第三十三章急性肺损伤和急性呼吸窘迫

第三十三章　急性肺损伤和急性呼吸窘迫 综合征

第一节　概　述

自从1967年Ashbangh及其同事首先采用成人呼吸窘迫综合征（adult respiratory distress syndrome，ARDS）描述12例急性呼吸困难、顽固性低氧血症、肺顺应性下降和X线胸片呈现弥漫性浸润的临床综合征以来，ARDS的研究得到广泛的重视，不仅在呼吸病学领域，而且在外科学（特别是创伤）、麻醉学、急诊和重症监护医学、感染病学、药理学等很多学科都在开展相关的基础和临床研究。虽然A RDS的病死率仍达40%～60%，但根据其病理和病理生理研究的新认识，最近推荐保护性通气策略使病死率开始有所下降。

最初认为，A RDS的病理和临床表现十分类似于新生儿呼吸窘迫综合征（newborn respiratory distress syndrome，NRDS），于是冠以“成人”，以示区别。后来发现它同样发生在儿童，而在病因和发病机制上ARDS和N RDS有很大不同，故改称为急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome），缩写仍用ARDS，并且确认ARDS是急性肺损伤（acute lung injury，A LI）最严重的一种类型。A LI和ARDS的定义几经修改，目前仍然沿用1994年美欧共识会议（American European Consensus Conference，AECC）的表述：A LI是对于肺实质损伤的广谱的病理反应，ARDS是A LI的最严重类型。A LI和ARDS的诊断标准包括急性起病、X线胸片上与肺水肿相一致的双侧浸润、肺动脉契嵌压≤18 mm Hg且没有左心房高压的任何证据。ARDS代表A LI的一个亚型，取决于缺氧的程度，规定A LI氧合指数（PaO2/FiO2）≤300 mm Hg，ARDS氧合指数≤200 mm Hg，而不论其所使用的呼吸末正压（positive end－expiratory pressure，PEEP）的水平。该定义的优点是简单明了，易于掌握和应用，并且对A LI和ARDS在病理生理严重程度上的差异作出了明确界定。缺点是没有考虑A LI的基础病因和其他器官功能状态，而此两者是影响预后的重要因素。此外，X线标准未予确定可能导致解释上的变化，PaO2/FiO2指标不考虑PEEP水平也是不合理的。最近AECC又引入气体交换、器官衰竭、原因和相关疾病（associated disease）分层评分标准，简称GOCA（表33－1），特别强调肺损伤和影响预后的附加参与因素的评估。

表33－1　ALI和ARDS的GOCA评分系统

（续　表）

注：1mmHg＝0.133kPa；1cm H2O＝0.098kPa。

第二节　病理和病理生理

一、ALI和ARDS的病理变化

肺对于损伤的病理反应是复杂的，而形态学的研究十分困难。首先，并发ARDS的临床重危患者很少有肺活组织检查指征，其生前病理组织学的研究资料十分缺乏，死后解剖则常因其他合并症如医院获得性肺炎、机械通气和高浓度氧疗所致肺损伤而变得难以确切区分。其次动物模型所显示的变化在多大程度上能够解释人的ALI和ARDS亦无从确定。再者，ALI和ARDS本身的病理组织学变化及其特征性是有限的，如果没有临床背景资料，则ALI和ARDS比较特征的表现“弥漫性肺泡损伤”与急性间质性肺炎很难区别，特别是在晚期。

ALI和ARDS在病理组织学表现代表了肺的炎症、消散和修复过程，目前多数人主张将其分为3期：渗出期（水肿和出血）、增殖期（机化和修复）和纤维化期。各期可以互相重叠，但总体上是一个呈阶段性特征的进行性过程，且与临床和影像学表现相符合。

（一）渗出期

发生在急性呼吸衰竭出现后的第1周。大体标本上肺变硬，淡红，重量增加。不同于经典的肺水肿，其切面无渗出液，因富含蛋白质的肺泡渗出液凝固。光镜下可见中性粒细胞、巨噬细胞和红细胞以及透明膜形成。后者为经受损内皮－上皮屏障渗漏至肺泡腔的血浆蛋白和细胞碎屑组成。免疫组化染色表明透明膜中还有Ig、纤维连接素和少量补体成分。电镜检查可见有内皮损伤，但程度相对较轻，没有细胞坏死、毛细血管基膜脱落和血管内纤维素聚积。一种比较凸出的改变是局部血管内中性粒细胞结集，特别是脓毒症所致ALI和ARDS患者。然而，致密而成块的中性粒细胞聚积常提示感染。由于间质水肿、纤维素和红细胞渗漏至血管外，肺泡隔常常增宽，血管渗漏的程度超出可见的内皮撕裂程度。与血管内皮细胞不规则和轻度的变化不同，肺泡上皮通常显示Ⅰ型细胞广泛坏死。肺泡表面脱落被透明膜所取代，并紧贴着脱落的基膜。Ⅱ型肺泡上皮细胞对于损伤较具抵抗力，并且能够复制和分化从而取代Ⅰ型细胞。这种变化早在A RDS发病后的第3天即可见到，也预示着增殖期的开始。

