中学受験理科講座　動物とヒトのからだ(2)〜呼吸と循環〜

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呼吸

呼吸のはたらき

Haru_You

生物はすべて呼吸しているのはあたりまえだけど、なんのために呼吸するんだかわかるかい?

だって呼吸しないと苦しくなるし･･･。
でも、苦しくなるってのは体が呼吸を求めてるってことだよね。

はるか

Haru_You

生物が呼吸をしないといけないのは、生命活動のエネルギーを呼吸によって得る必要があるからだよ。

じゃあ、吸い込んだ空気がエネルギーになるの?

はるか

Haru_You

いや、吸った空気から体内に酸素を取り込み、体内で酸素を養分と結びつけることでエネルギーを取り出しているんだ。
ところで、その養分を作り出しているのは誰だっけ?

えーと、養分は植物が光合成で作ったデンプンが元になってるんだったよね。

はるか

Haru_You

そうだね。
光合成でデンプンをつくるとき、二酸化炭素と水にエネルギーを与えてデンプンを作ったから、逆にデンプンからエネルギーを取り出すと、二酸化炭素と水に戻るんだ。
なので、はき出す空気には二酸化炭素が多く含まれるんだよ。

いろいろな生物の呼吸

Haru_You

われわれ人間が呼吸している場所はどこかというと･･･

鼻と口でしょ。

はるか

Haru_You

いや、息を吸い込みはき出すのは鼻と口だけど、ここでいう呼吸とは酸素と二酸化炭素を交換することなので、呼吸する場所は肺といえるんだよ。
人間だけでなく、ほ乳類と鳥類とハ虫類、それに両生類の成体も肺で呼吸するね。

両生類の子どもは･･･オタマジャクシか。

はるか

Haru_You

うん、魚類と両生類の子どもはえらで呼吸するね。

こん虫とかはどうやって呼吸しているの?

はるか

Haru_You

こん虫は腹部に空いた気門で空気を取り入れ、気管で酸素と二酸化炭素を交換しているよ。

ヒトの呼吸

肺胞

Haru_You

口・鼻で取り込んだ空気は気管を通って肺に届き、肺で酸素と二酸化炭素が交換されるんだ。

肺はどういうつくりになっているの?

はるか

Haru_You

気管が枝分かれした気管支の先に肺胞という小さな袋があるんだ。
肺胞は毛細血管に取り囲まれていて、酸素を血液に渡し、血液によって運ばれてきた二酸化炭素と交換するんだ。

肺が袋になっているんじゃなくて、肺の中に小さな袋がたくさんあるってこと?

はるか

Haru_You

うん、小さい袋状にすることで表面積を大きくして吸収の効率を高めているんだ。

呼吸の運動

肺で気体を交換するのはいいけど、どうやって空気を肺に送り込むの?

はるか

Haru_You

そのために口・鼻で空気を吸い込み、はき出しているんだよ。
だけど肺自体には筋肉もなくて動かせないから、代わりにろっ骨や横隔膜を動かすんだ。
ろっ骨を上げると胸郭が広がり空気を吸い込み、ろっ骨を下げると空気を追い出すことになるんだ。

横隔膜ってなに?

はるか

Haru_You

横隔膜は胸と腹の境目にあたる部分だね。
横隔膜を下げると胸郭が広がって息を吸い込み、横隔膜を上げると胸から空気を追い出すんだ。
この横隔膜が勝手に動いちゃうのがしゃっくりだね。

ヒトの心臓

右心と左心

Haru_You

続いて、心臓のつくりについて説明するよ。
まず、心臓はにぎりこぶし大の筋肉のかたまりで、その内部はヒトの心臓の場合右心房・右心室・左心房・左心室という4つの部屋に分かれているんだ。

中で上下左右にしきられて、4つの部屋にわかれているのか。

はるか

Haru_You

このとき気をつけてほしいのが、心臓の図はヒトの正面から見て考えるので、向かって右側が左心、左側が右心になることだね。

左右が逆になるんだね。

はるか

Haru_You

また、左心に流れる血液は肺で酸素を受け取り、全身に送り出される酸素を多く含んだ動脈血で、右心を流れる血液は全身をめぐってきた二酸化炭素を多く含む静脈血になっているからね。

