右心室在急性肺水肿发病机制中的重要作用

王晓猛李国新朱熠冰蒋杰黄剑林

朱研惠夏段军译蓝雨校对

毛细血管静水压增加机制

在心源性肺水肿中，毛细血管静水压增高通常被认为是一种左心房压力增高的结果。每个心室的充盈压与随后的每搏功都有一个曲线相关性，即Frank-Starling机制。Frank-Starling机制的主要功能是处理左心室和右心室每搏量之间的微小的每搏变异。在衰竭的左心室，这种关系保持不变，但向下移到右侧，这意味着要维持任何给定的心搏量，就需要较高的左心室充盈压力。通常认为左室舒张末期压力决定了控制肺静脉压力的左心房压力，最终，其决定了肺毛细血管压力。这种“反向衰竭”假说最初于由JamesHope提出，他认为当心室不能排出血液时，流入心室血流的心房和静脉系统将出现血液瘀滞和压力增加。

“反向衰竭”假设不能解释全部。为了增加充盈压就必须增加左心系统能量——这是能量守恒定律的直接结果。右室是能量的潜在来源。在健康患者,有一个稳定的状态，左右心室心搏量通过Frank-Starling机制来保持匹配(图5，顶部)。流动血液的总能量是动能和侧壁压能的总和。因此，并不是左心房压力决定毛细管静水压，而是毛细管静水压决定左心房压力(在心房收缩之前)。只有当右心室收缩产生额外输入压能时，才会出现肺毛细血管压力的急剧增加。出现APE，是由于液体从循环中丢失进入肺间质，右心室和左心室的心搏量之间必然不匹配(图5)。考虑一个患有急性和广泛前壁心肌梗死病人的例子，左室心搏量减少，但右心室功能在很大程度上不受影响或可能由于儿茶酚胺驱动而增加(图5，中间)。相对于左室，更大的右室心搏量必然会引起毛细血管静水压增加及其两种结果：(a)液体进入肺间质；(b)左心房压力增加。左房压力可能会增加到一定程度，在这个程度内左室心搏量能通过Frank-Starling机制恢复正常。心脏在努力做功时，右室心搏量一过性超过左室心搏量，那么毛细血管静水压也可能增加。依赖儿茶酚胺的全身静脉收缩引起右心充盈压增加(图6)，右室则是通过结合Frank-Starling机制和心肌直接依赖儿茶酚胺刺激来维持其心输出量。

图5.APE血流动力学机制。循环系统由2个双泵(右心房和右心室以及左心房和左心室)组成。左右心必须保持相同的心搏量；引起不平衡的任何情况都会导致严重的异常。顶部示意图，表示正常平衡血流，并假定正常的心搏量在休息时为80ml，在运动时ml。中间示意图，指出APE情况下，休息时少量减少左室心搏量2ml，则导致整个心搏量不匹配。假设心率为80次/min，那么过多的液体将以ml/min的速度集聚。底部示意图，显示在运动时可能会发生类似的心搏量差异；由于心率加快(次/min,ml/min)，液体会集聚得更快。该原理图忽略了淋巴回流、支气管和静脉窦的回流。通过静脉收缩（箭头所示）减少全身血容量。下肢血容量在全身静脉收缩的时候转移到右心。从这里，液体转移到肺间质和肺泡，导致流体重新分配。左右心室心搏量的差异导致肺泡水肿。因此，毛细血管静水压是升高和APE主要是因为右室驱动压力引起，左心房压力增加是肺动脉毛细血管压力升高的结果。

图6.毛细血管静水压的潜在决定因素。毛细血管静水压主要由右心产生的压力维持。如果在保持右室心搏量的同时，左室心搏量减少，毛细血管压力将增加。血容量增加(由于肾性水肿)可以轻度升高血压。交感神经兴奋也可能导致全身静脉收缩和血压升高(显示为颈静脉怒张)。二尖瓣反流增加了左室收缩的动能和压能。最后，左房收缩有一小部分作用(如见A波)。GE=重力能；KE=动力能；PE=压力能。

