| 肺循環 | |
|---|---|
心臓における肺循環 | |
| 詳細 | |
| システム | 循環器系 |
| 識別子 | |
| メッシュ | D011652 |
| TA2 | 4073 |
| 解剖学用語 | |
肺循環は、すべての脊椎動物の循環器系の一部門です。この循環は、体から心臓の右心房へ戻ってきた酸素不足の血液から始まり、右心室から肺へと送り出されます。肺で酸素化された血液は左心房に戻り、循環が完結します。[ 1 ]
循環器系のもう一つの区分は体循環です。体循環は、酸素化された血液が肺循環から左心房に到達することから始まります。心房から酸素化された血液は左心室に入り、そこから全身に送り出され、その後、酸素化されていない血液として肺循環に戻ります。
気管支循環と呼ばれる別の循環回路は、ガス交換に直接関与しない肺の組織に酸素を含んだ血液を供給します。


肺動脈は内弾性膜と外弾性膜の両方を持ちますが、肺静脈は単一の(外側)弾性層を持ちます。[ 2 ]
右心室から、血液は半月弁を通って左右の主肺動脈(左右の肺に1本ずつ)に送り出され、そこからさらに小さな肺動脈に枝分かれして肺全体に広がります。[ 3 ] [ 4 ]
酸素化された血液は肺静脈を通って肺から出て、心臓の左側に戻り、肺循環が完了します。[ 3 ] [ 4 ]
肺は実際には、右心房から酸素を奪われた血液を肺胞周囲の毛細血管に送り込み酸素化する高流量・低圧循環と、気管支動脈を介して肺の他の組織(気道、支持組織、血管)に酸素化された血液を供給する低流量・高圧(全身動脈圧よりわずかに低い)循環を有している。気管支動脈から供給されるこの酸素化された血液は左心房からの流量の1~2%に相当し、肺静脈系に排出され、左心房に戻る。[ 5 ]
肺動脈圧は通常、収縮期には約25 mmHg、拡張期には約8 mmHgで、平均血圧は15 mmHgです。[ 5 ]
全身循環と比較すると、肺循環の容量は8分の1以下で、血液量は約10分の1です。[ 6 ]肺動脈と肺静脈は短い血管です。右心室の拍出量に対応するため、肺動脈系は非常に高いコンプライアンスを備えています。これは、すべての肺動脈が全身の動脈よりもはるかに大きな直径を持ち、薄くて拡張可能な壁を持つことで実現されています。肺血流量は心拍出量とほぼ同じです。肺血管は通常、高い内圧で拡張し、低い内圧で狭くなる拡張可能な導管として機能します。[ 5 ]
(肺胞)肺循環は、圧力と抵抗が非常に低いシステムとして機能します。実際、循環内の血圧は通常、肺のあらゆる部分で血流を維持するのにちょうど十分な程度です。それでも、肺循環は需要が高まった時期には、大幅に増加した血流に対応できます。肺循環における異常に高い血圧(例えば、左心不全)は、過剰な体液が血管から肺胞に浸出して蓄積し、肺水腫を引き起こし、ガス交換を阻害します。[ 7 ]肺毛細血管圧は、直接測定されたことはありませんが、通常約7mmHgと推定されています(体循環の毛細血管では約17mmHg)。[ 5 ]
非常に強い負荷(例えば激しい運動時)がかかると、肺血流量は正常時の4~7倍に増加することがあります。この増加した血流量は、開存毛細血管数の増加(最大3倍)、毛細血管の拡張(最大2倍の血流量)、そして肺血圧の上昇によって対応されます。前者2つのメカニズムは血管抵抗を低下させることで増加した血流量に対応し、通常、ピーク需要時であっても肺血圧の上昇をほとんど伴わずに必要な追加血流量をすべて供給することができます。[ 5 ]
通常、血液は肺毛細血管を約0.8秒で通過しますが、最大血流時には毛細血管を通過する時間はわずか0.3秒です。[ 5 ]
肺組織は、換気の悪い肺胞への血流を減らし、換気の良い肺胞へ血流を誘導する能力を持っています。肺胞内の酸素濃度が低下すると、隣接する血管が収縮します。肺胞内の酸素濃度が非常に低い場合、血管抵抗は5倍以上に増加する可能性があります。肺胞血管の低酸素性収縮は、血管収縮因子(エンドセリンや活性酸素種など)の作用亢進、血管拡張因子(一酸化窒素など)の放出低下、そして血管平滑筋の酸素感受性K+チャネルの閉鎖(直接的に脱分極を引き起こし、結果として筋収縮を引き起こす)によって媒介されると考えられています。[ 5 ]
血管内の血液の静水圧は、肺を横切る方向に勾配を示す(血管は体のどの軸を横切る方向にも勾配を示す)。直立した人の場合、肺の上下の長さは通常30cmで、静水圧勾配は23mmHgである。そのうち15mmHgは心臓より上方にある。したがって、安静時の立位では、肺の下部の血流量は上部の5倍となる。[ 5 ]
