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机制知多少:血流动力学不稳定引起肺水肿?

我有一支去甲肾 离床医学 2023-11-22




1.摘要从病理生理角度来讲,急性肺水肿机制复杂,牵扯到:毛细血管静水压、间质静水压、胶体渗透压和毛细血管通透性。临床引起肺水肿的一些疾病包括:心衰、二尖瓣反流、心律失常、运动、游泳、潜水等。需要知道的是,左心输出量和右心输出量不匹配也会引起肺水肿。右心收缩能力急剧增加会导致肺毛细血管静水压增加,从而引起肺水肿。本文着重强调的是血流动力学不稳定引起肺水肿的机制,不讨论脓毒症和ARDS引起的肺水肿。
2.介绍

急性肺水肿(Acute pulmonary edema ,APE)病情凶险。患者肺部原先充填空气的区域被液体充填,这些液体可以是外来的,也可以是自身分泌的。左心室功能不全的时候,更多的液体填充在心室当中(包括左心室收缩功能和舒张功能不全),引起心室压力增加,继而导致肺毛细血管静水压增加,从而可以引起毛细血管内的液体转移至肺泡内,引起肺水肿,这就是心源性肺水肿的一个传统机制。但临床上,心脏功能正常的时候,也会出现肺水肿,因而具体情况还需要具体对待。


3.解剖与生理

肺泡壁包括I型上皮细胞和II型上皮细胞,其中I型上皮细胞比例是90%,而且更容易受到损伤。II型上皮细胞一般比较强健,能够分泌表面活性剂、转运一些离子物质、调节肺泡内外液体流动。II型上皮细胞能够在某些环境下进行增生,并且分化成为I型上皮细胞。

在毛细血管和肺泡接触的部分,两者的基底膜融合成为一层薄薄的膜,在这里可以进行气体交换。整个肺部,毛细血管的血容量大概是70ml左右,和右心输出量相似,占据肺循环的10%。毛细血管阻力构成了肺血管阻力的1/3。肺血管阻力很小,毛细血管静水压主要受到肺动脉压力影响。

间质的液体会朝向肺门流动(顺着气道),肺淋巴管会重吸收多余的间质内液体。淋巴管具有单向阀门,而且本身会自我蠕动,从而可以将液体转移出去。淋巴管最终汇合到胸导管中,进而加入到体循环系统中。呼吸运动会促进淋巴管内液体的转移。临床一些情况下,淋巴管会扩大,以便适应机体的代偿情况(比如:二尖瓣反流)。


图1:肺泡解剖


肺毛细血管中的多糖-蛋白复合物能够避免血管的坍塌。肺泡II型上皮细胞中有一些离子泵,能够通过转运离子的方式,同时将水转运出肺泡(水因为渗透压的改变而转运)。


4.肺水肿影响因素(方程式)

1896年,Starling描述了液体肺水肿的一个方程式,用来阐述肺水肿的产生机理。

图2:肺水肿方程式


从这个方程式可以看出,净滤过(Jv)和滤过系数(Kf)、胶体渗透压(II)和静水压(P)相关。【Pc表示毛细血管静水压,Pi表示间质静水压,其余类推】

毛细血管静水压促使液体从血管中转移出去,间质的静水压阻挡液体从毛细血管中转移出去,其单位为mmHg;

滤过系数(Kf)由肺泡膜决定,表示水穿透肺泡膜的容易程度。对于人来讲,肺的Kf的数值一般是10 ml/min/cmH2O,比其他器官要低。肺泡处的毛细血管静水压(Pc)通常是13mmHg,静脉末端的静水压是6mmHg。间质的静水压(Pi)一般是-2mmHg。净水压力差(△P)是间质静水压和毛细血管静水压的压力差,在上肺、下肺是有区别的(高度不同,压力不同,公式是ρgh)。站立时候,如果肺尖和肺底部高度差是25cm,那么压力差就是18mmHg。肺动脉的压力一般是25/8mmHg,所以即便是站着的时候,这个压力也足够保证血液的循环。

