間質(zhì)的液體沿著血管和氣道旁邊的間隙向肺門流動。多余的濾出液由肺淋巴系統(tǒng)清除。淋巴回流的出現(xiàn)是因?yàn)樵浇咏伍T時,間質(zhì)的靜水壓越呈負(fù)值;呼吸周期中的周期性外部擠壓,加上淋巴管中存在的單向閥和淋巴管自身的蠕動收縮進(jìn)一步促進(jìn)淋巴流動。淋巴管通過胸導(dǎo)管流入全身靜脈系統(tǒng)。淋巴管道在慢性情況下可以發(fā)生擴(kuò)張,例如:二尖瓣狹窄,這表明在休息時可能發(fā)生淋巴流量的自適應(yīng)性增加。
1. 肺泡和肺微循環(huán)的解剖—肺毛細(xì)血管和肺泡。II型肺泡上皮細(xì)胞的作用是利用肺泡上皮的阿米洛卡-特異性鈉通道((ENaC))和Na/K交換泵將鈉轉(zhuǎn)運(yùn)至間質(zhì),從而將肺泡中液體清除。兒茶酚作用(受到β2受體的調(diào)節(jié))和自身調(diào)節(jié)機(jī)制調(diào)控著Na/K-ATP酶泵。通過Na的滲透作用,水隨之發(fā)生流動。緊緊貼在一起的肺泡上皮和血管內(nèi)皮的基底膜使得氣體可以快速通過,間質(zhì)中的蛋白聚糖阻止了毛細(xì)血管的塌陷。
1896年Starling 描述了跨毛細(xì)血管膜的液體流動和靜水壓、膠體滲透壓之間的關(guān)系。Starling 方程式闡明了凈濾過量與靜水壓和膠體滲透壓的凈差值是成比例的。Levick和Michel對這個基礎(chǔ)公式提出了幾個修正公式。IIg表示血管內(nèi)皮多糖蛋白復(fù)合物層下的膠體滲透壓,在修正公式里代替了IIc。按照慣例,外向的“力量”(或者更準(zhǔn)確的講,是壓力)是正的,而內(nèi)向的力量是負(fù)的。毛細(xì)血管靜水壓驅(qū)動著液體流出脈管系統(tǒng)至毛細(xì)血管周圍間質(zhì),而毛細(xì)血管周圍間質(zhì)靜水壓阻礙著液體流出脈管系統(tǒng)。
流體靜水壓P通常以毫米汞柱測量表示。濾過系數(shù)Kf 是測量液體(溶劑或者水)跨肺泡膜移動的容易程度。人類肺的濾過系數(shù)據(jù)估計是10 ml/min/cmH2O,低于其他大多數(shù)器官的濾過系數(shù)。毛細(xì)血管靜水壓Pc通常在小動脈內(nèi)約等于13 mmHg,靜脈末端約等于6 mmHg。相對于大氣壓,毛細(xì)血管周圍間質(zhì)靜水壓Pi大約是 -2 mmHg。凈流體靜水壓△P是毛細(xì)血管和毛細(xì)血管周圍間質(zhì)靜水壓的差值,且上肺和下肺的△P是不同的,因?yàn)楦叨炔詈椭亓Φ挠绊懀ㄓ?rho;gh決定,ρ表示液體密度,g表示萬有引力常數(shù),h表示高度)。肺尖和肺底的高度差大約是25厘米,因此站立時肺尖和肺底的壓力差為25 cmH2O(18mmHg)。標(biāo)準(zhǔn)肺動脈壓是25/8 mmHg,足以保證站立位時肺最高部位的灌注。血漿膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)是由溶質(zhì)的膠質(zhì)成分產(chǎn)生的膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓),是一種內(nèi)向的壓力。肺間質(zhì)的膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)是高的,因?yàn)榈鞍踪|(zhì)(主要是白蛋白)由毛細(xì)血管膜的薄壁滲漏至肺間質(zhì)。肺毛細(xì)血管的反濾過系數(shù)約等于0.5(σπ)。正常情況下,沿著毛細(xì)血管全段流體靜水壓都是大于相反方向的膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓,因此毛細(xì)血管是持續(xù)滲漏的。體重70公斤的成人肺毛細(xì)血管滲漏出去的凈液體量據(jù)估計是0.3 ml/min。
2. Starling 方程式。 Jv 代表單位時間跨單位面積肺泡毛細(xì)血管膜的凈流量(或者流量)。Kf 即濾過系數(shù),測量單位時間內(nèi)跨肺泡膜的液體量(溶劑或者水)Kf 是毛細(xì)血管表面面積Ac與毛細(xì)血管液體有效通透系數(shù)Lp的乘積。Kf的值高表明毛細(xì)血管的水通透性高,Kf的值低表明毛細(xì)血管通透性低。膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)的反濾過系數(shù)σπ代表肺泡毛細(xì)血管膜對跨膜蛋白質(zhì)的阻止能力,可測量肺泡毛細(xì)血管膜對跨膜蛋白質(zhì)(溶質(zhì))的阻止。腎小球的膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)反濾過系數(shù)的值接近于1,表明阻止能力高。肝竇狀隙的膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)反濾過系數(shù)的值接近于0,表明對跨膜蛋白的流動幾乎無阻止??偟尿?qū)動壓是膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)(受反濾過系數(shù)調(diào)節(jié))和流體靜水壓的綜合效應(yīng)。Pc= 肺毛細(xì)血管靜水壓Pi =毛細(xì)血管周圍間質(zhì)靜水壓; IIc = 肺毛細(xì)血管內(nèi)的血漿膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓) IIi = 肺間質(zhì)膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)。