（二）增殖期

虽然ALI和ARDS的某些患者渗出期改变可以完全消散，但多数患者会进入增殖期的致纤维性肺泡炎改变，以肺泡腔和间质渗出物的机化为其特征。典型病例在损伤后第1和第3周之间由于新生结缔组织形成，肉眼可见肺变得较致密，质地光滑，灰白色而带有发光。肺泡上皮细胞再生，表现为一排立方形细胞沿肺泡壁伸展，覆盖先前脱落的基膜。这些细胞可见表面活性蛋白染色，表明由Ⅱ型肺泡上皮细胞分化而来。在肺泡壁内成纤维细胞和成肌纤维细胞增生通过缺损的基膜移行至纤维素性肺泡内渗出物中。因此渗出物便转化为细胞颗粒组织，最终成为纤维组织。这些细胞内组织其作用犹如海绵，能保留水分，而且也作为白细胞和成纤维细胞移行的框架，将渗出物转运至结缔组织，这个过程称为“增积纤维化”（fibrosis by accretion）。引起ARDS肺重建的另一个机制是肺泡壁内成纤维细胞因间质水肿液的刺激导致肺泡间隔纤维化。第3种机制即受损肺泡壁萎陷后的所谓“萎陷性硬变”（collapse induration），也就是肺泡腔因机化性纤维素和过度增生的上皮细胞而被封堵，而这导致残留的少数肺泡变大和肺泡管扩张，即形成“蜂窝肺”样改变。

（三）纤维化期

早在A RDS发病的第1周，纤维化即开始。生存超过14 d的A RDS患者可测得总肺胶原含量增加。大体标本显示肺表面粗糙，如鹅卵石状，切面苍白，因有微囊状气腔和不规则瘢痕使肺变得如同海绵。在慢性A RDS愈合的肺脓肿和间质性气肿，可形成较大气囊，然而连续的大气腔很少见。

除上述肺实质病变外，A LI和A RDS患者肺血管的病理改变也是非常显著和重要的。尸体检查可见95%的患者有肺血栓。在死后肺血管造影中较大血栓（直径＞1 mm，肺动脉内）可见于86%的患者，尤其多见于早期死亡者。光镜检查微血栓同样很常见，且在各期均有。出血性梗死亦非少见，脏层胸膜对缺血性坏死特别敏感，可能是因其侧支循环较少的缘故。由于这种坏死，患者对感染尤其易感，并容易出现气胸。在增生期后期和纤维化期肺血管床广泛变形，血管扭曲、狭窄和血管壁纤维增厚。腺泡前和腺泡内肺动脉肌肉化，导致不可逆性肺动脉高压。肺血流增加、慢性缺氧致血管收缩和氧中毒等原因使肺血管重塑成为A RDS患者晚期的重要改变和病情难以逆转的病理基础。

二、ALI和ARDS的病理生理

（一）肺泡毛细血管膜损伤和肺水肿形成

肺血管外水含量取决于血管内皮和肺泡上皮屏障的完整性。在解剖上肺泡毛细血管屏障是不对称的，在气腔一侧很薄，间质腔很小，而在毛细血管一侧则存在事实上的间质腔，允许自毛细血管来的液体渗入与积聚。维持和调节肺泡毛细血管内皮结构完整和通透性正常的因素包括细胞间连接、细胞外连接、细胞骨架以及胞饮运输与细胞底物的相互作用。ALI和ARDS炎症反应介质和产物改变内皮屏障及其通透性（后述）。肺泡上皮损伤可以直接的（肺部原因所致ALI和ARDS），亦可以是间接的（肺外原因）。覆盖肺泡表面积达90%的肺泡Ⅰ型细胞最易遭受损伤。正常情况下肺泡上皮屏障较血管内皮其通透性更低。因此，一旦肺泡上皮损伤，肺泡渗漏则势如闸门开放，泛滥不止。损伤殃及肺泡Ⅱ型细胞造成正常上皮液体运输的破坏，削弱肺泡液体的清除，并影响表面活性物质的生成与转运，这些均直接或间接促成肺水肿的形成。ALI和ARDS肺水肿形成除毛细血管通透性增高这一基本因素外，还与肺毛细血管静水压和胶渗压有关。毛细血管液体滤过量由跨毛细血管静水压和胶渗压的压力梯度所决定的。当毛细血管跨壁的净静水压超过跨壁的净渗透压时，液体便离开毛细血管进入间质腔。此外，肺微血管前、后阻力的局部调节对毛细血管及其间质液的流动也是重要的，左心房压力升高是肺毛细血管压增加的最常见原因，而肺毛细血管压和流出道阻力升高也引起肺毛细血管压的上升。肺毛细血管压还直接与肺血流量（心输出量）有关：PC＝P_LA＋（RV×Q）。这里，P_C表示肺毛细血管压力，P_LA左心房压力，RV流出道阻力，Q为心输出量。如果左心房压力和流出道阻力恒定，则肺毛细血管压随心输出量的变化而变化。在ARDS特别是脓毒症所致者，心输出量增加，同时内皮屏障功能障碍，更有利于肺水肿的形成。

