肺位于胸腔内,膈肌上方、纵隔两侧,肺表面被覆脏胸膜,透过脏胸膜可见许多呈多边形的小区,称为肺小叶。正常肺呈浅红色,质地柔软,呈海绵状且富有弹性。
肺分为左肺和右肺,左肺狭而长,右肺宽而短。肺呈圆锥形,包括一尖、一底、三面、三缘。肺尖钝圆,经胸廓上口深入颈根部,高出锁骨内侧1/3段上方2.5 cm。肺底呈半圆形凹陷,位于膈肌上方。肋面与胸廓侧壁和前、后壁相邻。纵隔面与纵隔相邻,其中央椭圆形凹陷称为肺门。肺门处结缔组织包裹血管、支气管、神经和淋巴管等,统称肺根。两肺根处的结构自前向后排列为:上肺静脉、肺动脉和主支气管。左肺根处的结构自上而下排列为:肺动脉、左主支气管和肺静脉。右肺根处的结构自上而下排列为:上叶支气管、肺动脉和肺静脉。膈面即为肺底,与膈肌相邻。肺前缘锐利,为肋面与纵隔面的移行处,下部可见左肺心切迹,切迹下方有一突起称为左肺小舌。肋面与纵隔面在后方的移行处,位于脊柱两侧肺沟的是肺后缘。肺下缘则为膈面、肋面和纵隔面的移行处(图1-1)。
图1-1 肺的形态
左肺被后上斜向前下的斜裂分割为上、下两叶,右肺被斜裂和右肺水平裂分为上、中、下三叶。肺表面有被毗邻器官压迫形成的压迹或沟,两肺门前下方均有心压迹,右肺门后方有食管压迹,上方有奇静脉。左肺门上方毗邻主动脉弓,后方有胸主动脉。
肺门处左、右主支气管分出次级支气管,进入肺叶,称为肺叶支气管。肺叶支气管进入肺叶后,分出再次级支气管,称为肺段支气管(图1-2)。各级支气管反复分支形成树状,称为支气管树。其中左肺分为上叶支气管和下叶支气管,右肺分为上叶支气管、中叶支气管和下叶支气管。临床上,从支气管(第1级)至肺泡(第24级)约有24级分支,管径≤2 mm的支气管称为小气道。小气道为膜性气道,管壁无软骨支持。
图1-2 肺段支气管
每一肺段支气管及其所属的肺组织称为支气管肺段(broncho pulmonary segment),简称肺段(pulmonary segment)。支气管肺段呈圆锥形,尖端朝向肺门,底部朝向肺的表面,构成肺的形态学和功能学的基本单位。通常左、右肺分别有8个和10个肺段。有时肺段之间会出现共干肺段支气管。每个支气管肺段由一个肺段支气管分布,相邻支气管肺段以肺静脉属支及疏松结缔组织为间隔。由于支气管肺段的结构和功能具有相对独立性,临床上常以支气管肺段为单位进行手术切除(图1-3)。
图1-3 支气管肺段
肺动脉是运输血液以进行气体交换的功能性血管,其分支在肺门先位于支气管前方,再转向后方。肺动脉在肺内的分支多与支气管的分支伴行,直至分支进入肺泡隔,包绕肺泡壁形成肺泡毛细血管网。左、右侧支气管动脉为营养性血管,通常有1~4支。左侧支气管动脉主要起自胸主动脉和主动脉弓,右侧支气管动脉主要来自第3~5肋间后动脉。在肺门处支气管动脉相互吻合,广泛交织成网,进入肺内紧密伴随支气管走行,经支气管肺段门进入支气管肺段内,形成1~3支肺段支气管动脉。支气管动脉最终在支气管壁的外膜和黏膜下层形成供应支气管的毛细血管网。