静水圧勾配は肺の異なる部位で3つの異なる血流シナリオを引き起こす可能性がある:[ 5 ]
通常、肺ではゾーン2とゾーン3の血流のみが発生します。通常の収縮期肺血圧は心臓レベルで約25 mmHgで、肺の上部の血液の静水圧は15 mmHgであるため、収縮期には肺の上部の毛細血管圧は約10 mmHgになりますが、通常の拡張期肺血圧はわずか8 mmHgであるため、血液の静水圧が7 mmHgを超える肺の部分では血流が発生しません(この限界は生体内では心臓の高さから約10 cmの位置にあります)。[ 5 ]
ゾーン1の血流は、収縮期肺血圧が異常に低い場合、または肺胞圧が異常に高い場合に発生します。肺胞圧が毛細血管血圧を超えると、毛細血管が収縮し、血流が停止します。肺循環における血流の増加(例えば、運動時)は、肺のゾーン2の部分を徐々にゾーン3の血流パターンに移行させます。[ 5 ]
肺血液量は通常約450mL(全血液量の約9%)で、そのうち約70mLが肺毛細血管に含まれ、残りは肺動脈系と肺静脈系にほぼ均等に分配されます。[ 5 ]
肺血液プールは、様々な生理学的または病理学的状態の結果として、正常量の半分から2倍まで変動することがあります。肺内に高圧を生じさせる激しい呼気は、最大250mLの血液を肺循環から駆出させる可能性があります。肺血液プールは、体循環(例えば失血後)へ動員可能な血液予備群として機能します。左心機能不全は、肺循環において大量の血液を堰き止める原因となります。[ 5 ]
胎児循環では、肺循環ループは事実上バイパスされます。[ 8 ]胎児の肺は虚脱しており、血液は右心房から卵円孔(一対の心房間の開いた導管)または動脈管(肺動脈と大動脈間のシャント)を介して左心房に直接流れます。[ 8 ]
出生時に肺が膨張すると肺動脈圧が低下し、血液は右心房から右心室へ、そして肺循環を通って引き込まれます。数ヶ月かけて卵円孔は閉じ、卵円窩と呼ばれる浅い窪みが残ります。[ 8 ] [ 9 ]
肺循環に影響を及ぼす可能性のある病状は数多くあります。

肺循環は古くから「小循環」と呼ばれており、英語以外の文献でも現在でも使用されている。[ 15 ] [ 16 ]
肺循環の発見は多くの科学者に帰属しており、その功績は様々な出典によって様々な割合で配分されている。現代医学文献の多くでは、比較的新しいにもかかわらず、モデルの包括的な完全性と正確性に基づき、イギリス人医師ウィリアム・ハーヴェイ(1578年 - 1657年)の功績とされている。 [ 17 ] [ 18 ]他の文献では、ギリシャの哲学者ヒポクラテス(紀元前460年 - 370年)、アラブの医師イブン・アル=ナフィス(1213年 - 1288年)、シリアの医師クスタ・イブン・ルカ、スペインの医師ミカエル・セルベトゥス(1509年頃 - 1553年)のいずれか、あるいは複数の人物の功績とされている。[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]ヒポクラテスやアル=ナフィスといった人物は、現代の肺循環モデルの特定の要素を正確に予測、あるいは発展させた功績を認められています。ヒポクラテス[ 21 ]は肺循環を全身循環全体から分離可能な独立したシステムとして初めて記述し、アル=ナフィス[ 23 ]は先人たちの理解を大きく超え、厳密なモデルへと大きく前進しました。複雑なシステムがどの時点で「発見」されたかを判断するには、かなりの主観が関わってきます。なぜなら、複雑なシステムは断片的に解明されるのが一般的で、最初の記述、最も完全または正確な記述、そして理解における最も重要な飛躍は、いずれも様々な意義を持つ発見行為とみなされるからです。[ 21 ]
心臓血管系に関する初期の記述は、いくつかの古代文化に見られる。循環における空気の役割に関する最古の記述は、紀元前3500年のエジプトで作成されたものである。当時、エジプト人は、心臓が多くの経路の起源であり、これらの経路が体のさまざまな部分を互いに結び付け、空気だけでなく、尿、血液、魂をそれらの間で輸送していると信じていた。[ 24 ]エドウィン・スミス・パピルス(紀元前1700年)は、1862年にこの巻物を購入したアメリカのエジプト学者エドウィン・スミス(1822年~1906年)にちなんで名付けられ、エジプト人が心拍が脈を作り出し、上記の物質を体全体に輸送すると信じていたことを示す証拠を提供している。[ 25 ] 2つ目の巻物であるエーベルス・パピルス(紀元前1550年頃)も、心臓と体全体の血管とのつながりの重要性を強調し、脈の異常を通じて心臓病を検出する方法を説明しエジプト人は心臓の鼓動、血管、脈拍についての知識を持っていたが、血管を通る物質の移動は心臓の圧力の発揮によるものではなく、これらの経路に存在する空気によるものだと考えていた。[ 26 ]エジプト人は空気が循環において重要な役割を果たしていることを知っていたが、肺の役割についてはまだ考えていなかった。
