第二章 呼吸道解剖结构与呼吸生理

第一节 概论

呼吸系统是机体与外界环境持续接触、表面积最大的器官系统，正常人的肺泡表面积约70m2，因此，呼吸器官容易遭到环境中的微生物、粒子等有害因子的侵袭。正确了解呼吸系统的解剖结构和功能，对于预防控制呼吸道疾病是非常有必要的。呼吸系统按照功能可以划分为五大区域。①呼吸道：由具有弹性的、不塌陷的管道组成，气体通过呼吸道进入人体，主要起传导气体的功能，按照解剖结构分为上呼吸道和下呼吸道；②肺泡囊和肺泡：指呼吸道末梢的气囊，构成了呼吸道的肺泡侧；③肺血液循环：肺动脉和肺静脉的终末分支包绕于肺泡周围，形成密集的毛细血管网，肺泡周围毛细血管网构成了呼吸膜的血液侧。呼吸膜是机体与外界进行气体交换的场所；④呼吸肌：主要是指胸肌和膈肌，是肺通气的动力；⑤呼吸中枢：位于脑干和大脑皮质，可以感知机体的机械性和化学性信息，发出信号调节呼吸运动的强弱，从而保证机体代谢的需要和内环境的稳定。

一、呼吸道解剖结构与功能

呼吸道包括鼻、咽、喉、气管和各级支气管，通常称喉环状软骨下缘以上的部分为上呼吸道，以下的部分为下呼吸道。从气管到肺泡是一连续而反复分支的管道，其中只有呼吸性细支气管至肺泡部分具有气体交换功能，因此该部分被称为呼吸部；而鼻至肺内的终末细支气管无气体交换功能，主要起传导气体的作用，被称为导气部（图2-1）。呼吸系统除了主要行使呼吸功能外，还具有重要的防御功能；鼻腔的嗅黏膜分布着嗅觉感受器，喉是发音的重要器官。

上呼吸道由鼻、咽、喉组成，是气体进入肺内的门户。除传导气体这一主要功能外，尚有加温、湿化、净化空气和吞咽、嗅觉及发音等功能。鼻是呼吸道的起始部，由外鼻、鼻腔、鼻窦三部分组成，也是嗅觉器官。鼻腔分为鼻前庭和固有鼻腔两部分。鼻前庭表面有粗短的鼻毛和皮脂腺，二者对尘埃和异物有一定的防御作用。

气管、支气管和细支气管无气体交换功能的部位（0～18级）为传导区，呼吸性细支气管、肺泡管和肺泡囊含有肺泡（半球状小泡），能进行气体交换为呼吸区（18～23级）。

固有鼻腔也简称为鼻腔，成人鼻腔的容积只有20ml，鼻腔内有三个突出的鼻甲，以位置的高低分别称为上鼻甲、中鼻甲和下鼻甲，三个鼻甲上曲折的黏膜使鼻腔的表面积明显增加，约为160cm2，吸入的气体在此与鼻黏膜的充分接触；且此处的血供丰富，有利于迅速地将吸入的气体湿润和加温；而且鼻腔黏膜以下、中鼻甲游离缘和前后端及接近鼻中隔处最厚，并具有丰富的静脉丛构成的海绵状组织，易于扩张和收缩，是调节吸入气体温度和湿度的重要结构。吸入的冷空气经过上呼吸道后，温度可接近体温，抵达咽部的气体，相对湿度可达80%。中鼻甲下缘以下部分黏膜为假复层柱状纤毛上皮，纤毛的运动主要由前向后朝鼻咽部运动，黏膜中含有丰富的黏液腺、浆液腺、混合型腺体和杯状细胞，能产生大量分泌物，使黏膜表面覆以一层黏液毯，随纤毛不断移动；鼻腔内还有鼻毛，它们能共同阻止异物及尘埃的吸入。另外，鼻腔内狭窄而凹凸不平的结构特点也使气体进入鼻腔后形成湍流，能增加异物或尘埃在鼻腔内沉落的机会，有助于截留吸入气体内的异物，进一步增强了鼻腔对气体净化的作用。直径在15μm以上的微粒，95%～98%可在鼻腔内被清除。可见上述鼻腔的结构和功能特点，为鼻腔完成对吸入气体的加温、湿化和净化功能创造了有利的条件。

鼻腔顶壁呈狭小的拱形，前部为额骨鼻部及鼻骨的背侧面，中部是分隔颅前窝和鼻腔的筛板，此板极薄，易骨折。底壁将鼻腔与口腔隔开，宽而平，且前部高、后部低。顶、底壁是保持鼻腔和口腔完整性的主要结构。鼻窦是鼻腔周围颅骨中含气的空腔，均开口于鼻腔，若开口引流不畅，可导致鼻腔感染。鼻腔固有的解剖学特点，是人体呼吸道重要的非特异性防御系统，它所起的作用是不容忽视的。

咽是呼吸道与消化道的共同通道，上部起自颅底，下达环状软骨的下缘，相当于第六颈椎和食管的入口平面，成人全长12～14cm。咽腔一般可分为鼻咽部、口咽部和喉咽部三个部分。鼻咽部通过咽鼓管咽口与左、右中耳相连。咽鼓管咽口周围有丰富的淋巴组织。口咽部是呼吸道与消化道的共同入口。会厌是分隔气体与食物进入呼吸道与消化道的重要结构。自会厌软骨上缘水平，至环状软骨下缘间为喉咽部，向后为食管，前方为喉。在两侧杓状会厌皱襞的外下方各有一深窝，为梨状窝，此窝前壁黏膜下有喉上神经喉内支进入喉。

喉是由一组软骨、韧带、喉肌及喉黏膜构成，呈漏斗状，上部呈三角形，开口于喉咽部，并形成咽喉前壁；下部稍呈圆柱形，连接气管，喉位于颈前正中部，在成人相当于第3～6颈椎部位，在咽的下方，是呼吸与发音的重要器官。喉的主要功能是发音，同时还是维持呼吸功能的重要器官。正常情况下，吸气时声门开放，呼气时声门缩小。当喉病变致声门狭窄，气流不能顺利通过时，可出现严重吸气期和呼气期气流阻塞，常可危及患者生命。喉底部的环状软骨血供较少，是紧急气管穿刺或气管切开放置导管的部位。在严重喉痉挛、水肿，或痰堵窒息等紧急情况下，为保持气流通畅或排除呼吸道分泌物，可直接在此处穿刺或置管，以利通气、排痰或吸引。另外咳嗽反射亦是由喉协助完成的，咳嗽时声门先关闭，此时胸内压和肺泡内压明显增加，然后声门突然开放，气流喷出，从而明显提高排除分泌物的效力。除了声门的开关影响呼吸的通畅外，头部的位置也可影响气道通畅程度。正常直立位时，口腔或鼻腔与气管形成大约90°角，气道阻力增加；当头部充分后仰，口腔或鼻腔与气道接近形成一条直线，气道阻力可明显下降，使呼吸、异物清除及气管插管更容易进行。

下呼吸道主要由气管、支气管、支气管树及肺泡等组成。根据功能可分传导部和呼吸部。

气管是由前侧的软骨部和背侧的膜部组成的管状结构，位于食管前，颈部正中，上接环状软骨，下行入胸腔，平均长10～13cm，直径18～25mm。在胸骨上、中1/3处或相当于第5、6胸椎之间分叉为左、右支气管。在胸腔内，主动脉弓使气管略向右移。气管的结构有助于协调呼吸道的关闭和开放；在吸气、呼气及咳嗽时，还能通过平滑肌的活动，调节管径的大小。

支气管由软骨部和膜部构成。分为左、右主支气管。右主支气管，粗短而陡直，平均长1～2.5cm，与气管中轴延长线间的夹角一般为20°～30°，约于第5胸椎水平经右肺门进入右肺。由于右支气管形态特点，异物坠入右支气管的机会较多，吸入性病变也以右侧发病率高，尤以右下叶多见。但右侧支气管管径粗、夹角小，通气好，引流也好，故感染亦较易控制。左主支气管较右支气管细，长度约5cm，与气管中轴延长线间的夹角一般为40°～50°，约在第5胸椎水平经左肺门进入左肺，其特点是细长、与气管接近垂直，故通气差、引流差，容易发生阻塞和感染，特别是手术后麻醉患者和机械通气患者。左、右主支气管经肺门进入肺内后反复分支，分别为叶、段、亚段、细支气管、终末支气管、呼吸性支气管、肺泡管、肺泡等，从气管开始共分23级。右支气管粗短，容易发生肺不张和感染；右中叶支气管周围淋巴结较多，当出现炎症反应肿大后，可导致管腔狭窄、通气不足和引流不畅；左上叶支气管也有类似特点。因此左下肺、右上叶、右中叶、左上叶支气管容易发生通气不畅、发生阻塞、严重低氧血症和阻塞性肺不张，也容易导致感染；对于机械通气患者一旦感染，则不容易控制。终末细支气管为传导气道；呼吸性支气管以下是气体交换的主要场所，为呼吸部。需强调传导性气道和呼吸性气道的转换并不是全或无的，而是一个渐变的过程，即在传导性气道上逐渐出现肺泡，且数量逐渐增多，先出现肺泡数量较少的呼吸性细支气管，最终出现连续、完整肺泡覆盖的呼吸性细支气管。

气管管壁均由黏膜、黏膜下层和外膜组成。黏膜上皮为假复层柱状纤毛上皮，其间散在着杯状细胞，能分泌黏液。支气管分支越细，杯状细胞数目越少，到细支气管部位黏膜仅为一层纤毛上皮和极少的杯状细胞。在靠近分叉部分还可见到大圆形淡浆细胞，可能起感觉器的作用。黏膜下层为疏松的结缔组织层，紧附于上皮基底膜处有毛细血管网，有丰富的黏液腺和浆液腺，还有沿黏膜皱襞分布的纵行弹力纤维束，并与黏膜以及纤维骨层中的软骨和环形弹力纤维相连接。在细支气管中，弹力纤维向外与肺泡的弹力纤维相连。与较大气道的软骨支架不同，弹力纤维网是维持小气道结构的主要成分，一旦破坏，容易发生气道陷闭，如肺气肿。外膜由透明软骨和纤维组织构成。气管软骨呈马蹄形，缺口位于背侧，由平滑肌束和结缔组织连接，构成膜壁。平滑肌束以横行肌纤维为主，收缩时使气管管径变小。在4或5级以下的小支气管中，软骨由不规则的软骨片所代替。软骨的消失是细支气管的标志，无软骨包绕的细支气管，其外膜平滑肌渐呈纵行排列如螺旋状，当平滑肌收缩时，支气管变细变短。与支气管管壁相比，细支气管的平滑肌纤维最多，易受外源性和内源性因素的刺激而收缩。支气管外周围绕着疏松的结缔组织，并与肺动脉和大静脉周围组织相连，其中有支气管动静脉、神经、淋巴管、淋巴组织和脂肪组织。中-小支气管管壁的破坏、水肿、平滑肌的痉挛是导致阻塞性通气功能障碍的主要因素之一。

通常称吸气状态时管道直径小于2mm的气道称为小气道。小气道管壁菲薄，炎症易波及气道全层及其周围组织，其管腔纤细，易因分泌物或渗出物等因素而致阻塞。小气道中纤毛减少或消失，微生物、尘埃等易沉积在黏膜上，导致黏膜损伤，但其总横截面积非常大，一方面使气道阻力减小，小气道阻力仅占整个气道阻力的20%以下；小气道内气流速度缓慢，以层流为主，有利于吸入气体在肺内的均匀分布。小气道平滑肌相对较丰富，通过平滑肌的舒缩，控制进入和呼出肺泡内的气体流量，有利于通气与血流比例的调节。小气道结构和内径的维持还与肺组织弹力纤维的牵拉有关，故小气道流速的下降，不仅与小气道病变有关，也有肺组织病变有关。小气道阻力的变化仅仅反映小气道功能的变化，不一定有小气道的病变。

气管、支气管上皮细胞包括

1．纤毛柱状上皮细胞（ciliated cell） 大量分布于整个气道，呈高柱状，长约20μm，宽约7μm，基底部2μm。每个细胞有纤毛300余根，发自细胞顶部的胞浆内，纤毛长7～10μm，每秒向前摆动1000～1500次。由于纤毛的摆动，可推动黏液层向上运动。

纤毛对外界环境的变化甚为敏感，机械通气时湿化不良、湿化温度过高、过低以及各种有害气体的刺激，或细菌、病毒感染等，都可使纤毛功能受到影响。

2．杯状细胞（goblet cell） 夹杂在纤毛柱状上皮细胞之间，其数目随支气管分极增加而逐渐减少。与黏液腺和浆液腺的分泌物共同调节气道表面的液体量及分布。

3．基底细胞 为锥形或多角形，位于上皮基膜上。细胞核大，位于中央部，胞浆内线粒体少。与附近细胞以桥粒相连接。基底细胞分化能力很强，纤毛柱状上皮细胞、黏液细胞由基底细胞分裂补充。

4．K细胞 又称嗜银细胞（kulchitsky cells），存在于气管及各级支气管，参与肺循环及支气管平滑肌张力的调节，其本身也是一种化学感受器。

5．Clara细胞 呈柱状或立方形，分布于细支气管以下，能合成、分泌表面活性物质，维持末梢气道的稳定性。

6．神经上皮小体 由15～50个细胞组成，呈菱形或卵圆形，以细支气管分叉处为最多见。细胞内含有5羟色胺等物质，具有调节支气管及肺血管口径的作用。小体为具有内分泌功能的神经感受器，可能受中枢神经的调节。神经上皮小体的功能与颈动脉体相似，是肺内感受氧分压变化的化学感受器。

哺乳动物从咽部到终末细支气管黏膜表面存在着黏液纤毛装置（mucociliary apparatus）；它包括了上皮细胞的纤毛、黏液细胞、黏膜下腺体以及覆盖在上皮表面的液体层。纤毛细胞的功能是将分泌物推向喉部；分泌细胞产生的黏液具有湿润和阻挡粉尘等入侵的作用。这些装置又统称为黏液纤毛转运系统，对于清除呼吸道的异物、保持正常呼吸功能起着重要作用。呼吸道黏膜的特点是：①其上皮细胞有纤毛；②含有多种分泌细胞。大气道（气管和支气管）由假复层纤毛柱状上皮覆盖，以纤毛细胞和杯状细胞为主，纤毛细胞与杯状细胞的比例约为5∶1，纤毛细胞含有纤毛，杯状细胞能合成与分泌黏液。黏膜层下有许多浆液腺及黏液腺，其腺管开口于黏膜上皮的游离面。在小气道（远端细支气管），柱状上皮细胞移行为立方上皮细胞，立方上皮细胞也有纤毛（图2-2）。此处杯状细胞和黏膜下腺体消失，代之以Clara细胞。

气道内的黏液，主要由杯状细胞和黏液下腺所分泌，连续地铺盖在表面形成黏液毯。吸入气中直径超过10μm的粉尘或颗粒被阻挡在鼻腔；直径小于0.3μm的颗粒可悬浮在吸入气中，被重新呼出体外；直径介于两者之问的颗粒则沉积在不同级段气道表面的黏液毯上，随纤毛的运动运输至大气道，随咳嗽反射排除体外。

经典学说认为黏液毯分凝胶层和浆液层，现认为是连续的。相邻细胞的纤毛进行协同性摆动，摆动频率达17Hz，黏液毯的移动速度可达20mm/min；鼻腔黏膜向后运动，汇集于咽部，被咳出，纤毛前摆和回摆的时间为1∶3，前者是主动的，而后者则是被动的。肺泡和呼吸性细支气管没有纤毛，但表面黏液相连，也可通过传导性气道的纤毛摆动而逐渐排出黏液；吸入肺泡的颗粒还可被巨噬细胞吞噬，最终进入气管。

肺的呼吸部包括呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡囊和肺泡。它们均含有肺泡，能进行气体交换，因此被称为呼吸部。

呼吸性细支气管是导气部向呼吸部过渡的管道，其起始部内径在0.5mm以下，管壁因有肺泡开口而不完整，与终末细支气管相续处的上皮为单层柱状纤毛上皮，由纤毛细胞和Clara细胞组成，近肺泡开口处为单层立方上皮，与肺泡上皮相续。立方上皮细胞的胞质内可见多泡体和板层小体，它是肺泡Ⅱ型上皮细胞的前身。上皮细胞下方为薄层结缔组织和分散的平滑肌束。管壁上的肺泡常沿着肺动脉分支分布。

