肺胞

肺胞は、単層扁平上皮（非常に薄く平らな細胞）の上皮層^{[ 13 ]}と、毛細血管に囲まれた細胞外マトリックスから構成されています。上皮層は、呼吸膜とも呼ばれる肺胞膜の一部であり、ガスの交換を可能にします。この膜は、界面活性剤を含む肺胞内液層、上皮層、およびその基底膜という複数の層から構成されています。毛細血管内皮基底膜は、肺胞上皮の基底膜と融合して肺胞基底膜を形成します。^{[ 14 ]}ただし、膜全体の厚さは、最も薄い部分で0.2μm、最も厚い部分で0.6μmです。^{[ 15 ]}

肺胞壁には、コーン孔と呼ばれる肺胞間の相互接続された空気通路があります。肺胞嚢内の肺胞を隔てる肺胞中隔には、コラーゲン線維と弾性線維が含まれています。中隔には、各肺胞を取り囲む網目状の毛細血管網も含まれています。^{[ 3 ]}弾性線維により、吸気時に肺胞が空気で満たされると伸びます。そして、呼気時に元の状態に戻り、二酸化炭素を多く含む空気を排出します。

肺胞細胞には大きく分けて3種類あります。そのうち2種類は、肺胞壁に存在するI型細胞とII型細胞と呼ばれる肺胞細胞または肺胞マクロファージと呼ばれる大型の貪食細胞で、肺胞の内腔や肺胞間の結合組織内を移動します。I型細胞は、I型肺胞細胞またはI型肺胞細胞とも呼ばれ、扁平で薄く平らで、肺胞の構造を形成します。II型細胞は、II型肺胞細胞またはII型肺胞細胞とも呼ばれ、表面張力を低下させる肺サーファクタントを放出し、損傷したI型細胞を置き換えるために分化することもできます。 ^{[ 12 ] [ 16 ]}

I型細胞は2種類の細胞のうち大きい方で、肺胞の構造を形成する薄くて平らな上皮細胞（膜性肺胞細胞）です。^{[ 3 ]}扁平で（各細胞の表面積が大きくなります）、長い細胞質突起があり、肺胞表面の95%以上を覆っています。^{[ 12 ] [ 18 ]}薄い上皮の層が肺胞を覆い、肺胞内の空気と周囲の毛細血管内の血液との間のガス交換の拡散を助けます。

I型細胞は非常に薄く、厚さがわずか25ナノメートルしかない場合もある。可視光の波長は数百ナノメートルであるため、これらの細胞を観察するには電子顕微鏡が必要となる。 

I型細胞の核は広い細胞質領域を占め、細胞小器官はその周囲に集まっているため、細胞の厚さが薄くなっている。これにより、血液空気関門の厚さも最小限に抑えられている。

薄い部分の細胞質には、外表面から小さな粒子状汚染物質を除去する役割を担う可能性のあるピノサイトーシス小胞が含まれている。デスモソームに加えて、すべてのI型肺胞細胞には、組織液が肺胞腔に漏れるのを防ぐ閉鎖結合が存在する。

酸素の溶解度（ひいては拡散速度）が比較的低いため、肺胞は大きな内部表面積（約80平方メートル）と非常に薄い壁を持つ必要がある。毛細血管の間には、弾性繊維とコラーゲン繊維からなる網目状の細胞外マトリックスが張り巡らされ、毛細血管を支えている。コラーゲン繊維はより硬いため壁に強度を与え、弾性繊維は呼吸時の壁の伸縮を可能にする。

I型肺胞上皮細胞は複製できず、毒性物質による損傷を受けやすい。損傷を受けた場合、II型細胞が増殖してI型細胞に分化し、それを補うことができる。^{[ 19 ]}

II型細胞は立方体状で、I型細胞よりはるかに小さい。^{[ 3 ]}肺胞内では最も数が多い細胞であるが、扁平なI型細胞ほど表面積を覆っていない。^{[ 19 ]}肺胞壁のII型細胞（顆粒性肺胞細胞）には、細胞膜と融合して肺サーファクタントを分泌する層状体または層状顆粒と呼ばれる分泌器官が含まれている。このサーファクタントは脂肪性物質の膜であり、肺胞表面張力を低下させるリン脂質のグループである。リン脂質は層状体に蓄えられている。このコーティングがないと、肺胞は崩壊する。サーファクタントはエキソサイトーシスによって継続的に放出される。呼気後の肺胞の再膨張は、肺胞の薄い液体の内壁の表面張力を低下させるサーファクタントによって容易になる。体液コーティングは、血液と肺胞空気間のガスの移動を促進するために体内で生成され、II型細胞は通常、血液空気関門に存在します。^{[ 20 ] [ 21 ]}

II型細胞は妊娠約26週頃から発達し始め、少量の界面活性剤を分泌します。しかし、十分な量の界面活性剤が分泌されるのは妊娠約35週頃になってからです。これが、乳児呼吸窮迫症候群の発症率が高くなる主な理由であり、妊娠35週以降では発症率は大幅に低下します。

II型細胞は細胞分裂も可能であり、肺組織が損傷するとI型およびII型肺胞細胞がさらに増殖する。^{[ 22 ]}

MUC1はII型肺胞上皮細胞に関連するヒト遺伝子であり、肺癌のマーカーとして同定されている。 ^{[ 23 ]}

2022年4月のレビューでは、COVID-19の重篤な呼吸器症状の発症における2型肺胞細胞の重要性と、SSRIであるフルボキサミンとフルオキセチンによってこれらの細胞がどのように保護されるかの潜在的なメカニズムがまとめられています。^{[ 24 ]}

肺胞マクロファージは、肺胞、肺胞管、および細気管支の内腔表面に存在します。これらは、塵、細菌、炭素粒子、および損傷からの血球など、肺内の異物を貪食する移動性のスカベンジャーです。^{[ 25 ]}これらは、肺マクロファージ、および塵細胞とも呼ばれます。肺胞マクロファージは、肺におけるウイルス病原体に対する免疫応答においても重要な役割を果たします。^{[ 26 ]}これらは、他の免疫細胞を動員および活性化し、I型インターフェロンシグナル伝達を開始し、ウイルスゲノムの核外輸送を阻害するサイトカインおよびケモカインを分泌します。^{[ 26 ]}