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| 肺 | |
|---|---|
 人間の肺の図。呼吸器官が見えており、各葉ごとに異なる色で表示されている。 | |
 人間の肺は、胸腔内の心臓と大血管の両側にあります。 | |
| 詳細 | |
| システム | 呼吸器系 |
| 動脈 | 肺動脈 |
| 静脈 | 肺静脈 |
| 識別子 | |
| ラテン | プルモ |
| ギリシャ語 | πνεύμων（肺胞） |
| メッシュ | D008168 |
| TA98 | A06.5.01.001 |
| TA2 | 3265 |
| 解剖学用語 [Wikidataで編集] | |
肺は、人間を含む多くの動物の呼吸器系の主要な器官です。哺乳類とほとんどの他の四肢動物では、2 つの肺が心臓の両側の背骨の近くにあります。呼吸器系における肺の機能は、ガス交換の過程で、大気中から酸素を抽出して血流に移し、血流中の二酸化炭素を大気中に放出することです。呼吸は、種によって異なる筋肉系によって行われます。哺乳類、爬虫類、鳥類は、筋骨格系を使用して呼吸をサポートし、促進します。初期の四肢動物では、空気は頬のポンプを介して咽頭筋によって肺に送り込まれ、このメカニズムは両生類に今でも見られます。人間では、呼吸を促進する主要な筋肉は横隔膜です。肺はまた、発声やスピーチを可能にする気流も提供します。
人間には右肺と左肺の 2 つの肺があります。これらは胸部の胸腔内にあります。右肺は左肺よりも大きく、左肺は胸部で心臓と同じ空間を共有しています。両肺の重さは合わせて約 1.3 キログラム (2.9 ポンド) で、右肺の方が重いです。肺は下気道の一部で、気管から始まり、気管支と細気管支に分岐し、伝導帯から吸い込まれた空気を受け取ります。空気は微細な肺胞に達するまで分岐し、ここでガス交換が行われます。肺には合わせて約 2,400 キロメートル (1,500 マイル) の気道と 3 億～ 5 億個の肺胞があります。各肺は2 つの胸膜からなる胸膜嚢に包まれており、呼吸中に内壁と外壁があまり摩擦なく互いに滑ることができます。内臓胸膜は、各肺を裂溝として葉と呼ばれるセクションに分割します。右肺には 3 つの葉があり、左肺には 2 つの葉があります。葉はさらに気管支肺節と小葉に分かれています。肺には独特の血液供給があり、酸素を受け取るために心臓から送られる脱酸素血液 (肺循環) と、酸素を含んだ血液 (気管支循環) が別々に供給されます。
肺の組織は、肺炎や肺がんなど、さまざまな呼吸器疾患の影響を受ける可能性があります。慢性閉塞性肺疾患や肺気腫などの慢性疾患は、喫煙や有害物質への曝露に関連している可能性があります。気管支炎などの疾患も呼吸器系に影響を及ぼす可能性があります。肺に関する医学用語は、肺学ではラテン語の pulmonarius (肺の) に由来する pulmo- で始まる場合が多く、肺炎ではギリシャ語の πνεύμων (肺) に由来する pneumo- で始まる場合もあります。
胎児の発達において、肺は前腸の突出部として発達し始めます。前腸は消化器系の上部を形成する管です。肺が形成されると、胎児は液体で満たされた羊膜嚢の中に保持されるため、呼吸する機能はありません。血液も肺から動脈管を通って迂回されます。しかし、出生時に空気が肺を通過し始め、迂回管が閉じて肺が呼吸を開始できるようになります。肺は幼児期にのみ完全に発達します。
構造
解剖学
人間の肺は胸郭内の心臓の両側に位置している。肺は円錐形で、先端は狭く丸みを帯び、底部は広く凹んでいて、横隔膜の凸面に乗っている。[1]肺の頂点は首の付け根まで伸びており、第一肋骨の胸骨端のすぐ上まで達している。肺は胸郭内の背骨の近くから胸の前部まで、そして気管の下部から横隔膜まで伸びている。[1]
左肺は心臓と空間を共有しており、これを収容するために左肺の境界に左肺の噴門切痕と呼ばれるくぼみがある。 [2] [3]肺の前面と外側は肋骨に面しており、その表面には軽いくぼみがある。肺の内側表面は胸部の中心に面しており、心臓、大血管、気管が2つの主気管支に分かれる気管分岐部に接している。 [3] 心臓圧痕は、肺が心臓に接する部分の表面に形成されるくぼみである。
両肺には肺門と呼ばれる中央の陥没部があり、そこから血管と気道が肺に入り、肺の根を形成します。[4]また、肺門には気管支肺リンパ節もあります。 [3]
肺は肺胸膜に囲まれています。胸膜は 2 つの漿膜で、外側の壁側胸膜は胸郭の内壁を覆い、内側の臓側胸膜は肺の表面を直接覆っています。胸膜の間には、胸膜腔と呼ばれる潜在的な空間があり、そこには薄い層の潤滑性のある胸水が含まれています。
ローブ
それぞれの肺は、臓側胸膜の陥入によって裂溝として葉と呼ばれる部分に分割されます。葉は分節に分割され、分節はさらに小葉に分割されます。右肺には 3 つの葉があり、左肺には 2 つの葉があります。
亀裂
裂溝は、出生前早期の発達において、臓側胸膜の陥入によって形成され、肺葉気管支を分割し、肺を葉に分割して、肺の拡張を助ける。[6] [7]右肺は、水平裂と斜裂によって3つの葉に分割される。左肺は、右肺の斜裂と密接に並ぶ斜裂によって2つの葉に分割される。右肺では、上部の水平裂が上部（上葉）を中葉から分離する。下部の斜裂は、下葉を中葉と上部葉から分離する。[1] [7]
裂溝のバリエーションは、不完全な形成、奇裂のような余分な裂溝として存在する、または存在しないなど、かなり一般的です。不完全な裂溝は、肺葉間の側副換気、つまり肺葉間の空気の流れの原因となり、一部の肺容量減少手術では望ましくありません。[6]
