プールで 息を とめて、もぐって みます。しばらく すると、むねが 苦しく なって、早く 空気を すいたく なります。

この 苦しさは、さんそが なくなった ことを 知らせて いるのでしょうか。じつは、おもな あいずは 二酸化炭素にさんかたんそが ふえた ことだと いわれて います［1］。

二酸化炭素にさんかたんそは、体が はたらく ときに できる ものです。ふだんは 息を はいて 外に だして います。息を とめると、でて いけません。

体の 中では「二酸化炭素にさんかたんそが ふえた！ すって、はいて！」と いう あいずが つよく なります。それなのに、息は できません。この 食い ちがいが 苦しさに なると、かんがえられて います［1］。

たとえば、火事の けむりを 見て なる ほうちきです。ほうちきは、けむりに はんのうして ベルを ならします。ただし 本当は、体には さんそを かんじる センサーも あります。

プールの底に向かって潜り、息を止めます。しばらくすると胸が苦しくなって、早く空気を吸いたくなります。多くの人が経験する、この苦しさは何のサインなのでしょうか。

「酸素が足りなくなるから」と考えたくなりますが、主な合図は二酸化炭素の増加だと説明されています［1］。体は活動するたびに二酸化炭素を作り、ふだんは息をはいて外に出しています。息を止めると、それが出ていけません。

体には二酸化炭素の増加を感じとるセンサーがあり、その情報を受けた呼吸中枢が、呼吸を増やすよう命令を出します。ところが、息を止めているので呼吸はできません。強まる命令と、できない呼吸。この食い違い（ミスマッチ）が、苦しさを生むという説明が、一般向けの解説で紹介されています［1］。

たとえるなら、火災報知器です。報知器は煙に反応してベルを鳴らします。息止めでは、二酸化炭素がその煙にあたります。ただし、体には酸素の減少を感じるセンサーもあり、報知器のたとえは一部を切り取ったものです。

息止めを続けると、動脈血の二酸化炭素分圧（PaCO2）が上がり、酸素分圧（PaO2）が下がる。この変化を受け取る化学受容器の情報で、呼吸中枢が換気量を増やそうとするのが、ふだんの呼吸調節の姿である［1］。呼吸中枢は延髄にある。

息止めでは、この調節がうまく働かない。換気を増やせと命じる信号が強まるのに、実際には呼吸できない。この食い違いが呼吸困難感を引き起こす、という見方が一般向けの解説で採られている［1］。二酸化炭素の増加も呼吸中枢を刺激して換気を促し、息止めの苦しさではこの増加が主な合図だと説明される［1］。

ただし、これは「酸素は関係ない」という話ではない。酸素の量も時間に影響する。それを、次の章以降で見ていく。まず、合図を受け取るセンサーの置き場所を確かめておきたい。

センサーは、2しゅるい あります［2］。

ひとつは、のうの 下の ほうに ある「のうの センサー」です。のうの まわりの えきたいの かわりを かんじます。

もうひとつは、くびの 血の くだの ところに あります。おもに 血の 中の さんそが へった ことを かんじ、二酸化炭素にさんかたんその かわりも かんじます［2］。

この 2つから 集まった 知らせを、のうの 下の ほうに ある 息の しれいとうが うけとります。そして「もっと 息を しなさい」と 体に つたえます。

二酸化炭素にさんかたんそが ふえた ことも、息の しれいとうに 「もっと 息を しなさい」と いう あいずを 出させます。息を とめた ときの 苦しさでは、こちらが おもな あいずだと いわれて います［1］。

センサーは、大きく二つに分けて説明されます。一つは、延髄にある中枢化学受容体で、脳や脊髄を包む液（脳脊髄液）の二酸化炭素や酸性度（pH）の変化を感じます。もう一つは、首の頸動脈にある頸動脈小体などの末梢化学受容体です［2］。

末梢のセンサーは、主に動脈血の酸素が減ったことを感じますが、二酸化炭素やpHの変化も感じとります［2］。

集まった情報は呼吸中枢に届き、換気量を増やして体の状態を元に戻そうとします。呼吸中枢は延髄にあります［1］。

つまり、酸素の減少も二酸化炭素の増加も、どちらも呼吸中枢への合図になります。息を止めたときの苦しさでは、二酸化炭素の増加が主な合図だと説明されています［1］。

では、酸素は苦しさに関係しないのでしょうか。そこを確かめた報告を見てみましょう。

化学受容器は二系統で説明される。中枢化学受容体（延髄）は脳脊髄液のpHと二酸化炭素分圧の変化を感知する。末梢化学受容体（頸動脈小体など）の主たる対象は動脈血の酸素分圧の低下だが、二酸化炭素分圧とpHの変化も感知する［2］。