肺泡管是呼吸性细支气管的分支，每个呼吸性细支气管可分支形成2～11个肺泡管，平均内径为0.1mm左右。由于其管壁上密布肺泡开口，因而其自身的管壁仅为相邻肺泡囊或肺泡之间的结节状膨大。管壁上皮为单层立方上皮，上皮下方有薄层结缔组织和少量平滑肌，其中弹性纤维和平滑肌呈螺旋状环绕于肺泡开口处。肺泡管是肺内最后具有平滑肌的管道，肌纤维的舒缩可改变肺泡口的直径，以调节进出肺泡的气量。

肺泡囊是肺泡管的分支，一个肺泡管常分支形成2～3个肺泡囊。肺泡囊是多个肺泡的共同开囗，其结构与肺泡管相似，但肺泡开口间无结节状膨大，也不含平滑肌，单层扁平上皮下只有少量结缔组织。

肺泡是支气管树的终末部分，为圆形或多边形的薄壁囊泡。平均直径为200～250μm，可开囗于肺泡囊、肺泡管和呼吸性细支气管，成人共有3亿～4亿个肺泡，总面积为70～80m2。肺泡的舒缩变化非常大，深呼气时的总面积仅为30m2，深吸气时可达100m2。肺泡是肺内唯一能进行气体交换的结构，壁很薄，表面衬以单层上皮。

终末呼吸单位为终末细支气管以下的单位，是进行气体交换的唯一场所。每一终末呼吸单位包括两根呼吸性细支气管，每根再分级三次，最后形成肺泡管、肺泡囊和肺泡。相邻肺泡间的结构为肺泡隔。每一肺泡有1～2个肺泡孔与相邻肺泡相沟通，称为Kohn孔。此外，远端细支气管与邻近肺泡之间还有由上皮细胞覆盖的小交通道，称为Lambert通道（channels of Lambert）；在2根相邻的终末细支气管间也发现有通道，称为Martin通道（channels of Martin），这些通道起到侧支通气的作用，故无论自然平静呼吸，用力过度充气，还是正压通气，正常肺泡之间的压力很容易达到平衡，不容易发生肺泡破裂。

肺泡细胞包括I、II、III型肺泡上皮细胞及肺巨噬细胞，其中I型肺泡细胞占上皮细胞总数的25.3%，但它覆盖了肺泡97%的表面积，I型肺泡上皮细胞为扁平型，胞浆薄而宽，是构成气-血屏障的主要成分。I型肺泡上皮在致病因素作用下，容易损伤脱落。I型细胞分化程度高，无增殖能力，受损后主要由Ⅱ型肺泡上皮细胞增殖、分化后形成I型上皮细胞。

Ⅱ型肺泡上皮细胞又称分泌细胞，胞体较小，呈立方形，散布于I型肺泡上皮细胞之间，突向肺泡腔。其占细胞总数的绝大部分，但仅覆盖3%的肺泡表而。Ⅱ型肺泡上皮细胞核圆形，位于细胞中央；胞质着色浅，常有空泡。电镜下观察，可见游离而较短的微绒毛，尤以细胞周边部为多。胞质中富含线粒体、粗面内质网、游离核蛋白体，高尔基复合体较发达，核上区的胞质中还可见嗜锇板层小体和多泡体。嗜锇板层小体内含以磷脂酰胆碱为主要成分的表面活性物质。Ⅱ型肺泡上皮细胞能合成、分泌表面活性物质。表面活性物质可降低肺泡的表面张力，防止肺泡萎陷，稳定肺泡直径。

Ⅲ型细胞呈立方形，其表面有短小的微绒毛，故又称为刷状细胞（brush cell），其数量少，含多种细胞器。

肺巨噬细胞存在于呼吸道、肺泡和肺间质内，其主要作用是清除入侵的细菌、粉尘、衰老的细胞、失活的肺表面活性物质等。一般认为肺巨噬细胞的寿命为1～5周。血液中的单核细胞，进入肺部后，细胞内的溶酶体增多，胞体变大，吞噬能力增强，而成为肺巨噬细胞。吞噬异物后的巨噬细胞，游走至呼吸道后，随着黏液一起被清除出体外。

肺泡隔毛细血管网间的结缔组织称为肺间质，含有胶原纤维、网状纤维、弹性纤维。老年人因弹性纤维退化，肺泡回缩能力减弱，易发生肺气肿，表现为残气量和肺总量增加。肺间质水肿早期，细支气管及其相应血管周围的结缔组织鞘变宽，然后间质水肿增宽，最后随着压力的进一步升高，液体进入肺泡毛细血管膜和肺泡。

相邻肺泡间的结构称为肺泡隔。由密集的毛细血管网和薄层结缔组织构成。肺泡-毛细血管膜（pulmonary capillary membrane, PCM）包括以下5层结构：肺泡上皮、上皮基底膜、基质层、毛细血管基底膜和毛细血管上皮。毛细血管为连续型，内皮甚薄，厚度仅为0.1～0.2μm，相邻内皮细胞间为紧密连接，内皮下基膜完整。由于毛细血管紧贴肺泡上皮，致使内皮的基膜多与肺泡上皮的基膜融合，形成厚为0.1～0.2μm的一层，称为肺泡毛细血管膜（pulmonary capillary membrane, PCM）。少数部位二层基膜间尚夹有少量结缔组织。肺泡腔与毛细血管腔之间的结构，组织学上称为气-血屏障，是气体交换必经的结构。

二、胸廓和胸腔

胸部是指颈部以下和腹部以上的区域。胸廓由12个胸椎、l2对肋骨、1对锁骨和1个胸骨构成。胸腔（thoracic cavity）是封闭的腔隙，由胸廓和横膈围成，上界为胸廓上口，与颈部相通，下界借横膈与腹腔分隔，胸腔中部为纵隔，两侧容纳左、右肺脏。肺随着胸腔的运动被动地扩张和收缩，胸腔扩张使空气进入肺内，胸腔收缩时气体被呼出。胸膜（pleura）是覆盖于左右肺脏、胸壁内表面、纵隔侧面和横膈上面的浆膜，覆盖于肺表面的部分称为脏层胸膜（visceral pleura），覆盖于胸壁内表面、横膈上面和纵隔侧面的部分称为壁层胸膜（parietal pleura）。壁层胸膜按上述覆盖的部位不同又分为4个部分。①肋胸膜（costal pleura）：衬贴于肋骨和肋间肌内面，由于两者之间有胸内筋膜存在，故较易剥离；②膈胸膜（diaphragmatic pleura）：覆盖于膈的上面，与膈紧密粘连，不易剥离；③纵隔胸膜（mediastinal pleura）：衬贴在纵隔的两侧面，纵隔胸膜的中部包绕肺根移行于脏胸膜，此移行部在肺根下方，前后两层重叠，连于纵隔外侧面与肺内侧面之间，称肺韧带；④胸膜顶（cupula of pleura）：肋胸膜和纵隔胸膜上延至胸廓上口平面以上，形成穹隆状，称为胸膜顶。因为脏层胸膜与壁层胸膜只有在支气管和肺血管进入肺内处相连续，其余部分没有相连，故在左右两肺周围分别形成一个完全封闭的胸膜腔（pleural cavities），胸膜腔内压较大气压低，称为胸膜腔负压。胸膜腔内仅仅有一薄层浆液即胸腔内液将两层胸膜隔开，可减少呼吸时的摩擦。由于胸膜腔负压和液体的吸附作用，使脏、壁胸膜紧密贴附在一起，所以胸膜腔实际上是两个潜在的腔隙。胸膜腔内负压能有效保持肺的扩张，对肺通气起着关键的作用。

纵隔（mediastinum）是左右纵隔胸膜间全部器官、结构和结缔组织的总称。前界为胸骨，后界为脊柱胸段，两侧为纵隔胸膜，向上达胸廊上口，向下至膈。成人纵隔位置略偏左侧。一般以胸骨角平面（平对第4胸椎体下缘）将纵隔分为上纵隔和下纵隔，下纵隔又以心包为界分为前纵隔、中纵隔和后纵隔。上纵隔的主要内容包括胸腺，左、右头臂静脉及上腔静脉，左、右膈神经，迷走神经，喉返神经，主动脉及其三个大分支，食管，气管，胸导管及淋巴结。前纵隔位于胸骨和心包之间，内有胸腺的下部、部分纵隔前淋巴结及疏松结缔组织。中纵隔位于前、后纵隔之间，内含心包、心脏和大血管、奇静脉弓、膈神经、心包膈血管及淋巴结。后纵隔位于心包和脊柱之间，内含主支气管、食管、胸主动脉、胸导管、奇静脉、半奇静脉、迷走神经、胸交感干和淋巴结。

三、肺的容量

肺的容量是肺内气体的总含量，其大小随胸廓的扩张和回缩而变化。肺的容量的周期性变化是实现气体交换的前提，平静呼吸时肺的扩张和回缩幅度小，肺的容量变化小，气体交换量小；深呼吸时肺的容量变化大，气体交换的量也相应增大。肺组织的结构和功能发生改变时，肺的容量也会相应地增大或减小，从而影响肺的气体交换功。肺容量一般是指肺的含气容量。在不同情况下肺容量的大小不同，测定方法、原理也不同。

（一）肺容量的基本概念

随着呼吸运动及其幅度的变化，肺的容量也相应地发生改变，据此划分为四种基础肺容积（basal lung volume）和四种基础肺容量（basal lung capacity）。容积是指安静状态下，一次呼吸所出现的呼吸气量变化，不受时间限制，理论上具有静态解剖学意义，基础肺容积彼此互不重叠，包括潮气量（tidal volume, VT）、补吸气量（inspiratory reserve volume, IRV）、补呼气量（expiratory reserve volume, ERV）和残气量（residual volume, RV）。容量是由两个或两个以上的基础肺容积组成，包括深吸气量（inspiratory capacity, IC）、肺活量（vital capacity, VC）、功能残气量（function residual capacity, FRC）和肺总量（total lung capacity, TLC）（图2-3）。临床上也可根据测定方法的差异分为直接测定肺容量和间接测定肺容量，前者可通过肺量计或流速描记仪直接测定，包括VT、IRV、IC、ERV、VC；后者则均含有无法用肺量计直接测定的残气量部分，需通过标记气体分析等方法间接换算出来，包括RV、FRC、TLC。

肺容量指标众多，常用指标有潮气量、肺活量、残气量和功能残气量、肺总量等。不同指标反映不同的呼吸生理学特点和临床意义，联合应用价值更大。

（二）潮气量（VT）

是指静息呼吸时每次吸入或呼出的气量。因呼吸气体交换率（二氧化碳排出量与氧摄入量之比）小于1，因此吸气潮气量大于呼气潮气量。在氧耗量突然减小和二氧化碳排除量增加的情况下，如剧烈运动后、刚接受机械通气时，呼气潮气量可能大于吸气潮气量。在安静状态下VT大致是稳定的，但每间隔一定时间会有一次不由自主的深吸气，也称叹气动作，其通气量约为VT的二倍。呼吸机设置中的叹气样呼吸即由此而来。在阻塞性通气的患者，为降低气流阻力，减少呼吸做功，常采用深慢呼吸的形式，潮气量较大，但严重通气功能障碍的患者，不仅气流阻力增加，功能残气量显著增加，胸-肺组织的弹性回缩力也显著增加，即伴随限制性通气，同时出现内源性PEEP（PEEPi），此时机体无法代偿，常出现浅而略快的呼吸，潮气量减小，动脉血二氧化碳分压（PaCO2）升高。在限制性通气的患者，为克服增加的肺组织阻力，常采取浅而快的呼吸，潮气量减小；但在急性肺组织病变，如急性肺损伤（ALI）或急性肺水肿，由于各种机械性感受器和化学性感受器的兴奋，不仅呼吸频率显著增快，潮气量也较大，从而出现通气量的显著增加，伴随PaCO2的下降。

（三）肺活量（VC）

VC测定简便易行，可重复性良好，是评价肺功能的最常用指标之一。

1．影响肺活量的生理因素 影响肺活量的生理因素主要有年龄、性别、身高、体重、体力锻炼等。成年以前随着年龄的增加，肺活量增加。同样情况下，男性的肺活量大于女性的。身材高者肺容积增大，肺活量相应增大。原则上体重重者肺活量大，但实际上并非完全如此，因为体重与身高直接相关，在身高确定的情况下体重对肺活量的影响几乎可以不考虑，另外，若体重显著增加反而可能限制肺的扩张，导致肺活量的下降。体力锻炼者肺活量常显著增加。考虑到上述生理因素的影响，计算肺活量的预计值时一般将年龄、性别、身高、体重考虑在内，并将实测值占预计值的百分比作为判断肺活量是否降低的指标。

2．影响肺活量的病理因素 VC仅表示肺脏最大扩张和最大收缩的呼吸幅度，其大小受呼吸肌力、肺胸廓的弹性及气道阻力等因素的综合影响，因此临床上任何影响上述因素的情况都会导致肺活量的下降。导致肺活量下降的疾病大体可分为六类。

（1）肺外疾病导致肺的扩张或回缩受限：神经-肌肉疾病导致的呼吸肌无力；胸廓疾病，包括胸廓畸形、胸廓损伤、胸腔积液、胸膜肥厚粘连、气胸、纵隔占位、大量腹水或腹部肿块、上腹部手术、膈下脓肿或炎症等，均可限制肺组织的扩张，导致肺活量减少和限制性通气。

（2）肺内孤立性病变导致肺的扩张或回缩受限：主要有肺内巨大肿块或大泡、肺内弥漫性大泡、多发性肺囊肿等可导致肺容积的显著减少和限制性通气功能障碍。

（3）肺组织病变导致肺的扩张或回缩受限：组织病变包括肺泡、肺泡毛细血管膜、肺间质和肺血管的病变。常见疾病有各种原因导致的特发性和特异性弥漫性肺间质纤维化，各种原因的肺间质和肺泡水肿，如急性肺损伤和心源性肺水肿、肺泡蛋白沉着症、弥漫性肺泡细胞癌、尘肺、纤维空洞型肺结核等。该类疾病进展到一定程度常出现肺活量的下降和限制性通气功能障碍。

（4）肺部分切除术：切除范围不大，通过正常肺组织的代偿，肺活量可无明显改变；若切除范围较大，正常肺组织不能代偿时，则出现肺活量的下降。

（5）呼吸道阻塞导致肺的扩张或回缩受限：各部位气道的阻塞或气流的受限都会导致阻塞性通气功能障碍，一般对肺活量的影响不大，但严重阻塞的情况下，将导致肺组织回缩严重受限，出现肺活量的下降。

（6）呼吸无力导致肺的扩张或回缩受限：主要见于神经-肌肉疾病，或严重阻塞性疾病导致的呼吸肌疲劳，如肌力恢复，VC可恢复正常。

3．肺活量（VC） 的主要价值 VC作为单一指标具有较高的诊断价值。

（1）限制性疾病及其程度的判断：VC可准确反映正常人和限制性疾病患者的容量大小，是判断限制性通气障碍程度的主要指标，一般认为VC小于预计值的80%为轻度限制性功能障碍，小于40%为重度，两者之间为中度，这与阻塞性通气功能障碍用MVV（或FEV1.0）表示阻塞程度明显不同。

（2）阻塞性疾病及其程度的判断：VC的大小受呼吸肌力、肺胸廓的弹性及气道阻力等因素的综合影响，其形态可反映“气流阻塞”的存在，正常或限制性通气功能障碍的患者VC线迹陡直，而阻塞性患者则线迹弯曲，阻塞越严重，线迹越弯曲，甚至接近反抛物线。也有人把VC分为吸气肺活量及呼气肺活量，上述方法测得的为呼气潮气量，简称肺活量；而尽量深呼气后，做最大吸气，所吸入的气量为吸气肺活量。正常人或限制性通气障碍患者二者相等，严重阻塞性肺疾患，因呼气阻力增高，呼气肺活量可小于吸气肺活量。在阻塞性肺疾病的轻度和中度阶段，通过呼吸形式的代偿（深慢呼吸），肺活量、残气量、肺总量等容量指标保持正常，但严重阻塞性通气的患者，即使缓慢呼气，气体也不能全部呼出，此时常出现VC的下降，并出现PEEPi。