セグメント
主気管支は肺門から肺に入り、最初に肺葉に空気を供給する二次気管支（葉気管支とも呼ばれる）に分岐する。葉気管支は三次気管支（分節気管支とも呼ばれる）に分岐し、分節気管支は気管支肺区域と呼ばれるさらに細分化された葉に空気を供給する。各気管支肺区域には独自の（分節）気管支と動脈供給がある。[8]左肺と右肺の区域を表に示します。[5]区域解剖は、臨床的に肺の疾患過程を局在化するために有用である。[5]区域は、周囲の組織に重大な影響を与えることなく外科的に除去できる個別の単位である。[9]
左肺（左）と右肺（右）。肺葉が見え、肺の中心根も見えます。
右肺
右肺は左肺よりも多くの葉と節を持つ。右肺は2つの裂溝（斜裂と水平裂）によって上葉、中葉、下葉の3つの葉に分けられる。[10]上側の水平裂は上葉と中葉を分ける。上側の水平裂は肺の後縁近くの下側の斜裂から始まり、前方に水平に走り、第4肋軟骨の胸骨端の高さで前縁を切断する。縦隔表面では肺門まで遡ることができる。[1]下側の斜裂は下葉と中葉、上葉を分け、左肺の斜裂と密接に並んでいる。[1] [7]
右肺の縦隔表面は、近くのいくつかの構造によって凹んでいる。心臓は、心臓陥凹と呼ばれる陥凹の中に位置している。肺門の上には、奇静脈のための弓状の溝があり、その上には上大静脈と右腕頭静脈のための広い溝がある。その後ろ、肺の上部近くには、腕頭動脈のための溝がある。肺門と肺靭帯の後ろには食道のための溝があり、食道溝の下部近くには、心臓に入る前の下大静脈のためのより深い溝がある。[3]
右肺の重量は個人差があり、標準的な参考範囲は男性で155～720g（0.342～1.587ポンド）[11]、女性で100～590g（0.22～1.30ポンド）[12]です。
左肺
左肺は、肺門の上下両側で肋骨から縦隔表面まで伸びる斜裂によって、上葉と下葉の2つの葉に分けられる。[1]左肺は右肺とは異なり、中葉を持たないが、上葉の突出部である舌状部という相同的な特徴を持つ。舌状部の名前は「小さな舌」を意味する。左肺の舌状部は、右肺の中葉と解剖学的に平行しており、どちらの領域も類似した感染症や解剖学的合併症を起こしやすい。 [13] [14]舌状部には、上葉と下葉の2つの気管支肺節がある。 [1]
左肺の縦隔表面には心臓が位置する大きな心臓陥凹がある。これは心臓が左に突出する右肺の陥凹よりも深く大きい。[3]
同じ表面の、肺門のすぐ上には、大動脈弓のためのはっきりとした湾曲した溝があり、その下には下行大動脈のための溝があります。大動脈弓から分岐する左鎖骨下動脈は、弓から肺の頂点近くまでの溝にあります。動脈の前方、肺の縁近くのより浅い溝には、左腕頭静脈があります。食道は、肺の底部のより広く浅い陥凹にある場合があります。[3]
標準基準範囲では、左肺の重量は男性で110～675g（0.243～1.488ポンド）[11]、女性で105～515g（0.231～1.135ポンド）[12]です。
イラスト
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胸部CT（肺軸窓） -
胸部CT（肺冠状窓） -
胸部CT（肺軸窓）
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胸部CT（肺冠状窓）
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カーンアカデミーの「肺について知る」
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呼吸器科ビデオ
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肺葉と肺裂の 3D 解剖図。
クレイジーな変身ロボットスポンジボブ
スポンジ・ボブの地下の部分では、ロボットワールドにたくさんのロボットがいます。それはスポンジ・ボブが所有しており、ロボットの前には巨大なプランクトンがいます。彼らは肺と戦い始めます。
微細解剖学
肺は下気道の一部であり、気管から分岐して気管支気道を収容する。気管支気道は、肺の機能組織（実質）を構成する肺胞、静脈、動脈、神経、リンパ管で終わる。[3] [15]気管と気管支の粘膜と粘膜下層には毛細リンパ管の叢がある。より小さな気管支には毛細リンパ管が単層で、肺胞には毛細リンパ管がない。[16]肺には、体内のどの臓器よりも大きなリンパ排出システムが備わっている。[17]それぞれの肺は臓側胸膜の漿膜に囲まれており、その下には肺の実質に付着した疎性結合組織の層がある。[18]
結合組織
肺の結合組織は、毛細血管と肺胞壁の間に散在する弾性繊維とコラーゲン繊維で構成されています。エラスチンは細胞外マトリックスの重要なタンパク質であり、弾性繊維の主成分です。[19]エラスチンは、肺コンプライアンスと呼ばれる呼吸に伴う持続的な伸張に必要な弾力性と復元力を与えます。また、必要な弾性収縮にも関与しています。エラスチンは、肺胞の開口部や肺胞接合部など、ストレスのかかる部分に集中しています。[19]結合組織はすべての肺胞をつなぎ、スポンジのような外観の肺実質を形成します。肺胞の壁には、コーン孔と呼ばれる相互に連絡した空気の通り道があります。[20]
呼吸器上皮
