【中学2年理科】横隔膜と呼吸運動のポイント

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中学2年理科。人体のつくりとはたらき、「呼吸運動」について学習します。筋肉でできていない肺を膨らませるために、横隔膜とろっ骨を使って運動をしています。息を吐く・息を吸う仕組みをしっかりと身につけましょう。

呼吸運動

ヒトのように肺呼吸する動物は、肺に空気を入れたり吐き出したりして空気中の酸素と、血液中の二酸化炭素を交換しています。しかし、肺は紙風船のような作りになっていて、筋肉を持ちません。自らの筋肉で膨らんだり縮んだりすることはできません。

では、どうやって肺を膨らませたり縮めたりしているのでしょうか。

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横隔膜とろっ骨で胸腔の気圧を変化させる

肺は、ろっ骨のまわりの筋肉と肺の下にある横隔膜という筋肉で囲まれた構造の中にあります。すき間がなく密閉された空間があり、これを「胸腔(きょうくう)」といいます。

呼吸運動

息を吸うときは、ろっ骨が上に上がり、肺の下にある横隔膜が下に下がります。そうすると、密閉された空間である胸腔が引き伸ばされ、胸腔内の気圧が下がります。この運動によって大気圧に押された空気が肺の中に入ってくるのです。

  • ろっ骨→上がる
  • 横隔膜→下がる
  • 胸腔→広がる・気圧が下がる
  • 肺→膨らむ

反対に、息をはくときは、ろっ骨が下に下がり、横隔膜が上に上がります。そうすると、密閉された空間である胸腔が押し縮められ、胸腔内の気圧が上がります。この運動によって肺の中の空気が外に押し出され肺が縮まるのです。

  • ろっ骨→下がる
  • 横隔膜→上がる
  • 胸腔→縮まる・気圧が上がる
  • 肺→縮む

ろっ骨と横隔膜の動きがポイント

呼吸運動のポイント
❶息を吸うとき、ろっ骨が上がり横隔膜は下がる
❷息をはくとき、ろっ骨が下がり横隔膜は上がる

入試や定期テストでよく出題されるのが、横隔膜とろっ骨の動きです。選択問題で出題されることが多いので、どうやったら息をはきだせるのか、吸い込めるのかを答えられるようにしましょう。

応用記述対策としては、胸腔内の気圧がどうなるのかまでマスターできれば、呼吸運動については敵なしです。

呼吸運動の確認問題

  1. 肺の下にあり、呼吸するときに上下する筋肉を何と言いうか。
  2. ろっ骨の筋肉と肺の下にある筋肉で囲まれた空間を何というか。
  3. 息をはくとき、ろっ骨と横隔膜はそれぞれどうなるか。
  4. 息をはくとき、ろっ骨と横隔膜で囲まれた空間の気圧は、大気圧と比べてどうなるか。
  5. ペットボトルなどでつくった肺のモデルで、ガラス管は何を表しているか。

解答

  1. 横隔膜
  2. 胸腔
  3. ろっ骨:下がる 横隔膜:上がる
  4. 大きくなる(高くなる)
  5. 気管

【理科問題】呼吸運動

問題下の図は、ヒトの呼吸に関する器官の動きを表したものである。次の各問いに答えよ。

横隔膜

(1)図のaは、空気の通り道である。aの名称を答えよ。

(2)図のaは、この後枝分かれし、その先端は無数の袋状の構造になっている。この袋状の構造の名称と、そのつくりによってどんな利点があるのかを説明しなさい。

(3)図のbはろっ骨を示しているが、dは何を示しているか。

(4)図のcは肺を表している。ヒトが息を吸うときの動きとして正しいものを次の中から1つ選び記号で答えよ。
ア bが上がり、dも上がる  イ bが上がり、dは下がる
ウ bが下がり、dも下がる  エ bが下がり、dは上がる

(5)陸上で生活するヒトは、肺で空気中の酸素と血液中の二酸化炭素を交換しているが、水中で生活する魚類などは、どこを使って水中の酸素と血液中の二酸化炭素を交換しているか。

(6)呼吸で取り入れた酸素は、この後、ある血液成分によって全身に運ばれる。この血液成分に含まれる赤い色素の名称を答えよ。

【解答・解説】呼吸運動

(1)気管

鼻や口を通ってきた空気は、この後、気管という空気の通り道を通ります。気管の先には肺があります。

(2)名称:肺胞 利点:表面積が大きくなり気体の交換が効率よく行える。

空気の通り道である気管は、この後枝分かれし気管支になります。気管支の先端は袋状の構造の肺胞というつくりになっており、ここで空気中の酸素と、血液中の二酸化炭素が交換されます。

(3)横隔膜

肺の下にある筋肉を横隔膜といいます。この筋肉が上下することで肺を膨らませたり、縮めたりしています。

(4)

肺には筋肉がありません。なので、肺を膨らませるには、肺のまわりにあるつくりを使って空気を吸い込みます。肺を膨らませるには、ろっ骨と横隔膜で囲まれた空間である胸腔を広げる必要があります。胸腔を膨らませると、胸腔内の気圧が下がり、大気圧によって押された空気が肺の中に入ります。したがって、bのろっ骨は上に上がり、dの横隔膜は下に下がります。

(5)エラ

水中で生活する生物は、エラを使って水中の酸素と、血液中の二酸化炭素を交換します。

(6)ヘモグロビン

肺やエラで吸収された酸素は、血液成分の赤血球が全身に運んでくれます。赤血球には、赤い色素のヘモグロビンが含まれています。ヘモグロビンは、酸素が多いところで酸素と結びつき、酸素が少ないところで酸素の一部をはなすという性質を持っています。

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