肺表面被覆一层光滑的浆膜(脏胸膜),浆膜深部的结缔组织伸入肺内,将肺分成许多小叶。肺组织可以分为肺实质和肺间质两部分,肺实质即肺内支气管的各级分支及其末端的大量肺泡,肺间质包括肺内结缔组织及其中的血管、淋巴管和神经。主支气管由肺门进入肺后,顺序分支为叶支气管(左肺2支,右肺3支)、段支气管、小支气管、细支气管(管径约1 mm)、终末细支气管(管径约0.5 mm)、呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡囊和肺泡。其中,从叶支气管到终末细支气管称为肺导气部;呼吸性细支气管以下为肺呼吸部。每一个细支气管连同它的各级分支和肺泡,组成一个肺小叶。肺小叶呈锥体形,其尖端朝向肺门,底部朝向肺表面,在肺表面可见肺小叶底部的轮廓,直径为1.0~2.5 cm,每叶肺有50~80个肺小叶,它们是肺的结构单位。
肺导气部的各段管道随支气管分支管的管径变小,管壁逐渐变薄,结构愈趋简单。
叶支气管至小支气管的管壁结构与主支气管基本相似,但管径变小,管壁逐渐变薄,管壁三层结构分界逐渐不明显。主要结构变化是:
(1)黏膜上皮:为假复层纤毛柱状上皮,随着管径变小,上皮由高变低,杯状细胞逐渐减少。
(2)固有层:变薄,外侧出现少量环形平滑肌束。
(3)黏膜下层:气管腺体逐渐减少。
(4)外膜层:结缔组织内的软骨由完整的气管软骨变成不规则的软骨片。
细支气管直径约为1 mm,黏膜上皮由起始段的假复层纤毛柱状上皮逐渐变成单层纤毛柱状上皮,杯状细胞减少或消失。管壁内腺体和软骨片逐渐减少或消失,环形平滑肌逐渐增加,黏膜皱襞逐渐增多。
终末细支气管直径约为0.5 mm,内衬单层纤毛柱状上皮,无杯状细胞,管壁内腺体和软骨片完全消失,出现完整的环形平滑肌层,黏膜皱襞更明显。电子显微镜(以下简称“电镜”)下,终末细支气管的上皮由两种细胞组成,包括纤毛细胞和分泌细胞。纤毛细胞数量少,分泌细胞数量多。分泌细胞又称克拉拉细胞,游离面略高于纤毛细胞,呈圆顶状凸向管腔,顶部胞质内可见发达的滑面内质网和分泌颗粒细胞。克拉拉细胞分泌物稀薄,含有蛋白水解酶,可以分解管腔中的黏液,降低分泌物的黏稠度,利于分泌物排出。克拉拉细胞还有较多的氧化酶系,可对吸入的毒物或某些药物进行生物转化和解毒。上皮损伤时克拉拉细胞能分裂增殖,分化成纤毛细胞。
肺呼吸部是呼吸系统完成换气功能的部位,其各部的共同特点是都有肺泡。
呼吸性细支气管是终末细支气管的分支。每个终末细支气管可以分支形成2~3个呼吸性细支气管,其管壁结构与终末细支气管相似,但管壁上连接着少量肺泡,且肺泡开口于管腔。呼吸性细支气管的上皮为单层立方上皮,也有纤毛细胞和分泌细胞。在肺泡开口处,单层立方上皮移行为单层扁平上皮。上皮外面有环形平滑肌纤维和弹性纤维。
肺泡管是呼吸性细支气管的分支,每个呼吸性细支气管分支可形成2~3个肺泡管。每个肺泡管与大量肺泡相连,有20~60个肺泡开口于管腔,故自身管壁结构很少,仅在相邻的肺泡开口之间保留了少许的管壁,表面被覆单层立方上皮或扁平上皮,下方为少量平滑肌纤维和弹性纤维,因肌纤维环绕于肺泡开口处,故电镜下可见相邻肺泡开口之间有结节状膨大。
肺泡囊与肺泡管相连,每个肺泡管分支形成2~3个肺泡囊。肺泡囊由几个肺泡围成,是许多肺泡共同开口而成的囊腔。相邻肺泡之间没有环形平滑肌束,仅有少量结缔组织,故肺泡开口间无结节状膨大。
