肺

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肺是许多两栖和陆生动物用于呼吸的器官，以进行气体交换从而获取细胞呼吸必需的氧气，为呼吸系统最关键的部位。所有的四足类脊椎动物（两栖类、爬行动物、鸟类和哺乳类）以及少数一些两栖鱼类（如肺鱼和腕鳍鱼）都拥有肺，而一些陆生无脊椎动物则拥有与脊椎动物肺脏不同源但同功的呼吸器官，因此也以“肺”来命名，比如绝大多数蛛形纲节肢动物（蜘蛛、鞭蛛和蝎子）的书肺和肺螺类腹足软体动物（蜗牛和蛞蝓）的外套膜肺。这里主要讨论脊椎动物（特别是包括人类在内的哺乳动物）的肺。

肺的主要功能是提供一个让空气直接与血管壁接触互动的生物界面，使得空气中呈游离态的氧气可以扩散进入血管并溶解在血液中然后通过循环系统输送到身体各处满足各处组织的代谢需求，同时反向将代谢后产生的二氧化碳从血液中渗除并排出到大气中——即生理学定义上的“呼吸”（respiration）过程。当空气通过口、鼻等身体孔口被进入呼吸道后，会通过气管和逐渐分化的支气管与细支气管最终到达肺泡，而肺泡和末梢小支气管的上皮细胞构建了成千上万个微小薄壁泡囊。这些总表面积巨大的泡囊周边密布毛细血管，从肺动脉流入的贫氧血液会在这里进行换气，在补充氧气并排掉二氧化碳后，通过肺静脉返回心脏。而换气后的空气则随后被反向呼出体外，身体随后开始下一轮的呼吸循环。

脊椎动物的肺通过气管和喉部在咽部（喉咽）与消化道相连，然后通过口鼻与外部大气相通。肺是成对器官，分左右两个位于心脏两侧，之间是由心包、大血管、胸腺和食道组成的纵隔以及前凸于后端肋骨的脊柱。纵隔两侧是由胸膜包裹肺形成、外有肋廓保护的左右胸膜腔，是一个正常情况下只含有少量润滑性浆液（胸膜液）的潜在空间。绝大多数四足类都拥有横隔将体腔分隔出专门容纳心肺的胸腔，但只有哺乳类的横隔发展成了拥有横纹肌可以自主收缩参与呼吸的横膈膜。空气的吸入与呼出（即通俗意义上的呼吸，也称“喘气”）由横膈膜和肋间肌——统称呼吸肌——联合驱动，呼吸肌收缩时会阔大胸腔的体积，使得胸膜腔内产生负压从而带动具有弹性的肺泡一同扩大体积，气道内的压强因而也降到低于大气压并产生压强梯度力将外部的空气吸入；呼吸肌放松时，肺部会因为肺泡自身的组织弹性和表面张力而发生自主塌缩，产生高于外部气压的气道压强将空气呼出。在特殊需要时（比如缺氧必须深呼吸，或需要用咳嗽排除异物），身体其它部位的骨骼肌（比如腹肌和颈部肌肉，甚至属于上肢的胸肌）也可以被紧急调动来提供额外的力量辅助呼吸肌完成呼吸。这种肺如同气球般胀缩通气的呼吸方式也称作潮汐呼吸（tidal breathing），在末梢的肺泡中通常会残留有一定的功能余气量，使得每次吸入新鲜空气其实都是在稀释上次呼吸剩下的废气。

四足类动物的肺在演化学上与辐鳍鱼用来调节浮力的鳔同源，源自于早期硬骨鱼类在食道前端与咽部交界处凸出的一个憩室，算是一种特化的肠道呼吸器官。在早期的四足动物中，空气是由腮部和咽部肌肉通过类似气泵的方式“挤”进气道，现今的两栖动物和一些较基群的爬行动物还部分保持着这种“咽气”而不是吸气的呼吸方式。绝大多数羊膜动物则都使用由肋间肌拉开肋廓驱动进气的呼吸方式，其中主龙类的鳄类和鸟类则依赖一种特殊的气囊结构配合类似特斯拉阀的气道隆起来提供空气的单向流动，每波吸入的空气会经历两轮呼吸——第一轮吸气时空气先通过主支气管进入气道末端的气囊，然后呼气时气囊如同风箱一般将空气泵向真正参与气体交换的旁支气管（parabronchus）内，在下一轮吸气时进入接近主气管的辅助气囊内，第二轮呼气时再排出体外。鳄类的横隔还参与呼吸，但完全依赖连接耻骨的腹肌（也称作“隔膜肌”，但与真正的横膈膜只是趋同演化关系）拉动与横隔相连的肝脏下沉来达到扩大胸腔的功能，同时还可借此调整肺的位置并改变在水中的浮力和静力平衡；鸟类的横隔则干脆完全刚化，只依赖胸腔内气囊的收放驱动肺内气流，其骨骼也大规模气腔化减重来降低运动代谢成本，同时单向呼吸还能达到一定风冷的效果来避免高热。只有哺乳动物的呼吸是主要由横膈膜自主收缩（腹式呼吸）完成，肋间肌在平时基本上处于放松状态，只产生少量进气的浅呼吸。相比其它脊椎动物的潮汐呼吸，主龙类单向呼吸的气体交换效率更高，这也使得早期主龙类（伪鳄、恐龙和翼龙）在三叠纪较缺氧（摩尔浓度只有12～15％，约现今水平的60～70％；相比之下之前的二叠纪则达到30％，即现今水平的143％）的大气环境下得以迅速辐射并演替掉之前占据优势生态位的兽孔目合弓类动物（哺乳类的祖先）成为几乎整个中生代的霸主，直到白垩纪末大灭绝导致所有超过25kg的陆地动物无差别集体灭绝后后才轮到幸存后繁盛的哺乳动物将其取代。