3. 肺毛細(xì)血管壓力。健康人,毛細(xì)血管內(nèi)靜水壓大約為10 mmHg。淋巴循環(huán)將液體重新帶至循環(huán)系統(tǒng)。一旦淋巴循環(huán)液體量超過肺間隙組織的飽和能力,就會發(fā)展至肺泡水腫。凈流體靜水壓(外向的)正常值大約為12 mmHg,凈膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)(內(nèi)向的)正常值大約為6 mmHg。肺毛細(xì)血管膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)大約為25 mmHg,而肺間質(zhì)膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)大約為19 mmHg。血漿膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)的大部分由白蛋白產(chǎn)生。肺水腫時毛細(xì)血管靜水壓增加,導(dǎo)致了更高的靜水壓梯度差驅(qū)使液體流至肺間質(zhì)。
發(fā)生肺水腫時,多余的水首先進(jìn)入間質(zhì)再進(jìn)入肺泡。這是由于Starling機(jī)制失衡所致。最常見的三個原因是毛細(xì)血管靜水壓升高、毛細(xì)血管通透性增高及淋巴回流不充分。例如,毛細(xì)血管靜水壓升高時,更多的液體從循環(huán)進(jìn)入組織間隙。迅速排出胸腔積液、氣胸或急性上氣道梗阻會導(dǎo)致組織間隙靜水壓降低(毛細(xì)血管與組織間隙壓力差增大),從而導(dǎo)致流量的增加。單純靜水力學(xué)因素導(dǎo)致的肺水腫是沒有炎癥細(xì)胞的漏出液。
以下生理機(jī)制會拮抗肺水腫的進(jìn)展:a.淋巴回流增加;b.組織間隙膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)降低;c.間質(zhì)的高順應(yīng)性。
a. 液體的濾過增加導(dǎo)致組織間隙靜水壓和淋巴回流增加來移除液體。但由于淋巴管匯入靜脈系統(tǒng),靜脈壓的增高也會限制淋巴液回流。
b. 增加的淋巴回流帶走組織間隙的白蛋白從而降低組織膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)(膠體緩沖)。淋巴回流的增加和組織液白蛋白的稀釋降低了膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓),從而增加了毛細(xì)血管和組織間隙的膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)梯度,有利于將水保留在毛細(xì)血管內(nèi)。
c. 高的間質(zhì)順應(yīng)性可以使大量的液體(300-400ml)留滯在組織間隙而不引起間質(zhì)壓力的增高。
間質(zhì)充滿后,液體流入肺泡。主動脈縮窄的狗模型顯示,出現(xiàn)肺泡水腫前毛細(xì)血管靜水壓必須增加3倍(相當(dāng)于肺毛細(xì)血管楔壓25-30mmHg)。毛細(xì)血管膜因炎癥損傷時,保護(hù)機(jī)制很大程度上是無效的。繼發(fā)的毛細(xì)血管損傷常與高血流動力學(xué)壓力有關(guān)。高壓可以直接導(dǎo)致?lián)p傷,增加的剪切力損傷糖被和內(nèi)皮。肺毛細(xì)血管損傷導(dǎo)致溶質(zhì)和蛋白的漏出,由此產(chǎn)生的水腫液為滲出液。
當(dāng)血液中白蛋白水平較低,例如腎病綜合征或肝臟疾病時,較低的毛細(xì)血管膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)導(dǎo)致進(jìn)入間質(zhì)的水增加。間質(zhì)的蛋白含量是低的,因此水腫液是漏出液。單一的毛細(xì)血管低膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)因素對于流量的影響有限,但如果低白蛋白合并一定的靜水壓升高,則可以導(dǎo)致水腫形成。在鈉泵驅(qū)動下,肺泡中的液體可以被機(jī)體主動重吸收。I型內(nèi)皮細(xì)胞上的水通道蛋白5與水的滲透有關(guān),但其在肺水腫中的作用尚不確定。
橫軸:肺毛細(xì)血管靜水壓(mmHg)
縱軸:正常化毛細(xì)血管凈液體流量(Jv, units)
4:Starling方程中變量的相對重要性。顯示了毛細(xì)血管靜水壓的增加對毛細(xì)血管與組織間隙間液體流量的影響。滲透系數(shù)正常時流量與靜水壓呈線性正相關(guān)(菱形)。滲透系數(shù)增加時仍呈現(xiàn)出這一效應(yīng)(方形:2倍;三角形:3倍)。膠體滲透壓(摩爾濃度滲透壓,摩爾滲透壓)從25mmHg降低到15mmHg而滲透系數(shù)正常時,流量會少量增加。虛線顯示可以導(dǎo)致急性肺水腫的理論閾值,假定淋巴回流速度3倍于正常靜息值為上限。Jv以正常靜息流量為準(zhǔn)。Kf以正常值的倍數(shù)表示。