第三章　肺动脉

第一节　肺循环解剖及生理

肺循环是左、右心之间血流的循环系统，它不但参与气体交换，还参与产生、激活和灭活一些重要的生物活性物质，能够自身调节肺血管内皮细胞和平滑肌细胞的收缩舒张反应，以维持正常的血流动力学。肺循环的结构和代谢发生改变将直接影响该循环的血流动力学，影响气体交换，并最终影响到全身血液循环。

一、肺循环解剖学

肺脏存在两套血管系统，即肺血管系统和支气管血管系统。①肺血管系统包括肺动脉、肺静脉及其毛细血管网，主要功能是完成肺部的气体交换；②支气管血管系统包括支气管动脉、支气管静脉及其毛细血管网，属于体循环系统，主要功能是营养支气管和肺组织。两组血管系统之间并不是完全分割的，它们之间存在多水平的吻合支，如支气管动脉至肺动脉各级分支根部之间的吻合、支气管动脉支与肺静脉支的吻合支、支气管毛细血管网和肺泡毛细血管网之间的吻合支等，这两者之间的分流使得气体交换后的肺静脉内混有1%～2%从支气管血管回流的静脉血，该部分血液完全未经气体交换，故被称为真性分流或解剖分流。也正是因此，左心室（left ventricle，LV）的心排血量比右心室（right ventricle，RV）的心排血量高1%～2%。

（一）肺血管解剖学

1.肺动脉

肺动脉干位于心包内，系一短而粗动脉干，起自右心室的动脉圆锥，向左后上方斜升，先在升主动脉根部的前面，后达主动脉弓的下方，约在第五胸椎高度形成肺动脉杈分为左、右肺动脉入肺。左肺动脉较短，约呈水平位横过胸主动脉及左支气管的前面达左肺门，分为两支，分别进入左肺的上、下叶。右肺动脉较左肺动脉长且粗，呈水平位向右横行，经升主动脉、上腔静脉的后方，食管和右支气管的前方达右肺门，分为三支，分别进入右肺的上、中、下叶。

肺动脉沿着气道逐渐分支，一直伸延至肺泡。其具有壁薄、平滑肌量少、顺应性高的特点，管壁主要由内膜、中膜和外膜三层构成。内膜是由一层连续的内皮细胞构成。内皮细胞的胞质常伸出突起，穿过基底膜和内弹力膜，与中膜的平滑肌细胞突起相接形成肌内皮连接。这一结构有利于内皮细胞控制平滑肌细胞的增殖及收缩反应。内皮细胞除具有屏障功能以外，还能主动地代谢一些血管活性物质，例如去甲肾上腺素、5-羟色胺、前列腺素D、E、F系列。同时内皮细胞还能合成一些生物活性物质，如前列腺素I、E等，血管收缩肽、一氧化氮、内皮素等。因此内皮细胞在维持肺动脉的舒张特性和调控肺血流方面具有重要作用。中膜为内外弹力膜之间的部分，由平滑肌细胞、弹力蛋白胶原和蛋白多糖构成。平滑肌细胞是中膜的主要成分，沿管壁螺旋状排列，是决定肺动脉力学性质的主要因素之一，影响肺动脉的血流和压力。外膜系弹力膜以外的部分，由成纤维细胞和疏松的胶原纤维组成。

2.毛细血管网

肺为人类毛细血管最丰富的器官，其毛细血管总面积相当于肺泡面积的90%，成人可达80m2。全肺毛细血管的血容量，静止时不足100ml，运动时可增加至150～250ml。肺泡毛细血管比其他部位毛细血管具有更大的顺应性，与肺脏的呼吸功能有关。

肺泡毛细血管内皮细胞的胞体长而薄，彼此之间通过紧密连接相连，而紧密连接内有平行排列的膜内原纤维。原纤维之间有直径2.4～2.5mm大小的间孔，其直径受原纤维的收缩、舒张控制。通过这些间孔，毛细血管内的液体和蛋白成分可渗出到毛细血管外进入肺间质。正常状态下，渗液可通过肺泡间质内的毛细淋巴管回流到淋巴管，而回流的主要成分是蛋白性物质，从而降低间质内的胶体渗透压，以保证肺泡间质内正常的液体和蛋白性物质存留。在肺栓塞、肺过度膨胀、肺萎缩时，间孔数目增多，孔径扩大，毛细血管内的液体和蛋白性物质向间质内过度渗透，同时毛细淋巴管不能回流过量的蛋白性物质，导致间质胶体渗透压增高，这是发生肺水肿的重要原因。

