主な違い – 体内呼吸と体外呼吸
動物のガス交換では、酸素と二酸化炭素が肺や代謝組織で血液の中を出入りしています。
酸素は細胞呼吸に使われ、細胞の機能を果たすための代謝エネルギーを作り出します。
細胞呼吸の過程で、老廃物として二酸化炭素が発生する。
ガス交換は、肺の呼吸膜と骨格筋などの代謝組織で行われる。
各ガスの分圧勾配により、呼吸膜を通過する拡散の方向と速度が決定される。
内呼吸と外呼吸の大きな違いは、内呼吸が代謝組織の呼吸膜を介したガス交換を指すのに対し、外呼吸は肺の呼吸膜を介したガス交換を指す点です。
本稿では、その検証を行う。
- 内呼吸とは
– 定義、プロセス、機能 - 体外呼吸とは
– 定義、プロセス、機能 - 内部呼吸と外部呼吸の違いとは？
内部呼吸とは
血液と代謝を行う組織との間のガス交換を内呼吸という。
骨格筋などの組織は、細胞が食物（主にブドウ糖）を燃焼させてATPというエネルギーを作り出す細胞呼吸を行うために酸素を必要とします。
ATPは細胞の機能を駆動するために使用されます。
細胞呼吸はミトコンドリアで行われます。
細胞呼吸の際に老廃物として二酸化炭素が発生する。
そのため、組織内の代謝を行う細胞は酸素の需要が高く、一方で二酸化炭素は細胞から除去されることになる。
つまり、組織内では酸素分圧が低く、二酸化炭素の分圧が高い。
しかし、血液中では、酸素分圧は高く、二酸化炭素分圧は低い。
したがって、酸素は血液から組織に拡散し、二酸化炭素は組織から血液に拡散する。
酸素分圧（PO2）は100mmHgであり、組織細胞内では40mmHgです。
酸素交換は、組織内の呼吸膜の両側で平衡になるまで続けられる。
その結果、最終的な血液中の酸素濃度は40mmHgとなる。
ガス交換は組織の血液毛細血管で行われる。
この酸素欠乏血液は、静脈によって心臓を経て肺に運ばれる。
図1に代謝組織での内呼吸の様子を示す。
図1: 内呼吸の様子
外部呼吸とは
肺でのガス交換を外呼吸という。
呼吸膜の片側である肺胞気は体外に位置している。
代謝組織から運ばれてきた酸素欠乏血液は、肺毛細血管を流れ、肺胞空気から酸素が血液中に拡散する。
二酸化炭素は血液から肺胞内の空気に拡散する。
血液中の酸素分圧（PO2）は最大で100mmHgまで上昇する。
血液中の二酸化炭素分圧（PCO2）は45mmHg、肺胞の空気中の二酸化炭素分圧は40mmHgです。
したがって、血液から肺胞空気中への二酸化炭素の交換が行われる。
酸素と二酸化炭素の交換は、それぞれのガスの平衡が確立されるまで行われる。
肺から出た血液の最終的なPO2は100mmHg、PCO2は40mmHgです。
このように、肺から出た血液は酸素富化血液と呼ばれる。
この酸素富化血液は、酸素の要求が高い代謝組織に流れ、その要求に応えます。
酸素も二酸化炭素も、赤血球に含まれるヘモグロビンと結合して血液中を運ばれる。
二酸化炭素の一部も血漿に溶けて運ばれる。
肺での外呼吸の様子を図2に示す。
図2：外呼吸の様子
内部呼吸と外部呼吸の違い
定義
内部呼吸。
内呼吸とは、代謝組織の呼吸膜を介したガス交換のこと。
外呼吸。
肺の呼吸膜を介したガス交換を指す。
酸素交換方向
内呼吸です。
内呼吸：血液から組織へ酸素を拡散させる。
外呼吸。
外呼吸：肺胞内の空気から血液中に酸素が拡散する。
PO2
内呼吸の様子 内呼吸：血液中の酸素濃度は100mmHgから40mmHgに低下する。
外呼吸。
外呼吸では、血液中のPO2が40mmHgから100mmHgに増加する。
二酸化炭素の交換方向
内呼吸です。
内呼吸：組織から血液中に二酸化炭素が拡散する。
外呼吸。
外呼吸：二酸化炭素は血液から肺胞空気中に拡散する。
PCO2
内呼吸の様子 内呼吸のとき、血液中のPCO2は40mmHgから45mmHgに上昇する。
外呼吸。
外呼吸では、血液中のPCO2は45mmHgから40mmHgに減少します。
外部環境との相関
内部呼吸。
内部呼吸は内部環境とのみ相関があります。
外部呼吸。
外部呼吸は、内部環境と外部環境の両方と相関があります。
結論
内呼吸と外呼吸は、酸素と二酸化炭素の交換が行われる2つのプロセスです。
内呼吸は代謝を行う組織の呼吸膜で起こる。
ミトコンドリア内では、ATPというエネルギーを生産する細胞呼吸が行われる。
細胞呼吸には酸素が必要であり、老廃物として二酸化炭素が発生する。
したがって、細胞のプロセスをバランスのとれた状態に維持するためには、血液によって酸素の連続的な流れを維持する必要があります。
酸素は内呼吸によって血液から組織へ供給される。
酸素が不足した血液は肺に運ばれ、そこで外部呼吸が行われる。
酸素は肺胞内の空気から血液に拡散する。
内呼吸と外呼吸の主な違いは、ガス交換の方向と、それぞれの過程が行われる場所にある。
定義とプロセス”. スタディ・ドット・コム．N.p., n.d. Web. 2017年5月28日付。
(CC BY 3.0) via Commons Wikimedia
2. “2319 Fig 23.19″ By OpenStax College – Anatomy &; Physiology, Connexions Web site. 2013年6月19日。
