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・・・

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A 回答 (3件)

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。
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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

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
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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

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
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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

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回答よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

OMIさんのおっしゃるとおりです。
ただ百万分率というと、体積で考える場合や、重量で考える場合
があって、まぎらわしいのでppmvと書く場合があるんです。
通常、水の場合はmg/Lをppm、空気の場合はmL/m3をppmで
表します。

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Aベストアンサー

動植物が酸素を吸収するのは、エネルギーを生み出すために、栄養(糖分や脂肪分、タンパク質)を酸素で酸化し、分解するためです。
これはものを燃やすのと化学的には同じような反応で、エネルギーが発生します。このエネルギーを使って我々は動いたり物を考えたりできます。
そして、栄養が酸素によって分解されると水と二酸化炭素が出てきます。

この二酸化炭素は肉体は利用できないので外に排出するわけです。


ちなみに酸素が毒というのは、我々の肉体もまたタンパク質や脂肪でできてますから、酸素によって酸化されて破壊されてしまうからですね。
活性酸素というやつです。
活性酸素とは化学的に非常に反応性が高くなった酸素のことですね。

実際、高濃度の酸素を吸うと、肺の細胞が破壊されて酸素中毒になって死亡してしまいます。

つまり酸素は強大なエネルギーを生み出す爆薬のようなものです。
うまく扱えば役に立ちますが、反面、非常に危険なのです。



二酸化炭素についてですが、二酸化炭素自体は毒性は低く酸素のように肉体を破壊する作用はありません。
しかしながら、我々の肺は二酸化炭素と酸素の濃度によって呼吸機能が調整されていますので、二酸化炭素濃度が高くなると(具体的には4%以上)二酸化炭素を体内から上手く排出できなくなり呼吸が阻害されるようになります。
さらに二酸化炭素濃度が7%以上になると呼吸が阻害されて生命維持が出来なくなって最悪死亡してしまいます。

二酸化炭素は毒ではないですが、粗大ゴミのようなものですね。それ自体は毒でもないですが、家のそとに大量にあると家を押しつぶされてしまいます。



ちなみに植物も酸素を吸収して二酸化炭素を排出する呼吸をしてます。
二酸化炭素を吸収して酸素を排出する働きは光合成といって呼吸とは別です。

植物は呼吸と光合成を両方してますが、光合成のほうが活発なので結果的に放出する酸素の量のほうが吸収する酸素の量より多いので、一般的には植物は二酸化炭素を吸収して酸素を放出する、とだけ言われていますが、これは大間違いです。

動植物が酸素を吸収するのは、エネルギーを生み出すために、栄養(糖分や脂肪分、タンパク質)を酸素で酸化し、分解するためです。
これはものを燃やすのと化学的には同じような反応で、エネルギーが発生します。このエネルギーを使って我々は動いたり物を考えたりできます。
そして、栄養が酸素によって分解されると水と二酸化炭素が出てきます。

この二酸化炭素は肉体は利用できないので外に排出するわけです。


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空気の分子量は28.84です。
分子量は1molの重量で、理想気体では1mol=22.4Lなので、比例計算をすると、
空気1m3の重量は1,287.5gです。
二酸化炭素の空気中の含有率は一般に0.04%程度なので、1,287.5×0.0004=0.515g が、
空気1m3中に含まれる二酸化炭素の重量となります。

この濃度を3倍にするためには、二酸化炭素の含有量が3倍にする必要があります。
二酸化炭素が増えた分、空気の総量も増えるので、厳密にはそれを考慮しなければなりませんが、
二酸化炭素の増量は空気の量に比べて充分に小さいので、そのまま3倍することにします。
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二酸化炭素の分子量は44なので、1.03gの二酸化炭素は、1.03/44=0.0234molです。
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塩酸は0.0468molとなります。
石灰石の分子量は100.1、塩酸の分子量は36.46なので、それぞれ2.34g, 1.71g必要です。

空気の分子量は28.84です。
分子量は1molの重量で、理想気体では1mol=22.4Lなので、比例計算をすると、
空気1m3の重量は1,287.5gです。
二酸化炭素の空気中の含有率は一般に0.04%程度なので、1,287.5×0.0004=0.515g が、
空気1m3中に含まれる二酸化炭素の重量となります。

この濃度を3倍にするためには、二酸化炭素の含有量が3倍にする必要があります。
二酸化炭素が増えた分、空気の総量も増えるので、厳密にはそれを考慮しなければなりませんが、
二酸化炭素の増量は空気の量に比べて充分に小さいので、そのま...続きを読む

Q酸素・二酸化炭素の交換に関しましての質問です。

昆虫達の【気管】やら魚類の【鰓】やらから取り込まれた酸素は、どういう方式で血中に取り込まれていくのでしょうか?