気管、気管支、細気管支を含む下気道のすべては、呼吸上皮で覆われています。これは繊毛上皮で、粘液の主成分であるムチンを産生する杯細胞、繊毛細胞、基底細胞、そして末端細気管支にある基底細胞に似た働きをする棍棒細胞、そしてマクロファージが点在しています。呼吸器全体の上皮細胞と粘膜下腺は気道表面液（ASL）を分泌しますが、その組成は厳密に制御されており、粘液繊毛クリアランスがどれだけうまく機能するかを決定します。[21]
肺神経内分泌細胞は、肺胞上皮を含む呼吸上皮全体に見られますが[22]、上皮細胞全体の約0.5％を占めるにすぎません。[23] PNECは神経支配された気道上皮細胞であり、特に気道接合点に集中しています。[23]これらの細胞は、セロトニン、ドーパミン、ノルエピネフリン、およびポリペプチド産物を産生することができます。肺神経内分泌細胞の細胞質突起は気道腔に伸び、そこで吸入ガスの組成を感知することがあります。[24]
気管支気道
気管支には不完全な軟骨輪と、気管支を開いた状態に保つ小さな軟骨板がある。 [25] : 472 細気管支は軟骨を支えるには狭すぎ、その壁は平滑筋でできている。これは主に上皮のみでできているより狭い呼吸細気管支にはほとんど見られない。 [25] : 472 終末細気管支には軟骨がないため、膜様細気管支という別名がある。[26]
呼吸ゾーン
呼吸器官の伝導領域は、終末細気管支が呼吸細気管支に分岐するところで終わる。これが、呼吸細気管支、肺胞管、肺胞嚢、肺胞を含む腺房と呼ばれる終末呼吸単位の始まりである。 [27]腺房の直径は最大10 mmである。[28]一次肺小葉は、呼吸細気管支より遠位の肺の部分である。[29]したがって、一次肺小葉には肺胞管、肺胞嚢、肺胞が含まれるが、呼吸細気管支は含まれない。[30]
二次肺小葉として説明される単位は、肺小葉または呼吸小葉として最もよく言及される小葉である。[25] : 489 [31]この小葉は、補助なしで見ることができる肺の最小構成要素である個別の単位である。[29]二次肺小葉は、30〜50の一次小葉で構成されている可能性が高い。[30]小葉は、呼吸細気管支に分岐する終末細気管支によって供給されます。呼吸細気管支は各腺房内の肺胞に供給され、肺動脈の枝が伴います。各小葉は小葉間隔膜に囲まれています。各腺房は小葉内隔膜によって不完全に分離されています。[28]
呼吸細気管支は肺胞管を生じ、肺胞嚢につながり、肺胞嚢には2つ以上の肺胞が含まれます。[20]肺胞の壁は非常に薄いため、拡散速度が速くなります。肺胞の壁には、コーン孔と呼ばれる相互に連結した小さな気道があります。[20]
肺胞
肺胞は2種類の肺胞細胞と肺胞マクロファージから構成されています。この2種類の細胞はI型細胞とII型細胞として知られています[32]（肺胞細胞とも呼ばれます）。[3] I型とII型は壁と肺胞隔壁を構成しています。I型細胞は各肺胞の表面積の95％を占め、平ら（「扁平上皮」）であり、II型細胞は一般的に肺胞の角に集まり、立方体の形をしています。[33]それにもかかわらず、細胞は1：1または6：4のほぼ均等な比率で存在します。[32] [33]
I型は肺胞壁構造を構成する扁平上皮細胞である。非常に薄い壁を持ち、ガス交換が容易である。 [32]これらのI型細胞は、各肺胞を隔てる肺胞隔壁も構成する。隔壁は上皮の内層とそれに関連する基底膜からなる。[33] I型細胞は分裂することができないため、II型細胞からの分化に依存している。 [33]
II型細胞はより大きく、肺胞の内側を覆い、上皮内層液と肺サーファクタントを産生・分泌する。[34] [32] II型細胞は分裂してI型細胞に分化することができる。[33]
肺胞マクロファージは免疫システムにおいて重要な役割を果たしており、血管から押し出された赤血球など肺胞に沈着した物質を除去します。[33]
微生物叢
肺には肺微生物叢と呼ばれる微生物が大量に存在し、気道上皮細胞と相互作用する。この相互作用は恒常性維持に重要なものと考えられる。微生物叢は健康な人でも複雑かつ動的であり、喘息やCOPDなどの疾患では変化する。例えば、ライノウイルス感染後のCOPDでは大きな変化が起こる可能性がある。[35]微生物叢にマイコバイオータとしてよく見られる真菌属には、カンジダ、マラセチア、サッカロミセス、アスペルギルスなどがある。[36] [37]
気道
下気道は呼吸器系の一部であり、気管と、肺を含むその下の組織から構成されています。[32]気管は咽頭から空気を受け取り、下方に移動して、右と左の主気管支に分かれます（気管分岐部） 。これらは左右の肺に空気を供給し、肺葉のための二次気管支と三次気管支に徐々に分かれ、さらに小さな細気管支に分かれて呼吸細気管支になります。呼吸細気管支は次に、肺胞管を通って肺胞に空気を供給し、そこでガス交換が行われます。[32]吸い込まれた酸素は、肺胞の壁を通って毛細血管に拡散し、循環に入ります。[20]二酸化炭素は血液から肺に拡散して吐き出されます。
肺の総表面積は50～75平方メートル（540～810平方フィート）と推定されている。[32] [33]これは教科書やメディアでは「テニスコートの大きさ」とよく引用されているが、[33] [38] [39]実際にはシングルスコートの半分以下の大きさである。[40]
気管支伝導帯は、気道を開いた状態に保つために硝子軟骨で補強されています。細気管支には軟骨がなく、代わりに平滑筋に囲まれています。[33] 空気は伝導帯によって37℃（99℉）に温められ、加湿され、浄化されます。空気中の粒子は、気道の内側を覆う呼吸上皮の繊毛によって除去され、[41]粘液繊毛クリアランスと呼ばれるプロセスが行われます。
