范文无忧网小儿呼吸系统的发育、解剖和生理特点
第一节 呼吸系统的发育
一、呼吸系统进化的特点
在呼吸系统发育中，包含了分化和形态发生、适应大气环境下呼吸、肺生长和呼吸功能的成熟三个主要阶段。前两阶段是在出生前和出生后不久完成的。第三阶段取决于出生后机体发育和全身代谢和脏器功能需要。在这些阶段出现各种原因导致发育的障碍，可以解释多种疾病的发生原因和转归。先天性发育障碍相关的病因，可以导致严重且不可逆转的病变，而后天性损害，则可能得到代偿，并随肺和呼吸系统发育而逐渐恢复。
(一) 出生前的肺组织形态发生
出生前的肺结构发育特点见表1-1。肺支气管发育早在胚胎第4周已经开始，至第7周时已经形成支气管芽和由血管丛演变的原始肺循环血管。支气管分支受特定间充质基因、成纤维细胞生长因子(FGF)控制，并受到视黄酸调节。在第6-7周时如果气管发育出现障碍，会发生气管狭窄、食管-气管瘘等先天性病变。胸膜、平滑肌、软骨和其它间质结缔组织作为肺和气道的支持物，均从间充质分化发育而来，在16周时可以识别出。假腺样期也是横膈膜的发育期，如果横膈膜结构没有完全融合，形成横膈疝，造成腹腔脏器进入胸腔，并导致同一侧(多为左侧)肺组织发育障碍和发育低下。
表1-1 出生前肺结构发育的特点
_______________________________________________________________________________ 胚胎期 假腺样期 导管期 囊泡期 肺泡期
_______________________________________________________________________________ 胎龄(周) 4-7 7-16 16-26 26-36 36-42
_______________________________________________________________________________ 气道分支 + ++ +++ +++ +++
粘液腺 + + ++ ++
软骨 + + ++ ++
肺泡 + ++ +++
上皮细胞 低柱状 立方状 扁平
糖原 + +++ +
板层小体 + ++ +++
表面活性物质磷脂 + ++ +++
磷脂酰甘油 + ++
SP-A + +++
SP-B + ++ +++
SP-C + ++ +++
肺泡毛细血管 + ++ +++
_______________________________________________________________________________
肺泡的发育水平是胎儿出生后能否适应生存的关键。在假腺样期如果肺泡分化发育障碍，会导致导管期肺发育低下(pulmonary hypoplasia)，其特点为近足月或足月儿肺重量占体重1%以下，肺泡数量显著减少，上皮细胞呈立方状，肺泡隔增宽。一般此种组织学特点多见于胎龄小于32周的早产新生儿肺，尤其在胎龄小于28周，出生体重低于1000g的超低出生体重儿。肺表面活性物质是肺成熟最重要的生物标志。在导管期和囊泡期相当与胎儿24-26周时由于支气管分支已经达到20级以上，伴随肺泡结构出现，同时有丰富毛细血管在肺泡
隔出现，加上肺表面活性物质开始合成，使在此阶段出生的早产儿具备了生存的基本条件，在此阶段以前出生的早产儿一般不可能存活。
(二) 对子宫外呼吸的适应
出生后的呼吸适应有以下几个特征性功能变化。
1. 肺表面活性物质的大量合成分泌。出生后第一次呼吸以及随后的几次呼吸，可以使肺泡扩张充气，在数分钟内可以达到平静呼吸，通气量保证机体氧和二氧化碳代谢需要。早产不成熟肺的肺泡内缺乏肺表面活性物质，肺泡因表面张力高而萎陷，出现吸气困难(有关肺表面活性物质见下述)。
-2 由分泌肺液转换为气体交换和吸收肺泡内液体。胎肺内液系上皮细胞Cl泵作用下富
-++含Cl、K、H离子的液体，为胎肺发育所必须。在妊娠后期，胎肺液分泌放缓，特别当产
-+程发动后，肺泡上皮细胞由分泌富含Cl 的液体转化为吸收Na为主的液体，并以钠离子通
道功能作为肺液吸收的主要途径。
