肺泡是肺结构的标志。1959年,当我开始对“生理学家应该感兴趣”的肺结构进行研究时,我被问到的第一个问题是“人类肺中有多少肺泡?”我和D.戈麦斯教授一起,设计了一种现在已经过时的方法来计数肺泡1,只有意识到真正重要的功能是这些小房间的墙壁的设计,例如它们的表面积和毛细血管的供应2.然而,人们对肺泡的概念仍然很着迷,一种新的无偏性计算方法现在显示,人类的肺是由大约4.8亿个这样的小气泡组成的3.,它们都与构成肺腺泡的气道树的末端分支公开相连。
肺泡的形成是为了增加腺泡气道树上气体交换面的密度,从而促进氧气向毛细血管的扩散和进入。但是在多大程度上肺泡是一种结构实体呢?如果我们试图解释菲润巴赫的陈述,这个问题是恰当的et al。4在这一期的欧洲呼吸杂志,“新肺泡化有助于肺切除术后的代偿性肺生长”。这表明,当残留的肺长出其表面时,新的肺泡“弹出”,以补偿小鼠部分全肺切除术造成的气体交换组织的损失5.Fehrenbach的研究et al。4左肺切除20天后,右肺的肺泡数量从64.3万个增加到92.5万个,增加了约50%。这种增加反映了部分补偿生长过程,发现完全恢复失去的气体交换面5.
部分肺切除术后的代偿性生长过程首先表明,当残余肺扩张并充满被切除部分肺释放的胸腔空间时,肺泡隔膜和血管的拉伸会导致额外的组织和新的毛细血管形成6.研究表明,在成年狗的肺中,这种情况只发生在肺切除一半以上的情况下,而只切除肺的40%的左肺切除术后,没有真正的组织生长的证据7,8.相反,未成熟的肺具有很强的代偿性生长潜力9.小啮齿动物(大鼠和小鼠)的肺似乎在成年后仍保留着补偿性生长的潜力5,10.在Fehrenbach对老鼠的研究中et al。4左肺切除,占肺总容积的30%;残余肺扩张进入释放空间,同时细胞增殖和组织生长使气体交换表面完全恢复5.接下来的问题是如何在胸腔有限的空间内容纳这个新的表面积。Fehrenbach的研究et al。4表明这涉及到创造新的肺泡,从而不仅恢复表面面积,而且至少部分恢复其拓扑结构。
因此,关键问题是如何制造新的肺泡。新肺泡化意味着肺泡是一个可以形成的单位新创通过一些形态发生过程,也在成熟的肺中。但事实果真如此吗?在形态发生过程中,原始球囊通过单个毛细血管网沿导管轴线向下拉出一组组织间隔,转化为肺泡导管,形成肺泡新生11.一开始没有肺泡。原始球囊是气道树的外周部分,由厚的隔膜隔开,隔膜包含两个毛细血管网,每个球囊一个毛细血管网和一个相当厚的结缔组织核心。在大鼠出生后的第3天,囊泡表面形成了脊状结构,并伴有强纤维束,脊状结构似乎沿着单个毛细血管网将脊状结构“拉”入空气中。这些纤维束形成肺泡隔的游离边缘,是网状结构的一部分,网状结构是肺泡开口。这个网络标志着肺泡管和它的密集的肺泡袖之间的边界(图1a)⇓).
因此,这一过程的关键事件是肺泡间隔的形成,肺泡间隔非常薄,包含一个单一的致密毛细血管网(图1b)⇑和c)。隔膜由与毛细血管交织并锚定在两端的精细的隔膜纤维网络支撑(图1c)⇑):1)在肺泡导管壁中形成肺泡入口环网络的轴向纤维中;2)在通过小叶间隔向胸膜延伸的周围纤维中12- - - - - -15.这使得毛细血管通过纤维上的机械张力得以扩散。由于毛细血管和纤维的这种配置,成熟肺中的肺泡不是可以分离的结构单位:它们的每一个壁由两个毗邻的肺泡共享,无论是在与毛细血管的气体交换方面,还是在机械支持方面。甚至上皮内层也被两个相邻的肺泡共享,因为它延伸通过Kohn的毛孔(图1b)⇑这可能听起来像是语义学,但它与与肺泡表面代偿性生长有关的新肺泡化的主题高度相关。纤维系统的这种配置使肺成为一个张拉整体结构16,这意味着,在力学上,肺实质结构的完整性完全由支持肺泡壁及其毛细血管的纤维连续体的张力来保证12,13,15.如果一根纤维被切断,就会导致隔膜塌陷,随后邻近部分发生重排,如肺气肿。因此,问题是:在这样一个纤维张力系统的连续性不能被破坏,毛细血管网络也必须保持完整的系统中,如何才能形成新的肺泡?
最直接的方法是回顾发育形态发生,通过形成一个强大的纤维束作为隔膜纤维网络的一部分,从肺泡深壁“拉下”一个新的隔膜,然后与肺泡入口环网络结合;这一过程可以被认为是一个连续的过程,而不会破坏纤维系统17.在这一过程中,毛细血管网在肠套叠生长过程中可以扩张而不受破坏18.肺泡间隔的新形成导致原有的肺泡分裂成两个各有入口环的肺泡,从而在肺泡管系统的壁网上增加了一个网,并增加了其欧拉数。在这一点上,值得注意的是Fehrenbach的研究et al。4,肺泡管壁的网格数被计算为肺泡的代理,完全符合这一形态发生过程,并使用无偏体视学方法。
当然,问题仍然是其他突起是否有助于肺泡表面的生长和新肺泡的增加。研究表明,在出生后的生长过程中,气体交换区在周围或胸膜附近生长最快19.因此,不能排除有一些区域在出生后的形态发生过程可以优先重演,以及在肺切除术后的代偿性生长,如在胸膜下区域福斯特et al。20.显示较高的增殖活性。
最重要的问题是,代偿性生长是否也涉及到新的肺泡导管的形成,而不仅仅是现有导管上的新肺泡,因为这些导管的长度和直径可能都会增大。这是重要的,因为腺泡气道设计对大多数外周肺泡的氧气供应的影响21,22. 事实证明,在狗的肺中,呼吸性细支气管可以繁殖23,特别是在未成熟的肺中,这表明代偿性新肺泡化,如本文所述,可能是残肺在失去重要部分功能肺组织后重建有利气体交换条件的更复杂努力的一部分。对代偿性肺生长究竟发生了什么问题的探索仍在继续。
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