002.肺循环

002.肺循环 第二章 肺循环 孙本韬 在人的肺内有两个结构与机能互不相同的血液循环系统。?肺循环系，通常称为机能循环系。它是由肺动脉，肺泡毛细血管及肺静脉组成的一个致密的循环网。肺动脉与右房相连，肺静脉与左房相通。因此，肺循环的正常与否不仅取决于肺血管的结构与机能的好坏，而且与左右心机能的变化密切相关，并互为影响。例如先心病人，由于心脏缺陷而导致肺动脉结构变型和发生肺动脉高压。左心心肌梗死或功能低下常导致肺静脉高压和肺水肿。慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者，由于肺血管结构变型，血流动力学性质的改变而导致右心代偿性肥大，进一步发生衰竭。因此，在研究肺循环时必须同时注意心脏的结构与机能。只有这样，才能全面地揭示肺循环及其障碍发生的本质。?支气管循环系，又称为营养循环系，它由支气管动脉、肋间动脉和支气管静脉组成。它的结构属于体动脉，因此其管壁比肺动脉厚，血流压力比肺动脉高。支气管动脉的血流供给肺门有关的组织、气管、支气管的管壁以及肺动脉肺静脉的外膜。上述各器官和组织内毛细血管的血液，除肺门周围的一部分进入支气管静脉并回流至奇静脉外，其余的则进入肺静脉。 根据肺血管的解剖学所见，支气管动脉与肺动脉有吻合结构。在吻合部位的支气管动脉含有纵行或螺旋肌束，这样就造成了吻合处的管腔狭窄或闭塞。因此，在正常肺循环时，吻合处不开放，但是，当肺动脉发生栓塞时，支气管动脉呈现扩张，吻合开放，从而使支气管动脉的血流通过吻合处进入原肺动脉的供血区。另外，支气管动脉的毛细血管与肺动脉的毛细血管亦存在吻合支，在一些病理状态下，吻合支开放，支气管动脉毛细血管内的血液进入肺泡毛细血管内，这样，肺泡毛细血管内注入了动脉血，这对保证肺泡道和肺泡的存活具有重要的意义。但是在体外循环时，肺循环停止，肺组织处于缺血状态。虽有肺动脉和支气管动脉的吻合，但体动脉的血液却不能供给肺组织。 影响肺循环的因素很多，比如血流动力学的改变，缺氧，高氧，各种血管活性物质的失平衡，以及肺血管的损伤及结构变型等均可使正常的肺循环发生改变。因此，在研究肺循环时必须坚持功能与形态相结合的观点，全面地对肺血管的组织和细胞的结构、机能和病理变化以及病理生理表现进行观察。只有这样才能较深入地揭示肺循环的本质及其障碍发生的原因。 第一节 肺动脉的结构变型与肺动脉高压的关系 肺动脉是肺血管的主要血管段，它起于右心，沿着支气管逐级分枝下行，与肺泡毛细血管前端相连。肺动脉在结构和功能方面与体动脉不同，它具有管壁薄，横切面积大，平滑肌数量少，活性低，顺应性高的特点。因此，在血流动力学方面，它具有高灌低阻的特性。在正常生理状态下，肺血管的阻力[ mmHg/(L/min)]青年人仅0.67，老年人为1.20。因此，即使右心射血量超过正常的2.5倍，其肺动脉压也不发生改变 [正常人的平均肺动脉压，青年人 为1.74kPa(13mmHg)，老年人为2.11kPa(15.9mmHg)]。但是，当肺动脉结构改变后，其高灌低阻的特性随之出现损伤或消失，形成肺循环障碍。 肺动脉根据其结构和占位的不同，可分为四种不同的亚型。它们依次为弹性动脉(elastic artery)，肌性动脉(muscular artery)，部分肌性动脉(partially muscular artery)和非肌性动脉(nonmuscular artery)。肺外动脉属于弹性动脉，呼吸性细支气管水平位以上的肺内动脉是属于肌性动脉。呼吸性细支气管水平位至肺泡道水平位者大部分为部分肌性动脉，少部分为非肌性动脉，而肺泡道水平位至肺泡毛细血管前端这一段是属于非肌性动脉。当肺动脉的分枝下行至呼吸性细支气管水平位时，其管壁突然变化，平滑肌细胞的数量也明显地减少。在部分肌性动脉的无平滑肌部分有中间型细胞(intermediate cell)附着，在非肌性动脉的内皮细胞外有孤立的周细胞，它与内皮细胞共用一个基底膜。目前，人们常把呼吸性细支气管水平位及其以下的肺动脉(即末梢肺动脉)统称为泡内肺动脉(lntraacinar pulmonary artery)。泡内肺动脉是决定肺动脉血流动力学性质的关键血管段。