胶体渗透压是由溶液中的胶体产生,是一种内向的压力,避免液体外流,用于稳定液体。毛细血管对胶体的通透性用一个系数来表示(σΠ,一般是0.5),在计算的时候需要乘以这个系数。蛋白是产生胶体渗透压的主要物质。

通常来讲,在整个毛细血管走形中,静水压一直超过胶体渗透压,所以液体存在持续的渗漏。从公式中可以看出,静水压的增加是肺水肿的重要机制(胶体渗透压需要乘以一个系数,对肺水肿产生影响不是那么大)。对于一个70kg的成年人来讲,肺毛细血管渗透出去的液体量大概是0.3 ml/min,量非常小。


图3:肺水肿模型图


从上图可以看出,想要形成肺水肿,首先要有液体进入到组织间隙,然后在进入到肺泡内。导致肺水肿的3个主要原因是:1.毛细血管静水压升高(Pc);2.毛细血管通透性增加(Kf);3.淋巴回流相对或绝对减少。


图4:方程式影响因素


从图片可以看出,净渗透量和毛细血管静水压成直线型正比关系;渗透系数(Kf)增加的时候,净渗透量也增加。毛细血管胶体渗透压从25mmHg降低到15mmHg的时候,如果渗透系数(Kf)不变,那么渗透量的改变其实非常少。


举例说明


如果毛细血管静水压增加(Pc增加),那么就会有更多的液体进入到组织间隙。

间质静水压减少(Pi减少),同样会导致更多的液体进入到组织间隙。

Pi减少常见于:胸水迅速引流、气胸、急性上气道梗阻,这些都会导致Pi的急剧降低,引起驱动压上升,导致肺水肿产生,这种肺水肿为单纯静水压性肺水肿。

机体会通过一些代偿反应来减少肺水肿的产生,主要有以下3种:1.淋巴回流增加;2.间质胶体渗透压降低;3.间质顺应性耐受。


肺水肿的代偿


1.间质中水含量增加会导致间质静水压增加和淋巴回流增加,从而加速水的清除。但淋巴回流最终还是进入到体循环中,因而整体作用受限。2.水分重吸收的过程中,间质中的一些蛋白也会进入到淋巴管中,从而导致间质蛋白含量降低,引起间质胶体渗透压减少。3.间质的顺应性很大,能够接纳300-400ml的水分,这是正常的代偿能力,在这种代偿下,间质的压力可以不变。

一旦间质内液体过负荷(超过代偿能力),液体就会流向肺泡腔。动物实验表明,毛细血管静水压超过3倍的时候(25-30mmHg),才会有肺水肿。毛细血管通透性增加、基底膜破坏(比如脓毒症、炎症反应、过敏)会导致代偿能力不足以清除间质水分,从而引起肺水肿。需要注意的是,血压过高也会引起肺毛细血管继发性损伤。肺毛细血管损伤引起的肺水肿会包含有水和蛋白,是一种渗出液。

当体内白蛋白降低的时候(比如肾病综合征、肝脏疾病),毛细血管内的胶体渗透压就会降低,从而会导致液体从血管中渗透到组织中。这时候的液体是漏出液。胶体渗透压在肺水肿的形成中所占比例不高,但如果合并有静水压增加,那么就会大大提高肺水肿产生的概率。


5.毛细血管静水压增加机制(左心和右心不匹配肺水肿)

心源性肺水肿中,左心房压力增加会引起肺毛细血管静水压增加,从而导致肺水肿。

左心室充盈压和每博功成曲线关系,也就是所谓的Frank-Starling定律。心衰患者也遵从这一原则,但是曲线往右下方移动。心室收缩末期压力能够影响心房压力,心房压力又影响着肺静脉压力,经过压力传导,会导致肺毛细血管压力也增高。这种压力的变化贯穿整个心动周期,每一次心室搏动,都会导致这种压力传导。