3.肺静脉

肺静脉的属支起始于肺泡周围的毛细血管网，由细小的静脉汇合成较大的静脉，除来自右肺上叶和中叶的静脉汇成一支右肺上静脉外，其余每个肺叶集合成一支肺静脉，形成右肺上静脉、右肺下静脉、左肺上静脉、左肺下静脉四支静脉，将经过气体交换后的血液注入左心房。

（二）支气管血管解剖学

支气管动脉起源于胸主动脉，进入肺门后于支气管伴行，形成毛细血管网营养各级支气管、脏胸膜等，然后毛细血管汇聚为支气管静脉将血液直接流向肺静脉和左心房。

二、肺循环压力

与体循环相比，肺循环是一个低压力、低阻力系统。尽管肺循环接受与体循环相同的心排血量，但由于其阻力低（肺循环的阻力仅为体循环的1/10），因此肺循环的压力也更低。肺循环内压力的变化也较体循环明显要小，从肺小动脉到肺毛细血管再到肺静脉的压力大小接近。正是由于肺循环是一个低压低阻系统，RV的作功大约为LV作功的1/10，因此正常状态下LV室壁厚度明显大于RV。

（一）各级肺循环血管的压力

1.肺动脉压

安静卧位状态下，其肺动脉收缩压为21.5（±5.5）mmHg，平均压14.8（±3.5）mmHg。收缩期时肺动脉的压力与RV的压力相等，但在收缩期末，由于肺动脉瓣的关闭，RV压力急剧下降（下降至0～1mmHg），而此时的肺动脉内压力（即肺动脉舒张压）因血流流经肺毛细血管而下降缓慢，大约为8mmHg。

2.肺毛细血管压

肺毛细血管压力大约为7mmHg。

3.左房压（left atrial pressure，LAP）和肺静脉压

正常人卧位时LAP和大的肺静脉压力约为1～5mmHg，平均约2mmHg。

（二）压力的测量

临床上难以直接测定肺毛细血管压、肺静脉压和LAP，可利用肺动脉导管（也称Swan-Ganz导管）在肺动脉末梢处测得的肺动脉楔压（pulmonary artery wedge pressure，PAWP）来估计肺毛细血管压、LAP的改变。PAWP正常值为9.3（±3.1）mmHg。通常比LAP高2～3mmHg。当左心房内压力升高时，PAWP也相应升高。

三、肺循环阻力

（一）肺循环阻力的计算

肺血管阻力（pulmonary vascular resistance，PVR）是指肺血管产生的阻止血流进入肺循环的阻力，是RV射血时必须克服的阻力即后负荷。任何增加肺血管阻力的因素均将增加RV的作功。在肺血流量增加和肺动脉压力升高时，由于肺毛细血管床的开放和/或血管舒张，仍可维持肺循环的低阻力。

欧姆定律提示阻力为压力差与流量的比值。因此可以根据肺循环起点和终点的压力差以及肺循环血流量计算出PVR：

PVR［mmHg/（L·min）］=（PAPm-LAP）/Qp

其中PAPm（mean pulmonary arterial pressure）是平均肺动脉压，Qp为肺循环血流量。可利用Swan-Ganz导管测量出PVR，公式中LAP用PAWP代替，PAPm可通过肺动脉压力（pulmonary arterial pressure，PAP）波形得到，心排血量可通过热稀释法获得。因此，上述公式改写为：

PVR［mmHg/（L·min）］=（PAPm-PAWP）/Qp

PVR的计量单位为mmHg/（L·min），其代表的意义是产生1L/min的肺循环血流量所需要的压力值。PVR还有另一计量单位dynes·s/cm5，mmHg/（L·min）乘以80即可换算为该单位。PVR的正常值大约为（15-6）/6=1.5mmHg/（L·min），或120dynes·s/cm5。