肺具有能够防止高静水压力性肺水肿的内在安全机制，在毛细血管压力超过生理范围时能对抗液体的聚积。这种机制包括3个因素：①由于滤过压升高引起的吸收剪力增加，后者作用方向朝着毛细血管内，与滤过压力的作用相反；②间质液容量增加使血管周围肿胀，间质腔吸收液体的能力下降；③肺淋巴管对间质液的移除加快。3种作用力的总和接近21mmHg，当毛细血管滤过压轻度升高如缺氧加重或二尖瓣狭窄代偿期肺泡仍能维持轻微干燥状态，但肺毛细血管压明显增高超过21mmHg时即引起肺液在小的肺泡管和上皮细胞紧密连接部位的聚集。不论液体聚集于上述任何部位，非选择性渗漏和血浆蛋白通过所有通道，都促使富含蛋白质的水肿液削弱气交换和表面活性物质灭活。

图33－1　肺压力－容积曲线

（二）肺的生理学改变

ALI和ARDS患者肺间质和肺泡水肿，以及肺微不张使肺的力学特性发生改变，反映在压力－容积（P－V）关系上，即肺膨胀和泄气明显滞后。在应用机械通气治疗者可见曲线（图33－1）起始部分（低肺容积）平坦，需要较大压力（超过下拐点）才能使萎陷的周围气道和肺泡重新开放。此点可以用作选测最佳吸气末正压（PEEP）的参考值。在下拐点以上的曲线较为陡直，意味着肺的顺应性增高，有更多肺组织可用于通气。到达上拐后曲线又变得平坦，此时肺过度膨胀。A LI和A RDS在较低肺容量时即到达下拐点。此时气道压力相当于26 cm H ₂O，肺容量高于功能残气量约为850 ml，故机械通气的压力不宜超过此限，以防气压伤。A LI和A RDS另一重要生理学改变是通气/血流（V ）比例失调和分流造成顽固性低氧血症，其病理基础是肺水肿和由此造成的肺泡萎陷和微不张。

（三）肺血管病变

肺血管结构和功能改变是A LI和A RDS病理生理变化的关键之一。炎症所致肺内皮损伤和通透性增高是其始动环节和病理学变化的结构基础。肺血管的改变主要包括肺动脉高压、肺血管的低氧性收缩功能障碍、肺微血栓形成、肺血管受压以及血管重建等。这些改变的定位，作用机制和影响列于表33－2。

表33－2　ALI和ARDS时肺血管的改变

（四）多器官功能衰竭

随着ARDS研究的深入和临床治疗技术的改进，患者很少直接死于不能克服的呼吸衰竭，绝大多数死于多器官功能衰竭（muliple organ failure，M OF）。目前关于A RDS和M OF的关系尚未清楚，有以下几种主要解说。

1.感染　脓毒症是A LI和A RDS最常见原因或并发症，A RDS尸体检查发现98%患者有感染证据，最常见的起始感染部位是肺。美国1年有40 000余人死于细菌和真菌血症，单纯菌血症患者病死率为19%，若发生A LI则病死率增加至65%，如果合并MOF或感染不能控制，病死率进一步增加。感染可以是A LI和A RDS以及M OF的直接原因，也可以是其他原因A RDS患者病程中肝脏受损和胃肠道屏障功能削弱，细菌或毒素吸收进入到血液－淋巴循环所致。感染除可以加重ARDS外，还推动和加速M OF，其确切机制尚不清楚。

