【心血管系统疾病】
心脏疾病主要通过以下四个途径影响肺功能：肺静脉压增加；心脏扩大使肺受挤压、移位；心排血量下降；肺循环与体循环血流比改变。其中肺静脉压力水平的升高是大多数心脏病患者肺功能受影响的主要原因。二尖瓣狭窄、左室收缩功能或舒张功能障碍达一定程度将出现肺静脉高压，当肺毛细血管平均压超过25mmHg时，液体外渗发生肺水肿。现今更常见的是已接受治疗的慢性心力衰竭引起的轻-中度肺静脉高压，伴明显的劳力性呼吸困难、运动耐力受限以及肺结构改变。本章重点讨论急、慢性左心功能不全相关的肺功能障碍的机制。
1.间质性和肺泡性水肿导致肺静脉压升高的原因。见表15-18。
表15-18 肺静脉压升高的常见原因
不管原因是什么，其结果是一样的，都引起肺静脉压力的升高。但肺静脉压升高的后果取决于压力升高的严重程度、速度以及持续时间。肺静脉压轻度增加一般不引起明显的血流动力学变化。随着肺静脉压的升高，肺毛细血管压和肺动脉压亦升高，出现肺泡间隔毛细血管扩张、收缩以及小动脉部位的收缩。肺血流增加的部分（重力轴）为West3区带，该处肺静脉压高于肺泡压。根据Starling原理，当肺毛细血管压升高时，微血管渗出和淋巴回流增加。在到达淋巴管前，渗出液积聚在肺间质，首先在肺泡间隔（该处空间很小），然后在疏松的细支气管和小血管周围组织以及胸膜腔蓄积。后两者具有蓄液池或安全活瓣的作用，避免因间质压过高致使水肿液充填肺泡、损害气体交换。当肺泡间隔水肿液积聚到一定程度，压力增加接近肺泡压时，液体渗入肺泡，出现肺泡性肺水肿。一项有关流体静压性水肿的动物实验显示，仅1/3的微血管滤出液被淋巴管清除，其余积聚在肺（43%）和胸膜腔（23%）内。肺水肿液最终经淋巴管由体静脉系统清除；充血性心力衰竭（心衰）的患者体静脉压升高，淋巴回流减慢，尽管淋巴管有瓣，能主动收缩，但淋巴管内压仍可高达30mmHg。胸膜漏出液是肺水肿的反映，与肺毛细血管楔压的相关性较与体静脉压升高的相关性更好。如肺静脉高压处于慢性阶段，最初的肺静脉充血和间质性肺水肿可因以下因素而减轻：小动脉、小静脉中层肥厚，内膜增生以及间质纤维化，后者对阻止液体进一步渗出具有重要作用。
2.慢性肺静脉高压的组织病理学。
（1）肺泡损伤：肺静脉和毛细血管压升高引起的最早期组织学改变发生在肺泡-毛细血管壁，特别是较厚的含有胶原的间隔部位水肿。而肺泡屏障最薄部位，即毛细血管内皮和与其相邻的肺泡上皮细胞融合而成的基底膜不受影响，气体交换尚正常。间质水肿机化以及玻璃样变性（伴黏多糖基质形成）。内皮细胞肿胀，间质结缔组织（网硬蛋白和弹性蛋白）和Ⅱ型上皮细胞增生。毛细血管压的升高初始反应是低蛋白型的水肿和血管周围淋巴管的扩张。管腔内压力升高也导致肺动脉、静脉壁的肥厚和纤维化。急性心力衰竭的基本病理机制与二尖瓣狭窄相同。但尚未进展到肺泡玻璃样变、纤维化和血管中层肥厚，因此，具有更大程度的功能可逆性。
（2）血管重塑：肺动脉高压时的血管重塑已在实验模型上进行了详细研究。内皮细胞完整的血管条暴露于50mmHg的机械压力时，胶原mRNA表达和合成增加。对慢性缺氧性肺动脉高压动物肺血管平滑肌细胞进行培养，产生弹性蛋白和弹性生成因子mRNA，刺激弹性蛋白生成。升高的肺动脉压降低后，生成的细胞外基质和细胞肥大可逆转；这与产生胶原酶的肥大细胞进入肺动脉外膜有关。临床上，二尖瓣手术或心脏移植术后随着肺静脉压的下降，肺动脉压也明显降低，但仍高于正常。
（3）血气屏障：慢性肺静脉高压时，毛细血管内皮细胞和肺泡上皮细胞基底膜明显增厚，影响氧的弥散。
3.肺血流动力学的特点。