（二）PVR的影响因素

由于肺血管的管壁薄并且易于扩张，任何影响血管直径的主动或被动因素均可导致PVR发生改变。直接作用于肺血管壁的压力变化引起的PVR改变为被动因素，而肺血管平滑肌收缩或舒张导致肺血管直径改变，则为主动因素。

1.被动调节

（1）肺容积：

根据肺容积、肺泡压变化对肺血管的影响，可将肺血管分为两类：一类为肺泡血管（肺泡壁毛细血管），另一类为肺泡外血管（肺动静脉）。通气过程对不同部位的肺血管周围压，可产生不同的效应。吸气末肺泡充分膨胀后，肺泡内压升高，肺毛细血管受到挤压，压力升高；而肺动、静脉血管外有血管鞘，当肺脏充气、肺组织扩张时，其血管鞘受到牵拉，肺动、静脉血管内径被拉大，血管周围压降低，甚至低于胸腔内压。由于肺泡血管和肺泡外血管的阻力随肺容积的改变而改变，并且改变的方向不一致，而总的肺血管阻力又是这两者之和。因此，总的肺血管阻力随肺容积的改变是呈U字形，肺容积处于功能残气量（FRC）时PVR最小（图3-1）。

（2）肺血管压力：

正常人静息状态下，上肺部分肺毛细血管是完全塌陷的，PAP或者LAP的升高可引起肺血管跨壁压增加，这部分塌陷的肺毛细血管被迫开放，增加肺血管床横截面积，短期内引起PVR降低。但长时间持续PAP升高，将引起肺动脉内皮功能障碍，导致肺动脉出现急性痉挛收缩和慢性血管重塑，引起PVR持续增加。

（3）血容量：

肺血容量通常比较恒定，但与体位、呼吸及左心功能关系密切。肺血容量的增加，可使肺毛细血管开放和扩张，从而降低PVR。

2.主动调节

（1）神经调节：

中枢神经系统通过自主神经对肺循环进行调节。交感神经对肺血管的效应主要是通过激活肾上腺素能α₁受体，引起肺血管平滑肌收缩、提高肺血管壁张力；而迷走神经节后纤维释放乙酰胆碱，后者对肺血管壁的生理作用呈现双向变化。

（2）体液调节：

许多生物活性物质在肺内被激活、灭活、合成或释放，其中一部分对肺血管舒缩起重要作用，可以调节区域性肺血流量的分布，同时也会部分作用于体循环。这些物质包括有：①组胺：主要以结合型贮存于肺血管周围的肥大细胞中，作用于肺血管平滑肌，引起肺静脉和肺动脉收缩，使肺循环阻力和肺动脉压力升高；②血管紧张素：血液中的血管紧张素Ⅰ经过肺循环后，在肺血管内皮细胞所含的血管紧张素Ⅰ转换酶作用下，转变为血管紧张素Ⅱ，后者收缩血管的作用比前者高20～50倍；③前列腺素：前列腺素（prostaglandin，PG）是一族二十碳不饱和脂肪酸，存在于人体各组织中，肺脏是人体内含有PG最多的器官组织之一，其中具有肺血管收缩作用有PGF2α、PGD₂、PGE₂和血栓烷TXA₂，而PGE₁和PGI₂是血管扩张剂，可以拮抗收缩剂的作用，调节肺血管和支气管张力；④儿茶酚胺：经肺循环后，去甲肾上腺素减少20%～25%，肾上腺素、多巴胺和异丙肾上腺素水平则无明显下降；去甲肾上腺素主要是α受体激动剂，可引起肺血管收缩；肾上腺素对α和β受体均有刺激作用，但对β受体有更大的亲和力，小剂量使用时，主要兴奋β受体，表现为血管扩张，而大剂量则兴奋α受体，引起血管收缩；多巴胺对肺血管的作用仅为去甲肾上腺素的1/30～1/20；异丙肾上腺素则是引起肺血管舒张；⑤内皮素：内皮素（endothein，ET）是一类由内皮细胞合成和释放的具有多种生物活性的多肽类物质，具有收缩肺动脉平滑肌和促进细胞增殖与肥大的效应，是迄今发现的最强、最长效收缩血管的物质之一；⑥一氧化氮：一氧化氮（nitric oxide，NO）是血管内皮细胞生成并释放的一种内源性血管舒张因子，其前体是L-精氨酸，由一氧化氮合酶（NOS）催化生成；内皮源性NO在肺血管释放量最大，主要作用于血管平滑肌细胞，一方面作为第二信使，降低游离Ca2+浓度，扩张肺血管，是肺循环中最主要的内皮细胞衍生舒张因子（EDRF）；另一方面NO能抑制内皮细胞增殖，防止内膜异常增生，预防发生血管内痉挛或动力性狭窄；同时NO也是一种支气管扩张剂，具有抑制血小板聚集及白细胞黏附、抗增生和清除氧自由基等特性。

