血－支气管肺泡屏障功能的测定和临床意义
作者：陈雪融 冯玉麟
单位：陈雪融(华西医科大学附属第一医院呼吸内科，成都，610041)； 冯玉麟(华西医科大学附属第一医院呼吸内科，成都，610041)
关键词：
华西医学000183 综述 审校
分类号：R322.2 文献标识码：D
文章编号：1002-0179(1999)04-0111-02▲
自从1857年Claude Benard将箭毒注入狗的气道并发现由此产生了肌肉麻痹的效应以来，已有众多的研究者对可溶性化合物透过血-支气管肺泡屏障(血气屏障，blood air barrier,BAB)的能力发生了浓厚的兴趣，尤其在核素检查，支气管肺泡灌洗等手段应用于研究以来更是如此，但关于溶质由血至气的通透性方面的研究仍较少，现对此作一综述。
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1 血-支气管肺泡屏障的解剖和生理
通过电镜我们可以对BAB的结构作详尽的观察。血-肺泡屏障由肺泡上层细胞层，血管内皮细胞层和基膜以及少量间质组织构成。内皮细胞层均匀一致，而上皮细胞层由两种肺泡上皮细胞层由两种肺泡上皮细胞(Ⅰ型和Ⅱ型细胞)构成。Ⅰ型细胞是一些扁平大细胞，覆盖了肺泡表面的90%～95%。Ⅱ型细胞呈立方状，能产生肺泡表面活性物质，Ⅰ型细胞遭受损伤时可由Ⅱ型细胞进行修复。血肺泡屏障是不对称的，一侧相对较厚而另一侧较薄，内皮细胞与上皮细胞间仅一层基膜；较厚一侧内皮细胞与上皮细胞各自的基膜之间有一腔隙，此腔隙最终由淋巴管引流，而在肺水肿早期可容纳中等量的肺间质液的增加，使血-肺泡屏障的另一侧保持干燥从而有利于气体交换。
血肺泡屏障的不同组分的电荷分布是不同的。血管内皮细胞表面分布阴离子电荷，Ⅰ型肺泡细胞不带电荷，Ⅱ型肺泡细胞表面广泛分布阴离子电荷。这与Hill的假说相符，即带阳离子电荷的表面活性物质与肺泡细胞表面紧密结合，从而提供了一个重要的无水层面。这种情况在肺损伤时特别明显，此时Ⅰ型细胞遭到破坏由Ⅱ型细胞取代，肺泡细胞表面所带阴离子电荷，可与表面活性物质广泛结合。这样，由于表面活性物质的疏水性，肺泡内的水肿液可被“泵出”肺泡腔。另外，肺泡基底膜主要分布负电荷，毛细血管基底膜主要分布正电荷。肺泡基底膜抑制阴离子向肺泡腔内弥散，而毛细血管基底膜使阴离子向间质腔的弥散变得更容易，因此，肺泡基底膜的屏障作用较毛细血管基底膜更大。
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亲水性溶质主要通过屏障的细胞连接进行渗透。据认为，决定内皮或上皮接合处实际通透性的最主要因素是紧密接合该紧密接合(联合)系由线形排列的颗粒和条索状物质组成的狭窄带状网络，它们与相邻细胞上的类似结构紧密并行。研究证明，肺泡上皮细胞间的孔径约为0.6～1.0nm而血管内皮细胞间的孔径在4.0～5.8mm以上，上皮细胞层的溶质渗透性比内皮细胞层低10倍。因此，化合物由血至气，或由气至血的弥散速率可能主要由肺泡上皮细胞层的通透性决定。
血-支气管屏障由支气管上皮细胞和基膜，血管内皮细胞和基膜以及其间的间质组织组成。支气管粘膜的上皮细胞包括纤毛细胞，杯状细胞，基细胞，刷细胞，神经内分泌细胞等。
2 测定BAB由血至气通透性的方法
由于肺泡或支气管上皮层的通透性比毛细血管内皮层小的多，所以对BAB渗透性的测定主要是对上皮层通透性的测定。Valimaki将聚乙烯吡咯酮作为示踪剂注入小鼠静脉，观察到在高氧环境下支气管灌洗液中可探测到较多的示踪剂。Fein等对肺水肿患者通过气管造口以标准吸引管抽吸肺泡水肿液，并同步取血，检测内源性蛋白在肺泡液与血清中的浓度比，以此作为衡量上皮层通透性的指标。蛋白常用放射性核素、荧光素等物质标记。此后，更多的作者通过纤维支气管镜进行肺泡灌洗，同步采血，以示踪剂在肺泡灌洗液与血清中的浓度比作为衡量BAB渗透性的指标，示踪剂可用事先标记好的物质如蛋白、右旋糖苷等。另外，血支气管屏障的通透性可用Evans蓝测定，即将Evans蓝染料注入动物血管，间隔一定时间后开胸取出主支气管，除去血管内染料，用分光光度计法测定靠近气管隆凸1～1.5cm气管组织中血管外染料的浓度(代表微血管的通透性)。
