肺解剖・呼吸生理の臨床的要点

🧠 全体像：呼吸器系 respiratory system 呼吸器系（respiratory system） respiratory system（呼吸器系） は、空気を肺胞へ運ぶ換気、肺胞と血液の間のガス交換、血液を肺胞へ届ける灌流からなる。換気血流不均衡V/Q mismatch 換気血流不均衡（V/Q mismatch）V/Q mismatch（換気血流不均衡） ——低V/Q領域とシャント——は低酸素血症の最も頻度の高い原因だが、拡散障害diffusion impairment拡散障害（diffusion impairment）diffusion impairment（拡散障害）、肺胞低換気alveolar hypoventilation肺胞低換気（alveolar hypoventilation）alveolar hypoventilation（肺胞低換気）、低い吸入酸素分圧 partial pressure of oxygen 酸素分圧（partial pressure of oxygen） partial pressure of oxygen（酸素分圧） は、換気血流不均衡V/Q mismatch 換気血流不均衡（V/Q mismatch）V/Q mismatch（換気血流不均衡） が無くても低酸素血症を起こす。¹

呼吸器の区分と機能

肺は換気・ガス交換に加え、線毛クリアランスciliary clearance線毛クリアランス（ciliary clearance）ciliary clearance（線毛クリアランス）、杯細胞goblet cell 杯細胞（goblet cell）goblet cell（杯細胞） の粘液、肺胞マクロファージalveolar macrophages 肺胞マクロファージ（alveolar macrophages）alveolar macrophages（肺胞マクロファージ） によって防御を担う。呼吸中枢respiratory center 呼吸中枢（respiratory center）respiratory center（呼吸中枢） は全身の代謝需要に合わせて換気を調節する。

flowchart TD
  A["鼻腔"] --> B["咽頭"]
  B --> C["喉頭"]
  C --> D["気管"]
  D --> E["気管支"]
  E --> F["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='bronchiole'>細気管支</span>"]
  F --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='terminal bronchiole'>終末細気管支</span>"]
  G --> H["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='respiratory bronchiole'>呼吸細気管支</span>"]
  H --> I["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='alveolar duct'>肺胞管</span>"]
  I --> J["肺胞：ガス交換"]

肺葉・気管支肺区域

⭐ 右へ入りやすいところまでは有名だが、どの区域へ落ちるかは誤嚥したときの体位で決まる。仰臥位では上葉 upper lobe 上葉（upper lobe） upper lobe（上葉） 後区域と下葉上区 superior segment of the lower lobe 下葉上区（superior segment of the lower lobe） superior segment of the lower lobe（下葉上区） 域、坐位sitting position坐位（sitting position）sitting position（坐位）・立位では下葉底区域が依存部位となる。意識障害や嚥下障害と依存部位の浸潤影がそろえば誤嚥を疑うが、厳密な単一診断基準 diagnostic criteria 診断基準（diagnostic criteria） diagnostic criteria（診断基準） はなく画像だけでは確定しない。²

肺循環と気管支循環

肺循環

• 肺動脈幹pulmonary trunk 肺動脈幹（pulmonary trunk）pulmonary trunk（肺動脈幹） は右心室 right ventricle 右心室（right ventricle） right ventricle（右心室） （RV）から出て左右肺動脈へ分岐し、脱酸素化血deoxygenated blood 脱酸素化血（deoxygenated blood）deoxygenated blood（脱酸素化血） を肺へ運ぶ。
• 左肺動脈は左主気管支 left main bronchus 左主気管支（left main bronchus） left main bronchus（左主気管支） の上を通り、動脈管索ligamentum arteriosum 動脈管索（ligamentum arteriosum）ligamentum arteriosum（動脈管索） で大動脈弓 aortic arch 大動脈弓（aortic arch） aortic arch（大動脈弓） と連なる。
• 右肺動脈は上行大動脈 ascending aorta上行大動脈（ascending aorta） ascending aorta（上行大動脈）・上大静脈superior vena cava (SVC) 上大静脈（superior vena cava (SVC)）superior vena cava (SVC)（上大静脈） の後方、右主気管支right main bronchus 右主気管支（right main bronchus）right main bronchus（右主気管支） の前方を通る。
• 各肺から通常2本、計4本の肺静脈 pulmonary vein 肺静脈（pulmonary vein） pulmonary vein（肺静脈） が酸素化血 oxygenated blood 酸素化血（oxygenated blood） oxygenated blood（酸素化血） を左心房 left atrium 左心房（left atrium） left atrium（左心房） （LA）へ戻す。