気道の平滑筋にある肺伸張受容器は、ヘーリング・ブロイアー反射と呼ばれる反射を開始し、強制吸気時に肺が過度に膨張するのを防ぎます。
血液供給
肺には気管支循環と肺循環による二重の血液供給がある。[4]気管支循環は、大動脈から出る気管支動脈を通じて、酸素を含んだ血液を肺の気道に供給する。通常、動脈は3本あり、2本は左肺へ、1本は右肺へ、気管支と細気管支に沿って分岐する。[32]肺循環は、酸素を含んだ血液を心臓から肺へ運び、酸素を含んだ血液を心臓へ戻して体の他の部分に供給する。[32]
肺の血液量は平均約450ミリリットルで、循環器系全体の血液量の約9％を占めています。この量は、通常の量の半分から2倍の間で簡単に変動します。また、出血による失血が発生した場合、肺からの血液は自動的に全身循環に移行することで部分的に補うことができます。[42]
神経供給
肺は自律神経系の神経によって支配されている。副交感神経系からの入力は迷走神経を介して行われる。[4]アセチルコリンによって刺激されると、気管支と細気管支の内側を覆う平滑筋が収縮し、腺からの分泌物が増える。[43] [要ページ]肺はまた、呼吸器のβ2アドレナリン受容体に作用するノルエピネフリンから交感神経緊張を起こし、気管支拡張を引き起こす。[44]
呼吸という動作は、脳幹の呼吸中枢から横隔膜神経を通って頸神経叢から横隔膜に送られる神経信号によって起こります。 [45]
変化
肺葉は解剖学的に多様性がある。[46]右肺の25％では水平葉間裂が不完全で、全症例の11％では欠落している。副裂も左肺の14％と右肺の22％でそれぞれ確認された。[47]斜裂は左肺の21％から47％で不完全であることが判明した。[48]場合によっては裂が欠落していたり余分にあったりして、右肺が2葉のみ、または左肺が3葉になることもある。[46]
気道分岐構造の変異は、特に中心気道分岐において発見されており、この変異は成人期のCOPDの発症と関連している。[49]
発達
人間の肺の発達は喉頭気管溝から始まり、胎児期には数週間、出生後数年かけて成熟していきます。[50]
呼吸器を構成する喉頭、気管、気管支、肺は、胚発生第4週目に前腸の尾部の腹側に現れる肺芽から形成され始める[51]。[52]
呼吸器官は分岐構造を持ち、呼吸樹としても知られています。[53]胎児では、この構造は分岐形態形成の過程で発達し、[54]枝の先端が繰り返し分裂することによって生成されます。肺の発達において（他の臓器と同様に）、上皮は分岐した管を形成します。肺は左右対称であり、気管支芽と呼ばれるそれぞれの芽が管状上皮として成長し、気管支になります。それぞれの気管支は細気管支に分岐します。[55]分岐は、それぞれの管の先端が二股に分かれた結果です。[53]分岐の過程で気管支、細気管支、そして最終的には肺胞が形成されます。[53]肺の分岐形態形成に最も関連している4つの遺伝子は、細胞間シグナル伝達タンパク質であるソニックヘッジホッグ（SHH）、線維芽細胞増殖因子 FGF10とFGFR2b、および骨形成タンパク質 BMP4である。 FGF10が最も重要な役割を果たしていると考えられている。 FGF10は上皮分岐に必要な傍分泌シグナル伝達分子であり、SHHはFGF10を阻害する。[53] [55]肺胞の発達は別のメカニズムの影響を受け、それによって継続的な分岐が停止し、遠位端が拡張して肺胞が形成される。
4週目の終わりに、肺芽は2つに分かれ、気管の両側に左右の一次気管支芽ができる。 [56] [57] 5週目には、右芽が3つの二次気管支芽に、左芽が2つの二次気管支芽に分岐する。これらから肺葉が生まれ、右に3つ、左に2つとなる。次の週には、二次芽が3次芽に分岐し、左右に約10個となる。[57] 6週目から16週目にかけて、肺胞を除く肺の主要要素が現れる。[58] 16週目から26週目にかけて、気管支が拡大し、肺組織に血管が豊富となる。細気管支と肺胞管も発達する。26週目までに、終末細気管支が形成され、2つの呼吸細気管支に分岐する。[59] 26週から出産までの期間に、重要な血液-空気関門が確立されます。ガス交換が行われる特殊なI型肺胞細胞と、肺サーファクタントを分泌するII型肺胞細胞が出現します。サーファクタントは空気-肺胞表面の表面張力を低下させ、肺胞嚢の拡張を可能にします。肺胞嚢には、肺胞管の末端に形成される原始的な肺胞が含まれています。[60] 7ヶ月頃に肺胞が出現すると、限られた呼吸が可能になり、未熟児が生存できる時点を示します。[50]
ビタミンA欠乏症
発達中の肺はビタミンAレベルの変化に特に弱い。ビタミンA欠乏は肺の上皮層および肺実質の変化と関連している。これは肺の正常な生理機能を乱し、呼吸器疾患にかかりやすくする可能性がある。ビタミンAの重度の栄養欠乏は肺胞壁（隔壁）の形成低下および呼吸器上皮の顕著な変化を招き、細胞外マトリックスおよび基底膜のタンパク質含有量の変化が認められる。細胞外マトリックスは肺の弾力性を維持し、基底膜は肺胞上皮と関連し、血液空気バリアにおいて重要である。欠乏は機能的欠陥および病態と関連している。ビタミンAは出生後数年間続く肺胞の発達に極めて重要である。[61]
出産後
出生時には、赤ちゃんの肺は肺から分泌された液体で満たされており、膨らんでいません。出生後、乳児の中枢神経系は温度と環境の急激な変化に反応します。これが出産後約10秒以内に最初の呼吸を引き起こします。[62]出生前、肺は胎児の肺液で満たされています。[63] 最初の呼吸の後、液体はすぐに体内に吸収されるか、吐き出されます。肺の血管の抵抗が減少してガス交換のための表面積が増加し、肺は自発的に呼吸し始めます。これには肺組織に入る血液量の増加につながる他の変化が伴います。[62]
