呼吸時の酸素と二酸化炭素の出し入れ

息を吸う時は主に酸素を吸って、息を吐く時は主に二酸化炭素を吐くみたいですが、どうして酸素が二酸化炭素に変わったのでしょうか？
普通に考えたら吸った酸素はそのまま吐き出される気がするのですが・・・

No.3 ベストアンサー 回答者： raiden787 回答日時： 2011/04/27 12:39

そもそも、この質問を考えるには、人はなぜ酸素を吸うのか、吸った酸素で何をするかを知っていなくてはなりません。

酸素と二酸化炭素の運搬の化学的な説明はほかの方がされているので省きます。

人が酸素を吸う理由：
生きていくためのエネルギー、具体的にはATPを得るためです。
赤血球から運搬されてきた酸素は全身の細胞に運ばれます。そして、細胞が保有する糖分や脂肪分と結合します。
このとき「解糖系」「クエン酸回路」「水素伝達系」という3段階の反応が起きます。細かく説明するとややこしいし長くなるので、興味があればご自分で検索するか専門書で調べてみてください。

大雑把に説明すると、糖分や脂肪分と酸素が化学反応を起こして結合すると、エネルギーがでます。これは化学的には燃焼と同じ反応です。通常の燃焼なら発生したエネルギーは熱や光、場合によっては衝撃波などの形で放出されますが、細胞内では、化学エネルギーの形に変換され、具体的にはATPという物質を作るのに使われます。
ATPは人が生きていくための基本的なエネルギー源であり、「エネルギーの通貨」とも例えられます。筋肉が動くのも、神経が情報伝達するのも、内臓が働くのも全てATPが保有する化学エネルギーを利用しています。

そして、エネルギーを生み出すのに使われた糖分と脂肪ですが、これは酸素と結合して酸化され、最終的に水と二酸化炭素にまで分解されます。
水の水素と二酸化炭素の炭素は糖分や脂肪由来です。この二酸化炭素は細胞から血液によって肺に輸送され、呼気として放出されます。

これは非常に大雑把な説明で、実際はもっと複雑です。
まだ疑問点があれば補足してください。
では、失礼しました。

この回答へのお礼

やっぱり体の仕組みは相当複雑なんですね。
しかも、また新たな専門用語が登場してるし、追求すれば追及するほどキリが無さそうですね。
しかし、質問内容に対する答えは大体分かりました。
水素や炭素は糖分や脂肪から出てきたのですね。

回答有難うございました。

お礼日時：2011/04/28 20:22

No.2 回答者： thegenus 回答日時： 2011/04/24 22:03

血液中に取り込まれた酸素というのは、赤血球の中のヘモグロビンにつかまれます。

酸素は赤血球に取り込まれて血流に乗り、輸送されますね。当たり前のようですがすごい仕組みです。

酸素が全身でエネルギー生産に使われて、水（H2O）になります。
二酸化炭素はエネルギー生産などの代謝の過程で出てきますが、とりあえずは自然に体液に溶けるしかなく、水に溶けるのは大変時間のかかる反応です。二酸化炭素が水に溶けると、二酸化炭素と水は、炭酸水素イオンと水素イオンになります。そこに赤血球があると、赤血球の中にはそれ用の酵素があって、二酸化炭素はよく溶けるようになり、どんどん炭酸水素イオンになります。この時、水素イオンの方がヘモグロビンに取り込まれて、ヘモグロビンは酸素を放出します。水素イオンが取り込まれることは、二酸化炭素が溶けると生じる物が減ったことになるので、さらに二酸化炭素を水に溶けやすくします。
二酸化炭素は主に赤血球内の炭酸水素イオンとして運ばれ、二酸化炭素濃度の低い肺で二酸化炭素に戻り、息の中の気体として吐き出されます。血漿中にも炭酸水素イオンはありますが、肺において炭酸水素イオンの少なくなった赤血球に、その血漿中の炭酸水素イオンが取り込まれ、これもまた同様に二酸化炭素になります。肺の赤血球におけるヘモグロビンは酸素とまた結びつきやすくなります。赤血球もヒトも寿命が尽きるまで、これの繰り返しです。
赤血球の中に、上手く働いてくれるタンパク質などが用意されているのですね。
いずれにしても答えは赤血球という細胞になると思います。
吸う空気の中身に関してはヒトは吸う前だから当然、関係しません。二酸化炭素は、ほとんどありません。吐く空気の方は、その二酸化炭素の薄い空気に対して、体から二酸化炭素が出るから、二酸化炭素が多くなるということです。肺としては気体を出し入れしているだけで、吸った息と吐く息の内容が変るのですね。