気管支循環

• 気管支動脈bronchial artery 気管支動脈（bronchial artery）bronchial artery（気管支動脈） は気管支、肺実質の支持組織 supporting tissue支持組織（supporting tissue） supporting tissue（支持組織）、臓側胸膜visceral pleura 臓側胸膜（visceral pleura）visceral pleura（臓側胸膜） へ酸素化血 oxygenated blood 酸素化血（oxygenated blood） oxygenated blood（酸素化血） を供給する。左は通常2本が胸部大動脈から、右は通常1本が胸部大動脈・左上気管支動脈 bronchial artery気管支動脈（bronchial artery） bronchial artery（気管支動脈）・右後肋間動脈 posterior intercostal arteries 後肋間動脈（posterior intercostal arteries） posterior intercostal arteries（後肋間動脈） などから分岐する。
• 気管支静脈bronchial vein 気管支静脈（bronchial vein）bronchial vein（気管支静脈） は肺門 pulmonary hilum (hilum of the lung)肺門（pulmonary hilum (hilum of the lung)） pulmonary hilum (hilum of the lung)（肺門）・伝導域conducting zone 伝導域（conducting zone）conducting zone（伝導域） から還流し、右は奇静脈 azygos vein奇静脈（azygos vein） azygos vein（奇静脈）、左は副半奇静脈 accessory hemiazygos vein 副半奇静脈（accessory hemiazygos vein） accessory hemiazygos vein（副半奇静脈） などへ流入する。

胸膜

胸膜は肺と胸壁を覆う二重の漿膜で、胸壁側から胸内筋膜 endothoracic fascia胸内筋膜（endothoracic fascia） endothoracic fascia（胸内筋膜）、壁側胸膜parietal pleura壁側胸膜（parietal pleura）parietal pleura（壁側胸膜）、少量の胸水、臓側胸膜visceral pleura 臓側胸膜（visceral pleura）visceral pleura（臓側胸膜） の順に位置する。胸水は呼吸運動 Movements in respiration 呼吸運動（Movements in respiration） Movements in respiration（呼吸運動） 時の摩擦を減らすと同時に、2枚の胸膜を液体で結合させる。

肺を胸壁に追従させているのは、この液体結合と胸膜腔pleural cavity 胸膜腔（pleural cavity）pleural cavity（胸膜腔） の陰圧である。陰圧は、内向きに縮もうとする肺の弾性収縮力 elastic recoil 弾性収縮力（elastic recoil） elastic recoil（弾性収縮力） と、外向きに広がろうとする胸郭の弾性が釣り合うことで生じる。したがって胸膜腔 pleural cavity 胸膜腔（pleural cavity） pleural cavity（胸膜腔） に空気が入ると（気胸）結合が失われ、肺は自らの弾性で虚脱し、胸郭は逆に広がる。

基本肺気量

図示data representation 図示（data representation）data representation（図示） された成人の教科書的比較では、男性／女性の順にRV 1,200/1,000 mL、ERV 1,200/800 mL、FRC 2,400/1,800 mL、IRV 3,100/1,900 mL、VC 4,800/3,200 mL、TLC 6,000/4,200 mL、TVはいずれも約500 mLである。これらは固定正常値ではなく、体格・性別・年齢で変化する。動的肺気量dynamic lung volume 動的肺気量（dynamic lung volume）dynamic lung volume（動的肺気量） は流速の影響を受け、静的肺気量static lung volume 静的肺気量（static lung volume）static lung volume（静的肺気量） は流速に依存しない。

死腔と肺胞換気量

ガス交換の量を決めるのは分時換気量 minute ventilation, V̇E 分時換気量（minute ventilation, V̇E） minute ventilation, V̇E（分時換気量） ではなく、実際に肺胞へ届く肺胞換気量alveolar ventilation, V_A肺胞換気量（alveolar ventilation, V_A）alveolar ventilation, V_A（肺胞換気量）である。