（3）临床监测：在限制性疾病患者，VC逐渐下降，说明病情加重；反之则说明治疗有效，病情改善。在肺部阻塞性疾病发作，VC下降说明存在呼吸肌疲劳，容易发生呼吸衰竭或呼吸衰竭加重；治疗后VC升高则说明呼吸肌疲劳改善。

（四）补呼气量（ERV）

ERV在正常人群中波动范围较大，尤其与体位有关。从站立位改为仰卧位时， ERV可下降600～900ml。

一般ERV占VC的1/3，严重阻塞性通气功能障碍时，ERV占VC的比例可显著减小，部分限制性疾病，如肥胖、腹水等也明显减小。精神紧张或配合不佳的患者呼气基线常上移，ERV增大。总体上讲，ERV本身无多大的临床价值，一般极少应用。

（五）深吸气量（IC）

一般IC占VC的2/3。深吸气量是完成最大通气量（MVV）的主体部分。多数限制性疾病的容量下降主要是IC的下降；而在阻塞性肺疾病，IC的变化不明显，除非是严重气流阻塞的患者。体质虚弱的患者多存在呼吸肌无力，可使MVV下降，但若IC尚能维持正常，待患者体力恢复后MVV可明显增加。研究发现，IC可较好反映COPD的阻塞程度和治疗效果。

（六）功能残气量（FRC）

1．FRC的生理学意义 FRC的存在有重要的生理意义。首先是保持动脉血氧分压（PaO2）的稳定。倘若不存在FRC，肺泡气氧分压在呼气末将会减少到静脉血水平，而在吸气时会接近于空气中的氧分压，结果动脉血的氧分压、氧含量就要随每次呼吸而发生显著波动，发生间歇性分流，这在临床上主要见于急性肺损伤和肺水肿的陷闭肺泡区。相反，如果FRC大，则吸入的新鲜气体被其过度稀释，从而减少肺泡毛细血管膜两侧的气体分压差，也不利于气体交换；但若吸入高浓度氧气使氮气被稀释，尽管通气量可能不足，但氧的交换仍能顺利进行，因此过度充气时非常容易纠正低氧血症。

2．FRC的变化反映呼吸力学的变化 FRC的大小主要取决于肺的弹性回缩力、气道阻力和呼气时间。FRC增大表示肺过度充气，如严重气道阻塞（如支气管哮喘）或气道陷闭（如肺气肿），此时小气道阻力显著增加或肺弹性显著减弱导致气流严重受限时、FRC增大；当然轻中度气流受限，通过呼吸形式的代偿（深慢呼吸）, FRC保持不变。FRC降低表示肺容积减少，如肺水肿、肺损伤、肺纤维化时，肺弹性增强， FRC减少。气胸、胸腔积液、胸廓畸形导致肺容量全面减少，FRC也相应减少。而机械通气本身则主要通过人工气道（增加气道阻力）和呼气时间影响FRC的增大和过度充气的发生。

3．功能残气量与闭合气量 令被检查者呼气至RV，然后吸入纯氧至TLC，再缓慢地呼气至RV。将呼出气的容积和氮浓度分别输入函数记录仪的X和Y轴，绘出由TLC呼气至RV过程中氮浓度变化的曲线，称为闭合容量曲线。处于RV时，因重力影响，在肺底部，肺泡的容积较小，含氮量少（需强调此时上、下部肺泡内的氮浓度相同），肺底部的小气道关闭。从RV吸氧至TLC时，上下部肺泡同时扩张，但因膈肌的作用强于肋间肌的作用，下部肺泡扩张的容积比上部大，所以进入肺下部的氧多于上部，肺内氮浓度则自下而上递增。

呼出气中氮浓度变化曲线可分为四相。第I相为解剖无效腔中的纯氧，氮浓度为零。第Ⅱ相为无效腔和肺泡内的混合气，随呼出气中肺泡气的比重增加，氮浓度快速升高。第Ⅲ相为上、下部肺泡的混合呼出气，氮浓度上升缓慢，亦称平台相；笫Ⅲ相的斜率反映肺泡气体分布的均一性，如果所有肺泡的通气功能相同，此相为一平线，Ⅲ相斜率为零。斜率增加，说明肺泡内气体分布不均，斜率越大说明离散度越大。呼气时，随着肺容积的不断减小，小气道开始自下而上逐渐关闭，上部肺泡排气的比重逐渐加大，氮浓度迅速升高，故出现第Ⅳ相。由于肺泡充盈与排空的时间常数的离散度加大，所以气流阻塞性疾病的Ⅲ相斜率增加，曲线变陡。

闭合容量（closing capacity, CC）是指平静呼气过程中肺部小气道开始关闭时所测得的肺容量。闭合气量（closing volume, CV）为CC与RV的差值。

RV的临床意义与FRC相似，但在气流阻塞性疾病的变化常常更显著。TLC变化的特点为：TLC的增大反映肺组织弹性减退，TLC正常说明肺组织的弹性正常，而TLC下降则反映肺容积减少和胸廓-肺组织的弹性增加。在气道阻塞性疾病，如支气管哮喘，RV、FRC可显著升高，但TLC不变或变化不大，RV/TLC显著升高，但在气道陷闭性疾病，如COPD，肺弹力纤维破坏，不仅RV、FRC显著升高，TLC也明显增大，由于RV的升高幅度明显大于TLC, RV/TLC也明显升高。

RV/TLC升高主要见于气流阻塞性疾病，反映气流阻塞的程度。一般认为RV/TLC排除了个体因素的影响，可较准确反映阻塞的程度，但实际上也不尽然，比如在部分限制性疾病，若RV的下降比TLC更显著（如肥胖、腹水）也可出现的RV/TLC升高，因此用RV/TLC判断气流阻塞的程度时需同时结合RV、FRC和TLC的变化。若同时出现RV、FRC和RV/TLC的同步升高，RV/TLC可用来反映气流阻塞和肺气肿的程度。

四、肺的血液循环

肺的血液循环包括肺循环和支气管循环，其中肺循环位于左右心室之间，其主要功能是在低压下将血液从右心室运输到肺微血管进行气体交换。肺的微循环提供了50～70m2的巨大气体交换面积，肺微循环除了气体交换功能外，还具有平衡肺血管内外液体的作用，这一作用在肺水肿及炎症渗出等病理生理过程中具有重要意义，肺血管内皮细胞还有重要的代谢功能。

肺有两套供血系统，一套为体循环中的支气管循环，包括支气管动脉、毛细血管和静脉，是肺、气道和胸膜等的营养血管；另一套为肺循环，由肺动脉及其分支、毛细血管和肺静脉组成，肺循环接受全身各器官的静脉回心血，并在肺内进行气体交换。

肺循环主要由肺动脉、肺静脉以及连接两者的肺毛细血管组成。肺微血管系统参与肺的气体交换和液体交换。肺微循环（pulmonary microcirculation）是指部分肌性肺动脉远端收缩力不太强的微血管。从总体上看，这部分血管总的横截面显著增大，相应的血流速度明显缓慢。肺微血管系统的毛细血管通常分为三型：肺泡毛细血管，肺泡交界毛细血管和肺泡外毛细血管。肺泡毛细血管存在于相邻肺泡壁间并填满肺泡间隔，这部分血管易受肺泡内压力变化的影响，当肺泡内压力升高超过胸腔内压时（肺充气）血管受压，血流减少；反之，血管扩张，血流量增加。同时这部分血管也受到肺泡表面张力的影响，因此，肺泡毛细血管的血流状态取决于肺容量、血管压力和肺泡表面张力的变化。肺泡交界毛细血管位于三个肺泡的交界处，这部分血管行走于上皮皱襞中，位于肺泡表面活性物质薄膜转曲处的正下方，这样肺泡交界毛细血管处于平滑弯曲组织包绕的空间中，避免了受肺泡压力变化的影响，但这部分血管的数量有限，作用也有限。肺泡外毛细血管为包绕于结缔组织鞘中的小血管，不受肺泡内压力变化的影响，但受肺间质压力的影响。肺间质压力随着肺充气而减小。因此，肺吸气时肺泡毛细血管内径缩小或关闭，而肺泡外毛细血管开放，肺泡交界毛细血管无明显变化，肺泡毛细血管血流受阻时，血流仍可通过肺泡交界血管和肺泡外血管通道继续从动脉端流向静脉端。肺泡内外血管在呼吸过程中的不同状态说明肺血管容易和肺容量阻力发生依赖性变化。

支气管动脉是肺，特别是肺动脉、气道和胸膜的营养血管，支气管动脉一般起源于主动脉弓远端和胸主动脉腹侧，但其起源部位和数量变异较大。支气管动脉从肺门附近进入肺，通常行走于支气管血管鞘内，支气管动脉的管径明显小于伴行的支气管或肺动脉，炎症病变时明显扩张。营养气道的支气管血管，其毛细血管丛分布于大小气道壁内，主要功能是向支气管至呼吸性细支气管段的气道供血，而呼吸性细支气管以下部位的血供由肺循环完成；支气管静脉和小静脉分布于支气管黏膜固有层和外膜中。支气管静脉与肺静脉之间存在大量的吻合支，在终末细支气管段，支气管小动脉与呼吸性细支气管和肺泡导管处的肺泡毛细血管丛广泛吻合。支气管小静脉大部分在肺门附近汇合成支气管静脉，并最终通过奇静脉、半奇静脉或左无名静脉回流入右心房。支气管循环在正常情况下的血流量仅占心排出血量的1%～2%。

（一）肺循环的基本特点

肺循环为低压、低阻、高容系统，其基本功能是进行气体交换。

正常肺循环内各部位压力都非常低，压力差也非常小，其动脉主干的平均压力为15mmHg，收缩压和舒张压分别约为25mmHg和8mmHg。而主动脉的平均压为100mmHg，高出肺动脉压5～6倍；左右心房的压力较为接近，分别为5mmHg和2mmHg；因此肺循环和体循环的压差分别约为l0mmHg和98mmHg，两者相差10倍。肺动脉及其分支的管壁菲薄，平滑肌细胞含量较少，这是维持其低压状态的结构基础；相反，体循环的动脉通常管壁较厚，平滑肌细胞丰富，特别在小动脉壁中这一结构特点尤其明显。这种结构的差异保障了两种循环系统的不同功能，体循环调节全身各部位的血供，包括离心脏平面较高的部位（如头部或高举的上臂）；肺循环需要持续接受全部的心排出量，而很少涉及将血液从一个区域转送到另一区域，故其压力低至维持肺顶部的血供即可。肺循环的这种低压力减轻了右心做功，使其在很小的做功条件下有效地维持肺的气体交换。

肺循环中的压力分布比体循环均匀得多，最大的压差位于毛细血管上游。肺毛细血管位于小动脉和静脉之间，由于毛细血管静水压（capillary hydrostatic pressure）是液体渗入肺间质和肺泡（肺水肿）的主要压力，故在临床上测定这一压力将有助于判断肺水肿的性质和部位。在一定的动脉至静脉管道间，毛细血管压力取决于血流沿着该管道的纵向阻力分布。

正常情况下，肺泡毛细血管被气体所包围，因此受到外周肺泡上皮细胞和间质的支撑力极小；其结果是肺泡血管的萎陷或扩张取决于血管内和肺泡内的压力差（跨壁压）。当肺泡内压上升超过毛细血管内压力时，则血管萎陷。相比而言，肺动脉、肺静脉等大血管和肺泡外血管外周的压力实际小于肺泡毛细血管外周压力，肺吸气时血管外周实际压力降低，降低的程度与胸腔内压的变化呈正比，这时由于这些大血管受到肺实质的弹性牵张力作用而被动扩张。

因此，描述体循环压力只需参考周围环境压力（大气压即可），如血压100mmHg是指体循环的压力高出大气压100mmHg；而描述肺循环压力时则复杂得多，因为肺循环周围无确定的压力（随呼吸周期而改变），且不同部位的压力也不相同（肺泡毛细血管和肺泡外毛细血管及大血管受呼吸的影响不同），因此描述肺循环的压力必须涉及循环内压力，外周压力和跨壁压。

1941年Coumand和Ranges建立了右心房导管术，开始测量右心系统压力。1946年Bloomfeld等人利用肺动脉导管术测定了成人肺循环中心压。正常肺静脉压和左房压参数是评价血流动力学的基础。然而利用心导管术测量左房压要比测量右心腔和肺动脉压困难得多，直到20世纪40年代了解到的楔压（wedge pressures）几乎完全相等于同一时相左房的舒张末压（end-diastolic pressures）时，这一问题才得到解决。在测定楔压时，应将导管末端“楔”入肺动脉或将血管内导管外周的气囊充气以闭塞肺动脉某一分支的血流。在血液不流动的情况下记录到的压力变化实际反映下游未闭塞血管网中压力的变化，即肺毛细血管和小静脉压力的变化。此时肺小动脉末端、毛细血管、肺静脉、左心房形成一密闭的管道，因此楔压实际反映了左房压（left atrial pressures）。肺动脉导管术的应用使得测定肺动脉压和楔压容易了很多。目前测量上述压力可通过漂浮导管经体循环和右心进入肺循环进行，已广泛用于研究健康人和危重病患者的血液循环。

在正常人和非肺疾病患者，肺动脉的舒张末压与楔压非常接近，因此舒张末期肺动脉的舒张压可代表左房压，而总的压力差达到最小（接近于零），此时肺循环中血流速度非常缓慢，慢于心腔中任何一点的血流速度，但这种接近相等的关系在肺循环病变时遭到破坏。因此，在任何有肺部疾病的患者，肺动脉舒张压均不能准确代表左房压。

（二）肺血流

肺血容量大约是体循环总容量的12%。故在成人两侧肺约含有450ml血液，其中70～100ml存在于肺毛细血管，其余大部分分布于动、静脉中。因此自然吸气时，尽管肺循环阻力增加，但血容量也增加（与体循环不同）。如用力呼气或正压呼吸时，肺中形成高压，肺循环可向体循环挤压多达250ml的血液。大出血时体循环血容量的丧失可部分通过肺循环自动转移而得到补偿。血中儿茶酚的量显著增加时，体循环血管收缩，而肺循环变化不大，大量体循环血液进入肺循环，这是脑部损伤时发生肺水肿的机制之一。

通过肺的血流量相当于心排出量。因此影响心排出量的因素也影响肺血流量。在大多数情况下，肺血管呈被动性扩张，肺循环压升高时血管扩张，而压力下降时血管回缩；但肺血管也受各种神经-体液因素的调节。肺血流量在各肺段分布尽可能均匀一致，这一点在确保血液在肺中进行正常的气体交换显得非常重要。

肺循环接受几乎全部的心排出量，但血流在肺内的分布极不均匀。在直立的人体，由于重力作用对肺各部位血流的影响造成从上至下存在一个流体静力学梯度，以成人高度估算，压差约为30cmH2O。West等人根据肺动脉压（PAP）、肺泡内压（PA）和肺静脉压（PVP）三者间的关系，首先提出了肺血流分布理论，即肺区（zone）概念。在平均PAP等于20cmH2O时，从肺底部上升20cm处后，PAP降至零；平均PVP为10cmH2O时，从肺底部上升10cm处，PVP降至零；肺处于静息状态，且声门打开时， PA在全肺为一恒定值，大小为0。根据上述压力的分布特点，可将肺血流分布划分为三个区：I区、Ⅱ区和Ⅲ区。I区位于距肺底部20cm以上的区域内（肺尖部）, PAP和PVP均小于零或PA，该区在周围肺泡内压的作用下，肺血管萎陷，血流量极少或终止，形成了无效腔样通气；Ⅱ区位于距肺底部10～20cm的范围内，此区内PAP>PA>PVP，因此该区的肺血流量取决于PAP和PA间的压差，而与PAP与PVP间的压差无关；Ⅲ区位于距肺底部10cm以内的区域，PAP>PVP>PA，故该区肺血流量取决于PAP与PVP间的压差。按照这一理论，在Ⅱ区PAP>PA>PVP，由于此时对血流的有效反向压（effective back pressure）是PA而非PVP，故肺静脉压的升降对肺循环血流几乎没有影响，只有当PVP升高超过PA时（如左心衰）, PVP才成为血流的有效反向压。