3 建立肺循环。出生后随着通气开始，由于肺泡扩张、吸入气体中氧和一氧化氮(NO)，或内源性舒张血管因素，可以弥散并作用于肺阻力性小血管的平滑肌，使血管松弛，血管阻力随之下降，右心房压力下降，卵圆孔关闭。肺内前列腺素分泌增加和肺动脉压力下降，可以使动脉导管关闭。最终结束胎儿循环，建立分离的体循环和肺循环。随着循环氧分压的提高，肺部血管阻力继续下降，血管肌层发育使肺血流在低阻力条件下维持，肺循环血流量保证左心回流量和心搏输出量。
表1-2 生长期肺体积变化
_______________________________________________________________________________
胎龄30周 足月儿 成人 相对出生时变化 (倍) _______________________________________________________________________________ 肺体积 (mL) 25 150-200 5 23
肺重 (g) 20-25 50 800 16
肺泡数量 (百万) 5-10 25-50 300 6-12
2肺泡表面积 (m) 0.3 3-4 75-100 23
2表面积/体重 (m/kg) 0.3 1.0 3
肺泡直径 (μ) 32 150 300 20
气道分支 (级) 24 23-24 22-24 1
气管长 (mm) 26 184 7
主支气管长 (mm) 26 254 10
_______________________________________________________________________________
（三）出生后的肺和呼吸系统发育
1．出生后至2岁左右，肺泡结构和肺血管以不同的速度和程度发育。肺泡隔变薄，肺泡隔中的双层毛细血管融合为单层，肺泡内有新的肺泡隔不断出现，使原有肺泡在数量上增加，但同时肺内血管增长更快，肺中小动脉血管可以出现平滑肌的中层结构。在婴儿早期以上改变更明显。
2．在2-10岁阶段，气道、肺泡和血管发育基本上成比例同步生长，此阶段肺泡容积增加为主，且肺泡和肺血管生长速度和身体发育速度相适应。此阶段会对青春期甚至成年的肺与呼吸系统功能起决定影响，特别在个体所处环境、活动程度(体育锻炼、营养)和大气条件(海拔高度)影响，会使肺在适应性，疾病损害发生、发展和代偿机能上表现出差异(表1-2)。
第二节 呼吸系统的解剖特点
小儿的呼吸系统解剖和生理特点与疾病的发生、发展和转归关系非常密切。声门、气管、主支气管分叉、肺门、肺界、肺叶及膈肌的体表投影随年龄和身体(尤胸廓)的发育而变化。
一、上呼吸道
（一）鼻腔 新生儿及小婴儿面部颅骨、上颌骨逐渐发育及出牙，至4岁左右下鼻道形成。鼻粘膜血管丰富，易感染并充血肿胀，使鼻腔狭窄甚至闭塞，出现呼吸困难。婴儿期由于鼻粘膜下缺乏海绵样组织，故少见鼻出血。婴幼儿鼻窦不发达，出生时上颌窦和筛窦很小，额窦及蝶窦未发育，至2-3岁出现并与鼻腔相通，6岁左右增大，12-13岁才发育完善。因此，婴幼儿易患上呼吸道感染，但极少见鼻窦炎。幼儿鼻泪管短，开口部瓣膜发育不全，位于眼内眦，在上呼吸道感染时可以经此途径影响到眼结膜。鼻孔小，当呼吸加快时和费力呼吸时，可以出现鼻翼扇动和强呼气音。足月儿出生时鼻腔粘膜血管分泌大量一氧化氮(NO)，可以随呼吸进入肺泡，再随呼出气排出。与吸入氧气一样，吸入上呼吸道产生的NO为机体适应大气环境、帮助肺血管扩张、降低肺血管阻力，具有特殊生理作用。
（二）咽喉部 婴儿鼻咽部较狭小且垂直。扁桃体在新生儿时处于腭弓间，腺窝和血管不发达，至1岁时随全身淋巴组织发育而增大，4-10岁为迅速发育期，13-15岁逐渐退化。
二、气道