心房と心室

Haru_You

次に心臓を上下にわけた部屋だけど、上の部屋を心房、下の部屋を心室というよ。

右心側の上の部屋が右心房、みたいに名前がつくわけだね。

はるか

Haru_You

特徴として覚えておいて欲しいのが、心室（下の部屋）から血液を送り出し、心房（上の部屋）には血液が戻ってくることだね。
「房」の字と「戻」の字が似ていることをヒントに覚えるといいよ。

どこに送り出して、どこから戻ってくるの?

はるか

Haru_You

左心室から全身に送り出し、全身から右心房に戻ってくるんだ。
で、右心室から肺に送り出し、肺から左心房に戻ってくるよ。
この話は循環のところで詳しくしようか。

セキツイ動物の心臓

魚類の心臓

Haru_You

ここでヒト（ほ乳類）以外の心臓も見ておくよ。
まず、魚類の心臓は1心房1心室のつくりになっている。

えーと、だとすると何が違うの?

はるか

Haru_You

全身を巡ってきた血液が心臓に戻り、そのまま送り出されることになるね。
魚類の血液は心臓を出るとえらで酸素を受け取り、全身を廻って心臓に戻るんだ。
血液の通り道が1つしかないから、酸素や養分、あるいは不要物の運搬の効率が悪くなるんだよ。

両生類・ハチュウ類の心臓

Haru_You

また、両生類の心臓は2心房1心室、ハチュウ類の心臓は心室のしきりが不完全な2心房2心室になっている。

魚よりも複雑なつくりになってるんだね。
心房が2つあるということは、血液が戻ってくる場所が2つあるということか。

はるか

Haru_You

うん、酸素を受け取った血液が肺から戻る心房と、全身をめぐった血液が戻ってくる心房が分けられているんだ。

するとどうなるの?

はるか

Haru_You

肺からの血液と全身からの血液が混ざらなければ、全身に効率よく酸素を送れるんだよ。
でも、心室が1つしかないから結局血液が混ざっちゃって効率よく肺呼吸ができないから、ハ虫類と両生類は皮膚呼吸もしているんだ。

鳥類・ホニュウ類の心臓

Haru_You

で、鳥類とホニュウ類の心臓は2心房2心室になるわけだ。

心房と心室が完全にわかれているということは、酸素を受け取った血液と全身を廻ってきた血液が混ざらないってことだよね。

はるか

Haru_You

うん、だから鳥類とホニュウ類は効率よく肺呼吸が行えるだけでなく、肝臓でうみだした体温を維持できる恒温動物になるんだよ。

そっか、両生類やハチュウ類は変温動物だけど、これには心臓のしくみも影響しているんだね。

はるか

心臓のはたらき

循環と拍動

Haru_You

ここまでにも何回か使ってきた言葉だけど、心臓を送り出された血液が全身をめぐって心臓に戻ってくることを循環というんだ。

心臓はどうやって血液を送り出してるの?

はるか

Haru_You

前にも説明したとおり、心臓は筋肉でできているから伸び縮みができるんだ。
2つの心房が縮み心室がふくらむ（血液が心室に入る）→心房がふくらみ心室が縮む（心室から血液が出され、心房に戻ってくる）を繰り返すポンプのような動きになるね。

その心臓の動きが脈拍ってことか。

はるか

Haru_You

いや、心臓の動きのことは拍動というんだ。
拍動が皮膚の表面に伝わったものが脈拍だね。

体循環と肺循環

Haru_You

ヒトには心房と心室が2つずつあるから、循環の通り道も2つできるんだ。
まず、左心室から大動脈という血管へ送り出された血液が全身をめぐり、大静脈を通って右心房に戻るのが体循環だ。
体循環によって、全身に酸素と養分が運ばれ、二酸化炭素と不要物が集められるわけだね。