出生時の肺は非常に未発達で、成人の肺胞の約6分の1しか存在しません。[50]肺胞は成人初期まで形成され続け、必要に応じて形成される能力は肺の再生に見られます。[64] [65]肺胞隔壁は、発達した肺の単一のネットワークではなく、二重の毛細血管ネットワークを持っています。毛細血管ネットワークが成熟して初めて、肺は正常な成長段階に入ることができます。肺胞の数の初期の増殖に続いて、肺胞が拡大する別の段階があります。[66]
関数
ガス交換
肺の主な機能は、肺と血液の間のガス交換です。 [67]肺胞と肺毛細血管のガスは、薄い血液-空気関門を介して平衡状態になります。[34] [ 68] [69]この薄い膜（厚さ約0.5～2μm）は約3億個の肺胞に折り畳まれており、ガス交換を行うための非常に大きな表面積（推定70～145m2）を提供しています。[68] [70]
肺は自力で呼吸するために膨張することはできず、胸腔の容積が増加した場合にのみ膨張する。 [71]これは、図に示すように、横隔膜の収縮と肋間筋を介して呼吸筋によって達成され、胸郭を上方に引っ張る。 [72]息を吐く間、筋肉は弛緩し、肺は休息位置に戻る。[73]この時点で、肺には機能的残気量（FRC）の空気が含まれており、成人の場合、その容積は約2.5～3.0リットルである。[73]
激しい呼吸や労作時には、首や腹部の多数の補助筋が動員され、呼気時に胸郭が引き下げられ、胸腔の容積が減少します。 [73] FRCは低下しますが、肺を完全に空にすることができないため、まだ約1リットルの残留空気が残っています。[73]肺機能検査は、肺の容量と能力を評価するために行われます。
保護
肺には感染を防ぐいくつかの特徴がある。気道は気道上皮または気道粘膜で覆われており、繊毛と呼ばれる毛のような突起が規則的に拍動して粘液を運ぶ。この粘膜繊毛クリアランスは、空気感染に対する重要な防御システムである。[34]吸入された空気中の塵粒子と細菌は気道の粘膜表面に捕捉され、繊毛の規則的な上向きの拍動によって咽頭に向かって上昇する。[33] [74] ：661–730 肺の内層はまた、呼吸器感染症を防ぐ免疫グロブリンAを分泌する。 [74] 杯細胞は粘液を分泌する[33] 。これには、ディフェンシン、抗プロテアーゼ、抗酸化物質などのいくつかの抗菌化合物も含まれている。[74]粘液の粘度を調節する可能性があると示唆されている肺イオノサイトと呼ばれる特殊な細胞の珍しい種類が報告されている。 [75] [76] [77]さらに、肺の内壁には、貪食作用と呼ばれるプロセスで肺に侵入した破片や微生物を飲み込んで破壊する免疫細胞であるマクロファージや、T細胞やB細胞などの適応免疫系の構成要素を活性化するために抗原を提示する樹状細胞も含まれている。[74]
呼吸器官の大きさと空気の流れも、肺を大きな粒子から保護します。小さな粒子は口の中と口の後ろの口腔咽頭に沈着し、大きな粒子は吸入後に鼻毛に捕らえられます。[74]
他の
呼吸機能に加えて、肺には他の多くの機能があります。肺は恒常性の維持に関与しており、レニン-アンジオテンシン系の一部として血圧の調節を助けます。血管の内層はアンジオテンシン変換酵素（ACE）を分泌します。これはアンジオテンシンIからアンジオテンシンIIへの変換を触媒する酵素です。[78]肺は呼吸時に二酸化炭素を排出することで血液の酸塩基恒常性に関与しています。[71] [79]
肺は保護的な役割も果たしています。数種類のプロスタグランジン、ロイコトリエン、セロトニン、ブラジキニンなど、血液中のいくつかの物質は肺から排泄されます。[78]薬物やその他の物質は肺で吸収、変化、排泄されます。[71] [80]肺は静脈から小さな血栓を濾過し、動脈に入り込んで脳卒中を引き起こすのを防ぎます。[79]
肺は、発声に必要な空気と気流を供給することで発声においても重要な役割を果たしており、 [71] [81]ため息や息切れなどの他のパラ言語 コミュニケーションにも重要な役割を果たしています。
研究では、肺が血小板の生成に役割を果たしていることが示唆されている。[82]
遺伝子とタンパク質の発現
約 20,000 個のタンパク質コード遺伝子がヒト細胞で発現しており、これらの遺伝子の約 75% が正常な肺で発現しています。[83] [84]これらの遺伝子のうち 200 個弱が肺でより特異的に発現しており、肺に高度に特異的な遺伝子は 20 個未満です。肺特異的タンパク質の最も高い発現は、II 型肺胞細胞で発現しているSFTPA1、SFTPB、SFTPC、およびナプシンなどのさまざまなサーファクタントタンパク質です。 [34]肺で発現が上昇している他のタンパク質には、繊毛細胞のダイニンタンパク質DNAH5と、気道粘膜の粘液分泌 杯細胞で分泌されるSCGB1A1タンパク質があります。 [85]
臨床的意義
肺は多くの病気や障害の影響を受ける可能性があります。呼吸器科は、肺や呼吸器系に関わる呼吸器疾患を扱う医学の専門分野です。[86]心臓胸部外科は、肺容量減少手術、肺葉切除、肺切除、肺移植などの肺の手術を扱います。[87]
炎症と感染