2.促炎和抗炎机制失衡　研究发现在脓毒性休克患者存在双相免疫反应。第1期为前炎症后期或系统性炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS）期，表现为炎症细胞激活和前炎症因子释放（后述）。适度的炎症反应是一种防御机制，于机体有利。第2期为代偿性抗炎反应综合征（compensatory anti inflammatory response syndrome，CARS），机体产生一系列抑炎因子，如内源性皮质类固醇和儿茶酚胺、转移生长因子－β（TGFβ）、可溶性T NF受体、IL－1受体拮抗剂（IL－1）、IL－10、IL－4、IL－11、IL－13等。如果机体免疫状态良好，抗炎和促炎两者保持相对平衡，内环境得以维持，A LI和A RDS的炎症“瀑布”可中止，不会进一步发展为M OF。倘若机体存在某些方面的免疫功能紊乱，不能产生足够的抗炎因子，促炎因子继续占优势，则将引发MOF。炎症反应的理想结果应是有利于宿主杀灭和清除入侵微生物或其他多种致病因子，而不招致组织损伤或遗留显著瘢痕。为此，期望炎症过程限制在一定的水平和避免过剧就必须：①中性粒细胞移行迅速，它和内皮细胞/上皮细胞之间的接触时间最短，以便有可能使中性粒细胞在这个过程中处于非分泌状态；②细胞移行所必需的基质降解是局部的和高度受控的；③中性粒细胞在吞噬和消化细菌过程中颗粒酶和氧反应中间产物的释放最少；④中性粒细胞移行迅速中止，血管外的中性粒细胞大多以原形的凋亡细胞迅速清除；⑤对上皮和内皮细胞的局部损伤最轻，并迅速修复；⑥除为保证有效修复的少量需要外不出现纤维化。在这样一个危险的配合系统中上述保持有益作用的任何一点不足，便会使平衡向着组织损伤方面倾斜，引起过剧的组织损伤，导致炎症→组织损伤→炎症持续的恶性循环。肺常常是最先受累器官。如何使炎症控制在适当水平和避免组织损伤是人们关注的焦点。在实验性细菌性肺炎、新生儿急性肺损伤和急性关节炎观察到中性粒细胞凋亡。另一些研究进一步提示，粒细胞凋亡提供一种限制损伤的清除机制，可以促进炎症消散而避免其持续存在。在凋亡中可见中性粒细胞若干功能，包括趋化、超氧阴离子、颗粒酶分泌作用的显著降低。凋亡的中性粒细胞主要被巨噬细胞，可能尚有成纤维细胞（半专职性吞噬细胞）所吞噬和清除。巨噬细胞识别和吞食凋亡中性粒细胞是特异性的，涉及巨噬细胞表面分子CD36和α2β3整合素。凋亡的中性粒细胞仍保留完整，其颗粒酶和其他胞内产物不会漏出，巨噬细胞吞食凋亡粒细胞的过程中也不释放炎症介质。多种炎症介质，如LPS，C5a和GMCSF等抑制中性粒细胞凋亡。凋亡的细胞内机制不清楚，可能涉及第二信号系统包括Ca^2＋，多种肿瘤基因如c－myc，c－ras，bcl－2和p53。总之，中性粒细胞凋亡的调控仍不清楚。在分子水平深入研究凋亡过程及其调控将有助于控制肺部炎症反应在适度水平，从而避免组织损伤。

图33－2　正常人和急性呼吸窘迫综合征患者的氧供需关系

3.氧耗－氧供（Vo2－Qo₂）关系异常 ARDS和MOF可能存在共同的发病机制和途径，氧耗－氧供关系异常（图33－2）可能是各器官功能异常的病理生理基础。正常人氧供可以有变化，但在临界阈以上即使氧输送减少，机体的氧摄取却维持相对恒定，这是由于局部代偿作用如氧提取和灌注毛细血管的横断面积增加的缘故。倘若局部代偿机制耗竭，如急性呼吸窘迫综合征时不论氧输送量在临界阈以上或以下，几乎所有Vo₂水平都出现Vo₂－Qo₂绝对依赖关系，称为病理性氧供依赖，这就意味着患者在所有氧供水平都存在氧的供需失衡。非肺器官亦存在Vo₂－Qo₂关系异常，导致脏器细胞氧合代谢障碍和损伤。这种气体交换障碍在肺表现为通气/血流（V ）比例失调，非肺器官则为毛细血管血和组织细胞之间的交换异常。氧供需失衡原因有一种解释认为，由于血流重新分布，流向低氧耗器官组织如骨骼肌，而重要脏器供不敷需；另一种解释认为，重要器官毛细血管内皮和器官实质损伤，组织水肿，弥散距离增加以及毛细血管表面积减少，致使细胞氧交换障碍。引发毛细血管内皮和器官实质损伤的基本机制是炎症细胞普遍激活和介质释放。因为肺有丰富的毛细血管床，往往成为炎症损伤的最先靶器官。

第三节　细胞分子机制

A LI和ARDS是SIRS在肺部的表现。现在认识到炎症在很多肺部疾病的发病机制中起着核心作用，存在若干共同机制和途径，而不同疾病涉及的细胞和介质包括细胞因子不尽相同。A LI和ARDS是以促炎细胞因子过量释放和中性粒细胞作为主要效应细胞在肺实质和气腔内聚积为特征的炎症反应。尽管目前已有大量研究，但A LI和A RDS的发病机制在许多方面仍不清楚。