でも、この循環だと酸素と二酸化炭素を交換することができないよね。

はるか

Haru_You

体循環で右心房に戻った血液は繋がった右心室に送られ、右心室から肺動脈を通って肺で酸素と二酸化炭素を交換し、肺静脈を通って左心房に戻る肺循環によって、ふたたび全身に酸素を運ぶことができるんだ。

体循環、肺循環ともに血液が送り出されるのは心室から動脈、戻ってくるのは静脈から心房なんだね。

はるか

Haru_You

うん、あとは左心室から全身に血液を送り出すために、左心室の筋肉が厚くなっていることを覚えれば循環の道筋は大丈夫だよ。

動脈血と静脈血

Haru_You

ただ、ここで間違えやすいのが動脈血と静脈血なんだ。

酸素が多いのが動脈血、二酸化炭素が多いのが静脈血だったよね。

はるか

Haru_You

うん、じゃあ肺動脈を流れてるのは、動脈血と静脈血のどっちだと思う?

えーと、動脈だから動脈血･･･?

はるか

Haru_You

いや、肺動脈は全身をめぐってきた血液が肺に送り出される血管だから、肺動脈を流れる血液は二酸化炭素を多く含む静脈血なんだ。
同様に、肺静脈は肺で酸素を受け取って心臓に戻る血液が流れる血管だから、肺静脈には酸素を多く含む動脈血が流れるからね。

なんか、めっちゃややこしいね。

はるか

Haru_You

言葉だけで覚えようとするからだよ。
きちんと全身の循環図が書ければ、左心側の肺静脈に動脈血、右心側の肺動脈に静脈血なのがよくわかるよ。

血管のつくり

動脈と静脈

]血管の名前がたくさんあって混乱するなあ。

はるか

Haru_You

成人1人の血管は一つなぎにすると長さ10万km、地球2.5周ぶんくらいあるからね。
血管をおおまかに分類すると、心臓から血液を送り出す動脈、心臓に血液を戻す静脈、それと毛細血管の3種類になるから、まずそれを覚えよう。
で、全身に繋がるのが大動脈・大静脈、肺と肝臓、腎臓にもそれぞれ動脈・静脈が繋がってると理解すればいいよ。

3種類の血管は血液の流れる向きが違うだけで同じつくりなの?

はるか

Haru_You

いや、動脈は勢いよく血液が流れるから血管の壁が厚く、弾力がある血管だね。
一方静脈は壁が薄いけど、血液の逆流を防ぐ弁がある血管というふうな違いがあるよ。

毛細血管

毛細血管はどんな血管なの?

はるか

Haru_You

毛細血管は全身の細胞に張り巡らされた、動脈と静脈の間をつなぐ細い血管だね。
この毛細血管を通して全身の細胞が血液と酸素と二酸化炭素、養分と不要物をやりとりするんだ。

消化のところで、門脈って血管がでてこなかったっけ。
あれは何?

はるか

Haru_You

毛細血管の集まりどうしをつなぐ血管が門脈で、一般的には小腸と肝臓をつなぐ肝門脈のことを指すね。
小腸の柔毛にある毛細血管で養分を吸収し、門脈を通して肝臓の毛細血管にその養分を送るんだ。

血液の成分

赤血球と白血球

ところで、血管を流れる血液って何でできてるの?

はるか

Haru_You

血液は赤血球、白血球、血小板、血しょうという4つの成分からできているんだ。
まず血球から説明すると、赤血球は中央がへこんだ円盤状の固体で、酸素の運搬を行う成分だね。

赤血球っていうくらいだから、赤いの?

はるか

Haru_You

うん、ヒトやほ乳類の血が赤く見えるのは赤血球に含まれるヘモグロビンという赤い色素（鉄を含むタンパク質からなる）によるものなんだ。
このヘモグロビンが、酸素と結びついて酸素を運搬するんだ。
ちなみにエビの仲間などはヘモシアニンという青い色素を持つから、血液も青いんだよ。

白血球のほうは何をするの?