肺組織の炎症性疾患は肺炎、呼吸器系の炎症性疾患は気管支炎と細気管支炎、肺の周囲の胸膜の炎症性疾患は胸膜炎である。炎症は通常、細菌やウイルスによる感染によって引き起こされる。肺組織が他の原因で炎症を起こした場合は肺炎と呼ばれる。細菌性肺炎の主な原因の1つは結核である。[74]慢性感染症は免疫不全の人によく発生し、肺にアスペルギルス・フミガーツスによる真菌感染症が含まれる場合があり、アスペルギローマの形成につながる可能性がある。[74] [88]米国では、特定の種類のネズミがハンタウイルスをヒトに感染させ、急性呼吸窮迫症候群（ARDS）に似た症状を伴う治療不能なハンタウイルス肺症候群を引き起こす可能性がある。[89]
アルコールは肺に影響を及ぼし、炎症性アルコール性肺疾患を引き起こす可能性がある。急性アルコール暴露は気道上皮の繊毛の拍動を刺激する。しかし、慢性暴露は繊毛反応を鈍感にし、粘液繊毛クリアランス（MCC）を低下させる効果を持つ。MCCは汚染物質や病原体から身を守る生来の防御システムであり、これが破壊されると肺胞マクロファージの数が減少する。その後の炎症反応はサイトカインの放出である。別の結果は感染に対する感受性である。[90] [91]
血液供給の変化
肺塞栓症は、肺動脈に詰まった血栓です。塞栓症のほとんどは、脚の深部静脈血栓症が原因で発生します。肺塞栓症は、換気/灌流スキャン、肺動脈のCTスキャン、またはDダイマーなどの血液検査を使用して調査できます。[74] 肺高血圧症は、肺動脈の始まりの圧力が上昇した状態を指し、さまざまな原因があります。[74]肺や腎臓の小血管の炎症を引き起こす多発血管炎性肉芽腫症など、他のまれな病態も肺の血液供給に影響を与える可能性があります。[74]
肺挫傷は胸部外傷によって引き起こされる打撲である。肺胞の出血により体液が溜まり、呼吸が困難になることがある。この症状は軽度または重度である。肺の機能は胸腔内の体液（胸水）や空気（気胸）、血液（血胸）などの他の物質、またはより稀な原因によっても圧迫される可能性がある。これらは胸部X線またはCTスキャンを使用して調査され、根本的な原因が特定され治療されるまで外科的ドレーンの挿入が必要になる場合がある。 [74]
閉塞性肺疾患
喘息、気管支拡張症、慢性気管支炎や肺気腫を含む慢性閉塞性肺疾患（COPD）はすべて、気道閉塞を特徴とする閉塞性肺疾患です。炎症により気管支が狭窄するため、肺胞に入る空気の量が制限されます。閉塞性肺疾患は症状によって特定されることが多く、スパイロメトリーなどの肺機能検査で診断されます。
多くの閉塞性肺疾患は、誘因（ダニや喫煙など）を避け、気管支拡張薬などで症状をコントロールし、重症の場合は炎症を抑える（コルチコステロイドなど）ことで管理されます。慢性気管支炎や肺気腫の一般的な原因は喫煙であり、気管支拡張症の一般的な原因には重度の感染症や嚢胞性線維症などがあります。喘息の明確な原因はまだわかっていませんが、他のアトピー性疾患との関連が指摘されています。[74] [92]
肺胞組織の破壊は、多くの場合喫煙の結果として、肺気腫を引き起こし、それが重症化すると COPD に発展することがあります。エラスターゼは肺の結合組織中のエラスチンを分解し、これもまた肺気腫を引き起こすことがあります。エラスターゼは急性期タンパク質であるアルファ 1 アンチトリプシンによって阻害され、これが欠乏すると肺気腫を発症することがあります。喫煙によるストレスが持続すると、気道基底細胞が乱れ、上皮バリアを修復するために必要な再生能力を失います。乱れた基底細胞は、 COPDの特徴である主要な気道変化の原因であると考えられており、ストレスが持続すると悪性転換を起こす可能性があります。研究によると、肺気腫の初期発症は、小気道の気道上皮の初期変化に集中しています。[93]喫煙者が臨床的に定義されたCOPDに移行すると、基底細胞はさらに乱れる。[93]
拘束性肺疾患
慢性肺疾患のいくつかのタイプは、呼吸に関与する肺組織の量が制限されるため、拘束性肺疾患に分類されます。これらには、肺が長期間炎症を起こしたときに発生する可能性がある肺線維症が含まれます。肺の線維化により、機能している肺組織が線維性結合組織に置き換わります。これは、炭坑夫塵肺症、自己免疫疾患、またはより稀に薬剤に対する反応など、さまざまな職業性肺疾患が原因である可能性があります。[74]自発呼吸だけでは生命を維持できない重度の呼吸器疾患では、十分な空気の供給を確保するために機械的人工呼吸器の使用が必要になる場合があります。
がん
肺がんは、肺組織から直接発生する場合と、体の他の部位からの転移の結果として発生する場合がある。原発性腫瘍には、小細胞肺がんと非小細胞肺がんの2種類がある。がんの主な危険因子は喫煙である。がんが特定されると、CTスキャンなどのスキャンを使用してステージングが行われ、生検から組織のサンプルが採取される。がんは、腫瘍の切除、放射線療法、化学療法、またはそれらの組み合わせによる外科的治療、または症状のコントロールを目的として治療される場合がある。[74]米国では、肺がんのスクリーニングが高リスク集団に対して推奨されている。 [94]
先天性疾患
先天性疾患には嚢胞性線維症、肺低形成（肺の不完全な発達）[95] 、先天性横隔膜ヘルニア、肺サーファクタントの欠乏によって引き起こされる乳児呼吸窮迫症候群などがある。奇形葉は先天性の解剖学的変異であり、通常は影響はないが、胸腔鏡手術では問題を引き起こす可能性がある。[96]
胸腔圧
気胸（肺の虚脱）は胸腔内に異常な空気が溜まり、肺が胸壁から分離する状態です。[97]肺は胸腔内の空気圧に逆らって膨張することができません。わかりやすい例としては外傷性気胸があり、胸壁の穿刺などで体外から胸腔内に空気が入ります。同様に、スキューバダイバーが息を止めて肺を完全に膨らませながら浮上すると、肺胞が破裂して高圧の空気が胸腔内に漏れ出します。