在泡内肺动脉的肌性动脉和部分肌性动脉段，除正常的分枝外，又有一些以直角形式向外伸出许多侧分枝，它们称为肺动脉的额外分枝(Supernumerary branches)。额外分枝的管径大小，形态结构与其母血管完全不同，但与非肌性动脉相似。它们直接分布于肺泡壁。在正常生理状态下，额外分枝闭合不开放，只有在肺动脉血容量过大或其母血管下段阻塞时才开放，形成侧循环。在泡内肺动脉的三型血管中，非肌性动脉不论在数量或横切面积方面均远远超过其他两种。通过对正常恒河猴泡内肺动脉形态定量测试的结果显示，肌性动脉、部分肌性动脉或非肌性动脉分别占泡内肺动脉的6.69%，19.25%，和74.06%。由于非肌性动脉的数量多，横切面积大，恰似一个巨大的蓄水池。这样它在调节血容量，缓解血流阻力方面具有很大的潜能。成为肺高灌低阻和正常气体交换的关键血管段。因此，非肌性动脉的结构和数量的改变是一切肺动脉高压和缺氧发生的主要因素。 肺动脉的管壁由内膜，中膜(非肌性动脉无中膜)和外膜构成。 内膜:内膜是由一层连续的，扁平形的内皮细胞及其基底膜以及内皮下腔构成的。内膜与中膜之间有一层弹力板相隔，内皮细胞的胞浆内含有少量的线粒体，高尔基器，粗面内质网，核糖体，溶酶体和直径6nm的微丝，微丝是由肌动蛋白构成的，起支持和收缩作用。胞浆内尚可见有电子致密度高的Werbel Palade颗粒，它的功能目前尚不清楚，可能与纤溶有关。除上述细胞器外，尚可见有丰富的微饮泡(micropinocytotic vesicles)存在，其一部分附于胞浆膜上，另一部分游离于胞浆内，微饮泡通过泡饮或泡吐作用将液体或蛋白性物质搬运到血管外或血管内。内皮细胞的核位于细胞的中央，整个细胞的长轴是沿着血管的纵轴方向排列。细胞的基底面与基底膜相连，基底膜的下方，内弹力板的上方有一狭窄的腔隙，即内皮下腔，其内含有少量的胶原纤维。内弹力板具有数量不等的窗孔(fenestrae)。内皮细胞基底面的胞浆常伸出许多突起，有的穿过基底膜，通过内弹力板的窗孔与中膜内平滑肌细胞的突起相接触，形成肌——内皮连接(Myoendothelial junctions)，这一结构有利于内皮细胞及时地调控平滑肌细胞的增殖及其收缩舒张反应，内弹力板的窗孔也是肺动脉高压时，中膜平滑肌细胞游入内皮下腔的通道。 内皮细胞除具有屏障作用外，它还能主动地合成或代谢一些血管活性物质，从简单的胺类，脂肪酸到复杂的多肽类物质。如去甲肾上腺素，5—HT，前列腺素D、E、F系列。血小板激活因子(PAF)等均可被内皮细胞选择性地代谢灭活。同时内皮细胞又能主动地合成一些生物活性物质，如前列腺素I、E，血管收缩肽，白细胞介素，内皮细胞松弛因子(EDRF)，血小板生长因子(PDGF)以及内皮素(Endothelin)等。由此可见，内皮细胞在维持肺动脉 的低张特性，调控肺的血流和保持管壁的正常结构方面起着重要的作用。近来一些研究证实，肺动脉中的平滑肌细胞和外膜的成纤维细胞的增殖是受内皮细胞调控的。内皮细胞通过分泌平滑肌细胞和成纤维细胞生长因子以促进这两种细胞的增殖。由于在体的平滑肌细胞不能进行有丝分裂增殖，其数量增多的途径是通过成纤维细胞，周细胞或中间型细胞的分裂分化变为平滑肌细胞。因此，内皮细胞分泌的平滑肌细胞和成纤维细胞增殖因子的主要靶细胞是上述三种细胞。在另一方面，内皮细胞又能合成分泌抗增殖因子，硫酸肝素。在正常状态下，硫酸肝素存在于动脉的内膜和中膜内，当缺氧和其他因素诱发肺动脉损伤的早期，内皮细胞发生肿胀，脱落，基底膜破坏，导致硫酸肝素和蛋白多糖消失，使平滑肌细胞和成纤维细胞的增殖失掉控制，导致上述细胞过度地增殖。与此同时内弹力板的破坏，断裂，使血管的第二道屏障消失，这样，内皮细胞产生的或血液中存在的激活因子大量地进入血管壁，促使肺动脉的结构迅速变型。 内皮细胞合成的内皮素是一种肽类物质，近年来通过实验室和临床研究发现，它对血管平滑肌细胞具有收缩和增殖作用。内皮素的浓度在冠状血管痉挛，急性心肌梗死，高血压，二尖瓣狭窄，心源性休克以及各种心血管障碍病人血浆中明显地增高。在伴有肺动脉高压瘀血性心脏病人的血浆中，内皮素的浓度显著地高于无肺动脉高压者，这说明内皮素浓度的增加与肺动脉压的升高，阻力的增加具有直接的关系。实验证实，内皮细胞在肾上腺素，凝血酶，血管紧张素?，缺氧，内毒素，高剪切压以及血流量增加等因素作用下合成内皮素的机能加强。