在正常自主呼吸情况下，肺的绝大部分处于Ⅲ区状态，而I区状态几乎没有。在实际情况中，病人仰卧位时，肺中不存在I区。在血容量减少时，肺血管内压力下降，可导致肺I区出现，随着血容量的进一步下降，I区的范围也进一步扩大，肺的解剖无效腔明显增多。在正压机械通气情况下，肺泡内压明显增加，并高于血管内压，特别是在应用呼气末气道正压（PEEP）过大的情况下，将导致全肺向Ⅱ区和I区转化，导致肺血流明显减少；相反，在肺血管内压力增加的情况下，例如充血性心力衰竭，Ⅲ区比例增大，肺血流增多；肺顶部血流增多将导致Ⅱ区和I区缩小、消失。但肺顶部通气量较少，血流量增加的结果可造成失调加重，因此在左心衰竭的发展过程中，即使不出现肺水肿也可引起低氧血症。正常情况下，肺血管床有较大的储备，很大一部分血管床没有血流灌注，相当于I区出现，因此在需要的情况下，关闭的血管可以重新开通，已开放的血管床可以更加扩张。例如，在肺切除术后，实际的肺动脉压并不升高；在运动的时候，肺血流量明显增加，但肺动脉压的增加也很少，这些均是由于肺血管床被动扩张，血流通过肺血管床阻力减小所致。

（三）肺血管阻力

肺血管的阻力主要存在于肺微血管中，其中几乎一半形成于毛细血管中。这些结果提示肺小动脉和毛细血管是肺血管床压力下降的主要部位。而体循环的血管阻力主要存在于小动脉。

在肺动脉压轻度增高的情况下具有容纳大幅度增多的心排出量的能力是正常肺循环的显著特征。因此尽管肺血管阻力（PVR）非常低，但对于低压性肺循环中的血管内压力升高具有很好的适应性。在正常生理情况下，肺微血管床中部分毛细血管处于关闭状态，或即使开放也没有血流通过，当循环压力升高时，这些血管开放并让血流通过，使得总的血管阻力降低。所谓毛细血管床的重新开通显然是肺动脉压升高时肺血管阻力（PVR）下降的主要机制。肺循环中部分毛细血管在低灌流压情况下处于关闭状态的机制尚不清楚，可能是由于致密复杂的毛细血管网随机的几何学结构差异所致，即一部分血管优先通过血流，另一部分血管暂时处于不通状态；另一种可能的原因则为重力导致各部位血管通过血流的临界开放压（COP）存在差异，造成肺微血管床中开通的血管数量与肺动脉压或肺循环压差的变化成正比关系。

肺容量也是影响肺血管阻力（PVR）的重要因素。肺容量变化对肺泡毛细血管和肺泡外血管的阻力存在相反的影响，在功能残气量（FRC）位置肺血管阻力最低，肺容量增加或减小皆会导致肺循环阻力。随着肺的扩张，肺泡外血管（包括肺泡外毛细血管和肺静脉、肺动脉）口径变大，阻力下降；而在肺泡毛细血管，随着肺泡内压的升高，毛细血管的跨壁压升高，血管阻力增大。此外，肺容量增大时，由于肺泡壁延展使肺泡毛细血管口径变小，这也是PVR升高的因素。PVR除了受到影响肺血管口径的因素的影响外，还受影响肺容量的机械因素、影响肺血流量的血流动力学因素或毛细血管床重新开通等因素的影响。许多影响肺血管壁平滑肌舒缩状态因素也会影响PVR，其中最主要的影响因素是缺氧和酸中毒。

血液黏滞度与PVR成正比关系。决定血液黏滞度的主要因素是血细胞比容。实际上血液黏滞度反映了红细胞在肺微血管中的变形能力和血浆黏滞性。实验结果显示在各种血流速度情况下，血液中血细胞比容值大于40%时可引起平均肺动脉压和肺血管阻力的明显升高，缺氧诱发的红细胞增多症以及造成的血液黏滞度增大是导致高原性PVR增高的主要因素。

五、影响肺循环的因素

与体循环主要受神经调节影响不同，化学性调节和肺容量变化在肺循环的调节中发挥更重要的作用。

（一）肺容量变化对肺循环功能的影响

自主呼吸或机械通气（MV）引起肺容量的变化可对肺循环系统产生复杂影响，这种作用通过以下几种机制发挥作用：自主神经张力的改变、PVR的变化、对心脏的直接压迫、腹内压的增加等。MV除可导致肺容积的周期性扩张外，应用呼气末气道正压（PEEP）或持续气道正压（CPAP）以及气流阻塞导致的过度充气还可产生肺容积的过度扩张，对肺循环系统产生更大程度的影响。

肺的周期性充气影响交感和副交感神经的张力。正常自主吸气时，心率加快，而呼气时心率变慢，称为呼吸性心律不齐，它反映了呼吸、循环两系统之间耦合的敏感性。通常认为吸气时交感神经兴奋占主导地位，而呼气时副交感神兴奋占主导地位。但潮气量（VT）超过15ml/kg，使肺处于高容量状态时反而出现心率的下降，血管扩张，这种肺充气-血管扩张反应在新生儿MV初期较易出现，似乎由传出迷走神经介导，选择性迷走神经切除可阻断这一现象。

PVR受肺容积的影响较大，在FRC时肺血管处于良好的弹性扩张状态，阻力最小。肺毛细血管可主要分为两部分，一是分布于肺泡周围，称之为肺泡毛细血管，另一类是为间质压力所包绕肺泡外毛细血管。肺泡毛细血管吸气期肺泡扩张，肺血管受压，这在自主呼吸和MV时是相似的，但也有一定程度的差异，自主呼吸时，胸腔负压对肺泡血管有一定的扩张作用，故肺血管阻力增加较小；但MV则主要是肺泡的被动扩张，阻力显著增加。肺泡外毛细血管阻力在自主呼吸和MV时差异较大，因为血管阻力受间质压影响，而间质压与胸内压相近，在呼吸时随胸内压变化而变化。自主呼吸时，肺容积增加，间质压由于肺间质弹性回缩力的增加而减少（一般形成负压，与胸腔负压相似），导致肺在吸气期血流增加；MV时肺泡正压向间质有一定程度的传导，使阻力增加，但与肺泡毛细血管相比，程度要轻得多。上述效应导致自主呼吸时，肺容量、总肺血管阻力、肺血容量和肺血流之间的复杂关系，但总体上是肺容量增加， PVR增加，肺血流量增加；而MV时，则比较一致，随肺容积的增加，PVR增大，肺血流量减少。在正常情况下，PVR的增加是轻微而短暂的，右心室很容易做出适当的调整，以保持恒定的心排出量。

在疾病状态下，如在肺过度充气时则会显著加重右心室前负荷，降低心排出量。当肺容量减少至正常FRC以下时，PVR也会增加。肺容积显著缩小时，肺血管周围弹力纤维缩短，弹力减小，肺血管因缺乏弹性牵引而缩窄，使得PVR显著增加。另外，肺弹性回缩力的下降使终末气道萎陷，导致肺泡通气不足和肺泡低氧，当肺泡内PO2低于60mmHg时，PVR也将增加。局部肺泡或小气道的陷闭，将导致局部肺血管收缩和PVR增加，如ARDS和限制性肺疾病，这类疾病终末期常合并右心衰。提高Fi02，通过改善肺泡低氧可以减轻或去除低氧性肺血管收缩，降低PVR。采用CPAP或PEEP使肺组织恢复至FRC或局部肺组织恢复FRC，亦能降低PVR和右室后负荷。若MV的VT过大或PEEP水平过高，或呼气时间过短，导致肺泡过度充气都可引起PVR增高。若FRC超过正常水平（占肺总量的40%）或吸气末肺容积超过压力-容积曲线（P-V曲线）的高位拐点（UIP），将显著增大PVR。若存在肺容积缩小，如急性肺损伤（ALI）；或肺血管床的减少，如COPD，原发性肺动脉高压，MV对PVR的影响将显著增加。

总之，低于或高于FRC的肺容积变化均会引起PVR增加，随之影响右心室排出量，吸气末容积超过P-V曲线的UIP也将显著增大PVR，任何治疗措施能使呼气末肺容积处于或接近生理FRC时，PVR即可降低。

（二）跨膈压的变化

自主吸气时，膈肌收缩，横膈下降；腹内压增加，腹腔内血管（主要是静脉）阻力增加，压力也增加，该作用在正常肺自然呼吸时作用轻微而短暂。肺容积的显著增加，如严重气道阻塞，MV设置不当、呼气不足，或PEEP治疗，可导致横膈显著下降和腹内压的显著升高。

体循环系统静脉血回流量与驱动压成正比，与血管阻力成反比。驱动压是外周静脉与中心静脉或右心房的压力差。自主吸气时，胸内压降低，腹内压升高，腹腔血管的压力和阻力上升，复合效应往往是增加静脉回流。正压吸气，增加了右房压，但相应腹内压亦增加，其复合效应是静脉回流没有变化或轻度降低。若肺容积显著增加，腹腔静脉的阻力和胸腔压力皆将显著上升，两者共同作用将使回心血流量显著下降。

（三）胸内压变化对循环功能的影响

由于体位、重力和表面张力的影响，胸膜腔不同部位的压力不同，一般肺尖部较肺底部负压高，心脏周围较同水平其他部位的负压高。临床上测量每一点的胸膜压非常困难而且没有必要，常用单一的胸内压表示胸膜腔内压的变化。

自主吸气时，胸内压下降；MV吸气期，肺泡被动扩张，胸内压增加。在气道阻力增加、肺顺应性降低或用力吸气时，自主吸气将导致胸内压的显著下降和三凹征的出现。在肺组织过度充气、肺组织顺应性增加、胸壁膜顺应性降低或大VT通气时，正压吸气引起的胸内压增加将更加显著。

胸内压的变化也受呼吸运动的影响，故一般用平均胸内压作为MV影响循环功能的评价指标。一般认为循环系统由两部分组成，一部分位于胸腔内，受胸内压影响；另一部分位于胸腔外，受大气压影响。胸内压下降必然导致压力梯度增大，回心血流量增加。通常用中心静脉压（CVP）表示回心血流量是否充足，但上述呼吸状态和MV皆可通过影响胸内压影响CVP的数值，其大小应谨慎判断。若自主呼吸显著增强导致胸腔负压显著增大时，尽管血容量非常充足或高血容量导致急性左心衰竭时，CVP也多明显下降，甚至变为负压；同样MV压力过高或合并应用镇静剂-肌松剂时，CVP将明显增加。

右心舒张末期容积与静脉回流至右心房血量和右心室顺应性有关。自主呼吸导致胸内压的周期性降低，使静脉血回流至右心血量增加。但胸内压下降的同时，由于静脉壁缺乏弹性支持，会在胸腔与腹腔交界部位引起静脉塌陷。如果右房压降低明显，则静脉塌陷也更明显，静脉回流阻力上升，将出现“限流现象”。继续降低胸内压及右房压并不能继续增加回心血量，这种限流机制将防止由于胸内压过分降低引起的胸腔内循环超负荷。在MV时，血流动力学改变与自主呼吸相反，将阻碍静脉血的回流，在心功能正常的病人，CO（心输出量）主要取决于前负荷，与后负荷关系不大。因此MV引起的右心室舒张末期容积的变化可明显影响CO。适当的处理包括调整呼吸机参数，降低压力，防止肺过度扩张或适当补充血容量等。相反，在心功能减退的病人，心功能与后负荷关系比较大，而对前负荷不很敏感。MV可通过降低左室后负荷而改善心血管功能；同时静脉回流减少，心脏充血减轻，也有助于改善心血管功能。

一般描述心脏后负荷时常用外周动脉血压。事实上胸腔内动脉受胸腔负压影响，实际压力要比胸腔外高。自主呼吸时，左室后负荷在吸气期由于胸内压降低而有所增加，通常这种轻度的增加并不影响正常心脏的血流动力学。但在胸内压很低时，如严重气道阻塞或通气不足时，左心室后负荷显著增加，与右心室前负荷增高的复合效应可导致急性肺水肿，而MV可改善胸内压的下降，降低左心室后负荷和右心室前负荷，可改善肺水肿。在充血性左心功能不全，通过降低后负荷可改善左心室功能，增加射血量。在MV的左心功能不全的患者，若突然撤机，将导致左心室后负荷增加和心血管功能失代偿，这往往是撤机失败的原因之一。

MV除通过胸内压的变化影响左右心室功能外，也可通过取代或部分取代自主呼吸，降低呼吸肌做功和氧耗量，间接改善心功能。

静息状态下，自主呼吸时，吸气期肺循环血流约占总血量的9%，呼气期略减少，约6%。其波动幅度受胸内压的影响，负压越大，含血量越多；反之亦然。MV对肺循环血量的影响取决于通气类型。研究表明，吸气压力为30cmH2O时，血容量可较自主呼吸时减少一半，另一半被挤入四肢和腹腔。血管神经反射功能正常时，可通过全身血管代偿性收缩，使肺血容量恢复到正常。负压通气时，吸气相对肺血容量的影响均类似于自主呼吸，只是通气的负压较大时，胸腔负压和肺血容量多于自主呼吸，呼气相肺血容量明显减少，加用PEEP时可进一步减少。

吸气的主动或被动完成对血流动力学的影响起主要作用。但自主呼吸或MV时，主动呼气的完成也有一定的作用。首先腹肌的收缩增加腹内压，可增加体循环回流的动力。腹内压也可增加膈肌的曲率半径，增加膈肌吸气时的收缩力；使肋骨回缩，增加呼气动力，改善肺组织过度充气；而胸廓的回缩也促进下一次吸气时胸廓的扩张。上述变化通过影响胸内压、肺容积和肺循环回心血流量影响血流动力学的变化。

（四）肺血管舒缩功能的调节

正常肺循环床的静息血管运动张力（resting vasomotor tone）非常小，阻力也非常低，向血管内注入强血管扩张剂几乎不降低血管基础阻力。关于这种低阻系统的形成是肺组织特别是血管组织天然结构所造成的，还是由于肺血管系统内不断产生释放血管松弛物质所导致的一直存在争论。但目前研究已明确许多影响因素可调节血管运动张力。这些影响因素已有所叙述，本处仅简单总结为：体内产生的血管舒缩物质，神经系统反射介导的血管张力变化，各种药理学因素对血管张力的影响，以及动脉血中气体（如低氧血症、高碳酸血症）改变对血管张力的影响。血管运动张力的改变通常可从三个层次来观察：①整体效应，或全肺血管阻力的改变；②区域效应，或血液在不同平行血管间的分布（如肺低氧性血管收缩反应）; ③重力依赖性，是肺心源性和非心源性水肿形成的机制之一。

血管运动张力的初始状态是决定血管活性物质的作用的重要因素。例如，组织胺对于扩张状态的血管具有收缩作用，而对于收缩状态的血管则具有舒张作用。许多体内产生的介质也并非直接作用于血管平滑肌，而是通过其他介质间接作用的。例如乙酰胆碱仅在内皮细胞存在的情况下使处于收缩状态的血管平滑肌产生松弛效应，且通过一氧化氮（NO）的间接作用产生效应。NO通过激活鸟苷酸环化酶，使环磷酸鸟苷（cyclic guanosine monophos-phate, cGMP）生成增多，后者具有直接松弛平滑肌的作用。

（1）体液性调节：肺内多种细胞可产生血管活性物质。这些细胞包括肺间质中的肥大细胞、中性粒细胞和单核细胞、肺泡巨噬细胞、肺血管内皮细胞。血管活性物质在调节肺循环，特别是区域性肺血流量分布方面具有重要作用。

花生四烯酸在体液调节中有重要作用。各种非甾体抗炎药，如阿司匹林通过抑制环加氧酶活性而使前列腺素（PGs）合成减少。肺是人体内含PGs最多的器官之一。不同类型的PGs对肺循环血管舒缩存在不同的作用。如PGI和PGE为肺血管扩张剂，而PGF是肺血管和支气管的强收缩剂。两类PGs相互拮抗对肺局部血管舒缩状态起调节作用。白三烯（leukotrienes, LTs）是花生四烯酸脂加氧酶代谢途径的产物。其中LTC4、LTD4具有血管收缩作用，LTs在缺氧性肺血管收缩反应中起介导作用，在维持肺循环的正常功能（特别在胎儿期）具有重要的调节作用。在临床上，PGI和PGE常作为血管扩张剂可用于治疗原发性肺动脉高压症。

肺血管的α肾上腺素受体占优势，大量内源性儿茶酚胺（如肾上腺素和去甲肾上腺素）流经肺部时可引起肺血管轻度收缩。儿茶酚胺对肺血管阻力的最终效应取决于其血管收缩效应与α、β效应对心排出量和气道阻力影响的综合结果。