一、促炎和抗炎介质

1.IL－1β及其拮抗物　IL－1β能刺激多种具有化学趋化作用的细胞因子（cytokines，CKs），如IL－8、上皮细胞中性粒细胞激活剂（epithelial cell neutrophil activator，EN A－78）、单核细胞趋化肽（monocyte chemotactie peptide，MCP－1）和巨噬细胞炎性肽（macrophage inflammatory peptide－1α，MIP－1α）。因而IL－1β被认为处在炎性细胞因子源头的重要地位。在A RDS的BA LF中测得IL－1β，同时也能测得它的拮抗物IL－1受体拮抗剂（IL－1ra），后者竞争性抑制IL－1β与其原发细胞表面信号受体的结合。在正常志愿者BA LF中按浓度计IL－1β∶IL－1ra为1∶1，而在持续性ARDS患者的BA LF中其比例为10∶1，提示IL－1β在ARDS患者维持肺部持续炎症状态中的重要作用。然而ARDS患者IL－1β浓度的绝对值取决于所采用的测定方法。此外在A RDS－BA LF中也能测得可溶性IL－1受体Ⅱ（sIL－1RⅡ），其能结合和增强IL－1ra的抑制活性。也有研究提示IL－1β在纤维增殖和上皮修复过程中可能起作用。尽管IL－1β系统相当复杂，但临床体液的研究显示IL－1β，IL－1β：IL－1ra，IL－1β：sIL－1RII与肺损伤的严重程度及预后存在显著相关，表明IL－1β与其配基和受体的相互作用在A LI和ARDS早期发病机制中可能起着重要的作用。

2.T N Fα及其拮抗物　T NFα同IL－1β一样能刺激宿主产生其他细胞因子。在A RDS发病后第1周其BA LF中T NFα升高，虽然它不能用于预估病人预后。在脓毒症患者测得可溶性T NF受体（s T NFR）。研究发现BA LF中T NFα/s T NFR比值与疾病严重程度（肺顺应性和低氧血症）直接相关。但是，肺部液体中T NFα的生物学活性低于IL－1β。因此T NFα及其拮抗物在ARDS发病机制中的作用或其重要性尚待进一步研究。

3.IL－10　IL－10是巨噬细胞产生的强有力的下调前炎性因子的抑制性细胞因子，其表达与TNFα的表达密切相关。ARDS患者BALF中IL－10增高与预后改善有关。虽然TNFα/IL－10浓度的比值在ARDS患者升高，但进一步研究显示IL－10峰值出现在第1天，3周后降至不能测得的水平，因此TNFα/IL－10在ARDS发病时下降，随着病情进展升至接近正常水平。

4.巨噬细胞移动抑制因子（MIF）　在肺组织MIF由肺泡巨噬细胞和支气管上皮细胞产生，它和TNFα具有相互刺激和分泌细胞因子的作用。MIF不仅有强化内毒素和G－杆菌产物的作用，而且是通过类似钟声受体－4（Toll－like receptor－4，TLR4）调节巨噬细胞对内毒素反应所必需的调节因子。借助抑制激活，诱导P53－依赖性凋亡，MIF对于维持巨噬细胞的生存和功能也是非常重要的。糖皮质激素刺激MIF的产生，有研究发现MIF以剂量相关方式对激素的抗炎作用起负面影响。MIF作为炎症介质的作用及其与激素的关系使激素治疗脓毒症和ARDS的临床试验变得十分复杂，评价困难。

5.高可变组（high－mobility group，HMG）－1蛋白　是一种促进基因转录和调节类固醇激素受体活性的DNA结合蛋白。最近发现HMG－1尚有通过激活下游细胞因子释放而成为延缓内毒素致死的后期介质。给动物气管内注入HMG－1能产生肺的急性炎症损伤，也能诱发中性粒细胞炎性肺水肿和局部产生IL－1β，TNFα和巨细胞炎症蛋白（MIP）－2。应用HMG－1抗体可以减轻内毒素炎症。也有报道HMG－1诱导肠道屏障通透性增加。HMG－1是否增加肺泡毛细血管屏障通透性和参与ARDS发病尚待进一步研究。

二、趋化因子和黏附因子

虽然IL－1β和TNFα最初被认为具有趋化作用，但现在证明它们缺少趋化活性，它们在活体表现出来的趋化作用可能来自于诱导产生趋化因子。促炎因子早期炎症反应细胞因子和远隔部位细胞因子相互作用，使特定的白细胞在免疫炎症反应部位聚集，构成炎症反应的最初过程，这一过程必须有趋化因子的参与。

经典的白细胞趋化物如细菌产物、补体片段（C5a和C3a）、白三烯LTB4和血小板激活因子（platehet－activating factor，PAF）等虽可使白细胞聚集在病变部聚集，但缺乏白细胞的类型特异性。1987年趋化因子的发现是此领域研究的重要一页。趋化因子（chemokine）是由chemotactic和cytokine缩写而来，即有趋化作用的细胞因子，也称趋化性细胞因子或趋化蛋白。趋化因子超家族是一大类可特异性募集和激活白细胞的小分子量蛋白，已发现50余种，依其分子结构的氨基端半胱氨酸（cysteine，C）残基的排列顺序分为CXC，CC，C和CX3C 4个家族，前者主要作用于中性粒细胞，后三者则主要作用于单核－巨噬细胞及淋巴细胞。而CXC按其N末端与CXC序列之间是否存在谷－亮－精（ELR）氨基酸序列可再分为ELR＋和ELR－两类。仅ELR＋CXC具有中性粒细胞趋化活性，包括IL－8，粒细胞趋化蛋白－2（granulocyte chemotactic protein 2，GCP－2），CXCL1（旧称GRO2），CXCL2（GROβ），CXCL3（GROγ），CXCL5（ENA－78），CXCL7（NAP－2）。ELR－CXC能与肝素结合，灭活其抗凝功能。CXC趋化因子由多种细胞产生，包括单核细胞、肺泡巨噬细胞、中性粒细胞、角质细胞、肾小球膜细胞、肺泡上皮细胞、肝细胞、成纤维细胞和内皮细胞。CC亦可由多种细胞包括淋巴细胞、单核细胞、中性粒细胞和各种非炎症细胞及肿瘤细胞所产生。

