肺循环

肺循环

Ali Salehi, MD

——奚丰(译),张晓庆(审校)

基础知识

概述

l 肺循环是将不含氧的血液由右心室传送到肺脏，再于肺泡内进行气体交换，最后将含氧的血液传送到左心房。

l 它是一高流量、低压力的系统。肺血管内皮细胞暴露于整个心输出量（CO），有200m²的表面积。相对于体循环，其阻力更低。正常的肺动脉压（PAP）只有体循环动脉压（SBP）的1/5。

l 在组织学方面，与所有其他血管相似，肺血管由3层膜构成：内膜（内皮细胞）、中膜（平滑肌）和外膜。

生理学原理

l 氧合作用：虽然从理论上来说气体交换可发生在任何一段肺血管壁上，但在正常情况下，血液在未到达真正的肺毛细血管前几乎没有O₂和CO₂交换发生。随着血液进入毛细血管床，由于总表面积突然从小动脉的1m²增加到毛细血管床的50～70m²，血流速度缓慢，但仍因低血管阻力而流动。毛细管网具有相当大的长度，在形成静脉前贯穿几个终末呼吸单位的肺泡。毛细管网的长度，与肺毛细血管床的巨大表面积一起，为红细胞提供了适当的运输时间（约0.5-1秒），也为发生在肺泡和毛细血管床内的氧气与二氧化碳之间压力平衡提供了充足的时间。

l 储血作用：担任右心与左心之间的一个蓄积池。肺血管床内有足够的血容量，能够减轻右心室输出超过2-3次跳动的变化。

l 血液过滤作用：75%的循环血液属于静脉系统；肺微血管系统是血液流过的第一个血管床。适量的微栓子可不被发觉地作用于肺血管床，这是因为微循环中多个并行途径的存在。

l 生理因素：

–CO：心输出量的增加填补了先前关闭的血管并扩张开放的血管，继而导致总肺血管表面积的增加并使肺血管阻力（PVR）降低的结果。

–通气：当肺容积最小（额外的肺泡血管收缩）和肺容积最大（肺泡血管受压）时，PVR处于最大值。在功能残气量（FRC）时PVR处于最小值。这样导致PVR与肺容量之间是一个“U”型关系。

–肺泡氧气：肺泡氧合增加导致肺血管扩张，反之，肺泡缺氧导致肺血管收缩（缺氧性肺血管收缩；HPV）。HPV发生会使血流从肺通气不足的区域被疏导至肺通气更好的区域，以改善通气/灌注匹配。

–CO₂和pH值：CO₂对肺血管没有直接影响，但可增加氢离子浓度。pH值的降低导致肺血管收缩并使PVR增加。

–自主神经系统：肺血管对于自主神经刺激的血管收缩反应与体循环血管相比不明显。

l 肺血管扩张剂：肺血管内皮细胞介导了平滑肌张力、肺血管阻力（PVR）和PAP对于血管收缩和舒张运动产生的不同刺激的反应。血管扩张剂包括：

–一氧化氮（NO）活性合成酶使L-精氨酸转化为L-瓜氨酸并释放出NO。NO扩散到肺血管平滑肌，使鸟苷酸环化酶的活性增加，继而将三磷酸鸟苷（GTP）转化为环磷酸鸟苷（cGMP）并增加了cGMP的细胞质水平。cGMP介导了血管平滑肌的松弛和血管舒张。磷酸二酯酶-5（PDE-5）催化cGMP的分解，从而限制了血管扩张的持续时间。

–环氧合酶的活化引起来自花生四烯酸的前列腺素（PGI₂）的产生。PGI₂扩散到平滑肌细胞（SMCs），调节腺苷酸环化酶的活性和三磷酸腺苷（ATP）转化为环磷酸腺苷（cAMP）。cAMP介导血管平滑肌（SM）的松弛以及血管扩张。

–磷酸二酯酶-3（PDE-3）催化cAMP分解和限制血管舒张时间。已有证据表明PDE-3可被cGMP抑制。

–环核苷酸可使特定的蛋白激酶激活，使SM内Ca⁺⁺流入减少，并降低了SM收缩Ca⁺⁺的敏感度。

l 肺血管收缩是通过以下几种机制介导的：前列腺素F2α和前列腺素A2；内皮素促进生长因子的生成；5-羟色胺促进平滑肌增殖和增生；血管紧张素结合AT1受体，使细胞内钙增加并激活蛋白激酶C（7）。

解剖

l 肺动脉在胸骨切迹水平分为左右分支进入相对的肺门。每条肺动脉分支则随着相应的支气管分为肺叶动脉。然后，肺叶动脉沿支气管反复分支继而延伸为小动脉，最终止于肺泡毛细血管。

l 肺泡毛细血管由无窗孔内皮细胞相连接。毛细血管内皮细胞的总表面积是130m²。溶液和溶质通过毛细血管床以受体介导和跨细胞运输的方式传递。后者通常受紧密连接限制。

l 位于两侧的两条肺静脉（上肺静脉和下肺静脉）携含氧血液由肺脏进入左心房。它们在肺内沿动脉和支气管独立运行。

l 由于子宫内的高PVR，仅有5-10%的右心室心输出量（CO）通过肺脏，而其余部分则通过动脉导管未闭（PDA）转移进入全身循环。在胎儿出生第一次呼吸后，NO和PGI₂因氧含量水平的升高和来自含氧红细胞ATP的产生而被释放。这一结果导致PVR的急速下降以及肺血流量随着卵圆孔未闭（PFO）和PDA的闭合的增加10倍。