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3 病理状态下BAB渗透性的变化
3.1 成人呼吸窘迫综合征(ARDS) 动物实验模型表明，暴露于100%纯氧下，灌注液与肺泡腔内的蛋白立即增加，离开高氧环境后7天恢复至正常；小分子溶质(Na+和甘露醇)的透过也同时增加，14天后恢复正常。同时，肺泡上皮内衬液(ELF)量增加，7～14天恢复正常。失血和再灌注引起肺损伤的小鼠模型中，可见到从毛细血管到肺泡腔的白蛋白明显增加。这些均是BAB渗透性增加的结果。临床研究表明，严重创伤病人6小时后均可测出ELF白蛋白/血清白蛋白浓度比值增高，尤其是并发ARDS的病人，此浓度比更高，数天后也不降至正常，且增加的BAB通透性程度与示踪蛋白的大小有关，而与肺血流动力学无关。有人将ARDS患者与心衰患者进行对比，两组患者均发生肺水肿，但前者BAB通透性较后者更高。这些都说明ARDS患者的BAB通透性明显增高。其机理主要是中性粒细胞被激活后，释放一系列毒性介质，其中以氧自由基(OR)最为重要，损伤肺泡上皮细胞和血管内皮细胞，从而使BAB通透性增加。目前首先考虑到的治疗途径旨在对抗OR的损伤。动物实验发现，NO的吸入显著减弱O2介导的毛细血管内皮损伤并抑制BALF中γTI40(一种肺泡Ⅰ型细胞受损的敏感而特异的标记物)的增加，且对G-细胞败血症引起的ARDS有保护作用。其他抑制OR损伤的药物包括铁螯合剂、抗氧化剂等。另有旨在抑制炎症反应的药物如己酮可可碱，抗白细胞整合蛋白粘着分子的单克隆抗体以及直接影响屏障通透性的鬼笔毒素、前列环素等，可能对降低BAB通透性有所助益。
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3.2 肺毛细血管压增高 肺泡毛细血管屏障较为菲薄，有利于进行气体交换。研究发现，肺泡毛细血管屏障的强度主要取决于细胞外的基质。作用于毛细血管壁的力主要有三种：毛细血管透壁压造成的横断面压力，肺高度充气造成的肺泡壁的纵向压力以及对抗前述两种压力并支撑毛细血管的表面张力。只有暴露于很高的跨膜压力下，肺毛细血管才会发生应力衰竭，使BAB的完整性遭到破坏。动物实验证实，生理范围内增加的肺动脉压或肺泡压并不改变BAB的通透性，但两者叠加则将改变其通透性，动物BALF中的荧光素异硫氰酸盐标记的右旋糖苷明显增加。在运动极量水平运动6～8分钟后，运动员BALF中便发现经细胞、总蛋白、LTB4高于对照；而在次运动极量水平运动1小时后，运动员的BALF中的红细胞、总蛋白、LTB4较对照组没有明显差异。前者肺毛细血管压为36mmHg，而后者为25～30mmHg。
3.3 支气管哮喘 支气管哮喘患者存在气道炎症，嗜酸性粒细胞和肥大细胞等释放炎性介质，使微血管发生渗漏，BAB通透性增加。可用Evans蓝染色技术测定，Matheson等通过动物实验发现，Evans蓝浓度与外膜面积及粘膜中性粒细胞数显著相关，而与血管面积及呼吸生理参数的变化无关，呼吸生理的测定前后无显著性差异，说明BAB渗透性的增加与外膜的水肿有关，而对气道的弹性与阻力没有明显影响。减轻渗漏的药物包括三类：第一类是α受体激动剂，可使支气管小动脉收缩，而使进入渗漏区的血液减少；第二类是激素，直接作用于毛细血管后小静脉内皮细胞；第三类是β受体激动剂，其作用至今未肯定。Inoue等发现，β2受体激动剂formoterol可降低主支气管的血浆渗漏程度。
4 结语
BAB是人体最重要的膜屏障之一，可以提供许多关于肺脏生理和病理过程的有用信息。在许多病理情况下如ARDS、支气管哮喘、吸烟、肺炎、肺间质纤维化等，BAB通透性都将发生改变。其中吸烟、肺炎、肺间质纤维化等情况下BAB由气至血的渗透性形态学方面的改变有报道，但未见其由血至气的渗透性的研究；其他情况下BAB渗透性改变的机理以及和各种炎性介质的关系尚不完全明了；BAB的分子基础亦未弄清；缺少能改变BAB通透性的理想药物。这些均有待深入研究。
