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肺(はい)は脊椎動物の器官の一つ。肺臓とも呼ばれる。空気中から得た酸素を体内に取り込んだり、老廃物である二酸化炭素を空気中に排出する役割(呼吸)を持つ。これに対して水中から得た酸素を取り込み、水中に排出する器官が鰓(えら)である。

なお、無脊椎動物でも、体内に一定の腔所を持ち、その内側でガス交換を行う器官を肺と呼ぶ。節足動物のクモ型綱、軟体動物の腹足綱にその例がある。

◆ 人間の肺

人間の肺は胸部の大部分を占める。主に気道と血管からなり、両者は肺胞で接してガス交換を行っている。肺胞は約3億個で、総表面積は約60m²。肺の重さは一つあたり男性が約1,000g、女性は900g。

◇ 構造

肺は横隔膜・肋間筋に囲まれた胸郭の中にある。肺の表面を覆っている膜を胸膜と言い、胸膜は横隔膜や肋間筋を裏打ちしている。肺を覆っている胸膜を臓側胸膜と言い、横隔膜や肋間筋を裏打ちしている胸膜を壁側胸膜と言う。臓側胸膜と壁側胸膜は辺縁で連続していて、一枚の扁平な袋になっている。この袋の中を胸腔と言う。

肺は左右二つある。右肺は上から順に上葉・中葉・下葉からなり、左肺は上葉・下葉からなる。この5つの肺葉を大葉と言う。左肺に中葉がないのは、左右の肺を隔てる縦隔にある心臓が体幹の中心よりも左に寄っており、その分スペースが小さい為である。大葉は更に細かく10つの肺小葉に分けられる。

  気道

口や鼻から入る空気の通り道を気道と言う。気道は咽頭で一つになり、喉頭で食道から前方に枝分れして気管になる。気管は縦隔で左右に枝分れして気管支になる。右肺は3葉あるので右気管支は気管から約25°の角度で枝分れする。左肺は心臓の分だけ上に寄っているので左気管支は気管から約35-45°の角度で枝分れする。気管支は大葉へ向けて分岐し、さらに肺小葉に向けて分岐する。分枝を繰り返して無数の細気管支になる。細気管支の先端には肺胞がブドウのように密集している。枝分かれは一定の法則に従って自己組織化するため、フラクタル構造になっている。肺胞は大葉中ではお互いに穴でつながっているので、細菌性肺炎等を放置すると大葉性肺炎になる。

  血管

肺に流れる血管には大きく2系統があり、機能血管と栄養血管という。肺は血液ガス交換をする為の臓器なので血液ガス交換の為の血管を機能血管といい、肺臓その物を養っている血管を栄養血管と言う。機能血管は心臓の右心室から肺動脈が出る。肺動脈は縦隔で左右に枝分れして右肺動脈と左肺動脈に分かれる。左右肺動脈は気道と同様に肺葉に向けて分岐して行き、最後は肺胞で毛細血管になる。肺胞でガス交換を終えた血管は分岐した時と同様に合流して行き、左右それぞれ2本の肺静脈となって左心房に流れ込む。栄養動脈は大動脈から直接分岐する。

  その他

気管支には杯細胞や線毛細胞がある。細気管支にはクララ細胞がある。肺胞にはI型肺胞上皮細胞、II型肺胞上皮細胞がある。

◇ 生理

肺が膨らむときは、横隔膜や肋間筋が胸腔を広げ、胸腔が陰圧になることで肺が立体的に引っ張られて受動的に膨らむ。一方縮むときは筋肉は使われず、肺自身が縮もうとする力で収縮して空気の吸入・呼出をする。壁側胸膜は知覚神経が豊富で、肺が痛む時はこの神経が関与している

気管支にある杯細胞は気管粘液を出して湿度を保ち、線毛細胞は線毛運動によって吸気に混入した細菌等を咽頭へ流し戻す。これらの生理機能が正常に働いていれば肺胞は無菌に保たれているので、網細血管が直接空気と触れても細菌感染等は起こさない。

肺胞にあるI型肺胞上皮細胞は薄い細胞で交換されるガスの通り道になっている。II型肺胞上皮細胞は厚い細胞で肺表面活性物質(サーファクタント)を出している。肺胞は極めて小さいので、そのままでは水の表面張力によって潰れてしまう。そのため表面活性物質を出して表面張力を下げて、肺胞が潰れない様にしている。肺表面活性物質は胎生36週頃になってやっと出始めるため、妊娠36週以前に出産すると呼吸ができない呼吸窮迫症候群 (RDS) になる。

肺胞でガス交換が行われる時は、I型肺胞上皮細胞が特に能動交換は行う訳ではなく、単にガス濃度の自然勾配によって受動交換が行われる。この為広い交換面積が必要になる。

肺動脈を流れる血液は全身を流れてきた静脈血であり、ガス交換が済んだ血液は動脈血となって肺静脈へ出てゆく。

肺の血管内皮細胞はアンギオテンシン変換酵素 (ACE) を内分泌する。

これらの構造や機能が障害されると肺疾患を来たす。

◆ 脊椎動物における肺

◇ 肺の起源

酸素の摂取は水中からより空気中からのほうがはるかに有利となる。これは水中における溶存酸素がせいぜい15℃で7ml/lであるのに対して空気中には209ml/lにも達する事、空気の比重は水の1000分の1、空気の粘性は水の100分の1である事、酸素の血液中への拡散速度は空気中が水中の50万倍にも上る事による。しかし、初期脊椎動物によって水呼吸に用いられてきた鰓は水との接触面積を柔軟で微細な襞状構造によって達成しているため、これを空気中に引き出すと襞間の水の凝縮力によってしぼんでしまい、呼吸媒体との接触面積が水中に比して著しく低下する。そのため、空気呼吸の利点を享受するには新たな呼吸器官が必要となる。この空気呼吸器官は鰓のような凸状の酸素摂取面を体外に発達させるのではなく、体内に凹状の酸素摂取面を設けることで、空気の圧力により呼吸媒体との接触面積が広く維持できる。こうして鰓裂直後の消化管腹壁より分化した嚢状器官として肺は発生した。脊椎動物が肺を獲得した時期に関しては初期の有顎動物下門である板皮綱に既に肺を持つものがいたとする説があるが、初期の硬骨魚綱には確実に存在している。また、軟骨魚綱は肺を持つことがなかったグループである。

◇ 肺循環の分化

肺の発達と同時に、肺から取り入れた酸素を機能的に全身に運ぶため、血管の配置も変化している。魚類では心臓からでた動脈の一つが肺を通り、その後全身に巡るという形を取るが、両生類以上では心臓から肺へ行った血液は、すぐに心臓へ戻り、あらためて全身へ運ばれるという形を取る。つまり心臓から全身を回る循環と、肺へ行ってすぐ戻る循環が分化する。これを、それぞれ体循環と肺循環という。ただし、これを十分に行うためには心臓内部が二つに分かれなければならないが、そのための壁はは虫類以上でなければ完成されない。

◇ 硬骨魚類の肺

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