来自内皮细胞的EDRF(即一氧化氮)是一种很强的血管扩张剂，肺血管内皮细胞通过持续不断地释放一氧化氮以保持正常肺血管的松弛和低张特性。因此，内皮细胞的功能低下或损伤可能是肺血管病发生早期重要因素。 由于内皮细胞直接暴露于血流，因此，它极易受异常的物理因素(高流，高压和高剪切力)，化学因素(高氧，缺氧以及细胞毒药物如野百合碱)以及生物因素(如蛋白酶，内毒素)的作用而发生变形，损伤或坏死脱落。这样，内皮细胞的屏障功能破坏，代谢调控机能紊乱，导致肺动脉结构变形，血流动力学性质发生改变。临床和实验室研究的结果显示，内皮细胞的数量，形态与肺血流动力学性质改变具有直接的关系。例如，胎儿在出生前，其肺动脉压明显地高于出生后的，其主要的原因之一是出生前末梢肺动脉的内皮细胞是立方形而非扁平形，表面容积比低，血管腔的大部分为内皮细胞所占据，导致管腔狭窄或阻塞，成为血流阻力大，压力高的重要因素。当胎儿出生之后，内皮细胞迅速地由立方形变为扁平形，一般地在出生后五分钟之内，即可完成这一变化过程。这样管腔也随之迅速地扩大，血流阻力显著地减小，从而肺动脉压也很快地降低至正常水平。但是，在一些缺氧或特发性肺动脉高压的新生儿，其肺动脉压居高不下，其原因之一是泡内肺动脉的内皮细胞形态并不改变，仍保持立方形，使管腔仍处于狭窄或闭塞状态。内皮细胞形态结构的变化在其他类型的肺动脉高压发生中也具有重要的作用。例如在一些实验性肺动脉高压或瘀血性心脏缺陷的肺动脉高压中，泡内肺动脉的内皮细胞则由扁平形逆转为立方形，同时，立方形内皮细胞的多少与肺动脉高压的严重程度密切相关。在另一方面，当肺动脉高压的动物经降压治疗后，其泡内肺动脉立方化的内皮细胞逐渐向扁平形转变，管腔逐渐扩大，肺动脉高压随之亦缓慢地下降。 肺动脉高压者，在内皮细胞立方化的同时，肥大内皮细胞的胞浆伸出一些粗细不等的微绒毛(microvilli)。微绒毛的出现，一方面可使管壁表面血浆的流速减慢，另一方面又可使血小板，中性粒细胞或单核细胞(巨噬细胞)易于附着于该细胞。近来研究发现，在体外循环时，血管内的补体可被激活，激活的补体可使中性粒细胞易于与内皮细胞结合，并使粒细胞的表面形成皱褶(fold)。同时中性粒细胞在血管舒缓素(Kallikrin)的作用下，释放弹力酶和有关介质，造成内皮细胞的损伤和结构变型。内皮细胞的肿胀，损伤以及早期的体外循环均 可诱发肺血管内，尤其是末梢肺动脉内血小板聚集，释放TXA2和5—HT，造成局部血管收缩，肺动脉压升高。从我们的电镜观察所见，肺动脉高压者的内皮细胞可以吞噬血小板分泌的α颗粒。由于α颗粒内含有丰富的PDGF等激活因子，这样进一步揭示，内皮细胞所释放的PDGF，一部分为本身合成的，另一部分则是由外部摄入的。由此可见，控制肺内血小板聚集和脱颗粒对防止或延缓肺动脉结构变型，血流动力学性质的改变将具有重要的作用。 平滑肌细胞数量的多少，结构的变化以及占位的不同对血流动力学性质的变化具有直接的关系。胎儿在子宫内发育至十三周时，终未细支气管水平位以上的肺动脉已发育成熟。以后随着年龄的增长，肺动脉不断地分枝并向远端伸延。同时亦不断地进行肌性化(muscularization)。但是在胎儿出生前，肌性动脉的末端终止于终末细支气管水平位，以下的均为非肌性动脉。由于出生前肺动脉中膜内平滑肌细胞为肥大幼稚型的，因此其管壁厚，管径细。同时内皮细胞多呈立方形，这样管腔呈狭窄或闭塞状态，导致肺动脉血流的阻力大，压力高。但是在胎儿出生后，为了适应呼吸形式的改变和心排血量的增加，肺血管的结构和数量亦随之迅速地发生改变，当胎儿出生后几小时，甚至几分钟，肥大的平滑肌细胞变得细长，中膜变薄，内皮细胞由立方形变为扁平形，血管的管径扩大，肺血流量增加，阻力与压力下降。随着婴儿年龄的增长，肺泡数量的增多，非肌性动脉的数量亦相应地增加，七岁前增加的速度尤为明显。在泡内肺动脉数量增加的同时，非肌性动脉由上向下不断地进行肌性化，这一过程一直到青年时为止。但是，肌性化的速度却远远地慢于非肌性动脉的增殖速度。因此，在成人肺内，肌性动脉的终末端仅发现于呼吸性细支气管水平位。这样非肌性动脉一直保持极大的数量，这是肺循环高灌低阻特性的结构基础。