を想像してみよう。上部の口は開いていて、二つの風船と空気の出入りが可能な状態です。

この模型での風船が肺で、風船につながる二股の管が気管、底の膜が横隔膜、ペットボトル内は胸腔と呼ばれる空間に相当する。底の膜を下に引っ張ると、ペットボトルの中の気圧が下がります。すると、それに釣り合うように外から風船に空気が入ってきます。

風船の中の気圧がペットボトルの内部の気圧と等しくなるまで風船は膨らむ。これが空気を吸うときの動きです。逆に、底の膜を引っ張る手を緩めると、ペットボトルの中の気圧がもとに戻り、風船の中の空気が自然と外に出ていく。これが空気を吐くときの動きに相当する。

つまり、肺自体が「自力で」大きさを変えるのではなく、胸腔内の気圧に合わせて肺が自然に膨らんだりしぼんだりしているのです。激しい運動時は、肩の筋肉も胸郭を広げるのに使われます。全速力で走り込んだ運動選手が、肩を上下させる様子を想像するとわかりやすいでしょう。

この呼吸運動に関する情報は、知覚神経を通して呼吸中枢に伝わり、呼吸リズムの調節に利用されます。「今はどのくらい吸った状態なのか、あるいは吐いた状態なのか」をリアルタイムに認識し、適切に指令を出す必要があるからです。

なお、横隔膜は薄い「膜」として描かれ、名前にも「膜」が入っているのですが、実際には分厚い筋肉です。 焼肉でいえば、横隔膜は「ハラミ」です。ロースやカルビと同じように、いかにも見た目が「筋肉らしい」ことを思えばイメージしやすいでしょう。

前述した通り、臓器をイメージするときは、焼肉のメニューを想像すると極めてわかりやすいです。人間もまた、自然界に多く存在する脊椎動物の一種にすぎず、臓器の姿形は他の動物とよく似ているからです。

外科医は、手術を受けた人やその家族に、切除した臓器を見せます。特に、切り開いた小腸や大腸を見た人は、まさにその姿が「ホルモン」そっくりであることに、妙に納得するものです。人間の臓器を見るのが初めてでも、目の前の実物は全くもって既視感のある姿をしているからです。

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