在趋化因子和其他物质作用下，中性粒细胞由血管腔移向肺组织过程中的另一重要的介质是黏附分子。介导白细胞－内皮细胞黏附和移行的黏附分子列于表33－3。

表33－3　参与白细胞－内皮细胞黏附及移行的黏附分子

注：LFA：淋巴细胞功能相关抗原；Mac－1/CR₃：巨噬细胞－1/补体受体－3；ICA M：细胞间黏附分子；VCA M：血管细胞黏附分子；INCA M：细胞间自然细胞黏附分子；V L A：极晚活化抗原；EL A M：内皮－白细胞黏附分子；GMP：颗粒膜蛋白；PADGE M：血小板活化依赖颗粒外膜蛋白；gp：糖蛋白；CA M：细胞黏附分子；L A M：白细胞黏附分子；LE－CA M：白细胞内皮细胞黏附分子。

三、中性粒细胞炎症反应的启动

在细菌及其产物如F MCP、补体系统激活产物C5a以及巨噬细胞激活产生的IL－1β与T NFα等作用下，中性粒细胞即开始跨越血管内皮和肺泡上皮的移行而到肺组织和支气管中。这一过程始于刺激因子作用后2 h，高峰在4～6 h。炎症启动的信号可以因不同刺激而异，有的则可能是共同作用的结果。白三烯LTB₄和IL－8也可以是炎症反应的早期介质，但一般说可能不是始动信号。

四、中性粒细胞在肺泡毛细血管内的趋边滚动、黏附和汇集

选择素启动中性粒细胞与肺毛细血管内皮细胞的接触，并介导中性粒细胞沿血管壁的趋边快速流动（滚动）。实验研究表明在应激状态下血液流经毛细血管后小静脉时选择素家族特别是中性粒细胞表面L－选择素是介导滚动的主要介质，而整合素家族则是中性粒细胞黏附血管内皮细胞的重要介质。只有中性粒细胞紧密黏附于血管内皮细胞，并在肺泡毛细血管内停驻或汇集（sequestration），才能实现经内皮细胞向血管外移行。汇集可能是中性粒细胞表面黏附分子表达激活综合作用的结果。因为中性粒细胞平均直径为7～8μm，而肺毛细血管内径仅为5.5μm，所以通常情况下中性粒细胞必须变形和压缩方能通过肺泡毛细血管。内毒素、C5a等均可使中性粒细胞变形减少，延长其在肺泡毛细血管内的停留，从而形成汇集过程。

五、中性粒细胞的跨膜移行

毛细血管基膜是白细胞移行的一道屏障，因此跨膜移行涉及膜基质蛋白的降解。白细胞含有多种降解酶，能降解基膜，对跨膜移行可以起作用。但最近研究提示内皮细胞本身在毛细血管基膜降解和重塑中起着关键性作用。虽然体外试验发现，中性粒细胞跨越单层上皮细胞可以不引起细胞层通透性增加，甚至可见单细胞层的电阻消失，在活体也观察到单一介质引起中性粒细胞向肺组织移行，并无明显渗出和损伤，但是在大多数肺炎和其他器官炎症模型包括肺炎链球菌肺炎模型上仍可见到大量血浆蛋白渗出和内皮与上皮细胞有一定程度的损伤。

六、中性粒细胞的趋化、激活和吞噬

中性粒细胞穿越内皮细胞和上皮细胞层后在趋化物质浓度梯度作用下定向移行至病灶部位。过去认为中性粒细胞移至炎症组织即产生吞噬杀菌作用，在最终裂解时释放水解酶，促进炎症渗出物吸收，不过以往对于这一过程的理解比较简单。最近研究表明，在组织内中性粒细胞可以处于相对安静状态，而对不同调控机制非常敏感，中性粒细胞本身也产生多种炎症因子，包括IL－8，IL－1和GM－CSF。不是所有炎症介质都能激起中性粒细胞的相同反应，有的更重要一些，如IL－8和C5a是很强的促分泌物质，能刺激中性粒细胞释放反应性氧基和颗粒酶，而LPS，TNF和血小板活化因子（PAF）仅有中度促分泌作用，即使在很高浓度时亦然。但是这后几种因子可以引起重要的“引爆效应”，调节中性粒细胞特性和行为，使之释放大量强烈的损伤物质。中性粒细胞引起内皮细胞损伤需要引爆剂和触发剂的综合。引爆过程也改变中性粒细胞的其他功能包括黏附减少、变形和诱导趋化反应。这些反应的综合作用促进活化的、分泌性中性粒细胞大量地和较长时间汇集在血管内，与内皮细胞直接密切接触，从而加重内皮细胞损伤以至增加向炎症组织的移动与聚集。