但是，在各种类型的肺动脉高压中(如瘀血性心脏缺陷肺动脉高压，慢性缺氧肺动脉高压以及特发性肺动脉高压等)，由于中间型细胞，周细胞以及成纤维细胞分裂分化为平滑肌细胞，并合成分泌大量的基质(matrix)，这样导致了部分非肌性动脉变为中膜肥厚的肌性动脉，随着平滑肌细胞数量不断地增多，并逐渐地向末梢伸延，甚至可达到肺泡壁。由于非肌性动脉的肌性化，而使泡内肺动脉的肌性动脉数量不断地增多，非肌性动脉的数量逐渐减少，中膜增厚，导致血管的横切面积不断地减少，血流的阻力增加，压力升高。 综上所述，肌性化动脉的多少，中膜厚化的程度与肺动脉高压的严重程度具有直接的关系。例如，持续性肺动脉高压(Persistent pulmonary hypertension)的新生儿，其肺动脉压可高至(或超过)体动脉压，并严重的缺氧，其主要的因素是非肌性动脉发生大面积的肌性化，甚至原有的非肌性动脉完全消失。中膜的厚度成倍的增加，这些病理性变化是造成新生儿出生后很快出现缺氧，心衰死亡的原因。近来的研究发现，在瘀血性心脏缺陷肺动脉高压，缺氧或持续性肺动脉高压的患儿，其末梢肺动脉的平滑肌细胞除表现超常的增殖外，还表现超前成熟。其胞浆内的肌丝合成的速度显著地加快。在出生后几周内，肌丝的数量即可达到正常婴儿六个月所具有的数量。由于平滑肌细胞肌丝数量超前增加，而其收缩机能亦表现超前加强。 外膜:外膜系外弹力板以外的部分，由成纤维细胞和疏松的胶原纤维组成，在大的肌性动脉，外膜内尚可发展有肥大细胞和许旺氏细胞包绕的神经轴突。在肺动脉高压发生时，成纤维细胞由于受来自血小板及内皮细胞的生长因子作用而增生，增生的成纤维细胞合成分泌大量的胶原并在血管外形成一个套筒样的外鞘。这样一种结构将限制血管的正常的伸张机能。末梢肺动脉的外膜也是水肿液积蓄的部位，血管由于受水肿液的挤压而发生变形，影响正常的血流。 第二节 肺泡内毛细血管的正常结构或损伤与气体交换、肺水肿的关系 肺是人体毛细血管最丰富的器官，其总面积约占肺泡面积的90,。由于肺泡的数量是与人的体表面积呈正相关，因此，人的个体间肺泡数量是不一致的。目前国际上把人的肺泡数定为三亿个，这个数绝非是一个绝对数，而是一个均数。因此，我们在估计每个人的肺泡和肺泡毛细血管的数量时应参照其体表面积的大小。形态定量测试的结果显示，三亿肺泡的总面积约为80m2，这样，肺泡毛细血管的总面积约为70m2左右。每个肺泡由1800,2000段毛细血管组成的致密网包绕。每段毛细血管的面积约为0.2mm2，其血容量为4.7×10,7ml。全肺毛细血管的血容量，静止时不足100ml，运动时可达到150,250ml。肺泡毛细血管的嵌压约为1.33kPa(10mmHg)，为肺动脉压的2/3。因此，肺毛嵌压对肺循环的阻力作用不容忽视。肺微小动脉与肺毛细血管的压降为0.67kPa(5mmHg)。在肺循环中血液以搏动的形式流入和通过毛细血管，在正常时，肺动脉的搏动可传送到毛细血管，如果肺小动脉阻力异常时，毛细血管的血流常失去搏动而发生循环紊乱，肺动脉高压患者，由于毛细血管前的非肌性动脉肌性化，使血流阻力增高，流速加快，这将直接影响毛细血管内血流的性质并影响气体交换。 肺泡毛细血管的主要功能是进行气体交换，而通气血流比值的平衡又是保证正常气体交换的关键。因此，肺泡毛细血管和肺泡的结构必须适应于这一功能的要求。肺泡毛细血管的管径约7,10μm，管壁仅由一层内皮细胞及其基底膜组成。肺泡毛细血管的内皮细胞有别于其他毛细血管的内皮细胞。它的胞体很长，很薄，核外部分仅0.04,0.2μm厚，细胞器很少，仅在核周围有少量的线粒体，内质网和高尔基器。但是，它却含有丰富的微饮泡(micro,pinocytotic Vesicle)，其一部分附于胞浆膜上，另一部分游离于胞浆内。微饮泡通过泡饮或泡吐作用搬运血管内外的液体或大分子物质。近来发现，微饮泡对肺水肿的消除具有重要的作用。 肺泡毛细血管内皮细胞间是紧密连接(tight junction)。通过蚀刻复型处理，电镜观察发现，肺泡毛细血管的紧密连接是由膜内原纤维构成的，原纤维间有直径2.4,2.5nm大小的孔隙，原纤维的收缩或舒张将改变该孔隙的大小。通过这些孔隙，毛细血管内少量的液体或蛋白成份可渗入(或漏入)肺泡间质内，形成间质液。因此，正常的肺泡毛细血管是属于可渗型的，渗漏至肺泡间质内的蛋白成份，通过淋巴毛细管回流至淋巴管，从而保持肺泡间质内正常的胶体渗透压和正常量的液体。