テスト：生理学 – Ch40-43（17th Sep 2024）

Contents

1 アセス – Ch40-41
2 レスピブロック – Ch40~43
3 Ch42 PPTより自作
4 Fundamentals

アセス – Ch40-41

Question 1

You visit a grade school classroom with a homemade spirometer consisting of a tub of water, a tube, and a jug filled with water. You ask each child to breathe normally for five breaths, then after a normal inhalation, have them exhale normally into the tube to displace water from the jug. You have the child repeat this five times. Upon completion of this exercise, you recover the jug and measure how much water has been displaced and divide by 5. You report to the student their number. At the end of the class, you ask all the students their numbers and present a class average. What is it that you measured?

a) Forced vital capacity (FVC)
b) Tidal volume
c) Dead space
d) Minute ventilator volume

Correct Answer: b) Tidal volume

Explanation:
「潮気量（Tidal volume）」は、1回の呼吸で吸入または呼出される空気の量を示します。ここで測定されたのは、各呼吸で排出された水の量なので、これは各子供の潮気量です。

Question 2

The rate of absorption of a drug taken orally is found to increase up to a point where further increases in dose result in no further increases in the rate of absorption. Absorption does not appear to result in the splitting of ATP. Which of the following processes best describes the drug absorption?

a) Primary active transport
b) Secondary active transport
c) Facilitated diffusion
d) Restricted diffusion
e) Simple diffusion

Correct Answer: c) Facilitated diffusion

Explanation:
「促進拡散（Facilitated diffusion）」は、濃度勾配に従って物質が移動する過程で、特別なトランスポーターを介して進行します。ATPを使用せずに、最大吸収量に達するという特徴があります。その他の選択肢はATPを使用するか、異なるメカニズムを含みます。

この問題では、経口摂取された薬物の吸収について説明されています。薬物の吸収速度がある一定のポイントまで増加し、それ以上の投与量の増加では吸収速度がさらに増えないことが示されています。また、ATPの分解を伴わないことが述べられています。これをもとに、最も適切な薬物吸収のプロセスを選択します。

選択肢を一つずつ検討してみましょう。

a) Primary active transport (一次能動輸送)
一次能動輸送は、ATPを直接利用して物質を輸送するプロセスです。ATPの分解によりエネルギーを供給し、物質を濃度勾配に逆らって移動させます。しかし、問題文にはATPの分解が関与していないと明記されているため、一次能動輸送は該当しません。

b) Secondary active transport (二次能動輸送)
二次能動輸送は、ATPを直接使用せずに、他の物質の濃度勾配によってエネルギーを得て物質を輸送します。これは例えばナトリウムイオンなどのイオンの濃度勾配を利用して物質を濃度勾配に逆らって移動させる方法ですが、問題文には「ATPの分解が関与していない」とされていること、さらにこのプロセスが飽和する現象（速度の上限）が特徴的ではありません。このため、二次能動輸送も適切ではないと考えられます。

c) Facilitated diffusion (促進拡散)
促進拡散は、エネルギーを必要とせず、濃度勾配に従って物質が輸送されるプロセスです。ただし、輸送は特定の輸送体タンパク質を介して行われます。この方法には飽和現象が見られることがあり、輸送体の数が限られているため、一定のポイントを超えると吸収速度がそれ以上増加しなくなることがあります。このことは、問題文で説明されている「一定のポイントを超えると吸収速度が増加しない」という現象と一致します。また、ATPの分解を伴わないため、この選択肢が最も適切です。

d) Restricted diffusion (制限拡散)
制限拡散という用語は、通常物質が物理的な障害や制約を受けて拡散するプロセスを指しますが、問題文で説明されている現象とは一致しません。このため、適切ではないと考えられます。

e) Simple diffusion (単純拡散)
単純拡散は、濃度勾配に従って物質が膜を通過する過程です。これは輸送体を必要とせず、通常は飽和現象が見られません。投与量が増加すれば、理論的には吸収速度も増加し続けるはずです。しかし、問題文では「一定のポイントを超えると吸収速度が増加しない」とされているため、単純拡散は該当しません。

Question 3

If an area of the lung is not ventilated because of bronchial obstruction, the pulmonary capillary blood serving that area will have a P02 that is:

a) Equal to the normal systemic arterial P02
b) Equal to atmospheric P02
c) Higher than inspired P02
d) Equal to mixed venous P02
e) Lower than mixed venous P02

Correct Answer: d) Equal to mixed venous P02

Explanation:
a) Equal to the normal systemic arterial P02 (通常の体循環動脈血のP02と等しい)
正常な動脈血の酸素分圧（P02）はおよそ95 mmHg程度です。しかし、換気されていない領域では、酸素が肺胞に供給されないため、血液は酸素を受け取ることができません。そのため、動脈血のP02と等しいことは考えられません。

b) Equal to atmospheric P02 (大気中のP02と等しい)
大気中の酸素分圧は約160 mmHgですが、肺が換気されていない場合、大気と接触していないため、このような高いP02になることはありません。

c) Higher than inspired P02 (吸気中のP02より高い)
吸気中の酸素分圧はおおよそ150 mmHg程度です。換気が行われていない領域では、酸素が取り込まれないため、吸気中のP02よりも高くなることはありません。したがって、この選択肢も正しくありません。

d) Equal to mixed venous P02 (混合静脈血のP02と等しい)
換気されていない肺の領域に供給される血液は、酸素を受け取ることができず、ガス交換が行われません。そのため、そこを通る血液の酸素分圧は混合静脈血と同等になります。混合静脈血のP02はおおよそ40 mmHgです。この状況では、血液は酸素を追加で取得することがないため、最も適切な答えはこの選択肢です。

e) Lower than mixed venous P02 (混合静脈血のP02より低い)
換気が行われない場合、酸素が追加されないため、血液のP02は混合静脈血と等しくなります。これよりもさらに低くなることは通常ありません。

結論:
最も適切な答えは d) Equal to mixed venous P02 (混合静脈血のP02と等しい) です。

Question 4

Which of the following is true during inspiration?

a) Intrapleural pressure is positive
b) Alveolar pressure equals atmospheric pressure
c) Intrapleural pressure is more negative than during expiration
d) The volume in the lungs is less than the functional residual capacity (FRC)
e) Alveolar pressure is higher than atmospheric pressure

Correct Answer: c) Intrapleural pressure is more negative than during expiration

Explanation:
「吸気（Inspiration）」中は、胸腔内の圧力がより負になり、肺が拡張します。これにより、肺内の圧力（肺胞圧）は大気圧より低くなり、空気が肺に流れ込みます。肺の体積は「機能的残気量（FRC）」より大きくなります。

a) Intrapleural pressure is positive (胸膜内圧が正になる)
胸膜内圧（intrapleural pressure）は、通常、常に負の圧力です。吸気時には、胸腔が拡張し、胸膜内圧がさらに負になります。したがって、胸膜内圧が正になることはありません。これは誤りです。

b) Alveolar pressure equals atmospheric pressure (肺胞圧が大気圧と等しい)
吸気時、肺胞内圧（alveolar pressure）は一時的に大気圧よりも低くなります。この圧力差により、空気が肺に流れ込みます。吸気の終わりには肺胞内圧と大気圧が等しくなりますが、吸気の途中では異なります。したがって、この選択肢は部分的には正しいですが、吸気全体を通して考えると適切ではありません。

c) Intrapleural pressure is more negative than during expiration (胸膜内圧が呼気時よりも負になる)
吸気時には、横隔膜が収縮して胸腔が拡大し、胸膜内圧は呼気時よりもさらに負の圧力になります。これが肺を広げ、空気が肺に吸い込まれる原因となります。これは正しい選択肢です。

d) The volume in the lungs is less than the functional residual capacity (FRC) (肺の容積が機能的残気量より少ない)
機能的残気量（FRC）は、通常の呼気の後に肺に残っている空気の量を指します。吸気中は、FRCよりも多くの空気が肺に入ります。したがって、吸気中に肺の容積がFRCより少なくなることはありません。この選択肢は誤りです。

e) Alveolar pressure is higher than atmospheric pressure (肺胞圧が大気圧より高い)
吸気時、肺胞圧は一時的に大気圧より低くなります。逆に呼気時には、肺胞圧が大気圧よりも高くなり、空気が肺から出ていきます。したがって、この選択肢は吸気には当てはまりません。

Question 5

Which of the following transport mechanisms is not rate-limited by an intrinsic Vmax?

a) Secondary co-transport
b) Simple diffusion through protein channels
c) Facilitated diffusion via carrier proteins
d) Secondary counter-transport
e) Primary active transport via carrier proteins

Correct Answer: b) Simple diffusion through protein channels

Explanation:
「単純拡散（Simple diffusion）」は、プロテインチャネルを通じて物質が移動する過程で、速度はその物質の濃度勾配に依存しますが、Vmax（最大速度）には依存しません。その他の選択肢は、トランスポーターのVmaxによって制限されるプロセスです。

この問題では、最大輸送速度 (Vmax) によって速度が制限されない輸送機構を選ぶことが求められています。Vmaxは、輸送体が飽和して、さらに多くの物質を運ぶことができない時点の最大速度を意味します。

選択肢を一つずつ見てみましょう。

a) Secondary co-transport (二次共輸送)
二次共輸送は、ATPを直接使用せずに、他のイオンの濃度勾配を利用して物質を輸送します。このプロセスは輸送体タンパク質に依存しているため、Vmaxによって制限されます。したがって、Vmaxによる制限を受けます。

b) Simple diffusion through protein channels (タンパク質チャネルを介した単純拡散)
単純拡散は、濃度勾配に従って物質が輸送される過程です。これはエネルギーを必要とせず、輸送体タンパク質を介さないため、通常はVmaxによる制限を受けません。単純拡散では物質の濃度が上がるほど、輸送速度も比例して増加します。このため、単純拡散はVmaxに制限されません。

c) Facilitated diffusion via carrier proteins (輸送体タンパク質を介した促進拡散)
促進拡散は、輸送体タンパク質を介して行われるため、一定量の物質が輸送体を飽和させるとVmaxに達し、輸送速度が制限されます。

d) Secondary counter-transport (二次対向輸送)
二次対向輸送も二次共輸送と同様に、イオン濃度勾配を利用して物質を輸送します。このプロセスも輸送体タンパク質に依存しているため、Vmaxによって制限されます。

e) Primary active transport via carrier proteins (輸送体タンパク質を介した一次能動輸送)
一次能動輸送はATPを直接使用して物質を濃度勾配に逆らって輸送しますが、これも輸送体タンパク質に依存しており、Vmaxによる制限を受けます。

輸送機構	Vmaxによる制限	説明
Secondary co-transport (二次共輸送)	制限される	濃度勾配を利用した輸送であり、輸送体タンパク質に依存しているため、Vmaxによる制限を受ける。
Simple diffusion through protein channels (タンパク質チャネルを介した単純拡散)	制限されない	濃度勾配に従った輸送であり、輸送体タンパク質を介さないため、Vmaxに制限されない。
Facilitated diffusion via carrier proteins (輸送体タンパク質を介した促進拡散)	制限される	輸送体タンパク質に依存するため、飽和状態に達するとVmaxによって制限される。
Secondary counter-transport (二次対向輸送)	制限される	二次共輸送と同様に、濃度勾配を利用して輸送されるが、輸送体タンパク質に依存しているためVmaxで制限される。
Primary active transport via carrier proteins (輸送体タンパク質を介した一次能動輸送)	制限される	ATPを使用して物質を輸送するが、輸送体タンパク質に依存するためVmaxによる制限を受ける。

Question 6

A 180-lb male patient comes in for surgical correction of a traumatic hernia sustained from a mountain biking accident. His chest x-ray is normal and has the following results from room air pulmonary function testing: tidal volume, 600 ml; respiratory rate, 12 breaths/min; vital capacity, 5 L; PaO2, 90 mmHg; PaCO2, 40 mmHg; PEC02, 28 mmHg. As a measure of lung health, you calculate his physiological dead space and compare this to an estimate for his anatomical dead space. What do you find as his physiological dead space and anatomical dead space estimate, respectively?

a) 180 ml, 180 ml
b) 450 ml, 180 ml
c) 150 ml, 180 ml
d) 180 ml, 150 ml
e) 150 ml, 450 ml

Correct Answer: a) Explanation:
この問題では、患者の生理学的死腔（physiological dead space）と解剖学的死腔（anatomical dead space）の推定値を計算する必要があります。与えられたデータを使って、これらを計算し、その違いを確認します。

生理学的死腔の計算

生理学的死腔は、Bohrの方程式を使用して計算されます。Bohrの方程式は次の通りです：

ここで、

VD は死腔（dead space）
VT は一回換気量（tidal volume）
PaCO2 は動脈血二酸化炭素分圧（40 mmHg）
PECO2 は呼気終末二酸化炭素分圧（28 mmHg）

与えられたデータを方程式に代入して、生理学的死腔の割合を計算します。

生理学的死腔の割合は0.3、つまり30%です。

次に、一回換気量（tidal volume）は600 mlなので、生理学的死腔の容積を計算します。

VD=0.3×600=180 ml。したがって、患者の生理学的死腔は 180 ml です。

解剖学的死腔の推定

解剖学的死腔は、通常は患者の体重（lb）に基づいて推定されます。体重1ポンドあたり約1 mlの死腔があると考えられるため、180ポンドの患者の解剖学的死腔は次のように推定されます。

Anatomical dead space=180 ml

結論

この患者の生理学的死腔と解剖学的死腔はどちらも 180 ml です。これは、患者の肺が健康であり、解剖学的死腔と生理学的死腔が一致していることを示しており、肺の換気は正常であることを示唆しています。

Question 7

The patient has a 3-cm puncture wound on the left lateral chest between the third and fourth rib. He is unconscious, is able to speak, and complains of chest pains associated with each breath and has difficulty breathing. At the end of inspiration, what is the pressure in the left intrapleural space?

a) -6 mmHg
b) -8 mmHg
c) -4 mmHg
d) -10 mmHg
e) -2 mmHg

Correct Answer: e) -2 mmHg

この患者は、胸部に刺し傷があり、その結果として気胸（pneumothorax）が発生している可能性が高いです。気胸があると、胸膜腔（intrapleural space）に外気が侵入し、通常負圧である胸膜内圧が大気圧に近づきます。この状況を考慮しながら、胸膜内圧の変化について解説します。

胸膜内圧と気胸の影響
通常、吸気の終わりには、正常な胸膜内圧はおおよそ -6 mmHg から -8 mmHg の範囲で、これは肺を拡張させるために必要な負の圧力です。しかし、胸部に3cmの刺し傷があり、外部から空気が胸膜腔に入っている場合、胸膜腔内の圧力は大気圧に近づきます。大気圧は0 mmHgと定義されているため、胸膜内圧はほぼ大気圧に等しくなり、負の圧力が減少します。

刺し傷による気胸では、胸膜内圧が大気圧に近づくため、通常の吸気時の負圧（-6 mmHgや-8 mmHg）よりも低い負の圧力になるはずです。したがって、最も正しい選択肢は e) -2 mmHg です。この値は、胸膜腔内に外気が入り、負圧が減少した結果として考えられます。

結論:
刺し傷による気胸がある場合、吸気の終わりにおける左側の胸膜内圧は e) -2 mmHg です。これは通常よりも負圧が少なくなっている状態を反映しています。

Question 8

Increases in heart rate and cardiac output are observed in a 32-year-old woman. Simultaneous arterial blood gas studies show a normal PaO2 and PaCO2. These changes are most likely part of an integrated response to which of the following:

a) Carotid sinus massage
b) Panic attack
c) Exercise
d) Pulmonary embolism
e) High altitude

Correct Answer: c) Exercise

Explanation:
運動中には心拍数と心拍出量が増加し、PaO2とPaCO2は通常正常範囲に保たれます。これらの変化は運動に対する体の調整の一部です。

a) Carotid sinus massage (頸動脈洞マッサージ)
頸動脈洞マッサージは、副交感神経（迷走神経）を刺激し、心拍数を減少させる効果があります。したがって、心拍数や心拍出量の増加はこの選択肢には当てはまりません。

b) Panic attack (パニック発作)
パニック発作では、心拍数の増加や過呼吸が見られることがありますが、PaCO2が低下する（呼吸性アルカローシス）ことが一般的です。問題文ではPaCO2が正常とされているため、この選択肢は適切ではありません。

c) Exercise (運動)
運動中には、心拍数と心拍出量が増加しますが、軽度から中等度の運動では、PaO2とPaCO2はほぼ正常のまま維持されます。これは、呼吸器系や循環器系の適応反応によって、酸素供給と二酸化炭素の除去がバランスよく行われるからです。したがって、この選択肢が最も適切です。

d) Pulmonary embolism (肺塞栓)
肺塞栓では、肺の一部が血流から遮断され、ガス交換が妨げられるため、通常PaO2が低下します。また、呼吸困難や頻呼吸が見られることが多く、PaCO2にも変化が現れることが一般的です。正常なPaO2やPaCO2はこの状況には一致しません。

e) High altitude (高地)
高地においては、低酸素環境のためPaO2が低下します。通常、低酸素症に対する生理的応答として、過呼吸が起こり、PaCO2が低下します。正常なPaO2やPaCO2は、高地環境では一般的ではありません。

Question 9

Why is the composition of alveolar air not the same as atmospheric air?

a) Alveolar air is partially replaced with atmospheric air with respiration
b) Atmospheric air is humidified before it reaches alveoli
c) Increase in VA cannot increase alveolar PO2 above 150 mmHg as long as you are breathing room air
d) O2 is constantly being absorbed from alveolar air
e) All of the above
f) Only B&C