气管在新生儿约2-3 cm长，至成人可以增加3倍以上，气管分叉在胸椎3-4节之间，不同于成人。右主支气管较直，与气管夹角小，左主支气管与气管夹角较大，因此异物易落入右支气管。小婴儿气管、支气管软骨软弱，可以因为气道插管后出现局部发育障碍，导致气管支气管软骨软化征。婴幼儿毛细支气管无软骨、平滑肌少，平滑肌在3岁以后才发育，故气道炎症时以粘膜肿胀、分泌物增加为主，易使呼气时出现小气道关闭，致呼气不畅和气陷，严重影响气体交换。在新生儿及早产儿，肺泡数量比较少，不能适应机体代谢需要，而气道作为气体传导部分，管腔容量相对比肺泡容量大，因此解剖死腔较大(0.4-0.5，成人为0.3)，临床上常表现为呼吸频率加快，以补偿代谢需要。在早产儿，由于肺泡上皮细胞发育不成熟，缺乏肺表面活性物质，在开始自主呼吸后，或气道插管机械通气下，细小支气管和肺泡导管过度扩张，使细支气管粘膜与粘膜下层分离，易出现气道粘膜上皮细胞脱落、坏死，或者因气道分泌物增加，非常容易出现阻塞通气管道，产生呼吸困难。
三、肺
肺泡结构从胎儿、新生儿、婴幼儿、儿童期表现为数量增加、直径变大、上皮细胞分化成熟等特点(表8-1-2)。肺泡内表面积按照体重，在足月儿至成人期没有显著增加，主要变化在数量和直径的增加。在早产儿或足月新生儿，如果出生后经机械通气和高氧治疗，可以造成支气管和肺泡结构发育障碍，即支气管肺泡发育不良。婴幼儿反复肺炎、营养不足等，也会导致肺结构发育上的停滞和异常。肺泡隔间的Kohn氏孔在2岁以后出现，起肺泡侧支通气作用。肺结构的基本功能单位-肺小叶-在2岁前仍保留为原始的单房囊(acinar)形态，6岁时发育接近成人，7-12岁发育完善。作为气血交换的屏障，肺泡隔由肺泡上皮细胞、毛细血管内皮和少量纤维结缔组织组成，具有两面为气体、中间为血流的气体交换滤膜结构特点。大部分通过声门进入气道的灰尘和病原体可以达到肺泡水平，大部分进入循环的病原体、细胞释放的炎症介质、过氧化自由基等，会到达肺毛细血管，并可能在肺部停留。因此在肺泡和肺毛细血管损伤后，导致肺泡隔的屏障作用下降或丧失，成为肺部常见疾病病理生理的主要发生机制。II型细胞具有转化为I型细胞的潜在能力，往往在受损伤肺的I型细胞被破坏后，依靠II型细胞增殖和修复创面，许多II型细胞在失去合成分泌肺表面活性物质作用后，出现融合、变扁平，逐渐覆盖损伤部分，为创伤的修复作用，此时完全成为I型细胞。
四、胸腔与呼吸肌
新生婴儿胸廓呈圆形，随年龄增长而变为椭圆形，肋骨软骨部分较多，肋间肌薄弱，主
要依赖膈肌呼吸，容易因腹胀使横膈膜上抬，限制胸廓运动，影响呼吸。在气道阻力增加或肺扩张困难时，费力呼吸使胸腔内负压借胸膜牵引，致使柔软的胸廓壁向内凹陷。婴儿肋骨与脊柱垂直，缺乏向上扩张胸廓的活动余地，使胸廓扩张代偿的能力局限，因此婴幼儿比较容易出现呼吸困难和呼吸衰竭。对于呼吸困难小儿采用气道持续正压通气或间歇指令性正压通气，可以显著减少小儿呼吸作功和能量损耗。
五、胸膜、纵隔与肺门。
胸膜脏层和壁层形成胸膜腔，胸膜腔内没有气体，仅为少量浆液，起润滑和促进贴附作用。胸腔内为负压，平静呼吸时在-0.4至-1.33 kPa (-3至-10 mmHg) 范围内变化。成人在关闭声门、用力吸气时可以达到-12 kPa (-90 mmHg)，用力呼气时可以达到14.6 kPa (110 mmHg)。胸腔负压的形成是随胎儿出生后开始呼吸，胸腔和肺扩张，在肺泡内压、大气压和肺组织弹性回缩力之间的作用下而产生，并随着生长发育，胸廓的发育快于肺的发育，在呼吸时使肺总是处于扩张状态。肺扩张时，大气压力使肺泡扩张，而弹性回缩力使肺泡趋小，二种力作用的平衡下，使胸腔内压保持在动态平衡中。假如大气压为零水平，在吸气和呼气末，胸腔内压=弹性回缩力。胸腔负压除了保持肺泡扩张外，还可以作用于腔静脉和胸导管，有利于促进静脉血和淋巴液回流。闭合胸腔内胸膜脏层破裂，使胸腔与肺组织相通，或胸壁贯通损伤与大气相通，发生气胸，胸腔负压趋于消失，肺组织受大气压迫而萎陷，严重者纵隔偏移。新生儿胸膜较薄，呼吸困难时容易因肺泡破裂产生气胸。小儿纵隔相对成人为大，前纵隔上部为胸腺、大血管结构，下部为心包、心脏、膈神经等，后纵隔包含气管、支气管、胸导管、主动脉、迷走神经、交感神经和食管。肺门部位主要为主支气管、大血管和淋巴结。淋巴结在纵隔各个部分分布，并沿大气道向肺内、或沿肺叶裂隙分布。婴幼儿纵隔比较柔软、疏松，在一侧胸腔积液、气胸、膈疝时，会向另一侧偏移；肺泡破裂时气体容易沿血管外结缔组织流通，导致纵隔气肿和气胸。纵隔体积较大，可以限制吸气时肺膨胀。
