bronchiの解剖学と機能：呼吸器系の気道構造を理解する

呼吸器系におけるbronchiの解剖学と生理的役割を探究します。この記事では、気管支の構造、一般的な障害、およびその臨床的意義について包括的な概観を提供します。

第1章bronchi（気管支）の解剖学

気管支の構造と位置

●気管支（英：bronchus　複数形bronchi）の物理的特性

気管支（英語：bronchus、複数形はbronchi）とは、胸部の中央に位置する縦隔と呼ばれる部分から肺へ空気を運ぶ2本の太い管です。左右の肺にはそれぞれ、気管から直接分岐する主気管支（main bronchus）が存在します。主気管支からはさらに木の枝のように細かく枝分かれし、これらの細かく枝分かれした部分は気管支樹（bronchial tree）と呼ばれます。

気管支は、呼吸器系において空気の通り道として重要な役割を果たしています。気管が左右の肺に枝分かれしてから気管支と呼ばれ、その構造はさらに分岐を繰り返し、肺胞に至ります[6]。気管支の壁は、粘膜、粘膜下層、軟骨層、平滑筋層から構成されており、これらの層が気管支の開閉を調節し、空気の流れをコントロールします。

気管支の内部には粘液上皮細胞の線毛があり、これらは異物や細菌を捕捉し、体外へ排出する役割を担っています。線毛は粘液と共に異物を喉の方向へと押し出すことで、気管支を清潔に保つ働きをしています[6]。

●気管支の正確な位置

気管支の位置は、気管の下端から始まります。気管は喉頭から肺まで続く細長い管で、その長さはおよそ10〜11cmです。気管の下端で左右に分岐し、右主気管支と左主気管支に分かれます。右主気管支は直径約2.5〜3cm、左主気管支は直径約4〜5cmです[2]。右肺には3つの葉があり、左肺には2つの葉があります。右肺は肝臓を収容するために横隔膜の筋肉が右肺の下に位置しているため、左肺より短くなっています[5]。

気管支はさらに細分化され、区域気管支（Segmental bronchi）に分かれ、肺の各区域に分布します。右肺には10本、左肺には8〜10本の区域気管支があります[2]。これらの気管支はさらに細気管支へと分かれ、最終的に肺胞に至ります。

呼吸器系は、空気を取り込んで酸素を体内に供給し二酸化炭素を排出する重要な役割を担っています。空気の流れる経路全体を気道と呼びます。気道は鼻や口から始まり、咽頭（のど）を通って喉頭（のどの奥）へと続きます。喉頭には蓋があり、呼吸時には開いて空気を通し、食事時には閉じて食べ物や飲み物が気道に入るのを防ぎます。

喉頭蓋を通過すると気管が始まり、そこから左右の主気管支へと分岐し、それぞれの肺に入ります。右肺は心臓の影響を受けにくいため、容量が左肺より大きく、上中下の3つの肺葉を持っています。一方、左肺は心臓の存在により小さく、上下の2つの肺葉しかありません。

右主気管支と左主気管支は、気管支の中で最も幅が広い部分です。これらの主気管支からさらに枝分かれが進み、肺葉気管支、区域気管支、そして亜区域気管支へと続きます。区域気管支にはB1からB10までの番号が振られており、亜区域気管支は末尾にa, b, cが付けられます。左肺ではB1とB2が連なっており「B1+2」と表され、心臓の存在により左肺のB7は存在しません。

気管支の構造と位置は、呼吸機能を支えるために非常に重要であり、その物理的特性は空気の流れを効率的に肺に運ぶために最適化されています。

一次、二次、三次気管支の違い

気管支木は、気管から始まり、肺の深部にある肺胞まで空気を運ぶ一連の分岐管です。この気管支木は、一次気管支（主気管支）、二次気管支（葉気管支）、三次気管支（区域気管支）など、さまざまなレベルに分かれています。これらの気管支のレベルは、構造的および機能的な特徴によって区別されます。

● 一次気管支（主気管支）

一次気管支は、気管が左右の肺に分岐する最初の部分です。人間では、右主気管支と左主気管支の2つがあります。右主気管支は左主気管支よりも太く、短く、垂直に近い角度で分岐するため、異物が誤って肺に入る場合、右肺に入りやすいとされています[7]。一次気管支は、空気を肺の各葉に運ぶ役割を持ちます。

● 二次気管支（葉気管支）

一次気管支から分岐する二次気管支は、肺の各葉に対応しています。人間の右肺には3つの葉があり、それぞれに一つずつ二次気管支があります。左肺には2つの葉があり、それぞれに一つずつ二次気管支があります[7]。二次気管支は、肺の各葉へ空気を分配する役割を果たします。