Correct Answer: e) All of the above

Explanation:
肺胞空気は、吸気によって部分的に大気空気と入れ替わり、気道を通る際に湿気を吸収します。また、酸素は肺胞空気から継続的に吸収されるため、肺胞空気の成分は大気空気と異なります。

a) Alveolar air is partially replaced with atmospheric air with respiration (肺胞気は呼吸とともに部分的に大気中の空気に置き換えられる)
これは事実です。吸気によって大気中の空気が肺胞に入り込みますが、完全に置き換えられるわけではなく、常に一部が残っています。そのため、肺胞内の空気の組成は大気中の空気と異なります。

b) Atmospheric air is humidified before it reaches alveoli (大気中の空気は肺胞に到達する前に加湿される)
これは正しいです。吸入された空気は鼻腔や気管などを通る際に加湿されます。加湿により、水蒸気分圧が追加されるため、大気中の空気とは異なる組成になります。

c) Increase in VA cannot increase alveolar PO2 above 150 mmHg as long as you are breathing room air (呼吸量を増加させても、室内空気を吸っている限り肺胞内の酸素分圧は150 mmHgを超えない)
これは事実です。室内空気中の酸素分圧が約150 mmHgであるため、どれだけ換気量（VA）を増やしても、それ以上に肺胞内の酸素分圧が上昇することはありません。

d) O2 is constantly being absorbed from alveolar air (酸素は常に肺胞内の空気から吸収されている)
これは正しいです。ガス交換が常に行われているため、肺胞内の酸素は血液に吸収され、同時に二酸化炭素が放出されます。これにより、肺胞内の酸素分圧は大気中の酸素分圧とは異なります。

e) All of the above (上記のすべて)
選択肢 a、b、c、d はすべて正しいため、これも正しい選択肢となります。

f) Only B&C (BとCのみ)
b と c は確かに正しいですが、d も正しいため、この選択肢は適切ではありません。

結論:
最も正しい答えは e) All of the above (上記のすべて) です。肺胞内の空気の組成が大気中の空気と異なる理由は、呼吸とともに部分的に置き換えられること、空気が加湿されること、室内空気の酸素分圧以上に肺胞内の酸素分圧が上昇しないこと、そして酸素が常に吸収されていることが関係しています。

Question 10

What are the factors that control oxygen concentration in the alveoli?

a) Rate of absorption
b) Rate of entry of new oxygen into the lungs by the ventilatory process
c) The amount of CO2 excreted by the lungs
d) A & B
e) B & C

Correct Answer: d) A&B

a) Rate of absorption (酸素の吸収速度)
これは正しいです。肺胞内での酸素濃度は、酸素が血液に吸収される速度に依存します。酸素が速く吸収されると、肺胞内の酸素濃度は低下します。

b) Rate of entry of new oxygen into the lungs by the ventilatory process (換気過程による新しい酸素の肺への流入速度)
これも正しいです。新鮮な酸素が肺にどれだけ速く入り込むか（換気速度）は、肺胞内の酸素濃度を決定する重要な要素です。換気量が増えると、より多くの酸素が肺胞に入り、酸素濃度が上昇します。

c) The amount of CO2 excreted by the lungs (肺で排出されるCO2の量)
これは直接的には肺胞内の酸素濃度には影響を与えませんが、二酸化炭素（CO2）の排出量が換気量と関連しているため、間接的に影響を与える可能性があります。CO2の排出が増えると、呼吸が深くなり、より多くの酸素が吸入されることがありますが、酸素の濃度に直接影響を与えるわけではありません。

d) A & B
酸素の吸収速度と新しい酸素の流入速度の両方は、肺胞内の酸素濃度を決定する直接的な要因であり、これが最も正しい選択肢です。

e) B & C
Bは正しいですが、Cは酸素濃度を直接制御する要因ではないため、この選択肢は正しくありません。

結論:
最も適切な答えは d) A & B です。肺胞内の酸素濃度は、酸素の吸収速度と換気によって新たに供給される酸素の流入速度に依存しています。

Question 11

In a maximal expiration, the total volume expired is

a) Expiratory reserve volume (ERV)
b) Functional residual capacity (FRC)
c) Tidal volume (Vt)
d) Vital capacity (VC)
e) Residual volume (RV)

Correct Answer: d) Vital capacity (VC)

Explanation:
「最大呼気（Maximal expiration）」では、最大吸気から最大呼気までの全体の空気量が「肺活量（Vital capacity）」です。呼気後に残る空気量（残気量（RV））を含まないため、肺活量が適切な回答です。

a) Expiratory reserve volume (ERV)
呼気予備量（ERV）は、通常の呼気の後にさらに強制的に吐き出せる空気量を指します。しかし、最大呼気で排出されるすべての空気量を示すものではありません。したがって、この選択肢は不適切です。

b) Functional residual capacity (FRC)
機能的残気量（FRC）は、通常の呼気後に肺内に残っている空気の総量であり、呼気予備量（ERV）と残気量（RV）を合わせたものです。これは、最大呼気時に排出される空気量ではないため、この選択肢も適切ではありません。

c) Tidal volume (Vt)
一回換気量（Vt）は、通常の呼吸サイクルで吸入および呼出される空気の量です。しかし、これは最大呼気時に排出される総量にはなりません。

d) Vital capacity (VC)
肺活量（VC）は、最大吸気後に最大呼気で排出される総量を指します。これは、通常の一回換気量（Vt）、呼気予備量（ERV）、および吸気予備量（IRV）を合わせたものです。したがって、最大呼気時に排出される空気量としては、肺活量（VC）が正しい選択肢です。

e) Residual volume (RV)
残気量（RV）は、最大呼気後に肺内に残る空気の量であり、排出できない部分です。これは、最大呼気時に排出される量とは逆の概念です。

Question 12

The net dependent transport of Ca++ from cytosol to the extracellular fluid

a) Primary active transport
b) Co-transport
c) Counter-transport
d) Simple diffusion
e) Facilitated diffusion

Correct Answer: a) Primary active transport

Explanation:
「一次能動輸送（Primary active transport）」はATPを使用して、細胞質から細胞外液へのCa++の移動を行います。これはエネルギーを必要とし、通常はATPの加水分解によって駆動されます。

細胞質（cytosol）から細胞外液（extracellular fluid）へのカルシウムイオン（Ca++）の輸送について問う問題です。カルシウムイオンは、細胞内と細胞外で非常に異なる濃度勾配を持っているため、その輸送はエネルギーを要することが多いです。それぞれの選択肢を確認しましょう。

a) Primary active transport (一次能動輸送)
一次能動輸送は、ATPのエネルギーを直接使用して物質を濃度勾配に逆らって輸送するプロセスです。カルシウムイオンの輸送では、細胞膜上のカルシウムポンプ（Ca²⁺-ATPase）がATPを使って、濃度勾配に逆らってカルシウムを細胞外へ輸送します。これは正しい輸送メカニズムです。

b) Co-transport (共輸送)
共輸送は、2つ以上の物質を同じ方向に同時に輸送するプロセスです。カルシウムの輸送では、通常共輸送は行われず、特に細胞内から外への輸送においては関与しません。

c) Counter-transport (対向輸送)
対向輸送は、1つの物質が細胞内に入るときに、他の物質が細胞外に出るように、2つの物質が逆方向に同時に輸送されるプロセスです。カルシウムイオンが対向輸送されることもありますが、主な輸送経路ではありません。

d) Simple diffusion (単純拡散)
単純拡散は、濃度勾配に従って物質が自然に移動するプロセスです。カルシウムイオンは、細胞膜を自由に通過することができないため、単純拡散は適切ではありません。

e) Facilitated diffusion (促進拡散)
促進拡散は、輸送体タンパク質を介して濃度勾配に従って物質を輸送するプロセスですが、カルシウムイオンの細胞外への輸送には通常このメカニズムは関与しません。

※
単純拡散できる物質
単純拡散は、物質が濃度勾配に従って細胞膜を通過する過程で、エネルギーを必要としません。単純拡散を行うことができる物質には、以下のようなものがあります：
ガス分子：酸素（O₂）や二酸化炭素（CO₂）などの小さな非極性ガス分子は、脂質二重層を自由に通過して細胞膜を拡散します。
脂溶性分子：ステロイドホルモンや脂肪酸などの脂溶性物質も、細胞膜を自由に通過します。
小さな非極性分子：例えば、窒素（N₂）などの非極性分子は、単純拡散によって移動します。
これらの物質は、濃度勾配に従って膜を通過するため、特別な輸送体やエネルギーを必要としません。

促進拡散とATP
促進拡散は、特定の輸送体タンパク質（チャネルやキャリアタンパク質）を介して行われますが、ATPを使用しません。物質は濃度勾配に従って移動するため、エネルギーは不要です。促進拡散は、以下のような場合に行われます：
グルコースの輸送：細胞膜上のグルコース輸送体（GLUT）を介して、グルコースが濃度勾配に従って細胞内に移動します。
イオンの輸送：特定のイオンチャネルを通じて、ナトリウム（Na⁺）やカリウム（K⁺）などのイオンが促進拡散により細胞膜を通過します。

Question 13

A professor creates a model to teach respiratory physiology to her students. In her model, two spheres with elastic properties similar to alveoli are connected, with a clamp positioned between them preventing airflow. The surface tension within the two elastic spheres is identical, and neither is lined with surfactant. Which of the following options best describes what will happen when the clamp is opened?

a) The larger sphere will collapse
b) The smaller sphere will increase in size
c) The smaller sphere will collapse
d) The larger sphere will decrease in size
e) The spheres will become equal in size

Correct Answer: c)

Explanation:
この問題は、アルベオリ（肺胞）モデルにおける2つの弾性球に関するものです。表面張力が2つの球で同じであり、サーファクタント（肺表面活性物質）がない場合に、クランプが開かれると何が起こるかを問うています。これを理解するためには、ラプラスの法則を考慮する必要があります。

ラプラスの法則:
ラプラスの法則によると、球形の構造物（例えば肺胞）の圧力は次の式で表されます。

ここで、
P は球内の圧力、
T は表面張力、
r は球の半径です。
この法則からわかるのは、同じ表面張力T を持つ場合、小さい球（小さい半径r）ほど内部の圧力P が大きくなり、大きな球よりも収縮しやすいということです。

サーファクタントの不在:
サーファクタントは肺胞の表面張力を減少させ、特に小さな肺胞の崩壊を防ぐ役割を果たします。このモデルでは、サーファクタントが存在しないため、表面張力は2つの球で同じであり、小さな球はより大きな内部圧力を持ちます。

クランプが開かれると:
クランプが開かれると、空気は圧力の高い方（小さい球）から圧力の低い方（大きい球）へと移動します。このため、小さい球はさらに小さくなり、最終的には崩壊する可能性が高くなります。

選択肢の検討:
a) The larger sphere will collapse (大きい球が崩壊する)
大きい球は小さい球よりも圧力が低いため、崩壊することはありません。この選択肢は誤りです。

b) The smaller sphere will increase in size (小さい球が大きくなる)
小さい球は圧力が高いため、さらに小さくなるはずです。この選択肢は誤りです。

c) The smaller sphere will collapse (小さい球が崩壊する)
これは正しい選択肢です。小さい球は内部圧力が高く、空気が大きい球に移動するため、崩壊します。

d) The larger sphere will decrease in size (大きい球が小さくなる)
空気は大きい球に流れ込むため、大きい球はむしろ大きくなります。この選択肢は誤りです。

e) The spheres will become equal in size (2つの球が同じ大きさになる)
空気は小さい球から大きい球へ移動し、小さい球は崩壊するため、球の大きさは等しくならないでしょう。この選択肢は誤りです。

Question 14

A 45-year-old male has been working as a coal miner for the past 15 years, where he is exposed to industrial dust. Which of the following is the primary pulmonary defense mechanism that clears the respiratory tract of deposited particles less than 10 um in size?

a) Upper airway trapping
b) Cough and sneezing
c) Immunologic memory
d) Phagocytosis
e) Mucociliary transport

Correct Answer: e) Mucociliary transport

Explanation:
「粘液繊毛輸送（Mucociliary transport）」は、気道に蓄積された微細な粒子や異物をクリアするための主要な防御機構です。粘液と繊毛の運動により、異物は喉頭に向かって移動し、最終的に体外に排出されます。

a) Upper airway trapping (上気道での捕捉)
上気道（鼻腔、咽頭）は大きな粒子を捕捉する役割がありますが、通常は10 µm以上の大きな粒子に対して有効です。10 µm未満の小さな粒子にはあまり効果がありません。

b) Cough and sneezing (咳とくしゃみ)
咳やくしゃみは、大きな異物や刺激物に対する反応で、主に大きな粒子や気道に刺激を与える異物を取り除くための機構です。10 µm未満の小さな粒子には、これらの反応は主な防御機構ではありません。

c) Immunologic memory (免疫記憶)
免疫記憶は、特定の抗原に対して体が以前に遭遇した記憶を保持し、迅速に免疫反応を引き起こす機構です。これは主にウイルスや細菌などの病原体に対する防御であり、粉塵などの粒子除去には直接関与しません。

d) Phagocytosis (食作用)
マクロファージなどの細胞が異物を取り込む食作用は、肺胞レベルでの防御機構として機能します。特に2 µm以下の非常に小さな粒子に対して有効です。10 µm程度の粒子には、食作用は主な防御機構ではありません。

e) Mucociliary transport (粘液線毛輸送)
粘液線毛輸送は、気道の内側を覆う粘液層が異物や粒子を捕捉し、線毛の動きによってこれらの粒子を気道の外へ運ぶメカニズムです。この機構は、主に2〜10 µm程度の粒子を除去する役割を果たします。したがって、10 µm未満の粒子に対する主要な防御機構はこれです。

Question 15

A researcher measures alveolar ventilation in a healthy volunteer. Which of the following values accounts for the difference between the minute ventilation and the alveolar ventilation?

a) Functional residual capacity
b) Breath rate
c) Residual volume
d) Dead space
e) Tidal volume

Correct Answer: d) Dead space

Explanation:
「死腔（Dead space）」は、換気されるがガス交換が行われない領域のことです。分時換気（Minute ventilation）と肺胞換気（Alveolar ventilation）の差は、死腔によって説明されます。死腔が多いと、同じ分時換気でも肺胞換気は低くなります。

この問題では、分時換気量（minute ventilation）と肺胞換気量（alveolar ventilation）の違いを説明する値について尋ねています。これらの違いは、換気された空気のうち、ガス交換に関与しない部分（死腔）によって生じます。それぞれの選択肢を確認していきましょう。

a) Functional residual capacity (機能的残気量)
機能的残気量（FRC）は、通常の呼気の後に肺に残る空気の量です。これは肺胞換気とは直接関係がなく、分時換気量と肺胞換気量の違いを説明するものではありません。

b) Breath rate (呼吸数)
呼吸数は、1分間に何回呼吸を行うかを示すものですが、分時換気量や肺胞換気量を決定する要因の一つではありますが、これ自体が換気とガス交換の違いを説明するものではありません。

c) Residual volume (残気量)
残気量（RV）は、最大限の呼気の後に肺に残る空気の量です。これも肺胞換気と直接関係するものではなく、分時換気量と肺胞換気量の違いを説明するものではありません。

d) Dead space (死腔)
死腔（dead space）は、呼吸によって空気が出入りするが、ガス交換に関与しない気道部分を指します。分時換気量は、1分間に肺に出入りする空気の総量ですが、死腔部分を通る空気はガス交換に寄与しません。これにより、分時換気量と肺胞換気量の違いが生じます。したがって、この選択肢が正しいです。

e) Tidal volume (一回換気量)
一回換気量（Vt）は、1回の呼吸で肺に出入りする空気の量を指しますが、これは分時換気量の一部であり、分時換気量と肺胞換気量の違いを説明するものではありません。

結論:
最も正しい選択肢は d) Dead space (死腔) です。分時換気量と肺胞換気量の違いは、死腔に存在する空気のために生じます。死腔にある空気はガス交換に関与せず、これが2つの換気量の違いを説明します。

※
肺胞換気量（alveolar ventilation）とは、肺の中で実際にガス交換（酸素と二酸化炭素の交換）が行われる部分に到達する空気の量を指します。これは、呼吸で吸い込んだ空気のうち、死腔（気道などガス交換が行われない部分）を除いた空気の量です。

計算方法

肺胞換気量は以下の式で求められます：

肺胞換気量=（一回換気量−死腔容積）×呼吸数

一回換気量（tidal volume, Vt）：1回の呼吸で吸い込む空気の総量（通常約500 mL）。
死腔容積（dead space volume）：気道など、ガス交換が行われない空気の量（通常約150 mL）。
呼吸数（breath rate）：1分間に行う呼吸の回数。

例：

もし一回換気量が500 mL、死腔容積が150 mL、呼吸数が12回/分であれば、肺胞換気量は次のように計算されます：

肺胞換気量=(500−150)×12=350×12=4200 mL/min

重要性

肺胞換気量は、体内に酸素を取り入れ、二酸化炭素を排出するための実際の換気量を表しています。つまり、肺胞換気量が適切でないと、十分なガス交換が行われず、体に必要な酸素が不足したり、二酸化炭素が排出されにくくなります。

要するに、肺胞換気量は、呼吸によって肺に吸い込まれた空気のうち、ガス交換に使われる部分の空気の量を示す重要な指標です。

Question 16

In a patient with diarrhea, the oral administration of a solution containing NaCl and glucose is more effective in preventing dehydration than is the administration of a solution containing only NaCl. Which of the following facts best explains this observation?

a) The co-transport of glucose and Na+ across the apical membrane of intestinal epithelial cells facilitates Na+ and H2O absorption
b) The NaCl and glucose solution empties from the stomach at a faster rate than does a solution containing NaCl alone
c) Administration of the NaCl and glucose solution reduces stool output
d) Glucose is used as fuel to effect the co-transport of Na+ and Cl- across the apical membrane of intestinal epithelial cells

Correct Answer: a) The co-transport of glucose and Na+ across the apical membrane of intestinal epithelial cells facilitates Na+ and H2O absorption

Explanation:
「グルコースとNa+の共輸送（Co-transport）」は、腸上皮細胞の上皮膜を越えてNa+と水分の吸収を促進します。このため、NaClとグルコースの溶液は単独のNaCl溶液よりも効果的に脱水を防ぎます。

a) The co-transport of glucose and Na+ across the apical membrane of intestinal epithelial cells facilitates Na+ and H2O absorption (腸上皮細胞の頂端膜を介したグルコースとNa+の共輸送が、Na+と水の吸収を促進する)
この選択肢は正しいです。腸上皮細胞の頂端膜にあるSGLT-1（Sodium-Glucose Linked Transporter-1）は、グルコースとナトリウムイオン（Na⁺）を共輸送します。この共輸送によってナトリウムが細胞内に取り込まれると、浸透圧が変化し、結果として水分の吸収が促進されます。これが、グルコースとNaClを含む溶液がNaClのみの溶液よりも脱水症の予防に効果的である理由です。

b) The NaCl and glucose solution empties from the stomach at a faster rate than does a solution containing NaCl alone (NaClとグルコースを含む溶液は、NaClのみを含む溶液よりも胃から早く排出される)
この選択肢は、効果に直接的には関係ありません。胃排出速度が異なるかもしれませんが、水分と電解質の吸収効率には大きな影響を与えないため、脱水症の予防に大きく寄与しません。

c) Administration of the NaCl and glucose solution reduces stool output (NaClとグルコースを含む溶液の投与は、便の量を減少させる)
便の量が減ることは下痢の改善につながる可能性はありますが、これは脱水症を防ぐ直接のメカニズムではありません。水分と電解質の吸収が促進されることが脱水症予防の主な理由です。

d) Glucose is used as fuel to effect the co-transport of Na+ and Cl- across the apical membrane of intestinal epithelial cells (グルコースは、Na+とCl-の共輸送を行うためのエネルギー源として使用される)
グルコースはエネルギー源として利用されますが、グルコース自体がNa⁺とCl⁻の共輸送に直接使われるわけではありません。むしろ、Na⁺とグルコースの共輸送が行われます。