上述理论并不能完全解释心源性肺水肿。心衰的时候,左心室需要更高的充盈压力,形成这种压力就需要额外的能量,而这种能量的来源就是右心系统(右心室)。

对正常人来说,右心和左心系统必须匹配。


图5:右心SV和左心SV匹配情况


从上图可以可以看出,如果右心SV和左心SV相等,那么肺内的液体量就不会增加,也就没有肺水肿;如果右心SV>左心SV(比如一个80ml,一个78ml),那么每个心动周期中肺循环都会多出一部分液体,而一分钟就会多出很多的液体,最终导致肺水肿。

根据流体力学的观点,液体会流向压力低的地方,而液体流动的动力就来自压力差。从右心系统到左心房,压力应当是逐步降低的,而且这种流动是消耗能量的。从这个角度来讲,并不是左心房的压力决定了肺毛细血管压,而是肺毛细血管压决定了左心房压力。

对于一个前壁心梗的患者来说,左心室SV降低,但是右心受到影响很小,甚至在儿茶酚胺大量分泌的情况下,右心系统收缩加强,从而导致了肺毛细血管压力增高,继而出现左心房压力增高,左心室充盈压增高。这种右心SV的增加,会引起肺毛细血管压力增高,从而出现血液进入肺间质,同时也能够保证左心房充盈增加。如果右心的SV增加程度超过了左心SV的增加程度,那么就会出现毛细血管静水压增加,导致肺水肿。


图6:肺水肿左右心不匹配机制


从上图可以看出,任何导致左心-右心SV不匹配的疾病,都可以引起肺水肿。

毛细血管内皮细胞和细胞外的蛋白多糖相连,蛋白多糖能够决定毛细血管的开放与否。间质静水压明显增加的时候,蛋白多糖就会水解,从而引起毛细血管坍塌。这种改变会影响毛细血管血流、增加血管阻力(蛋白多糖是毛细血管的支架)。间质静水压增加,导致蛋白多糖水解,引起毛细血管坍塌,从而导致肺毛细血管压力增高,引起肺动脉压增高,右心必须增加做功来克服这些增加的阻力,这时候同样会引起血液在肺内的重新分布,引起未受损区域的血流增加、静水压从而也增加。

后向压力增加引起肺水肿并不常见,但也不是没有。二尖瓣反流的时候(腱索断裂)会引起肺水肿,这时候左心房会接受一个来自心室的压力,这个压力会向肺毛细血管传导,从而引起心源性肺水肿。

血容量增加的肺水肿其实也并不多见。在慢性心功能不全急性加重的患者身上,血容量增加可以引起心源性肺水肿。肾损伤的时候,机体液体排出受限,可以引起血管内和组织间隙的水负荷加重,从而引起肺水肿。


图7:毛细血管压力增加因素总结


从图上可以看出,引起毛细血管压力增加的因素有:血容量增加、静脉血管收缩引起回心血量增加、右心收缩加强、左心收缩减弱、二尖瓣反流。

6.心梗引起的肺水肿

急性下壁心梗的时候,左右心都会受到影响。在左右心系统都受损的情况下,肺水肿一般不会出现。但前壁心梗的时候,因为右心功能保留良好,左心功能受限,这时候可以引起肺水肿。

慢性心功能不全的患者躺平的时候,回心血量会增加,这时候如果左心收缩无法适应右心增加的SV,那么就会导致肺水肿,这就是端坐呼吸和夜间阵发性呼吸困难的原因。


7.复张性肺水肿和负压性肺水肿

负压性肺水肿和复张性肺水肿很少见。气管插管拔管可以引起负压性肺水肿,胸水和气胸的快速处理可以引起复张性肺水肿(引流过快)。当胸水过多或气胸量较大的时候,迅速放胸水等治疗可以引起复张性肺水肿。这种突如其来的变化会使肺泡压力迅速降低,导致组织静水压下降,引起毛细血管-组织间隙静水压梯度增加,从而引起肺水肿。同时,迅速复张也可以引起脉管系统受损,引起通透性增加,从而引起肺水肿。


8.罕见引起肺水肿的情况

右心系统梗死会引起右心收缩功能不全,导致入肺血液减少,这时候很少出现肺水肿。

对左右心室影响一样的疾病也很少会引起肺水肿(左右心室SV变化一致),比如肥厚性心肌病、心包积液、缩窄性心包炎。

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