体内環境の維持と免疫の問題
激しい運動をしているあるヒトについて、全身の酸素消費量と血液の酸素の運搬を調べたところ、次の表のような結果が得られた。
| 測定項目 | 値 |
|---|---|
| 全身の酸素消費量 | 毎分 2700 mL |
| 動脈血（左心室から送り出される血液）の酸素飽和度 | 97 % |
| 静脈血（全身から右心房にもどる血液）の酸素飽和度 | 22 % |
| 心拍数 | 毎分 150 回 |
| 全血液量 | 5.4 L |
ここで酸素飽和度とは、全ヘモグロビンのうち酸素ヘモグロビンになっているものの割合である。この人の血液 100 mL 中のヘモグロビンがすべて酸素ヘモグロビンになると、20 mL の酸素を運ぶことができる。
次の前提のもとで考える。
- 測定中は状態が一定に保たれており、全身で消費される酸素はすべて、左心室から送り出された血液中のヘモグロビンが組織で放出したものである。
- 血しょうに溶けている酸素は無視する。
- 左心室が 1 回の拍動で送り出す血液の量（1 回拍出量）は、どの拍動でも同じである。
このとき、全血液量に等しい量の血液が左心室から送り出されるまでに、心臓は何回拍動するか。整数で答えよ。
この問題で使うもの
- 心拍出量と血液の循環（説明と入口の問題）
- 酸素の放出量の比較（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（7 技能）
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ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
まず、血液 100 mL が組織を通る間に放出する酸素の量を求める。それと酸素消費量から、1 分間に左心室が送り出す血液の量を求める。
ヒント 2
血液 100 mL が放出する酸素の量は mL である。1 分間に送り出される血液の量は、(酸素消費量) ÷ (血液 1 mL あたりに放出される酸素の量) で求められる。
ヒント 3
血液 100 mL あたり 15 mL の酸素を放出するので、1 分間に送り出される血液の量は 18000 mL である。これを心拍数で割ると 1 回拍出量が求まり、全血液量をその量で割れば答えが出る。
答えと解説
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解説を読む
(1) 血液 100 mL が組織で放出する酸素の量
ヘモグロビンが全部酸素と結合したとき、血液 100 mL は 20 mL の酸素を運ぶ。動脈血では酸素飽和度が 97 %、静脈血では 22 % なので、血液 100 mL が組織を通る間に放出する酸素は
である。
(2) 1 分間に左心室から送り出される血液の量（心拍出量）
状態は一定に保たれ、全身で消費される酸素はすべて血液が運んで放出したものである。したがって、毎分の酸素消費量 2700 mL は、1 分間に送り出された血液が放出した酸素の量に等しい。血液 100 mL あたり 15 mL の酸素を放出するので、1 分間に送り出される血液の量は
である。
(3) 1 回拍出量
心拍数は毎分 150 回なので、
である。
(4) 全血液量を送り出すのに必要な拍動の回数
全血液量は なので、
となる。
（参考：この回数の拍動にかかる時間は 分、すなわち 18 秒である。）
よって、答えは 45 回である。
別解
血液 100 mL あたり、動脈血が運ぶ酸素は mL、静脈血に残る酸素は mL。組織で放出される酸素は血液 100 mL あたり mL で、血液 1 mL あたり 0.15 mL。
毎分の酸素消費量は 2700 mL なので、毎分の心拍出量（左心室から送り出される血液量）は mL L。
全血液量は 5.4 L なので、これだけの血液が送り出されるのに必要な時間は 分。
心拍数は毎分 150 回なので、拍動数は 回。
検算：1 回拍出量は mL。全血液量 5400 mL 回。これは上の結果と一致する。また 120 mL の血液が放出する酸素は mL で、 mL となり、表の値と一致する。