国試頻出「呼吸について正しいのはどれか」完全解説！横隔膜と換気の仕組み

看護師国家試験や理学療法士国家試験などの医療系資格試験で、毎年のように出題される代表的な頻出テーマが「呼吸について正しいのはどれか」を問う問題です。解剖生理学の基礎でありながら、吸気と呼気における筋肉の動き、胸膜腔内圧の変動、中枢による調節機構など、受験生が混同しやすいトラップが数多く仕掛けられています。

一見すると単純な正誤判定に見える設問でも、外呼吸と内呼吸の区別や、努力呼吸時に使われる筋肉の役割を正確に把握していないと、選択肢の巧妙な言い回しに足元をすくわれかねません。本稿では、国試過去問の出題傾向を分析し、頻出パターンの解答根拠から呼吸運動のメカニズム、臨床にも直結するガス交換の生理学まで、要点を分かりやすく徹底解説します。

📌 【この記事の重要ポイントまとめ】

• 要点1：国試で頻出の正解肢は「吸気時に横隔膜が収縮（下降）して胸腔内が陰圧化する」「安静時呼気は筋肉の弛緩による受動的運動」という物理的メカニズム。
• 要点2：外呼吸（肺胞と血液）と内呼吸（血液と組織）の定義、延髄呼吸中枢と化学受容体の役割分担が最大の合否の分かれ目。
• 要点3：努力吸気筋（胸鎖乳突筋・斜角筋）と努力呼気筋（腹筋群・内肋間筋）、酸素解離曲線のシフト要因を整理することで、類題の正答率が劇的に跳ね上がる。

【国試過去問から徹底分析】「呼吸について正しいのはどれか」の典型パターンと解答・解説

看護師国家試験の過去問において、「呼吸について正しいのはどれか」という形式の設問は、人体の構造と機能（解剖生理学）分野の定番中の定番です。まずは、実際に出題された典型的な選択肢のパターンを見てみましょう。

【過去問の典型例】
問題：呼吸運動について正しいのはどれか。
1．吸気時に横隔膜は弛緩する。
2．吸気時に外肋間筋は弛緩する。
3．胸膜腔内圧は常に大気圧より陽圧である。
4．安静時の呼気は受動的な運動である。
5．努力呼気時には胸鎖乳突筋が収縮する。

【解答と解説】
正解は「4．安静時の呼気は受動的な運動である」です。

それぞれの選択肢がなぜ誤りなのか、その理由を正しく説明できるかどうかが得点力の差を生みます。

• 選択肢1（誤り）：息を吸う「吸気」の際、横隔膜は収縮して下降します。「弛緩して挙上」するのは息を吐く呼気のときです。
• 選択肢2（誤り）：吸気時には、肋骨を引き上げるために外肋間筋が収縮します。
• 選択肢3（誤り）：胸膜腔内圧（胸腔内圧）は、肺が自ら縮もうとする力（弾性収縮力）に引っ張られているため、常に大気圧に対して陰圧を保っています。気胸などで胸壁に穴が開くと陽圧化（大気圧と同等）し、肺が虚脱します。
• 選択肢4（正しい）：安静時の呼気は、吸気で収縮した横隔膜や外肋間筋が「弛緩」し、肺自身のゴムのような弾性（復元力）によって自然に縮むため、エネルギーを消費しない受動的運動です。
• 選択肢5（誤り）：胸鎖乳突筋は、胸郭を無理やり引き上げて息を深く吸い込むための「努力吸気筋」です。努力呼気で働くのは腹筋群や内肋間筋です。

外呼吸と内呼吸の違いとは？ガス交換の根本メカニズムを整理

「呼吸」という言葉は日常会話では単に息を吸って吐く行為を指しますが、生理学的には「外呼吸」と「内呼吸（組織呼吸）」の2段階に明確に区分されます。国試でも両者の定義をすり替えた引っかけ問題が頻出します。

区分	ガス交換の場所	酸素（O₂）と二酸化炭素（CO₂）の移動
外呼吸（肺呼吸）	肺胞 と 肺毛細血管の間	肺胞から血液へO₂が移動し、血液から肺胞へCO₂が排出される
内呼吸（組織呼吸）	全身の末梢毛細血管 と 組織細胞の間	血液から組織へO₂を供給し、組織の代謝産物であるCO₂を血液が回収する

ガス交換はすべて「分圧差による単純拡散」で行われます。ATPなどのエネルギーを使わず、気体の濃い（分圧が高い）方から薄い（分圧が低い）方へと自然に分子が移動します。この原理を把握しておけば、「肺胞気と毛細血管の間で能動輸送が行われる」といった誤文を瞬時に見抜くことができます。

