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呼吸器系 — 全体像

全体像

呼吸器系は、外気の通り道である気道と、ガス交換の場である肺胞から構成される。気道はおよそ 23 世代に分岐し(Weibel モデル)、終末細気管支以降が呼吸領域となる。

鼻腔・咽頭・喉頭 加温・加湿・濾過 気管 主気管支 右肺 左肺 ~6 億の肺胞 / 表面積 70-100 m² 拡大 肺胞 毛細血管 O₂ CO₂ 血液-空気関門 < 1 μm ガス交換 O₂ 取込 / CO₂ 排出 + pH 調節 横隔膜 (C3-C5 横隔神経) → 安静吸気の主役
呼吸器系 全体像 — 気道 → 肺胞 → ガス交換
気道の機能区分 (Weibel モデル) と肺気量 伝導気道 (Z 0-16) ~150 mL の死腔・ガス交換なし 気管 (Z 0) 直径 ~18mm / C 字軟骨 主・葉・区域気管支 (Z 1-3) 軟骨板 / 平滑筋環状 細気管支 (Z 4-15) 軟骨なし / 平滑筋豊富 終末細気管支 (Z 16) クラブ細胞 / 線毛消失 主機能 • 加温 (32→37°C) • 加湿 (100% 飽和) • 濾過 (粘液線毛) • 嗅覚 (鼻腔上方) • 発声 (喉頭) • 抵抗の主部位: 中型気管支 移行・呼吸ゾーン (Z 17-23) ガス交換の場 呼吸細気管支 (Z 17-19) 壁に肺胞散在 ガス交換開始 肺胞管 (Z 20-22) 壁すべて肺胞 肺胞嚢 (Z 23) ~6 億 肺胞 表面積 70-100 m² • AT1: 95% を被覆 / 拡散面 • AT2: surfactant 分泌 + 幹細胞 • 肺胞 Mφ: 異物処理 • 血液-空気関門 < 1μm • 拡散時間 ~0.25 秒 換気 5 L/分 (安静) 血流 5 L/分 → V/Q ~ 0.8 肺気量 (成人男性 基準) IRV ~3000 mL TV ~500 ERV ~1100 RV ~1200 複合肺気量 TLC 全肺気量 ~5.8 L VC 肺活量 ~4.6 L FRC 機能的残気量 ~2.3 L 主呼吸筋 横隔膜 + 外肋間筋 努力呼気: 腹筋 呼吸調節 延髄 (DRG/VRG) CO₂ / pH / O₂ 受容 動脈血ガス基準 PaO₂ 80-100 / PaCO₂ 35-45 mmHg pH 7.35-7.45
気道の機能ゾーンと肺気量

ガス交換

  • 肺胞-毛細血管隔壁の距離 < 1 μm
  • 拡散面積 70-100 m²(テニスコート1面相当)
  • O2 と CO2 の拡散は ~0.25 秒で完了

5 階層への入り口

  • organ: 肺葉・区域、胸膜、縦隔
  • tissue: 気道粘膜の上皮型変化、肺胞中隔
  • cell: AT1/AT2 細胞、クラブ細胞、マクロファージ
  • organelle: AT2 細胞の lamellar body(界面活性剤)
  • dna: NKX2-1, SOX2, FOXA2, surfactant 遺伝子
  • updates: COVID-19, single-cell atlas, eNO, biologics