• 解剖学的死腔anatomical dead space解剖学的死腔（anatomical dead space）anatomical dead space（解剖学的死腔） $V_D$ は伝導域 conducting zone 伝導域（conducting zone） conducting zone（伝導域） の容積で、成人ではおよそ体重1 kgあたり2 mL、約150 mLにあたる。
• 肺胞死腔 dead space 死腔（dead space） dead space（死腔） は、換気されているのに灌流が乏しい肺胞の容積である。健常者ではごくわずかだが、肺塞栓症のように肺血流 pulmonary blood flow 肺血流（pulmonary blood flow） pulmonary blood flow（肺血流） が途絶えると増える。
• 生理学的死腔 dead space 死腔（dead space） dead space（死腔） ＝解剖学的死腔 anatomical dead space 解剖学的死腔（anatomical dead space） anatomical dead space（解剖学的死腔） ＋肺胞死腔 dead space死腔（dead space） dead space（死腔）。後述の「真の死腔 dead space死腔（dead space） dead space（死腔）」は肺胞死腔 dead space 死腔（dead space） dead space（死腔） が極端になった状態である。

💡 一回換気量tidal volume 一回換気量（tidal volume）tidal volume（一回換気量） 500 mL・呼吸数15/分なら分時換気量 minute ventilation, V̇E 分時換気量（minute ventilation, V̇E） minute ventilation, V̇E（分時換気量） は7.5 L/分だが、肺胞換気量alveolar ventilation, V_A 肺胞換気量（alveolar ventilation, V_A）alveolar ventilation, V_A（肺胞換気量） は(500−150)×15＝5.25 L/分にとどまる。ここで同じ7.5 L/分を、250 mLを30回で稼ぐと肺胞換気量 alveolar ventilation, V_A 肺胞換気量（alveolar ventilation, V_A） alveolar ventilation, V_A（肺胞換気量） は(250−150)×30＝3.0 L/分まで落ちる——死腔 dead space 死腔（dead space） dead space（死腔） の占める割合が増えるためである。速く浅い呼吸をしている患者が、分時換気量minute ventilation, V̇E 分時換気量（minute ventilation, V̇E）minute ventilation, V̇E（分時換気量） は保たれているのにPaCO₂が下がらない理由がこれである。

換気血流比

肺循環pulmonary circulation 肺循環（pulmonary circulation）pulmonary circulation（肺循環） は低抵抗・高コンプライアンスhigh compliance 高コンプライアンス（high compliance）high compliance（高コンプライアンス） である。立位では重力 gravity 重力（gravity） gravity（重力） により換気・血流とも肺底部 lung base 肺底部（lung base） lung base（肺底部） ほど多いが、血流の増加がより大きいためV/Q比は肺尖部 apex of the lung 肺尖部（apex of the lung） apex of the lung（肺尖部） で高く、肺底部lung base 肺底部（lung base）lung base（肺底部） で低い。全肺で平均すると約0.8、肺尖部apex of the lung 肺尖部（apex of the lung）apex of the lung（肺尖部） では3前後、肺底部lung base 肺底部（lung base）lung base（肺底部） では0.6前後になる。仰臥位では上下の高低差が小さくなるため分布差も小さくなる。

高V/Q・低V/Qは連続的な不均衡であり、灌流がなくなる真の死腔 dead space 死腔（dead space） dead space（死腔） と換気がなくなる真のシャントはその両端にあたる。シャントと低V/Q領域はいずれも換気血流不均衡 V/Q mismatch 換気血流不均衡（V/Q mismatch） V/Q mismatch（換気血流不均衡） の一形態であり、両者が低酸素血症の最も頻度の高い原因である。¹

⭐ この区別が臨床で効くのは、酸素投与への反応である。 他の原因による低酸素血症と違い、シャントによる低酸素血症は酸素投与に反応しにくい。¹ 換気されていない肺胞を通り抜ける血液は、吸入酸素濃度fraction of inspired oxygen, FiO₂ 吸入酸素濃度（fraction of inspired oxygen, FiO₂）fraction of inspired oxygen, FiO₂（吸入酸素濃度） をいくら上げても触れる肺胞気 alveolar gas 肺胞気（alveolar gas） alveolar gas（肺胞気） がないため酸素化されず、残りの正常な肺胞から来る血液の酸素含量 oxygen content 酸素含量（oxygen content） oxygen content（酸素含量） をわずかに増やせるだけだからである。

💡 一方、高V/Q側の帰結は高CO₂血症ではない。 灌流の乏しい領域は肺胞死腔 dead space 死腔（dead space） dead space（死腔） となって「無駄な換気」を増やすが、動脈血PaCO₂を正常に保とうとする呼吸ドライブ respiratory drive 呼吸ドライブ（respiratory drive） respiratory drive（呼吸ドライブ） が働くため、最も多い結果は分時換気量minute ventilation, V̇E 分時換気量（minute ventilation, V̇E）minute ventilation, V̇E（分時換気量） と呼吸仕事量 work of breathing 呼吸仕事量（work of breathing） work of breathing（呼吸仕事量） の増加であって、高CO₂血症ではない。¹ 肺塞栓症の患者が頻呼吸でPaCO₂はむしろ低い、という見え方はこれで説明できる。