末梢のセンサーが酸素を、中枢のセンサーが二酸化炭素を担当する、と単純に分けるのは正確でない。末梢も二酸化炭素に応答し、どちらも呼吸中枢への入力になる。息止めの苦しさでは、二酸化炭素の増加が主な合図だと説明される［1］。この説明が、次の章以降の実験を読む土台になる。

とはいえ、センサーの種類が分かっても、「限界点で何が起きるのか」は別の問いである。酸素を操作した実験が、それに迫っている。

息を とめる 前に さんそを たくさん すうと、とめて いられる 時間が ほぼ 2ばいに なると いう ほうこくが あります。反対に、さんそが うすい 空気を すうと、ほぼ はんぶんに なると いいます［4］。

ですから、さんそは かんけいが あります。でも、これで 話は おわりません。

むねを いっぱいに ふくらませて 100%の さんそを すってから 息を とめた じっけんでも、やはり 苦しく なる ときが きました。そのとき 血の 中の さんそは、ふつうの 空気の ときと くらべて、ずっと 多かったと ほうこくされて います［4］。

つまり、さんそが へった から 止める、と 決まった スイッチが ある わけでは ありません。

ただし、これらは 目安に なる 数字で、だれでも 2ばいに なる わけでは ありません。

息を止める前に純粋な酸素を吸っておくと、息止めの時間はほぼ2倍になる。低酸素の空気を吸っておくと、ほぼ半分になる。そんな報告があります［4］。2倍や半分は、報告されている変化で、誰でもそうなるという数字ではありません。

酸素の量も時間に影響するのは、確かなようです。ところが、話はここで終わりません。

胸いっぱいに吸い込んだ100%の酸素で息を止めた実験でも、限界点は現れました。そのときの動脈血の酸素の分圧は、空気で息止めをした場合の平均約62mmHgに対し、553mmHgと大きく違っていた、と報告されています［4］。酸素が大幅に多くても、限界は来るのです。

反対側からも同じことが言えます。深呼吸を繰り返して二酸化炭素を先に減らし、低い状態から息止めを始めても、限界点は来ます［4］。

つまり、酸素も二酸化炭素も、「この値に達したら止める」という固定のスイッチではないようです。限界は、どう決まっているのでしょうか。

息止めの前に酸素を吸う（前酸素化）と保持時間はほぼ2倍に、低酸素ガスを吸うとほぼ半分になるという報告がある［4］。これは報告されている変化で、一般的な倍率ではない。この点は、酸素の量が時間に影響する根拠になる。

しかし、この結果は「酸素センサーが限界を決める」ことを意味しない。同じ解説によれば、最大吸気から100%酸素で息止めをした場合でも限界点は現れ、そのときのPaO2は空気の場合の平均約62mmHgに対して553mmHgと大きく異なる。過換気後のようにPaCO2が低い状態から始めても限界点は現れる［4］。

この解説は、頸動脈の酸素センサーが限界点を決める主役かどうかに疑問を呈している［4］。ただし、この点の数値は解説記事の抜粋に基づくので、「報告がある」という強さで読むのが妥当だろう。

PaO2もPaCO2も固定の閾値でないなら、限界点は何で動くのか。条件を変えた別の実験を見ると、その動き方が見えてくる。

ふつうの 人が 息を とめて いられる 時間は、30びょうから 90びょうぐらいが 目安と いわれます［1］。人に よって、大きな ちがいが あります。

ある じっけんでは、むねを いっぱいに ふくらませて 止めた ときは 54びょうぐらい、ふつうに 息を はいた あとでは 30びょうぐらいでした［3］。これは 一つの じっけんの 数字で、みんなの 目安では ありません。

この じっけんでは、「ここまで 二酸化炭素にさんかたんそが ふえたら かならず 止める」と いう きまった 数字は なかった、と 書かれて います［3］。

水中で すごい きろくを 出す きょうぎの せんしゅには、10分いじょう 息を とめる 人も います。でも、二酸化炭素にさんかたんそに にぶい ためかどうかは、はっきり して いません［1］。