肺间质压力的不断增加可以压迫毛细血管（Starling阻容效应）。毛细血管的开放取决于血管外糖蛋白分子连接的内皮细胞的完整性，一旦间质的压力显著增高，血管外糖蛋白分子连接可能会破裂，毛细血管功能就会崩溃，这个过程会进一步损伤毛细血管张力，并且增加肺血管阻力。增高的肺血管阻力可以引起了Starling阻容效应；崩溃的毛细血管导致左室每博量的降低；激活交感神经。这些变化遵循Darcy’s规律△P=QR，因此如果流量（Q）维持不变，阻力（R）增加的话，压力差也在变化。实际上；右室收缩性的增加依赖于儿茶酚胺；静脉系统的收缩导致肺动脉压力的增加（图7）。毛细血管的损伤导致毛细血管的堵塞和开放引起血流的重新分布。由于整个肺血流通过剩余下的毛细血管导致肺血管阻力增加，肺血管阻力的增加相应伴随着右室收缩力的增加和毛细血管静水压的增高；额外的压力可能损伤残留的毛细血管，并且可以导致血流动力学更严重的恶化（图5，底部示意图）。

真正的“后向性衰竭”可以发生，但不常见。例如，明显的二尖瓣反流，特别是突然出现的二尖瓣反流，由于乳头肌的断裂，也可以导致肺水肿。在这种情况下，压力和动能由左心室添加到左心房，如在肺楔压力追踪中可以看到的。尽管很多合并APE的病人在发病前或发病过程中并没有血管内容量的增加，但有些病人则是增加的；当在数周内血管内和血管外的容量已经逐渐增加时，慢性心衰患者的急性发作通常会发生。典型的例子是在射血分数降低的心力衰竭的患者中；其中血管内压力普遍增加，而与心脏无关。年，Starr发现在循环停止后立即测量，心力衰竭和外周水肿的患者仍然保持高的静态血管内压力（20.3vs7.6cmH2O）。至少在一些液体潴留的患者中，肺循环高压是肾脏液体潴留和液体正平衡导致更大的血管内容量的结果之一（图6）。与任何心脏腔室收缩无关的基线或“静态”压力能作为弹性能量储存在血管中。（图6）在液体输注后或在交感神经激活所致全身性静脉收缩期间，也可以看到类似的静脉压升高。（图6）

在慢性病的患者中，例如二尖瓣狭窄的患者，由于右心室收缩压增高导致的毛细血管静水压增加可以被毛细血管小动脉肥大和/或收缩所预防（至少部分可以预防）。在这种情况下，源于右心室的一些增加的驱动压通过继发于血流层之间的较高的剪切应力和摩擦力的能量转换成热量（熵）而丢失。此外，证据表明慢性心力衰竭的和二尖瓣狭窄患者的毛细血管通透性减低可能保护患者免于肺水肿的进展。

图7.肺动脉压升高机制的示意图。左心室每博量在急性损害或/和后负荷增加情况下下降。组织灌注降低导致交感兴奋。当左室每博量增加受限与右心室的每博量增加没有受限同时存在时，每博量失衡出现，并且伴随肺动脉压增高。肺压升高来源于右室的额外做功。左室充盈压升高是右心做功增加的结果。

与急性肺水肿相关的临床场景

近期，有人回顾了在心功能衰竭时肺水肿的原因和治疗。表1是根据Starling方程式对肺水肿发生的过程中可能的机制及其相对重要性的总结。对于微循环生理的了解使得对肺水肿发生的病理生理过程有了更好的认知。通常存在不止一种机制共同导致急性肺水肿。

急性心肌梗死与伴随射血分数降低的心衰

急性心肌梗死可导致以下两种独特的临床症状的一种，它们是（1）有或无休克的低血压；（2）急性肺水肿。这两种症状可独立或同时出现。休克以低心输出量为特征。下壁心梗是导致心源性休克的一个原因，此时右室和左室同时受损。当右室梗死严重到一定程度时将不能使肺动脉和毛细血管静水压显著上升，这时肺水肿将不会出现。与其相比较，急性前壁心梗时，更多的右室功能相对得到保留，所以更容易发生急性肺水肿（图5，中间）。左右心室每搏量不均衡导致急性肺水肿的理念使其与仅有休克的情况不同。