（1）静息和运动时肺血管压力的改变：有实验对比了静息、运动时严重心衰患者和年轻健康受试者的肺血流动力学变化，该实验显示最大运动时摄氧量和心排出量在心衰与正常人的比率均＜0.35。即使相同的工作负荷（直至100W）和相同摄氧量（PVR），心衰患者心脏指数仍较同龄健康人低30%。相反，静息时，心衰与正常人的肺血管阻力比值非常高，最大运动时更是如此。另一有趣特征是肺血管驱动压（肺动脉压-楔压，或△P）在正常人和心衰患者最大运动时没有区别，尽管心排出量有很大差异。这提示充血性心衰患者肺血管结构发生了改变。运动初始，峰值血流分布突然增加，从静息时总肺血流的5%升至运动时9%，而运动时肺动脉压升高不多。在心衰患者无上述功能储备，运动时PVR没有下降。
（2）肺楔压与肺水肿的关系：运动时肺楔压升高（心衰患者38mmHg，老年人32mmHg，年轻人20mmHg）接近或超过血浆蛋白胶体渗透压（28mmHg），可以导致内皮细胞超微结构损伤。
运动时肺楔压升高是对左室充盈和室壁张力增加的正常反应。在患者或老年人中，心肌顺应性降低（可能与纤维化有关），肺楔压-心排出量关系曲线斜率增大。在二尖瓣狭窄的患者，通过起搏器引起心动过速，缩短舒张时间，可增高肺楔压，但心绞痛患者无上述现象，只有在胸痛、左室功能不全、左房压升高时才有肺楔压升高。
（3）活动时肺血管压力的变化：除了依靠实验室和常规运动实验外，现在已能够监测日常活动中肺动脉收缩和舒张压的变化。爬楼梯引起慢性充血性心衰患者肺血管压增高至活动平板运动峰值压力的90%。同样程度的步行肺血管压力则增加至运动峰值压力的73%。就餐和小便影响较小，仅见于某些患者。平卧位压力升高3～25mmlHg，为平均峰值运动压力的63%。
4.肺容量的改变。肺功能异常与心脏病的严重性有关。早期研究，Frank总结了充血性心衰NYHA Ⅰ～Ⅳ级患者肺活量逐级降低，伴肺总量、补呼气量下降，残气量增加。充血性心衰患者肺容量的降低与二尖瓣狭窄患者相似，与左室功能异常严重性和肺水肿程度相关。成功治疗后的4～6周肺容积改善达到30%。
（1）体位改变：从坐位到仰卧位，心衰患者与健康人表现大不一样（见表15-19）。与正常人比，坐位到仰卧位，心衰患者功能残气量（FRC）没有明显下降，尽管可因残气量的增加所致肺活量下降。总胸腔容量与气体容量不同，在稳定的心衰患者明显增大。心衰患者处于FRC的气体容量是正常的，但扩大的心腔额外容纳500ml血液，加上充血的肺血管和间质至少能另外增加100ml，因此，静息潮气量呼吸状态下比正常人胸腔容量多600ml。仰卧位，心衰患者FRC并未像正常人一样降低，总胸腔容量可增加800～1 000ml。除非肺和胸壁顺应性代偿性增加（而这不太可能），否则呼吸弹性做功必须增加，吸气肌必须额外做功以保持胸腔容量在最好的超过松弛状态的容量水平：实际上，心衰患者同正常人相比，呼吸功在坐位时增加2.5倍，仰卧位时增加了3倍。
表15-19 体位对正常人和充血性心衰患者肺力学影响
（2）心脏扩大的影响：肺静脉高压引起的肺容量减少，可因肺受挤压进一步加重。巨大心脏、腹腔积液、膈肌抬高以及胸腔积液可使胸腔内空间变小。肺水肿合并胸腔积液将严重减少肺容量，促使呼吸困难恶化。研究显示，很多充血性心衰患者心脏扩大，局部通气减少（坐位）。研究发现患者仰卧位时左肺下叶通气减低，转为俯卧位时可以逆转，而肺上野通气不受影响。(https://www.daowen.com)