検査
息切れや咳などの呼吸器症状に対する身体検査の一環として、肺の検査が行われることがあります。この検査には触診と聴診が含まれます。[98]聴診器を使用して音を聴くことができる肺の領域は肺野と呼ばれ、後肺野、側方肺野、前肺野があります。後肺野は後ろから聴診でき、下葉（後肺野の4分の3を占める）、残りの4分の1を占める前肺野、腋窩の下の側方野（舌側では左腋窩、中右葉では右腋窩）が含まれます。前肺野は正面から聴診することもできます。[99]聴診三角と呼ばれる領域は、背中の筋肉が薄く、聞き取りやすい領域です。[100]肺の検査中に異常な呼吸音が聞こえる場合、肺疾患の存在を示している可能性があります。例えば喘鳴は喘息やCOPDとよく関連しています。
機能テスト
肺機能検査は、さまざまな状況で人が吸ったり吐いたりする能力を評価することによって行われます。[101]安静時に人が吸い込んだり吐いたりする空気の量は一回換気量（通常500～750 mL）です。吸気予備量と呼気予備量は、それぞれ人が強制的に吸い込んだり吐いたりできる追加の量です。強制吸気と呼気の合計が人の肺活量です。強制的に息を吐いた後でも、すべての空気が肺から排出されるわけではありません。残りの空気は残気量と呼ばれます。これらの用語を合わせて肺容量と呼びます。[101]
肺容積脈波計は機能的残気量を測定するのに用いられる。[102]機能的残気量は、呼気に依存する検査では測定できない。なぜなら、人は最大で全機能容量の 80% しか呼吸できないからである。[103]全肺容量は、年齢、身長、体重、性別によって異なり、通常は 4 ～ 6 リットルの範囲である。[101]女性は男性よりも 20 ～ 25% 容量が低い傾向がある。背の高い人は、背の低い人よりも全肺容量が大きい傾向がある。喫煙者は非喫煙者よりも容量が低い。痩せた人の方が容量が大きい傾向がある。肺容量は身体トレーニングによって最大 40% 増加させることができるが、その効果は大気汚染への曝露によって変化する可能性がある。[103] [104]
その他の肺機能検査にはスパイロメトリーがあり、吸入および呼出できる空気の量（容積）と流れを測定します。吐き出せる最大の呼吸量は肺活量と呼ばれます。特に、人が1秒間に吐き出せる量（努力呼気量（FEV1）と呼ばれる）は、総呼気量（FEV）に対する割合です。この比率、FEV1/FEV比は、肺疾患が拘束性か閉塞性かを見分ける上で重要です。[74] [101]もう一つの検査は肺の拡散能の検査で 、これは肺毛細血管における空気から血液へのガスの移動の尺度です。
料理での使用
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哺乳類の肺は心臓や気管と並んで内臓物の主な種類の1つであり、スコットランドのハギスなどの料理で世界中で食材として消費されています。米国食品医薬品局は、真菌胞子や他の臓器との交差汚染などの懸念から動物の肺の販売を法的に禁止していますが、これは根拠がないと批判されています。[105]
その他の動物
鳥類
鳥の肺は比較的小さいが、体の大部分に広がる 8 個または 9 個の気嚢とつながっており、さらに骨内の気腔とつながっている。吸入すると、空気は鳥の気管を通って気嚢に入る。その後、空気は後ろの気嚢から、比較的大きさが固定された肺を通って、前方の気嚢へと連続的に移動する。ここから空気は吐き出される。これらの固定された大きさの肺は「循環肺」と呼ばれ、他のほとんどの動物に見られる「ふいご型肺」とは区別される。[106] [108]
鳥類の肺には、傍気管支と呼ばれる何百万もの小さな平行した通路があります。心房と呼ばれる小さな袋が、小さな通路の壁から放射状に伸びています。これらは、他の肺の肺胞と同様に、単純な拡散によるガス交換の場です。[108]傍気管支とその心房の周りの血流は、ガス交換の交差流プロセスを形成します（右の図を参照）。[106] [107]
空気を保持する気嚢は、壁が薄いにもかかわらず、血管が乏しいため、ガス交換にはあまり貢献しません。気嚢は、胸部と腹部の容積の変化により膨張したり収縮したりします。この容積の変化は胸骨と肋骨の動きによって引き起こされ、この動きは飛翔筋の動きと同期していることがよくあります。[109]
空気の流れが一方向である傍気管支は古肺傍気管支と呼ばれ、すべての鳥類に見られる。しかし、一部の鳥類は、傍気管支内の空気の流れが双方向である肺構造も備えている。これらは新肺傍気管支と呼ばれる。[108]
爬虫類
ほとんどの爬虫類の肺には、中央に一本の気管支が走っており、そこから多数の枝が肺全体の個々のポケットに伸びている。これらのポケットは哺乳類の肺胞に似ているが、はるかに大きく、数も少ない。これにより肺はスポンジのような質感になっている。ムカシトカゲ、ヘビ、一部のトカゲの肺は、典型的な両生類の肺に似たより単純な構造をしている。[109]
ヘビや手足のないトカゲは、通常、主要な呼吸器官として右肺のみを持ち、左肺は大きく縮小しているか、または存在しない。しかし、両生類は逆の配置で、左肺が大きく、右肺は縮小しているか、または存在しない。[109]
ワニ類とオオトカゲ類はどちらも鳥類に似た肺を持ち、一方向の空気の流れを作り、気嚢も持っています。[110]絶滅した翼竜はこのタイプの肺をさらに改良し、気嚢を翼膜まで拡張し、ロンコデクツ類、トゥプクスアラ類、アズダルコイド類の場合は後肢まで拡張しました。[111]