肺是上述陆生动物生命得以延续的关键器官，临床医学上急救常用的步骤记忆术缩写“ABC”（即“Airway, Breathing, Circulation”，意思是“气道、呼吸、循环”）中的前两个也都与肺的功能有关。与肺相关的英语医学术语通常都以pulmo-作为词根，源自于拉丁语pulmonarius，意为“肺部的”；或者以pneumo-作为词根，源于希腊语πνεύμων，意思为“肺”。

## 人类的肺脏

从外界空气中吸入氧，使氧气进入肺部血液，再运输到身体各部分使用。另一方面，肺部血液里的二氧化碳则渗透到气泡里，再排出体外。

人的肺脏位于胸腔当中，共有五片肺叶，右肺宽而短，为三片肺叶，左肺窄而长，为两片肺叶。左肺叶被斜裂分成上叶和下叶，右肺叶被水平裂分成上叶、中叶、下叶，其中右中叶较其他四叶来的小。两肺之间有心脏和大血管、气管、食道等器官。肺的下面被膈与腹腔脏器隔开。左肺上叶下部有一小舌（lingula，或称舌叶），为右肺中叶的同源组织。

肺外有浆膜（即脏层胸膜）。

左图：左肺，右图：右肺。图中可见肺叶及中央的肺根（出入肺门各结构的总称）

## 结构

### 胸膜

包围着肺部外围有一层浆膜，称为胸膜，而胸膜可分为两层，第一层为壁胸膜（pariental pleura，于胸腔内壁），第二层为脏胸膜（visceral pleura）。壁层胸膜黏附在肋骨、胸骨、肋软骨、肋间内肌及横膈膜上，而脏层胸膜则是黏附在肺部表面。

位于脏层与壁层胸膜之间的空腔，称为胸膜腔。胸膜腔内含有胸膜间皮细胞分泌的润滑液，可减少呼吸时肺与胸壁相对运动造成的摩擦。

### 肺部

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肺部主要由支气管、小支气管、肺泡管及肺泡所组成；位于胸腔内，左右双肺由左右支气管连接于气管，肺部和胸壁肌肉层之间有薄薄的胸膜隔开。肺动脉的主要功能是把静脉的血液送进肺部，之后到达肺泡壁上构成微血网，接着与肺泡进行气体交换，最后从肺静脉将带氧的血液送回心脏；每个肺部都有两条肺静脉及成千上万的微血管。

肺脏外观上较宽广的部分在下方，称为肺底（base），而狭窄的顶部称为肺顶（cupula）或肺尖（apex）。肺脏之肺叶（lobe）再分为肺节（segment），肺节内再分为许多肺小叶（lobule），肺小叶内由肺泡管（alveolar ducts）组成，肺泡管内有许多肺泡囊及肺泡围绕。

### 横膈肌

横膈肌位于胸腔和腹腔之间，为分隔胸腔及腹腔的圆顶形肌肉，构成胸腔底部及腹腔顶部；横膈肌、肋间肌和一些颈部的肌肉能帮助呼吸运动，又称为呼吸肌。

### 肺泡

肺泡壁表层的细胞有两类：

- 第一型肺泡细胞（type I alveolar cell），又称鳞状肺泡上皮细胞，或称小肺泡细胞，占肺部总表面积95%以上。主要形成肺泡壁之连续内衬，上面分布许多微血管，总面积有75平方米，可以让大量气体进行交换。
- 第二型肺泡细胞（type Ⅱ alveolar cell），又称中隔细胞。可分泌表面张力素（surfactant），而此化合物的功能是防止肺泡塌陷，深呼吸时增加分泌，使肺的顺应性增加，让肺更容易扩张。

举例：新生儿若因此细胞发育未成熟，则常引发呼吸窘迫症群（respiratory distress syndrome, RDS）。

## 生理功能

- 交换气体：肺之构造单元是肺小叶，有三亿个小气囊，称为肺泡（alveoli）。每个肺泡约直径0.3毫米（mm），总载面积约有50~100平方米，有利气体进行交换。
- 防止肺泡塌陷
- 过滤：肺部还有巨噬细胞或称做尘细胞（dust cell），可将外物分解。