除此之外，酸中毒（pH＜7.3）可引起轻度的肺动脉压增高；肺泡中CO₂分压过度升高可使局部肺血管和支气管扩张；血小板激活因子、缓激肽、白三烯、腺苷对肺循环也有一定的影响。

在临床实践中，吸入低浓度NO可用于治疗严重的肺动脉高压、选择性扩张肺部通气良好的肺血管。对于后者来说，吸入的NO进入肺部通气良好的区域选择性降低肺血管阻力，使得部分血流可从通气不良区域更多地转移至通气良好的区域，从而改善V/Q比值，减少分流，改善机体氧合功能。

（3）化学因素：

导致肺血管收缩的最重要的化学因素为低肺泡氧分压（P_AO₂），P_AO₂低于70mmHg时肺血管明显收缩，并以毛细血管前小动脉收缩为主，PAP和PVR升高，称为缺氧性肺血管收缩（hypoxic pulmonary vasoconstriction，HPV）。HPV是肺循环独特的生理调节机制，局部低氧分压可引起肺循环血管平滑肌反射性收缩，使肺血流由肺泡低氧分压区域转移至通气较好的肺泡区域，从而调整V/Q比值、减少肺内分流，防止机体出现低氧血症。

HPV的发生机制目前有各种假说，尚未定论。应用NOS抑制剂可加重HPV，提示内皮细胞NO释放减少可能是导致HPV发生的潜在机制。而酸血症可进一步加重HPV。高二氧化碳分压（PaCO₂）通过形成碳酸引起酸血症，从而间接导致PVR增加。血液中各种舒血管物质如内皮衍生物质NO、前列腺素等均可以抑制HPV，也可以通过阻断α肾上腺素受体或者激动β肾上腺素受体而抑制HPV。此外，LAP升高（血管扩张效应）、高肺泡压和血pH升高（碱血症）均可以抑制HPV。

四、肺循环血容量及血流分布

（一）肺循环血容量

肺血容量占总循环系统的9%左右，约为450ml，其中约70～100ml在肺毛细血管内，其余部分均匀分布在肺动脉和肺静脉中。肺血容量的变化很大，与体位、呼吸及左心功能关系密切，波动于基础值的50%～200%之间。例如，从卧位转为立位肺血流量可减少约1/4；吸气时肺血流量增加，呼气、Valsalva动作及正压通气时血流量减少，持续Valsalva动作时可将250ml血液从肺循环转移至体循环；左心衰竭可使血液积聚在肺循环内，使肺血容量增加到基础值的200%。由于肺循环血容量仅为体循环血容量的1/9，血液在两个系统中的转移可明显影响肺循环，而对体循环的影响较小。

（二）肺循环血流的分布

由于肺血管壁薄、易于扩张，以及肺血管压力低，肺循环血流的分布易受到重力和血管周围压力的影响。正常人由于受到血液重力作用的影响，肺血流呈明显的梯度分布，肺尖部与肺底部血流量相差数倍。在不同生理条件下，肺血流分区也不相同。

平静吸气时气体更容易分布在肺底部肺泡。类似于血流的分布，肺尖部位通气量少而肺底部位通气量多。然而，从肺底至肺尖血流的减少程度比通气的减少程度更大。因此，通气/血流（V/Q）比值从肺底至肺尖是逐渐增加的。肺尖V/Q比值高，肺底V/Q比值低，正常机体静息状态时，全肺的V/Q比值大约为0.8，即肺脏整体的通气量比血流量稍低。