肺泡是支气管树的终末部分。肺泡为多面体形且有开口的囊泡,开口于肺呼吸性细支气管的管腔、肺泡管或者肺泡囊。肺泡的直径约为200μm,成人每侧肺内有3亿~4亿个肺泡,总表面积吸气时可达140 m 2 。肺泡壁由单层肺泡上皮组成。相邻肺泡之间有少量结缔组织,称为肺泡隔。
(1)肺泡上皮。肺泡上皮是指肺泡表面一层完整的上皮,由Ⅰ型和Ⅱ型肺泡细胞构成,偶见刷细胞。
Ⅰ型肺泡细胞呈扁平状,覆盖肺泡约95%的表面,细胞含核部分较厚并向肺泡腔内突起,无核部分胞质菲薄,厚度约为0.2μm,参与构成气-血屏障,是进行气体交换的部位。电镜下,相邻的Ⅰ型肺泡细胞与Ⅱ型肺泡细胞及刷细胞之间有紧密连接。Ⅰ型肺泡细胞细胞器较少,胞质内有较多的吞饮小泡,小泡内含有表面活性物质和细胞吞入的微小尘粒,细胞能将这些物质转运到细胞外的间质内清除。Ⅰ型肺泡细胞无分裂增殖能力,损伤后由Ⅱ型肺泡细胞增殖、分化补充。
Ⅱ型肺泡细胞较小,呈立方形或者圆形,顶端突入肺泡腔。细胞核呈圆形,胞质着色浅,呈泡沫状。Ⅱ型肺泡细胞散在凸起于Ⅰ型肺泡细胞之间,数量较Ⅰ型肺泡细胞多,但仅覆盖肺泡约5%的表面积。电镜下,细胞游离面有少量微绒毛,胞质内富含线粒体和溶酶体,有发达的粗面内质网和高尔基复合体。核上方有较多高分子密度的分泌颗粒,颗粒大小不等,直径为0.1~1.0μm,内含平行排列的板层状结构,故又称为嗜锇性板层小体。小体内的物质为表面活性物质,其成分为磷脂(主要是二棕榈酰卵磷脂)、蛋白质、糖胺聚糖等。细胞以胞吐的方式将表面活性物质释放出来,铺展于肺泡内面,形成一层薄膜。表面活性物质密度增加,表面张力降低,防止肺泡过度塌陷;吸气时肺泡扩张,表面活性物质密度减小,表面张力增加,可防止肺泡过度膨胀。表面活性物质由Ⅱ型肺泡细胞不断产生,经Ⅰ型肺泡细胞吞饮转运,不断保持更新。Ⅱ型肺泡细胞有分裂、增殖并分化为Ⅰ型肺泡细胞的潜能。表面活性物质缺乏或者变性均可引起肺不张,过度通气可造成表面活性物质缺乏;吸入毒气可直接破坏表面活性物质。若早产儿或者新生儿因为先天缺陷致Ⅱ型肺泡细胞发育不良,则其表面活性物质出现合成和分泌障碍,使肺泡表面张力增大,婴儿出生后肺泡不能扩张,可能出现新生儿呼吸窘迫综合征。患儿可因为血氧不足,肺毛细血管通透性增加,血浆蛋白漏出,在肺泡上皮表面形成一层透明膜样物质,故又称新生儿透明膜肺病。
刷细胞极少见,形态与支气管上皮内的刷细胞相似,为无纤毛的柱状细胞,游离面有许多排列整齐、长而直的微绒毛。胞质内粗面内质网发达,无分泌颗粒,可作为感受器起到检测入肺空气质量的作用。
(2)肺泡隔。肺泡隔是相邻肺泡之间的薄层结缔组织,属于肺间质。肺泡隔内有连续毛细血管网与肺泡壁相贴,由于有丰富的弹性纤维,可起到回缩肺泡的作用。老年人弹性纤维发生退化变性,且吸烟可加速退化进程,肺的炎症病变可破坏弹性纤维,导致肺泡弹性降低,回缩能力变差,影响肺的换气功能,久之肺泡扩大而形成肺气肿。肺泡隔内还有成纤维细胞、肺巨噬细胞、浆细胞和肥大细胞,此外还有毛细淋巴管和神经纤维。
(3)肺泡孔。肺泡孔是相邻肺泡之间供气体流通的小孔,直径为10~15 μm。一个肺泡壁上有1个或数个肺泡孔,其数目随着年龄增长而增加。当某个终末细支气管或呼吸性细支气管阻塞时,可通过肺泡孔建立侧支通道起到通气作用,防止肺泡萎缩。肺部发生感染时,肺泡孔也是炎症扩散的渠道。
