肺胞：特徴、機能、解剖学 - 解剖学と生理学

肺胞は毛細血管のネットワークに囲まれた哺乳動物の肺に位置する小嚢です。顕微鏡下では、肺胞では、上皮細胞で構成される肺胞の内腔とその壁を区別できます。

また、特徴的な弾力性を与える結合組織繊維も含まれています。I型扁平細胞とII型立方体細胞は、肺胞上皮で区別できます。その主な機能は、空気と血液の間のガス交換を仲介することです。

呼吸プロセスが発生すると、空気が気管から体内に入り、肺内の一連のトンネルに移動します。この複雑なチューブのネットワークの最後にあるのは、肺胞嚢で、空気が入り、血管に取り込まれます。

すでに血液中には、空気中の酸素が二酸化炭素などの残りの成分から分離されています。この最後の化合物は、呼気プロセスを通じて体から排出されます。

一般的な特性

肺の内部には、健康な成人の2つの肺にある4億から7億個という、かなり多数の肺胞で構成される海綿状の組織があります。肺胞は、粘着性の物質で内部が覆われた嚢のような構造です。

哺乳類では、各肺には数百万の肺胞が含まれており、血管網と密接に関連しています。人間では、肺の面積は50〜90m ^2で、1000kmの毛細血管が含まれています。

この高い数は、必要な酸素摂取量を確保するために不可欠であり、主にグループの吸熱のために、哺乳類の高代謝に対応することができます。

哺乳類の呼吸器系

空気は鼻、特に「鼻孔」から入ります。これは鼻腔に入り、そこから咽頭に接続された内部の鼻孔へと続きます。ここで2つのルートが収束します：呼吸器と消化器。

声門は喉頭に開き、次に気管に開きます。これは、各肺に1つずつ、2つの気管支に分かれています。次に、気管支は細い細管である細気管支に分かれ、歯槽管と肺胞につながります。

特徴

肺胞の主な機能は、呼吸プロセスに不可欠なガス交換を可能にし、酸素が血流に入り身体の組織に輸送されることを可能にすることです。

同じように、肺胞は吸入と呼気の過程で血液からの二酸化炭素の除去に関与します。

解剖学

肺胞と肺胞の管は非常に薄い単層の内皮で構成されており、空気と毛細血管の間のガス交換を促進します。彼らは毛細血管ループで囲まれた0.05と0.25ミリメートルのおおよその直径を持っています。それらは丸いか多面体の形をしています。

連続する各肺胞の間には、2つの肺胞の間の共通の壁である肺胞間中隔があります。これらの中隔の境界は、平滑筋細胞によって形成され、単純な立方上皮で覆われた基底リングを形成します。

肺胞の外側部分は、毛細血管とともに肺胞膜を形成します。肺胞毛細血管膜は、肺に入る空気と毛細血管内の血液との間でガス交換が行われる領域です。

それらの独特の組織のために、肺胞は蜂の巣を連想させます。それらは、肺細胞と呼ばれる上皮細胞の壁によって外側が構成されています。

肺胞膜に付随する細胞は、肺胞マクロファージと呼ばれる、肺胞の防御と洗浄に関与します。

肺胞の細胞型

肺胞の構造は文献に広く記載されており、以下の細胞タイプが含まれます：ガス交換を仲介するタイプI、分泌および免疫機能を備えたタイプII、内皮細胞、参加する肺胞マクロファージ防御および間質性線維芽細胞。

I型細胞

タイプI細胞は、ガス交換を容易にするために、信じられないほど薄くて平らであることを特徴としています。それらは、肺胞の表面の約96％に見られます。

これらの細胞は、T1-α、アクアポリン5、イオンチャネル、アデノシン受容体、さまざまな薬物に対する耐性遺伝子など、かなりの数のタンパク質を発現しています。

これらの細胞を分離して培養することの難しさは、彼らの詳細な研究を妨げてきました。しかし、イオン、水の輸送、細胞増殖の制御への関与など、肺におけるホモシェイシスの可能な機能が発生します。