一般の人が息を止めていられるのは、30〜90秒くらいが限度だといわれます［1］。幅が大きいのは、人によって、また条件によって、限界が動くからです。

ある研究では、肺をほぼいっぱいに吸って止めた場合の保持時間は平均約54秒、ふつうに息をはいた状態からでは約30秒でした［3］。肺が大きいほど限界の到達が遅れるのかもしれない、と著者は考えています。ただし、これは特定の実験での平均で、一般の人の目安ではありません。

同じ研究は、息止めを終わらせる決まった二酸化炭素の値はない、とも述べています。終了時の呼気の二酸化炭素の値も、条件によって変わりました［3］。

この研究では、限界の前に「苦しい局面」があるとされます。息止めを終わらせる反応が始まる点（生理学的ブレイクポイント）のあとも、意志の力で息止めを続けられる段階があり、やがて限界に達する、と同研究は説明しています［3］。苦しいと感じ始めた時点が、限界の終点ではないのです。

アプネア競技の一流選手の中には、10分以上息を止める人もいます。二酸化炭素への感受性が低いからかどうかは、はっきりしていません［1］。

一般の人の息こらえは30〜90秒程度が限度とされる［1］。この幅の大きさは、限界点が固定値でないことと整合する。肺気量や個人差が関わるが、どの要因がどれだけ影響するかは一つに決められない。

McCullochらの研究（2021）によれば、息止めの時間は肺気量で変わった。全肺気量（TLC）からの保持は54±2秒、機能的残気量（FRC）からは30±2秒だった。著者はこの結果から、肺が大きいほど限界点への到達が遅れる可能性を考えている［3］。ただし、これは特定の実験群の平均で、一般化はできない。同じ研究は、息止めを終わらせる決まった呼気二酸化炭素濃度は存在しないとし、終了時の値も条件によって変わったと報告している［3］。

さらに、この研究は限界を二段に分けて説明する。PaCO2の上昇やPaO2の低下が積み重なり、息止めをやめさせる反応が始まる点が生理学的ブレイクポイントである。その後も意志で続けられる「苦しい局面（struggle phase）」があり、やがて息止めを続けられない限界に達する［3］。

競技の一流選手は10分以上保持することがあるが、二酸化炭素への感受性の低さが理由かどうかは出典自身が「はっきりしていない」とする［1］。条件・個人・訓練のどれが効くかは、ここでも分けて語れない。

肺の大きさ、酸素、二酸化炭素。どれも決定打にならないなら、限界の引き金は何なのか。

じつは、まだ はっきり しては いません［5］。

ある 研究では、息を する ための きんにく、おうかくまくの しんけいに ますいを して、うごかなく して みました。すると、息を とめて いられる 時間が、へいきんで 2ばいに なりました［5］。苦しさの 一部は、おうかくまくから くる しらせかも しれません。

これは、すこしの 人で おこなわれた 研究で、まねを する ものでは ありません。

ほかにも、むねの 大きさが かかわる かもしれない という 研究が あります［3］。いくつかの かんがえが、まだ ならんで います。

けんきゅうは 今も つづいて います。

限界の「引き金」は、まだ決着していません。科学雑誌の2012年の解説は、横隔膜が引きのばされたり使いすぎになったりすることが有力な仮説だ、と紹介しました。二酸化炭素そのものが、限界を説明するほどの毒になるわけでもないようだ、とも述べています［5］。

その仮説を支える実験があります。横隔膜を動かす神経に麻酔をして横隔膜を動かなくすると、息止めの平均時間が2倍になった、という報告です［5］。苦しさの一部は、横隔膜の側から来る信号らしいと分かります。ただし、少数の協力者による実験で、まねをするものではありません。

一方、別の研究は、肺の大きさが関わる可能性を示しています［3］。2012年の解説は横隔膜に、後の研究は肺の大きさに手がかりを求めていて、見方は一つにまとまっていません。

この解説は、パズルの重要なピースがまだ欠けているかもしれない、という言い方で締めくくられています［5］。

限界を決める引き金は未解決である。Scientific American（2012）の解説は、横隔膜から脳への感覚フィードバックが限界に関わるという仮説を紹介し、横隔膜の伸展や使いすぎが有力だとした。同記事は、二酸化炭素がそれ自体で1分程度の限界を説明するほどの毒性になるわけではないとも述べる［5］。

この仮説の根拠の一つが、横隔神経に麻酔をして横隔膜を麻痺させると、息止めの平均時間が2倍になったという実験（Noble & Guz）である［5］。苦しさの一部が横隔膜側の信号に由来する可能性を示すが、被験者は少数で、他の要因を排除するものではない。

