肺におけるガス交換の仕組み：酸素と二酸化炭素

肺ガス交換とは

肺ガス交換は、肺胞の空気と肺毛細血管内の血液との間で酸素と二酸化炭素が相互に拡散するプロセスです。この過程は体内環境の恒常性を保つために不可欠です。

酸素の取り込み

肺胞内の酸素分圧は血液中より高く、酸素はこの分圧勾配に従って肺胞―毛細血管膜を通過し、赤血球内のヘモグロビンに結合します。これにより血液は酸素を全身へ運搬できるようになります。

二酸化炭素の除去

血液中の二酸化炭素分圧は肺胞内より高いため、二酸化炭素は逆方向に拡散し、肺胞へと移動します。呼気により体外へ排出され、血液のpHバランスが保たれます。

ガス交換に影響する要因

• 肺胞換気：空気が肺に出入りする速度。換気が不足すると酸素供給が低下し、二酸化炭素の除去が遅れます。
• 拡散能：肺胞と毛細血管の表面積・膜厚さ。表面積が大きく、膜が薄いほど拡散は効率的です。
• 肺胞内の酸素・二酸化炭素分圧：酸素分圧が高いほど取り込みが促進され、二酸化炭素分圧が高いほど除去が促進されます。
• ヘモグロビン濃度：血中ヘモグロビン量が多いほど、酸素運搬能力が向上します。

臨床的意義

さまざまな疾患が肺ガス交換を阻害し、酸素不足や二酸化炭素蓄積を引き起こします。

• COPD（慢性閉塞性肺疾患）：気流制限により酸素取り込みが低下し、二酸化炭素の保持が増加します。
• 肺炎：肺胞の炎症と液体貯留が拡散障壁を増大させ、ガス交換を妨げます。
• ARDS（急性呼吸窮迫症候群）：広範な肺炎症と肺水腫により重度のガス交換障害が生じます。
• 肺血栓塞栓症：血栓が肺血流を遮断し、酸素取り込みが著しく低下し、二酸化炭素が蓄積します。

肺ガス交換は生命維持に不可欠なプロセスです。その機能が損なわれると、重篤な健康問題につながります。