但是，在人肺各部所承受的重力是不同的，当人在直立时，肺的底部承受的重力大于肺尖部，同时，肺底部毛细血管的跨壁压亦大于肺尖部。从力学的角度看，由于重力的作用，肺底部的渗液应多于肺尖部。但实际上并不存在这种现象，肺底部和尖部的渗液几乎是相等的。这是由于肺各部位毛细血管内皮细胞间连结的紧密程度不同所致。在肺尖部，内皮细胞间连接的膜内原纤维仅1,3条;而在肺底部可多至4,6条。这样就消除了重力和过大跨壁压对肺底部毛细血管的额外作用。但是，当肺处于休克，ARDS，肺炎等疾病状态时内皮细胞间连接的孔隙数量增多，孔径扩大，甚至整个连接破坏。这样毛细血管内的液体和蛋白成份大量地渗入肺泡间隔内，由于淋巴毛细管不能回流过量的蛋白成份而导致间隔内胶体渗透压增高，液体堆积，形成间质水肿。由于肺泡毛细血管内皮细胞间 连接的破坏，多呈弥漫性的。这样在肺底部的血管，由于过大重力的附加作用，渗漏加强，结果导致肺底部的渗液多于肺尖部。这是肺水肿首先发生于肺底部或严重于其他部位的原因。 肺泡毛细血管的内皮细胞在缺氧，氧中毒，SO2、内毒素，游离脂肪酸，氧自由基或一些体液因子(如组织胺)等的作用下，很容易出现损伤。内皮细胞的损伤常常发生于肺损伤的早期，内皮细胞损伤首先出现连接的改变或破坏，随之发生细胞肿胀和胞浆形成囊泡(blebs)，坏死脱落。内皮细胞的肿胀或囊泡的形成将造成血管腔的狭窄或阻塞，导致红细胞呈冥钱状淤滞和白细胞阻塞，形成瘀血，加速水肿的发生和气体交换的障碍，当内皮细胞出现弥漫性损伤或脱落时，血管内大量的液体外渗，成为ARDS发生的重要病理过程。 红细胞在肺泡毛细血管内运行的形式和通过的时间与肺循环或气体的正常交换至关重要。根据我们对正常恒河猴肺泡毛细血管的冷冻断裂处理，电镜观察发现，红细胞在肺泡毛细血管内运行时，其扁平面始终是面向肺泡腔，一个接一个地向前移动。这种运行方式有利于减小红细胞通过毛细血管时的阻力，有利于红细胞在单位时间内与呼吸膜最大限度地接触，有效地进行气体交换。 呼吸膜即气血屏障，肺的气体交换是通过肺泡的呼吸膜部分进行的。因此，呼吸膜的结构必须保持最薄的限程度，以适应气体的弥散。呼吸膜是由肺泡毛细血管内皮细胞和肺泡的?型上皮细胞构成的。根据连续切片及扫描电镜观察所见，肺泡毛细血管在肺泡内呈蛇行走向，由于每个肺泡隔面临两个肺泡腔，因此，蛇行走向可使每条毛细血管兼顾两个肺泡的气体交换。从生物工程学的原理看，蛇行走向可取得最大的工作效益，由于毛细血管蛇行走向，使每个肺泡隔呈现两种不同的结构形式，?当毛细血管弯向左侧的一个肺泡时，则该侧隔内的结缔组织被挤压至非弯曲的部位，弯曲部位毛细血管内皮细胞的基底膜与肺泡?型上皮细胞的基底膜相融合，形成一个基底膜，这样肺泡腔与毛细血管腔之间的结构为:肺泡?型上皮细胞——基底膜——毛细血管内皮细胞。这一部分很薄，仅0.5,0.7μm厚，故称为肺泡的薄部，气体通过这一部分进行交换，故又称为呼吸膜或气血屏障。?当毛细血管弯向右侧肺泡时，则左侧的肺泡上皮细胞的基底膜与毛细血管内皮细胞的基底膜并不相挨，二者之间充以结缔组织及其基质，这样肺泡腔与毛细血管腔之间由肺泡上皮细胞及其基底膜，结缔组织，毛细血管的内皮细胞及其基底膜相隔，这一部分很厚，故称为肺泡的厚部，厚部不能进行气体交换。根据我们对恒河猴、大鼠、狗的肺泡扫描电镜观察，形态定量测试的结果显示，薄部与厚部大约各占50,。这样肺泡的总面积虽有80m2，毛细血管的总面积有70m2，但其进行气体交换的有效面积仅有50,。 肺泡腔表面由?型上皮细胞(约占95,)和?型上皮细胞(约占5,)复盖，?型上皮细胞的胞浆宽，很薄，细胞器少，仅在核周围有少量的线粒体、内质网等，但其胞浆内却含有丰富的微饮泡。和内皮细胞的一样，部分微饮泡附着于胞浆膜上，另一部分游离于胞浆内，它们负责肺泡腔内和间质内液体或蛋白性物质的搬运。?型上皮细胞呈立方形，位于肺泡的角部，细胞表面有致密的微绒毛，胞浆内除含有一般的细胞器外尚含有由二棕榈酸卵磷脂和蛋白组成的板层小体，小体被释放出细胞后，变为晶体状薄片，附着于肺泡壁表面，此薄片称为表面活性物质，表面活性物质具有调节肺泡表面张力的作用，防止肺泡由于吸气而发生过度膨胀，破裂或呼气时发生肺泡不张(Atelectasis)。