肺の呼吸表面とは何か？

成人の肺には約3億個の肺胞があり、これらは小さな空気嚢です。肺胞壁が形成する薄い膜が「呼吸表面膜」です。広げればテニスコートほどの広さになるほど広大です。

この呼吸表面膜は、酸素と二酸化炭素の交換を行うと同時に、体内と外部環境を隔てる保護バリアの役割も果たします。また、肺内の液体バランスを調整し、ウイルスやその他の侵入者が血流に入るのを防ぐ重要な機能があります。

効率的なガス交換

この繊細な膜の主な役割は、空気中の酸素を血液に取り込み、血液中の二酸化炭素を排出することです。膜全体に張り巡らされた細い毛細血管が、肺胞の空気と血液を極めて近い距離で接触させ、酸素と二酸化炭素の拡散を高速で行います。広大な表面積により、運動時の呼吸需要にも十分に応えられます。

呼吸表面は「肺胞毛細血管膜」または「血液‑空気バリア」と呼ばれ、以下の3層から構成されています。

肺胞上皮はⅠ型肺胞上皮細胞、Ⅱ型肺胞上皮細胞、肺胞マクロファージの3種類で構成されます。

Ⅰ型肺胞上皮細胞は薄く、肺胞壁の主構造を形成し、全表面積の90〜95％を占めます。細胞間が緊密に結合し、毛細血管細胞と密接に接触してガス拡散を可能にします。

Ⅱ型肺胞上皮細胞は全表面積の1〜5％を占め、表面活性剤（サーファクタント）を分泌します。これにより肺胞内の液体の表面張力が低下し、肺胞が閉じず柔軟に保たれます。また、イオン輸送や肺胞液の除去にも関与します。

肺胞マクロファージは免疫細胞で、侵入した微生物を捕食・殺菌し、炎症を抑制しつつ、埃や死細胞、煙粒子などの老廃物を除去します。

毛細血管内皮は肺胞間に1層の薄い血管が網の目のように広がった構造で、呼吸表面全体と同等の広大な表面積を持ちます。ガスや液体の出入りを調整し、安静時には多くの毛細血管が予備的に機能します。また、血栓や老廃物の除去、化学物質の緩衝、感染時の免疫細胞の貯蔵、肺細胞への栄養供給など多様な役割を担います。

基底膜は構造的な安定性を主に提供し、肺胞基底膜（ABM）と毛細血管基底膜（CBM）の2層から成ります。

ABMは細いフィラメントが細胞付着部位となり、Ⅱ型細胞が通過できる孔がある緩やかな構造です。

CBMは網目状で、場合によってはABMと融合し、薄い一枚の膜となります。これらが重なる部分ではバリアが最も薄くなり、ガス交換の抵抗が最小化されます。