Biophysics · 28.04

肺気量と肺容量（respiratory volumes and capacities）

Respiratory volumes and capacities

🧠 肺気量lung volume肺気量（lung volume）lung volume（肺気量）は単独の容積、肺容量lung capacity肺容量（lung capacity）lung capacity（肺容量）は複数の肺気量lung volume肺気量（lung volume）lung volume（肺気量）の和である。スパイロメトリーspirometryスパイロメトリー（spirometry）spirometry（スパイロメトリー）は口を出入りする容積を時間に対して記録するため、残気量residual volume, RV残気量（residual volume, RV）residual volume, RV（残気量）を含む量は直接測定できない。

四つの肺気量

安静一回の吸気・呼気量を一回換気量tidal volume一回換気量（tidal volume）tidal volume（一回換気量）という。通常吸気の上にさらに吸える量が予備吸気量inspiratory reserve volume (IRV)予備吸気量（inspiratory reserve volume (IRV)）inspiratory reserve volume (IRV)（予備吸気量）、通常呼気の後にさらに吐ける量が予備呼気量expiratory reserve volume (ERV)予備呼気量（expiratory reserve volume (ERV)）expiratory reserve volume (ERV)（予備呼気量）、最大呼気後にも肺に残る量が残気量residual volume, RV残気量（residual volume, RV）residual volume, RV（残気量）である。

これらは呼吸周期respiratory cycle呼吸周期（respiratory cycle）respiratory cycle（呼吸周期）のどの基準点reference point基準点（reference point）reference point（基準点）からどこまで容積が変化したかを表す。RVは気道と肺胞が完全に空にならないことを示し、肺胞ガスの急激な変動を緩衝する。

肺容量は肺気量の和

肺容量lung capacity肺容量（lung capacity）lung capacity（肺容量）	定義	生理的な意味
最大吸気量inspiratory capacity最大吸気量（inspiratory capacity）inspiratory capacity（最大吸気量）（IC）	$TV+IRV$	安静呼気位から最大に吸える量
機能的残気量functional residual capacity (FRC)機能的残気量（functional residual capacity (FRC)）functional residual capacity (FRC)（機能的残気量）	$ERV+RV$	安静呼気終末に肺内へ残る量
肺活量vital capacity肺活量（vital capacity）vital capacity（肺活量）（VC）	$IRV+TV+ERV$	最大吸気位maximal inspiratory level最大吸気位（maximal inspiratory level）maximal inspiratory level（最大吸気位）から最大に吐ける量
全肺気量total lung capacity (TLC)全肺気量（total lung capacity (TLC)）total lung capacity (TLC)（全肺気量）	$VC+RV$	最大吸気位maximal inspiratory level最大吸気位（maximal inspiratory level）maximal inspiratory level（最大吸気位）で肺にある総量

主要な関係は次のようにまとめられる。

VC=IRV+TV+ERV,\qquad TLC=VC+RV

FRCは肺の内向き弾性収縮elastic recoil弾性収縮（elastic recoil）elastic recoil（弾性収縮）と胸壁の外向きの力がつり合う容積であり、単なる算術上の和ではない。箱型モデルbox model箱型モデル（box model）box model（箱型モデル）の平衡点に対応する。

スパイロメトリーで測れる範囲

flowchart TD
  A["口を出入りする気体容積を記録"] --> B["TV・IRV・ERVを測定"]
  B --> C["ICとVCを算出"]
  A --> D["最大呼気後も肺内に残るRVは記録されない"]
  D --> E["RVを含むFRC・TLCも直接測定不能"]

RV、FRC、TLCを求めるにはガス希釈法gas dilution methodガス希釈法（gas dilution method）gas dilution method（ガス希釈法）や体プレチスモグラフィbody plethysmography体プレチスモグラフィ（body plethysmography）body plethysmography（体プレチスモグラフィ）など別の方法が必要である。また、静的な容積だけでは気道がどれだけ速く空気を通せるかは分からない。閉塞性・拘束性restrictive拘束性（restrictive）restrictive（拘束性）疾患の判別では努力性肺活量forced vital capacity (FVC)努力性肺活量（forced vital capacity (FVC)）forced vital capacity (FVC)（努力性肺活量）や1秒量forced expiratory volume in one second (FEV1)1秒量（forced expiratory volume in one second (FEV1)）forced expiratory volume in one second (FEV1)（1秒量）などの流量・時間指標をコンプライアンスと気道抵抗airway resistance (Raw)気道抵抗（airway resistance (Raw)）airway resistance (Raw)（気道抵抗）と合わせて読む。

容積変化の読み分け

拘束性restrictive拘束性（restrictive）restrictive（拘束性）変化ではTLCやVCが低下し、肺を十分に拡げにくい。
閉塞性変化では呼出不全によりRVやFRCが増えることがあり、VCだけでは重症度を捉えきれない。
測定値は体格、年齢、性別、姿勢の影響を受けるため、予測値との比較が必要である。

まとめ

TV、IRV、ERV、RVは基本となる四つの肺気量lung volume肺気量（lung volume）lung volume（肺気量）で、肺容量lung capacity肺容量（lung capacity）lung capacity（肺容量）はその組み合わせである。
スパイロメトリーspirometryスパイロメトリー（spirometry）spirometry（スパイロメトリー）は出入りする容積を測るため、RVとそれを含むFRC・TLCは直接測れない。
静的容積と努力呼気forced expiration努力呼気（forced expiration）forced expiration（努力呼気）の流量指標を組み合わせると、閉塞性と拘束性restrictive拘束性（restrictive）restrictive（拘束性）の違いを捉えやすい。