肺循環に関する歴史的理解に新たな知見が加わったのは、古代ギリシャ人です。医師アルクマイオン(紀元前520年~紀元前450年)は、体内のすべての血管の接続点は心臓ではなく脳であると提唱しました。彼は、これらの血管の機能は「精神」(プネウマ)と空気を脳に運ぶことだと考えました。[ 24 ] [ 27 ]哲学者エンペドクレス(紀元前492年~紀元前432年)は、血液は通さないものの血管と繋がる一連の管がプネウマを体全体に運ぶことを提唱しました。彼は、この精神は肺呼吸によって体内に取り込まれると提唱しました。[ 24 ]
ヒポクラテスは、現代医学の基礎テキストとみなされることが多い著書『ヒポクラテス大全』の中で、肺循環を全身循環から分離可能な独立したシステムとして初めて記述した。 [ 21 ]ヒポクラテスは、肝臓と脾臓が血液を生成し、それが心臓に送られ、それを取り囲む肺で冷却されるという見解を展開した。[ 20 ]彼は、心臓は心室中隔でつながれた2つの心室を持つと記述し、心臓を体内のすべての血管の中心点として描いた。彼は、一部の血管は血液のみを運び、他の血管は空気のみを運ぶと提唱した。彼は、これらの空気を運ぶ血管は、左心室に空気を運ぶ肺静脈と、右心室に空気を運び、肺に血液を運ぶ肺動脈に分けられると仮説を立てた。彼はまた、心臓に空気を捕らえる機能を持つ二つの心房が存在すると提唱した。彼は心臓の解剖学的構造と循環における肺の関与を正確に記述し始めた最初の人物の一人であった。彼の記述は、それ以前および同時代の研究成果を大いに基盤としていたが、現代の基準から見ると、彼の肺循環と心臓各部の機能に関する概念は依然として大きく不正確であった。[ 24 ]
ギリシャの哲学者で科学者のアリストテレス(紀元前384年~322年)はヒポクラテスに従い、心臓には2つではなく3つの心室があり、それらすべてが肺につながっていると提唱した。[ 24 ]ギリシャの医師エラシストラトス(紀元前315年~240年)は、心臓が体内のすべての血管の起源であるという点でヒポクラテスとアリストテレスに同意したが、空気が肺に吸い込まれ、肺静脈を経由して左心室に送られるシステムを提唱した。そこで空気はプネウマに変換され、空気のみを含む動脈によって体全体に分配された。[ 25 ]このシステムでは、静脈が血液を体全体に分配するため、血液は循環するのではなく、臓器によって消費された。[ 24 ]
ギリシャの医師ガレノス(129年 - 約210年)は、肺循環について次の洞察をもたらした。ガレノスの理論の多くは、先人たちの理論と同様、わずかに、あるいは完全に間違っていたが、彼の肺循環の理論は、彼の死後数百年にわたって医学界の理解を支配した。[ 25 ]ガレノスは、動脈は空気だけを運ぶのではなく、空気と血液の両方を運ぶと提唱して、先代のエラシストラトスと矛盾した(これは、血管が空気の成分を運び、空気そのものではないという点を除けば、基本的に正しい)。[ 20 ]彼は、肝臓が全ての血管の起始点であると提唱した。また、心臓はポンプ作用を持つ筋肉ではなく、血液が通過する臓器であると理論化した。[ 25 ]ガレノスの理論には、空気が肺に吸い込まれ、そこでプネウマになるという肺循環の新しい説明が含まれていた。肺静脈はこのプネウマを心臓の左心室に送り、同時にそこに到達する血液を冷却しました。プネウマ、血液、そして冷却の混合物は活力(vital spirits)を生み出し、動脈を通して全身に運ばれました。ガレノスはさらに、心臓に到達した血液の熱によって有害な蒸気が発生し、それが最初にプネウマを運んだのと同じ肺静脈を通して排出されると提唱しました。[ 28 ]彼は、右心室は左心室とは異なる役割を果たしていると記しています。右心室は血液を肺に送り、そこで不純物を排出することで、きれいな血液が全身に循環するのです。ガレノスの心臓解剖の記述は先人たちの記述よりも完全でしたが、いくつかの誤りがありました。最も顕著なのは、ガレノスが両心室の間を血液が心室中隔にある小さな目に見えない孔を通って流れると信じていたことです。[ 24 ]