注意したいのは、2012年の解説が重視する横隔膜の仮説と、2021年の研究が示す「肺の大きさが限界点の到達を遅らせる可能性」が、別の方向から限界を説明していることだ［3］。時期や実験条件も違うため、どちらが正しいと決められる材料はなく、断定は避けるのが妥当である。

頸動脈の酸素センサー、肺の大きさ、横隔膜の信号。有力候補はあるが、決着はしていない。その分、ここは確かめる余地が残る領域だと言える。

苦しいのは いやな ものです。でも、この 苦しさは 体を まもる ブレーキの 一つです。

もぐる 前に 息を なんども ふかく すったり はいたり すると、二酸化炭素にさんかたんそが へります。すると 苦しさを かんじにくく なります。でも、そのあいだに さんそは へって います。苦しさの 知らせが ないまま、気を うしなう ことが あります［6］。

水の あぶない ことを ふせぐ グループは、もぐる 前に 何回も 息を すったり はいたり しては いけないと、つたえて います［6］。この 記事で 息を とめる ことは、ためさないで ください。

この苦しさは、体を守るブレーキの一つとして働いています。それを取り去るとどうなるのか、短く触れておきます。

息を止める前に深呼吸を何度も繰り返す（過換気）と、二酸化炭素が先に減って、苦しさを感じにくくなります。限界は先に延びますが、その間にも酸素は減っています。そのため、苦しさの警告がないまま意識を失う危険があります［6］。

イギリスの水難防止団体の指針は、息止めの前に過換気をしてはならないとしています［6］。苦しさを感じにくくする方法には危険があるので、息止めを試す必要はありません。

この記事を読んだあとでも、息止めを試す必要はありません。限界を決めるしくみを知っていれば、体の合図の意味が分かります。

息止め前の過換気は、二酸化炭素を先に減らす。そのため、限界点に到達する時期が遅れ、苦しさを感じにくくなる。しかし酸素の消費は止まらないので、意識を失うほど酸素が減っても、警告となる苦しさがないまま進む危険がある［6］。

英国の水難事故防止団体の指針は、息止め競技や活動の前に過換気をさせてはならないとし、泳者は気を失う前に警告症状を感じない場合がある、と述べる［6］。過換気をしての息止めは危険であり、試すべきではない。

苦しさという警告を消してしまえば、体は酸素が減っても止まれなくなる。これまでの章で見たように、限界点は酸素や二酸化炭素の固定値では決まらず、引き金も未解決である。それでも、苦しさが危険を知らせる合図として働く場面があることは、この指針からうかがえる。

今日できること

息を とめる のでは なく、ふつうに 息を して、1分間に なんかい 息を するか かぞえて みましょう。つぎに、その場で 30びょう ぐらい かるく うごいてから、また かぞえます。ふえる ことが あります。うごくと 息の しかたが かわる ことを、見つけて みましょう。くるしく なったら、すぐ やすみます。

出かけてできること

図書館で、体の 本を 見て、おうかくまくと のうの 下の ほうに ある 息の しれいとうの 場しょを、えで たしかめて みましょう。

こうしきの 情報じょうほう

水の 中の あぶない ことを ふせぐ きまりは、外国の ぐるーぷが 出して います。学校の プールの きまりも、先生に きいて みましょう。

今日できること

息を止めずに、ふつうに呼吸しながら、1分間に何回呼吸するか数えます。次に、その場で30秒ほど軽く足踏みをして、また数えます。回数が増えることがあります。運動すると呼吸が変わることを観察できます。苦しくなったら、すぐに休みます。

出かけてできること

図書館で生理学や人体の本を探し、横隔膜と延髄の位置を図で確かめてみます。呼吸の司令塔と、それを動かす筋肉が、体のどこにあるのかが分かります。

公式情報

安全の指針は、イギリスの水難救助団体が出したものです。通っているプールの注意書きに、潜る前の呼吸についてどう書かれているか、見てみましょう。

今日できること

息を止めずに、安静時の1分間の呼吸数を数えて記録する。軽い運動の後にもう一度数え、変化を比べる。呼吸を調節する体のしくみが、息止めの外でも働いていることを、自分の体で見ることになる。

出かけてできること

図書館で呼吸生理学の入門書を探し、化学受容器の項を、本稿の内容と読み比べる。「中枢」と「末梢」の分担が、書き手によってどう説明されているかを見る。

公式情報

学校や通っているプールの注意書きに、潜る前の呼吸についてどう書かれているかを探し、本稿の第6章と読み比べる。水難事故を防ぐ立場から、息止めがどう扱われているかが見える。