疾病/病理生理

l 肺水肿发生于液体进入肺泡速度快于排除速度的时，会引起气体交换受损和低氧血症。Starling理论适用于肺内液体的分布与运输。在肺内液体过滤的推动力是跨壁压(Pc–Pi)和胶体渗透压（πc–πi）之间的平衡力。产生的滤出液实际量取决于过滤屏障（Lp）和反射（σd）系数的完整性。防止肺水肿的安全因素包括肺淋巴系统、血管的再吸收、排放入纵隔和胸腔的空间以及通过肺泡和远端气道上皮细胞的主动运输。

–肺水肿是由于推动力的增加(增加压力性水肿)、渗透障碍（增加通透性水肿）或者两者都有所导致的。渗透障碍可分为两类，一为正常增加压力性水肿，一为异常增加通透性水肿。

–肺微血管静水压增高可由左心室功能不全、左心房流出道机械性梗阻（二尖瓣狭窄）、容量超负荷、肺静脉高压或淋巴回流压力增高所导致。

–复张性肺水肿可见于肺萎萎陷患者（气胸、血胸）放置胸引管排出气体和液体后，或行开胸手术和肺隔离的病人。这被认为是由于胸腔内负压的产生与缺血-再灌注损伤。当再灌注时，不仅释放出增加基底膜通透性的自由基和炎性介质，PVR也更移向毛细血管后微静脉并增加毛细血管床静水压力。

l 内皮功能障碍：炎症、中毒（感染时）、低氧血症、CO增加（妊娠、贫血、甲状腺功能亢进症）和压力升高（左心室衰竭、二尖瓣狭窄/反流、肺静脉栓塞）可以导致内皮功能障碍。它会引起内皮源性NO和前列环素的减少，以及血栓素和内皮素-1的增多，继而发生肺血管收缩、SM增殖和血小板聚集。血小板聚集导致原位血栓形成以及5-羟色胺和纤溶酶原激活物抑制剂释放（纤溶蛋白活性下降），加剧肺血管收缩和PVR增加。内皮素和5-羟色胺引起成纤维细胞的增殖、血管外膜胶原沉积和肺血管平滑肌增生和肥大。如果基本病情不能被治愈和控制，它将导致肺动脉高压。

围术期相关

l 术前应仔细评估患者肺水肿的风险（充血性心力衰竭、肾功能衰竭、肝衰竭），并进行适当治疗。多余的液体可使用利尿剂或透析排出。围术期液体管理应谨慎提供适量的预负荷，但要避免液体过量和肺淤血。

l 肺隔离下行胸部手术的患者发生复张性肺水肿的风险增加。

l 负压肺水肿可见于拔管时（年轻健康者更为常见）。大的胸内负压并发上呼吸道梗阻的发生既会“拉着”液体从肺毛细血管床进入肺泡（Starling力），也会因严重的机械压力损伤肺微血管膜，导致毛细血管液体“泄漏”。

l 持续性低氧血症可导致PAP持续升高和血管重构。PVR升高同时PaO₂下降至60mmHg以下。因此，辅助吸氧是肺动脉高压患者管理的基础。

l 在肺动脉高压或其他肺部病变患者机械通气期间，关注肺容量和PVR之间“U”形关系对于选择合适的潮气量非常重要。最佳潮气量接近FRC，会导致最低的PVR，避免肺内分流（小潮气量）并降低肺灌注（大潮气量）。

l 肺动脉高压：

–NO、前列环素类似物（依前列醇，伊洛前列素）、内皮素抑制剂（波生坦）、PDE-3拮抗剂（米力农，氨力农）和PDE-5拮抗剂（西地那非）是以之前讨论过的机制为基础进行管理肺动脉高压患者的基础。这些药物大多用于这些患者的围术期管理。

–肺动脉高压患者应被密切监测。应尽一切可能防止PVR和PAP的任何突然升高，避免引起右心力衰竭。包括充足的氧气、过度通气（气管插管患者密切关注潮气量和呼吸频率）维持35-40mmHg的呼气末CO₂分压、酸中毒（呼吸性/代谢性）、适当的疼痛控制（减弱交感反应）、维持正常体温和维持等量体液。

公式

l 微血管屏障的Starling方程：Jv = LpS [(Pc − Pi) − σd (πc − πi)]

–Jv是通过微血管屏障的液体滤过率。

–Lp是屏障的液压渗透率。

–S是屏障的表面积。

–Pc是肺毛细血管静水压。

–Pi是间隙静水压力。

–πc是毛细管（微血管）血浆胶体渗透（或膨胀）压。

–πi是间隙（围微血管）液体渗透压。

–σd是平均渗透屏障反射系数（衡量屏障阻碍溶质从一侧通过屏障到另一侧的效率）。

参考文献

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7. Higuchi S, Ohtsu H, Suzuki H, et al. Angiotensin II signal transduction through the AT1 receptor: Novel insights into the mechanisms and pathophysiology. Clin Sci. 2007;112(8):417–428.

附加阅读

l Mason: Murray and Nadel’s textbook of Respiratory Medicine, 5th ed. Volume 1, Chapter 1: Anatomy of the Lungs, Pulmonary Circulation.

l Mason: Murray and Nadel’s textbook of Respiratory Medicine, 5th ed. Volume 2, Chapter 55: Pulmonary Edema and Acute Lung Injury.

另可见（标题、索引、电子阅读设备）

l 负压性肺水肿

l 心源性肺水肿

l 急性呼吸窘迫综合征

临床要点

肺循环是一个活性血管床，由许多介质和生理功能控制。此外，有储血、过滤和代谢等