はるか

Haru_You

白血球はアメーバのように不定形の大きい固体で、血液中の異物や細菌を包み込んで排除するんだ。
細菌を包んで殺した白血球も死んでしまうんだけど、その白血球の死体が体外に出されたものが膿（うみ）だね。

血小板と血しょう

Haru_You

血小板は血管が破れたときに傷口をふさぎ、血を固める作用がある成分で、小さな固体になっているよ。

血球と血小板はみんな固体なんだね。
だけど、血液は液体だから残った血しょうが液体ってことかな。

はるか

Haru_You

うん、血しょうという成分が血液の液体部分で、血球と養分や不要物の運搬を行っているんだ。

血しょうはただの水なの?

はるか

Haru_You

血しょうの90%くらいは水分で、タンパク質や糖類・ナトリウムなどを含んだうす黄色の透明な液体だね。

養分と不要物の移動

養分の移動

Haru_You

ここまでの説明の通り、血液は酸素と二酸化炭素、養分と不要物の運搬をしているわけだ。

酸素と二酸化炭素は肺循環をして肺でやりとりするのはわかるけど、養分や不要物はどこでやりとりするの？

はるか

Haru_You

消化された養分は、体のどこで取り込むか覚えてるよね。

小腸にある柔毛（柔突起）だったっけ。

はるか

Haru_You

うん、小腸の柔毛で取り込んだ養分は門脈という血管を通って肝臓に送られるんだ。
アミノ酸は体内でタンパク質に再度合成され、糖は肝臓でいったん蓄えられてから、一定量の養分を血液に送るんだ。

じゃあ、肝臓には糖が蓄えられてるってこと?
でも、焼鳥や焼肉のレバーって別に甘くないよね。

はるか

Haru_You

糖のままで蓄えるのではなく、肝臓で糖をグリコーゲンという物質に変化させて蓄えられるんだ。
お菓子の「グリコ」は、キャラメルに栄養たっぷりってことでその名がつけられたらしいね。
ということで、門脈は食後に多くの養分を含んだ血液が流れ、肝静脈はつねに一定量の養分を含む血液を流していることになるんだ。

不要物の移動

じゃあ、不要物はどこでやりとりされているの?

はるか

Haru_You

全身の細胞でできた不要物は、毛細血管で血液が受け取るんだ。
不要物を含む血液は、体循環で腎動脈を通って腎臓に送られるんだ。

ということは、腎臓が不要物を処理するってこと?

はるか

Haru_You

うん、腰の背中側に2個ある、そらまめのような形をした腎臓は血液中の不要物をこしとり、血液をきれいにする臓器だね。
だから腎臓に流れ込む腎動脈を流れる血液は最も不要物が多く、腎臓から送り出される腎静脈を流れる血液は不要物が少ないことになるんだ。

排出器官

腎臓とぼうこう

腎臓でこしとられる不要物にはどんなものがあるの?

はるか

Haru_You

腎臓では不要な水分、塩分、それと尿素が血液からこしとられるんだ。
尿素は体内でタンパク質を分解したときにできるアンモニアを、肝臓で無毒化した物質だね。

尿素、ってことは、このあと不要物が尿になるってことかな。

はるか

Haru_You

うん、腎臓でこしとられた不要物は尿になり、腎臓から輸尿管を通ってぼうこうに蓄えられ、その後尿として排出されるんだ。

汗腺

血液の中の不要物は、すべて尿になって排出されるの?

はるか

Haru_You

いや、尿だけでなく、汗も血液内の不要な水分・塩分を体外に排出するんだ。

たしかに、汗ってしょっぱいもんね。
汗はどこでつくられるの?

はるか

Haru_You

皮膚にある汗腺という、毛細血管に囲まれたつくりで不要物を受け取って汗にしているんだ。
あと、汗は不要物の排出だけでなく、汗をかくことによって気化熱で体温を下げるのにも使われているんだよ。

動物とヒトのからだ(2)　一問一答演習問題プリント

演習プリントには、Excelファイル版とPDFファイル版があります。
Excelファイル版はリロード・再計算（F8）するたびに数字や配列が変わります。
マクロは使用していませんので、セキュリティ警告はありません。
なお、PDF版では20問の収録ですが、Excel版にはより多くの問題を収録しています。

はるか