肺循環の理解における次の重要な発展は、数世紀も後のことでした。ペルシャの博学者アヴィセンナ(980年頃 - 1037年)は、『医学大典』と題する医学百科事典を著しました。この中で、彼は当時の医学知識を翻訳・編纂し、さらに独自の新しい情報も加えました。[ 23 ]しかし、アヴィセンナの肺循環に関する記述は、ガレノスの誤った見解を反映していました。[ 20 ]
アラブの医師、イブン・アル=ナフィスは1242年にアヴィセンナの『解剖学注釈』を著し、その中で、欠陥はあるものの、現代の理解と実質的に一致する解剖学の記述としてはおそらく初めてとなるものを示した。イブン・アル=ナフィスはガレノスの考えに2つの重要な改良を加えた。第一に、ガレノスが左心室と右心室の間で血液の流れを可能にすると信じていた心室中隔の孔の存在を否定した。第二に、心室中隔の孔がない場合、右心室から左心室へ血液を送る唯一の方法は、肺循環のようなシステムであると推測した。また、彼は肺の解剖学を明確かつ基本的に正確な詳細で記述したが、これは彼の先人たちが記述していなかった点である。[ 23 ]しかし、アリストテレスやガレノスと同様、アル=ナフィスも生命力という神話的な概念を信じており、生命力は左心室で血液と空気の混合物から形成されると考えていた。イブン・アル=ナフィスが先行する理論を大幅に改良したにもかかわらず、彼の『正典』注釈は、1924年にドイツのベルリンで写本が発見されるまで、西洋の学者に広く知られることはなかった。その結果、西洋の学者の間では、発見の功績をどう分配すべきかという議論が続いていたが、早くも20世紀半ばまでイブン・アル=ナフィスがその功績の一部となることはなかった(その直後に彼はその功績の一部を享受することになる)。[ 20 ] [ 23 ] 2021年、複数の研究者が、アル=ナフィスの著作に先立つ文献『ファールグ・ベイン・ロー・ヴァ・ナフス』について言及した。この文献には肺循環に関する類似の報告が含まれている。研究者たちは、アル=ナフィスを支持する一般的な議論と同様の根拠に基づき、その著者であるクスタ・イブン・ルカが肺循環の発見者として最有力候補であると主張している。[ 22 ]
他の科学者や医師が、アル=ナフィスやイブン・ルカの結論に類似し、さらにはより正確な結論に達するまでには、数世紀を要しました。中世と近代の理解の隔たりを生むこの進歩は、ヨーロッパ全土で起こりました。イタリアの博学者レオナルド・ダ・ヴィンチ(1452年~1519年)は、心臓は単なる筋肉であり、精気や空気の容器ではないと提唱した最初の人物の一人ですが、それでもガレノスの循環論を支持し、心室間孔の存在を擁護しました。[ 24 ]フランドルの医師アンドレアス・ヴェサリウス(1514年~1564年)は1543年に著書『人体構造について』七部著でガレノスの循環器解剖学の見解を訂正し、心室間孔の存在に疑問を呈した。 [ 28 ]ヴェサリウスに続いてスペインのミカエル・セルベトゥスが肺循環を正確に記述した最初のヨーロッパ人医師となった。[ 19 ]彼の主張はアル・ナフィスの主張とほぼ一致した。その後の数世紀にわたり、セルベトゥスはこの発見者として頻繁に認められてきたが、一部の歴史家は、セルベトゥスは自身の著作を執筆する際にイブン・アル・ナフィスの著作にアクセスした可能性があるという考えを唱えている。[ 20 ]セルベトゥスはその研究結果を『キリスト教復興』 (1553年)で発表したが、これはカトリック教徒とカルヴァン派の両方から異端とされた神学書である。その結果、本も著者も火あぶりにされ、彼の著作はわずかしか残らなかった。[ 20 ]イタリアの医師レアルド・コロンボ(1515年頃-1559年)は、肺循環を正確に説明した本「解剖学全書 XV」を1559年に出版した。コロンボが独自に結論に達したのか、アル・ナフィスとセルベトゥスの著作にどの程度基づかせていたのかは、歴史家の間でも議論の的となっている。[ 20 ] [ 24 ]最後に、1628年に、影響力のあるイギリスの医師ウィリアム・ハーベイ(1578年-1657年)が、論文「動物の心臓と血の教義による解剖学」で、当時世界中の学者の中で最も完全かつ正確な肺循環の説明を行った。マクロレベルでは、彼のモデルは肺循環の現代的な理解と今でも認識でき、調和している。[ 17 ]
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