对肺循环的影响
右心室射出血液进入肺循环，因此肺循环容量等于右心室的心排血量。正常肺循环具有以下特点：①流量大，相当于体循环的血流量。②压力低，静息时肺动脉平均压仅为体循环压的1/6。③阻力小。④容量大，肺循环血容量约为450 ml，约占全身血量的9%，肺循环的主要功能是进行血液氧合。肺动脉管壁厚度仅为主动脉的1/3，其分支短而管径较粗，故肺动脉顺应性较高，对血流阻力较小。肺循环动脉部分的总阻力大致和静脉部分总阻力相等，故血流在动脉部分的压力降落和在静脉部分的压力降落相等。由于肺循环对血流的阻力小，所以虽然右心室每分心排血量和左心室每分心排血量相等，但肺动脉血压远较主动脉压为低。
正常人肺动脉收缩压为18～30 mmHg，平均为22 mmHg，舒张压为6～12 mmHg，平均为8 mmHg，肺动脉平均压为（12±2）mmHg。由于肺动脉管壁薄、顺应性高，因此，当肺血流量增加时，肺动脉压并不成比例升高。肺循环位于右心和左心之间，在疾病情况下，左心功能发生改变，肺循环将受影响，而肺循环的病理改变，也可殃及右心功能。肺循环的特点可概括为高流量、低阻力、低压力、短流程。海拔高度与动脉血氧饱和度（SaO2）成反比，与肺动脉压（Ppa）成正比（见表3-3）。
表3-3 不同海拔高度的肺动脉压和动脉血氧饱和度测定值［22］（
±s）
续表
（一）缺氧性肺血管收缩
肺泡气氧分压及混合静脉血氧分压降低都可引起肺小动脉收缩，称为缺氧性肺血管收缩（hypoxic pulmonary vasoconstriction，HPV），是一种稳态机制，是内在肺血管系统作用的结果。肺泡缺氧时，肺内动脉收缩，将血液转移到氧合更好的肺段，从而优化通气灌注匹配和全身供氧。这是肺循环独有的生理现象，缺氧时肺血管收缩有利于维持肺泡的通气与血流比例，使流经这部分肺泡的血液仍能获得较充分的氧气，同时也可增加肺尖部血流，使肺尖部肺泡通气得到更充分利用，有助于维持较高的PaO2，具有一定代偿意义。慢性高原病患者肺泡-动脉氧分压差明显大于正常人，可能与通气/血流（V/Q）比值失调有关。在正常情况下肺泡通气和肺血流分布必须均匀协调，即V/Q比值为0.8。混合型慢性高原病，因低氧性肌性肺小动脉不规则收缩、血流不均匀灌注、肺血管壁增厚、管腔狭窄甚至完全闭塞和/或血液黏度增高、血管内血栓形成等，导致肺毛细血管总面积大为减少，无效腔量增加。在这种情况下，肺泡通气量正常而肺血流量减少，二者比值增大，病变区的气体未能充分进行交换，出现低氧血症。另外，个别患者即使吸入高浓度氧也不能改善低氧血症，这可能是由显著肺动脉高压引起的肺内动、静脉分流所致。患者暴露于缺氧中，几秒钟内便发病，并在4～5 min内达到最大强度，此时HPV可以维持，而且在气道氧水平恢复正常后仍是可逆的，除非发生肺动脉高压和不利的血管重构［23］。但剧烈的肺血管收缩可使肺动脉压急剧升高，促进肺水肿发生。低氧暴露诱导肺血管收缩，随后重构长期、持久的肺血管收缩，是缺氧性肺动脉高压的重要机制。
HPV可优化氧气摄取和全身氧气输送。HPV的机制尚不清楚，目前认为与下列因素有关：①缺氧对肺血管平滑肌的直接作用。缺氧使肺血管平滑肌电压依赖性钾通道（KV）关闭，K+外流减少，细胞膜去极化，电压依赖性钙通道开放，Ca2+内流增多引起肺血管收缩。②体液因素的作用。来自肺组织或循环系统中内皮细胞等多种细胞分泌的细胞因子或血管活性物质可作用于肺血管，影响肺小动脉的舒缩状态。