第三节 呼吸的控制和肺部气体交换
多种原因要求理解和掌握小儿呼吸控制系统的原理。在小儿出生后的呼吸适应涉及肺、心脏和中枢神经系统功能和结构上的调节；临床生理和病理生理变化使呼吸控制问题居于首位，比如气道阻塞、重症哮喘、心力衰竭、通气不足、低氧血症等；神经系统在调节呼吸上的重要作用显得日益突出，比如新生儿缺氧缺血性脑损害、超低出生体重新生儿脑发育和呼吸暂停、小儿颅内感染和损伤等。
一、呼吸中枢
呼吸中枢为中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群。呼吸的节律性来自呼吸中枢的节律性活动，由产生和调节呼吸运动的神经细胞群组成。这些细胞群广泛分布在大脑皮层、间脑、桥脑、延髓和脊髓部位，并在产生和调节呼吸运动时发挥不同的作用，并彼此协调和制约，并对于传入的冲动加以整合。
（一）脊髓 脊髓中支配呼吸肌的运动神经元位于颈3-5 (支配膈肌) 和胸段 (支配肋间肌和腹肌) 前角。脊髓不产生节律性呼吸，主要为联系高位脑和呼吸肌的中继站，但也作为整合某些呼吸反射的初级中枢。
（二）低位脑干 脑桥和延髓组成低位脑干，是产生呼吸节律的部位。脑桥上部为抑制呼吸的结构，脑桥中下部有长吸气中枢，为呼吸调整中枢。延髓中有呼吸神经元，包括吸气神经元、呼气神经元、吸气-呼气神经元、呼气-吸气神经元。这些神经元在延髓中主要集中在背侧和腹侧，其轴突交叉到对侧并下行至脊髓颈段，支配膈神经运动神经元，或支配脊髓肋间呼吸内、外肌和腹肌的运动神经元。但也可经同侧作为舌咽神经和迷走神经传出，支配咽喉部呼吸辅助肌。产生呼吸节律的神经结构较广泛，使呼吸节律发源于多部位，不易因局灶性损害而丧失呼吸节律。
（三）高位脑 大脑皮层、边缘系统、下丘脑等作为高位脑，可以随意控制呼吸、屏气、加强加快呼吸，是随意呼吸调节系统，而低位脑干对呼吸调节系统是不随意的自主节律呼吸调节系统。
新生儿和婴幼儿的自主呼吸节律自出生后一直处于发育中，不断通过呼吸肌运动和肺扩张运动，并经反射刺激呼吸中枢的发育、调节和整合功能，并在儿童早期基本完成随意呼吸运动及调节的发育成熟。此外，呼吸和吞咽的运动协调，呼吸对心血管功能的调节，呼吸和全身运动等，均随小儿生理发育而成熟。
二、中枢对呼吸的调节作用
呼吸中枢通过反馈机制控制呼吸活动，以保持全身性氧和二氧化碳代谢平衡。其作用依靠中枢和外周化学感受器、外周牵张感受器。呼吸肌与胸廓依靠中枢发放的冲动保持呼吸运动，但容易因过度疲劳而衰竭。新生儿和年幼儿呼吸控制和反应性与年长儿不同。
（一）化学感受器 位于颈动脉和主动脉的化学感受器对外周动脉血氧、二氧化碳分压和pH水平敏感，冲动经窦神经和迷走神经传入延髓。低氧、二氧化碳增高、pH增高可以刺激呼吸加深加快，并主要经主动脉体带来血液循环变化。延髓中枢化学感受器主要对二氧化碳变化敏感，而不感受氧水平的变化。血液中的二氧化碳能够迅速通过血脑屏障，导致延
+髓化学感受区周围液体中[H]升高，引起中枢呼吸兴奋。在一定范围内，二氧化碳水平升高
可以刺激呼吸兴奋，超过一定范围，则表现为呼吸抑制。二氧化碳刺激呼吸兴奋的作用主要依靠中枢化学感受器(80%)，其次为外周化学感受器(20%)。低氧则主要通过外周化学感受器使呼吸兴奋，而对于中枢则是呼吸抑制。如果持续低氧，对外周化学感受器刺激的反射作用不能抵消对中枢化学感受器呼吸抑制的刺激，则出现呼吸抑制。
（二）外周牵张感受器
肺牵张反射又称为赫-布氏反射(Hering-Breuer reflex)，为吸气时相限制反射，当肺扩张时，气道牵张作用于气管至细支气管平滑肌内的感受器，经迷走神经传入中枢延髓，可以出现抑制性吸气神经元冲动，避免肺过度扩张，也称为迷走反射。亥氏反射(Head's reflex)，为深吸气反射，当肺扩张时出现的加强性吸气。这些反射主要出现在新生儿期的早期，尤多见于早产儿。
（三） 防御性呼吸反射