组织胺通过激动H1受体主要引起肺血管收缩，这与体循环主要引起血管扩张不同。由于组织胺贮存在肺肥大细胞和嗜碱性粒细胞中，且是较强的肺血管收缩剂，故一直被认为是引起肺血管阻力增高（如肺泡低氧症）的主要介质。然而研究显示肺释放的组织胺并不介导缺氧性肺血管收缩反应。

5-羟色胺（5-HT）是另一个储存于肺肥大细胞和嗜碱性粒细胞中并能引起肺血管收缩的介质。用直接微穿刺技术研究发现，5-HT通过增加毛细血管前小动脉和毛细血管后小静脉张力而升高肺血管阻力。

肺血管内皮细胞可对释放人体循环中的许多血管活性物质进行代谢，其代谢后的产物可进一步调节体循环血管舒缩功能，血管紧张素Ⅱ（ATⅡ）是由血管紧张素I （ATI）经肺血管内皮细胞中血管紧张素转化酶（ACE）代谢后的产物，该酶尚能使缓激肽代谢失活，缓激肽是强血管扩张剂，因此ACE抑制剂可使ATI生成减少，缓激肽生成增多，并引起全身血压下降。

（2）神经性调节：与体循环相比，对肺循环的神经调节尚不十分了解。大多数动物的肺动脉外膜中分布有肾上腺素能和胆碱能神经末梢。选择性α、β受体激动剂和阻断剂均能引起相应的α、β效应。当肺血管基础阻力升高时，刺激颈迷走神经则引起肺血管扩张。这种现象是由于肺血管张力处于较低的基础状态时交感神经占优势，而肺血管张力处于较高状态时，胆碱能神经占优势。

目前研究认为脑-肺血管间存在直接的神经联系。肺血管阻力的最终改变取决于交感神经性肺血管收缩、胆碱能神经性肺血管扩张、肺血管静息张力、引起肺血管床被动扩张的静脉回流量、心排出量等因素的综合作用。中枢神经病变可影响肺液体转运，导致神经源性肺水肿。其机制尚不完全清楚。

非肾上腺素非胆碱能（non-adrenergic non-cholinergic, NANC）神经也有一定的调节作用；呼吸和血管关系密切，相互之间的调节也有一定的关系。

（3）自身调节：肺血管内皮细胞能产生各种血管活性物质参与调节正常肺血管张力。正常情况下，人和动物的肺血管内皮细胞均能持续释放一定水平的NO，从而维持肺血管的扩张状态。在NO合成酶（NOS）的作用下，NO由L-精氨酸和氧分子合成。给动物持续吸入低浓度氧，NO合成减少，导致PVR增加、肺动脉高压，吸入NO可逆转上述改变。肺内NO合成不足是肺动脉高压形成的重要原因。目前认为NO主要通过激活可溶性鸟苷酸环化酶（sGC），提高平滑肌内环鸟苷酸（cGMP）水平，使细胞内游离钙离子降低，最终通过激活cGMP依赖性蛋白激酶，导致肌球蛋白轻链脱磷酸化而引起血管平滑肌舒张。此外，NO还可作为非肾上腺素非胆碱能神经（NANC）的递质参与血管张力的调节。NO在基础状态下的释放是维持肺静息血管张力（包括胎儿、新生儿和成人）、低阻状态的重要生物活性物质。

内皮素-1（ET-l）是由血管内皮细胞产生的21个氨基酸多肽。ET-1的血管活性作用较为复杂。研究显示，ET-l对不同部位的血管床有不同的血流动力学作用，但其最显著的作用是引起持久的高血压效应。ET-1是至今所发现的最强的血管收缩剂，其血管收缩强度为血管紧张素Ⅱ的10倍。研究发现，外源性ET-1作用于肺循环可引起持续的血管收缩、短暂的血管扩张或短暂的血管扩张后紧接着持续的血管收缩双相反应。研究发现由于血管内皮功能障碍导致的ET-l和NO代谢异常是许多肺部疾病病理过程中的重要机制。

（4）缺氧性肺血管收缩：肺循环与体循环之间最重要和最显著的差异之一是对缺氧的不同反应。缺氧对体循环血管的影响比较复杂，随缺氧程度和血管的部位而变化。缺氧程度较轻时，脑、心、肾等部位的血管扩张，其余大部分血管收缩；随着缺氧程度的加重，血管皆逐渐出现收缩反应。在肺循环缺氧皆引起血管收缩。当肺泡中的PO2降至60mmHg以下时，肺动脉发生收缩反应；但血液PO2的下降并不引起肺血管收缩。许多介质，如组织胺、血管紧张素Ⅱ和PGF2等在缺氧性肺血管收缩不起主要作用。酸中毒能增强肺血管收缩反应，在慢性阻塞性肺病患者伴发酸中毒时，肺血管对缺氧的收缩反应亦增强。许多伴有进行性慢性肺阻塞性疾病的患者，由于缺氧性肺血管收缩，使肺动脉压升高，肺血管阻力增加，易发展成肺心病或右心衰竭。已证实用低流量氧疗可缓解部分肺动脉高压，并延长患者的寿命。

在急性呼吸系统疾病中，肺缺氧性血管收缩也是一种有效的调节机制。例如，在急性肺损伤、肺炎、气胸、肺水肿或肺不张时，缺氧性肺血管收缩可减少肺通气障碍区的血流量，使肺静脉和体循环动脉的低PO2状态减轻。在急性呼吸衰竭时常伴有轻到中度的肺动脉高压，其部分原因可能为病变区通气障碍导致局部缺氧和酸中毒所致。

第二节 肺的通气功能

肺的主要功能是进行气体交换，在肺部气体交换包括肺通气和肺换气两个过程。肺通气是肺通气动力和肺通气阻力的综合反映，其主要作用是从外界摄取氧气、排出二氧化碳。肺的通气功能项目主要包括静息通气量和用力通气量。

一、肺通气的基本概念及临床意义

肺通气主要包括静息和用力（或运动）状态下通气指标的变化，前者反映健康人或不同病理生理状态下静息呼吸时的通气功能，后者则反映肺的储备功能和代偿能力。

每分钟通气量（minute ventilation volume, VE）是指基础代谢状态或静息状态下每分钟所呼出的气量，是呼气潮气量（VT）和呼吸频率（RR）的乘积。因此测定肺容量过程可直接完成VE的测定，根据呼吸基线的变化可完成氧耗量的测定。VE的测定方法主要有肺量计法和流速仪法，前者通过肺量计完成，是最经典的测定方法，操作非常简单、直观、便于理解；后者是目前最常用的方法。前者是在密闭条件下直接收集气量完成测定，但现代肺功能仪（包括简易肺功能仪）是用流速仪测定的，流速对时间的积分为VT, VT与RR的乘积为VE，测定过程中无需密闭的容器，因此也称为开放通气测定法。

每分钟吸气通气量（VEi）是指基础代谢状态或静息状态下每分钟所吸入的气量，是吸气潮气量（VTi）和呼吸频率（RR）的乘积。

VEi包括能到达肺泡进行气体交换的气量和吸气末停留在气道内的气量，前者称为吸气肺泡通气量（VAi）；同样VE也包括吸气末停留在气道内、未能进入肺泡的气量和在肺泡进行气体交换后呼出的气量，后者称为肺泡通气量（VA）。

故生理状态下所指的每分钟通气量和肺泡通气量一般是指呼气量。但机械通气状态下有时指吸入气量，需注意鉴别。

正常情况下，健康成人的VE约6L/min, RR12次/min, VT500ml，其中约150ml气体在吸气末停留在气道内不能进行气体交换，称为解剖无效腔（解剖死腔）；真正到达肺泡的潮气量仅350ml，进入肺泡的气体也可因局部通气血流比例（）等原因而不能进行气体交换，该部分气体称为肺泡无效腔；解剖无效腔与肺泡无效腔之和称为生理无效腔（生理死腔，VD）。进入肺泡的气量与RR的乘积为VA，无效腔气量与RR的乘积为无效腔通气量。每分钟通气量等于肺泡通气量与无效腔通气量之和。正常情况下肺泡无效腔接近于零，因此解剖无效腔和生理无效腔基本一致且比较固定，生理无效腔显著增加或明显大于解剖无效腔反映肺组织病变和换气功能异常，临床上一般用生理无效腔反映肺通气的效率。

无效腔（dead space, VD），又称死腔。无效腔通常有生理无效腔、解剖无效腔与肺泡无效腔之分，生理无效腔为解剖无效腔与肺泡无效腔的总和。鼻、咽、喉、气管、支气管、终末细支气管均为气体进出肺的通道，虽然对吸入气起着净化、加温、湿化等作用，但不能进行气体交换，因此将这部分解剖上的空腔称为解剖无效腔。解剖无效腔的大小与身高或体重相关，在成人中其值约等于2.2ml/kg，因此70kg体重的成人解剖无效腔约为150ml。由于存在解剖无效腔，每次吸入的新鲜空气只有部分进入肺泡，同样每次呼出的气体也只有部分来源于肺泡，因此VA小于VE。吸气时，首先进入肺泡的是呼气末存留在解剖无效腔内的肺泡气，然后才是新鲜空气；呼气时，首先排出的是吸气末存留在无效腔内的新鲜气体，随后才是肺泡气。因此每次呼气的有效通气量为肺泡气量，为潮气量与无效腔的差值。

正常人肺泡无效腔很小，接近于零，因此生理无效腔与解剖无效腔基本相等。在病理情况下，部分肺泡虽有通气但无血供或血供严重不足，不能进行有效的气体交换，在功能上类似无效腔，称肺泡无效腔。无效腔的存在降低了气体交换的效率，通常用无效腔与潮气量比值（VD/VT）反映每次肺通气效率的高低，比值越高，无效腔效应越大，肺通气效率越低。正常人VD为150ml，平静呼吸时的VT为500ml, VD/VT约为0.3。

二、通气量测定的临床意义

（1）无效腔测定的临床意义：反映通气效率和指导呼吸形式的选择，维持肺泡气体量的稳定，预测呼吸衰竭的发展趋势和指导机械通气。

（2）肺泡通气量测定的临床意义：肺泡通气量反映通气效率，与VD/VT的价值正好相反，同时可用于指导通气参数的调节。

（3）每分钟通气量测定的临床意义：因VE由VT和RR组成。下面从不同角度对其价值进行阐述：

呼吸频率增快见于呼吸神经反射的各个环节及调节呼吸中枢的大脑皮质以下各个部分的器质性或功能性异常：①感受器兴奋性增强，机械感受器兴奋性增强见于肺容积显著减小或显著增加、肺水肿、气道阻力增大；化学感受器兴奋性增强见于缺氧和呼吸性酸中毒、代谢性酸中毒；②呼吸中枢兴奋性增强，见于颅内病变；③呼吸肌收缩力减弱，见于神经-肌肉病变导致的呼吸泵衰竭，肺容积过度增大，使胸廓和横膈处于显著的“扩张”状态，而呼吸肌处于不利的收缩位；或长期负荷过重，导致呼吸肌疲劳，结果呼吸驱动力不足，代偿性RR加快；④大脑皮质或皮质下中枢兴奋性增强，如焦虑、烦躁、疼痛；⑤其他，如高热、感染、损伤导致的代谢增强，心功能不全等。

呼吸频率增快指导机械通气RR>35次/min常作为MV的生理学指标。RR的增快由多种因素引起，并不是呼吸衰竭或呼吸肌疲劳的可靠指征，作为通气指标时，应参考其他症状和体征，并积极查找原发病，并推测诱发呼吸增快的可能因素。

呼吸频率减慢是呼吸中枢受抑制的指征，见于各种原因导致的机械性或化学性感受器受抑制或中枢神经病变。RR＜6～8次/min是MV上机的指征。

（4）潮气量与RR的变化有一定的相关性。—般病情加重，RR加快，VT变小；反之则VT增大，RR减慢。若VT增大和RR加快同时存在则提示肺组织损伤或水肿加重。VT加大，RR不快，即深慢呼吸则提示周边气道阻塞性疾病。可根据潮气呈指导机械通气。

（5）每分通气量和最大通气量的关系VE反映患者静息状态下的通气量，在呼吸中枢功能健全及代谢功能稳定的情况下，MV可反映通气阻力，其正常值为6L/min。

（6）呼吸指数（f/VT）反映通气效率。数值越低，通气效率越高；反之，通气效率越低，可反映呼吸肌疲劳的程度。

（7）呼吸运动的辅助形式正常情况下，胸腹式呼吸同步，且以腹式呼吸为主，在COPD或其他肺部疾病，由于呼吸肌疲劳或胸廓结构的变化导致胸腹式呼吸幅度的变化，甚至胸腹矛盾运动。

三、流量-容积曲线

吸气或呼气时，吸入或呼出的气体流量（υ）随肺容量（V）变化的关系曲线称为流量—容积（υ-V）曲线。临床测定较多的是吸气末最大用力呼气或呼气末最大用力吸气时的υ-V曲线，常规测定呼气曲线，称为最大呼气流量-容积（MEFV）曲线。

（一）最大呼气流量-容积曲线的特点

该曲线不仅有特定的形状，在不同的肺容积也有一定的数值，临床上常采用以下几个数值反映气道阻力或胸肺组织弹性的变化：峰值呼气流速（υmax），用力肺容积75%、50%、25%时的最大呼气流速（υ75、υ50、υ25）。MEFV曲线的形状和各种参数的大小主要取决于用力呼气过程中的呼气力量、胸肺弹力、肺容积、气道阻力对呼气流速的综合影响，实测MEFV曲线及其与预计MEFW曲线的比较常用来反映各种通气功能的异常。

（二）MEFV曲线的测定方法

测定MEFV曲线主要用流量仪，主要分两种类型：直接测定流量仪和间接测定流量仪。目前测定MEFV曲线多采用简易或复合型肺功能仪，通过开放的管路同步测定流量和容量（流量对时间的积分为容量）的变化。是目前最常用的方法，其特点是操作简单、快捷，直接显示测定结果并自动与预计值比较。

（三）MEFV曲线的生理影响因素

（1）性别：在同等年龄、身高情况下，男性在各个容积的υ皆较女性高。

（2）年龄：流速与年龄的关系比较复杂。在成年前，随着年龄的升高，肺容积增大，气道内径增大，骨骼肌收缩力增强，流速也相应增大，青春发育期明显增大，在20岁左右达高峰并稳定一段时间，其后随着年龄的增大，骨骼肌收缩力减弱，肺组织弹性减退，因此不同肺容积的υ皆显著下降。在老年人，由于肺组织弹性回缩力明显下降，因此在低容积时流速的下降也更显著。

（3）身高：在性别、年龄相同的情况下，身高较高时，肺容积较大，参与呼吸的骨骼肌的量也较多，υ也相应较大，因此流速与受试者身高呈一定程度的正相关。

（4）体重：也常作为影响流速主要的影响因素之一，但实际上两者之间缺乏直接关系。因为在正常营养状态下，体重和身高密切相关，一旦考虑进身高因素，体重的影响就非常有限。另外目前因营养过剩导致肥胖或为保持身材（或疾病等情况）导致消瘦情况比较多，这两者都将导致肺容量和通气功能的下降，但若此时考虑进体重的影响，则会出现肥胖患者预计值高和消瘦患者预计值低的情况，因此在考虑身高的情况下，体重不宜作为预测肺功能的指标。

（5）锻炼：经常锻炼的人肌肉发达、收缩力增强；肺容积增大，气道阻力变小，两者都会使患者的流速增加。

（6）昼夜变化：流速，特别是峰流速的生理节奏有一定的规律性，早晨增加，中午最高，夜间最低。

（7）受试者对测试操作的理解和配合程度。

（8）海拔高度：海拔高度增加时，υmax也随之增加，可能与海拔越高，空气密度越低以及支气管发生扩张反应两个因素有关。

（四）MEFV曲线的临床意义

常见气道和肺组织病变的MEFV曲线可以评估如下功能障碍：

（1）小气道轻微病变或肺组织弹性功能的轻微减退。

（2）小气道的轻度阻塞或肺组织弹性功能的轻度减退。

（3）小气道的中度阻塞或肺组织弹性功能的中度减退。

（4）小气道的重度阻塞或肺组织弹性功能的重度减退。

（5）小气道的极重度阻塞或肺组织弹性功能的极重度减退。

（6）中等气道的阻塞。

（7）固定性大气道狭窄。

（8）胸廓内非固定性大气道阻塞。

（9）胸廓外非固定性大气道阻塞。

（10）限制性及混合性通气障碍、呼吸肌无力。

第三节 肺的换气功能

肺的主要功能是进行气体交换，而气体交换的实现完成有赖于有效的肺通气和肺换气，而有效的肺换气又有赖于肺泡各部位通气与血流比例的均衡、弥散功能的良好。任何能引起通气/血流失调和弥散功能障碍的因素，均可以妨碍肺的换气功能。