結論:
最も適切な選択肢は a) The co-transport of glucose and Na+ across the apical membrane of intestinal epithelial cells facilitates Na+ and H2O absorption です。Na⁺とグルコースの共輸送によって、Na⁺と水の吸収が促進され、脱水症の予防に効果的です。

Question 17

A baby born prematurely is taken to the ICU and diagnosed with respiratory distress syndrome. The baby is quickly intubated through the nose to the airways, is given surfactant, and is treated with noninvasive positive pressure ventilation to aid in breathing. Surfactant replacement and aided breathing continue until the baby can breathe on its own. The purpose of the surfactant treatment is to:

a) Increase mucus lining to allow for laminar airflow into the airway
b) Help prevent alveolar collapse during breathing
c) Stimulate innate immunity in the lung to prevent infections during treatment
d) Stimulate all cells to secrete natural surfactant into the alveolus

Correct Answer: b) Help prevent alveolar collapse during breathing

Explanation:
「サーファクタント（Surfactant）」は、肺胞の表面張力を低下させ、肺胞の虚脱を防ぎます。これは、早産児における呼吸困難症の治療において非常に重要です。

a) Increase mucus lining to allow for laminar airflow into the airway (気道への層流を可能にするため、粘液層を増やす)
サーファクタントは、粘液の分泌とは関係がありません。サーファクタントは、肺胞の表面張力を低下させる物質であり、粘液の増加や気道の層流には寄与しません。

b) Help prevent alveolar collapse during breathing (呼吸中の肺胞の虚脱を防ぐ)
これが正しい答えです。サーファクタントは、肺胞の表面張力を低下させることで、肺胞が呼気時に虚脱するのを防ぎます。特に早産児では、サーファクタントの産生が不十分であるため、呼吸窮迫症候群（RDS）が発生しやすくなります。サーファクタントを補充することで、肺胞の安定性を保ち、呼吸を助けます。

c) Stimulate innate immunity in the lung to prevent infections during treatment (治療中に感染を防ぐために、肺の自然免疫を刺激する)
サーファクタントには免疫機能もありますが、主な役割は肺胞の表面張力を低下させ、肺胞の虚脱を防ぐことです。自然免疫の刺激がサーファクタントの主目的ではありません。

d) Stimulate all cells to secrete natural surfactant into the alveolus (すべての細胞を刺激して自然のサーファクタントを分泌させる)
サーファクタントは特定の細胞、具体的にはII型肺胞上皮細胞によって産生されます。サーファクタントの補充は、すべての細胞にサーファクタントの分泌を促すものではありません。

Question 18

Which of the following transport processes is involved if transport of glucose from the intestinal lumen into a small intestinal cell is inhibited by abolishing the usual Na+ gradient across the cell membrane:

a) Primary active transport
b) Facilitated diffusion
c) Counter-transport
d) Co-transport
e) Simple diffusion

Correct Answer: d) Co-transport

Explanation:
「共輸送（Co-transport）」は、Na+の勾配を利用してグルコースなどの物質を細胞内に取り込む過程です。Na+の勾配がなくなると、この過程は阻害されます。

a) Primary active transport (一次能動輸送)
一次能動輸送は、ATPを直接使用して物質を濃度勾配に逆らって輸送するプロセスです。しかし、グルコース輸送自体はこのタイプの輸送ではなく、ATPを直接使用していません。このため、この選択肢は不適切です。

b) Facilitated diffusion (促進拡散)
促進拡散は、特定の輸送体タンパク質を介して、濃度勾配に従って物質が輸送されるプロセスです。しかし、腸管内腔からグルコースを吸収する際には、Na⁺との共輸送（SGLT-1）に依存するため、促進拡散ではありません。

c) Counter-transport (対向輸送)
対向輸送は、1つの物質が細胞内に入ると同時に、別の物質が細胞外に排出される形で、2つの物質が逆方向に輸送されるプロセスです。グルコースの腸管吸収では、このような逆方向の輸送は行われないため、この選択肢も適切ではありません。

d) Co-transport (共輸送)
共輸送は、2つの物質が同じ方向に一緒に輸送されるプロセスです。小腸でのグルコース吸収は、Na⁺とグルコースの共輸送によって行われます。この輸送は、Na⁺勾配が重要で、Na⁺が細胞内に流入する際にグルコースも一緒に運ばれます。この勾配は、Na⁺/K⁺ポンプによって維持されており、Na⁺勾配が消失するとグルコースの共輸送も阻害されます。したがって、この選択肢が正解です。

e) Simple diffusion (単純拡散)
単純拡散は、濃度勾配に従って物質が自由に細胞膜を通過するプロセスです。グルコースは親水性分子であり、細胞膜を自由に通過できないため、単純拡散ではありません。

Question 19

The nurse in the pulmonology clinic administered respiratory tests on a subject. After speaking with the subject, he reported to the patient that the FVC measured at 4 L. Which of the statements below best describes what the nurse has measured:

a) The amount of air expired after maximal expiratory effort.
b) The amount of air that enters the lung but does not participate in gas exchange
c) The amount of air that normally moves into (or out of) the lung with each respiration
d) The largest amount of gas that can be moved into and out of the lungs in one minute

Correct Answer: a) The amount of air expired after maximal expiratory effort.

Explanation:
「強制肺活量（FVC）」は、最大の吸気から最大の呼気までの全ての空気量を示します。これは、最大の呼気努力の後に排出される空気量を表します。

a) The amount of air expired after maximal expiratory effort (最大呼気努力後に排出される空気の量)
これが正しい選択肢です。FVC（努力肺活量, Forced Vital Capacity）は、最大限に吸気した後に、最大努力で呼気できる空気の量を指します。これは、吸気予備量（IRV）、一回換気量（Vt）、および呼気予備量（ERV）の合計であり、通常、最大呼気時に測定されます。

b) The amount of air that enters the lung but does not participate in gas exchange (肺に入りガス交換に参加しない空気の量)
この選択肢は、死腔を指しますが、これはFVCの定義とは異なります。FVCは、死腔を含むすべての空気の総量ではなく、肺活量（VC）の一部を測定します。

c) The amount of air that normally moves into (or out of) the lung with each respiration (通常の呼吸で肺に出入りする空気の量)
これは一回換気量（Vt）を指しますが、FVCは最大限に吸気してから最大努力で呼気した際の総空気量です。一回換気量とは異なります。

d) The largest amount of gas that can be moved into and out of the lungs in one minute (1分間に肺に出入りする最大の空気の量)
この選択肢は、最大換気量（MVV, Maximal Voluntary Ventilation）を指しますが、FVCとは異なります。

結論:
最も適切な選択肢は a) The amount of air expired after maximal expiratory effort (最大呼気努力後に排出される空気の量) です。FVCは、最大吸気後の最大呼気で排出される空気の総量を測定するものです。

Question 20

Which of the following characteristics is shared by simple and facilitated diffusion of glucose?

a) Occurs down an electrochemical gradient
b) Is saturable
c) Is inhibited by the presence of galactose
d) Requires metabolic energy
e) Requires a Na+ gradient

Correct Answer: a) Occurs down an electrochemical gradient

Explanation:
「単純拡散（Simple diffusion）」と「促進拡散（Facilitated diffusion）」は、いずれも電気化学的勾配に従って物質を移動させます。ただし、促進拡散には特定のキャリアやチャネルが必要で、単純拡散はそれを必要としません。

この問題では、単純拡散と促進拡散に共通するグルコース輸送の特徴について尋ねています。それぞれの選択肢を詳しく検討します。

a) Occurs down an electrochemical gradient (電気化学的勾配に従って起こる)
これは正しい選択肢です。単純拡散と促進拡散のどちらも、物質が濃度勾配（または電気化学的勾配）に従って、エネルギーを使わずに移動する現象です。グルコースは濃度勾配に従って移動するため、この特徴は両方の輸送方法に共通しています。

b) Is saturable (飽和可能である)
促進拡散は、輸送体タンパク質を介して行われるため、輸送体が飽和すると限界が生じます。しかし、単純拡散は輸送体を必要としないため、飽和することはありません。したがって、これは促進拡散にのみ該当し、共通の特徴ではありません。

c) Is inhibited by the presence of galactose (ガラクトースの存在によって阻害される)
ガラクトースがグルコース輸送を阻害するのは、促進拡散において特定の輸送体を競合的に阻害する場合に限られます。単純拡散は競合阻害の影響を受けないため、この特徴は共通していません。

d) Requires metabolic energy (代謝エネルギーを必要とする)
単純拡散も促進拡散も、代謝エネルギーを必要としません。物質はエネルギーを使用せずに濃度勾配に従って移動しますが、エネルギーが必要なわけではありません。

e) Requires a Na+ gradient (Na+勾配を必要とする)
Na⁺勾配は、Na⁺依存性の輸送（例：Na⁺-グルコース共輸送）に関与しますが、これは一次または二次能動輸送です。単純拡散および促進拡散にはNa⁺勾配は必要ありません。

結論:
最も適切な選択肢は a) Occurs down an electrochemical gradient (電気化学的勾配に従って起こる) です。単純拡散と促進拡散の両方は、濃度勾配に従ってグルコースを輸送します。

Question 21

In which vascular bed does hypoxia cause vasoconstriction?

a) Muscle
b) Coronary
c) Cerebral
d) Pulmonary
e) Skin

Correct Answer: d) Pulmonary

Explanation:
肺循環（pulmonary circulation）では、低酸素状態（hypoxia）が起こると、その領域への血流を制限するために血管収縮（vasoconstriction）が引き起こされます。この現象を低酸素性肺血管収縮（hypoxic pulmonary vasoconstriction）と呼びます。この反応により、酸素供給の少ない部分への血流が減少し、より酸素豊富な肺区域に血液が流れるように調整されます。この機構は肺全体のガス交換効率を高めるために重要です。

他の選択肢についての説明:
a) Muscle（筋肉）：筋肉では低酸素状態が起こると、通常は血管拡張（vasodilation）が起こり、酸素供給を増やすために血流が増加します。
b) Coronary（冠状動脈）：心臓の冠状動脈では、低酸素状態が起こると血管拡張が起こり、心筋に酸素をより多く供給しようとします。
c) Cerebral（脳）：脳では低酸素状態が発生すると、血流を増やすために血管拡張が起こります。
e) Skin（皮膚）：皮膚では、低酸素状態によって血管が収縮することはありません。

Question 22

Which of the following will double the permeability of a solute in a lipid bilayer?

a) Doubling the oil/water partition coefficient of the solute
b) Doubling the concentration difference of the solute across the bilayer
c) Doubling the molecular radius of the solute
d) Doubling the thickness of the bilayer

Correct Answer: a) Doubling the oil/water partition coefficient of the solute

Explanation:
油/水分配係数（oil/water partition coefficient）は、物質が脂質二重層をどれだけ容易に通過できるかを示す指標です。分配係数が高いほど、物質は脂溶性が高く、脂質二重層を通過する能力が高まります。したがって、分配係数を2倍にすると、物質の脂質二重層を通過する透過性も増加し、透過性が倍増します。

他の選択肢についての説明:
b) Doubling the concentration difference of the solute across the bilayer (脂質二重層を挟んだ物質の濃度差を2倍にする)
濃度差を2倍にすると、拡散の駆動力は増加しますが、これは物質の透過性自体を変化させるものではありません。透過性は、物質が膜を通過する能力に依存します。
c) Doubling the molecular radius of the solute (物質の分子半径を2倍にする)
分子半径が大きくなると、物質が膜を通過するのが難しくなり、透過性は低下します。したがって、透過性は倍増しません。
d) Doubling the thickness of the bilayer (脂質二重層の厚さを2倍にする)
二重層の厚さが増加すると、物質が膜を通過する距離が長くなるため、透過性は低下します。

Question 23

A 4-year-old is involved in a motor vehicle accident and suffers a right femoral shaft fracture. Upon arrival at the hospital, his leg is operated on immediately. On his third hospital day, he becomes agitated and tachypneic, and complains of chest pain. An arterial blood sample is likely drawn immediately, and shows a PaO2 of 65 mmHg. Which of the following is the likely mechanism of hypoxemia in this patient?

a) Ventilation/perfusion mismatch
b) Increased tissue oxygen extraction
c) Hypoventilation
d) Diffusion impairment
e) Left-to-right shunt

Correct Answer: a) Ventilation/perfusion mismatch

Explanation:
この問題では、4歳の子供が交通事故で大腿骨骨折を負った後、3日目に急に呼吸困難と胸痛を訴え、動脈血ガスで低酸素血症（PaO2 65 mmHg）が見られる状況について、低酸素血症のメカニズムが問われています。交通事故後の大腿骨骨折とその後の呼吸症状に基づくと、脂肪塞栓症（fat embolism syndrome）が考えられます。

脂肪塞栓症では、骨折後に骨髄の脂肪が血流に入り、肺の血管を塞ぎ、ガス交換に影響を与えるため、換気/血流不均衡（V/Q mismatch）が主なメカニズムとして考えられます。

各選択肢の検討
a) Ventilation/perfusion mismatch (換気/血流不均衡)
これは正しい答えです。脂肪塞栓が肺の血管を塞ぐと、肺の一部でガス交換が適切に行われなくなり、換気と血流の不均衡が生じます。これにより、肺胞に十分な酸素が供給されないため、低酸素血症が引き起こされます。この患者の症状は、脂肪塞栓症に関連する換気/血流不均衡が原因であると考えられます。

b) Increased tissue oxygen extraction (組織の酸素抽出量の増加)
酸素抽出量の増加は、末梢組織が酸素をより多く利用している場合に見られますが、これは低酸素血症の主な原因ではなく、血液中の酸素分圧（PaO2）が低下する理由とは異なります。

c) Hypoventilation (低換気)
低換気はPaCO2の上昇を伴うことが多く、また、一般的には呼吸中枢の障害や鎮静薬の過剰投与などが原因となります。この患者はタキピネア（呼吸数の増加）を示しており、低換気ではありません。

d) Diffusion impairment (拡散障害)
拡散障害は、肺胞から血液への酸素の移動が妨げられる状況ですが、脂肪塞栓症では主な問題は肺の血流に対する影響であり、拡散障害が低酸素血症の主要な原因ではありません。

e) Left-to-right shunt (左→右シャント)
左から右へのシャントは酸素化された血液が酸素化されていない領域に流れることを指しますが、このケースでは適切な説明ではありません。低酸素血症は通常、右から左へのシャントで発生します。

結論:
正しい答えは a) Ventilation/perfusion mismatch (換気/血流不均衡) です。

Question 24

A drug is noted to cause only a change in the resting membrane potential of intestinal epithelial cells from -60 mV to -50 mV. Which of the following findings is most likely to be observed?

a) Decreased rate of diffusion of urea into the cells
b) Decreased rate of diffusion of potassium into the cells
c) Increased rate of diffusion of sodium into the cells
d) Decreased rate of diffusion of sodium into the cells
e) Increased rate of diffusion of potassium into the cells

Correct Answer: c) Increased rate of diffusion of sodium into the cells

Explanation:
「膜電位（Resting membrane potential）」がより正の値に近づくと、ナトリウム（Na+）イオンの細胞内への拡散が増加します。これは、ナトリウムの電気化学的勾配が増すためです。

a) Decreased rate of diffusion of urea into the cells (尿素の細胞内への拡散速度の減少)
尿素は非電荷の分子であり、その拡散速度は膜電位の影響を受けません。したがって、膜電位の変化が尿素の拡散速度に直接影響することはないため、この選択肢は不適切です。

b) Decreased rate of diffusion of potassium into the cells (カリウムの細胞内への拡散速度の減少)
カリウム（K⁺）は通常、細胞内が負に帯電しているため、細胞内に移動する傾向があります。しかし、膜電位が -60 mV から -50 mV になると、細胞内の負電位が弱まり、カリウムの細胞内への移動が減少する可能性があります。しかし、通常カリウムは細胞外に流出する傾向が強いため、この選択肢はあまり妥当ではありません。

c) Increased rate of diffusion of sodium into the cells (ナトリウムの細胞内への拡散速度の増加)
ナトリウム（Na⁺）は細胞外に多く存在し、細胞内に移動する力が働きます。膜電位が -60 mV から -50 mV に変化すると、細胞内が正に近づき、Na⁺がより強く引き寄せられるようになります。したがって、ナトリウムの細胞内への拡散速度が増加する可能性が高いです。この選択肢が最も適切です。

d) Decreased rate of diffusion of sodium into the cells (ナトリウムの細胞内への拡散速度の減少)
ナトリウムは正に帯電しているため、細胞内がより正の電位に近づくと、Na⁺が引き寄せられる力が強くなります。このため、ナトリウムの拡散速度が減少することはなく、この選択肢は不適切です。

e) Increased rate of diffusion of potassium into the cells (カリウムの細胞内への拡散速度の増加)
カリウムは通常、細胞外に多く存在し、細胞外に拡散しやすいです。したがって、細胞内が正に近づくと、カリウムの細胞内への移動はあまり起こりません。この選択肢も不適切です。

Question 25

A 23-year-old military recruit begins special training that involves high-intensity physical exercise. At the peak of the exercise, which of the following parameters is the same in the systemic and pulmonary circulation?

a) Mean arterial pressure
b) Arterial resistance
c) Diastolic arterial pressure
d) Driving pressure for blood flow
e) Blood flow per minute

Correct Answer: e) Blood flow per minute

Explanation:
「分時血流量（Blood flow per minute）」は、全身循環と肺循環で等しくなります。これは、心臓から出る血液量が両方の循環系で同じであるためです。

全身循環（systemic circulation）と肺循環（pulmonary circulation）は、異なる圧力と抵抗を持つ2つの循環系ですが、両方とも1分間あたりの血流量は同じです。これは、心臓が一つのポンプとして、左心室から全身に血液を送り出し、右心室から肺へ血液を送り出すためです。血液が全身と肺を循環する際、血流は連続しているため、1分間に流れる血液量（心拍出量, cardiac output）は全身循環と肺循環で同じです。