在肺水肿发展过程中血管内容量的变化存在着一些争议。大多数研究认为，此时存在液体由体循环至肺循环的再分布过程。因为血浆转移至肺间质和肺泡，此时甚至可能存在血容量减少。慢性心衰患者在入院前的急性发作也可以发生血容量逐渐增加的情况。同样的机理可以解释传统理论难以解释的端坐呼吸和夜间阵发性呼吸困难。我们认为，端坐呼吸和夜间阵发性呼吸困难可以描述为以下情况：在仰卧位时，因重力因素导致下半身的静脉回流增加（在夜间阵发性呼吸困难时伴有额外的液体再吸收）。因右室Frank-Starling机制的激活，右室每搏量增加。我们知道，慢性心衰患者平卧位可增加肺动脉压。如果左室因心肌疾病受损，左侧的Frank-Starling机制将受到影响，所以不能为了平衡右心输出量而做出反应。如果左室舒张末压已经慢性增高，其会更加限制左室充盈，并且抑制为了适应右心而出现的每搏量适量的增加。左室每搏量增加的程度与右室的不同将导致肺动脉高压，毛细血管静水压上升，液体渗出至血管外以及肺淤血（图7）。

高血压与伴随射血分数正常或近于正常的心力衰竭

左室射血分数通过舒张末室壁厚度和长度，以及心室内壁圆周应力的改变进行调整。体循环高血压将导致左室肥厚和心肌收缩应力异常，但右室不受影响。重要的是，尽管舒张末室壁厚度增加导致心室收缩异常，但左室射血分数能够被维持。在给定的心肌应力下，室壁越厚，射血分数越高。在实际中，室壁增厚同时具有射血分数正常和心肌收缩力降低两者情况。增厚的心室壁具有较低的心室壁应力（Laplace’s定律），因此需要更高的舒张末压通过拉伸来激活Frank-Starling机制。

急性肺水肿特别容易发生在存在高血压和左室向心性肥厚的情况下。在同时存在体循环阻力高（左室力量需求增加）和心肌应力降低（表明收缩力降低）时，任何额外较小的心肌损害都容易导致每搏量降低。长期的高血压伴随左室向心性肥厚和相关的收缩异常将导致左室每搏量不能适当的增加。在双侧肾动脉狭窄，尿钠排泄的压力不足，导致血容量增加。动脉顺应性降低会增加脉波反射的速度，从而导致其在收缩期返回而不是舒张期，进而增加了对左室功能的需求。右室从几乎所有这些异常中幸免。这些问题的组合将导致右室和左室每搏量的不匹配。右室维持其每搏量，但是疾病状态的左室不能克服右室增加的血流动力学负荷。当存在明显且快速每搏量不匹配时会迅速（一瞬间）出现肺水肿。

急性二尖瓣重度反流可在心肌重构前即表现为肺水肿。如果反流血仅对准某单一肺静脉喷射，则可能仅引起单一一叶甚至某一段出现急性肺水肿。这是由于反流血侧壁压力和端侧压力差异所造成的（伯努力定律）。其结果可出现某单一肺段的毛细血管静水压升高，而其余不变。

急性肺水肿常因急性心律失常诱发，如房颤。这一般在已有左室结构异常的情况下发生。窦性心律时，受损的左心在Frank-Staring机制作用下处于功能极限处运动，而右心则具有额外的功能性容量。心律失常的存在打破了平衡，右心尚能维持其每搏量，而左心出现收缩功能储备不足。

游泳相关性肺水肿及相关条件

剧烈运动相关性肺水肿已在赛马中广泛研究，但关于人类的研究近期刚刚开展。在优秀自行车运动员、马拉松或超级马拉松跑者、以及寒冷地带的越野滑雪中曾观察到急性肺水肿表现，常表现为亚临床型肺水肿。这些病例中往往没有心功能异常的证据。目前认为是经过长时间、极端运动后Frank-Staring机制耗竭导致急性肺水肿发生。运动时左右两心室每搏量差异（图5下部）导致淋巴系统过负荷。严重急性肺水肿在游泳运动中更常见。一项研究显示，在包含游泳在内的耐力运动后，1.4%的参与者出现肺水肿相关症状。在士兵参加的2.4公里公开水域计时赛中，有27%出现与急性肺水肿一致的泡沫痰、呼吸困难和咯血症状。病例报告显示游泳相关性肺水肿（SIPE,swimming-inducedpulmonaryedema）更易在年轻人及健身者剧烈运动后出现。SIPE似乎常在多个条件结合时发生，而其中的某一条件无法单独引发问题。动脉收缩（周围寒冷）或血管受压（潮湿外套）可导致外周血管阻力增加，可能会抑制左心室每搏量的足量增加。全身静脉外部受压同样可增加右心灌注压和肺血流。如果肺血管阻力保持正常，且右心功能未受抑制，则右心室搏出量会超过左心室。由于血管外肺泡液体持续积聚的原因，如果运动者仍未休息，则极易发生SIPE。