这些物质有的能收缩血管，如血栓素A2（thromboxane A2）、内皮素（endothelin，ET）、血管紧张素Ⅱ（angiotensin Ⅱ）、5-羟色胺（5-hydroxytryptamine）等；有的能舒张血管，如前列环素（prostacyclin）、NO、肾上腺髓质素（adrenomedullin）、心房利钠肽（atrial natriuretic peptide，ANP）等。缺氧时，血管活性物质的产生和释放发生改变，缩血管与舒血管物质之间比例失衡，以缩血管物质增多占优势，使肺小动脉收缩。③交感神经的作用。缺氧时交感神经兴奋，经α受体引起肺血管收缩。有实验表明，缺氧后肺血管α1受体增加，β受体减少。因此，缺氧性肺血管反应的发生是多因素综合作用的结果。
（二）缺氧性肺动脉高压
肺动脉高压是慢性高原病的并发症之一，高原缺氧是发生肺动脉高压的根本原因，Hultgren在秘鲁（4540 m）检查了3例慢性高原病即混合型慢性高原病患者的血流动力学，平均肺动脉压50 mmHg，右心房压9 mmHg，HCT 72%，肺功能正常。当病人吸入纯氧时，肺动脉平均压下降到30 mmHg，但仍高于同海拔高度正常人水平。(https://www.daowen.com)
低氧性肺血管收缩及肺动脉高压可使肺小动脉发生形态学改变，血管中层平滑肌增殖，管腔狭窄，肺循环阻力增大。缺氧引起的肺动脉高压及肺血管形态学改变的机制复杂，包括神经体液、化学介质、离子通道等因素参与。Ppa增加与动脉氧合减少成比例，相应病理改变包括肺小动脉中层增厚导致的重构。在一项慢性高原病患者与高海拔居民对比研究中，慢性高原病患者SaO2最低，Ppa最高，这表明这些患者肺动脉高压比健康高原人更严重，肺血管重构更广泛。缺氧性肺动脉高压（hypoxic pulmonary hypertension，HPH）是由急性缺氧引起肺血管收缩、肺动脉压升高、长期缺氧引起的肺血管改建（remodeling），形成稳定的肺动脉高压。慢性缺氧引起肺血管结构改建主要表现为直径100 μm至1 mm的小动脉中层的环形平滑肌增厚，小动脉和细动脉内层出现纵行平滑肌。小动脉中层平滑肌正常时占血管直径的2%～3%，慢性缺氧时可增至10%左右，并使原来没有平滑肌纤维的肺血管中层出现平滑肌。此外，肺血管壁中成纤维细胞肥大、增生，血管壁中胶原和弹性纤维沉积，与血管平滑肌细胞增殖肥大共同作用导致血管壁增厚、管腔狭窄、血管硬化、反应性降低，形成稳定的肺动脉高压。长期持久的肺动脉高压，可增加右心室后负荷，导致右心室肥大以至衰竭，因而是高原心脏病和肺源性心脏病的主要发病环节。
缺氧肺动脉高压的发生机制主要有血管改建和收缩两方面，参与反应的细胞主要有成纤维细胞、肺血管内皮细胞和肺血管平滑肌细胞。缺氧可以促进内皮细胞等释放多种细胞因子或血管活性物质，这些血管活性物质在引起血管收缩的同时，也有部分参与介导血管平滑肌细胞、成纤维细胞增殖以及细胞外基质产生，共同完成肺血管改建。缺氧肺动脉高压发生机制中，血管平滑肌细胞的作用十分重要。缺氧时，细胞内自由钙浓度{［Ca2+］i}增高、Ras同源基因家族成员A（Ras homolog family member A，RhoA）和Rho相关激酶（Rho associated kinases，Rock）激活、活性氧（ROS）水平升高，通过多种途径，增强肺血管平滑肌细胞的收缩和增殖；另外，RhoA与HIF-1一起，调控多种增殖相关基因表达，促进血管平滑肌细胞的增殖；肺血管持续收缩，也可通过细胞骨架应力变化等途径促进细胞增殖（见图3-2）。
图3-2 缺氧性肺动脉高压的发生机制
（三）低氧运动中的肺循环