他の選択肢についての説明:
a) Mean arterial pressure (平均動脈圧) 全身循環では平均動脈圧は高く、通常は約90 mmHg程度ですが、肺循環でははるかに低く、約15 mmHgです。したがって、平均動脈圧は全身と肺で異なります。

b) Arterial resistance (動脈抵抗) 全身循環の動脈抵抗は肺循環に比べてはるかに高いです。全身の血管はより広範囲に分布し、全身の臓器に酸素と栄養を供給するために高い抵抗が必要です。肺循環はガス交換のための短い経路であり、動脈抵抗は低くなります。

c) Diastolic arterial pressure (拡張期血圧) 拡張期血圧も全身循環では高く、肺循環では低いです。したがって、この値は異なります。

d) Driving pressure for blood flow (血流の駆動圧) 血流の駆動圧も全身循環と肺循環で異なります。全身循環では、駆動圧は心臓から各臓器への長い距離をカバーする必要があるため高くなりますが、肺循環では駆動圧が低いです。

Question 26

A new drug is developed that blocks the transporter for H+ secretion in gastric parietal cells. Which of the following transport processes is being inhibited?

a) Facilitated diffusion
b) Primary active transport
c) Counter transport
d) Co-transport
e) Simple diffusion

Correct Answer: b) Primary active transport

Explanation:
「一次能動輸送（Primary active transport）」はATPを使用してH+を胃の壁細胞から分泌するプロセスです。このプロセスがブロックされると、H+の分泌が減少します。

胃の壁細胞（parietal cells）では、H⁺/K⁺ ATPase というプロトンポンプが一次能動輸送（primary active transport）を介してH⁺を胃の内腔に分泌します。このポンプはATPのエネルギーを利用して、H⁺を細胞から胃の内腔へ、K⁺を胃内腔から細胞内に輸送します。これは濃度勾配に逆らって行われるため、一次能動輸送に分類されます。

他の選択肢についての説明:
a) Facilitated diffusion (促進拡散)
促進拡散は、濃度勾配に従って物質が輸送される過程ですが、ATPのエネルギーは必要ありません。H⁺/K⁺ ATPaseはエネルギーを使うので、この選択肢は適切ではありません。

c) Counter transport (対向輸送)
対向輸送は、1つの物質が細胞内に移動する際に、別の物質が細胞外に排出される輸送の形態です。H⁺/K⁺ ATPaseはこの形式に一部似ていますが、エネルギー源としてATPを使用しているため、一次能動輸送に分類されます。

d) Co-transport (共輸送)
共輸送は、2つ以上の物質が同じ方向に同時に輸送されるプロセスです。H⁺/K⁺ ATPaseはH⁺とK⁺を逆方向に輸送しているので、これは共輸送ではありません。

e) Simple diffusion (単純拡散)
単純拡散は、エネルギーを必要とせず、濃度勾配に従って自然に物質が拡散するプロセスです。H⁺/K⁺ ATPaseはATPを使用してH⁺を能動的に輸送するため、単純拡散ではありません。

結論:
この薬は、H⁺/K⁺ ATPase（プロトンポンプ）を阻害しているため、阻害されているのは一次能動輸送（primary active transport）です。

Question 27

Solutions A and B are separated by a membrane that is permeable to urea. Solution A is 10 mM urea and solution B is 5 mM urea. If the concentration of urea in solution A is doubled, the flow of urea across the membrane will:

a) Double
b) Decrease to one third
c) Triple
d) Be unchanged
e) Decreased to half

Correct Answer: a) Double

Explanation:
「尿素（Urea）」の透過性は、その濃度勾配に依存します。濃度が倍増すると、透過の流れも倍増します。

尿素（urea）は、膜を通過できる透過性の分子です。膜を介した物質の拡散速度は、濃度勾配に依存します。最初の状態では、溶液Aの尿素濃度が10 mM、溶液Bが5 mMであるため、尿素は濃度勾配に従って溶液Aから溶液Bへ移動します。

拡散速度は、濃度勾配（つまり、2つの溶液間の濃度差）に比例します。最初の状態では、濃度勾配は10 mM – 5 mM = 5 mM です。

次に、溶液Aの濃度を2倍にすると、濃度勾配は20 mM – 5 mM = 15 mM になります。濃度差が元の5 mMから15 mMに増加したため、濃度勾配が2倍になり、それに伴って尿素の拡散速度も2倍になります。

結論:
溶液Aの尿素濃度を2倍にすると、尿素の膜を介した拡散速度も2倍になるため、最も適切な答えは a) Double です。

Question 28

In contrast to the lower lobes, the upper lobes of the lungs are often the site of infection because of high:

a) Perfusion
b) Alveolar PCO2
c) Diffusion capability
d) Alveolar PO2
e) Ventilation

Correct Answer: b)

Explanation:
肺の上葉は、他の部位と比べて換気/血流比（V/Q比）が高い傾向があります。これにより、上葉では血流が比較的少ないにもかかわらず、酸素分圧（PO2）が高くなります。この高い酸素濃度は、特に好気性の病原体（例：結核菌など）が繁殖するのに適した環境を作り出します。そのため、感染が肺の上葉で発生しやすくなると考えられています。

他の選択肢についての説明:
a) Perfusion（血流）
上葉では血流が少ないため、感染のリスクが上がる理由にはなりません。むしろ、血流が少ないことで、酸素分圧が高くなることが関係しています。

b) Alveolar PCO2（肺胞の二酸化炭素分圧）
上葉では血流が少ないため、二酸化炭素分圧（PCO2）は低めですが、これが感染の主な理由ではありません。

c) Diffusion capability（拡散能力）
拡散能力は全体的に変わりませんが、換気/血流比の違いにより、感染に影響を与えるのは主に酸素分圧の方です。

e) Ventilation（換気）
上葉では換気が良好ですが、換気そのものが感染リスクを高める要因ではなく、酸素分圧の高さがより重要です。

結論:
肺の上葉は、高い酸素分圧（PO2）のため、感染が発生しやすくなります。したがって、最も適切な答えは d) Alveolar PO2 です。

レスピブロック – Ch40~43

Question 51

A 24-year-old medical student awakens to get ready for classes. When he arises from a lying down to a standing up position, changes occur to his lungs. Which of the following describes the alterations that occur in the alveoli at the top of his lungs compared with those at the bottom of his lungs? Select the correct response:

a) Receive a greater percentage of the pulmonary blood flow
b) Have larger radii
c) Receive a greater percentage of the tidal volume
d) Have a lower ventilation-perfusion ratio
e) Exhibit greater compliance

解説 (Explanation):

b) Have larger radii です。

理由:
立ち上がると、重力の影響で肺の上部（上葉）と下部（下葉）で異なる力学的な変化が起こります。重力のため、肺の上部の肺胞はすでにより大きく膨らんでおり、その結果、立位の状態では肺の上部の肺胞が下部の肺胞よりも大きな半径（radii）を持つことになります。

他の選択肢についての説明:
a) Receive a greater percentage of the pulmonary blood flow (より多くの肺血流を受ける) 肺の下部は重力の影響で血流が多くなります。上部の肺胞は血流が少なく、下部の方が血流が多いため、この選択肢は誤りです。

c) Receive a greater percentage of the tidal volume (より多くの一回換気量を受ける) 肺の下部はよりコンプライアンスが高く、換気されやすいです。したがって、立位では肺の下部の肺胞がより多くの換気を受けるため、この選択肢も誤りです。

d) Have a lower ventilation-perfusion ratio (換気/血流比が低い) 肺の上部は血流が少なく、換気に対して血流が不均衡であるため、換気/血流比が高いです。肺の下部では換気に対して血流が多く、換気/血流比が低くなるため、この選択肢も誤りです。

e) Exhibit greater compliance (より高いコンプライアンスを示す) 肺の下部の肺胞は、より高いコンプライアンス（伸びやすさ）を示します。上部の肺胞はすでに拡張しており、さらに膨張しにくいため、コンプライアンスは低くなります。この選択肢も誤りです。

結論:
肺の上部の肺胞は、立ち上がったときに重力の影響でより大きな半径を持つため、正しい答えは b) Have larger radii です。

Question 53

A pulmonary physiologist notes that the lung characteristics of individuals who lack surfactant and those with pulmonary fibrosis are similar. Which of the following occurs in patients who lack surfactant but not in patients with pulmonary fibrosis? Select the correct response:

a) Decreased lung compliance
b) Increased work of breathing
c) Intrapleural pressures more subatmospheric than normal
d) Collapse of small alveoli and expansion of large alveoli
e) Decreased total lung capacity

解説 (Explanation):
サーファクタント（surfactant）が欠如していると、小さな肺胞がつぶれ、大きな肺胞が膨張しますが、これは肺線維症（pulmonary fibrosis）では通常見られません。サーファクタント欠乏の主な影響は、肺胞の再膨張が難しくなり、肺の弾力性が低下することです。よって、選択肢 d) Collapse of small alveoli and expansion of large alveoli が正しいです。

※
**肺線維症（pulmonary fibrosis）**とは、肺の組織が硬くなる病気です。具体的には、肺の間質（肺胞の間を埋める結合組織）が異常に増殖し、繊維状の組織が形成されることによって、肺が硬く、伸びにくくなる状態を指します。この状態により、**肺のコンプライアンス（lung compliance）**が低下し、呼吸が困難になります。

主な特徴:

原因:
- 肺線維症は、特定の原因がわかる場合（例: アスベスト曝露、放射線治療、化学物質）や、原因が不明な**特発性肺線維症（idiopathic pulmonary fibrosis, IPF）**として発症することがあります。
症状:
- 息切れ（dyspnea）: 初期は運動時に感じますが、進行すると安静時にも息切れを感じることがあります。
- 乾いた咳（dry cough）: 慢性的に続くことが多いです。
肺の機能:
- コンプライアンスの低下: 肺が硬くなるため、肺を膨らませるのに通常よりも多くの力が必要になります。
- ガス交換の低下: 肺の硬化によって、酸素と二酸化炭素の交換が効率的に行われなくなり、低酸素血症を引き起こすことがあります。
診断:
- 胸部CT: 肺線維症の典型的な所見である「蜂巣肺（honeycombing）」が見られることがあります。
- 肺機能検査: 総肺容量（TLC）の減少や拡散能（DLCO）の低下が確認されます。
治療:
- 抗線維化薬: 肺線維の進行を遅らせる薬（ピルフェニドンやニンテダニブなど）。
- 酸素療法: 酸素補充が必要な場合があります。
- 肺移植: 重症の場合には肺移植が検討されることがあります。

Question 54

A 35-year-old man is noted to have generalized weakness of the skeletal muscles but is otherwise normal. Which of the following lung volumes or lung capacities most likely would be normal? Select the correct response:

a) Functional residual capacity
b) Vital capacity
c) Residual volume
d) Total lung capacity
e) Inspiratory reserve volume

解説 (Explanation):
骨格筋の一般的な弱さは、肺の容量に直接的な影響を及ぼさない場合がありますが、呼吸筋の機能に影響を与える可能性があります。肺活量（vital capacity）は呼吸筋の強さにより影響を受けやすいですが、機能的残気量（functional residual capacity）は比較的正常である可能性が高いです。従って、選択肢 a) Functional residual capacity が正しいです。

b) Vital capacity (VC, 肺活量)
肺活量は、最大吸気後に最大呼気で排出できる空気の量です。骨格筋が弱いと、呼吸筋の力が低下し、肺活量も低下する可能性があります。

c) Residual volume (RV, 残気量)
残気量は、最大呼気後に肺に残る空気の量です。筋力低下があると、呼気の効率が低下し、残気量が増加する可能性があります。

d) Total lung capacity (TLC, 総肺容量)
総肺容量は、肺が最大限に膨張したときの空気の総量です。筋力低下があると、最大吸気が難しくなり、TLCが低下することがあります。

e) Inspiratory reserve volume (IRV, 吸気予備量)
吸気予備量は、通常の吸気後にさらに吸い込める空気の量です。筋力が低下していると、吸気を最大にすることが難しくなるため、IRVも低下する可能性があります。

Question 55

A 15-year-old female has the autosomal recessive disease cystic fibrosis. The airway epithelial cells secrete mucus that is more viscous than normal. Which of the following happens as a consequence? Select the correct response:
a) Mucus is propelled orally more slowly
b) Inhaled particles are not trapped
c) Cilia on the epithelial cells beat more easily
d) Bacteria are cleared more readily from the airways

解説 (Explanation):
嚢胞性線維症（cystic fibrosis）の患者では、粘液が粘稠度が高くなるため、気道内の粘液が口腔に向かって運ばれる速度が遅くなります。これは、粘液がより粘着性が高いためです。したがって、選択肢 a) Mucus is propelled orally more slowly が正しいです。

理由:
嚢胞性線維症（cystic fibrosis, CF）では、CFTR遺伝子の変異により、塩化物イオン（Cl⁻）の輸送が正常に行われず、結果として気道内の水分が不足し、粘液が異常に粘性を持つようになります。この粘度の高い粘液は、線毛（cilia）によって効率的に運ばれることが難しくなり、粘液が気道に滞留する傾向があります。その結果、粘液が口腔へ向かってゆっくりと移動するようになります。

他の選択肢についての説明:
b) Inhaled particles are not trapped (吸入された粒子が捕捉されない)
嚢胞性線維症では粘液は依然として存在し、吸入された粒子を捕捉します。ただし、捕捉された粒子や病原体を効率的に除去することが難しくなります。

c) Cilia on the epithelial cells beat more easily (上皮細胞上の線毛がより容易に拍動する)
粘液が粘稠性を持つと、線毛の拍動はむしろ困難になります。粘度が高い粘液によって線毛の動きが妨げられ、正常なクリアランス機能が低下します。

d) Bacteria are cleared more readily from the airways (細菌が気道からより容易に除去される)
粘性の高い粘液が滞留することで、細菌が気道に蓄積しやすくなり、感染のリスクが高まります。したがって、細菌の除去はむしろ困難になります。

結論:
嚢胞性線維症では、粘液が粘稠性を持ち、気道内で滞留しやすくなります。これにより、粘液の口腔への移動が遅くなるため、最も適切な答えは a) Mucus is propelled orally more slowly です。

Question 56

A 56-year-old female is brought into the office complaining of difficulty breathing for several weeks. Physical examination is performed, and office spirometry is utilized. The total lung capacity (TLC) and functional residual capacity (FRC) are noted to be greater than normal, and forced vital capacity (FVC) and FEV1/FVC are lower than normal. These findings are most consistent with which of the following? Select the correct response:

a) Decreased strength of the chest wall muscles
b) Increased airway resistance
c) Increased chest wall compliance
d) Decreased lung compliance

解説 (Explanation):　b) Increased airway resistance
この患者の所見は、閉塞性肺疾患（obstructive lung disease）に典型的です。具体的には、以下のような特徴があります：
総肺容量（TLC）の増加: 肺が通常以上に拡張するため、TLCが増加します。
機能的残気量（FRC）の増加: 呼気の効率が悪化し、肺に残る空気の量が増えるため、FRCが増加します。
努力肺活量（FVC）とFEV1/FVC比の低下: 気道が狭くなることで、呼気の際に空気を速く排出できなくなり、FEV1（1秒量）が低下します。これにより、FEV1/FVC比も低下します。
これらの所見は、慢性閉塞性肺疾患（COPD）や喘息などの気道抵抗が増加する病態に典型的です。

a) Decreased strength of the chest wall muscles (胸壁筋力の低下)
胸壁筋力が低下すると、呼吸が困難になり、肺活量も低下しますが、TLCやFRCの増加は一般的ではありません。このような筋力低下による症状は、主に拘束性肺疾患（restrictive lung disease）に関連します。

c) Increased chest wall compliance (胸壁コンプライアンスの増加)
胸壁のコンプライアンスが増加すると、胸郭がより拡張しやすくなるため、呼吸が深くなる傾向がありますが、気道抵抗の増加やFEV1/FVCの低下とは関係しません。

d) Decreased lung compliance (肺コンプライアンスの低下)
肺コンプライアンスの低下は、主に拘束性肺疾患に関連し、FVCやTLCが低下します。TLCやFRCの増加は見られないため、この選択肢は不適切です。

特徴	閉塞性肺疾患 (Obstructive Lung Disease)	拘束性肺疾患 (Restrictive Lung Disease)
主な問題	気道の狭窄により、空気の流れが妨げられる	肺や胸郭の拡張が制限され、肺の容積が減少する
例	COPD、喘息、気管支拡張症	肺線維症、間質性肺疾患、胸郭異常、神経筋疾患
肺活量（FVC）	正常または減少	減少
1秒量（FEV1）	減少	減少
FEV1/FVC比	低下 (通常70%未満)	正常または上昇（70%以上）
総肺容量（TLC）	増加（肺が過膨張）	減少（肺の膨張が制限される）
機能的残気量（FRC）	増加（残気量が増加）	減少（肺の膨張が制限される）
残気量（RV）	増加（呼気が不完全で、残気量が多くなる）	減少（肺の膨張が制限される）
ガス交換の異常	二酸化炭素排出が困難になることが多く、低酸素血症や高炭酸血症を伴う	酸素の取り込みが制限され、低酸素血症を伴うことがある
呼吸パターン	呼気が長く、呼吸が浅くなる	呼吸が浅く速くなる
肺のコンプライアンス	正常または増加	低下

Question 57

Mr. Smith complains of shortness of breath and difficulty with moderate exercise. Pulmonary function tests indicate a reduced FRC, and his FEV1 was 2.6 L (78%). His FVC was 3.1 L (70%). Which of the following is the most likely cause of Mr. Smith’s problems? Select the correct response:

a) Pulmonary congestion
b) Dynamic compression of airways
c) Small-diameter airways
d) Pulmonary fibrosis
e) Weak expiratory muscles

解説 (Explanation): d)

Mr. Smithの肺機能検査の結果を見ると、以下の所見が示されています：

FRC（機能的残気量）の減少：これは、拘束性肺疾患に典型的な所見です。拘束性肺疾患では、肺が十分に膨らまなくなるため、FRCが減少します。
FEV1/FVC比がほぼ正常：78%という値は、閉塞性肺疾患ではないことを示唆しています（閉塞性肺疾患ではFEV1/FVC比が70%未満になることが多い）。
FVCの減少：これは、拘束性疾患に特徴的です。肺が硬くなり、最大呼気量が減少します。
これらの所見は、拘束性肺疾患（restrictive lung disease）に一致し、その中でも肺線維症（pulmonary fibrosis）が最も疑われます。肺線維症は、肺の間質に繊維化が起こり、肺が硬くなり、肺活量や機能的残気量が減少します。