分布在呼吸道粘膜上皮的感受器对机械或化学刺激敏感，经迷走神经传入延髓，触发一系列协调的反射效应，为咳嗽反射。咳嗽反射包括深吸气、声门紧闭、呼气肌强烈收缩、肺内压和胸腔内压骤然上升、声门突然打开等序列过程，气流以极高的速度从肺内冲出，并将气道内异物和分泌物带出。剧烈咳嗽可以导致胸腔内压急剧升高，使静脉压和脑脊液压升高。如果刺激主要作用在鼻腔粘膜则出现喷嚏反射，感受器经三叉神经传入冲动，带来软腭下垂，呼出气主要从鼻腔喷出，达到清除鼻腔中的刺激物。
三、呼吸肌和呼吸功
肺通气动力为呼吸肌运动，分为吸气(进气)和呼气(排气)过程。自然呼吸时收缩呼吸肌作用使胸腔内负压增大，胸廓增大同时使肺扩张，即肺泡的膨胀。肺内压力低于外界大气压力，气流经气道进入肺泡，在吸气末肺泡内压与外界大气压相同时，气流流动停止，进气结束。呼气时收缩呼吸肌舒张(或伴有呼气肌收缩)，胸廓缩小，或者在肺组织弹性回缩作用下，使肺泡内压力高于外界大气压力，肺内气体向肺外流动，在呼气末肺内压与外界大气压相等时，气流流动停止，呼气结束。新生儿和小婴儿肋间呼吸肌发育不全，呼吸运动主要依赖膈肌，为腹式呼吸。到幼儿和儿童期，随着肋间肌发育逐渐完善，可以同时有胸式和腹式呼吸，且中枢意识控制的随意呼吸功能完善。
四、肺的气体交换功能
（一）呼吸频率和节律。呼吸频率指每分钟呼吸次数，呼吸节律指呼吸活动的时间规律
（三）高位脑 大脑皮层、边缘系统、下丘脑等作为高位脑，可以随意控制呼吸、屏气、加强加快呼吸，是随意呼吸调节系统，而低位脑干对呼吸调节系统是不随意的自主节律呼吸调节系统。
新生儿和婴幼儿的自主呼吸节律自出生后一直处于发育中，不断通过呼吸肌运动和肺扩张运动，并经反射刺激呼吸中枢的发育、调节和整合功能，并在儿童早期基本完成随意呼吸运动及调节的发育成熟。此外，呼吸和吞咽的运动协调，呼吸对心血管功能的调节，呼吸和全身运动等，均随小儿生理发育而成熟。
二、中枢对呼吸的调节作用
呼吸中枢通过反馈机制控制呼吸活动，以保持全身性氧和二氧化碳代谢平衡。其作用依靠中枢和外周化学感受器、外周牵张感受器。呼吸肌与胸廓依靠中枢发放的冲动保持呼吸运动，但容易因过度疲劳而衰竭。新生儿和年幼儿呼吸控制和反应性与年长儿不同。
（一）化学感受器 位于颈动脉和主动脉的化学感受器对外周动脉血氧、二氧化碳分压和pH水平敏感，冲动经窦神经和迷走神经传入延髓。低氧、二氧化碳增高、pH增高可以刺激呼吸加深加快，并主要经主动脉体带来血液循环变化。延髓中枢化学感受器主要对二氧化碳变化敏感，而不感受氧水平的变化。血液中的二氧化碳能够迅速通过血脑屏障，导致延
+髓化学感受区周围液体中[H]升高，引起中枢呼吸兴奋。在一定范围内，二氧化碳水平升高
可以刺激呼吸兴奋，超过一定范围，则表现为呼吸抑制。二氧化碳刺激呼吸兴奋的作用主要依靠中枢化学感受器(80%)，其次为外周化学感受器(20%)。低氧则主要通过外周化学感受器使呼吸兴奋，而对于中枢则是呼吸抑制。如果持续低氧，对外周化学感受器刺激的反射作用不能抵消对中枢化学感受器呼吸抑制的刺激，则出现呼吸抑制。
（二）外周牵张感受器
肺牵张反射又称为赫-布氏反射(Hering-Breuer reflex)，为吸气时相限制反射，当肺扩张时，气道牵张作用于气管至细支气管平滑肌内的感受器，经迷走神经传入中枢延髓，可以出现抑制性吸气神经元冲动，避免肺过度扩张，也称为迷走反射。亥氏反射(Head's reflex)，为深吸气反射，当肺扩张时出现的加强性吸气。这些反射主要出现在新生儿期的早期，尤多见于早产儿。
（三） 防御性呼吸反射
分布在呼吸道粘膜上皮的感受器对机械或化学刺激敏感，经迷走神经传入延髓，触发一系列协调的反射效应，为咳嗽反射。咳嗽反射包括深吸气、声门紧闭、呼气肌强烈收缩、肺内压和胸腔内压骤然上升、声门突然打开等序列过程，气流以极高的速度从肺内冲出，并将气道内异物和分泌物带出。剧烈咳嗽可以导致胸腔内压急剧升高，使静脉压和脑脊液压升高。如果刺激主要作用在鼻腔粘膜则出现喷嚏反射，感受器经三叉神经传入冲动，带来软腭下垂，呼出气主要从鼻腔喷出，达到清除鼻腔中的刺激物。
三、呼吸肌和呼吸功