5 参考文献(1～18略)■
收稿日期：1999-07-06, 百拇医药
单位：陈雪融(华西医科大学附属第一医院呼吸内科，成都，610041)； 冯玉麟(华西医科大学附属第一医院呼吸内科，成都，610041)
关键词：
华西医学000183 综述 审校
分类号：R322.2 文献标识码：D
文章编号：1002-0179(1999)04-0111-02▲
自从1857年Claude Benard将箭毒注入狗的气道并发现由此产生了肌肉麻痹的效应以来，已有众多的研究者对可溶性化合物透过血-支气管肺泡屏障(血气屏障，blood air barrier,BAB)的能力发生了浓厚的兴趣，尤其在核素检查，支气管肺泡灌洗等手段应用于研究以来更是如此，但关于溶质由血至气的通透性方面的研究仍较少，现对此作一综述。
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1 血-支气管肺泡屏障的解剖和生理
通过电镜我们可以对BAB的结构作详尽的观察。血-肺泡屏障由肺泡上层细胞层，血管内皮细胞层和基膜以及少量间质组织构成。内皮细胞层均匀一致，而上皮细胞层由两种肺泡上皮细胞层由两种肺泡上皮细胞(Ⅰ型和Ⅱ型细胞)构成。Ⅰ型细胞是一些扁平大细胞，覆盖了肺泡表面的90%～95%。Ⅱ型细胞呈立方状，能产生肺泡表面活性物质，Ⅰ型细胞遭受损伤时可由Ⅱ型细胞进行修复。血肺泡屏障是不对称的，一侧相对较厚而另一侧较薄，内皮细胞与上皮细胞间仅一层基膜；较厚一侧内皮细胞与上皮细胞各自的基膜之间有一腔隙，此腔隙最终由淋巴管引流，而在肺水肿早期可容纳中等量的肺间质液的增加，使血-肺泡屏障的另一侧保持干燥从而有利于气体交换。
血肺泡屏障的不同组分的电荷分布是不同的。血管内皮细胞表面分布阴离子电荷，Ⅰ型肺泡细胞不带电荷，Ⅱ型肺泡细胞表面广泛分布阴离子电荷。这与Hill的假说相符，即带阳离子电荷的表面活性物质与肺泡细胞表面紧密结合，从而提供了一个重要的无水层面。这种情况在肺损伤时特别明显，此时Ⅰ型细胞遭到破坏由Ⅱ型细胞取代，肺泡细胞表面所带阴离子电荷，可与表面活性物质广泛结合。这样，由于表面活性物质的疏水性，肺泡内的水肿液可被“泵出”肺泡腔。另外，肺泡基底膜主要分布负电荷，毛细血管基底膜主要分布正电荷。肺泡基底膜抑制阴离子向肺泡腔内弥散，而毛细血管基底膜使阴离子向间质腔的弥散变得更容易，因此，肺泡基底膜的屏障作用较毛细血管基底膜更大。
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亲水性溶质主要通过屏障的细胞连接进行渗透。据认为，决定内皮或上皮接合处实际通透性的最主要因素是紧密接合该紧密接合(联合)系由线形排列的颗粒和条索状物质组成的狭窄带状网络，它们与相邻细胞上的类似结构紧密并行。研究证明，肺泡上皮细胞间的孔径约为0.6～1.0nm而血管内皮细胞间的孔径在4.0～5.8mm以上，上皮细胞层的溶质渗透性比内皮细胞层低10倍。因此，化合物由血至气，或由气至血的弥散速率可能主要由肺泡上皮细胞层的通透性决定。
血-支气管屏障由支气管上皮细胞和基膜，血管内皮细胞和基膜以及其间的间质组织组成。支气管粘膜的上皮细胞包括纤毛细胞，杯状细胞，基细胞，刷细胞，神经内分泌细胞等。
2 测定BAB由血至气通透性的方法
由于肺泡或支气管上皮层的通透性比毛细血管内皮层小的多，所以对BAB渗透性的测定主要是对上皮层通透性的测定。Valimaki将聚乙烯吡咯酮作为示踪剂注入小鼠静脉，观察到在高氧环境下支气管灌洗液中可探测到较多的示踪剂。Fein等对肺水肿患者通过气管造口以标准吸引管抽吸肺泡水肿液，并同步取血，检测内源性蛋白在肺泡液与血清中的浓度比，以此作为衡量上皮层通透性的指标。蛋白常用放射性核素、荧光素等物质标记。此后，更多的作者通过纤维支气管镜进行肺泡灌洗，同步采血，以示踪剂在肺泡灌洗液与血清中的浓度比作为衡量BAB渗透性的指标，示踪剂可用事先标记好的物质如蛋白、右旋糖苷等。另外，血支气管屏障的通透性可用Evans蓝测定，即将Evans蓝染料注入动物血管，间隔一定时间后开胸取出主支气管，除去血管内染料，用分光光度计法测定靠近气管隆凸1～1.5cm气管组织中血管外染料的浓度(代表微血管的通透性)。