これらの技術的な困難を克服する方法は、DNAマイクロアレイと呼ばれる別の分子的方法で細胞を研究することです。この方法論を使用すると、I型細胞も酸化的損傷に対する保護に関与していると結論付けることができました。

II型細胞

II型細胞は立方体の形状であり、通常哺乳類の肺胞の隅に位置し、残りの肺胞表面の4％のみに見られます。

その機能には、肺サーファクタントを構成するタンパク質や脂質などの生体分子の生成と分泌が含まれます。

肺の界面活性剤は、主に脂質とタンパク質のごく一部で構成される物質で、肺胞の表面張力を下げるのに役立ちます。最も重要なのはジパルミトイルホスファチジルコリン（DPPC）です。

II型細胞は肺胞の免疫防御に関与し、サイトカインなどのさまざまな種類の物質を分泌します。サイトカインの役割は、肺内の炎症細胞の動員です。

さらに、いくつかの動物モデルでは、タイプIIの細胞が肺胞空間を液体のない状態に保つ責任があり、ナトリウム輸送にも関与していることが示されています。

間質性線維芽細胞

これらの細胞は紡錘形であり、長いアクチン伸長によって特徴付けられます。その機能は、その構造を維持するための肺胞内の細胞マトリックスの分泌です。

同様に、細胞は血流を管理し、必要に応じて血流を減らします。

肺胞マクロファージ

肺胞は、肺胞マクロファージと呼ばれる血液単球に由来する食作用特性を持つ細胞を抱えています。

これらは、ほこりや結核菌などの感染性微生物など、肺胞に入った異物粒子を食作用の過程で除去する責任があります。さらに、心不全があると肺胞に入る可能性のある血球を飲み込みます。

彼らは茶色の色と一連のさまざまな拡張機能を提示することによって特徴付けられます。リソソームはこれらのマクロファージの細胞質に非常に豊富です。

マクロファージの数は、体が心臓に関連する疾患を持っている場合、個人がアンフェタミンを使用している場合、またはタバコを使用している場合に増加する可能性があります。

コーン毛穴

それらは、肺胞間仕切りにある肺胞にある一連の細孔であり、1つの肺胞を別の肺胞に通じ、それらの間の空気循環を可能にします。

ガス交換はどのように行われますか？

酸素（O ₂）と二酸化炭素（CO ₂）の間のガス交換は、肺の主な目的です。

この現象は、肺胞で発生します。肺胞では、血液とガスが約1ミクロンの最小距離で出会います。このプロセスには、2つの適切にポンプされた導管またはチャネルが必要です。

これらの1つは、心臓の右側の領域によって駆動される肺の血管系であり、混合した静脈血（静脈および他の組織からの静脈血で構成される）を、それと交換して発生する領域に送ります。

2番目のチャネルは気管支ツリーで、その換気は呼吸に関係する筋肉によって駆動されます。

一般に、ガスの輸送は主に2つのメカニズムによって制御されます。対流と拡散です。1つ目はリバーシブルですが、2つ目はそうではありません。

ガス交換：分圧

空気が呼吸器系に入ると、その組成が変化し、水蒸気で飽和します。肺胞に到達すると、空気は前の呼吸円から残った空気と混ざります。

この組み合わせにより、酸素の分圧が低下し、二酸化炭素の分圧が増加します。肺胞では、肺の毛細血管に入る血液よりも酸素の分圧が高いため、酸素は拡散によって毛細血管に入ります。