肺通气动力为呼吸肌运动，分为吸气(进气)和呼气(排气)过程。自然呼吸时收缩呼吸肌作用使胸腔内负压增大，胸廓增大同时使肺扩张，即肺泡的膨胀。肺内压力低于外界大气压力，气流经气道进入肺泡，在吸气末肺泡内压与外界大气压相同时，气流流动停止，进气结束。呼气时收缩呼吸肌舒张(或伴有呼气肌收缩)，胸廓缩小，或者在肺组织弹性回缩作用下，使肺泡内压力高于外界大气压力，肺内气体向肺外流动，在呼气末肺内压与外界大气压相等时，气流流动停止，呼气结束。新生儿和小婴儿肋间呼吸肌发育不全，呼吸运动主要依赖膈肌，为腹式呼吸。到幼儿和儿童期，随着肋间肌发育逐渐完善，可以同时有胸式和腹式呼吸，且中枢意识控制的随意呼吸功能完善。
四、肺的气体交换功能
（一）呼吸频率和节律。呼吸频率指每分钟呼吸次数，呼吸节律指呼吸活动的时间规律
性。新生儿多表现为呼吸节律不齐。周期性呼吸指呼吸时短暂性停止20 秒以下，然后又恢复。呼吸暂停指呼吸停止>20 秒。新生儿平静呼吸时的呼吸频率在35次/分，但多可以在20-50次/分间波动，至儿童期呼吸频率减少到15-20次/分。主要因为随着肺发育长大，气道至外周肺泡距离增加，气流充盈肺泡及排出气体所需要时间相应延长，使呼吸周期延长，但也因为肺泡总表面积显著增加，满足了机体代谢需要。小儿肺部病变时，如果出现气道通气障碍，或肺部炎症使有效气体交换面积和效率下降时，主要依靠加快呼吸频率来保持气体交换，以满足机体代谢需要。
（二）肺通气量 基本肺容积包括潮气量、吸气储备量(补吸气量)、呼气储备量(补呼气量)、残余气量。潮气量指一次呼吸时进入或排出肺部的气量。小儿潮气量一般以体重修正，为6-8 ml/kg。肺容量为基本肺容积中任两项或两项以上的联合气量。其中深吸气量(inspiratory capacity)为平静呼气末作最大吸气时所能吸入的气体量，相当于潮气量与补吸气量之和。功能残气量(functional residual capacity, FRC)为平静呼气末尚存留于肺内的气量，相当于残气量和补呼气量之和，新生儿出生早期肺液排出后，获得FRC约20-25 ml/kg，至儿童期保持为25-30 ml/kg水平，至成年可以达到30-35 ml/kg。FRC的生理意义为缓冲呼吸过程中肺泡气中氧和二氧化碳分压的过度变化，使肺泡气和动脉血的PaO2和PaCO2不会随呼吸而发生大幅度波动，以利于气体交换。
（三）换气功能
进入肺部的气体约1/3在大小气道管腔，不参与气体交换，为解剖死腔；2/3达到呼吸性细支气管和肺泡，参与气体交换。在由呼吸性细支气管、肺泡导管、肺泡囊和肺泡组成的呼吸性功能单位中，通过成千上万个微小肺泡，吸入气体的氧气弥散通过肺泡隔进入肺泡毛细血管并进入循环血液，血液中二氧化碳气体进入肺泡，随呼出气排出体外。动脉血液将氧气带到外周组织并释放，使组织获得氧供，并将组织代谢产生的二氧化碳带回到肺部，从而保证机体的氧和二氧化碳代谢平衡。在肺部气体交换保持合适的通气和血液灌流比例，在新生儿期，通气-灌流比接近1，儿童期与成人相似，为0.8。如果因肺外分流(动脉导管、卵圆孔未闭，房、室间隔缺损)肺部血流显著减少，或肺内动静脉分流，参与气体交换的毛细血管网减少，则使通气-灌流比例增大。没有参加气体交换的肺泡部分成为生理死腔。
第四节 肺泡上皮细胞和肺表面活性物质
一、肺泡上皮细胞。
肺泡上皮细胞分为I型和II型。I型上皮细胞呈扁平状，II型上皮细胞呈立方或低柱状。I型上皮细胞覆盖90%的肺泡内表面，II型细胞仅覆盖5%-10%的肺泡内表面，但两者总数比较接近。肺泡上皮细胞粘膜、间质、血管基底膜、血管内皮组成气血屏障。II型细胞的形态特征为细胞浆富含板层小体，细胞端面有微绒毛。II型细胞的主要功能为肺表面活性物质(Pulmonary surfactant)的合成、分泌和代谢，并具有向I型细胞分化的潜在作用。
二、肺表面活性物质的组分、功能和代谢