肺内的气体交换主要是指肺泡气内的氧弥散入血和血液中的二氧化碳弥散入肺泡，并随呼吸运动排除体外的过程。与气体交换有关的概念主要有以下几种。

（一）静动脉分流

指静脉血未经肺泡氧合即进入左心房，这种分流可发生在生理情况下，称为生理性分流，正常人主要为心内分流，一部分来源于支气管血管和肺循环的吻合支，一般小于5%；发生在疾病状况下，就称为病理性分流，如ARDS的肺泡陷闭区和实变区。由于氧离曲线和二氧化碳解离曲线的不同特点，以及氧和二氧化碳在静、动脉血中的分压差和差异，静动脉分流主要表现为顽固性低氧血症，而二氧化碳分压可以正常，甚至降低。

（二）通气血流比例

吸入的气体经过各级支气管，最后抵达由肺泡和其周围的毛细血管构成的肺单位进行气体交换。正常的气体交换，要求吸入气体和相应的血液循环均匀地分布到每个肺泡。静息状态下，成人每分钟通气量约4L，肺循环血量约5L，即通气血流比例（）为0.8，以此作为评价肺气体交换效率的指标。若分布均匀，两者的比值等于或接近0.8；若失调，两者的比例将明显大于0.8或小于0.8，换气功能将发生障碍。

1．正常的由于肺内气体、血流和胸腔内压受重力影响，使血流、气体的分布表现为明显的重力依赖性，而气体分布的重力依赖性与血流相比要轻得多，因此正常的在肺内的分布也不是均匀的。重力使肺内的气体和血流分布存在自上而下的区域差异，即上肺部气体分布多、血流分布少，下肺部气体分布少、血流分布多；上肺部>0.8，下肺部<0.8，只有中肺部的=0.8。虽然肺泡气量与肺血流量有区域性差异，但通过自身的调节机制，使血流在上肺有一定的增加，下肺有所减少；而且自主通气时，由于肩胛部和高位胸廓较小的活动度，上肺区通气减少；而低位胸廓和膈肌较大的活动度则使下肺区通气量增加，从而使整个肺脏维持在0.8左右。正常人的大体分布情况是肺顶部为3.3，该区血流相对较低，只能摄取有限的O2；但肺泡通气相对过度，每一个有血流的肺功能单位都能排出相对多的CO2，因此PAO2高，该区呼吸交换率可达2。肺中、下部的通气和血流均明显增加，接近于正常值，具有较高的气体交换效率。在肺底部，减小到0.63，呈现出相对通气不足。

相对正常时，肺毛细血管中静脉血可得到充分的动脉化。静脉血原为PO240mmHg, PCO246mmHg，经换气后动脉血PO2升至100mmHg, PCO2降为40mmHg。

2．失调（ mismatching） 失调主要包括两种情况：增加（死腔样通气）和降低（静动脉血分流样反应），极端情况为死腔通气和静动脉血分流，分述如下：

（1）静动脉血分流样效应即指由于某些原因，如气道完全或不完全性阻塞，肺泡萎陷或受压而发生不张或膨胀不全等造成肺泡通气不足，此时该部位的血流绝对或相对灌注良好，因此<0.8。因为肺泡通气不足，流经肺泡的静脉血不能充分地进行气体交换，而直接进入动脉，因此可称为静动脉血分流样效应，后果与静动脉血分流相似。

（2）死腔样通气即指由于某些原因，如肺血管痉挛或栓塞（脂肪、血栓、肿瘤、羊水）可造成局部血液灌注减少，若此时该部位的肺泡通气绝对或相对正常，则>0.8，进入肺泡的气体不能充分与血液接触，得不到充分气体交换，造成无效腔（称为肺泡无效腔）增加，称为“死腔样效应”，完全无血流通过时，则为死腔通气。肺泡死腔与解剖死腔合称生理死腔或生理无效腔，生理死腔越大，肺泡通气量越小。

失调可以是总体性的，如通气量减少或呼吸浅快，导致总体下降，表现为低氧血症和高碳酸血症，实质是肺泡通气量下降。弥漫性肺血管痉挛或栓塞，总体增加，无效腔通气增加。但更常见的失调是局部性的，主要表现为低氧血症。

与正常人体对的调节相似，机体对失调也有一定的调节能力。当增高时，该区肺泡的PCO2降低，PO2升高，产生低碳酸血症，可引起细支气管收缩，结果使通气量降低，失调改善；降低时，该区域肺泡的PO2（PAO2）降低， PCO2升高，可引起肺毛细血管收缩，使该区肺泡血流灌注减少，失调改善。

（3）静动脉分流、失调对气体交换的影响临床上静动脉分流或失调往往均以缺氧为主。

（三）弥散（diffusion）

气体分子由高分压向低分压区域转移的过程，称为气体弥散（gas diffusion）。肺内气体弥散主要包括氧气和CO2的弥散。吸入的氧气进入气体交换区域后，从肺泡内弥散到毛细血管内的红细胞，然后与血红蛋白（Hb）结合的过程称为氧在肺内的弥散；而CO2的弥散则为从碳酸氢根（包括血浆内和红细胞内）和Hb释放的CO2进入肺泡的过程。肺内气体的弥散包括三个连续的步骤，即气相弥散、膜相弥散和血相弥散。

1．气相弥散 气流至肺泡管后，不再具有湍流，实际上处于静止状态。但进入肺泡内的气体仍然进行着弥散运动，它们能与肺内残余气体达到充分混合。正常人的肺泡直径平均只有200μm，从肺泡管到肺泡周围的弥散距离约为500μm，气体弥散可在很短的时间内达到平衡（<10ms），因此气相弥散不是肺内气体弥散过程的限速环节。但在肺气肿时，肺泡壁被破坏，形成肺大泡，气体弥散的距离明显增加，气相弥散可达300ms以上，此时的气体弥散将受到影响。

2．膜相弥散 肺泡-肺毛细血管膜又称弥散膜，它包括肺泡表面液层、肺泡上皮、基底膜（理论上基底膜包括肺泡上皮基底膜、隔状间隙和毛细血管内皮基底膜，但实际上在该处三者融合在一起）和毛细血管内皮。弥散靠呼吸膜两侧气体分压差实现，但弥散膜和气体本身的特性影响弥散的速度。机体新陈代谢不断消耗氧，排出CO2，肺泡气与肺毛细血管血液之间氧分子与CO2分子相互弥散，并不断被肺泡气排出或经血液循环运输至周边，由此才能保障肺换气功能的持续进行。正常成人肺泡的总面积可达50～100m2，而弥散厚度小于0.5μm，所以弥散作用很理想，易于气体分子的弥散。当含氧低的混合静脉血流经肺毛细血管，由于肺泡内含氧分压高，氧分子顺浓度差跨越弥散膜，由气相进入液相，反之CO2则由液相进入气相。根据Henry定律，进入液相的气体量与其分压、其在该液体中的溶解度成正比，因此气体分子通过膜弥散的速率受到该气体溶解度的影响。膜相弥散是影响弥散量的最主要环节。

3．血相弥散 氧分子由呼吸膜进入血浆后，还必须通过细胞膜、胞浆，最终与Hb结合，变成氧合血红蛋白（HbO2）。由于氧同Hb的结合非常迅速，红细胞内游离的氧很少，使肺泡、血浆和红细胞之间的氧分压梯度得以维持，氧持续不断地沿分压梯度弥散，CO2从血液到肺泡也是如此。氧和Hb的氧合以及CO2的释放皆需要时间，因此血相弥散亦为肺内弥散过程的限速环节之一。另外，血相弥散的速率还受肺血流量的影响，增加血流量可以增加血红蛋白与氧的结合，从而加速血相弥散，反之则减慢血相弥散。

4．O2和CO2的弥散时程及特征 血液流经毛细血管的时间很短，约0.75s。在毛细血管中O2弥散达到平衡的时间约0.3s, CO2的弥散平衡的时间约0.4s，分别占血流时间的40%与53%，说明两者都有较大的弥散储备能力。

正常情况下，CO2的弥散在0.4s时已达到动态平衡，此为灌流限制。当肺部病变时，特别是严重病变时，CO2的弥散在血液流经毛细血管的时间内不能达到平衡，此时转化为弥散限制。

5．影响弥散的因素 机体内的气体交换是以弥散方式进行的，单位时间内气体弥散的容积为气体弥散的速率（diffusion rate, DR），它主要受以下因素的影响：

（1）气体的物理特性。

（2）弥散屏障的厚度和面积：肺脏换气的弥散屏障主要为弥散膜，任何能使弥散屏障厚度增加或弥散面积缩小的因素，均会导致气体弥散量的下降。

此外，就氧的弥散而言，红细胞壁的厚度和Hb的表面积也可影响氧的弥散，严重贫血或红细胞功能异常的患者也可出现氧的弥散量的下降。

因此，O2弥散的储备能力是由它的灌流限制特性造成的，一般弥散膜的改变不会影响氧的弥散，况且肺组织有巨大的气体交换面积和代偿能力，静息状态下仅动用总数的20%。只有弥散膜的变化达到相当的程度，由灌流限制转为弥散限制时才能导致低氧血症，这主要见于运动性低氧血症，而临床上肺组织病变导致低氧血症的主要机制是失调。

（3）气体分布：气相弥散不是肺内气体弥散过程的限速因素，但在肺气肿时，肺泡壁被破坏，形成肺大泡，气体分布不均会导致失调，这是导致低氧血症的主要因素之一。

（4）气体与血液的接触时间：理论上灌流限制是影响氧弥散能力的主要因素。

（5）通气/血流比例：气体分布和血流分布对弥散的影响更主要表现在两者的匹配上，比如在血流不存在的情况下，无论通气量多大，皆不存在肺泡与血液间气体的弥散；反之若通气不存在，单纯血流量的增加也不会发生气体的弥散。正常的气体交换，要求吸入气体和相应的血液分别均匀地分布到每个肺泡和其周围的血管。静息状态下，成人每分钟通气量约4L，肺循环血量约5L，即为0.8，以此作为反映肺气体交换效率的指数。若通气血流分布均匀，两者的比值等于或接近0.8，弥散量将正常；若失调，弥散量将下降。

失调主要包括两种基本情况，即增加和降低，前者为死腔样通气，后者为静动脉血分流样效应。

（6）血红蛋白浓度：由于溶解度非常低，氧在血液中主要与Hb结合，所以Hb浓度是影响氧弥散的主要因素。

（7）弥散膜两侧的压力差：弥散是指分子由高浓度区向低浓度的弥散，两侧的浓度差或压力差越大，弥散量越大。因此改善通气或提高吸入气中氧的浓度是治疗呼吸衰竭的主要手段之一。

（8）温度：气体弥散的速率与温度（T）成正比。但正常情况下，人体的体温基本恒定，对弥散的影响可以忽略不计。温度也影响血流量从而间接影响弥散量。

第四节 呼吸调节

呼吸调节的主要目的是为机体供氧，排出CO2，协助稳定酸碱平衡。与其他系统的调节相似，人体对呼吸调节也非常复杂，涉及神经-内分泌、机械和化学等方面。呼吸调节是通过中枢神经系统、神经反射和体液化学变化三种途径来进行的。

一、中枢神经系统调节的主要部位

呼吸肌由脊髓运动神经元支配，而后者又受到呼吸中枢的控制。在呼吸中枢，位于不同部位的神经细胞群相互协调、制约，共同完成对呼吸运动的调节，其中延髓产生基本的呼吸节律，脑桥使呼吸节律更加完善，脊髓上位神经元是与主要呼吸肌进行神经联系的通路，大脑皮质主要在随意呼吸运动中起作用。

呼吸运动受随意（行为性）和非随意（自主节律性）两个解剖和功能不同的中枢系统的调节。节律性呼吸（自稳态功能）受非随意系统（主要是低位脑干呼吸中枢）的控制；与呼吸有关的非通气功能（行为功能）受随意系统（大脑皮质）的控制。呼吸的随意和非随意控制有时会发生冲突，引起不恰当的呼吸行为，如吞咽时吸气等。随意呼吸由皮质运动区发动，通过皮质延髓脊髓束或皮质红核脊髓束下行至脊髓。大脑皮质对呼吸运动的控制作用很强，在意识控制下作最大呼吸时，每分通气量可达150L。远较自主节律性，如剧烈运动或吸入CO2引起的通气量增加大得多。随意呼吸虽然主要受皮质控制，但也受其他的传入信息影响，如剧烈运动使通气明显增强时很难用正常的语调说话。大脑皮质的不同部位对呼吸有不同的效应，皮质下行通路还能通过边缘系统激活喉部肌肉和膈肌。在临床上，某些中枢病变累及随意下行系统后，随意性呼吸运动消失，但节律性呼吸运动依然存在。缺氧时的窒息感可能涉及皮层感觉区。边缘系统杏仁核的情感区与表演技巧有关。大脑皮质与皮质下边缘系统使用呼吸肌肉表达情感时经常起协调作用。

二、神经反射性调节

呼吸的神经反射性调节包括以下五个环节：感受器、传入神经、呼吸中枢、传出神经、效应器官等。感受器传出的各种信息经传入神经传至呼吸中枢，呼吸中枢综合并调节各种信息后发出冲动，经传出神经刺激效应器官完成呼吸运动。

（一）呼吸器官感受器的分类

气道和肺内有着丰富的神经末梢，它们的传入纤维主要在迷走神经中。交感传入纤维分布稀疏，受刺激后产生的反应微弱，功能不详，因此该处仅讨论迷走神经的传入纤维。依不同的标准可对感受器及其传入纤维进行如下分类。

1．解剖学分类 按神经所支配的解剖部位，可分为鼻、咽和喉部感受器，大、中、小气道内的感受器，肺毛细血管旁感受器等。

2．组织形态学分类 传入纤维可分成有髓鞘和无髓鞘纤维，前者直径大，后者直径小。

3．感受性质分类 感受器可分为化学性和机械性两大类。化学性刺激包括来自体外的化学物质或体内产生的化学物质；机械性刺激包括压力、容积、流速等。

4．生理学分类 按动作电位，传入神经纤维可分成A纤维（有髓鞘）和C纤维（无髓鞘）。肺的传入纤维中，有髓鞘的A纤维传导快，常支配机械性感受器，能感受一些有节律性的快信号，如气道内压力变化；无髓鞘的C纤维传导慢，常支配化学性感受器，能感受一些持续、缓慢的刺激信号，如化学递质的浓度等。

（二）呼吸器官的反射活动

呼吸道、肺泡壁和肺血管周围含有各种类型的感受器，能感受局部的机械性和化学性的变化。感受器兴奋可引起各种反射，包括保护性反射和呼吸调节性反射。例如异物刺激气道引起咳嗽，排出异物，为保护性反射，也称为防御性反射；吸气时肺扩张，通过牵张反射可以抑制吸气活动，限制肺容积增加，以免过度充气，称为呼吸调节性反射。

1．喷嚏反射 人在清醒时，鼻黏膜或外耳道受到刺激时，能引起喷嚏反射。其传入冲动通过三叉神经进入延髓中枢，先引起深吸气动作，然后声门紧闭，爆发呼气，肺内压剧烈升高，高速气流经鼻腔喷射而出，将刺激物排出体外。

2．咳嗽反射 喉、气管和支气管的黏膜下有丰富的感觉神经末梢，机械性刺激（粉尘、异物、分泌物）和化学性刺激（组织胺、氨、乙酰胆碱、CO2）能引起这些感觉神经末梢兴奋，发生咳嗽反射，其中枢可能在延髓，估计与呼吸中枢的距离接近。