呼吸運動と胸郭の連動メカニズム｜横隔膜・肋間筋の収縮と胸膜腔内圧の真実

肺自体には筋肉が存在しないため、自力で膨らんだり縮んだりすることは不可能です。周囲を取り囲む胸郭の運動と胸膜腔の圧力変化によって、受動的に空気が出し入れされます。

肺換気が成立する物理的なステップは以下の通りです。

1. 吸気のプロセス（能動的）：
   横隔膜が収縮（下へ移動）し、外肋間筋が収縮（肋骨を引き上げる）することで、胸郭の容積が拡大します。容積が広がると胸膜腔の陰圧度がさらに強まり（例：約-5cmH₂Oから-8cmH₂Oへ）、引っ張られた肺が広がります。肺内の圧力が大気圧よりも低くなるため、外気が自然に流入します。
2. 呼気のプロセス（受動的）：
   横隔膜と外肋間筋が弛緩すると、胸郭が元のサイズに戻り、引き伸ばされていた肺が弾性収縮力によって縮小します。肺内圧が大気圧より高くなり、肺内の空気が押し出されます。

「吸気＝筋肉が収縮する能動運動」「安静時呼気＝筋肉が緩む受動運動」という原則は、呼吸生理学の最も強固な土台です。

努力吸気と努力呼気で使われる呼吸筋一覧と臨床での見分け方

運動時や呼吸困難時、慢性閉塞性肺疾患（COPD）の増悪時などには、安静時の呼吸筋だけでは換気が追いつかず、「呼吸補助筋」を総動員した努力呼吸が行われます。理学療法士国家試験や看護師国試では、どの筋肉が吸気・呼気のどちらに作用するかが厳密に問われます。

呼吸の状態	主動作筋・補助筋	作用と胸郭の動き
安静時吸気	横隔膜、外肋間筋	横隔膜下降、胸郭挙上
安静時呼気	なし（筋活動なし）	肺と胸郭の受動的弾性復元
努力吸気	胸鎖乳突筋、斜角筋群、小胸筋、大胸筋、僧帽筋	胸郭を上部から強制的に引き上げる
努力呼気	腹壁筋群（腹直筋・腹横筋・腹斜筋）、内肋間筋	腹圧を高めて横隔膜を押し上げ、肋骨を強制的に引き下げる

臨床現場で肩で息をしている患者を見かけた場合、胸鎖乳突筋や斜角筋が過剰に収縮している（努力吸気の徴候）ことを意味します。また、風船を思い切り膨らませたり咳をしたりするときにお腹が硬くなるのは、腹筋群を使って強制的に空気を吐き出している（努力呼気）証拠です。

呼吸中枢（延髄・橋）の働きと化学受容体による換気調節システム

私たちは意識しなくても眠っている間に呼吸を維持でき、同時に歌を歌うときのように意図的に呼吸を止めることもできます。これは、自律的な調整と随意的な調整が精巧に組み合わされているためです。

1．中枢神経による制御

基本的な自律的呼吸リズムを生成している中枢は「延髄」に存在します。延髄にある吸気中枢と呼気中枢がリズミカルに興奮を送り出しています。また、その上位にある「橋（きょう）」には呼吸調節中枢が存在し、呼吸の深さや切り替えを滑らかにコントロールしています。

2．化学受容体によるフィードバック

血液中のガス濃度変化を感知して呼吸中枢に司令を出すセンサーには、「中枢性化学受容体」と「末梢性化学受容体」の2系統が存在します。

• 中枢性化学受容体（延髄腹外側部）：
  主に脳脊髄液中の水素イオン濃度（pHの低下）、すなわち間接的に動脈血二酸化炭素分圧（PaCO₂）の上昇を感知します。健常者において呼吸を促進する最大の駆動源（呼吸ドライブ）は、酸素不足ではなく「CO₂の蓄積」です。
• 末梢性化学受容体（頸動脈小体・大動脈小体）：
  動脈血中の酸素分圧（PaO₂）の著しい低下（約60mmHg以下）を感知して興奮します。なお、頸動脈小体からの信号は舌咽神経（脳神経IX）、大動脈小体からの信号は迷走神経（脳神経X）を通って延髄へ伝達されます。この求心路の組み合わせも国試で狙われやすいポイントです。

酸素解離曲線とアシドーシス・呼吸不全｜動脈血ガス基準値と換気血流比不均等

ガス交換の質を評価する上で欠かせないのが、血液ガス分析の基準値と「酸素解離曲線」の理解です。

動脈血ガス分析の正常基準値（必修レベル）

• pH：7.35 〜 7.45
• PaO₂（動脈血酸素分圧）：80 〜 100 mmHg
• PaCO₂（動脈血二酸化炭素分圧）：35 〜 45 mmHg
• HCO₃⁻（重炭酸イオン）：22 〜 26 mEq/L
• SaO₂（動脈血酸素飽和度）：95% 以上