● 三次気管支（区域気管支）

二次気管支からさらに分岐する三次気管支は、肺のより小さな区域、すなわち肺区域に空気を運びます。三次気管支は、肺の構造の中でさらに細かい分岐を形成し、最終的には肺胞につながる細気管支へと続きます[7]。

● 構造的および機能的違い

– 構造的違い: 一次気管支から三次気管支にかけて、気管支の直径は徐々に細くなります。また、気管支の壁の構成も変化し、軟骨の量が減少し、平滑筋の量が増加します。これにより、より小さな気管支では、空気の流れをより細かく調節することが可能になります[7][9]。

– 機能的違い: 一次気管支は主に大量の空気を肺の各葉に運ぶ役割を持ちます。二次気管支と三次気管支は、肺のより小さな区域へ空気を分配することで、ガス交換の効率を高める役割を果たします。また、気管支のレベルが下がるにつれて、ガス交換に関与する肺胞への接近度が高まります[7][9]。

このように、一次、二次、三次気管支は、構造的および機能的な特徴によって区別され、肺への空気の運搬と分配において重要な役割を果たしています。

第2章 bronchiの機能

呼吸健康における気管支の役割

Bronchi（気管支）は、呼吸器系において重要な役割を果たします。気管が左右の主気管支に分岐し、それぞれが肺に入ることで、空気が肺の奥深くまで効率的に運ばれます。この過程は、肺における空気の導入とガス交換の主要機能を促進する基盤となります。

● 空気の導入

気管支は、空気を肺の奥深くにある細かい気管支や肺胞へと導くための通路を提供します。気管が左右の主気管支に分岐した後、さらに細かい気管支へと分岐し続け、最終的には気管支細管へと繋がります[2][5][11][12]。この分岐構造は、吸入された空気が肺全体に均等に分配されるようにします。気管支は、空気を肺の奥深くまで効率的に運ぶための重要な役割を果たしています。

● ガス交換の促進

気管支の末端、特に気管支細管は肺胞に繋がっており、肺胞はガス交換が行われる場所です[3][4][7][15]。肺胞は、酸素と二酸化炭素の交換が行われる微細な空気嚢で、その壁は血液を運ぶ微細な毛細血管に囲まれています。吸入された空気中の酸素は肺胞を通じて毛細血管の血液に移動し、同時に血液中の二酸化炭素は肺胞を通じて外へ排出されます[1][3][7][15]。このガス交換プロセスは、生命を維持するために不可欠です。

● 健康維持における重要性

気管支は、空気の湿度を調整し、異物や病原体を捕捉する粘膜と繊毛で覆われています[2][8][9]。これにより、肺が清潔に保たれ、感染症や炎症のリスクが低減されます。また、気管支の健康は、気管支炎や喘息などの呼吸器疾患の予防と治療にも密接に関連しています[5][14]。

● まとめ

気管支は、空気を肺の奥深くまで効率的に運び、肺胞でのガス交換を促進することで、呼吸健康における重要な役割を果たします。気管支の構造と機能は、酸素と二酸化炭素の交換を最適化し、呼吸器系の健康を維持するために不可欠です。

肺の血管との相互作用

肺内の血管と気管支（bronchi）との関係は、肺の機能と健康において重要な役割を果たします。肺は、酸素を血液に取り込み、二酸化炭素を排出するための主要な器官であり、このガス交換プロセスは肺胞（alveoli）で行われます。肺胞は、気管支の末端に位置する微小な空気袋であり、その周囲には豊富な毛細血管網が存在します。このセクションでは、肺内の血管と気管支との相互作用について詳しく探ります。

● 気管支と肺血管の解剖学的関係

気管支と肺血管の解剖学的関係は、肺の構造と機能において基本的な要素です。気管は、空気を肺へと運ぶための主要な通路であり、その後、気管支へと分岐します。気管支はさらに細分化され、最終的には肺胞に到達します。肺胞の周囲には、酸素と二酸化炭素の交換を行うための毛細血管が密集しています。この密接な配置により、効率的なガス交換が可能になります[9]。

● 気管支と肺血管の機能的相互作用

気管支と肺血管の機能的相互作用は、呼吸と循環のプロセスにおいて重要です。気管支を通じて取り込まれた空気は、肺胞に運ばれ、そこで酸素は毛細血管を通じて血液に取り込まれます。同時に、血液中の二酸化炭素は肺胞に移動し、呼吸によって体外に排出されます。このガス交換プロセスは、気管支と肺血管の密接な関係によって支えられています[6]。

● 気管支と肺血管の病態生理

気管支と肺血管の病態生理は、多くの呼吸器疾患の根底にあります。例えば、気管支喘息は、気管支の炎症と過敏性によって特徴づけられ、これが気道の狭窄を引き起こし、呼吸困難を引き起こします。一方、肺高血圧症は、肺血管の圧力が異常に高くなる状態であり、これは肺血管の狭窄や閉塞によって引き起こされることがあります。これらの疾患は、気管支と肺血管の相互作用の障害によって生じる例です[3][4]。

