ある人の安静時の左心室の容積を測定したところ、最も拡張したときは 、最も収縮したときは であった。また、このときの心拍数は 1 分間に 72 回であった。左心室は 1 回の拍動ごとに、拡張したときの容積と収縮したときの容積の差に等しい量の血液を大動脈へ送り出し、拍動ごとにこの量は変わらないものとする。このとき、左心室から 1 分間に送り出される血液の量(毎分拍出量)は何 か。
心拍出量と血液の循環
1 回拍出量(拡張したときの容積 − 収縮したときの容積)と心拍数から毎分拍出量を求め()、器官へ流れる割合や全血液量と組み合わせて、ある時間に器官を流れる血液量や全血液量が送り出されるまでの時間を求められる
前提
- 心臓から送り出される血液の量 (中学理科 生物のからだのはたらき)
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- 肺のはたらきと血液の循環 (中学理科 生物分野の用語と知識)
- 心臓から送り出される血液の量 (中学理科 生物のからだのはたらき)
説明
心臓(左心室)は、ふくらんで血液をためては縮んで送り出す、という動きをくり返しています。この技能では、心室がいちばん拡張したときと収縮したときの容積の差から 1 回拍出量を求め、心拍数をかけて 1 分間に送り出される血液の量(毎分拍出量)を求めます。さらに、腎臓や脳などの器官へ流れる割合や全血液量と組み合わせて、ある時間に器官を流れる血液の量や、全血液量に等しい量が送り出されるまでの時間を求められるようになります。
なぜそうしてよいのか
左心室は、拡張したときに血液を最も多くため、収縮したときに血液を送り出します。ただし、収縮しても心室が空っぽになるわけではなく、ある量の血液が残ります。そのため、1 回の拍動で大動脈へ送り出される量(1 回拍出量)は、ためた量そのものではなく
という差になります。
1 分間に心臓が拍動する回数が心拍数なので、1 分間に送り出される量は「1 回の量 回数」で
となります。これは前提の技能の「送り出す量 拍動数 1 回の量」と同じ考え方です。
心臓から送り出された血液は、大動脈から枝分かれして全身の器官へ分かれて流れます。ある器官へ毎分拍出量の が流れるなら、その器官を 1 分間に流れる量は です。また、全血液量に等しい量を送り出すのにかかる時間は、(分)で求められます。
手順
1 回拍出量を求める:
毎分拍出量を求める:(心拍数は 1 分間の回数にそろえる)
器官を流れる量を求めるときは、毎分拍出量に割合をかける:
ある時間に流れる量は、1 分あたりの量に時間(分)をかける
全血液量が送り出されるまでの時間は、(分)で求め、単位(mL と L、分と秒)をそろえる
例題
ある人の左心室の容積は、最も拡張したときが 、最も収縮したときが であり、心拍数は 1 分間に 75 回であった。左心室から送り出された血液の が腎臓に流れるものとするとき、2 分間に腎臓を流れる血液は何 mL か求めよ。
例題の解答
手順 1:1 回拍出量は 。
手順 2:毎分拍出量は 。
手順 3:腎臓へ流れるのはその なので、1 分間に 。
手順 4:2 分間では 。
よって、2 分間に腎臓を流れる血液は 。
答え:
よくある誤り
拡張したときの容積をそのまま 1 回拍出量としてしまう誤り(例では )。収縮しても血液が残るので、正しくは を 1 回拍出量にする
拡張したときと収縮したときの容積を足して としてしまう誤り。正しくは差
器官へ流れる割合をかけ忘れ、2 分間に腎臓を流れる量を としてしまう誤り。正しくは
全血液量が送り出される時間を求めるとき、L と mL をそろえずに計算してしまう誤り。例えば全血液量 なら に直し、 分とする
この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。
入口の問題
この技能を使う問題
ある成人が安静にしているとき、左心室が 1 回の収縮で送り出す血液の量(1 回拍出量)は 、心拍数は 分間に 回であった。また、この人の全身の血液量は である。左心室から送り出された血液(大動脈に出た血液)が、各器官へどのような割合で流れるかを調べたところ、次の表のようになった。
器官 左心室から送り出された血液のうち流れる割合(%) 脳 15 心臓(冠動脈) 5 腎臓 25 肝臓・消化管 25 骨格筋 20 皮膚・その他 10 安静時の 1 回拍出量・心拍数・各器官への割合は 1 日中変わらないものとする。このとき、 日( 時間)に腎臓を流れる血液の量は、全身の血液量の何倍か。整数で答えよ。
ある成人の安静時について、次のことがわかっている。
- 心臓の左心室が1回の収縮で送り出す血液の量(1回拍出量)は である。
- 心拍数は1分間に 回である。
- 左心室から送り出された血液のうち が腎臓に流れる。
- 体内を循環している血液の総量(全血液量)は である。
この人が安静時の状態を1日(24時間)続けたとき、1日の間に腎臓を流れる血液の量は、全血液量の何倍か。整数で求めよ。
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。
体重 60 kg のある人について、安静時と運動時の左心室の容積と心拍数を調べたところ、次の表のようになった。ここで、「拡張したときの容積」は左心室が最も広がったとき、「収縮したときの容積」は左心室が最も縮んだときの、左心室内の血液の体積である。
拡張したときの容積 (mL) 収縮したときの容積 (mL) 心拍数 (回/分) 安静時 120 60 75 運動時 130 40 150 この人の全身の血液量は体重 1 kg あたり 75 mL とする。また、左心室は 1 回の拍動で、拡張したときの容積と収縮したときの容積の差に等しい体積の血液を大動脈へ送り出し、血液の逆流はないものとする。安静時・運動時のそれぞれで、左心室の容積と心拍数は表の値のまま一定であるとする。
左心室が全身の血液量に等しい体積の血液を送り出すのにかかる時間は、運動時は安静時より何秒短いか。
この技能の次に学べること
- 酸素の放出量の比較 (高校生物 体内環境の維持と免疫)