爬虫類の肺は、通常、肋骨の伸縮と頬のポンプ作用によって空気を受け取ります。ワニ類は肝臓ピストン法にも頼っており、肝臓は横隔膜と呼ばれる恥骨（骨盤の一部）に固定された筋肉によって引き戻され、[112]ワニの胸腔内に負圧が生じ、ボイルの法則によって空気が肺に送られます。肋骨を動かすことができないカメは、代わりに前肢と胸帯を使って肺に空気を出し入れします。[109]
両生類
カエルや他の両生類の肺は単純で風船のような形をしており、ガス交換は肺の外側表面に限られている。これはあまり効率的ではないが、両生類は代謝要求が低く、水中で皮膚を透過して拡散することで二酸化炭素を素早く除去し、同じ方法で酸素供給を補うこともできる。両生類は肺に空気を送るために正圧システムを採用しており、頬のポンピングによって空気を肺に押し込む。これは、胸郭を拡張して肺を膨らませる負圧駆動の呼吸システムを使用するほとんどの高等脊椎動物とは異なる。 [113]頬のポンピングでは、口底が下がり、口腔が空気で満たされる。次に、喉の筋肉が喉を頭蓋骨の下側に押し付け、空気を肺に押し込む。[114]
皮膚呼吸が可能で体が小さいことから、肺を持たない四肢動物として知られているものはすべて両生類である。サンショウウオの種の大部分は肺を持たないサンショウウオで、皮膚と口の内側の組織で呼吸する。このため必然的にサイズが制限される。すべて小さく、むしろ糸のような外見で、体の体積に対する皮膚表面積が最大化されている。[115]他に肺を持たない四肢動物として知られているのは、ボルネオヒラタガエル[116]とアシナシイモリの一種アトレトコアナ・エイセルティである。[117]
両生類の肺は、通常、外壁の周りに軟組織の狭い内壁（隔壁）がいくつかあり、呼吸表面積が広く、肺が蜂の巣のような外観になっています。一部のサンショウウオでは、この隔壁さえなく、肺の壁は滑らかです。アシナシイモリでは、ヘビと同様に、右肺だけが大きくなり、発達します。[109]
魚
肺は、シーラカンス、ビキル、ハイギョの3つのグループの魚に見られる。四肢動物と同様だが、浮き袋を持つ魚とは異なり、開口部は食道の腹側にある。シーラカンスは、脂肪器官に囲まれた機能しない不対の退化した肺を持っている。[118]肺を持つ唯一の条鰭綱の魚であるビキルは、中空の無室の袋状の肺を1対持っており、ガス交換は内部表面積を増やす非常に平らなひだの上で起こる。ハイギョの肺は、四肢動物の肺によく似ている。肺は実質隔壁の精巧なネットワークを持ち、多数の呼吸室に分かれている。[119] [120]オーストラリアのハイギョには、2つの葉に分かれているとはいえ、肺は1つしかない。他の肺魚は伝統的に2つの肺を持つと考えられてきたが、最近の研究では、同時に発生し、両方とも前腸に直接つながっている両側の肺芽と定義されており、これは四肢動物にのみ見られる。[121]オーストラリア肺魚を含むすべての肺魚では、肺は体の上部背部に位置し、接続管は食道の周りと上を曲がっている。血液供給も食道の周りを曲がっており、肺はもともと他の脊椎動物と同様に体の腹側で進化したことを示唆している。[109]
無脊椎動物
無脊椎動物の多くは肺のような構造を持っており、これは脊椎動物の肺と似た呼吸機能を果たすが、進化的には関連がなく、収斂進化によってのみ生じたものである。クモやサソリなどの一部のクモ類は、大気中のガス交換に用いられる書肺と呼ばれる構造を持っている。クモのいくつかの種は4対の書肺を持っているが、ほとんどの種は2対である。[122]サソリは、書肺に空気が入る気門を体に持っている。 [123]
ヤシガニは陸生で、鰓肺と呼ばれる構造を使って空気呼吸をする。[124]幼生は海に放たれるが、成体は泳げず、原始的な鰓しか持たない。成体のカニは陸上で呼吸でき、水中で息を止めることができる。[125]鰓肺は、水中生活から陸上生活を可能にするため、または魚類から両生類への発達適応段階であると考えられている。[126]
有肺類は主に陸生の巻貝やナメクジで、外套腔から単純な肺を発達させたものである。肺孔と呼ばれる外部の開口部から空気が外套腔肺に取り込まれる。[127] [128]
進化の起源
今日の陸生脊椎動物の肺と今日の魚類のガス嚢は、食道の突出部としての単純な袋から進化したと考えられており、初期の魚類はこれを利用して酸素の少ない状況で空気を飲み込むことができた。[129]これらの突出部は最初に 硬骨魚類で発生した。ほとんどの条鰭類では、袋が閉鎖されたガス嚢に進化したが、多くのコイ、マス、ニシン、ナマズ、ウナギは、袋が食道に開いたままの食道口の状態を保っている。ガー、ビキル、ガーフィッシュ、肉鰭類などのより原始的な硬骨魚類では、ガス嚢は主に肺として機能するように進化した。[129]鰭類魚類は陸上四肢動物の祖先である。したがって、脊椎動物の肺は魚類の胃袋と相同性がある（ただし鰓とは相同性がない）。[130]
参照
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さらに読む
- DR ジョンソン博士: 解剖学入門、呼吸器系 2009-11-24 にWayback Machineでアーカイブ、leeds.ac.uk
- フランクリンク研究所オンライン: 呼吸器系、sln.fi.edu
- 鳥類の肺と呼吸、people.eku.edu
外部リンク
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- ヒトタンパク質アトラスの肺