5.通气功能的改变。肺静脉高压通过减少肺容量，降低肺顺应性以及增加周围气道阻力影响呼吸。肺容量减少是由于肺血管充血，间质或肺泡水肿减少了肺泡含气量。肺总量虽减少，但残气量正常，因此减少的部分主要是肺活量。与上述相同的机制尚影响肺的弹性，使肺顺应性下降，即肺组织变硬。小气道（内径≤2mm）周围的血管充血和水肿，使间隙压增加，减少了正常状态下的负压牵拉作用，小气道内径缩小，气道阻力增加。严重时，气道与周围间隙压差消失，呼气过程气道可完全闭合，残气量增加。
充血性心衰引起的肺力学变化，与正常人和慢性阻塞性肺病患者不同。正常人从肺总量呼出到残气量时，呼出气流开始迅速加速度，达峰值后，气流随肺容量减少呈近似线性关系下降。心力衰竭患者肺总量减少，残气量正常或略增加，结果变化最大的是肺活量，通常低于正常；由于气道变窄，最大流速下降，其变化与容量减少相平行，故流速-容量曲线类似于正常形态，只是高度不同。相反，慢性阻塞性肺病患者肺总量增加，残气量亦显著增加，结果肺活量减少，虽与心力衰竭相似，但最大呼气流速明显下降。因此，通过用力肺活量测定有助于鉴别肺源性和心源性呼吸困难。
6.气体交换功能的改变。
（1）弥散量（转移因子）：肺弥散功能与肺泡膜弥散（Dm）和肺毛细血管血容量（Vc）有关，两者都可分别或同时影响肺弥散功能。除了在一些类型的心脏病和晚期慢性阻塞性肺病患者，肺毛细血管内血流量的变化往往是可逆的，因此，它对肺弥散功能的影响也是可逆的。然而，肺泡膜弥散功能减低往往是肺部疾病不可逆的佐证。这两种因素单独影响都会使肺弥散功能减低，一个因素的作用又往往可以减少另一个因素的影响。例如，二尖瓣狭窄的患者，肺毛细血管血流量增加可以抵消膜弥散降低对肺弥散功能测定的影响，甚至得到正常结果。在这种情况下可以分别测定肺泡膜弥散和毛细血管血流量来发现其真实情况。
结构-功能相关（二尖瓣切开术活组织检查）研究已显示DLco减少与肺血管改变程度相关，特别是内膜纤维化和管腔狭窄，但与肺泡纤维化相关性差。与肺容量相比DLco更易受影响。
（2）肺通气/血流比值：正常呼吸效率决定于吸入气的均匀分布和肺泡单位的血流灌注。肺通气/血流比值可以作为气体交换效率的指数，比值失调反映换气功能发生障碍。肺部通气和血流都正常时，肺泡毛细血管中的静脉血可以得到充分的动脉化，此状态下通气/血流比值为0.8；通气正常而肺泡毛细血管受阻使血流量减少造成肺泡无效腔增加，亦即生理无效腔增加，有效通气减少、无效通气增加，此时肺通气/血流比值大于0.8；肺血流正常而细支气管受阻造成流经肺毛细血管的静脉血动脉化不充分，此时通气/血流比值小于0.8，即形成动静脉分流。肺静脉高压时气道阻力及肺泡通气异常都是区域性的，导致吸入气体分布不均。此外，肺静脉压的增加也可改变肺的灌注分配。正常人两肺下部比上部接受更多的血液，当肺静脉压升高时，血液分布逆转，肺上部血流灌注多于肺底部。其结果通气/血流比值失调，导致低氧血症。有很多关于急性肺水肿或心肌梗死后动脉氧分压和二氧化碳分压变化的研究。Fillmore等观察了急性心肌梗死患者在吸室内空气时动脉血氧分压的变化。结果，动脉二氧化碳分压始终保持正常（38±6mmHg），吸入28%的氧气后仍没有升高。动脉二氧化碳分压和pH值与病情严重程度均无关。深吸气或间歇正压通气后，动脉氧分压和右向左分流得到改善，但静脉内应用利尿剂没有上述作用。提示镇静和制动引起的肺基底部膨胀不全在肺水肿的发生中起着重要作用。目前，一般认为二尖瓣狭窄或治疗后的慢性心衰患者动脉血氧可以正常或接近正常。
7.气道阻力的改变。