另外，?型上皮细胞还是?型上皮细胞的后备细胞，由于?型上皮细胞是一种分化完全的细胞，它已失掉了分裂增殖的能力，当其损伤脱落后，?型上皮细胞则分裂分化变为?型上皮细胞予以修复，以保持肺泡屏障的完整性。肺泡上皮细胞之间亦是紧密连接彼此相连。该连接较紧密，它由5,6条膜内原纤维 构成的。它不允许肺泡间质内的液体或任何大分子物质渗入肺泡腔内，即使肺泡间质内的压力超过正常的两倍，肺泡腔内亦不出现渗液。因此，正常肺泡内是不存在积液，其表面极少量的液体是由?型上皮细胞通过泡吐释放出来的。 肺泡?型上皮细胞在缺氧、高氧、SO2、内毒素等因素的作用下要发生肿胀变性，甚至坏死脱落，在这一病理过程中，首先出现的是细胞连接的破坏，这样，间质内的液体和部分大分子物质则可渗入肺泡腔内，形成肺泡水肿，当细胞损伤严重或破坏脱落时，甚至进入肺泡间质内的全血也可通过损伤部位进入肺泡腔。由此可见，有肺间质水肿者，只要肺泡上皮细胞不出现损伤可以不出现肺泡水肿。反之，具有肺泡水肿的病人，必定先有间质水肿。进入肺泡腔内的液体将使肺泡的气体容积或减少或消失，造成通气障碍。进入肺泡腔内液体中的蛋白成份常附着于肺泡表面，造成呼吸膜的厚度增加，这样，气体弥散的间距扩大，形成弥散障碍。另一方面，附着于肺泡表面的蛋白成份与肺泡表面活性物质结合而导致表面活性物质灭活。这样，肺泡表面张力失去了调控机制，结果造成一些肺泡过度地扩张或破坏，另一些肺泡则发生萎陷不张，这在ARDS表现得尤为明显。上述肺泡的一些病理性变化，导致了通气和换气的障碍，成为动脉低氧血症发生的重要因素。 在?型上皮细胞破坏的同时，?型上皮细胞分裂增生，并向?型上皮细胞分化，由于?型上皮细胞脱落后，其基底膜仍保持完整，这样分化来的?型上皮细胞沿着旧有的基底膜又合成一层新的，并与原来的融合成一层厚的基底膜，这样就导致了气血屏障增厚，气体弥散的间距增大，干扰了正常的气体交换，但在另一方面，基底膜的增厚却有利于防止肺泡水肿的过度发展。呼吸膜的基底膜增厚在先心病肺动脉高压或ARDS患者表现得比较明显。当?型上皮细胞出现严重损伤时，?型上皮细胞则呈现过度的增生，其中一些不经分化就占据了?型上皮细胞损伤的部位。由于?型上皮细胞胞浆厚，细胞器多不能进行气体交换，这样就使一些肺泡的气体交换面积减少，甚至完全消失。在?型上皮细胞向?型细胞分化的过程中，胞浆逐渐变薄，引长，细胞器逐渐减少，直至消失。完成这一过程需要一定的时间，因此，在单位时间内，占据修复部位的一些细胞常常表现胞浆厚，细胞器多，此谓?型上皮细胞的过渡型细胞(transitional Cells)。过渡型细胞的存在，导致呼吸膜过度地增厚，从而干扰了气体弥散，成为缺氧发生的又一个原因。肺泡?、?型上皮细胞的各种病理性变化在ARDS的急性期或恢复期时表现比较明显，它是患者严重缺氧死亡的主要原因，也是患者吸入高浓度氧也不能缓解或减轻缺氧症状的原因。 肺水肿或ARDS是体外循环外科手术常见的并发症，其发病率的多少，严重程度的高低与体外循环时间的长短、心功能的好坏以及输血正确与否等因素密切相关。在体外循环时，血内的补体常被激活，白细胞诱向肺内，这样将造成内皮细胞和肺实质的损伤，出现肺水肿，此谓非心源性肺水肿。另外，在体外循环时或以后，患者常发生左心功能低下，充盈压增高，胶体渗透压降低，导致肺水肿的发生。如果上述诸病变严重时，则可进一步诱发ARDS。体外循环的ARDS发病率约为1.3%,1.7%，死亡率为55%,65,。 肺水肿肺泡的积液中，既有液体又有蛋白和各种死亡或活着的细胞，其中包括脱落的肺泡上皮细胞、巨噬细胞，各种炎症细胞及其释放的炎症介质。这样肺泡内水肿液如不能及时排出，不仅要影响呼吸，而且将造成肺泡的进一步损伤或诱发肺的其他疾病。目前了解肺泡内水肿液(包括蛋白和细胞)的排出是通过四个途径进行的。?通过肺泡?型上皮细胞和毛细血管内皮细胞的微饮泡的泡饮或泡吐，将肺泡内的液体和蛋白成份搬运至肺泡隔内，而后再搬运至毛细血管腔内，?通过淋巴毛细管的回流，?钠离子穿过肺泡上皮细胞和远端支气管上皮细胞主动地转运。?通过气道粘液纤毛清除装置清除。后者在肺水肿清除方面具有更重要的 作用。临床观察所见，当气道粘液纤毛清除装置受损时，不仅肺水肿的消除受到干扰，而且尚可造成气道的阻塞，进一步加重患者的缺氧，甚至死亡。 