室内気（room air）吸入下でPaO₂が60mmHg以下になる状態を「呼吸不全」と定義します。PaCO₂が45mmHg以下にとどまるものをI型呼吸不全（間質性肺炎や肺塞栓症など）、PaCO₂が45mmHgを超えて蓄積するものをII型呼吸不全（COPDや重症筋無力症など）と呼びます。

酸素解離曲線の「右方シフト」と「左方シフト」

ヘモグロビンが酸素をどれだけ手放しやすいかを示すS字状のグラフが酸素解離曲線です。組織が激しく活動して酸素を欲しがっている環境下では、曲線は右方へシフトし、ヘモグロビンは酸素を組織へ放出しやすくなります。

【右方シフトを起こす要因（酸素を手放しやすい）】
・pH低下（アシドーシス / 水素イオン濃度上昇）
・PaCO₂上昇（高二酸化炭素血症）
・体温上昇（発熱・代謝亢進）
・2,3-DPG（ジホスホグリセリン酸）増加

逆に、アルカローシス（pH上昇）、低炭酸ガス血症、体温低下では左方シフトを起こし、ヘモグロビンが酸素を強く抱え込んで組織に渡さなくなります。

換気血流比不均等（V/Q mismatch）とは

肺胞に届く空気の量（換気量：V）と、肺毛細血管を流れる血液の量（血流量：Q）のバランスが崩れる病態です。無気肺のように「血流はあるが換気がない」状態はシャント（換気血流比低下）となり、肺気腫や肺塞栓のように「換気はあるが血流が途絶えている」状態は死腔換気（換気血流比上昇）となります。この不均衡は、臨床における低酸素血症の最も主要な原因です。

【呼吸について正しいのはどれか】に関するよくある質問（FAQ）

Q1：国家試験で「吸気」と「呼気」の筋肉の組み合わせがいつもごちゃ混ぜになります。確実に覚えるコツはありますか？
A1：まずは「安静時吸気＝横隔膜＋外肋間筋」の2つだけを確実に固定してください。安静時の呼気は筋肉を使わない（ゼロ）ため、それ以外の筋肉が出てきたらすべて「努力呼吸」です。お腹に力が入る筋肉（腹直筋・腹横筋など）や内肋間筋は「吐き出す＝努力呼気」、首周りを引き上げる筋肉（胸鎖乳突筋・斜角筋）は「吸い込む＝努力吸気」と、自身の身体の動きと連動させてイメージすると忘れません。

Q2：COPD患者に高濃度酸素を投与してはいけない理由（CO₂ナルコーシス）と呼吸調節の関係は？
A2：COPDなどで慢性的に高二酸化炭素血症が続いている患者は、中枢性化学受容体がCO₂の刺激に対して鈍麻しています。そのため、「低酸素血症（PaO₂の低下）」を感知する末梢性化学受容体だけが頼みの綱として呼吸を維持しています。ここで不用意に高濃度酸素を吸入させると、低酸素状態が急激に改善して末梢性受容体からの刺激が消失し、呼吸中枢が活動を停止（呼吸停止）してCO₂ナルコーシスに陥る危険があるためです。

Q3：胸腔内圧（胸膜腔内圧）が陽圧になることは生体内で絶対にないのですか？
A3：自然呼吸下において胸膜腔内圧は常に大気圧に対して陰圧です。ただし、人工呼吸器による「陽圧換気」を行っている場合や、咳・くしゃみ・排便時などで強い怒張（バルサルバ手技）を行った極限の瞬間、あるいは緊張性気胸を発症して空気が胸膜腔に一方通行で貯留した異常事態では陽圧化します。国試の基礎生理学の設問では「胸膜腔内圧は通常、常に陰圧である」が正解基準となります。

まとめ：呼吸生理学の要点を押さえて国試突破＆臨床力アップへ

医療系国家試験における「呼吸について正しいのはどれか」という出題は、人体の解剖学的構造と物理法則、化学的な制御機構が見事に統合された良問です。単なる暗記で乗り切ろうとすると、少し選択肢の表現を変えられただけで混乱してしまいます。

「横隔膜が収縮して陰圧が強まるから空気が入る」「CO₂が増えるから延髄が呼吸を速くする」といった因果関係を論理立てて理解しておくことが、国家試験の合格点はもちろん、将来の病態把握や人工呼吸管理といった臨床現場での実践的な看護・リハビリテーション介入の強い武器になります。過去問演習を繰り返す際は、正解以外の選択肢についても「どこを直せば正しい文章になるか」を検証しながら学習を進めてみてください。 （出典: 呼吸 について 正しい の は どれ か（Yahoo!ニュース））