循環器系の生理学

生理学は、生物がどのように機能し、さまざまな環境に適応するかを説明する生物学の一分野です。生物の生理機能を定義する最も重要な臓器系の1つは、血液、栄養素、酸素、ホルモンを全身に輸送する循環器系です。人間の場合、血圧を測定することで循環器系の機能の尺度を得ることができます。血圧という用語は、血管壁に血液がかかることによって生成される側圧を表します。

血圧測定の最も重要な用途の1つは、高血圧と呼ばれる状態である血圧の上昇をチェックすることです。米国の成人の3人に1人が高血圧に苦しんでおり、心血管疾患の主な原因の1つです。従来の間接的な血圧測定に必要な機器には、聴診器と血圧計が含まれます。血圧計は、膨張性膀胱を含む血圧カフと、閉じたときにカフの膨張を助け、開くと蓄積された圧力が解放される調整可能なバルブ付きのゴム球で構成されています。また、カフを電球とマノメーターに接続するチューブと、カフの圧力を水銀柱ミリメートルで表示する圧力計にも構成されています。血圧の測定値を記録するために、検査官は上腕動脈にカフを巻き付け、聴診器をこの動脈に置き、カフを予想される収縮期血圧を超えて膨らませ、次に圧力計の聴診と観察を同時にしながらカフを収縮させます。最初に、カフが完全に膨らむと、動脈が圧迫され、血流が停止します。したがって、聴診時に音は出ません。収縮時に、コロトコフ音が最初に現れるのは収縮期血圧を意味し、部分的に圧迫された動脈の乱流によって聞こえる。さらに収縮すると、カフの圧力が継続的に減少し、カフの圧力が最小動脈の圧力を下回るまで、コロトコフの音は全体を通して聞こえ続けます。この読みは拡張期血圧を示します。拡張期に対する収縮期の割合は、最終的な血圧測定値として記録されます。

人間の生理学のもう一つの重要な指標は、呼吸数、つまり1分間の呼吸数です。私たちが吸い込む空気は、気管支を通って肺に運ばれます。肺の中では、細気管支を通過して、最終的に肺胞と呼ばれる特殊な気嚢に入ります。肺胞は毛細血管に囲まれており、吸入された酸素を血流に拡散させ、二酸化炭素の排泄を促進し、システムの恒常性を維持しています。人間のような哺乳類にとって、恒常性を維持することには、周囲の環境温度とは無関係に比較的一定の体温を維持することが含まれます。この特性は私たちを吸熱させます。したがって、私たちの代謝率と呼吸数は比較的一定に保たれています。それどころか、金魚を含むほぼすべての魚は、周囲の環境の温度とほぼ一致する体内温度を持っています。そのような生物は外温動物と呼ばれます。体内温度を能動的に維持しないため、周囲の環境温度の変動を補うために代謝数や呼吸数が変化します。魚の呼吸数は、鰓の拍動、蓋の増減、または鰓被覆を毎分数えることで測定できます。水生生物の呼吸数に影響を与えるもう1つの要因があります。魚は、その環境に存在する溶存酸素を吸い込むことに注意してください。また、水中で利用可能な溶存酸素の量は、水の温度に依存します。温度が上昇すると減少し、これも呼吸数に影響を与えます。

このラボでは、さまざまな条件下で血圧を測定することにより人間の循環器系を調べ、魚を使用して温度が呼吸に及ぼす影響を研究します。