正常的粘液纤毛清除装置是由粘液滴，浆液和纤毛三者组成的。它起于终末细支气管，终于喉部。粘液滴是由气道表面的杯状细胞和粘膜下腺分泌的。浆液来自粘膜下腺的分泌和渗出的组织液，纤毛是由气道的柱状纤毛上皮细胞生出的。每个柱状上皮细胞生出约2000个，长6μm，直径0.2μm的纤毛，它们浸于浆液层内，但其顶端仍露出液体层，与浆液层上面的粘液滴相接触，通过纤毛的纤动，推动粘液滴，以轴流形式，由气道的末端向头端运行，当粘液行至喉部时，或经咽咽至胃内，或以痰的形式咳出。粘液滴既可粘着外界吸入的生物或非生物的物质，有害的气体(如SO2)，同时又可粘着肺泡和气道来的死亡的或活的细胞和液体等。在肺泡至终末细支气管这一段，由于没有柱状纤毛上皮细胞，杯状细胞及粘膜下腺，而无粘液纤毛清除装置存在，它们是依赖于肺泡，呼吸性细支气管，终末细支气管间的表面张力差，将异物，液体引流至终末细支气管，再由粘液清除装置运出肺外。正常生理状态下，健康青年人的纤毛以1000次/分钟，推动粘液滴 以10.5mm/分钟的速度向头端运行。但是，纤毛的纤动机能与年龄的高低密切相关。实验结果显示，56,70岁的老人的粘液滴运行速度仅为5.7mm/分钟，明显地慢于青年人。同时，纤毛活性的高低又受多种因素的影响。例如，吸入高浓度氧可导致纤毛的机能受损。实验结果显示，吸入25,、40,或100,浓度的氧时，气道内粘液滴运行的速度分别减慢16,、18,或37,，由此可见，吸入氧的浓度越高，纤毛纤动机能的损伤就越严重。这是手术中或手术后给氧时需要注意的一个问题。在另一方面，缺氧亦可造成纤毛活性的下降，甚至造成可逆性停滞，其原因是由于纤毛纤动时需要能量供给，在缺氧时细胞内氧化磷酸化的反应受抑，纤毛由于供能不足而活性下降，在严重缺氧时，纤毛的活性将减少50,或以上。高浓度的CO2对纤毛也具有直接的毒性作用。 体温的改变对纤毛活性的影响更为重要。实验结果显示，正常体温是保持纤毛高活性的最佳温度。如果湿度不变，体温下降至20?时，纤毛纤动频率要减少50,，当体温下降至5?或高于43,45?时，纤毛将停止纤动。温度对纤毛的损伤作用，在施行低温或深低温麻醉手术时尤应注意。缩短低温麻醉的时间，对病人的复苏或预后将是十分有利的。 麻醉药对纤毛的机能损伤亦是不可忽视的另一个问题。它可造成依赖于剂量的抑制作用。例如硫喷妥钠、巴比妥、可待因、阿托品、吗啡等对纤毛的机能均可起到依赖剂量的抑制作用。 粘液滴的大小与清除机能的高低亦具有密切的关系，当粘液滴的厚度超过20μm时，将导致纤毛的负荷超重，运行机能受损，使大量的粘液滞留于小气道内。同时，一些麻醉药又可刺激杯状细胞分泌粘液的机能亢进，使气道内粘液量进一步增加，导致清除装置的机能进一步恶化，结果气道出现狭窄或阻塞，成为手术后缺氧和肺不张的重要因素。与此同时，由于气道清除机能的损伤，使吸入肺内的病原微生物或一些炎症细胞产生的炎症介质，长时间地滞留于肺内，又可诱发肺的其他疾患，常见的有肺炎等。 综上所述，在施行手术时，尤其是施行体外循环低温麻醉手术时，应充分地考虑到温度，麻醉药，高氧或缺氧对气道清除装置机能的损伤作用。术后应积极地清除气道内的积物，保持气道的畅通，对病人及早地恢复或免于术后死亡是十分重要的。 第三节 肺静脉的结构变型与肺静脉高压、肺水肿及肺血流重新分布的关系 肺静脉为肺循环的另一个重要血管段，它起于肺毛细血管后端，终于左心房，正常人肺静脉压很低，平均约为0.27kPa(2mmHg)，其血容量约占全肺血容量的40,50,。由此可见肺静脉具有压力低，血容量高的特点，由于肺静脉与左心房直接相通连，因此，左心的一切疾患，如心肌梗死、二尖瓣狭窄、晚期高血压、冠心病、心肌病以及左房血栓等，均可引起肺静脉血流动力学性质的改变及血管壁结构的变型，甚至累及肺动脉或毛细血管。所以，近年来对肺静脉的形态结构，生理机能和病理生理的研究已引起人们的重视。 肺静脉由于其分枝的大小，占位不同，其管壁的结构具有明显的差异性。在呼吸性细支气管水平位或以上的肺静脉是属于肌性静脉(muscular vein)。而呼吸性细支气管至肺泡道水平位的多属于部分肌性静脉(partially muscular vein)，而肺泡道以下的则属于非肌性静脉(nonmuscular vein )。