80年代已经明确, 肺表面活性物质由磷脂和特异性蛋白组成, 分别占总量的90%和10%。磷脂中的具有表面活性的组分为饱和卵磷脂, 主要为二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC), 约为总磷脂的40%-50%。肺表面活性物质蛋白可以分为A、B、C、D四种, 简称SP-A、B、C、D。SP-A和SP-D为亲水性大分子, SP-B和SP-C为疏水性小分子。肺泡Ⅱ型上皮细胞为合成肺表面活性物质的场所, 肺表面活性物质在Ⅱ型细胞内以特征性的板层小体储存。肺表面活性物质经呼吸运动不断被分泌到肺泡腔内, 在气-液界面展开, 形成极薄的单分子层, 使液层表面分子张力下降, 从而使肺泡腔在呼吸时保持扩张状态, 以利于气血交换和减少呼吸做功（见图8-1-2）。
出生时, 肺表面活性物质磷脂在肺内约2/3在Ⅱ型肺泡上皮细胞胞浆中, 1/3在肺泡腔
内。肺泡腔内的肺表面活性物质可以被Ⅱ型细胞重摄、分解、再合成分泌, 为再生循环, 有效地提高了肺内肺表面活性物质的利用度, 减少了由原料合成肺表面活性物质的耗能。肺内表面活性物质保持动态平衡, 肺内每小时清除降解的肺表面活性物质磷脂小于总量的5%, 肺内肺表面活性物质磷脂成分的半衰期在12-48小时左右。足月出生的新生儿肺内表面活性物质非常丰富, 且具有很高的表面活性。表面活性的产生主要为饱和磷脂（disaturated phosphatidylcholine, DSPC），其中主要为二棕榈酰磷脂酰胆碱（DPPC）, 并需要不饱和磷脂、SP-A、B和C的协同。理论上讲, 0.3微克的DPPC可以形成单分子层覆盖1平方厘米的面积。由此推断假设足月儿肺泡表面积为3平方米(按3千克体重, 每公斤体重1平方米肺泡表面积计), 9毫克DPPC, 或者约20毫克的肺表面活性物质总磷脂是可以提供肺泡所需的最低量。但在实际上, 出生时肺内肺表面活性物质总磷脂可达20mg/kg, 并在出生后24小时内增加到80-100mg/kg, 约50%进入肺泡, 为理论需要量的5-10倍。在随后的几天肺表面活性物质总量逐渐减少, 但保持为20mg/kg总磷脂的水平, 与成人相当。出生早期高水平的肺表面活性物质分泌现象, 不仅保证有效地发挥降低肺泡表面张力、保持肺泡扩张作用，而且为出生后肺液的清除所必需, 以保证机体在子宫外的适应过程。
新生儿和小儿在多种病理情况下出现肺表面活性物质相对缺乏。如肺表面活性物质的分泌合成作用下降、再循环途径的阻断、肺泡腔内液体转运障碍导致肺泡水肿, 均可以使肺表面活性物质不足。渗出到肺泡腔内的血浆蛋白, 也可以干扰和抑制肺表面活性物质功能。这些情况可以见于足月新生儿伴有出生时吸入、肺炎、肺发育不良、肺出血, 以及窒息缺氧性损害等。早产儿肺内肺表面活性物质的磷脂总量只有足月儿的10%-30%, 或更低, 且缺乏SP-A、B、C等主要肺表面活性物质蛋白,是发生RDS的主要原因。应用外源性肺表面活性物质制剂可以迅速提高肺内的肺表面活性物质含量。将肺表面活性物质经气道滴入RDS患儿肺内后, 肺表面活性物质磷脂会立即被肺泡上皮细胞摄取, 并逐渐强化内源性肺表面活性物质的功能活性, 特别是促使SP-A、B、C的合成分泌。
第五节 肺血管的解剖和生理特点
一、肺小血管
肺血供依赖肺动脉和支气管动脉系统。出生时肺动脉和大动脉血管一样，均有中层完整肌层，且结构均相似。在2岁左右，肺动脉厚度只有大动脉的60%，弹力纤维也减少。支气管动脉在出生时仅少量血管为肌性，随着肺动脉压下降，肌性结构逐渐消失，代之以新生支气管动脉血管，伴随新生的终末肺单位的产生和肺的增大。出生后肺内动脉血管发育在4个月时，肌性动脉长到呼吸性小支气管水平，3岁时甚至可达到肺泡导管。含弹力纤维蛋白的阻力性小动脉一般直径>1.0 mm。界于0.1-1.0 mm直径的小动脉也保持有完整的平滑肌中层和具有弹力纤维的内膜和外膜。此种肌性小动脉为毛细血管前阻力性血管，构成肺血管阻力的50%以上。在持续低氧状况下，可以出现反射性痉挛，使肺血流下降。
二、肺泡毛细血管