3．肺牵张反射 肺扩张或缩小而引起的呼吸频率和潮气量的反射性变化叫肺牵张反射，前者称为肺扩张反射，其结果是使吸气受到限制，生理意义在于协助终止吸气，使吸气不致过深、过长；后者称为肺回缩反射，在平静呼吸时意义不大，但对阻止呼气过深和肺不张有一定作用。肺牵张受体位于气管与支气管的平滑肌内，其支配神经为迷走神经髓鞘纤维。当吸气肺扩张时，这种受体受到刺激，其冲动沿迷走神经纤维传入延髓与脑桥的呼吸中枢，抑制吸气神经元的活性，使吸气终止，转为呼气，吸气时间变短。当肺顺应性降低，例如肺间质纤维化时，吸气时肺牵张受体受到强烈刺激，因此呼吸变快变浅，而在气道阻力增高，如COPD患者，这种受体受到抑制，使吸气时间延长，呼吸深而慢，以上的呼吸模式均有利于节省呼吸功，是机体对疾病的一种适应方式。

4．C纤维 C纤维（C fibers）位于肺泡壁与支气管壁之上，其支配的感受器为化学敏感性感受器，位于肺泡壁上的因其邻近毛细血管，又称为肺毛细血管旁感受器，简称J感受器，其支配神经为迷走神经无髓鞘纤维，C纤维的传导速度为0.5～2.3m/s。平静呼吸时，C纤维尽管对多种外来刺激及体内产生的化学物质敏感，冲动少时，激发无明显规律。C纤维兴奋还能增加气道分泌增加、平滑肌收缩，降低随意肌张力等。

肺部病变时可释放的多种介质能刺激C纤维而产生反射活动，因此认为C纤维与肺部病理生理过程有关。C纤维还可能与呼吸困难的感觉有关。

5．呼吸肌的本体感受性反射 呼吸肌中的肌梭是本体感受器，接受肌纤维牵拉的刺激，反射性地引起呼吸运动的增强。其意义在于使机体能随呼吸肌负荷的增加而相应地加强呼吸运动。

三、其他器官的反射运动对呼吸调节的影响

1．心血管系统的传入冲动的调节作用 呼吸系统的传入冲动能明显地影响循环系统的功能。例如，当颈动脉体化学感受器受到缺氧刺激兴奋时，不仅呼吸运动增强、增快，也能引起血压升高和心率加快，这一反射作用是受到肺部牵张感受器的影响而产生的。如果使呼吸暂停，以消除牵张感受器的周期性变化并减少其传入冲动，外周化学感受器兴奋引起心动过缓，而不是心动过速。刺激肺牵张感受器还能抑制支配血管的交感神经传出冲动，从而降低外周血管阻力，显示循环系统的反射受到呼吸系统传入信号的影响。同样，呼吸系统的反射亦受到循环系统传入信号的影响。颈动脉窦、主动脉弓、心房和心室的压力感受器的传入冲动到达延髓后，除了与心血管运动神经元发生突触联系而影响循环之外，还与呼吸神经元发生突触联系而影响呼吸。

2．运动系统的传入冲动的调节作用 运动时通过呼吸加强增加机体的氧供和CO2的排出。

3．其他系统传入冲动的调节作用 多种刺激皆能改变呼吸运动，如皮肤疼痛刺激能抑制呼吸，扩张胆囊和胆管也可以抑制呼吸，甚至引起呼吸暂停。下丘脑的温度感受器不仅能感受血液温度，也参与呼吸的调节。温度升高时，呼吸运动加强；反之亦然。

四、化学性调节

化学感觉器按其存在部位，可分为中枢性和周围性两大类。中枢性化学感受器在延髓表面的腹外侧，对CO2敏感。周围化学感受器主要包括颈动脉体和主动脉体，主要感受低氧刺激，对CO2和H+也有较高的敏感性。

（一）外周化学感受器的结构特征

人类最主要的外周化学感受器是颈动脉体，在成人其大小约6.5mm3，位于颈总动脉分叉处，由颈内或颈外动脉发出的小球动脉供血。外周化学感受器还有主动脉体，位于主动脉弓，常为一对，由冠状动脉的分支供血。在肺动脉、锁骨下动脉等处也常有类似的散在结构。外周动脉化学感受器主要由I型和Ⅱ型两类细胞组成。外周化学感受器的血供非常丰富，在不同PaO2的情况下，颈动脉体的PO2可反映PaO2的大小，维持感受器精确感受PaO2的变化。

（二）中枢化学感受器的结构特征

中枢化学感受器位于延髓的腹外侧表面，其结构特殊，神经胶质呈海绵状，神经元密集，并有血管分支穿插其间，交织成网。血管周围包绕着大量轴突和树突，包括兴奋型和抑制型突触。

（三）化学感受器的刺激及反应

1．CO2分压 在健康人，PaCO2的变化是兴奋呼吸中枢的主要因素，其对呼吸中枢的影响主要通过两条途经实现，一是延髓的中枢化学感受器，其对CO2分压的变化非常敏感，PaCO2升高2mmHg，就会出现通气反应增强；二是通过外周化学感受器间接影响呼吸中枢的兴奋性，但敏感性要低得多，PaCO2升高10mmHg，才会出现通气增强反应。不仅敏感性不同，CO2通过中枢化学感受器直接兴奋延髓呼吸中枢的作用也要远远超过通过外周化学感受器发挥的作用，前者大约占80%，后者仅占20%。

2．pH或H+ 与PCO2的变化对呼吸中枢的影响相似，pH的变化对呼吸中枢的影响也是通过中心和外周化学感受器的兴奋性的变化发挥作用。中枢化学感受器对pH （或H+）的变化的敏感性也比对外周化学感受器的敏感性高得多，前者大约是后者的25倍。脑脊液中H+才是中枢化学感受器最有效的刺激物，CO2对中枢化学感受器的作用主要是通过H+的变化实现，但由于血-脑脊液屏障的作用，血液中的H+进入脑脊液的速度非常缓慢，限制了其对中枢化学感受器的作用。

一般情况下脑脊液与血液中pH是一致的。但因脑脊液或血液中的HCO3-不易透过血-脑脊液屏障，所以脑脊液局部发生代谢性碱中毒或酸中毒时，代偿的速度非常缓慢。在撤离机械通气时，应充分考虑，否则容易导致撤机失败。

3．O2分压 PO2完全是通过影响外周化学感受器影响呼吸中枢的兴奋性，其对呼吸中枢的直接作用是抑制性的。一般情况下，PaO2对呼吸中枢的影响最不敏感， PaO2下降至80mmHg以下时，才可出现可觉察的通气反应的增加；下降至60mmHg以下时，才可出现通气反应的明显增加。因此正常情况下，O2分压对呼吸中枢兴奋性的影响微乎其微。但在慢性CO2潴留的患者，呼吸中枢对CO2的变化逐渐适应，这时低O2对呼吸中枢的兴奋性更重要。

4．CO2分压、H+、O2分压在影响呼吸中的相互作用 PCO2、H+、PO2三种因素可单独发挥作用，但更多是联合发挥作用，其中PaO2变化对呼吸增强的影响最弱、最慢，只有当PaO2低于80mmHg以下时，才逐渐出现通气反应的增加。而PaCO2和H+不同，只要稍有升高，通气量就明显增大，PaCO2的作用尤其显著。但实际情况不可能是单因素改变，而其他因素不变。

（四）外周化学感受器的适宜刺激

低PaO2、高PaCO2、高动脉血[H+]均为外周化学感受器的适宜刺激，其中低PaO2是颈动脉体最有效的刺激。另外，颈动脉体对PaCO2的变化也很敏感，增加H+亦能刺激颈动脉体化学感受器。

主动脉体与颈动脉体功能相似，但作用微弱；同时由于解剖位置的关系，对主动脉体的研究较少。

（五）影响外周化学感受器的其他因素

化学感受器传入冲动受流经颈动脉血流量的影响，血流量大幅度减少时能刺激感受器。但与多数其他动脉不同；颈动脉对于血流量具有强大的自动调节功能。在颈动脉体的窦神经中，除了传入神经外，还含有交感与副交感的传出神经纤维。交感传出冲动可以提高化学感受器的敏感性，副交感传出纤维的生理作用有待研究。

许多药物能影响外周化学感受器的活动，如细胞色素氧化酶的抑制剂氰化物能导致细胞中毒性缺氧，是外周化学感受器的强烈刺激剂；乙酰胆碱也有兴奋作用；洛贝林也能刺激化学感受器，是临床上常用的呼吸兴奋剂。

（六）中枢化学感受器的适宜刺激

低氧并不是中枢化学感受器的适宜刺激，相反，严重低氧导致的缺氧对呼吸中枢有直接的抑制作用。与外周化学感受器相同，低pH和高PCO2是中枢化学感受器的适宜刺激。用低pH和高PCO2溶液灌流中枢化学感受区可增强通气。

（七）脑脊液pH对中枢化学感受器的影响

研究证实，肺通气量与脑脊液中pH的变化密切相关，降低pH能增加肺通气。由于中枢化学感受器浸浴在脑脊液中，因此其化学成分的变化能直接影响中枢化学感受器的活动。脑脊液中的蛋白质含量远比血液中低，几乎为零；细胞数量非常低，也几乎为零，因此与血液相比，脑脊液对酸碱的缓冲作用弱得多，因此代谢性酸中毒引起的脑脊液pH变化有限，但呼吸性酸中毒引起的脑脊液pH变化则远比血液明显，因此脑脊液中PCO2刺激的信号大，有利于刺激中枢化学感受器，增加通气；而含有电荷的H+和HCO3-的通透性甚差，增加通气量的作用有限。

总之，血液中PaCO2升高、pH降低或PaO2降低，呼吸中枢兴奋，呼吸运动加深、加快，CO2排出量增多。反之，血液中PaCO2降低、pH升高或PaO2升高，则呼吸运动变浅、变慢，减少CO2的排出，增加血液中碳酸的含量。因此，通过呼吸中枢对呼吸运动的控制调整血

液中H2CO3（C02）浓度，使血液中[NaHCO3]/[H2CO3]的比值尽量维持在正常范围， pH也尽量维持相对稳定。但需强调：临床上，不同化学性刺激或相同化学刺激在不同条件下对呼吸中枢的影响强度不同，多数情况下，机械性刺激可能发挥更大的作用。

在慢性高碳酸血症患者，临床上强调低流量吸氧以维持低氧血症对呼吸中枢的兴奋性，同时又强调PaO2在60mmHg以上（或SaO2在90%以上）以维持适当的氧合，实际上是不确切的，因为PaO2在60mmHg以上时，其对呼吸中枢的作用基本不变，此时气道-肺组织的机械变化（如牵张反射、本体反射、毛细血管J反射等）才是兴奋呼吸中枢的主要因素。在急性肺损伤或肺水肿等换气功能障碍的患者，常常将低PaO2作为兴奋呼吸中枢的主要因素也是不确切的，因为此时将PaO2纠正至60mmHg，甚至100mmHg以上，呼吸加快、加强仍存在，且常常存在呼吸性碱中毒，此时气道-肺组织的机械变化也是导致上述情况的主要因素。只要肺水肿和肺损伤改善，呼吸增强才会改善，否则需适当应用镇静-肌松剂才能抑制自主呼吸。

五、呼吸中枢的神经递质

在呼吸神经中枢网络内，神经细胞群、突触和网络的其他成分是产生和维持适当呼吸节律和呼吸调节的基础，其中突触传递在其中发挥重要作用。突触传递包括化学递质、受体、膜电位、参与反应的第二信使等。参与呼吸调节有关的神经递质（neurotransmitters）有四种基本作用方式。①快突触传递：通过配基型离子通道快速发挥作用，时间为数秒；②神经调节：通过第二信使产生作用，时间为数十至数百秒；③内分泌功能：递质释放后通过血液循环等到达作用点，与相应的受体结合，发挥作用，引起相应的生物学效应，因此起效时间要长得多；④营养影响：与一般的营养作用，神经的营养可以改变靶神经元的表态类型。神经递质主要起神经调节作用，且非常复杂，它本身不能产生自律性。在一个呼吸神经元，一种递质可以通过上述一种或多种方式产生作用，反之也可能是几种递质共存，通过一种或多种途径发挥作用。与呼吸神经元和呼吸运动神经元有关的递质有谷氨酸、γ-氨基丁酸、5-羟色胺、甘氨酸、儿茶酚胺、乙酰胆碱、阿片肽、促甲状腺素释放激素、神经肽Y、P物质、缩胆囊素等。与突触前受体有关的递质有谷氨酸、γ-氨基丁酸、5-羟色胺和腺苷等。几种重要神经递质的情况简述如下。

（一）兴奋性氨基酸

兴奋性氨基酸（excitatory amino acid, EAA）是脑内主要的兴奋性递质，有L-谷氨酸、L-天门冬氨酸、L-半胱氨酸、L-同型半胱氨酸、亚硫酰半胱氨酸、二肽等。EAA作用的受体数量较多，这些受体可分为两组，N-甲基 -D-天门冬氨酸（N-methyl-D-aspartite, NMDA）和non-NMDA受体，前者为快作用离子通道，主要参与基本呼吸节律的神经元环路活动；后者为慢反应受体，通过GTP结合蛋白，激活第二信使系统而发挥作用，有利于突触传入信息的整合，发挥重要的呼吸调节作用。Non-NMDA受体又包括α-氨基羟甲基恶唑丙酸（AMPA）和2-羟甲基-3-异丙烯基脯氨酸（KA）受体。

EAA广泛地分布于脑干呼吸神经元。NTS的本体神经元和延髓腹外侧及脑桥部位的许多呼吸神经元是以谷氨酸作为递质的。EAA与NTS内呼吸神经元的感觉传入信息的处理有密切关系。呼吸感受器主要有压力感受器、外周化学感受器和肺慢适应牵张感受器。这些感受器的神经末梢均含有谷氨酸，切除迷走神经和舌下神经后，NTS区谷氨酸浓度下降；反之刺激传入纤维时则增加。在延髓腹外侧部阻断谷氨酸受体时，呼吸神经元的放电活动皆会减弱，自主性呼吸活动可完全终止，因此EAA对于呼吸节律的产生是必需的。EAA对呼吸节律的作用可能包括：调节呼吸中枢网络中各神经元群的兴奋时间；通过反馈性兴奋连接参与网络的内在活动；调制起搏神经元膜电位的节律性变化等。

（二）抑制性神经递质

抑制性神经递质主要包括γ-氨基丁酸（GABA）和谷氨酸，分别通过特殊的谷氨酸受体和GABAA受体发挥作用，引起神经细胞超级化，抑制其活动。这两种抑制性递质在CPG的不同时相中独立发挥作用。GABAA和GABAC为离子型受体，兴奋时可增加膜对CL-的通透性；GABAB为代谢型受体，通过G-蛋白激活或抑制细胞的第二信使系统。延髓的呼吸神经元具有GABAA和GABAB两种受体。

（三）5-羟色胺

5-羟色胺（5-HT）是经典的单胺类递质，主要分布于中缝核。5-HT作用复杂，受多方面因素的影响，如突触后受体的类型、受体激活的强度和时程、5-HT重摄取机制，以及其他递质系统的状态等。5-HT系统的可塑性大，被认为是神经系统发生活动的基础。5-HT在易化呼吸运动中起着重要作用。5-HT对呼气神经元有紧张性抑制作用。脑内呼吸运动神经元与延髓本体呼吸神经元对5-HT的反应基本上与延髓脊髓性呼吸神经元的反应相似。在疑核，5-HT能抑制大部分增强型吸气神经元，和兴奋大部分衰减型吸气神经元。另外5-HT还参与中枢下行性呼吸驱动作用，与运动神经元兴奋性的恢复有关。

（四）阿片肽

许多神经肽，如阿片肽在呼吸网络外合成，但在网络内释放，对呼吸运动有一定调节作用。阿片受体分成μ-、β-和δ-等不同亚型。内源性阿片肽能激活不同的阿片受体，但亲和力不同。中枢或脑室内注射β内啡肽、脑啡肽或其他的阿片肽，均抑制呼吸。纳洛酮（naloxone）是阿片受体阻断剂，对各种受体亚型都有阻断效应，但外源性给药是否起刺激作用与内源性阿片肽的水平有关。正常人静息状态下，纳洛酮并不能增强呼吸；但发生呼吸性酸中毒时却能改善通气。在睡眠呼吸暂停综合征，纳洛酮能减少呼吸暂停的频率，提示该病的友生可能与内源性阿片肽有关。另外阿片肽与谷氨酸的作用互相制约，两者能共同调节呼吸运动。