他の選択肢についての説明:
a) Pulmonary congestion（肺うっ血）
肺うっ血は、通常は左心不全に関連しており、主に気道の過剰な液体蓄積によって引き起こされますが、この場合は拘束性の所見（FRCの低下やFVCの減少）とは一致しません。

b) Dynamic compression of airways（気道の動的圧迫）
これは閉塞性肺疾患で見られる現象で、気道が呼気時に閉塞することで起こります。閉塞性肺疾患ではFEV1/FVC比が著しく低下しますが、この患者ではFEV1/FVC比は正常範囲内です。

c) Small-diameter airways（小径気道）
小径気道の狭窄は、閉塞性肺疾患（例えば喘息やCOPD）に関連しています。閉塞性疾患ではFEV1/FVC比が低下するため、この選択肢は適切ではありません。

e) Weak expiratory muscles（呼気筋の弱化）
呼気筋が弱い場合、呼気が不十分になり、FEV1やFVCが低下することがありますが、この場合でもFEV1/FVC比は異常になる可能性があります。また、筋力低下だけではFRCの減少が説明できません。

Question 58

A 36-year-old woman undergoes chemotherapy with bleomycin for an ovarian germ cell cancer. She develops mild pulmonary fibrosis secondary to the chemotherapy. Which of the following agents is most likely affected in its diffusion across the alveoli-pulmonary capillary barrier? Select the correct response:

a) N2O
b) CO
c) CO2
d) O2

解説 (Explanation):
肺線維症（pulmonary fibrosis）の場合、肺胞と肺毛細血管のバリアが厚くなり、ガス交換に影響を与えます。特に酸素（O2）の拡散が最も影響を受けやすいです。したがって、選択肢 d) O2 が正しいです。

Question 60

The lung function tests of a patient show a markedly reduced FEV1 and an FRC of 4.2 L (normal 2.3 L). Which of the following is the most likely cause of the reduced FEV1? Select the correct response:

a) Small-diameter airways
b) Pulmonary congestion
c) Dynamic compression of airways
d) Weak expiratory muscles
e) Pulmonary fibrosis

解説 (Explanation): c

FEV1（1秒量）が著しく低下している場合、これは通常、閉塞性肺疾患（obstructive lung disease）を示唆します。閉塞性肺疾患では、気道が狭くなり、特に呼気時に気道が容易に圧迫されてしまうことがあります。これを「気道の動的圧迫（dynamic compression of airways）」と呼びます。動的圧迫が起こると、呼気の途中で気道が閉塞し、空気を効果的に吐き出すことができなくなります。その結果、FEV1が低下します。

また、FRC（機能的残気量）が正常よりも高いことは、呼気が十分に行われず、肺に空気が閉じ込められてしまう「エアートラッピング（air trapping）」の証拠です。これは閉塞性肺疾患に見られる特徴であり、動的圧迫が主な原因です。

他の選択肢についての説明:
a) Small-diameter airways (小径気道) 小径気道が狭くなることは閉塞性肺疾患に関連していますが、特に「気道の動的圧迫」がFEV1の著しい低下を引き起こします。この選択肢は部分的に関連していますが、動的圧迫がより重要な要因です。

b) Pulmonary congestion (肺うっ血) 肺うっ血は通常、左心不全に関連しており、主に肺内の液体蓄積が問題となります。肺うっ血ではFEV1が顕著に低下することはあまりありません。

d) Weak expiratory muscles (呼気筋の弱化) 呼気筋が弱い場合、FEV1が低下することはありますが、この場合、FRCの増加は通常見られません。FRCの増加は動的圧迫によるエアートラッピングを示唆します。

e) Pulmonary fibrosis (肺線維症) 肺線維症は拘束性肺疾患であり、FEV1とFVCの両方が低下しますが、FEV1/FVC比は正常か増加します。また、FRCは通常低下します。FRCの増加は、閉塞性疾患により起こるエアートラッピングを示唆します。

Question 63

02 binding to hemoglobin in the pulmonary capillary is inhibited by which of the following? Select the correct response:

a) CO2 dissociation from hemoglobin
b) Diffusion of CO2 from pulmonary capillary to alveolus
c) Reaction of bicarbonate with H+
d) Shift to more acidic pH than is found in venous blood

解説 (Explanation):
ヘモグロビンへの酸素（O2）の結合は、酸性pH（より酸性の環境）によって抑制されます。酸性pHは、ヘモグロビンの酸素結合能力を低下させます。従って、選択肢 d) Shift to more acidic pH than is found in venous blood が正しいです。

要因	説明	影響
pHの低下（酸性環境）	pHが低下（酸性に傾く）すると、H⁺イオンが増加し、ヘモグロビンの酸素親和性が低下します（ボーア効果）。	組織での酸素放出が促進され、酸素を結合しにくくなります。
二酸化炭素（CO₂）の増加	CO₂が増加すると、炭酸（H₂CO₃）として解離し、H⁺イオンが生成されます。これにより酸性度が増し、ヘモグロビンの酸素親和性が低下します。	組織での酸素放出が促進され、酸素が結合しにくくなります。
温度の上昇	温度が上昇すると、ヘモグロビンの構造が変化し、酸素親和性が低下します。	酸素が組織に容易に放出されるため、運動時や発熱時に効果的です。
2,3-BPG（ビスホスホグリセリン酸）の増加	2,3-BPGはヘモグロビンに結合して酸素親和性を低下させます。貧血や高地などで2,3-BPGが増加します。	酸素を組織により多く供給するため、高地や低酸素環境で役立ちます。
酸素分圧の低下	酸素分圧が低下すると、ヘモグロビンの酸素親和性が低下し、酸素が解離しやすくなります。	酸素が組織により多く放出されます。
CO₂の輸送（ハルダン効果）	酸素が解離すると、ヘモグロビンはCO₂とH⁺イオンを結合しやすくなり、CO₂の運搬が促進されます。	組織でのCO₂の運搬と除去が効率的になります。

Question 17

A 17-year-old male develops pneumonia, diabetic ketoacidosis, and metabolic acidosis. Respiratory compensation to a metabolic acidosis consists of hyperventilation to lower the arterial PCO2. The cause of the hyperventilation is described by which of the following statements? Select the correct response:

a) A decrease in the bicarbonate concentration stimulates ventilation.
b) H+ stimulates central chemoreceptors.
c) CO2 produced from the reaction of the acid with bicarbonate stimulates central chemoreceptors.
d) H+ stimulates peripheral chemoreceptors.

解説 (Explanation): (d)
代謝性アシドーシスでは、血中のH⁺イオン濃度が上昇します。これにより、末梢化学受容器（主に頸動脈小体と大動脈小体）が刺激されます。末梢化学受容器は、H⁺濃度の増加を感知し、呼吸中枢に信号を送り、呼吸を促進（過換気）させます。これにより、体はより多くのCO₂を排出し、酸性度を低下させようとします。この過程が代謝性アシドーシスに対する呼吸補償（hyperventilation）です。

他の選択肢についての説明:
a) A decrease in the bicarbonate concentration stimulates ventilation (重炭酸イオン濃度の低下が換気を刺激する)
重炭酸イオン（HCO₃⁻）の減少はアシドーシスを引き起こしますが、直接的に換気を刺激するのはH⁺の上昇によるものです。HCO₃⁻の減少自体が呼吸を刺激するわけではありません。

b) H+ stimulates central chemoreceptors (H⁺が中枢化学受容器を刺激する)
中枢化学受容器（延髄にある）は、主にCO₂やpHの変化に反応しますが、H⁺が直接中枢化学受容器に到達することはできません。H⁺は血液脳関門を通過できないため、末梢化学受容器の刺激が主な役割を果たします。

c) CO2 produced from the reaction of the acid with bicarbonate stimulates central chemoreceptors (酸が重炭酸と反応して生じたCO₂が中枢化学受容器を刺激する)
CO₂は中枢化学受容器に影響を与えますが、この反応は代謝性アシドーシスに対する主な呼吸調節メカニズムではありません。代謝性アシドーシスにおいては、末梢のH⁺濃度の上昇が主な要因です。

Question 22

A 5-month-old infant was admitted to the hospital for evaluation because of repeated episodes of sleep apnea. During a ventilatory response test, his ventilation did not increase when arterial PCO2 was increased, but decreased during hyperoxia. Which of the following could best explain this infant’s apnea? Select the correct response:

a) Decreased irritant receptor sensitivity
b) Peripheral chemoreceptor hypersensitivity
c) Dysfunctional central chemoreceptors
d) Diaphragm fatigue
e) Bronchospasm

解説 (Explanation):
睡眠時無呼吸（sleep apnea）が見られる乳児で、PCO2の増加に対する換気の反応が鈍く、過酸素症（hyperoxia）で換気が減少する場合、中央化学受容体（central chemoreceptors）の機能不全が考えられます。これは、PCO2の変化に対する正常な呼吸反応が欠如していることを示唆します。従って、選択肢 c) Dysfunctional central chemoreceptors が最も適切です。

中枢化学受容器（延髄にある）は、血中および脳脊髄液中のPCO2（二酸化炭素分圧）の変化に対して非常に敏感です。通常、PCO2が上昇すると、中枢化学受容器が呼吸中枢に信号を送り、換気を促進してCO2を排出し、酸性度の調整を行います。この患者の場合、PCO2の増加に対して換気が増加しなかったことから、中枢化学受容器が正常に機能していないことが示唆されます。

さらに、過酸素状態（hyperoxia）により換気が減少したことは、末梢化学受容器が低酸素に対して依存的であることを示しています。通常、末梢化学受容器は低酸素状態を感知し、換気を促進しますが、酸素が十分に供給されると、その活動は抑制され、換気が低下します。

a) Decreased irritant receptor sensitivity (刺激受容器の感受性低下)
刺激受容器は、気道の刺激物に反応して咳や気道収縮を引き起こしますが、PCO2やO2の調整には直接関与していません。したがって、この選択肢は適切ではありません。

b) Peripheral chemoreceptor hypersensitivity (末梢化学受容器の過敏性)
末梢化学受容器は、主に低酸素状態に反応して換気を促進します。過敏性がある場合は、酸素が低下した時に過剰に換気が促進されますが、PCO2の増加に反応しないことは中枢化学受容器の問題を示唆します。

d) Diaphragm fatigue (横隔膜の疲労)
横隔膜の疲労は呼吸困難を引き起こす可能性がありますが、この場合の問題はPCO2の増加に対する換気の反応がないことであり、横隔膜の疲労とは異なります。

e) Bronchospasm (気管支痙攣)
気管支痙攣は気道の狭窄を引き起こしますが、PCO2に対する換気応答に直接関与していません。

Question 62

In the case above, the patient had been sleeping in a small room at his house heated with a space heater. He suffered from carbon monoxide poisoning. The carbon monoxide has bound to hemoglobin and reduced its oxygen-binding capacity. Which of the following best describes the PO2 level in the patient’s arterial blood when the paramedics were called to evaluate him? Select the correct response:

a) Reduced from normal because of the CO bound to hemoglobin
b) Dependent on the alveolar PO2
c) Dependent on the amount of CO bound to hemoglobin
d) Increased from normal because of displaced oxygen from hemoglobin

解説 (Explanation):
一酸化炭素（CO）がヘモグロビンに結合すると、酸素の結合能が減少しますが、動脈血中のPO2（酸素分圧）は実際には正常またはわずかに高くなることがあります。これは、COが酸素の結合を妨げるため、酸素がより多くの形で血中に存在するからです。したがって、選択肢 b) Dependent on the alveolar PO2 が正しいです。

Question 65

A 21-year-old woman is admitted to the intensive care unit for an opiate drug overdose that probably has suppressed her central chemoreceptor response to CO2, diminishing the drive for ventilation. Her respiratory rate is diminished at eight breaths per minute. Which of the following is the best course of action for this patient? Select the correct response:

a) Administration of oxygen by mask
b) Leaving the patient on room air
c) Administration of benzodiazepine for possible alcohol withdrawal
d) Placing the patient on a low opiate infusion to prevent opiate withdrawal

解説 (Explanation):
オピオイド過剰摂取によって中枢化学受容体のCO2に対する反応が抑制され、呼吸抑制が起こっています。最も重要なのは呼吸の促進であり、オピオイドの効果を逆転させることです。したがって、選択肢 a) Administration of oxygen by mask よりも、オピオイドの拮抗薬（例：ナロキソン）を使用することが適切ですが、選択肢がないため、状況に応じてa) Administration of oxygen by maskが実施されることが多いです。

Question 66

A 29-year-old man who lives at sea level drives up a mountain to a high altitude (17,000 feet) for over 3 hours. Which of the following statements best describes his condition after the elevation climb? Select the correct response:

a) Decreased arterial pH
b) Decreased respiratory rate
c) Increased arterial PO2
d) Decreased arterial PCO2

解説 (Explanation):
高地では酸素分圧が低下するため、酸素の供給が不足し、体は呼吸を増加させて酸素を補おうとします。この過程で、呼吸が速くなり、動脈血中のPCO2が低下するため、pHが上昇します。したがって、選択肢 d) Decreased arterial PCO2 が正しいです。

理由:
高地に登ると、酸素分圧（PO2）が低下します。これにより、低酸素状態が体内で引き起こされます。低酸素に反応して、末梢化学受容器（特に頸動脈小体）が酸素の低下を感知し、呼吸中枢を刺激して呼吸数が増加（過換気）します。この過換気により、肺からより多くのCO2が排出され、結果として動脈血中のPCO2が低下します。

他の選択肢についての説明:
a) Decreased arterial pH (動脈血pHの低下)
呼吸による過換気の結果、CO2が排出されるため、血液はアルカリ性に傾きやすくなり、動脈血pHはむしろ上昇（呼吸性アルカローシス）する傾向があります。したがって、この選択肢は不正解です。

b) Decreased respiratory rate (呼吸数の減少)
低酸素状態に反応して呼吸数が増加するため、この選択肢は不正解です。

c) Increased arterial PO2 (動脈血酸素分圧の上昇)
高地では酸素分圧が低いため、動脈血酸素分圧（PaO2）は低下します。このため、この選択肢は不正解です。

Question 68

The pH of venous blood is only slightly more acidic than the pH of arterial blood because: Select the correct response:

a) There is no carbonic anhydrase in venous blood
b) Oxyhemoglobin is a better buffer for H+ than is deoxyhemoglobin
c) CO2 is a weak base
d) The H+ generated from CO2 and H2O is buffered by HCO3- in venous blood
e) H+ generated from CO2 and H2O is buffered by deoxyhemoglobin in venous blood

解説 (Explanation):
静脈血は動脈血よりわずかに酸性ですが、その主な理由は、CO2とH2Oから生成されるH+が主に重炭酸イオン（HCO3-）によって緩衝されるからです。したがって、選択肢 d) The H+ generated from CO2 and H2O is buffered by HCO3- in venous blood が正しいです。

静脈血には、CO2が多く含まれており、CO2は水（H2O）と反応して炭酸（H2CO3）を形成し、これがさらにH⁺とHCO3⁻に分解されます。動脈血に比べて、静脈血中には多くのH⁺が生成されますが、デオキシヘモグロビン（deoxyhemoglobin）がそのH⁺を効果的に緩衝します。デオキシヘモグロビンは、酸素を放出した後にH⁺を結合する能力が高いため、静脈血のpHが著しく低下するのを防ぎます。

Question 69

A 38-year-old woman moves with her family from New York City (sea level) to Leadville, Colorado (10,200 feet above sea level). Which of the following will occur as a result of residing at high altitude? Select the correct response:

a) Decreased 2,3-diphosphoglycerate (DPG) concentration
b) Shift to the right of the hemoglobin-O2 dissociation curve
c) Arterial PO2 greater than 100 mm Hg
d) Pulmonary vasodilation
e) Hypoventilation

解説 (Explanation):
高地に移動すると、酸素分圧が低いため、体は酸素の結合能力を改善しようとします。この結果、ヘモグロビンの酸素解離曲線が右にシフトし、より多くの酸素が放出されるようになります。したがって、選択肢 b) Shift to the right of the hemoglobin-O2 dissociation curve が正しいです。

Question 72

In the transport of CO2 from the tissues to the lungs, which of the following occurs in venous blood? Select the correct response:

a) Binding of HCO3- to hemoglobin
b) Shifting of HCO3- into the RBCs from plasma in exchange for Cl-
c) Buffering of H+ by oxyhemoglobin
d) Alkalinization of the RBCs
e) Conversion of CO2 and H2O to H+ and HCO3- in the red blood cells (RBCs)

解説 (Explanation):
CO2が組織から肺に運ばれる過程で、CO2とH2Oは赤血球内でH+とHCO3-に変換されます。また、HCO3-は血漿から赤血球内に移動し、Cl-と交換されることもあります。したがって、選択肢 e) Conversion of CO2 and H2O to H+ and HCO3- in the red blood cells (RBCs) が正しいです。

Question 73

Which of the following is the site of highest airway resistance? Select the correct response:

a) Medium-sized bronchi
b) Alveoli
c) Trachea
d) Smallest bronchi
e) Largest bronchi

解説 (Explanation):
気道抵抗は主に中サイズの気道（特に中間気管支）で最大となります。これは、気道の直径が中程度で、抵抗が最も大きくなるためです。したがって、選択肢 a) Medium-sized bronchi が正しいです。

気道抵抗（airway resistance）は、空気が気道を通過する際に受ける抵抗を指します。空気の流れに対する抵抗は、気道の大きさや構造によって異なります。気道抵抗が最も高いのは中程度の大きさの気管支です。これは、以下の要因によります。

大きな気管支や気管は、内径が広く、空気が比較的自由に流れますが、数が少ないため、気道抵抗が低いです。
小さな気管支や細気管支は数が多く、これらが並列に配置されているため、全体的な抵抗は分散されてしまい、個々の気管支が細くても全体としての抵抗は低くなります。

その結果、中程度の大きさの気管支は、数も少なく、直径もそれほど大きくないため、最も高い抵抗を示します。

Question 75

Which volume remains in the lungs after a tidal volume (Vt) is expired? Select the correct response:

a) Residual volume (RV)
b) Expiratory reserve volume (ERV)
c) Vital capacity (VC)
d) Tidal volume (Vt)
e) Functional residual capacity (FRC)

解説 (Explanation):
潮気量（Vt）が呼気された後、肺に残るのは機能的残気量（FRC）です。これは、呼息後に肺内に残る空気量を指します。したがって、選択肢 e) Functional residual capacity (FRC) が正しいです。

Question 76

Oxygen therapy is most beneficial in which of the following situations? Lung function is normal. Select the correct response:

a) High altitude
b) CO2 retention (COPD)
c) Cyanide poisoning
d) Anemia

解説 (Explanation):a) High altitude (高地) です。

理由:

