肺循環

肺循環（Pulmonary Circulation）

肺循環は、心臓の右心室から押し出された血液が肺を通り、酸素を取り込んで再び心臓の左心房へと戻る一連の経路を指します。全身の臓器を巡る体循環とはいくつかの点で異なり、肺という特定の臓器のみを経由する特異な循環系です。この独自性から、肺に関連する様々な病態生理を理解する上で重要な役割を果たします。

構造

右心室を出たばかりの血液は、酸素が少なく二酸化炭素を多く含む静脈血です。この静脈血は肺動脈弁を通過した後、すぐに左右の肺動脈へと分岐します。肺動脈は気管支と並行して枝分かれを続け、最終的には肺の機能単位である二次小葉の中心部に到達します。ここで血管はさらに細くなり、肺胞壁を密に取り囲む毛細血管網を形成します。この毛細血管において、血液は肺胞内の空気とガス交換を行います。すなわち、血液中の二酸化炭素が肺胞へ排出され、肺胞内の酸素が血液中へ取り込まれることで、血液は酸素を豊富に含む動脈血へと変化します。

動脈血となった血液は、肺の内部で小肺静脈として集められ、小葉間の隔壁を走行します。その後、左右の肺それぞれから上下に2本ずつ、合計4本の肺静脈となって心臓の左心房へと還流します。

肺循環にかかる時間は通常4～6秒と短く、そのうち赤血球が肺毛細血管を通過する時間は安静時でわずか0.75秒、運動時ではさらに短い0.25秒程度です。

肺動脈は、全身の動脈に比べて血管壁が薄く、収縮性は低いものの伸展性に富んでいます。この構造的な特徴から、肺動脈内の圧力（肺動脈圧）は体循環における全身の血圧に比べてはるかに低く、平均値は体血圧の約6分の1程度です。肺毛細血管も直径が約5マイクロメートル（μm）と他の毛細血管よりも細く、好中球や赤血球よりも小さいサイズです。しかし、血管内皮の腫れや周囲の浮腫、胸腔内圧や血流量の増加などにより、比較的容易に拡張する性質を持っています。この毛細血管が肺胞を網のように覆う構造は非常に効率的なガス交換を実現しており、その総面積はテニスコート一面分にも及ぶと言われています。

特徴

肺循環の最大の特徴は、血液が単一の臓器、つまり肺だけを循環することです。これは、循環系全体において肺が心臓と全身の間で「直列」に配置されていることを意味します。このため、心臓から拍出された血液のほぼ全てが必ず肺を通過します。したがって、肺循環になんらかの障害が発生すると、心臓が全身に送り出す血液量（心拍出量）に直接的な影響を与えます。

また、肺血管床は安静時にはその全体の約4分の1しか開いていません。この大きな予備量により、肺血管内の圧力が上昇しても柔軟に対応することが可能です。その結果、肺血管にかかる抵抗（肺血管抵抗）は体循環の約6分の1と非常に低い値を示します。

さらに、肺血管には独特の反応性があります。低酸素状態（酸素分圧が約70mmHg以下）に陥ると、血管が収縮（攣縮）する現象が起こります。これを低酸素性肺血管攣縮と呼びます。これにより、換気効率の低い肺領域への血流を減らし、効率よくガス交換が行われる領域へ血液の流れを振り向ける生理的な調節機構として働きます。

機能

肺循環の主要な機能はもちろん上述した肺胞でのガス交換です。しかしそれ以外にも重要な役割を担っています。

一つは血液濾過作用です。全身の静脈血に乗って運ばれてきた小さな血栓などが肺の毛細血管網で捕捉され、その場で溶解・処理されることで、全身の臓器（特に脳など）への塞栓を防ぐフィルターのような役割を果たします。ただし、捕捉された血栓が大きすぎて溶解しきれない場合は、肺の血管を詰まらせ、肺血栓塞栓症という重篤な病態を引き起こす可能性があります。

また、肺の毛細血管の内皮細胞には、ホルモンの代謝に関わる重要な酵素が存在します。例えば、レニン-アンジオテンシン-アルドステロン系の一部として、アンジオテンシンIを活性型のアンジオテンシンIIに変換するアンジオテンシン変換酵素（ACE）が多く存在します。さらに、血管拡張作用を持つブラジキニンを不活性化したり、神経伝達物質であるノルアドレナリンを血液中から除去したりするなど、生理活性物質の代謝にも関与しています。

胎児期における肺循環

羊水中で生活する胎児は、肺呼吸を行わず、胎盤を通じて母体から必要な酸素を受け取っています。そのため、出生後のように肺へ大量の血液を送る必要がありません。胎児循環においては、肺動脈から大動脈へと血液を迂回させるための短絡路（シャント）が存在します。これが動脈管（ボタロー管）です。

出生後、新生児が肺呼吸を開始すると肺への血流が増加し、同時にブラジキニンなどの体内物質の作用により動脈管は自然に収縮して閉鎖します。これにより、肺循環と体循環が分離されます。成人では動脈管は靭帯（動脈管索）として痕跡が残るのみですが、閉鎖がうまくいかない場合は動脈管開存症となり、病的な状態とみなされます。

系統との関係

脊椎動物の進化において、肺循環は陸上生活に適応した動物、すなわち両生類、爬虫類、鳥類、哺乳類に見られる構造です。魚類の大部分は鰓呼吸を行い、肺は呼吸器として機能しません。たとえ肺を持つ肺魚であっても、その肺への血流は体循環の一部として扱われ、独立した肺循環は見られません。

肺循環の発達は、陸上での効率的なガス交換を実現するために不可欠だったと考えられます。ただし、進化の過程でその構造には違いがあります。両生類は血管の配置上は肺循環がありますが、心臓の心室が一つしかないため、肺で酸素化された血液と酸素の少ない血液が心室で混ざってしまい、血液すべてが肺を通ってから全身へ送られるという効率は十分ではありません。爬虫類では心室に不完全ながら仕切りができ、血液の混合が少なくなります。鳥類や哺乳類では心室が完全に二つに分かれており、肺循環と体循環の血液が完全に分離されることで、効率的な酸素供給が可能となっています。

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