● 結論

肺内の血管と気管支との関係は、肺の健康と機能において極めて重要です。この相互作用は、効率的なガス交換を可能にし、呼吸と循環のプロセスを支えます。気管支と肺血管の解剖学的および機能的な関係の理解は、呼吸器疾患の診断と治療において重要な意味を持ちます。

第3章 一般的な気管支の障害

喘息と気管支過敏性

喘息は、気道に慢性的な炎症が起こる疾患であり、気道過敏性の亢進、可逆性の気道閉塞、気道炎症の3つの特徴を持っています。この疾患は、気道がさまざまな刺激に対して過敏に反応し、狭くなることで特徴付けられます。喘息の影響を受ける気管支の機能とそれに関連する症状について詳しく見ていきましょう。

♦ 気管支の機能への影響

喘息による気管支の機能への主な影響は、気道の炎症、気道過敏性の亢進、そして気道の可逆的な狭窄です。これらの影響は、気道の平滑筋が収縮し、気道の粘膜が腫れ上がり、粘液の過剰な分泌が起こることにより、気道が狭くなり、空気の流れが制限されます[15]。

● 気道炎症
喘息では、気道に浸潤したリンパ球・好酸球・好中球・肥満細胞などの炎症細胞と、それらから放出されるサイトカインなどの化学伝達物質が、気道の炎症に関与します。これにより、気道平滑筋が収縮し、気道粘膜がむくみ、気道が狭くなります[15]。

● 気道過敏性の亢進
喘息患者の気道は、健康な人よりも刺激に対して敏感になっています。冷たい空気や人混み、強い匂い、湯気などの比較的弱い刺激でも、咳が出るなどの反応を示します。これは、気道が過敏な状態にあることを意味し、気道過敏性が亢進している状態です[14]。

● 可逆性の気道閉塞
喘息の特徴的な現象の一つは、気道の閉塞が可逆的であることです。つまり、適切な治療により、気道の狭窄は改善され、正常な状態に戻ることが可能です。これは、気道の可逆性試験によって確認されます[16]。

♦ 関連する症状

喘息による気管支の機能への影響は、以下のような症状を引き起こします：

– 呼吸困難：気道が狭くなることで、空気の流れが制限され、呼吸が困難になります。
– 喘鳴（ゼーゼー、ヒューヒューする音）：狭くなった気道を空気が通る際に発生する音です。
– 咳：気道の炎症や刺激に反応して、咳が起こります。特に夜間や早朝に悪化することがあります。
– 胸の圧迫感：気道の狭窄により、胸に圧迫感を感じることがあります。

喘息の治療は、これらの症状を管理し、気道の炎症を抑え、気道過敏性を減少させることを目的としています。適切な治療により、喘息患者は症状をコントロールし、日常生活を送ることが可能になります[15][16]。

慢性気管支炎とその影響

慢性気管支炎は、気管や気管支に慢性的な炎症が起こり、咳や痰が出る状態が慢性化している状態を指します。この病状は、特に喫煙者や高齢者、長期にわたり有害物質に曝露される人々に多く見られます。以下に、慢性気管支炎の原因、症状、および治療方法について詳述します。

● 原因

慢性気管支炎の最大の原因は喫煙とされています。喫煙による気道壁への刺激が、炎症を引き起こし、症状を悪化させます[2][5][6][8][11][13][15][16]。その他の原因としては、大気汚染、アレルギー体質、百日咳、副鼻腔気管支症候群、抗酸菌感染などが挙げられます[11][13]。これらの要因は、気道に長期間の炎症を引き起こし、慢性気管支炎を発症させる可能性があります。

● 症状

慢性気管支炎の主な症状には、咳や痰、発熱、呼吸時に「ぜーぜー」と音がする喘鳴（ぜんめい）、息苦しさや息切れがあります[1][4][5][13][14]。これらの症状は、日常生活に大きな影響を及ぼし、特に労作時の呼吸困難は患者のQOL（生活の質）を著しく低下させることがあります[15][16]。

● 治療方法

慢性気管支炎の治療の基本は、原因除去と気道の清浄化です。喫煙が原因である場合、禁煙は症状改善のために最も重要なステップです[9][12][13][15][16]。また、汚染された空気や刺激性ガスの吸入を避けることも重要です。治療方法としては、体位ドレナージ、吸入療法、内服療法（気管支拡張剤など）、去痰剤、マクロライド系抗菌剤の使用があります[9][12]。さらに、十分な栄養、睡眠、適度な運動、居室の湿度の保持、清潔に留意すること、呼吸器感染の予防（うがい、手洗いの励行、インフルエンザワクチン、肺炎球菌ワクチンの接種）も治療に際して重要な視点となります[9][16]。