高地では、酸素分圧（PO2）が低いため、動脈血酸素分圧（PaO2）も低下します。これは、正常な肺機能を持つ人であっても、体が十分な酸素を供給できなくなる可能性があります。高地での酸素療法は、体内の酸素供給を増加させるために効果的です。

他の選択肢についての説明:

b) CO2 retention (COPD) (CO2貯留、COPD)
COPD患者では、酸素療法は慎重に行う必要があります。酸素濃度が高すぎると、呼吸中枢が酸素に依存して呼吸を制御している場合、換気が抑制されてCO2の蓄積が悪化することがあります。したがって、酸素療法が有効ではあるものの、最適な治療を行うには注意が必要です。
c) Cyanide poisoning (シアン化物中毒)
シアン化物中毒では、細胞レベルで酸素が使用できなくなります（細胞呼吸が阻害される）。酸素療法は一部効果がある可能性もありますが、シアン化物中毒の治療には特定の解毒剤（ハイドロキソコバラミンやナイトライトなど）が必要です。
d) Anemia (貧血)
貧血は血液中のヘモグロビンが減少するために酸素運搬能力が低下する病態ですが、肺機能は正常です。酸素療法は、血液中の酸素含有量に大きな影響を与えることはなく、貧血の根本的な治療には役立ちません。

結論:

高地では、酸素分圧の低下による低酸素症が生じるため、酸素療法が最も効果的です。したがって、正しい答えは a) High altitude です。

Question 79

When respiratory drive for increased pulmonary ventilation becomes greater than normal, a special set of respiratory neurons that are inactive during normal quiet breathing then becomes active, contributing to the respiratory drive. These neurons are located in which of the following structures? Select the correct response:

a) Ventral respiratory group
b) Apneustic center
c) Nucleus of the tractus solitarius
d) Dorsal respiratory group
e) Pneumotaxic center

理由:

腹側呼吸群（ventral respiratory group, VRG）は、延髄に位置する呼吸中枢の一部で、通常の安静時呼吸では非活性です。しかし、呼吸駆動が増加し、より強い換気が必要な状況（例：運動、呼吸困難、呼吸障害など）では、この腹側呼吸群が活性化され、強制呼気と吸気を助ける役割を果たします。これにより、呼吸量が増加し、より多くの空気を吸入および排出することができます。

他の選択肢についての説明:

b) Apneustic center (無呼吸中枢)
無呼吸中枢は橋に位置し、吸気の持続を制御する役割を担っていますが、安静時呼吸や強制呼吸に直接関与するわけではありません。
c) Nucleus of the tractus solitarius (孤束核)
孤束核は、主に感覚情報の受容に関与しており、呼吸パターンの調整に影響を与えますが、呼吸駆動そのものには直接関与していません。
d) Dorsal respiratory group (背側呼吸群)
背側呼吸群（DRG）は、安静時呼吸に主に関与しており、吸気の基本的なリズムを生成します。しかし、強制呼吸時には腹側呼吸群が主に活性化されます。
e) Pneumotaxic center (呼吸調整中枢)
呼吸調整中枢は、吸気の持続時間を調整し、呼吸速度を調節する役割がありますが、強制呼吸には直接関与していません。

結論:

通常の安静時呼吸では非活性ですが、強制呼吸が必要な状況で活性化される**腹側呼吸群（ventral respiratory group, VRG）**が、呼吸駆動に関与する正しい構造です。したがって、正しい答えは a) Ventral respiratory group です。

Question 80

The Hering-Breuer inflation reflex is mainly a protective mechanism that controls ventilation under certain conditions. Which of the following best describes the effect of this reflex on inspiration and expiration as well as the location of the stretch receptors that initiate the reflex? Select the correct response:

a) Location of stretch receptors: Bronchi/bronchioles; Inspiration: Switches off; Expiration: No effect
b) Location of stretch receptors: Bronchi/bronchioles; Inspiration: No effect; Expiration: Switches off
c) Location of stretch receptors: Alveolar wall; Inspiration: Switches on; Expiration: Switches on
d) Location of stretch receptors: Alveolar wall; Inspiration: No effect; Expiration: Switches off
e) Location of stretch receptors: Alveolar wall; Inspiration: Switches off; Expiration: No effect

解説 (Explanation):
Hering-Breuer反射は、主に気管支や細気管支にある伸展受容器が感知し、呼吸の調節に関与します。この反射は、吸気が終了すると呼吸の延長を防ぐため、吸気を停止させ、呼気には影響を与えません。したがって、選択肢 a) Location of stretch receptors: Bronchi/bronchioles; Inspiration: Switches off; Expiration: No effect が正しいです。

※肺膨張信号による吸息制限—ヘーリング・ブロイヤー反射 (Hering-Breuer Inflation Reflex)
脳幹内の中枢神経系の呼吸調節メカニズムに加えて、肺からの感覚神経信号も呼吸の制御に役立ちます。最も重要なのは、気管支および細気管支 (bronchi and bronchioles) の筋肉部分に位置する伸展受容体 (stretch receptors) です。これらの受容体は、肺が過膨張 (overstretched) すると信号を迷走神経 (vagus nerve) を介して背側呼吸群に送ります。これにより、肺が過膨張すると吸息ランプが「スイッチオフ」され、さらに吸息が停止します。このメカニズムはヘーリング・ブロイヤー反射 (Hering-Breuer Inflation Reflex) と呼ばれ、呼吸調節中枢からの信号と同様に呼吸頻度を増加させます。

人間では、ヘーリング・ブロイヤー反射は潮気量 (tidal volume) が通常の3倍以上 (>≈1.5 L/呼吸) にならないと活性化されないため、通常の呼吸調節にはあまり寄与せず、過剰な肺膨張を防ぐための保護メカニズムとして機能しています。

Question 82

A 17-year-old female was bicycling without a helmet when she fell and hit her head. In the emergency room, she was not conscious and was receiving ventilator assistance. Her blood gases follow: PaO2 = 52 mm Hg, PaCO2 = 75 mm Hg, pH = 7.15, and HCO3- = 31 mM
The majority of the CO2 was being transported as: Select the correct response:

a) Dissolved
b) Bicarbonate ions
c) CO2 bound to hemoglobin
d) CO2 bound to plasma proteins

解説 (Explanation):
CO2の大部分は、炭酸水素イオン（HCO3-）として血液中に輸送されます。この方法での輸送は、CO2が血液中での主要な形態です。したがって、選択肢 b) Bicarbonate ions が正しいです。

体内での二酸化炭素（CO2）の輸送は、主に以下の3つの形で行われます：

重炭酸イオン（HCO₃⁻）として輸送されるCO2（約70%）
ヘモグロビンや他のタンパク質に結合したCO2（カルバミノ化合物として、約23%）
血漿中に溶解したCO2（約7%）

Question 83

A person with normal lungs at sea level (760 mm Hg) is breathing 50% oxygen. What is the approximate alveolar PO2? Select the correct response:

a) 100
b) 268
c) 380
d) 330
e) 159

解説 (Explanation):
アルベオラー PO2は、気道の酸素濃度と大気圧に基づいて計算されます。50%酸素を吸入している場合、アルベオラー PO2は通常約300 mm Hgになります。したがって、選択肢 d) 330 が最も近いです。

アルベオールでの酸素分圧（PO₂）は、以下のアルベオールガス方程式を使って計算できます。

ここで：

PAO₂ = 肺胞の酸素分圧（求めたい値）
FIO₂ = 吸入酸素濃度（50% = 0.50）
Patm = 大気圧（海面高度で760 mmHg）
PH₂O = 水蒸気圧（体温37°Cで約47 mmHg）
PaCO₂ = 動脈血の二酸化炭素分圧（通常約40 mmHg）
R = 呼吸商（一般に0.8と仮定）

計算:

吸入酸素の分圧を求める：
PAO2=0.50×(760−47)−(40/0.8)
大気圧から水蒸気圧を引く：
760−47=713 mmHg
50%酸素の場合の酸素分圧を計算する：
0.50×713=356.5 mmHg
CO₂の影響を引く：
40/0.8=50 mmHg
最終的な肺胞酸素分圧（PAO₂）を計算する：
356.5−50=306.5 mmHg

結論:

50%の酸素を吸入している場合、海面高度での肺胞酸素分圧（PAO₂）は約306 mmHgです。

Question 84

Which of the following will decrease pulmonary blood flow resistance? Select the correct response:

a) Breathing 5% O2
b) Inhalation to total lung capacity
c) IV injection of norepinephrine
d) Having the lung at FRC

解説 (Explanation):

正しい答えは d) Having the lung at FRC (肺を機能的残気量 (FRC) にすること) です。

理由:

肺の**機能的残気量（FRC, Functional Residual Capacity）**は、通常の呼吸の終了時に肺に残る空気の量です。この状態では、肺の血管が最も適度に拡張しており、肺血流抵抗が最も低い状態です。FRCは、肺の換気と血流がバランスよく保たれる点です。

他の選択肢についての説明:

a) Breathing 5% O2 (酸素5%の呼吸)
酸素濃度が低下すると、肺血管が収縮する現象である**低酸素性肺血管収縮（hypoxic pulmonary vasoconstriction）**が起こり、肺血流抵抗が増加します。したがって、酸素濃度が低い環境では、血流抵抗は増加します。
b) Inhalation to total lung capacity (総肺容量まで吸気を行うこと)
総肺容量（TLC）まで吸気を行うと、肺の膨張が大きくなり、肺血管が圧迫されるため、肺血流抵抗が増加します。したがって、これは血流抵抗を減少させません。
c) IV injection of norepinephrine (ノルエピネフリンの静脈注射)
ノルエピネフリンは血管収縮作用があり、肺血管も収縮させるため、肺血流抵抗は増加します。

結論:

肺を機能的残気量（FRC）に保つと、肺血流抵抗が最も低くなります。したがって、正しい答えは d) Having the lung at FRC です。

Question 85

A 67-year-old man is admitted as an emergency to University Hospital because of severe chest pain. A Swan-Ganz catheter is floated into the pulmonary artery, the balloon is inflated and the pulmonary wedge pressure is measured. The pulmonary wedge pressure is used clinically to monitor which of the following pressures? Select the correct response:

a) Left atrial pressure
b) Pulmonary capillary pressure
c) Pulmonary artery diastolic pressure
d) Pulmonary artery systolic pressure
e) Left ventricular pressure

解説 (Explanation):
肺塞栓圧（pulmonary wedge pressure）は、左心房の圧を反映するため、左心房圧をモニタリングするために使用されます。したがって、選択肢 a) Left atrial pressure が正しいです。

**Swan-Ganzカテーテル（肺動脈カテーテル）は、肺動脈に挿入され、バルーンを膨らませることで、肺動脈楔入圧（pulmonary wedge pressure, PWP）を測定します。この圧力は、肺毛細血管を経由して左心房圧を間接的に反映します。したがって、臨床的には左心房圧（left atrial pressure）**のモニタリングに使用されます。

左心房圧の測定は、特に左心機能の評価に役立ち、心不全や肺水腫などの診断に重要です。左心房圧が上昇すると、左心室機能不全や弁疾患などが示唆されます。

Question 86

At the end of inhalation, with an open glottis, the pleural pressure is: Select the correct response:

a) Equal to alveolar pressure
b) Less than alveolar pressure
c) Equal to atmospheric pressure
d) Greater than atmospheric pressure
e) Greater than alveolar pressure

解説 (Explanation):
吸気の終わりには、気管内圧（alveolar pressure）よりも胸膜圧（pleural pressure）は低くなります。これは、肺が広がっているため、胸腔内圧が下がっているためです。したがって、選択肢 b) Less than alveolar pressure が正しいです。

呼吸の際、**胸膜内圧（pleural pressure）は常に肺胞内圧（alveolar pressure）**よりも低いです。これは、胸膜内圧が肺を拡張させるために負の圧力を維持しているからです。特に、吸気の終わり（吸息終末）では、胸膜内圧はさらに負の圧力になり、肺を拡張させ続けます。

吸気の終わりには、肺胞内圧は大気圧と等しくなり、空気の流入が停止しますが、胸膜内圧は依然として肺胞内圧よりも低く（負の圧力を保っているため）、肺を膨張した状態に保ちます。

Question 87

Liquid-ventilated lung compared to a gas-ventilated lung: Select the correct response:

a) Has a reduced airway resistance
b) Has a more pronounced hysteresis
c) Has increased residual volume
d) Requires greater pressure to inflate
e) Is more compliant

解説 (Explanation):
液体で換気された肺は、気体で換気された肺に比べてより大きな圧力が必要です。これは、液体が気体よりも圧力を必要とするためです。したがって、選択肢 d) Requires greater pressure to inflate が正しいです。

液体換気された肺とは、通常のガス換気（空気を使った呼吸）とは異なり、特殊な酸素を多く含む液体を用いて肺を換気する方法です。この技術は、特に医療や研究の分野で注目されており、肺に酸素を供給するために液体を使用します。液体換気は、ガス換気が困難な状況や特殊な治療が必要な状況で役立つ可能性があります。

液体換気の基本的な原理
液体換気では、酸素が豊富に溶解した液体（通常はパーフルオロカーボン（perfluorocarbon, PFC）という特殊な化学物質）が肺に直接注入されます。この液体は、酸素を効率的に溶解でき、肺に十分な酸素を供給することができます。また、CO₂（二酸化炭素）も液体に溶解して体外に排出されます。

液体換気の種類
液体換気には主に2つのタイプがあります：

完全液体換気（Total Liquid Ventilation, TLV）
すべての肺容量を液体で満たし、肺を完全に液体で換気する方法です。この方法では、呼吸器が液体を注入し、排出することでガス交換を行います。

部分液体換気（Partial Liquid Ventilation, PLV）
肺を部分的に液体で満たし、残りは通常の空気で換気します。この場合、呼吸器は通常のガス換気装置を使用し、液体は肺の内部に残ってガス交換を助けます。

液体換気の利点
液体換気には以下のような利点があります：

表面張力の低下: 液体は肺胞の表面張力を低下させ、肺が崩壊（虚脱）するのを防ぎます。これは、新生児の呼吸窮迫症候群（RDS）など、肺がまだ発達していない状態やサーファクタントが不足している場合に有効です。
肺損傷の軽減: ガス換気によって引き起こされるバー圧傷（barotrauma）や容積損傷（volutrauma）を軽減する可能性があります。これは、特に重症肺損傷を伴う患者にとって有利です。
均等な換気: 液体が肺全体に均等に行き渡り、ガス交換の効率が向上します。
使用される場面
液体換気は、以下のような特殊な状況で研究および使用されています：

重症呼吸不全や急性呼吸窮迫症候群（ARDS）の患者
早産児やサーファクタント不足による呼吸窮迫症候群（RDS）
肺損傷を伴う患者、特に機械的なガス換気がリスクを伴う場合
高気圧環境（例: 深海潜水や加圧環境）における酸素供給
一部の動物実験や臨床試験
液体換気の課題
液体換気には多くの利点がある一方で、いくつかの課題もあります：

技術的困難: 液体換気は非常に高度な装置と技術を必要とし、特に完全液体換気は困難です。
液体の処理: 肺に液体を入れることは、肺に余分な重量をかけるため、ガス換気よりも肺を膨らませるのにより大きな圧力が必要です。
臨床的な適用の限界: まだ研究段階であり、実際の臨床応用には限界があります。
結論
液体換気は、酸素を含む液体を使用して肺を換気する革新的な技術で、特に重症の呼吸不全や肺損傷などの患者に有用な可能性があります。しかし、臨床応用には技術的な課題が残っており、今後の研究が必要とされています。

Question 88

A healthy, 25-year-old medical student participates in a 10-km charity run for the American Heart Association. Which of the following muscles does the student use (contract) during expiration? Select the correct response:

a) Sternocleidomastoid muscles
b) Internal intercostals and abdominal recti
c) Scaleni
d) Diaphragm and external intercostals
e) Diaphragm and internal intercostals

解説 (Explanation):
運動中の呼気には、内肋間筋（Internal Intercostals）と腹筋（Abdominal Recti）が使われます。これらの筋肉は、胸腔を圧縮して呼気を助けます。したがって、選択肢 b) Internal intercostals and abdominal recti が正しいです。

Question 89

A healthy, 45-year-old man is reading the newspaper. Which of the following muscles are used for quiet breathing? Select the correct response:

a) Diaphragm only
b) Diaphragm and internal intercostals
c) Internal intercostals and abdominal recti
d) Scaleni
e) Sternocleidomastoid muscles
f) Diaphragm and external intercostals

解説 (Explanation):
安静時の呼吸には、主に横隔膜（Diaphragm）と外肋間筋（External Intercostals）が使用されます。したがって、選択肢 f) Diaphragm and external intercostals が正しいです。

a) Diaphragm only (横隔膜のみ)
横隔膜は静息時呼吸で主要な役割を果たしますが、外肋間筋も補助的に活動するため、「横隔膜のみ」という選択肢は不正確です。

b) Diaphragm and internal intercostals (横隔膜と内肋間筋)
内肋間筋は主に強制呼気時に働き、静息時の吸気には関与しません。

c) Internal intercostals and abdominal recti (内肋間筋と腹直筋)
これらの筋肉は強制呼気時に使用されますが、静息時呼吸には使用されません。

d) Scaleni (斜角筋)
斜角筋は強制呼吸や呼吸困難時に呼吸補助筋として活動しますが、通常の静息時呼吸には関与しません。

e) Sternocleidomastoid muscles (胸鎖乳突筋)
胸鎖乳突筋も強制吸気時や呼吸補助筋として活動しますが、静息時呼吸には関与しません。

Question 90

A preterm infant has a surfactant deficiency. Without surfactant, many of the alveoli collapse at the end of each expiration, which in turn leads to pulmonary failure. Which of the following sets of changes are present in the preterm infant, compared to a normal infant? Select the correct response:

a) Alveolar surface tension – increased; Pulmonary Compliance – Decreased
b) Alveolar surface tension – increased; Pulmonary compliance – increased
c) Alveolar surface tension – Decreased; Pulmonary Compliance – Decreased
d) Alveolar surface tension – Decreased; Pulmonary compliance – No change
e) Alveolar surface tension – Decreased; Pulmonary compliance – Increased

解説 (Explanation):
サーファクタントが不足すると、肺胞の表面張力が増加し、肺のコンプライアンス（弾力性）が低下します。サーファクタントは肺サーファクタントは肺胞の表面張力を低下させ、肺のコンプライアンスを向上させますが、サーファクタントが不足すると、肺胞の表面張力が増加し、肺のコンプライアンスが低下します。したがって、選択肢 a) Alveolar surface tension – increased; Pulmonary Compliance – Decreased が正しいです。

