呼吸器系：ガス交換と呼吸力学

第4章：呼吸器系 — ガス交換と呼吸力学

呼吸器系は、血液に酸素を供給し、二酸化炭素を排出する役割を果たします。慢性閉塞性肺疾患（COPD、Chronic Obstructive Pulmonary Disease）、喘息（asthma）、肺炎（pneumonia）を含む呼吸器疾患は、世界的に最も有病率の高い疾患群の一つです。

気道解剖学

上気道（upper airway）： 鼻 → 鼻咽頭 → 口咽頭 → 喉頭 下気道（lower airway）： 気管 → 主気管支 → 葉気管支 → 区気管支 → 細気管支 → 終末細気管支 → 呼吸細気管支 → 肺胞管 → 肺胞（alveoli）

肺胞（alveoli）は、ガス交換の機能的単位です。肺胞は緻密な毛細血管網で囲まれており、肺胞-毛細血管膜は非常に薄く（約0.5 µm）、迅速な拡散に最適化されています。成人の肺には約4億8千万個の肺胞があります。

界面活性剤（surfactant）は、2型肺胞上皮細胞（type II pneumocytes）で産生され、肺胞の表面張力を低下させて虚脱（無気切れ、無気肺、atelectasis）を防ぎます。早産児において界面活性剤が不足すると、新生児呼吸窮迫症候群（NRDS、Neonatal Respiratory Distress Syndrome）が発生します。

ガス交換と呼吸力学

ガス交換はフィックの拡散法則（Fick’s law of diffusion）に従います：速度 ∝ （表面積 × 分圧差） / 膜の厚さ

吸入空気：酸素約21%（酸素分圧約160 mmHg）
肺胞酸素分圧（pO₂）：約100 mmHg；動脈血酸素分圧：約95 mmHg
静脈血二酸化炭素分圧（pCO₂）：約46 mmHg；肺胞二酸化炭素分圧：約40 mmHg

換気力学（ventilation mechanics）：

吸気（inspiration）：横隔膜と外肋間筋が収縮 → 胸郭容積増加 → 圧低下 → 空気流入（陰圧呼吸）
呼気（expiration）：安静時は受動的弾性復元；強制呼気時は内肋間筋と腹筋を使用

スパイロメトリー（肺活量測定法）

スパイロメトリー（spirometry）は、肺活量と気流を測定して呼吸器疾患を分類する検査です。

測定項目	正常数値	意味
努力性肺活量 FVC（Forced Vital Capacity）	予測値の約80%	できる限り速く吐き出した総空気量
1秒間努力性呼気量 FEV₁（Forced Expiratory Volume in 1s）	予測値の約80%	最初の1秒間に吐き出した空気量
FEV₁/FVC比	≥0.70	核心診断比率
全肺気量 TLC（Total Lung Capacity）	約6 L（男性）	肺内の総空気量
残気量 RV（Residual Volume）	約1.2 L	最大呼気後に残った空気量

閉塞性パターン（COPD、喘息）：FEV₁/FVC低下 ↓、残気量増加 ↑（空気過膨張） 制限性パターン（肺線維症、肥満）：FVC低下 ↓、FEV₁/FVC正常または増加 ↑、TLC低下 ↓

COPDと喘息の比較

特徴	COPD	喘息（Asthma）
発症年齢	主に40歳以上	多くは小児期または若年成人期
主な原因	喫煙（90%以上）	アレルゲン、誘発因子、遺伝的素因
可逆性	大部分が不可逆的	概ね可逆的
スパイロメトリー	固定された閉塞	気管支拡張薬後に可逆的
炎症タイプ	好中球性、マクロファージ	好酸球性（2型）
主な薬剤	LABA、LAMA、ICS	ICS、SABA、LABA、生物学的製剤

肺炎の一般的な原因菌

発生環境	一般的な原因菌
市中肺炎	肺炎球菌（S. pneumoniae）、インフルエンザ菌（H. influenzae）、マイコプラズマ（Mycoplasma）（非定型）
院内肺炎（HAP）	緑膿菌（Pseudomonas）、クレブシエラ（Klebsiella）、MRSA
免疫不全患者	ニューモシスチス（P. jirovecii）（PCP）、アスペルギルス（Aspergillus）、CMV

コアチェックリスト

フィックの法則と分圧を利用して肺胞ガス交換のプロセスを説明できる
スパイロメトリーの結果を解釈して閉塞性疾患と制限性疾患を区別できる
COPDと喘息の病態生理、誘発因子、治療法を比較できる