目前人们将呼吸性细支气管水平位和以下的静脉统称为泡内肺静脉(intra-acinar pulmonary vein)，泡内肺静脉虽然很短(在大鼠约为0.5cm长)，但它在控制肺静脉的血流动力学方面却起着关键性作用。肺静脉的管腔面为内膜，由内皮细胞及其基底膜和一层疏松的胶原纤维网组成的。肺静脉的内皮细胞超微结构与肺动脉的相似，但胞浆内微丝的含量较少，这可能与肺静脉的压力低有关。肌性和部分肌性肺静脉的内皮细胞常常伸出许多胞浆突起，并穿过基底膜与中膜的平滑肌细胞突起紧密相挨，形成肌内皮连接。肺静脉与肺动脉最大的不同点是其内膜下无内弹力板。同时，其中膜亦明显地薄于肺动脉，它仅有1,2层平滑肌细胞，肌细胞的超微结构同肺动脉的相似，它呈螺旋状排列，各细胞间并不连续。但是，肺静脉平滑肌细胞常常伸出一些赘生物样突起，突入内皮细胞间，并压迫内皮细胞向管腔内突入。肌细胞的间质明显地丰富于肺动脉，尤其是胶原的含量，胶原束常呈纵行排列，在部分肌性静脉，仅部分中膜有平滑肌细胞存在，而另一部分无平滑肌，但在内皮细胞的基底膜外有中间型细胞附着，在非肌性静脉的内皮细胞外附有孤立的周细胞。 肺静脉的外膜是肺静脉的主要部分，在其内侧有一层弹力板与中膜或内膜相隔，外膜内含有大量的胶原束，其长轴与血管的长轴相平行，弹力纤维较少，外膜中仅有成纤维细胞，但在鼠的大静脉外膜内，可见有心肌细胞，除此之外，尚有小血管和淋巴管以及有髓神经纤维。 肺静脉如同肺动脉一样，在一些物理性或化学性因素的作用下，血管也要发生变形，血流动力学性质发生改变。例如，在高氧或缺氧性肺静脉高压中，泡内肺静脉的中间型细胞和周细胞呈现增生肥大，并分裂分化为平滑肌细胞，导致一些部分肌性静脉和非肌性静脉肌性化，变为肌性静脉，在肌性化进行的同时，内膜呈现增厚，甚至纤维化并出现纵走肌束。原有的肌性静脉的中膜亦出现厚化，管腔狭窄(但不闭塞)。但是在一些原因不明的肺静脉高压或ARDS病人，其内膜不仅增厚，而且还出现闭塞。 肺静脉结构的变形或血流动力学性质的改变主要是由于左心结构的损伤，功能低下或其瓣膜病变所诱发的。肺静脉高压、间质水肿以及动脉低氧血症是急性心肌梗死、心衰的主要临床指征。同时，动脉低氧血症的严重程度与心衰的严重性有关。肺间质内积液的多少，间质压的高低与肺静脉压的高低密切相关连。由于肺底部血管所承受的重力大于肺尖部，因此，肺 底部间质内渗液及间质压明显高于其他各部。这样，肺底部的微动脉和微静脉血流的阻力由于高间质压的作用而增加，部分毛细血管塌陷，这些改变迫使血液由肺底部转而流向肺尖部，底部出现低灌现象。低灌是加重动脉低氧血症的重要因素。 二尖瓣狭窄对肺静脉的结构变形或血流动力学性质的改变也具有重要的作用。例如，窦性心律并有严重的二尖瓣狭窄的病人，肺静脉血流往往减少，其原因可能与左房顺应性减低有关。又如，慢性二尖瓣狭窄的病人，由于其肺静脉长期处于高压和肺水肿状态，使肺底部的小静脉出现明显的中膜和内膜增厚，这样，血管的横切面积减少，导致阻力增加。这些变化也是血流由肺底部转向肺尖部的慢性机制。 左心和瓣膜结构的损伤，功能低下，不仅是肺静脉高压、肺水肿的诱因，而且也是诱发被动性肺动脉高压的关键因素。当肺静脉和毛细血管压力增高之后，肺动脉压力为了维持足够的推动压和肺血流量而被动地增高，形成被动性肺动脉高压，例如，在早期二尖瓣狭窄的病人，其左房压可达到2.80kPa(21mmHg)，肺毛细血管压2.93,3.4kPa(22,26mmHg)，肺毛细血管的跨壁压亦将大于血浆的胶体渗透压，出现水肿。水肿液挤压微动脉，使其管腔变得狭窄，血流阻力增加，肺动脉平均压可上升至4.0kPa(30mmHg)。另外，在一些可诱发左心功能不全的心血管疾病，如高血压，冠心病，心肌病等均不可忽视被动性肺动脉高压发生的可能性。 在病理学方面，虽然被动性肺动脉高压也具有中膜厚化和内膜纤维化的病变，但其厚化的中膜结构却不同于其他类型肺动脉高压。其中膜内平滑肌细胞的数量不是增多而是减少，甚至少于正常人的或丛样肺动脉病患者的。但是，胶原纤维和其他的细胞间质却明显地增多。由此可见 ，在被动性肺动脉高压者决定肺动脉血流动力学性质的主要因素是胶原和其他的细胞间质，而不是平滑肌细胞。因此，其肺动脉压的升高往往是轻微的或中等的。