七、参与ALI和ARDS炎症反应的其他细胞和介质

虽然中性粒细胞炎症被认为ALI和ARDS患者最主要或最基本的病理改变，但是其他许多细胞和介质也可能参与这一过程（表33－4）。事实上，临床见有严重中性粒细胞缺乏患者发生ARDS者；在某些动物实验模型A LI并不依赖于中性粒细胞；重症肺炎患者接受G－CSF治疗，循环中性粒细胞数量增加，肺损伤的发生率和严重程度并无增加。因此在A LI和A RDS发病机制中存在中性粒细胞炎症究竟是原因还是后果的争论。细胞间的相互作用正是需要深入研究的关键之一。

表33－4　参与ALI和ARDS发病的其他细胞介质

八、呼吸机相关肺损伤

机械通气是治疗A RDS的重要措施，但是机械通气本身可以引起肺损伤。经典理论认为呼吸机所致肺损伤是“气压伤”（barotrauma），后来又有“气压伤”还是“容量伤”（volutrauma）的争论。事实上损伤不仅出现在高容量时，也见于低容量时，因而又有“膨胀不全性肺损伤”（atelectrauma）的提出，认为与肺单位在恒定容量下反复开放和关闭有关。因为呼吸机所致肺损伤（ventilator－induced lung injury）在形态学、生理学和影像学上与基础ALI/ARDS的弥漫性肺泡损伤不能区别，所以现在认为应用呼吸机相关肺损伤（venlilator－associated lung injury）比较确当，而且机械通气可以上调炎症反应的研究证据正在增加，又提出“生物伤”（biotrauma）的新概念，包括“生物化学伤”（biochemical injury）和“生物物理伤”（biophysical injury）。

众所周知，肺泡过度膨胀的直接结果可引起撕裂。其膨胀程度取决于跨肺压（Ptp）即静态气道压（相当于吸气末平台压，Pplat）与胸腔压（Ppl）的压差。目前一致认为Ptp＞35 cm H ₂O是有害的。A LI/ARDS患者机械通气时萎陷的肺单位及小气道周期性开放和关闭造成的剪切力可引起细胞变形。呼气末肺容量降低改变肺泡表面活性物质的功能，可提高肺表面张力，增加肺泡陷闭的倾向，这将反过来放大剪切力，增加肺水肿的形成和降低表面活性物质的免疫功能。近年在动物模型研究证明机械通气产生的剪切力可上调炎症反应，如肺中性粒细胞浸润、体循环和BALF中细胞因子增加，其肺损伤可通过应用抗TNFα抗体或IL－拮抗剂所缓解。据认为机械刺激细胞膜，受体可转导致生物信号系统，这是呼吸机所致炎症性肺损伤分子基础。研究还显示机械性作用可以促进内毒素或来自肺组织的细菌移位至体循环。临床随机对照研究亦表明在接受常规机械通气ARDS患者BALF中前炎症因子（IL－1β，TNFα，IL－6）增高，而实施保护性通气策略的患者前炎症因子的升高程度呈现缓解，发生终末期器官功能不全者显著减少。

九、肺损伤与修复

炎症特别是中性粒细胞炎症激活和呼吸爆发过程中释放多种物质可引起肺损伤（表33－5）。

表33－5　中性粒细胞释放可引起组织损伤的物质

这种损伤殃及肺泡－毛细血管膜的下列结构。

1.肺泡－毛细血管膜的细胞间（内皮细胞间和上皮细胞间）连接　经膜黏附分子均属于糖蛋白，对于炎症细胞释放的蛋白酶十分敏感；而某些介质亦通过细胞内cAMP和钙离子影响细胞间接的动力结构。

2.连接处的细胞外基质　细胞外纤维基质对肺泡－毛细血管膜内皮细胞连接完整性至关重要。除蛋白酶可以影响细胞外基质外，带阳电荷的白蛋白以及中性粒细胞释放的阳离子蛋白等均可以撕裂基质屏障。

3.细胞基底部黏附受体　体外实验证明，中性粒细胞蛋白酶可以裂解细胞基底部受体或基膜蛋白，引起内皮细胞和上皮细胞分离。

4.细胞骨架　许多因子可以作用于内皮或上皮细胞骨架的肌动蛋白，特别容易导致周围肌动蛋白纤维的撕裂，引起连接处细胞间的反应和裂隙形成。触发这一反应的信号是细胞内钙离子浓度增高，它与肺损伤的许多因子相关，如反应性氧代谢产物、TNF、IL－1、血小板活化因子、白细胞三烯E₄、蛋白激酶C、缓激肽、组胺等。肌醇磷酸途径在调节屏障功能方面可能是特别重要的，其中间产物除提高细胞内钙离子浓度外，磷酸酯酶C的激活可以释出二酰甘油，后者进一步激活蛋白酶C。实验研究观察到，蛋白激酶C可引起内皮或上皮细胞变形及通透性增高。而暴露于氧化物出现蛋白酶C激活即可能是由于细胞膜磷脂经过肌醇磷酸途径代谢的结果。