## 肺容量

- 潮气量（tidal volume，简称TV）：在平静呼吸时每次吸入或呼出的气量。
- 补吸气量（inspiratory reserve volume，简称IRV）：平静吸气后再用力吸气所能吸入的最大气量。
- 补呼气量（expiratory reserve volume，简称ERV）：平静呼气后在用力呼气所能呼出的最大气量。
- 余气量（residual volume，简称RV）：最大呼气后肺内还剩余的气量；此部分无法由呼吸量测定器测得。
- 肺活量（vital capacity，简称VC）：最大吸气后做最大呼气所能呼出的最大气量（VC=TV+IRV+ERV）。
- 深吸气量（inspiratory capacity，简称IC）：平静呼气后所能吸入的最大气量（IC=TV+IRV）。
- 功能余气量（functional residual capacity，简称FRC）：平静呼气后肺所含气量（FRC=RV+ERV；FRC=TLC-IRV-TV）。
- 肺总量（total lung capacity，简称TLC）：深吸气后肺内所含的气量（TLC=IRV+TV+ERV+RV）。

## 相关疾病

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肺部结节和病变是胸腔医学和影像诊断学的主要诊断和治疗目标之一，可能为肺癌、肺结核等疾病的前兆。

必要时应定期追踪或低剂量电脑断层判断。一些肺部结节为良性肿瘤，透过药物医治也有可能会自行消除；另一些则是恶性，需要胸外科进行手术切除以及肿瘤科的放射疗法、化学疗法或免疫疗法介入。

### 肺癌

肺癌指的是肺部组织内细胞生长失去控制的疾病。这种细胞生长可能会造成转移，就是侵入相邻的组织和渗透到肺部以外。绝大多数肺癌是肺部恶性上皮细胞肿瘤，由上皮细胞病变而造成。肺癌是造成男性和女性癌症相关死亡的最主要原因。全球每年有130万人死于肺癌。最常见的症状包括呼吸急促，咳嗽（咳血），和体重减轻。

肺癌主要分为小细胞肺癌和非小细胞肺癌。这个区别对采取不同治疗手段有非常重要意义。非小细胞肺癌是通过肺癌手术；而小细胞肺癌常常对化疗和放疗的反应比较好。肺癌最常见的原因是长期吸烟。不吸烟者，占肺癌患者的15%，患病的主要原因包括基因、氡气、石棉、空气污染（包括二手烟）。

肺癌可以在胸部摄影（CR）和X射线断层成像（CT）上看到。诊断通过活体组织切片确认，通常通过纤维支气管镜或CT做活组织检查。治疗和预后方案基于癌症的组织学类型，癌症阶段，和病人状况。可能的治疗方案有手术，化疗，放疗。

### 肺炎

肺炎是指肺部的肺泡出现发炎的症状。肺炎可以发生在任何年龄层的人身上，但以年幼及年长者、以及患有免疫力缺乏症或免疫系统比较差的人属于高危患者，他们比较容易发病。而对于其他人，他们身体本身的免疫系统已有能力对抗轻微的感染。一般情况都会向病人处方抗生素来治疗。若病况严重，可以致命。

## 呼吸以外的功能

肺除了呼吸以外，还有以下的功能：

- 借由调整二氧化碳的分压，可以调整血液的pH值。
- 滤掉静脉中形成的小血栓。
- 调整血液中生物物质及药物的浓度。
- 利用血管紧张素Ⅰ转化酶，将血管紧张素I转换为血管紧张素。
- 保护心脏，吸收冲击时的震动。
- 支气管会分泌免疫球蛋白-A，是一种抗体，可以避免呼吸道感染。
- 借由分泌含有抗菌化合物的粘液，保持无菌状态。粘液中含有糖蛋白，像黏蛋白、乳铁蛋白、溶菌酶、乳过氧化物。其中也含有上皮双氧化酶2。
- 造血功能: 根据2017年发表在《Nature》的研究指出，肺脏是人体生产血小板的主要场所之一，占了超过人体总量的50%。除此之外，研究者还在肺中发现了可以造血的祖细胞，因此肺还可能拥有造血的功能。

## 其他动物的肺脏

- 爬虫类动物的肺像一个大气泡（bellows）一样;
- 鸟类的肺又名“循环肺”，没有肺泡而是使用旁支气管（parabronchus）进行气体交换，呼吸时用两个辅助气囊驱动空气在肺中单向流动，是陆生动物中最为高效的呼吸系统。
- 肺鱼的肺由鳔演化而来，在水中则用鳃呼吸。演化史上四足类的肺是由肉鳍鱼类祖先的鱼鳔演化而来。
- 两栖类的幼体（蝌蚪）仍保留鳃呼吸，成体长成后鳃消失才以肺和皮肤进行呼吸。

## 外部链接

- 解剖学（Anatomy）-throacic（胸腔）-肺脏（lung）分叶
- 解剖学（Anatomy）-throacic（胸腔）-airway（气道）分级

## 基本资料

- 拉丁文：pulmo
- 希腊文：πνεύμων (pneumon)
- 发育自：肺芽
- 系统：呼吸系统
- 动脉：肺动脉
- 静脉：肺静脉