慢性気管支炎は、適切な治療と生活習慣の改善により、症状の管理が可能です。しかし、完治する病気ではないため、患者自身が病気と上手に付き合っていくことが求められます。

第4章 診断と治療のアプローチ

気管支鏡：診断ツール

気管支鏡は、気道の内部を直接観察し、必要に応じて組織や分泌物のサンプルを収集するために使用される医療機器です。この手法は、肺や気道の疾患の診断、治療、および管理において重要な役割を果たします。気管支鏡検査は、低侵襲であり、患者にとって比較的安全な手段であるとされています。

● 気管支鏡検査のプロセス

気管支鏡検査のプロセスは、以下のステップで構成されます：

1. 標的病変の観察：まず、気管支鏡を使用して患者の気道内部を観察し、標的となる病変や異常を特定します。この段階で、生検部位および生検方法を決定します[12]。

2. サンプリング法の選択：気管支鏡を用いたサンプリングには、気管支肺胞洗浄（BAL）、経気管支肺生検、気管支ブラッシングなどの方法があります。これらの方法は、病変の性質や位置に応じて選択されます[11]。

3. サンプルの収集：選択されたサンプリング法に従って、気管支鏡を操作し、病変部位から組織や分泌物のサンプルを収集します。このプロセスは、気管支鏡先端を気管または太い気管支に戻してから、鉗子やブラシなどの器具を挿入することで行われます[12]。

4. サンプルの分析：収集されたサンプルは、病理学的検査や微生物学的検査など、さまざまな分析手法によって評価されます。これにより、感染症、炎症、腫瘍などの診断が可能となります。

● 気管支鏡検査の利点

– 直接観察：気管支鏡を用いることで、気道の内部を直接観察し、病変の位置や性質を正確に把握することができます。
– 低侵襲：気管支鏡検査は、開胸手術などの侵襲的な手法に比べて患者への負担が少なく、安全性が高いとされています[11]。
– 多様なサンプリング法：気管支鏡を用いることで、BAL、経気管支肺生検、気管支ブラッシングなど、状況に応じた最適なサンプリング法を選択できます[11]。

気管支鏡検査は、肺や気道の疾患の診断において不可欠なツールであり、その低侵襲性と高い診断能力により、臨床現場で広く利用されています。

気管支治療の進歩

気管支障害の治療は、病態の理解が進むにつれて進化し続けています。最新の治療オプションには、薬物治療、手術、生活習慣の変更が含まれ、これらは患者の症状や病態に応じて選択されます。

● 薬物治療

気管支障害、特に気管支喘息や慢性閉塞性肺疾患（COPD）の治療においては、薬物治療が中心となります。吸入ステロイド薬や長時間作用型β2刺激剤（LABA）、長時間作用型抗コリン薬（LAMA）などが一般的に使用されます[1][2][3][4][5][6][10][12][15][17][18]。これらの薬剤は、気道の炎症を抑え、気管支を拡張させることで呼吸を楽にし、症状のコントロールを目指します。また、重症喘息に対しては、生物学的製剤の使用も進んでおり、特定の炎症メディエーターを標的とした治療が可能になっています[6]。

● 手術

重症喘息患者に対する新たな治療法として、気管支熱形成術（Bronchial Thermoplasty, BT）が注目されています[13][19]。この治療法は、内視鏡とカテーテルを使用して気管支の平滑筋を熱で処理し、気道の収縮を抑えることを目的としています。BTは、従来の薬物治療でコントロールが難しい重症喘息患者に対して、喘息症状の緩和を目指す治療法です。

● 生活習慣の変更

喘息やCOPDなどの気管支障害の管理において、生活習慣の変更も重要な役割を果たします。喫煙の中止、適切な運動、ストレス管理、アレルゲンや刺激物からの避難などが推奨されます[16][18]。これらの生活習慣の変更は、症状の悪化を防ぎ、薬物治療の効果を高めることが期待されます。

気管支障害の治療は、患者一人ひとりの症状や病態に応じて、これらの治療オプションを組み合わせて行うことが重要です。医師と患者が密接に協力し、最適な治療計画を立てることが、症状のコントロールと生活の質の向上につながります。

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プロフィール

この記事の筆者：仲田洋美（医師）

ミネルバクリニック院長・仲田洋美は、日本内科学会内科専門医、日本臨床腫瘍学会がん薬物療法専門医 、日本人類遺伝学会臨床遺伝専門医として従事し、患者様の心に寄り添った診療を心がけています。

仲田洋美のプロフィールはこちら