SIPE容易在铁人三项赛的公开水域游泳赛段发生，推测可能与寒冷所致的外周血管收缩有关。外周血管阻力在自行车和跑步赛段相对较低。SIPE患者中，其他参与增加外周血管阻力的成分包括高血压和左心室向心性肥厚。高血压合并心肌张力的任何微小异常，其血管阻力更高，可诱发SIPE（图7）。由于特定泳姿呼吸的时间需求，以及仰泳时通气降低，淋巴泵功能减弱。在进行水中慢跑、屏气潜泳比赛或使用水中呼吸器潜水的健康人群中亦有急性肺水肿报道。SIPE和水中呼吸器潜泳者均有复发风险。在这些案例中，急性肺水肿属于严重事件，甚至有致命危险。游泳者因肺水肿而死亡的病例可能被误认为淹溺而未被发现。在深潜时，由于全身受静水压力压缩，胸腔内血容量增加。寒冷环境中，由于外周血管收缩，也可增加胸腔血容量，血管受压进而导致毛细血管静水压升高。在克服水中呼吸器调节阀阻力、调节阀故障时、声门非自主关闭或喉痉挛时的吸气努力，可导致胸腔内巨大负压，促进水肿形成（负压性肺水肿参见后续章节）。肺水肿恶化导致毛细血管基底膜继发性损伤。在所有游泳相关情形中，其基本机制在于心室间搏出量的不平衡（图5）。

负压性肺水肿和复张性肺水肿

胸腔负压和肺复张是引起急性肺水肿的少见原因。典型的情况见于拔除气管插管、快速抽取胸腔积液以及快速处理气胸。急性肺水肿的发生更常见于大量胸腔积液或是气胸，并多发生于单侧。当胸腔负压很大时，可导致肺泡压显著下降和肺间质静水压升高，从而发生急性肺水肿。从毛细血管到肺间质压力梯度的增加促进了液体的渗出。另外，对肺血管系统的机械损伤可能导致毛细血管渗漏的增加，从而加重了肺水肿。

不可能是急性肺水肿的情况

正如前面提到的右心室梗死，我们也应该考虑哪些情况不可能是急性肺水肿。在单心室循环的情况下（如：Fontan/TCPC手术），肺血流靠仅剩的体循环泵维持。在肺循环泵缺失的情况下，肺动脉压力（和毛细血管静水压）是不可能急性升高的。罕见情况下，由于肾脏原因引起的大量水潴留，全身静脉压有可能会升至足够高，从而导致毛细血管静水压升高，产生慢性肺水肿。

同样值得强调的是，当疾病情况，如心肌淀粉样变时，右室扩大至和左室相当，这种情况下也不太可能引起急性肺水肿；此时，低心排和血管内容量增加更为常见。肥厚性心肌病时，虽然其收缩功能并不正常，但急性肺水肿也不常见，除非出现严重的急性二尖瓣反流。另外两种罕见发生急性肺水肿的情况是心包积液或缩窄性心包炎。在这些情况下，由于舒张末容积受限，左右室的每搏输出量都是减少的。由于肾脏低灌注和继发的液体潴留，导致体循环平均充盈压升高，从而增加血管内容量，但此时体循环压力是低的。但由于两个心室的每搏输出量相当，因此也不会发生肺水肿。

结论

急性心源性肺水肿通常被认为是为了维持失代偿左室心输出量而不可避免的提高左室充盈压所致。然而，引起毛细血管静水压急性升高的主要因素是右心室，引起水肿液产生的原因是左右心室每搏输出量的匹配失衡。右室是急性肺水肿发生的中心环节。

编辑：凉风涩

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