(4)气-血屏障。肺泡腔内的氧气与肺泡隔毛细血管内血液中的二氧化碳进行气体交换所通过的结构称为气-血屏障,由肺泡表面液体层、Ⅰ型肺泡细胞与基膜、薄层结缔组织、毛细血管基膜与连续内皮构成。有的部位两层基膜之间没有结缔组织,上皮基膜和毛细血管基膜相贴而融合为一层。气-血屏障厚0.2~0.5μm。当肺纤维化或肺水肿时,气-血屏障增厚,肺的气体交换功能发生障碍,导致机体缺氧。
肺内结缔组织及其中血管、淋巴管和神经构成肺间质。肺间质主要分布于支气管树的周围,随着支气管树分支增加,肺间质逐渐减少。肺间质的组成与一般结缔组织相同,但有较多的弹性纤维和巨噬细胞。
肺巨噬细胞来源于血液中的单核细胞,数量较多,广泛分布于肺间质内,肺泡隔中最多。有的单核细胞游走进入肺泡腔内,称为肺泡巨噬细胞。肺巨噬细胞有十分活跃的吞噬功能,能清除进入肺泡和肺间质的尘粒、细菌等异物,并能产生多种生物活性物质,发挥重要的免疫防御作用。吞噬大量进入肺内的尘粒后的肺巨噬细胞,称为尘细胞。由心力衰竭导致肺淤血时,大量红细胞穿过毛细血管壁进入肺间质内,被肺巨噬细胞吞噬,此时胞质中含有大量血红蛋白分解产物——含铁血黄素颗粒的肺巨噬细胞,称为心力衰竭细胞。
肺的血液供应有两个来源,即肺动脉和支气管动脉。肺动脉是肺的功能血管,管径较粗,为弹性动脉。肺动脉从右心室发出,至肺门进入肺,其分支与各级支气管伴行直至肺泡隔内形成毛细血管网。毛细血管内的血液与肺泡进行气体交换后,汇入小静脉。小静脉走行于肺小叶间结缔组织内面,不与肺动脉分支伴行。小静脉汇集成较大的静脉后,才与支气管分支及肺动脉分支伴行,最终汇合成肺静脉出肺门回到左心房。支气管动脉是肺的营养血管,管径较细,为肌性动脉。该动脉发自胸主动脉或肋间动脉,与支气管伴行入肺,沿途在肺导气部各段管壁内分支形成毛细血管网,给管壁组织提供营养。支气管动脉的终末分支主要分布于呼吸性细支气管周围,部分分支形成肺泡隔内毛细血管网。管壁内的毛细血管一部分汇入肺静脉,另一部分则形成支气管静脉,与支气管伴行经肺门出肺。支气管动脉的分支还供应肺淋巴结、浆膜、肺间质及血管壁。
肺内淋巴管分为深丛和浅丛两组。深丛淋巴管分布于支气管树的管壁内、肺泡隔内及肺血管周围,最后汇合成几支淋巴管,伴随肺静脉向肺门方向走行,注入肺门淋巴结;浅丛淋巴管分布于胸膜下结缔组织内,由毛细淋巴管网汇合成几支较大的淋巴管,也注入肺门淋巴结。在走行中,深丛淋巴管和浅丛淋巴管也有吻合,淋巴液可从前者流入后者,但不能逆流,这是因为浅丛淋巴管内存在瓣膜。
肺的传出神经纤维和传入神经纤维在肺门形成肺神经丛,神经纤维随支气管分支和血管分支入肺。传出神经纤维末梢分布于支气管树管壁的平滑肌、血管壁平滑肌和腺体。传出神经包括交感神经和副交感神经。交感神经为肾上腺素能神经,兴奋时,使支气管树管壁的平滑肌松弛、血管壁平滑肌收缩、抑制腺体分泌;副交感神经为胆碱能神经,兴奋时,使支气管树管壁的平滑肌收缩、血管壁平滑肌松弛、增强腺体分泌。肺的传入神经纤维走行在迷走神经内,其末梢分布于支气管树管壁黏膜内、肺泡上皮及胸膜的结缔组织内,将肺内的刺激信号传入呼吸中枢。