肺损伤的修复首先在于炎症消退，亦即引发炎症的所有过程必须逆转，包括诱发刺激的去除和介质的消散、中性粒细胞自血管移行的停止，毛细血管通透性恢复正常，粒细胞分泌组织毒性物质和促炎因子的产生受到限制，单核细胞自血管的移行和成熟为炎症细胞的过程得以中止，最后则是血管外渗液、纤维素凝块、蛋白质、细菌和细胞屑碎、颗粒细胞和巨噬细胞被移除。目前对于炎症消退的研究和理解远不如炎症启动和炎症细胞募集等过程深入。其中关于中性粒细胞凋亡的调控在炎症消退机制中可能具有特殊意义。中性粒细胞是一种短寿命的终末分化细胞，在循环血中的半寿期仅约为6 h，其死亡至少有两种不同形式：坏死和凋亡。在毒素或缺氧等作用下中性粒细胞坏死，释放多种蛋白酶、介质和代谢产物（参见表33－5）造成组织损伤，启动和放大炎症反应。凋亡则不同，虽然也出现一系列形态和生化改变如细胞皱缩、微绒毛丧失、趋化和分泌功能抑制等，但其细胞膜保持完整和功能完善，不会释放损伤性物质。凋亡的中性粒细胞迅速为巨噬细胞以及某些“半专职性”吞噬细胞如上皮细胞、成纤维样细胞所捕食与移除。因此，凋亡是限制组织炎症损伤和促进消散的重要环节。人们自然要问是如何调节的？有研究表明肺炎症部位血管外的中性粒细胞凋亡速度较周围血的中性粒细胞明显要慢，提示炎症部位存在延缓凋亡的因子，最近证明许多炎症介质以及内毒素、C5a和G MCSF能抑制凋亡，延长组织培养基内中性粒细胞的寿命和功能持续时间；而巨噬细胞能释放抗炎和促凋亡介质。影响凋亡的细胞内机制不清楚，可能涉及第二信使系统，包括Ca^2＋，肿瘤基因如C－myc，C－ras，bcl－2和p53。目前有限的研究尚不足以解释中性粒细胞坏死和凋亡的调节机制。无论如何，保持炎症反应在适度水平有利于宿主杀灭和清除入侵微生物或其他多种致病因子包括A RDS的激发因素，有效的炎症清除机制可以避免严重组织损伤和遗留显著瘢痕。研究这种平衡将是A LI和ARDS发病机制的核心问题。

肺炎损伤后的修复包括再生和纤维性修复。参与再生的为Ⅱ型肺泡细胞，通过分化、移行和增生，并覆盖于脱落肺泡基膜的临时基质，最终Ⅱ型细胞分化为Ⅰ型细胞，正常肺泡结构恢复。但Ⅱ型细胞过度增生和不能分化的Ⅱ型细胞持续存在，导致肺泡上皮不能恢复是A LI和A RDS患者异常修复的重要的病理机制和组织学特征。A RDS早期（早在发病后第1周）组织学上即可见纤维化和前胶原Ⅲ多肽沉积，是由于多种促炎介质和细胞因子兼有促纤维化作用的缘故（表33－6）。纤维性修复是炎症坏死修复的一种方式。在这种修复方式中成纤维细胞是最重要的参与者，表现出极高的增殖反应。在修复反应中成纤维细胞主要有以下3种功能：①移行和聚集到损伤部位并增殖；②合成包括胶原蛋白、蛋白多糖、弹性蛋白、纤维黏蛋白等细胞外基质成分；③通过分泌胶原酶、蛋白多糖酶类及其他蛋白酶对结缔组织进行改建，邻近结缔组织中的成纤维细胞移行至损伤部位，并聚集、增殖和产生新的结缔组织成分。成纤维细胞的功能主要受来自T淋巴细胞、巨噬细胞、补体成分、结缔组织成分的信号调控。

表33－6　细胞因子在肺修复和纤维化中的作用

(续　表)

ARDS肺纤维化最大的一项研究是117例患者应用BAL的前瞻性研究。于病程第3，7，14天测定前胶原，有80%的患者在BALF中存在可测得的前胶原Ⅲ，但缺少对照组。在高前胶原Ⅲ组患者的死亡危险性增加1倍。其他在ARDS患者BALF测定细胞因子的研究尚有不少。但迄今关于ARDS肺纤维化形成机制基本上是从创口愈合的概念和研究资料来推测“肺的伤口愈合”，所以确切的机制研究尚待深入。

（何礼贤　陈雪华）

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（续　表）