五、肺微循环的血流动力学

（一）肺泡组织液的生成与回流

如前所述，肺泡毛细血管是可渗型内皮细胞。正常状态下，肺毛细血管两侧的有效滤过压（滤过的力量和重吸收的力量之差）为1mmHg，因此肺泡间质内有一定量的组织液生成。肺毛细血管对蛋白质分子的渗透性相对更大，导致肺间质内的胶体渗透压（约14mmHg）相对外周组织的胶体渗透压（肺间质胶体渗透压的一半还小）更高，利于间质内液体集聚；而肺泡壁极薄，其表面的肺泡上皮细胞较脆弱，极易被大于肺泡内压（0mmHg）的肺间质压所破坏，导致肺间质内的液体渗出至肺泡内，形成肺泡水肿。

因此，在肺微循环的毛细血管动脉端有少量的液体从毛细血管净外流，这部分净外流的液体可以经肺间质内淋巴管回流到血液系统，从而避免肺间质水肿、肺泡水肿的发生。

（二）肺水肿

各种原因引起肺血管外液体量过多甚至渗入肺泡，引起生理功能紊乱，即称为肺水肿。根据Starling方程，肺水肿发生可见于以下四种情况：①肺毛细血管静水压增高；②肺毛细血管壁通透性增加，常见于缺血、缺氧、有毒气体、感染、毒素、酸性代谢物质、组胺、儿茶酚胺等因素；③肺毛细血管内血浆胶体渗透压降低，其单独存在很少能够导致肺水肿，往往是在静水压增加或通透性增加基础上，导致肺水肿加重的因素；④肺间质淋巴液回流障碍。

在临床实践中将肺水肿的原因分为两种类型：心源性肺水肿（也称静水压性肺水肿或血流动力学性肺水肿）和非心源性肺水肿（也称高通透性肺水肿，如急性呼吸窘迫综合征）。

人类的血浆胶体渗透压正常值为28mmHg，当肺毛细血管静水压超过该值时即可发生肺水肿。但肺毛细血管静水压缓慢升高时（至少2周），肺脏抗肺水肿的能力增加，其原因在于淋巴管显著扩张，回流代偿性增加。因此，对于慢性二尖瓣狭窄的患者，肺毛细血管压高达40～45mmHg时也未发生致命性肺水肿。

六、右心室-肺动脉耦联

心肌收缩力与心室后负荷的匹配关系称为心室-动脉耦联，是心血管功能的主要决定因素，决定着循环系统的功效，只有当心室功能适应动脉负荷时，才能使能量传递最有效。目前应用心室收缩末弹性（end-systolic elastance，Ees）评估心室收缩力，有效动脉弹性（arterial elastance，Ea）评估心室后负荷，采用Ees/Ea比率评估心室-动脉耦联。

右心室功能与后负荷的最佳机械耦联时Ees/Ea比率为1.0，在比值低于0.6～1.0时就发生解耦联。肺高压（pulmonary hypertension，PH）时，PVR升高，RV后负荷可以增加5倍以上，RV收缩力几乎相似的增加，Ees、Ea的升高并不成比例，维持Ees/Ea比率接近正常、维持右心室-肺动脉的耦联，这称为“右心室适应”，但需要消耗更多的能量（图3-2）。在病情较严重的情况下，可通过心室扩张来维持RV收缩力，以限制每搏输出量（SV）的降低，但引起心肌耗氧量进一步增大，心室相互作用，右室壁僵硬度增加等后果，最终导致RV收缩力下降，LV功能受损、SV减少，右心室-肺动脉解耦联（图3-3），RV效率降低。

随着RV的持续扩张，RV几何结构改变，三尖瓣瓣环扩张、相对关闭不全，出现三尖瓣反流；进一步的RV扩张及容量超负荷则可导致室间隔左移，影响LV充盈及收缩。LV的功能障碍及冠脉灌注不足又会进一步恶化RV功能状态。这种自主恶化的异常病理生理改变最终引发低心排综合征及循环衰竭（图3-4），进一步恶化临床症状及患者预后。