Question 92

A 62-year-old man with congestive heart failure (CHF) develops increasing shortness of breath in the recumbent position. A chest x-ray reveals cardiomegaly, horizontal lines perpendicular to the lateral lung surface indicative of increased opacity in the pulmonary septa, and lung consolidation. Pulmonary edema in CHF is promoted by which of the following? Select the correct response:

a) Increased pulmonary capillary oncotic pressure
b) Increased pulmonary interstitial hydrostatic pressure
c) Decreased pulmonary interstitial oncotic pressure
d) Increased pulmonary capillary hydrostatic pressure
e) Decreased pulmonary capillary oncotic pressure

解説 (Explanation):
CHFでは、左心不全が原因で肺の毛細血管圧が上昇し、肺水腫を引き起こします。このため、選択肢 d) Increased pulmonary capillary hydrostatic pressure が正しいです。

うっ血性心不全（CHF, congestive heart failure）では、心臓が血液を十分にポンプすることができなくなり、その結果、血液が肺の血管に滞留します。この滞留により、肺毛細血管の静水圧（hydrostatic pressure）が増加します。この静水圧が上昇することで、血管内の液体が肺の間質や肺胞に漏れ出し、肺水腫（pulmonary edema）を引き起こします。これが、患者が仰臥位で息切れを感じる理由です（起座呼吸：orthopnea）。

a) Increased pulmonary capillary oncotic pressure (肺毛細血管の膠質浸透圧の増加)
肺毛細血管の膠質浸透圧が増加すると、血管内に液体が引き込まれるため、肺水腫の発生を防ぐ方向に働きます。したがって、この選択肢は不正解です。

b) Increased pulmonary interstitial hydrostatic pressure (肺間質静水圧の増加)
肺間質の静水圧が増加すると、むしろ液体が血管内に引き戻される傾向があるため、肺水腫を促進することはありません。

c) Decreased pulmonary interstitial oncotic pressure (肺間質の膠質浸透圧の低下)
間質の膠質浸透圧が低下しても、肺水腫の主要な原因ではありません。肺水腫の主な原因は、毛細血管内の静水圧の増加です。

e) Decreased pulmonary capillary oncotic pressure (肺毛細血管の膠質浸透圧の低下)
膠質浸透圧が低下すると、液体が血管外に漏れやすくなることはありますが、うっ血性心不全の主なメカニズムは静水圧の増加によるものです。

Question 96

A 65-year-old smoker develops a squamous cell bronchogenic carcinoma that metastasizes to the tracheobronchial and parasternal lymph nodes. The chest x-ray is consistent with accumulation of fluid in the pulmonary interstitial space. Flow of fluid through the lymphatic vessels will be decreased if there is an increase in which of the following? Select the correct response:

a) Capillary permeability
b) Capillary pressure
c) Central venous pressure
d) Interstitial protein concentration
e) Capillary oncotic pressure

解説 (Explanation):
リンパ液の流れは、中心静脈圧（Central Venous Pressure）が増加すると低下します。中心静脈圧の上昇は、静脈系の圧力が上がり、リンパ系の流れが減少する原因となります。したがって、選択肢 c) Central venous pressure が正しいです。

リンパ系は、間質に漏れた余分な液体やタンパク質を回収し、循環系に戻す役割を担っています。中心静脈圧（CVP）が上昇すると、リンパ系が排出しようとする液体の流れが妨げられ、リンパの流れが減少します。特に、胸部リンパ系は中心静脈圧に依存しており、静脈圧が高いとリンパ系の排液が困難になります。その結果、液体が間質に蓄積しやすくなり、肺水腫や間質水腫の原因となります。

他の選択肢についての説明:

a) Capillary permeability (毛細血管透過性の増加)
毛細血管透過性の増加は、液体が血管外に漏れやすくなることを意味し、間質に液体が蓄積しやすくなりますが、直接的にリンパの流れを減少させるわけではありません。
b) Capillary pressure (毛細血管圧の上昇)
毛細血管圧が上昇すると、血管外に液体が漏れやすくなり、間質に液体が蓄積しますが、リンパの流れ自体は影響を受けません。
d) Interstitial protein concentration (間質タンパク質濃度の増加)
間質のタンパク質濃度が増加すると、膠質浸透圧が高まり、液体が間質に引き寄せられることがありますが、リンパ系の流れそのものに直接的な影響はありません。
e) Capillary oncotic pressure (毛細血管膠質浸透圧の上昇)
毛細血管の膠質浸透圧が上昇すると、液体が血管内に戻るため、間質に液体が蓄積しにくくなりますが、リンパの流れ自体には直接影響しません。

**中心静脈圧（CVP）**とは、右心房およびその近くの大静脈（特に上・下大静脈）における血液の圧力です。右心不全や大量の輸液、静脈の狭窄、肺高血圧などの状況では、中心静脈圧が上昇します。

中心静脈圧が上昇すると、次のような影響がリンパ系に及びます：

リンパ液の流れの逆圧: 通常、リンパ液は組織から静脈系に向かって一方向に流れます。しかし、中心静脈圧が高まると、リンパ液が流れ込む最終段階の大静脈に高い圧力がかかり、リンパ系と静脈系の間で圧力差が小さくなります。このため、リンパ液の排出が難しくなります。
リンパ液の滞留: リンパ系は、リンパ液が低圧の静脈系に排出されることで円滑に機能しますが、静脈系の圧力が上がると、リンパ液がうまく排出されなくなります。この結果、リンパ系内に液体が滞留しやすくなり、間質液が十分に排出されなくなります。これにより、組織に液体が溜まり、**浮腫（むくみ）**が発生します。
リンパの流れを促進する圧力勾配の減少: リンパ液は、低圧から高圧に向かって流れることはなく、通常は低圧の静脈系に向かって流れます。しかし、CVPが高くなると、この圧力勾配が減少し、リンパ液の流れが遅くなったり停止したりします。

Question 77

Which of the following decreases with emphysema? Select the correct response:

a) Diffusion area
b) Alveolar PCO2
c) Pulmonary artery pressure
d) Cardiac output

解説 (Explanation):
肺気腫では、肺胞の面積が減少し、ガス交換の効率が低下します。これにより、肺動脈圧が上昇することが多いですが、ガス交換の効率低下によって、動脈圧は変化しないこともあります。しかし、選択肢の中で適切なものは a) Diffusion area です。

**肺気腫（emphysema）**は、肺の肺胞壁が破壊され、肺胞の構造が失われる疾患です。肺胞の破壊により、**ガス交換を行うための表面積（拡散面積）**が大幅に減少します。この結果、酸素と二酸化炭素の交換が効率的に行われなくなり、低酸素血症や高炭酸ガス血症を引き起こすことがあります。

他の選択肢についての説明:

b) Alveolar PCO2 (肺胞の二酸化炭素分圧)
肺気腫では、二酸化炭素の排出が難しくなるため、肺胞内のPCO2はむしろ上昇する傾向にあります。したがって、この選択肢は不正解です。
c) Pulmonary artery pressure (肺動脈圧)
肺気腫が進行すると、肺血管が損傷し、酸素供給が低下するため、肺動脈圧は上昇することがあります。これにより、肺高血圧が発生し、最終的には右心不全を引き起こすことがあります。
d) Cardiac output (心拍出量)
肺気腫の初期段階では、心拍出量はそれほど大きく変化しませんが、疾患が進行するにつれて、肺高血圧や右心不全が発生すると心拍出量が減少する可能性があります。ただし、これは肺気腫に直接起因するわけではありません。

Question 78

At a fraternity party a 17-year-old male places a paper bag over his mouth and breathes in and out of the bag. As he continues to breathe into this bag, his rate of breathing continues to increase. Which of the following is responsible for the increased ventilation? Select the correct response:

a) Increased alveolar PO2
b) Increased pH
c) Increased alveolar PCO2
d) Decreased arterial PCO2

解説 (Explanation):
紙袋の中で呼吸すると、呼吸によって二酸化炭素（CO2）が袋内に蓄積し、結果として血中のCO2濃度が上昇します。これにより、呼吸中枢が刺激され、呼吸率が増加します。したがって、選択肢 c) Increased alveolar PCO2 が正しいです。

Ch42 PPTより自作

Question 1:

Which of the following primarily stimulates peripheral chemoreceptors?
a) Increased PaO₂
b) Decreased PaO₂
c) Increased pH
d) Decreased CO₂

Answer: b) Decreased PaO₂

Explanation (解説):
末梢化学受容体は主に酸素の減少（低酸素）に反応します。
a) Increased PaO₂は間違い：酸素分圧の増加は末梢化学受容体を刺激しません。
c) Increased pHは間違い：pHの増加は末梢化学受容体の主な刺激ではありません。
d) Decreased CO₂は間違い：二酸化炭素の減少は、むしろ換気を抑制します。

Question 2:

Which nerve transmits signals from the carotid bodies to the brain?
a) Vagus nerve
b) Hypoglossal nerve
c) Glossopharyngeal nerve
d) Trigeminal nerve

Answer: c) Glossopharyngeal nerve

Explanation (解説):
舌咽神経（CN IX）は、頸動脈小体からの情報を脳に送ります。
a) Vagus nerveは間違い：迷走神経は大動脈小体からの信号を送ります。
b) Hypoglossal nerveは間違い：舌下神経は舌の動きに関与しますが、化学受容器とは関係ありません。
d) Trigeminal nerveは間違い：三叉神経は顔の感覚に関連しています。

Question 3:

Where are central chemoreceptors located?
a) Medulla oblongata
b) Carotid sinus
c) Aortic arch
d) Pons

Answer: a) Medulla oblongata

Explanation (解説):
中枢化学受容体は延髄に位置し、主に脳脊髄液中のH⁺濃度の変化に反応します。
b) Carotid sinusは間違い：これは頸動脈小体の場所です。
c) Aortic archは間違い：ここには大動脈小体が位置しています。
d) Ponsは間違い：橋は呼吸調節に影響を与えますが、中枢化学受容体は延髄にあります。

Question 4:

What is the main factor that stimulates central chemoreceptors?
a) PaO₂
b) H⁺ ions
c) PaCO₂
d) Blood pressure

Answer: c) PaCO₂

Explanation (解説):
CO₂は血液脳関門を通過し、脳脊髄液でH⁺に変換され、中枢化学受容体を刺激します。
a) PaO₂は間違い：酸素分圧の変化は中枢化学受容体に影響を与えません。
b) H⁺ ionsは間違い：血液中のH⁺は直接的に中枢化学受容体を刺激しません。
d) Blood pressureは間違い：血圧の変化は化学受容体に影響しません。

Question 5:

How does sleep affect the sensitivity to CO₂?
a) Increases sensitivity
b) Decreases sensitivity
c) No change
d) Sensitivity only increases during REM sleep

Answer: b) Decreases sensitivity

Explanation (解説):
睡眠中は、特にレム睡眠時にCO₂に対する感受性が低下します。
a) Increases sensitivityは間違い：CO₂に対する感受性は増加しません。
c) No changeは間違い：睡眠中には感受性が変化します。
d) Sensitivity only increases during REM sleepは間違い：感受性はレム睡眠中にさらに低下します。

Question 6:

Which of the following is true about carotid bodies?
a) They respond to changes in blood pressure.
b) They are insensitive to cyanide.
c) They are the primary peripheral chemoreceptors.
d) They are located in the aortic arch.

Answer: c) They are the primary peripheral chemoreceptors.

Explanation (解説):
頸動脈小体は末梢化学受容体の中で最も重要です。
a) They respond to changes in blood pressureは間違い：頸動脈小体は血圧変化には反応しません。
b) They are insensitive to cyanideは間違い：頸動脈小体はシアン化物に強く反応します。
d) They are located in the aortic archは間違い：頸動脈小体は頸動脈分岐部に位置しています。

Question 7:

Which condition would not stimulate peripheral chemoreceptors?
a) Hypoxia
b) Hypercapnia
c) Alkalosis
d) Hypoglycemia

Answer: c) Alkalosis

Explanation (解説):
アルカローシスは末梢化学受容体を強く刺激しません。
a) Hypoxiaは間違い：低酸素は末梢化学受容体を刺激します。
b) Hypercapniaは間違い：CO₂の増加は末梢化学受容体を刺激します。
d) Hypoglycemiaは間違い：低血糖も末梢化学受容体を刺激します。

Question 8:

What is the primary role of type I (glomus) cells in peripheral chemoreceptors?
a) Support nerve cells
b) Respond to chemical changes
c) Transmit signals via the vagus nerve
d) Regulate blood flow

Answer: b) Respond to chemical changes

Explanation (解説):
Ⅰ型グロムス細胞は主に化学的変化に反応し、呼吸中枢に信号を送ります。
a) Support nerve cellsは間違い：サポート細胞はⅡ型細胞の役割です。
c) Transmit signals via the vagus nerveは間違い：頸動脈小体は舌咽神経を通じて信号を送ります。
d) Regulate blood flowは間違い：血流調節は化学受容体の主な機能ではありません。

Question 9:

Which of the following substances primarily inhibits respiration by affecting the Pre-Bötzinger complex?
a) Substance P
b) Dopamine
c) Opioids
d) Acetylcholine

Answer: c) Opioids

Explanation (解説):
オピオイドはプレボッツィンガー複合体の呼吸リズム生成を抑制し、呼吸抑制を引き起こします。
a) Substance Pは間違い：サブスタンスPは呼吸を促進します。
b) Dopamineは間違い：ドーパミンは呼吸リズムに直接影響しません。
d) Acetylcholineは間違い：アセチルコリンは呼吸リズムを抑制しません。

Question 10:

Which of the following would cause the ventilatory response to PaO₂ to increase significantly?
a) PaO₂ falling to 90 mm Hg
b) PaO₂ rising above 100 mm Hg
c) PaO₂ dropping below 60 mm Hg
d) PaO₂ remaining at 70 mm Hg

Answer: c) PaO₂ dropping below 60 mm Hg

Explanation (解説):
PaO₂が60 mm Hg以下になると、換気応答が急激に増加します。
a) PaO₂ falling to 90 mm Hgは間違い：90 mm Hgでは換気応答は顕著に増加しません。
b) PaO₂ rising above 100 mm Hgは間違い：酸素分圧が上がると換気は抑制されます。
d) PaO₂ remaining at 70 mm Hgは間違い：この範囲では換気応答は急激に増加しません。

Question 11:

Which type of breathing is characterized by alternating periods of deep and shallow breathing with apnea?
a) Kussmaul’s breathing
b) Cheyne-Stokes breathing
c) Biot’s breathing
d) Eupnea

Answer: b) Cheyne-Stokes breathing

Explanation (解説):
Cheyne-Stokes呼吸は、深い呼吸と浅い呼吸が交互に現れ、無呼吸が続くパターンです。
a) Kussmaul’s breathingは間違い：これは頻呼吸と過呼吸が見られます。
c) Biot’s breathingは間違い：これは急速で深い呼吸が短い停止を伴います。
d) Eupneaは間違い：正常な呼吸です。

Question 12:

Which of the following does NOT stimulate central chemoreceptors?
a) Increased PaCO₂
b) Increased H⁺ in CSF
c) Increased H⁺ in blood
d) Increased CO₂ crossing the BBB

Answer: c) Increased H⁺ in blood

Explanation (解説):
血液中のH⁺は血液脳関門を通過できないため、中枢化学受容体を直接刺激しません。
a) Increased PaCO₂は間違い：CO₂は血液脳関門を通過し、中枢化学受容体を刺激します。
b) Increased H⁺ in CSFは間違い：脳脊髄液中のH⁺濃度の増加は中枢化学受容体を刺激します。
d) Increased CO₂ crossing the BBBは間違い：CO₂はBBBを通過し、中枢化学受容体に影響を与えます。

Question 13:

What happens to the ventilatory response when CO₂ levels fall below 37 mm Hg?
a) Breathing increases
b) Breathing stabilizes
c) Breathing stops temporarily
d) Breathing becomes erratic

Answer: c) Breathing stops temporarily

Explanation (解説):
PaCO₂が37 mm Hgを下回ると、一時的に呼吸が停止することがあります（無呼吸点）。
a) Breathing increasesは間違い：CO₂が低下すると換気は抑制されます。
b) Breathing stabilizesは間違い：CO₂が減少すると換気は一時的に停止することがあります。
d) Breathing becomes erraticは間違い：不規則になるのではなく、無呼吸が発生します。

Question 14:

Which condition leads to reduced sensitivity of CO₂-sensitive chemoreceptors in COPD patients?
a) Hyperoxia
b) Hypoxia
c) Hypercapnia
d) Hypocapnia

Answer: c) Hypercapnia

Explanation (解説):
COPD患者では、慢性的にCO₂が高い状態が続くため、CO₂に対する感受性が低下します。
a) Hyperoxiaは間違い：酸素分圧の増加は化学受容体の感受性に直接影響しません。
b) Hypoxiaは間違い：低酸素は末梢化学受容体を刺激しますが、CO₂に対する感受性には直接影響しません。
d) Hypocapniaは間違い：低CO₂状態は化学受容体を強く刺激するため、感受性低下には関与しません。

Question 15:

Which reflex is triggered when the lungs are excessively inflated?
a) Hering-Breuer deflation reflex
b) J-reflex
c) Hering-Breuer inflation reflex
d) Head’s paradoxical reflex

Answer: c) Hering-Breuer inflation reflex

Explanation (解説):
肺が過度に膨張すると、Hering-Breuer膨張反射が作動し、吸息を抑制します。
a) Hering-Breuer deflation reflexは間違い：これは肺の収縮時に働く反射です。
b) J-reflexは間違い：これは肺水腫や過膨張時に活性化される反射です。
d) Head’s paradoxical reflexは間違い：この反射は通常、新生児に見られるもので、膨張がさらに促進されます。

Question 16:

Which of the following does NOT stimulate the J-receptors in the lungs?
a) Pulmonary edema
b) Chemical agents like capsaicin
c) Increased interstitial fluid volume
d) Low oxygen tension

Answer: d) Low oxygen tension

Explanation (解説):
低酸素はJ受容体の直接的な刺激ではありません。
a) Pulmonary edemaは間違い：肺水腫はJ受容体を刺激します。
b) Chemical agents like capsaicinは間違い：カプサイシンなどの化学物質はJ受容体を刺激します。
c) Increased interstitial fluid volumeは間違い：間質液の増加はJ受容体を刺激します。

Question 17:

What is the primary neurotransmitter that stimulates the Pre-Bötzinger complex?
a) Substance P
b) Serotonin
c) Acetylcholine
d) GABA