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3 病理状态下BAB渗透性的变化
3.1 成人呼吸窘迫综合征(ARDS) 动物实验模型表明，暴露于100%纯氧下，灌注液与肺泡腔内的蛋白立即增加，离开高氧环境后7天恢复至正常；小分子溶质(Na+和甘露醇)的透过也同时增加，14天后恢复正常。同时，肺泡上皮内衬液(ELF)量增加，7～14天恢复正常。失血和再灌注引起肺损伤的小鼠模型中，可见到从毛细血管到肺泡腔的白蛋白明显增加。这些均是BAB渗透性增加的结果。临床研究表明，严重创伤病人6小时后均可测出ELF白蛋白/血清白蛋白浓度比值增高，尤其是并发ARDS的病人，此浓度比更高，数天后也不降至正常，且增加的BAB通透性程度与示踪蛋白的大小有关，而与肺血流动力学无关。有人将ARDS患者与心衰患者进行对比，两组患者均发生肺水肿，但前者BAB通透性较后者更高。这些都说明ARDS患者的BAB通透性明显增高。其机理主要是中性粒细胞被激活后，释放一系列毒性介质，其中以氧自由基(OR)最为重要，损伤肺泡上皮细胞和血管内皮细胞，从而使BAB通透性增加。目前首先考虑到的治疗途径旨在对抗OR的损伤。动物实验发现，NO的吸入显著减弱O2介导的毛细血管内皮损伤并抑制BALF中γTI40(一种肺泡Ⅰ型细胞受损的敏感而特异的标记物)的增加，且对G-细胞败血症引起的ARDS有保护作用。其他抑制OR损伤的药物包括铁螯合剂、抗氧化剂等。另有旨在抑制炎症反应的药物如己酮可可碱，抗白细胞整合蛋白粘着分子的单克隆抗体以及直接影响屏障通透性的鬼笔毒素、前列环素等，可能对降低BAB通透性有所助益。
, 百拇医药
3.2 肺毛细血管压增高 肺泡毛细血管屏障较为菲薄，有利于进行气体交换。研究发现，肺泡毛细血管屏障的强度主要取决于细胞外的基质。作用于毛细血管壁的力主要有三种：毛细血管透壁压造成的横断面压力，肺高度充气造成的肺泡壁的纵向压力以及对抗前述两种压力并支撑毛细血管的表面张力。只有暴露于很高的跨膜压力下，肺毛细血管才会发生应力衰竭，使BAB的完整性遭到破坏。动物实验证实，生理范围内增加的肺动脉压或肺泡压并不改变BAB的通透性，但两者叠加则将改变其通透性，动物BALF中的荧光素异硫氰酸盐标记的右旋糖苷明显增加。在运动极量水平运动6～8分钟后，运动员BALF中便发现经细胞、总蛋白、LTB4高于对照；而在次运动极量水平运动1小时后，运动员的BALF中的红细胞、总蛋白、LTB4较对照组没有明显差异。前者肺毛细血管压为36mmHg，而后者为25～30mmHg。
3.3 支气管哮喘 支气管哮喘患者存在气道炎症，嗜酸性粒细胞和肥大细胞等释放炎性介质，使微血管发生渗漏，BAB通透性增加。可用Evans蓝染色技术测定，Matheson等通过动物实验发现，Evans蓝浓度与外膜面积及粘膜中性粒细胞数显著相关，而与血管面积及呼吸生理参数的变化无关，呼吸生理的测定前后无显著性差异，说明BAB渗透性的增加与外膜的水肿有关，而对气道的弹性与阻力没有明显影响。减轻渗漏的药物包括三类：第一类是α受体激动剂，可使支气管小动脉收缩，而使进入渗漏区的血液减少；第二类是激素，直接作用于毛细血管后小静脉内皮细胞；第三类是β受体激动剂，其作用至今未肯定。Inoue等发现，β2受体激动剂formoterol可降低主支气管的血浆渗漏程度。
4 结语
BAB是人体最重要的膜屏障之一，可以提供许多关于肺脏生理和病理过程的有用信息。在许多病理情况下如ARDS、支气管哮喘、吸烟、肺炎、肺间质纤维化等，BAB通透性都将发生改变。其中吸烟、肺炎、肺间质纤维化等情况下BAB由气至血的渗透性形态学方面的改变有报道，但未见其由血至气的渗透性的研究；其他情况下BAB渗透性改变的机理以及和各种炎性介质的关系尚不完全明了；BAB的分子基础亦未弄清；缺少能改变BAB通透性的理想药物。这些均有待深入研究。
5 参考文献(1～18略)■
收稿日期：1999-07-06, 百拇医药