Aベストアンサー

ちょっと長いですが。

昆虫の気管は体表の一部が管状に体内に落ち込んだもので、
気体交換をする場所(筋肉など)以外はクチクラに覆われる。
気管は体内で細かく枝分かれし、
最終的に気管小枝と呼ばれる細かい管になり
全身の組織は気管小枝の内壁を経て内部の空気から直接酸素を取り入れ、
また二酸化炭素を排出します。
二酸化炭素も同様に、気管から気門を経て、拡散によって空気中に放出されます。
昆虫の多くは体内で気管の一部が袋状に拡大して気嚢と呼ばれる器官を持っています、
気嚢から気管小枝までは距離が短く効率的で
ある程度の大きさの昆虫でも活動可能だからです。
この細かい管が肺呼吸の肺胞の役割をします。

魚の鰓は水から酸素や塩類を効率よく摂取するため
対向流系という非常に効率的な換気システムで
精緻で複雑な構造を持っています。
魚は鰓の各葉がさらに二次的に枝分かれをしてします。

大気中よりも遥かに少ない濃度の水中の酸素の換気をより効果的にするために、
魚は、たえず口からたくさんの水を飲みこみ、鰓蓋のすき間から水を外へ出しています。
鰓は赤い櫛の歯が集まったようで1本1本が
更に細かい櫛の歯が集まったようになっていて
表面に細かい毛細血管がたくさんきています。
これは水にふれる表面積が大きくなる為です。
この鰓の毛細血管が集まった部分が肺胞の役割を行います。

ちょっと長いですが。

昆虫の気管は体表の一部が管状に体内に落ち込んだもので、
気体交換をする場所(筋肉など)以外はクチクラに覆われる。
気管は体内で細かく枝分かれし、
最終的に気管小枝と呼ばれる細かい管になり
全身の組織は気管小枝の内壁を経て内部の空気から直接酸素を取り入れ、
また二酸化炭素を排出します。
二酸化炭素も同様に、気管から気門を経て、拡散によって空気中に放出されます。
昆虫の多くは体内で気管の一部が袋状に拡大して気嚢と呼ばれる器官を持っています、
気嚢から気管小枝まで...続きを読む

Q水に溶けている二酸化炭素の濃度に関する問題

化学の問題ですが、どうしても考えてもわからないので、質問します。

【問題】
20℃で大気中のCO2(300ppmとする)と平衡している水に溶けている二酸化炭素の濃度を求めなさい。

という問題ですが、根本的に分かりません。
どなたか分かる方がいましたら、分かりやすく教えて下さい。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

ども。

平衡しているということは、大気中のCO2が水にも溶けず、また水から大気に気化せずという状況だと思います。

つまり、気温20℃の水中の二酸化炭素濃度を求めよ。
大気中には300ppmのCO2がある。

ということだと思います。

Q口と鼻,同時に息を吸ったり吐いたりできるのでしょうか?

タイトルの通りです。
意識しても人間には無理なような気がしますが...
鼻から吸って口から吐くのが空気の温度調節や細菌・埃の防御から考えて正しい方法とと思いますが
逆も出来るようになっている。
でも同時には出来ない。
からだの構造に何か理由があるのでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

鼻あるいは口から吸い込んだ空気は気管を通って肺に入ります。
そして、肺胞内で酸素や二酸化炭素のガス交換が行われ、再び気管を通って鼻あるいは口から吐き出されます。

体内での空気の通り道である気管が1本しかないので、もしも吸う空気と吐く空気が同時に気管内を行き来したならば、気管内で新鮮な酸素を多く含んだ空気と二酸化炭素を多く含んだ吐き出される空気が混じり合ってしまうので非常に効率の悪い方法となります。

例えば道路工事現場で片側交互通行が見られますが、それと同じように、限られた太さの1本の通路で両側からの行き来を効率良くするために吸うのと吐くのを同時ではなく交互にすることは当然の流れです。