HCT增高会增加血液黏度，全身血压可能中度升高，而肺动脉压明显高于高原健康居民。例如Penaloza［22］发现，10例慢性高原病患者的平均肺动脉压为64/33 mmHg，而对照组为34/23 mmHg，心排血量没有显著差异，表明肺血管阻力是对照组的两倍多，可能是受黏度增加和肺血管收缩的影响。与低海拔和高海拔的健康者相比，慢性高原病患者肺动脉压力更高和右心室壁更肥厚，但Maignan等［24］没有在研究人群中发现任何明显的右心衰竭的证据。Stuber等［25］在3600 m处对30名慢性高原病患者和32名对照组患者进行了超声心动图检查，以研究适度运动对肺血管反应的影响，慢性高原病患者在静止状态下肺动脉压力略有增加，但适度运动时肺动脉压力增加了3倍。这一发现表明这些患者肺血管顺应性很低，静息测量可能低估了两者之间血流动力学的差异。
虽然在大多数慢性高原病或非慢性高原病的高海拔居民中，休息时的肺动脉压（Ppa）或平均肺动脉压（Ppam）通常只是轻度升高，但运动时急剧增加，而肺血管阻力（pulmonary vascular resistance，PVR）没有变化或略有增加，与在海平面运动时PVR的下降形成对比。有研究对35个年龄在17岁到34岁出生和居住在海拔4000 m以上的健康男性，以及22个年龄在17岁到23岁、出生并定居在海平面高度的健康男性置入右心导管，在休息和300 kg·m/（min·m2）负荷下仰卧循环5 min后进行测量，海平面耗氧量（VO2）为719 ml/（min·m2），高海拔的耗氧量为779 ml/（min·m2）。结果显示，高海拔居民的Ppam与心输出量之间存在显著关系，高海拔居民仅做适度运动，就可导致严重的肺动脉高压，Ppam为60 mmHg［26］。
在一项对16名出生和生活在4000 m健康高海拔居民的右心导管研究中，报告了轻度的运动性肺动脉高压，研究对象的Ppam在休息时表现为（20±3）mmHg，运动时增加到（32±8）mmHg。在另一研究中，Ppam休息时为（23±1）mmHg，运动时增加到（34±6）mmHg，休息时补充氧气没有影响Ppam，但在运动中同一心排血量水平时，Ppam下降至（28±3）mmHg，表明吸氧可改善运动诱导的血管收缩。据报道，居住在海拔3100 m的受试者在中度运动下，25～100 W的负荷范围内，Ppam由休息时25 mmHg增加到54 mmHg。另一项研究在海拔3658 m的拉萨测量了居民的Ppam，在60～180 W工作负荷下Ppam由15 mmHg增加到35 mmHg。
现场超声心动图研究肺循环已经普遍开展。Stuber等对出生和生活在海拔3600～4000 m的受试者进行了研究，在静止和50 W负荷下的测量结果显示，健康的高海拔居民休息时Ppam为20 mmHg，轻度运动时Ppam则上升为29 mmHg，而慢性高原病患者Ppam由静息时的23 mmHg增加到39 mmHg。一项对13名慢性高原病患者、15名健康高海拔居民和15名匹配的低海拔居民对照研究中报道了平均肺动脉压-心排血量（Ppam-CO）的关系，证实了这些结果。在慢性高原病患者中，Ppam-CO的斜率为4.8 mmHg/（L·min），健康高海拔居民为2.8 mmHg/（L·min），低海拔居民为1.7 mmHg/（L·min）。
这些研究表明，慢性高原病患者的肺动脉高压较健康高海拔居民及低海拔居民运动时上升更极端，取决于个体和种族肺血管对缺氧反应的变异性。与健康的高海拔居民相比，慢性高原病患者在任何水平心排血量下的Ppam更高，而低海拔居民几乎没有缺氧血管收缩。这些结果可能解释为慢性高原病患者肺血管重构比健康高海拔居民更明显，运动可能增加了诱导血管收缩的成分。