肺胞低酸素alveolar hypoxia 肺胞低酸素（alveolar hypoxia）alveolar hypoxia（肺胞低酸素） では低酸素性肺血管収縮 pulmonary hypoxic vasoconstriction 低酸素性肺血管収縮（pulmonary hypoxic vasoconstriction） pulmonary hypoxic vasoconstriction（低酸素性肺血管収縮） が起こり、血流を換気のよい領域へ振り分ける。体循環の血管が低酸素で拡張するのと逆向きの反応であり、肺では換気されていない肺胞への灌流を減らすほうが全体の酸素化に有利なためである。

💡 局所の低酸素に対しては有益な調節だが、低酸素が肺全体に及ぶと肺血管が一斉に収縮して肺血管抵抗 pulmonary vascular resistance 肺血管抵抗（pulmonary vascular resistance） pulmonary vascular resistance（肺血管抵抗） が上がる。COPDや高地滞在、睡眠時無呼吸のように慢性化すれば肺高血圧となり、右室の後負荷 afterload 後負荷（afterload） afterload（後負荷） が持続的に増して肺性心 cor pulmonale 肺性心（cor pulmonale） cor pulmonale（肺性心） に至る。

flowchart TD
  A["換気と灌流の不均衡"] --> B{"主に低下したのは？"}
  B -->|"灌流"| C["高V/Q・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='dead space'>死腔</span>効果"]
  C --> D["肺塞栓症・ショック"]
  B -->|"換気"| E["低V/Q・シャント効果"]
  E --> F["気道閉塞・肺炎・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='atelectasis'>無気肺</span>・肺水腫"]
  F --> G["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='alveolar hypoxia'>肺胞低酸素</span>"]
  G --> H["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='pulmonary hypoxic vasoconstriction'>低酸素性肺血管収縮</span>"]
  H --> I["換気良好部へ血流再分配"]

まとめ

• 右主気管支right main bronchus 右主気管支（right main bronchus）right main bronchus（右主気管支） は誤嚥・異物の進入が多い解剖学的理由をもち、落ちる区域は誤嚥時の体位で決まる。
• ガス交換は呼吸域 respiratory zone 呼吸域（respiratory zone） respiratory zone（呼吸域） で行われ、伝導域conducting zone 伝導域（conducting zone）conducting zone（伝導域） は解剖学的死腔 anatomical dead space 解剖学的死腔（anatomical dead space） anatomical dead space（解剖学的死腔） を形成する。ガス交換量を決めるのは分時換気量 minute ventilation, V̇E 分時換気量（minute ventilation, V̇E） minute ventilation, V̇E（分時換気量） ではなく肺胞換気量 alveolar ventilation, V_A 肺胞換気量（alveolar ventilation, V_A） alveolar ventilation, V_A（肺胞換気量） である。
• 肺を胸壁に追従させているのは胸膜腔 pleural cavity 胸膜腔（pleural cavity） pleural cavity（胸膜腔） の陰圧と胸水による液体結合で、空気が入ると肺は虚脱する。
• 肺胞換気と肺血流 pulmonary blood flow 肺血流（pulmonary blood flow） pulmonary blood flow（肺血流） の対応が酸素化を決め、低V/Qと真のシャント、高V/Qと真の死腔 dead space 死腔（dead space） dead space（死腔） を区別して考える。シャントによる低酸素血症は酸素投与に反応しにくく、高V/Qの帰結は高CO₂血症ではなく分時換気量 minute ventilation, V̇E分時換気量（minute ventilation, V̇E） minute ventilation, V̇E（分時換気量）・呼吸仕事量work of breathing 呼吸仕事量（work of breathing）work of breathing（呼吸仕事量） の増加である。
• 低酸素性肺血管収縮pulmonary hypoxic vasoconstriction 低酸素性肺血管収縮（pulmonary hypoxic vasoconstriction）pulmonary hypoxic vasoconstriction（低酸素性肺血管収縮） は局所では有益だが、全肺に及んで慢性化すると肺高血圧・肺性心cor pulmonale 肺性心（cor pulmonale）cor pulmonale（肺性心） の原因になる。