> でも同時には出来ない。

私はホルンという楽器を演奏しますが、そのテクニックの一つとして口から息を出して音を出しながら同時に鼻から息を吸って長時間音を鳴らし続ける呼吸法を身に付けています。
口と鼻の位置では吸うのと吐くのが同時ですが、気管内では同時ではありません。

オーストラリアの原住民アボリジニに伝わるディジュリドゥの演奏にも、この循環呼吸法が使われています。
練習は少し大変ですが、それができたからといって生命を維持するうえで何のメリットもありません。

参考URL
肺の構造と働き
http://www.masa.go.jp/res/files/resQnA/lungFunc.html
循環呼吸
http://www.euph.net/memo/junkan.html
循環呼吸の練習方法
http://www.otm.livio.jp/minami/page046.html
ディジュリドゥ
http://kfn.ksp.or.jp/~munehiro/did/did.html

参考URL:http://www.masa.go.jp/res/files/resQnA/lungFunc.html

鼻あるいは口から吸い込んだ空気は気管を通って肺に入ります。
そして、肺胞内で酸素や二酸化炭素のガス交換が行われ、再び気管を通って鼻あるいは口から吐き出されます。

体内での空気の通り道である気管が1本しかないので、もしも吸う空気と吐く空気が同時に気管内を行き来したならば、気管内で新鮮な酸素を多く含んだ空気と二酸化炭素を多く含んだ吐き出される空気が混じり合ってしまうので非常に効率の悪い方法となります。

例えば道路工事現場で片側交互通行が見られますが、それと同じように、限ら...続きを読む

Q二酸化炭素濃度増大は自然起源?

http://co.aori.u-tokyo.ac.jp/micg/co2.html
上記の図4を下に示します。

最終氷期から産業革命前を経由して現在(2000年)の二酸化炭素濃度増大曲線がとっても自然で、人為起源二酸化炭素濃度増大の影響が読み取れないのですが、

このことは二酸化炭素濃度の増大は自然起源であると理解していいのでしょうか?

Aベストアンサー

グラフの意味を理解していないため、勘違いをしていますね。

ご質問のグラフの意味するところは、大気中の二酸化炭素濃度がある値の時、アルカリ度や海水のpHがいくつになるかを示しているものです。

横軸は、大気中の二酸化炭素濃度であり、時間(年代)ではないことに注目してください。
横軸が時間ではないので、二酸化炭素濃度が、最終氷期→産業革命→現在でどのように変化したかを表しているものではないのです。ですから、グラフの曲線が自然なカーブであったとしても、二酸化炭素の変化が自然であったことを表しているのではないということを理解しないといけませんね。

では、最終氷期→産業革命→現在で、二酸化炭素濃度がどのように変化したかを、ここにあるデータで考えてみましょう。
二酸化炭素濃度は、最終氷期の1万8000年前に200ppmでした。また、産業革命前(約200年前)は280ppmです。つまり1万7800年間で200ppmから280ppmに増えました。
ところが、現代では約350ppmです。つまり、産業革命から約200年で280ppmから350ppmに増えてます。
産業革命前は、1万7800年間で80ppmしか増えなかったのに、産業革命後は、たった200年で70ppmも増えていることになります。この異常な増え方を自然起源と考えることは無理があることが理解できますよね。

グラフの意味を理解していないため、勘違いをしていますね。

ご質問のグラフの意味するところは、大気中の二酸化炭素濃度がある値の時、アルカリ度や海水のpHがいくつになるかを示しているものです。

横軸は、大気中の二酸化炭素濃度であり、時間(年代)ではないことに注目してください。
横軸が時間ではないので、二酸化炭素濃度が、最終氷期→産業革命→現在でどのように変化したかを表しているものではないのです。ですから、グラフの曲線が自然なカーブであったとしても、二酸化炭素の変化が自然であったこと...続きを読む

Q【人間は酸素だけを吸うと】酸素中毒になるそうですが、酸素中毒とはどんな症状が出ますか?

【人間は酸素だけを吸うと】酸素中毒になるそうですが、酸素中毒とはどんな症状が出ますか?

Aベストアンサー

正確には、酸素だけが問題なわけではなく、気圧も関係してきます。
低圧の場合では、酸素100%の状態を吸入しても、問題ありません。
酸素分圧の高い酸素を吸入すると、酸素中毒に陥り、全身の痙攣や肺の障害などを引き起こし、最悪の場合は死に至ります。


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