（五）儿茶酚胺（catecholamine, CA）

延髓的CA神经元参与呼吸的调节。有研究证实CA能神经元与呼吸信号的传递有关。儿茶酚胺虽能兴奋呼吸，但并非产生呼吸节律必需物质。

（六）乙酰胆碱

乙酰胆碱（Ach）与呼吸运动关系非常密切。在呼吸中枢，胆碱能受体包括N受体和M受体，而M受体又可分成M1、M2、M3三种亚型。M1和M3受体与膈神经活动、CO2通气反应有关，M2受体主要与心血管调节有关。ACh释放和合成的抑制剂、伪递质以及M1和M2受体的阻断剂都能抑制呼吸运动；反之ACh、ACh前身物质或ACh的释放剂则能刺激呼吸活动。在M受体被激活时，IM（时间和电压依赖性钾电流）受抑制，在呼吸周期中膜电位的节律性变化减弱。在低位脑干，控制气管平滑肌张力和喉部肌肉张力的脑运动神经元与吸气神经元具有同步放电活动，也与N受体的活动有关。在延髓腹侧面中枢化学感受器部位，应用N或M受体激动剂，能增加潮气量和每分通气量。

第五节 肺的非呼吸功能

长期以来，人们认为肺只是一个进行气体交换的呼吸器官，为机体提供代谢所需的O2，并排出代谢所产生的CO2。近年来多种研究表明，肺除了具有呼吸功能之外，还有滤过、防御、代谢等多种功能，这些功能统称为肺的非呼吸功能，在维持机体内环境稳定、保障机体的正常活动中具有重要的生理意义。

一、滤过功能

肺循环处于混合静脉血和体循环动脉血之间的关键位置，像一个过滤器一样，阻挡混合静脉血中的微小颗粒进入体循环，以免造成心、脑等脏器的严重损害。肺毛细血管的直径约7μm，并不是充当过滤装置的最适孔径，而关于可通过肺循环颗粒物的最大直径，也尚未达成共识，有动物实验显示直径500μm的玻璃珠可以通过肺循环。在无心内分流的人群中，少数气体和脂肪栓子可能通过前毛细血管吻合进入体循环；在有明显右向左心内分流的患者中，这种现象更为多见。尸体解剖研究发现，超过25%的人存在卵圆孔未闭，通常仅表现为像瓣膜的裂隙状缺损，平时由于左房压力高于右房，保持关闭状态；做Valsalva动作或咳嗽时，可导致右心房压力升高，10%的正常人可出现右向左分流；肺栓塞时，右房压力相对升高，也可出现右向左分流，上述情况皆可导致体循环栓塞。

肺微循环的形态极为适合在维持肺血流灌注的同时处理大量的栓子，但这些栓子的大量出现也不可避免的阻断了局部肺循环、改变了肺通气血流比例。含纤维蛋白和（或）血小板凝块的微血栓，除非数目巨大，一般不会直接影响气体交换。若较多微血栓阻塞了肺内毛细血管，可引起区域内中性粒细胞激活，导致血管通透性增加和肺水肿，发生急性肺损伤。肺内血栓的清除较其他组织迅速，这是由于肺血管内皮细胞富含纤维蛋白溶解酶激活物，可将纤溶酶原激活为纤溶酶，再将纤维蛋白降解。但同时肺组织又富含促凝血酶原激酶，可将凝血酶原转化为凝血酶；更为复杂的是，肺内还富含肝素。肺内集中了如此之多抗凝和促凝的物质，可加速或延迟血凝块的形成和纤维蛋白的溶解，这不仅能够清除自身的血栓，还极大地影响着全身的凝血功能。

二、防御功能

皮肤、消化道和肺形成的界面使人体的内部系统与外界环境隔绝，起着重要的保护作用。为了有效地气体交换，肺内空气与血液之间的生理界面（肺泡毛细血管膜）非常薄，这使肺极易受到吸入有害物质的侵犯，发生损伤。这些有害物质可分为生物性和化学性两大类。

（一）生物性有害物质

吸入的细菌、病毒、真菌孢子等大部分病原体（>5μm），由于其体积足够大，能够沉积于鼻腔-气管黏液层，通过喷嚏反射或咳嗽反射等被呼吸道黏膜完整清除。但当病原体负荷较高，尤其是伴呼吸道损伤时，一些病原体可进入支气管树，但也可被其中的中性粒细胞、巨噬细胞及其他吞噬细胞所清除。若病原体量非常大，机体局部或全身的免疫功能减退时，则可在支气管树沉积，引起感染，或进一步侵入肺泡，引发肺炎。

1．蛋白酶转运系统 病原体入侵时，肺内中性粒细胞被激活，释放出弹性蛋白酶、胰蛋白酶等蛋白酶，这些蛋白酶能够高效破坏病原体，但若不加控制，也会损伤肺组织本身。防止自身损伤的机制有：①蛋白酶首先受阻于黏液层，呼吸道上皮纤毛运动将其推向喉部；②蛋白酶与血浆中的α1-抗胰蛋白酶结合而失活，结合产物进入肺循环或淋巴系统，再与α2-巨球蛋白结合，最终转运入肝脏被清除。

2．吞噬作用 中性粒细胞一般存在于支气管树的黏膜，当出现广泛炎症时，中性粒细胞、巨噬细胞及其他细胞向肺泡毛细血管壁聚集。免疫激活后，这些吞噬细胞形成氧自由基，破坏病原体，但该过程会耗费大量的氧。

（二）化学性有害物质

影响吸入性化学损伤的因素有以下几个方面。

1．颗粒的大小 与生物性颗粒一样，其大小将直接影响其在肺内沉积的位置。

2．水溶性 化学物质一旦进入肺组织，其水溶性将决定其在肺内的清除速率。一般来说水溶性物质进入血液循环，比脂溶性物质耗费更多的时间。

3．浓度 由于肺的代谢活动易被饱和，故吸入物的浓度也是重要的影响因素。

4．代谢 目前已知呼吸道黏膜上的所有细胞均有代谢作用，其中主要为Clara细胞和Ⅱ型肺泡上皮细胞。对于吸入性化合物的代谢并非完全对人体有利，尤其是对一些合成有机化合物和吸烟过程中产生的化合物，代谢转化过程中的第一步可将一些原本无害的化合物转化为强效致癌物。

三、代谢作用

（一）内源性物质代谢

部分内源性化合物在通过肺循环时可被完全清除，部分则不受影响，而另一些将被激活。肺血管内皮细胞是肺内众多细胞中代谢最为活跃的。肺血管内皮细胞中虽然缺乏普通代谢过程中所需的细胞器，如线粒体、光面内质网及微粒体，但仍进行了大量的代谢活动。此外，内皮细胞膜上的小凹极大地增加了细胞的表面积（约126m2），为细胞膜结合酶提供了有利条件。以下是不同内源性物质在肺内的代谢情况：

1．氨基酸类和乙酰胆碱 肺血管内皮细胞能够选择性摄取去甲肾上腺素和5-羟色胺，而对肾上腺素、异丙肾上腺素、多巴胺等无影响。

2．肽类

（1）血管紧张素：血管紧张素I为血液中血管紧张素原经肾素裂解后产生的十肽。血管紧张素I经肺血管内皮细胞的血管紧张素转化酶（ACE）作用，转化为具有血管活性的八肽-血管紧张素Ⅱ。ACE在血浆中可自由存在，亦可结合于内皮细胞表面。一般内皮细胞均含有ACE，但肺内含量特别丰富，可沿管腔线样分布，且突入管腔内，增加与血流接触面积。ACE抑制剂可结合到ACE的深沟中，从而覆盖结合蛋白的活性位点，使其失活。

（2）缓激肽：是具有血管活性的九肽分子，可被肺或其他血管床有效清除。

（3）心房钠尿肽（ANP）：许多动物体内，ANP很大程度上依赖肺清除，由于人类左房和右房均可分泌ANP，故对人肺是否代谢ANP不甚清楚，但有研究表明，ANP在肺内的代谢并不显著。

（4）内皮素：是一组由21个氨基酸组成的肽链，有着不同生物活性。血浆半衰期仅几分钟，可由肾、肝及肺所清除，肺内酶的作用并不十分明确，且种类较多。

3．花生四烯酸衍生物 肺是合成、代谢、摄取、释放花生四烯酸代谢产物的主要场所。

4．嘌呤衍生物 肺血管内皮细胞存在特异性酶，可将AMP、ADP及ATP降解为腺苷。腺苷本身对循环有着重要的保护作用，但也会因内皮细胞的快速摄取而失活，在内皮细胞内磷酸化成AMP或降解成肌苷，最终形成尿酸排泄。

（二）肺内药代动力学

1．药物的转运 吸入给药是治疗肺部疾病常用给药途径，但与多数其他局部给药途径比较全身吸收多；全身性药物经肺部给药较其他途径具有多种优势，如能够迅速进入体循环，且避免了肝脏的首关效应，因此将药物以气溶胶颗粒形式吸入给药有重要价值。

吸入颗粒在肺内的沉积位置取决于颗粒的大小及吸入时的状态，由以下三种机制决定。①大颗粒（>3μrn）沉积在上呼吸道，其中>8μm的大颗粒很少能到达咽以下的呼吸道，而<8μm的颗粒则可进入气管。药物颗粒进入气道的距离与其惯性有关。颗粒吸入的速度是影响惯性的重要因素，理论上速度越大，惯性越大，进入的距离越远，但由于上呼吸道的弯曲度非常大，流速过大时颗粒碰撞管壁，导致药物过早沉积，不利于进入气道，此时若缓慢吸气，药物缓慢离开给药装置，将增加大颗粒气溶胶进入气道的数量。②直径1～3μm的颗粒沉积于较小的气道或肺泡，这些部位气流速度较慢，使得颗粒得以下落，沉积于气道中，故患者吸入后屏气，有助于药物沉积。③直径0.5～1μm的小颗粒为运送到肺泡的最佳大小，但也可随呼气呼出。

因此对作用于特定呼吸道区域的药物，注意其颗粒大小、给药时机以及吸入时的呼吸形式。实际上，目前临床应用的气雾剂给药装置所含颗粒直径范围很大，如治疗哮喘最为常用的颗粒大小在1～35μm。应用一个储气装置，在吸入之前使大颗粒沉降，可以减少其进入咽部，防止副作用的产生。

2．药物的清除 肺内存在多种代谢机制，可对内源性物质和吸入物进行处理，对药物的代谢必然产生影响。

（1）吸入性药物：吸入药物在气道内和肺泡中的代谢途径和其他有毒化合物一样。多功能的氧化酶和细胞色素P450系统在肺内亦很活跃，故肺内的药物代谢与在肝细胞中基本一致。类固醇、异丙肾上腺素等都是已知的可在肺组织内代谢的物质。吸入性麻醉剂如氟烷、甲氧氟烷等，在肺内的生物转化途径与其在全身其他器官一样，最终产生氟离子。

（2）肺循环：许多药物通过肺循环而被清除，但其中部分因为未能及时代谢而储存于肺组织，多数情况下是因为肺内酶活性较低所致，其原因有二：①内皮细胞对内源性化合物具有高度的选择性；②对药物代谢起主要作用的氧化系统多位于呼吸道，使血液来源的药物难以达到。肺循环中碱性、亲脂性的药物易于摄取，而酸性药物则更多的结合于血浆蛋白。许多静脉用药经过肺循环时，可储存肺组织，起到首关过滤器的作用。一般情况下，肺将缓慢释放其储存的药物，使药物的血浆浓度保持相对平稳；但一旦肺内结合位点被全部饱和，或一种药物被另一种亲和力更强的药物竞争性结合，将引起血浆药物水平的急剧改变。

（3）药物的肺毒性：一些药物的肺内积累或毒性物质的直接进入将产生肺的局部毒性。以百草枯为例，该药物进入肺泡上皮细胞，产生活性氧产物（主要是超氧阴离子），导致肺损伤；胺碘酮是一种广泛应用的抗心律失常药，长期应用可通过释放碘直接损伤肺组织，并诱导产生自由基，加速肺损伤，产生肺纤维化，长期用药者约有6%发生肺毒性，发病后死亡率可达10%。

四、肺的内分泌功能

（一）炎性介质

吸入变应原后肺内免疫系统被激活，释放组胺、内皮素和类二十烷酸等，这些物质可引起机体的生理变化，如皮疹、外周血管扩张、血压下降等。

（二）缺氧性内分泌反应

研究发现，动物肺内存在一组可以释放肽链或氨基酸的细胞，这些细胞在缺氧情况下脱颗粒，但其释放的物质及其作用尚不清楚。

（三）一氧化氮（NO）

NO是调节气道平滑肌、肺血管阻力的重要物质，同时还有抗血小板聚集和抗血管平滑肌细胞增生的作用。目前并无证据表明肺血管内皮细胞释放NO入血，引起其他部位的效应。原因主要是血红蛋白快速摄取NO，但也不排除肺内产生NO，通过控制不同形式NO和血红蛋白之间的平衡，直接影响外周血流。

第六节 中医对呼吸道解剖与生理的认识

肺居胸中，上通喉咙，开窍于鼻。其主要生理功能是：主气，司呼吸，是体内外气体交换的通道；助心行血而贯通血脉，通调水道，参与水液代谢，输精于皮毛，主一身之表。

1．肺的部位和形态

（1）肺的部位：肺位于胸腔，左右各一，覆盖于心之上，上连气道，喉为门户，开窍于鼻，为气体出入的器官，在人体脏腑之中位置最高，故称肺为华盖。“肺者，五脏六腑之盖也”（《灵枢·九针论》）、“肺者、脏之盖也”（《素问·病能篇》）。“心肺独居膈上”（《难经·十二难》）。“喉下为肺，两叶白莹，谓之华盖，以复诸脏”（《医贯》）。指出了肺在人体中的位置。

（2）肺的形态：肺为白色分叶状，左二右三，共五叶，质地疏松，“肺重三斤三两，六叶两耳，凡八叶”（《难经·四十二难》）。“肺得水而浮”, “肺熟而复沉”（《难经·十三难》）, “肺叶白莹、谓为华盖，以复诸脏，虚如蜂窠，下无透窍、吸之则满，呼之则虚。”（《医宗必读》）。“虚如蜂窠”, “得水而浮”，就是说肺脏本身是质地疏松的含气的器官。至于重量问题，《难经》记载心肺重量之间的比例与现代解剖学讲的心和肺之间的比例，也十分相似，说明古人对肺确有较深刻的了解。

2．肺的生理和病理 在中医理论中，肺为娇脏。肺喜润恶燥，不耐寒热。肺属清虚之器官，异物不容，毫毛必咳。肺内不能容有任何水湿痰浊和异物停留。《笔花医镜·脏腑证治》云：“肺主气……其性娇嫩”。《简明中医辞典》云：“肺为清虚之体……其不耐寒热，易于受邪”。

肺之所以为娇脏，不耐寒热，一方面是由于肺为清虚之体，开窍于鼻，通过鼻、喉与外界直接相通。因此，肺的生理功能往往直接受到外界环境变化的影响。自然界的风、温、寒、躁、热等由口鼻而入，引起肺卫失宣，肺窍不利等病变。另一方面，肺居于五脏之高位，被称之为“华盖”。其他脏腑有病变，其气常上熏于肺，导致肺部病变，产生喘咳等症状。即：“五脏六腑皆令人咳，非独肺也”（《素问·咳论》）。叶天士《温热论》云：“温邪上受，首先犯肺”；吴又可《温疫论》谓：“疫皆热毒，肺金所畏，每见此症之身热，先有憎寒，肺先病也”。

“肺者，相傅之官，治节出焉”（《素问·灵兰秘典论》）。“相傅”，傅同辅，有辅佐、协助的意思，是和心为君主之官的君主相对而言的，意即肺对心脏有协助作用。所谓“治节”，就是“治理”、“调节”。就是说，人体的各种生理调节代偿功能，均属于肺的职能范围。“脉气流经，经气归于肺，肺朝百脉，输精于皮毛。毛脉合精，行气于府。府精神明，留于四脏，气归于权衡”（《素问·经脉别论》）。“四脏”，是指肺以外其余器官；“权衡”，就是调节作用，说明了肺与全身器官的关系。因此，肺是一个对人体各种生理功能具有调节代偿作用的重要器官，所以说：“肺与心皆居膈上，位高近君，犹之宰辅，故称“相傅之官”。肺的主要生理功能为肺主气，主宣发、肃降，司呼吸，通调水道，朝百脉，主治节。肺在志为忧，在液为涕；在体合皮，其华在毛，在窍为鼻。