死腔

死腔（デッドスペース）

死腔（しくう、英: dead space）とは、呼吸器系の中で、吸い込んだ空気が到達するものの、血液との間で酸素や二酸化炭素のやり取り（ガス交換）が実際には行われない空間、あるいはその空間に存在する空気を指す言葉です。空気の通り道として機能する気道の一部であり、換気はされるものの、呼吸の主要な目的であるガス交換には直接的に関与しません。

私たちの呼吸器系は、外界の空気を取り込み、肺の奥深くに位置する肺胞へと運びます。肺胞は毛細血管に囲まれており、ここで空気中の酸素が血液に取り込まれ、血液中の二酸化炭素が空気中に放出されるガス交換が行われます。しかし、空気は肺胞に到達するまでに、鼻腔、咽頭、喉頭、気管、気管支、そして終末細気管支という一連の管状構造を通らなければなりません。この管状の導管部分は、空気を運ぶ役割は果たしますが、その壁を介したガス交換はほとんど行われません。このガス交換が行われない導管部分が、死腔の主な構成要素となります。

呼吸のたびに吸い込まれる空気の一部は、この死腔を満たすだけで肺胞には届きません。この死腔に留まった空気は、次の呼気によってそのまま体外に排出されます。つまり、死腔の容積に相当する換気量は、ガス交換という観点からは「無駄」な換気量と見なすことができます。

死腔は、主に二つのカテゴリーに分類されます。

1. 解剖学的死腔 (Anatomical Dead Space): これは、ガス交換機能を持たない気道の構造そのものが占める物理的な容積を指します。具体的には、鼻腔から終末細気管支までの部分です。健康な成人であれば、その容積は約150ミリリットル程度とされており、これは呼吸器全体の容積から、ガス交換が活発に行われる肺胞の容積を差し引くことで算出されると考えられます。

2. 生理学的死腔 (Physiological Dead Space / 全死腔): これは、吸い込まれた空気のうち、実際にガス交換に関与しなかった空気の総量を意味します。これには、上記で述べた解剖学的死腔に含まれる空気の量に加えて、肺胞に到達したにもかかわらず、血流が不十分であったり、肺胞自体が損傷・機能不全を起こしていたりするなどの理由で、ガス交換が効果的に行われなかった肺胞内の空気の量も含まれます。健康な状態では、肺胞のほとんどが正常に機能しているため、生理学的死腔の容積は解剖学的死腔とほぼ等しくなります。しかし、肺炎や肺気腫、肺塞栓症などの肺疾患が存在する場合、機能しない肺胞が増加するため、生理学的死腔は解剖学的死腔よりも大きくなります。したがって、生理学的死腔の測定は、肺のガス交換機能の障害の程度を評価する指標となり得ます。

死腔の量を正確に把握するためには、Bohrの式と呼ばれる計算式などが利用されます。この式は、吸気および呼気の二酸化炭素濃度と、動脈血中の二酸化炭素濃度（または分圧）を用いて死腔量を算出します。

死腔の大きさ、特に解剖学的死腔の容積は、気道の状態によって変動することがあります。気管支などの気道壁には平滑筋が存在しており、この筋肉の収縮や弛緩によって気道の内径が変化します。例えば、副交感神経の刺激やアセチルコリンという神経伝達物質は、気道平滑筋を収縮させ、気道を狭める方向に作用します。一方、交感神経の刺激やアドレナリン作動薬は、気道を弛緩させ拡張させる方向に作用します。このような気道の径の変化は、その容積、すなわち死腔容積に影響を与え、肺胞へ到達する空気の流れ方や量にも変化をもたらす可能性があります。

死腔は、呼吸の効率を考える上で重要な概念です。一回の呼吸で換気される総量（1回換気量）のうち、死腔を満たす空気はガス交換に寄与しないため、実際に有効なガス交換を行う肺胞換気量は、「1回換気量から死腔量を差し引いた量」となります。死腔換気量が大きくなると、同じ総換気量であっても有効な肺胞換気量が減少し、必要なガス交換を維持するためにはより頻繁に、あるいはより深く呼吸をする必要が生じます。特に生理学的死腔の増加は、肺の機能障害を反映しており、呼吸困難などの症状の原因となることがあります。

このように、死腔は単なる解剖学的な空間であるだけでなく、呼吸のメカニズムや肺の機能状態、さらには呼吸効率や臨床的な病態を理解するための基礎となる重要な概念です。

関連事項

1回換気量
呼吸

もう一度検索