Answer: a) Substance P

Explanation (解説):
サブスタンスPは、呼吸リズムを生成するプレボッツィンガー複合体を刺激します。
b) Serotoninは間違い：セロトニンは呼吸中枢に関与しますが、プレボッツィンガー複合体の主要な刺激物ではありません。
c) Acetylcholineは間違い：アセチルコリンは呼吸中枢に作用するが、サブスタンスPほどの効果はありません。
d) GABAは間違い：GABAは主に抑制的な神経伝達物質です。

Question 18:

In which condition would peripheral chemoreceptors be the primary driver for respiration?
a) Hypocapnia
b) Hypercapnia
c) Hypoxia
d) Metabolic alkalosis

Answer: c) Hypoxia

Explanation (解説):
低酸素状態では、末梢化学受容体が主要な換気刺激になります。
a) Hypocapniaは間違い：CO₂の低下は末梢化学受容体を刺激しません。
b) Hypercapniaは間違い：高CO₂状態では中枢化学受容体が主な役割を果たします。
d) Metabolic alkalosisは間違い：代謝性アルカローシスでは化学受容体は強く刺激されません。

Question 19:

Which of the following accurately describes the ventilatory response to CO₂?
a) Linear increase in ventilation with increased CO₂
b) No response until CO₂ exceeds 60 mm Hg
c) Exponential increase in ventilation with increased CO₂
d) Ventilation decreases as CO₂ increases

Answer: a) Linear increase in ventilation with increased CO₂

Explanation (解説):
CO₂が増加するにつれて、換気量は直線的に増加します。
b) No response until CO₂ exceeds 60 mm Hgは間違い：CO₂は低い濃度でも換気を刺激します。
c) Exponential increase in ventilation with increased CO₂は間違い：CO₂の換気応答は線形です。
d) Ventilation decreases as CO₂ increasesは間違い：CO₂が増加すると換気も増加します。

Question 20:

Which breathing pattern is most commonly associated with diabetic ketoacidosis?
a) Cheyne-Stokes breathing
b) Kussmaul’s breathing
c) Biot’s breathing
d) Eupnea

Answer: b) Kussmaul’s breathing

Explanation (解説):
糖尿病性ケトアシドーシスでは、深くて速い呼吸（Kussmaul’s呼吸）が見られます。
a) Cheyne-Stokes breathingは間違い：これは心不全や脳損傷に関連します。
c) Biot’s breathingは間違い：Biot’s呼吸は中枢神経系の障害で見られます。
d) Eupneaは間違い：これは正常な呼吸パターンです。

Question 1:

Which of the following is a primary function of the Dorsal Respiratory Group (DRG)?
a) Controls forced expiration
b) Integrates sensory information from the respiratory system
c) Regulates voluntary control of breathing
d) Acts as the respiratory pacemaker cells

Answer: b) Integrates sensory information from the respiratory system

Explanation (解説):
背側呼吸群（DRG）は主に呼吸器系からの感覚情報を統合し、呼吸中枢に送ります。
a) Controls forced expirationは間違い：強制呼息は腹側呼吸群（VRG）が制御します。
c) Regulates voluntary control of breathingは間違い：随意的な呼吸の調節は大脳皮質が担当します。
d) Acts as the respiratory pacemaker cellsは間違い：呼吸のペースメーカーはプレボッツィンガー複合体です。

Question 2:

Where is the Nucleus Tractus Solitarius (NTS) located, and what is its primary function?
a) In the medulla; regulates motor signals to the diaphragm
b) In the pons; controls the rhythm of breathing
c) In the medulla; integrates sensory input from the vagus and glossopharyngeal nerves
d) In the midbrain; coordinates voluntary breathing

Answer: c) In the medulla; integrates sensory input from the vagus and glossopharyngeal nerves

Explanation (解説):
孤束核（NTS）は延髄に位置し、迷走神経と舌咽神経からの感覚情報を統合します。
a) In the medulla; regulates motor signals to the diaphragmは間違い：横隔膜の運動信号は他の中枢が調整します。
b) In the pons; controls the rhythm of breathingは間違い：呼吸のリズム調整は延髄や橋の他の部位が担当します。
d) In the midbrain; coordinates voluntary breathingは間違い：孤束核は中脳にありません。

Question 3:

Which of the following nuclei are located in the pons and are involved in the fine-tuning of breathing patterns?
a) Pre-Bötzinger Complex
b) Medial Parabrachial Nucleus and Kölliker-Fuse Nuclei
c) Nucleus Tractus Solitarius
d) Botzinger Complex

Answer: b) Medial Parabrachial Nucleus and Kölliker-Fuse Nuclei

Explanation (解説):
内側傍腕核とケリカー・フューズ核は橋に位置し、呼吸パターンの微調整に関与します。
a) Pre-Bötzinger Complexは間違い：これは延髄にあり、呼吸リズムを生成します。
c) Nucleus Tractus Solitariusは間違い：これは延髄に位置し、感覚情報を統合します。
d) Botzinger Complexは間違い：これは呼息に関与する延髄の部位です。

Question 4:

Which cranial nerve transmits sensory information from the aortic bodies to the brain?
a) Glossopharyngeal nerve (CN IX)
b) Hypoglossal nerve (CN XII)
c) Vagus nerve (CN X)
d) Trigeminal nerve (CN V)

Answer: c) Vagus nerve (CN X)

Explanation (解説):
迷走神経（CN X）は大動脈小体から感覚情報を脳に伝えます。
a) Glossopharyngeal nerveは間違い：舌咽神経は頸動脈小体からの情報を伝えます。
b) Hypoglossal nerveは間違い：舌下神経は舌の運動を制御します。
d) Trigeminal nerveは間違い：三叉神経は顔面の感覚と関係しています。

Question 5:

What is the function of Type II (sustentacular) cells in the peripheral chemoreceptors?
a) Act as the primary oxygen-sensing cells
b) Support and protect Type I cells
c) Secrete neurotransmitters to stimulate respiratory centers
d) Monitor blood pressure changes

Answer: b) Support and protect Type I cells

Explanation (解説):
Ⅱ型支持細胞は主にⅠ型細胞を支持し、保護する役割を果たします。
a) Act as the primary oxygen-sensing cellsは間違い：酸素感知はⅠ型グロムス細胞の役割です。
c) Secrete neurotransmitters to stimulate respiratory centersは間違い：Ⅰ型細胞が神経伝達物質を分泌します。
d) Monitor blood pressure changesは間違い：化学受容体は血圧の変化を直接監視しません。

Fundamentals

Which of the following statements is true for both pinocytosis and phagocytosis?

a. Is only observed in macrophages and neutrophils
b. Endocytosis vesicles fuse with ribosomes that release hydrolases into the vesicles
c. Involves the recruitment of actin filaments
d. Does not require ATP
e. Occurs spontaneously and non-selectively

Answer: c. Involves the recruitment of actin filaments

解説 (Explanation):
ピノサイトーシス（飲細胞作用）とファゴサイトーシス（食細胞作用）の両方には、アクチンフィラメントの動員が関与しています。アクチンフィラメントは細胞膜の伸展や内包を助け、これにより細胞内に物質を取り込むプロセスが促進されます。
(Both pinocytosis and phagocytosis involve the recruitment of actin filaments.)

A produces more of B, which in turn produces more A

a. Negative feedback
b. Positive feedback
c. Feed-forward control
d. Adaptive control

Answer: b. Positive feedback

解説 (Explanation):
このプロセスは正のフィードバックの例です。BがAを増やし、その結果、Aがさらに増加することでBが増加します。このように、システムがより多くの刺激を増強する現象が正のフィードバックです。
(This is an example of positive feedback, where the production of A increases B, which in turn increases A.)

Which of the following less likely to describe homeostasis?

a. In disease states homeostatic mechanisms continue to operate and maintain vital functions thru multiple compensations
b. Various ions, nutrients, waste products, and other constituents of the body are normally regulated within range of values
c. Body functions require the divided action of cells, tissues, organs and multiple nervous, hormonal and local control systems
d. None of the above

Answer: d. None of the above

解説 (Explanation):
ホメオスタシス（恒常性）は、病気の状態でも機能し続け、体内の多くの要素が正常範囲で調整されることを含みます。また、体の機能は細胞、組織、臓器、およびさまざまな制御システムの協調によって維持されます。したがって、どれもホメオスタシスを正しく説明しているため、「None of the above」が適切です。
(All options describe aspects of homeostasis accurately, so ‘None of the above’ is the correct choice.)

A 23-year-old man is brought to the emergency department after collapsing during basketball practice. On admission, he is lethargic and appears confused. His coach reports that it was hot in the gym and he was drinking a lot of water during practice. An increase in which of the following is the most likely cause of his symptoms?

a. Extracellular volume
b. Intracellular volume
c. Extracellular tonicity
d. Intracellular tonicity
e. Plasma volume

Answer: a. Extracellular volume

解説 (Explanation):
高温環境下で大量に水分を摂取すると、体内の水分が細胞外液に増加し、これが血液の希釈や電解質の不均衡を引き起こす可能性があります。これは細胞外液の増加により起こる症状です。
(Increased extracellular volume due to excessive water intake can lead to symptoms such as lethargy and confusion.)

Which of the following describes the mechanism of ciliary movement?

a. The entire process is energized by the high-energy compound ATP
b. Important initiator of motion is through the presence of a chemotactic substance
c. Cilium can still beat even after the removal of membranes and destruction of the axoneme
d. Availability of ATP and appropriate ionic conditions are needed for continued movement

Answer: d. Availability of ATP and appropriate ionic conditions are needed for continued movement

解説 (Explanation):
線毛の運動にはATPの供給と適切なイオン条件が必要です。ATPは運動に必要なエネルギーを提供し、イオンの適切なバランスが線毛の動きを維持します。
(Ciliary movement requires ATP and appropriate ionic conditions for continued activity.)

Assume that excess blood is transfused into a patient whose arterial baroreceptors are non-functional and blood pressure increases from 100 to 150 mmHg. Then, assume that the same volume of blood is infused into the same patient under conditions where his arterial baroreceptors are functioning normally and blood pressure increases from 100 to 125 mmHg. What is the approximate feedback “gain” of the arterial baroreceptor in this patient when they are functioning normally?

a. 21.0
b. 0.0
c. 12.0
d. 11.0
e. 22.0

Answer: d. 11.0

解説 (Explanation):
バロセプターのフィードバックゲインは、血圧の変化に対する調節の効率を示します。正常に機能する場合のフィードバックゲインは約11.0で、これにより血圧の変化に対する応答の度合いが分かります。
(The feedback gain of the arterial baroreceptor, when functioning normally, is approximately 11.0.)

The thickness of the membrane between the alveoli and the lumen of the pulmonary capillaries, the alveolar membrane, is about?

a. 0.5-1.5 um
b. 1.0-3.0 um
c. 0.2-1.0 um
d. 0.4-2.0 um

Answer: a. 0.5-1.5 um

解説 (Explanation):
肺胞と肺毛細血管の内腔との間の膜の厚さは、一般的に0.5から1.5マイクロメートルです。この薄い膜により、ガス交換が効率よく行われます。
(The thickness of the alveolar membrane is typically between 0.5 and 1.5 micrometers.)

What is the goal of physiology?

a. Understands the functions of living organisms and their parts
b. Understands the structure and behaviour of biomolecules in a living system
c. Understand the structural basis of life and the ability to explain the interdependence of structure in a biological system
d. Provides accurate, specific and sufficiently comprehensive diagnosis

Answer: a. Understands the functions of living organisms and their parts

解説 (Explanation):
生理学の目的は、生物の機能とその部分の働きを理解することです。生理学は、生物がどのように機能し、体の各部分がどのように協力しているかを探求します。
(The goal of physiology is to understand the functions of living organisms and their parts.)

What do you call the maintenance of nearly constant conditions in the internal environment?

a. Hemostatis
b. Equilibrium
c. Homeostatis
d. Milieu interior

Answer: c. Homeostatis

解説 (Explanation):
体内のほぼ一定の状態を維持するプロセスは「ホメオスタシス（Homeostasis）」と呼ばれます。これは体が内部環境の安定性を保つために行う調整のことです。
(The maintenance of nearly constant conditions in the internal environment is called homeostasis.)

The majority of ATP in the body is generated from:

a. Glycolysis
b. Pentose phosphate pathway
c. Citric acid cycle
d. Fatty acid beta-oxidation

Answer: c. Citric acid cycle

解説 (Explanation):
体内のATPの大部分はクエン酸回路（Citric Acid Cycle）から生成されます。クエン酸回路はATPの主要な供給源であり、酸化的リン酸化と呼ばれる過程でATPを生成します。
(The majority of ATP in the body is generated from the citric acid cycle.)

The nucleolus is composed of:

a. Accumulations of histone proteins
b. Clumps of heterochromatin
c. Aggregates of rRNA
d. Damaged nuclear material

Answer: c. Aggregates of rRNA

解説 (Explanation):
核小体は、リボソームRNA（rRNA）の集まりから構成されています。これはリボソームの合成に重要な役割を果たします。
(The nucleolus is composed of aggregates of rRNA.)

The term autophagy refers to what cellular process:

a. The process by which obsolete organelles and large protein aggregates are degraded & recycled by autophagosomes
b. The process by which cellular organelles are repaired and restored after a chemical insult
c. The process by which newly formed organelles are transported within the cytosol
d. The process by which the cell membrane lipid bilayer is repaired after a breach in integrity

Answer: a. The process by which obsolete organelles and large protein aggregates are degraded & recycled by autophagosomes

解説 (Explanation):
オートファジーは、古くなった細胞小器官や大きなタンパク質集合体を分解し再利用するプロセスです。これにより、細胞は不要な物質を取り除き、再利用します。
(Autophagy refers to the process by which obsolete organelles and large protein aggregates are degraded and recycled by autophagosomes.)

When blood sugar rises, receptors in the body sense a change, pancreas secretes insulin into the blood, which lowers blood sugar levels. Once blood sugar reaches homeostasis, the pancreas stops releasing insulin. What type of control system is this?

a. Positive feedback
b. Negative feedback
c. Feed-forward control
d. Adaptive control

Answer: b. Negative feedback

解説 (Explanation):
血糖値が上昇すると、体はこれを感知し、膵臓がインスリンを分泌して血糖値を下げます。血糖値がホメオスタシスに達すると、インスリンの分泌が停止します。これは負のフィードバック（Negative Feedback）の例です。
(This is an example of negative feedback, where insulin secretion is regulated to maintain blood sugar levels within a homeostatic range.)

Which of the following is incorrect about the feedback process that happens when blood pressure is too low?

a. Angiotensin II causes major vasoconstriction in arteries
b. Renin reacts with angiotensinogen to produce angiotensin II
c. Decreased arterial pressure-Kidney produces renin
d. Angiotensin II decreases the amount of NaCl and H2O getting reabsorbed by kidneys

Answer: d. Angiotensin II decreases the amount of NaCl and H2O getting reabsorbed by kidneys

解説 (Explanation):
アンジオテンシンIIは、腎臓でのNaClおよび水分の再吸収を増加させることで血圧を上げる働きをします。したがって、選択肢dは誤りです。
(Angiotensin II actually increases the reabsorption of NaCl and H2O by the kidneys, not decreases it.)

What is the main structural difference between structural proteins and functional proteins?

a. Structural-composed mainly of long filaments; functional-tubular-globular form
b. Structural-soluble in fat solvents; functional-major role in nutrition
c. Structural-cytoskeletons of cellular organelles; functional-often mobile in the cell fluid
d. Structural-form fibrillar proteins; functional – intracellular enzymes

Answer: a. Structural-composed mainly of long filaments; functional-tubular-globular form

解説 (Explanation):
構造タンパク質は長いフィラメントから成り、細胞の構造をサポートします。一方、機能タンパク質はチューブ状または球状の形状を持ち、さまざまな生理機能を果たします。
(Structural proteins are mainly composed of long filaments, whereas functional proteins are typically tubular or globular.)

Which of the following substances does not make up the protoplasm of the cell?

a. Cell membrane
b. Carbohydrates
c. Proteins
d. Lipids
e. Water

Answer: a. Cell membrane

解説 (Explanation):
原形質（プロトプラズム）は細胞内の物質で、細胞膜自体は含まれません。原形質は主に水分、炭水化物、タンパク質、脂質から成り立っています。
(The cell membrane itself is not part of the protoplasm, which mainly consists of water, carbohydrates, proteins, and lipids.)

In the lower respiratory airways, ciliary movement is capable of moving the layer of mucus at a speed of _ cm/minute.

a. 1
b. 2
c. 4
d. 8

Answer: b. 2

解説 (Explanation):
下気道における線毛の運動は、粘液層をおおよそ1〜2 cm/分の速度で移動させることができます。この動きは呼吸器系の清掃機能を果たしています。
(Ciliary movement in the lower respiratory airways can move the mucus layer at approximately 1 to 2 cm/min.)

The abnormal cleavage of mannose residues during the post-translational processing of glycoproteins results in the development of lupus-like autoimmune disease in mice. The abnormal cleavage is due to a mutation of the enzyme α-mannosidase II. Which is the most likely subcellular site for the deficient protein?

a. Lysosomes
b. Golgi apparatus
c. Agranular ER
d. Granular ER

Answer: b. Golgi apparatus

解説 (Explanation):
α-マンノシダーゼIIはゴルジ体で糖鎖の修飾に関与しており、この酵素の欠損は糖タンパク質の異常な修飾を引き起こします。ゴルジ体はこのようなプロセスに関わっています。
(The most likely subcellular site for the deficient α-mannosidase II is the Golgi apparatus.)

How is oxygen regulated in the body?

a. Peripheral sensory receptors
b. Baroreceptors system
c. Buffering function of hemoglobin
d. Excitation of respiratory centers

Answer: d. Excitation of respiratory centers

解説 (Explanation):
体内の酸素の調節は、呼吸中枢の刺激を通じて行われます。呼吸中枢が酸素レベルの変化に応じて呼吸を調節し、適切な酸素供給を維持します。
(Oxygen regulation in the body is managed through the excitation of respiratory centers.)

This organelle functions to be intracellular digestive system containing hydrolase enzyme granules.

a. Agranular endoplasmic reticulum
b. Ribosomes
c. Lysosomes
d. Peroxisomes

Answer: c. Lysosomes

解説 (Explanation):
リソソームは細胞内消化系として機能し、加水分解酵素を含んでいます。これにより、細胞内で不要な物質が分解されます。
(The organelle functioning as an intracellular digestive system containing hydrolase enzymes is the lysosome.)