この回答への補足

頭が混乱してきたので、内容を自分なりに整理してみました。
自分なりに解釈したので合っているかどうかは自身がありませんが、下のような解釈で合っているでしょうか？


・酸素を吸って、二酸化炭素が吐き出されるまでの過程

(1)酸素を吸う。
体の外→口

(2)酸素を肺に送る。
口→のど→気管→気管支→肺

(3)酸素が血液中に取り込まれる。
肺→肺静脈

(4)血液中に取り込まれた酸素が、全身を巡って二酸化炭素になって返ってくる。
肺静脈→心臓→全身→心臓→肺動脈

(5)二酸化炭素が血液から放出される。
肺動脈→肺

(6)二酸化炭素を口に送る。
肺→気管支→気管→のど→口


・(4)で酸素が二酸化炭素に変わるまでの過程

(1)酸素が水になる。

水は(H2O)なので、どこかから水素(H)が現れて、酸素と水素が結合して、一部の酸素は水になった。
この時点では血液中には酸素・水などがある。

(2)酸素が二酸化炭素になって、二酸化炭素と水になる。

二酸化炭素は(CO2)なので、どこかから炭素(C)が現れて、酸素と炭素が結合して、一部の酸素は二酸化炭素になった。
この時点では血液中には酸素・二酸化炭素・水などがある。

(3)二酸化炭素と水は、炭酸水素イオンと水素イオンになる。

二酸化炭素が水に溶けて、炭酸水素イオンと水素イオンになる。
二酸化炭素と水は炭素・酸素・水素が含まれているので、一部の酸素を使ってそのまま炭酸水素イオンと水素イオンになる。
この時点では血液中には酸素・炭酸水素イオン・水素イオンなどがある。

(4)水素イオンが取り込まれて、酸素を放出する。

う～ん、どうして水素イオンが取り込まれると酸素が放出されるんだろう？
もしかして水素イオンと酸素が混ざって水（水素＋酸素）になって血液中から放出されるということだろうか？
よく分からないが、この時点で水素イオンと酸素が無くなるんだと思う。
この時点では血液中には炭酸水素イオンなどがある。

(5)炭酸水素イオンが二酸化炭素になる。

炭酸水素イオンから水素がどこかに行って、炭素と酸素で二酸化炭素が出来る。
・・・もしかして(1)の時に現れた水素はこの水素だったのだろうか？
水素は常に血液中を巡回しているのだろうか？


・・・あれ、後記の(2)の炭素はどこから現れたんだ？
う～ん、分からない。

補足日時：2011/04/25 22:53

この回答へのお礼

確かに体の仕組みって凄いですね。これほど仕組みが難しかったとは・・・
少々頭がこんがらがってしまいましたよ。

回答有難うございました。

お礼日時：2011/04/25 22:49

No.1 回答者： tpg0 回答日時： 2011/04/24 16:46

空気を肺に吸引することで空気中の酸素は血液中に取り込まれますが、取り込まれなかった酸素と血液から放出された二酸化炭素は吐き出されます。

呼吸は、この繰り返しですが、頭がスッポリ入るポリ袋を被って呼吸を続けてると酸素濃度が低下するので息苦しくなります。
子供の頃、実際に実験したので間違いないですが、酸欠状態は大変危険なので真似をしないでください。

この回答への補足

血液中に取り込まれた酸素は一体どこに消えたのでしょうか？
血液から放出された二酸化炭素は一体どこから現れたのでしょうか？

補足日時：2011/04/24 17:08

この回答へのお礼

え？子供の頃試したのですか。驚きました。
自分はそんな危険な真似をしようなどとは思いませんけどね。
苦しいのは嫌ですし・・・

回答有難うございました。

お礼日時：2011/04/24 17:15