肺泡隔毛细血管为连续血管内皮，厚度0.1-0.2 mm，主要为气体交换功能。内皮细胞具有多种强活性酶，参与多种生物活性物质的代谢和转化过程。先天性肺毛细血管发育不全征系肺内毛细血管发育障碍，表现为出生早期不明原因持续低氧血症及肺动脉高压，但是肺泡仍可充气扩张。病理解剖显示扩张的大量肺泡壁变薄，明显缺乏毛细血管结构。在继发性慢性肺损伤的肺泡病理中，也可在出生后4-6周的肺病理检查中发现肺泡壁结构简单化，肺泡隔间缺乏毛细血管，或者肺泡间隔有纤维结缔组织大量沉着，谓肺泡重构(remodeling)。
第六节 肺液的转运和清除
一、肺淋巴管
肺淋巴管形成网络，分布于肺血管周围的结缔组织间质中，主要为肺泡外间质内，为水分子和大分子的回流通路。其中包括大量淋巴细胞和血液有形成分。液体主要借助肺泡壁和肺泡间质之间的压力差作为推进动力，且流量随间质内液量增多而增加。而肺间质也沿外周肺泡向肺门部呈压力下降趋势，以保持微血管滤出液的回流。滤出液先顺此压力梯度转移到大血管和气道周围结缔组织中，经淋巴管系统有效地回流过量液体。当滤出液量超过了淋巴回流能力时，液体先在肺门及大血管鞘积聚，形成肺水肿早期血管周液体“袖口”特征。在间质和肺泡水肿时，淋巴回流代偿能力丧失。
二、水的跨壁转运。肺泡上皮细胞、毛细血管内皮细胞和间质基质是肺泡和间质液体转运的主要屏障。间质中的透明质酸、硫酸蛋白聚糖、清蛋白、内皮细胞多糖成分间相互作用具有调节内皮细胞屏障对水的通透性。肺泡上皮细胞端面的离子通道、水通道、基底面的钠-钾ATP酶(钠泵)对钠、钾、氯离子的转运，使水分由肺泡向肺间质和血管转移。
第七节 肺的局部免疫和防御机制
一、 气道的粘膜屏障
（一）粘膜屏障功能。气管和支气管内壁粘膜层为假复层纤毛柱状上皮细胞，主要由纤毛上皮细胞、杯状细胞，基底细胞、神经内分泌细胞等组成，覆盖大、中、小支气管。粘膜下层分布有浆液腺、粘液腺等结构。随支气管逐级分支，柱状上皮和杯状细胞逐渐减少，至细支气管时，由假复层纤毛柱状上皮过渡为单层柱状上皮细胞和Clara细胞为主。这些细胞的增殖、分化及功能发挥与细胞粘附分子和细胞外基质相关。这些蛋白影响细胞间粘附、迁移、分化，参与细胞骨架构建及形态形成，在肺发育、损伤、修复中起重要的控制与调节作用。上皮细胞以及细胞下基质作为连续性界面，通过生物物理作用而成为生理屏障。肺泡的粘膜屏障作用则主要依靠肺泡上皮细胞。
（二）粘液-纤毛保护机制
气道上皮细胞表面有大量粘液分泌，与上皮细胞端面的纤毛形成粘液-纤毛保护机制，并通过咳嗽作用，形成渐进式向上清除活动，可以将每日吸入的大量灰尘、颗粒、气雾、病原体清除出体外，或经咽喉部吞咽而清除。纤毛结构发育上的异常、病理性损伤、呼吸管理不善导致纤毛结构和功能障碍，会影响粘液-纤毛保护功能。
（三）气道上皮分泌抗微生物活性物质
气道上皮具有分泌抗微生物活性物质，溶菌酶、分泌型免疫球蛋白A、肺表面活性物质蛋白A、D、乳铁蛋白等，通过溶菌、中和、调理等作用，直接或间接抑制病原体侵袭，对气道上皮起保护作用。
（四）抗过氧化物质
气道上皮具有抗氧化活性物质，可以对抗氧自由基的细胞毒副作用，维持上皮细胞结构功能的完整。如谷胱甘肽氧化还原系统中的还原型谷胱甘肽，是上皮细胞重要的细胞抗氧化物质，帮助过氧化氢、脂过氧化物等还原；超氧化物岐化酶(SOD)使超氧自由基转变为过氧化氢；过氧化氢酶使过氧化氢还原为水。
（五）抗蛋白酶
肺内抗蛋白酶如α1-抗胰蛋白酶、α1-抗糜蛋白酶均为特异性的肺内蛋白酶抑制物。如果抗蛋白酶和蛋白酶之间的平衡被破坏，则带来组织细胞的破坏，
二、特异性局部免疫
分泌型IgA（SIgA）由气道粘膜下层浆细胞合成IgA和J链，然后经气道上皮细胞合成的分泌片段结合后而形成。在气道上皮表面发挥抑制外来抗原和一些细菌、病毒的作用。新生儿和婴幼儿肺SIgA发育不完善，因此容易发生小气道的细菌或病毒感染。
三、肺泡巨噬细胞
来源为骨髓幼单核细胞，经血流到达肺部后再发育成熟、转化而形成。直径约20-40μm，形态不规则，有伪足样突起，胞浆含大量溶酶体、吞噬体。肺泡巨噬细胞吞噬细菌、尘粒和衰老死亡细胞，参与对肺表面活性物质磷脂重摄取代谢循环，并具有抗肿瘤作用，成为机体重要的非特异性防御功能的一道防线。 孙波2012-04-30