（1）发病机制：二尖瓣狭窄和心衰患者气道阻力增加（仰卧位更明显），但不严重。仰卧位阻力增加有待合理的解释。它与肺容量改变以及迷走神经诱导的支气管收缩均无关（吸入异丙托溴铵无效）。通常导致心脏病患者气道阻力增加的原因可能是黏膜肿胀或气道壁水肿、狭窄，而不是气管腔的闭塞；且不伴有通气区域的不均一性（此为哮喘和慢性阻塞性肺病的特征）。
（2）二尖瓣狭窄：慢性肺静脉高压的患者，尽管常有喘息，残气量增加，但气道阻力仅轻微升高。在非吸烟者，平均FEV1/FVC和肺总量在正常范围内。根据最大呼气流量-容积曲线，所有容积对应的流量都减少约30%，气道阻力增加2倍（相当于气道直径平均减小13%）。在14例二尖瓣狭窄的患者中仅有4例出现频率依赖性的肺顺应性改变。频率依赖动态肺顺应性检查被认为是检测外周小气道功能异常最敏感的指针和标准。
（3）急性心力衰竭：Hale和Kazemi回顾分析了急性左室功能不全（心肌梗死后）患者的肺功能，结果显示表现为FEVl/FVC比率下降的气道阻塞常见。
（4）慢性心力衰竭：应用食管气囊技术Chemiack等发现充血性心衰患者气道阻力（坐位）比正常人高2.5倍：更近一些的研究显示，仅轻微降低（0.8倍），FEVl/FVC正常。
8.肺顺应性的变化。
（1）急性血管扩张的影响：Pepine和Wiener通过起搏诱导心动过速和心绞痛症状对16例缺血性心脏病患者进行了观察。结果肺顺应性在单纯心动过速患者没有减低，而出现心绞痛症状并伴随左室舒张末压升高的患者肺顺应性下降，舌下含服硝酸甘油可使之逆转。心绞痛发作时，气道传导性明确下降，肺顺应性显著降低，静息肺容量轻微升高。Pepine和Wiener在正常人利用电刺激诱导胸痛，结果肺顺应性没有减低。心绞痛时肺顺应性快速、可逆性降低考虑与血管扩张有关，而与间质或肺泡水肿无关。至今，尚无实验重复出他们的结果。但从坐位到仰卧位观察到与上述结果类似的肺顺应性的即刻下降（约30%）。
（2）慢性改变：二尖瓣狭窄患者静息时肺顺应性减低与肺活量、肺总量减小有关。这可能反映了慢性肺静脉压升高引起了肺泡的结构破坏和纤维化。与肺纤维化性疾病相反，其最大肺弹性回缩力并不增加。考虑与呼吸肌疲劳有关。
9.呼吸肌的功能变化。
（1）二尖瓣病：这类患者肺最大膨胀时肺弹性回缩力［PL（el）max］降低，与神经肌肉病类似。在肺容量的整个范围内PL（el）max降低与最大吸气压（PImax）减低成比例。
（2）心力衰竭：充血性心衰患者骨骼肌（包括呼吸肌）的结构、生化和功能均存在异常。运动时随着最大通气量减小，呼吸肌耐力下降。随着心衰的加重，起初静息状态下未受损的呼吸肌肌力逐渐减弱。肺活量被视作代替心衰严重程度的标志。研究显示心衰时表现为普遍存在的肌病，患者状况进行性恶化。
心衰患者肌力减弱的确切原因尚不知晓。低心排出量所致缺血和骨骼肌血管阻力增加并不认为是其原因。去适应也许是其中之一，尽管不太可能发生在呼吸肌。Piepoli等认为左室心功能不全和活化分解代谢因子的失活（肿瘤坏死因数生成、胰岛素抵抗）以及合成代谢因子减少导致的心肌病态，通过心脏康复训练仅部分可以逆转。
综上所述，心脏病患者肺静脉压的急剧升高使肺血容量增加，肺顺应性降低，气道阻力增加（中等程度）。微血管滤过和淋巴回流亦增加。若压力增高超过滤出液的清除率，肺泡性水肿随之发生。结果肺容量减少、气体交换受损（PaO2和DLco减低），急性（如急性心肌梗死后）改变是可逆的。无论何种原因引起的肺静脉压的慢性升高，都引起肺泡和血管壁损伤，伴肺容量减少，弥散量减少以及肺动脉高压。在无肺泡肺水肿时患者仍能保持良好的气体交换。心衰患者气道阻力的增加不如COPD严重，但前者也有部分存在气道高反应性、呼吸肌和骨骼肌功能受损。