同様に、二酸化炭素の分圧は肺胞と比較して肺の毛細血管で高くなります。したがって、二酸化炭素は単純な拡散プロセスを介して肺胞に入ります。

組織から血液へのガスの輸送

酸素と大量の二酸化炭素は、脊椎動物のグループの中で最も人気のあるヘモグロビンを含む「呼吸色素」によって運ばれます。

組織から肺への酸素輸送に関与する血液は、二酸化炭素を肺から輸送し戻す必要があります。

しかし、二酸化炭素は他の経路で輸送される可能性があり、血液を介して伝わり、血漿に溶解する可能性があります。さらに、それは赤血球に拡散することができます。

赤血球では、ほとんどの二酸化炭素が酵素炭酸脱水酵素によって炭酸に変換されます。反応は次のように発生します。

CO ₂ + H ₂ O↔H ₂ CO ₃ ↔H ⁺ + HCO ₃^-

反応からの水素イオンは、ヘモグロビンと結合してデオキシヘモグロビンを形成します。この結合により、血液中のpHの突然の低下が回避されます。同時に酸素の放出が起こります。

重炭酸イオン（HCO _3が^-）、塩素イオンの交換によって赤血球を残します。二酸化炭素とは異なり、重炭酸イオンは溶解度が高いため、血漿中に残留する可能性があります。血中の二酸化炭素の存在は、炭酸飲料に似た外観を引き起こします。

血液から肺胞へのガスの輸送

両方向の矢印で示されているように、上記の反応は可逆的です。つまり、生成物が再び初期反応物になる可能性があります。

血液が肺に到達するとすぐに、重炭酸塩は再び血液細胞に入ります。前のケースと同様に、重炭酸イオンが入るには、塩素イオンがセルから出なければなりません。

このとき、反応は炭酸脱水酵素の触媒作用と逆方向に起こります。重炭酸塩は水素イオンと反応して二酸化炭素に変換され、プラズマに拡散して肺胞に拡散します。

肺でのガス交換の欠点

ガス交換は、管枝の端にある肺胞および肺胞管でのみ発生します。

このため、空気が肺に入るがガス交換は行われない「デッドスペース」と言えます。

魚などの他の動物グループと比較すると、非常に効率的な単一パスのガス交換システムがあります。同様に、鳥は空気嚢とパラブロンチのシステムを持ち、そこで空気交換が行われるため、プロセスの効率が向上します。

人間の換気は非常に効率が悪いため、新しいインスピレーションでは、空気の6分の1しか置換できず、残りの空気は肺に閉じ込められます。

肺胞に関連する病理

肺気腫

この状態は、肺胞の損傷と炎症で構成されています。その結果、身体は酸素を受け取ることができず、咳を引き起こし、特に身体活動中に呼吸を回復するのを困難にします。この病理の最も一般的な原因の1つは喫煙です。

肺炎

肺炎は、気道における細菌またはウイルスの感染によって引き起こされ、肺胞内に膿や体液が存在することで炎症過程を引き起こし、酸素の摂取を妨げ、呼吸困難を引き起こします。

参考文献

Berthiaume、Y.、Voisin、G.、&Dagenais、A.（2006）。肺胞I型細胞：肺胞の新しい騎士？Journal of Physiology、572（Pt 3）、609–610。
バトラー、JP、および津田、A。（2011）。環境と肺胞の間のガスの輸送-理論的基礎。Comprehensive Physiology、1（3）、1301〜1316。
Castranova、V.、Rabovsky、J.、Tucker、JH、およびMiles、PR（1988）。肺胞II型上皮細胞：多機能性肺細胞。毒物学および応用薬理学、93（3）、472–483。
Herzog、EL、Brody、AR、Colby、TV、Mason、R。、およびWilliams、MC（2008）。肺胞の既知および未知数。アメリカ胸部学会の議事録、5（7）、778–782。
キューネル、W（2005）。細胞学および組織学のカラーアトラス。Panamerican Medical Ed。
ロス、MH、およびパウリーナ、W（2007）。組織学。細胞生物学と分子生物学のテキストと色のアトラス。5aed。Panamerican Medical Ed。
ウェルシュ、U。&ソボッタ、J。（2008）。組織学。Panamerican Medical Ed。

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