肺
人体内大多数生化反应都需要能量驱动。为了产生这些能量单位,细胞器需要利用氧气来驱动化学反应。人的肺脏是位于胸腔内的一对海绵状器官,主要负责气体交换,它们与鼻、鼻窦、口、咽、喉和气管共同组成呼吸系统。在肺内,满足人体活动所需的氧气被吸收入血,同时代谢废气被排出并呼出体外。
尽管肺是气体交换的主要场所,吸气和呼气过程仍需肺与胸廓的骨骼肌肉系统(肋骨、胸骨、膈肌及其他辅助呼吸肌)协同运作才能完成。
本文旨在探讨人类肺脏的胚胎发育与解剖结构,并简要概述呼吸道相关知识。关于肺组织学、支气管肺段、支气管及气管的详细内容,请参阅相应专题文章。
| 表面 | 肋面、内侧面(纵隔与脊柱部)、膈面 |
| 边缘 | 前缘、后缘、下缘 |
| 分部 | 肺尖、肺底 |
| 肺叶 | 左肺-上叶、下叶 右肺-上叶、中叶、下叶 |
| 叶间裂 | 左肺 - 斜裂 右肺 - 斜裂和水平裂 |
| 血供 | 肺动脉干 -> 左/右肺动脉-> 左、右上/下肺动脉支 肋间支气管干与胸主动脉->左/右支气管动脉 |
| 神经支配 | 肺丛(迷走神经、颈心神经) |
| 胚胎发育 | 四期 - 假腺期、小管期、终囊期、肺泡期 |
呼吸道概述
呼吸系统是负责输送和交换生命所需气体的器官的集合。空气自鼻和口进入呼吸道,鼻是主要入口,但当鼻腔受阻时,空气也可经口腔进入。鼻孔和鼻窦在空气通过上呼吸道时对其加温、加湿及过滤。上呼吸道的其余部分包括咽、喉和气管。位于气管分叉处的气管隆突标志着从上呼吸道到下呼吸道的过渡。
解剖结构
肺是海绵状的可扩张器官,位于胸腔内。虽成对出现,但左右肺在形态上存在差异。每侧肺分别占据同侧胸腔,其间以纵隔及其内容物为界。两肺游离悬垂于胸膜内,仅通过主支气管和肺血管分别与气管及心脏相连。左右肺的形态差异也体现在重量上:左肺(约565 g)轻于右肺(约625 g)。男性肺脏通常重于女性,但此差异与个体身高相关。此外,成人肺呈深色斑驳状,与新生儿淡粉色的肺脏形成鲜明对比,反映了气道对碳质颗粒的过滤作用。
胸膜是包裹每侧肺的浆膜,由紧贴肺表面的脏层和附着于胸廓内壁、下位颈椎、肋椎区域、纵隔及膈肌的壁层构成。两层之间的潜在间隙称为胸膜腔,腔内充满浆液。浆液使得胸膜壁层和脏层在呼吸时能自由滑动,从而减少因表面摩擦对呼吸运动产生的阻力。
壁胸膜大体观:观察壁胸膜如何包绕肺脏的。在肋胸膜与膈胸膜及纵隔胸膜相移行处,壁胸膜存在锐利的皱襞。壁胸膜衬于胸壁内面,而脏胸膜则衬于肺的表面。理论上,二者间形成一个潜在腔隙,腔内含有少量胸膜液以起到润滑作用。但在实际的人体解剖过程中,你可能会发现两层胸膜之间存在胸膜粘连,这是由于疾病所导致的。
从基本结构看,每侧肺的特征性结构为肺尖和肺底:肺尖朝向胸廓上口,肺底坐落在膈肌之上。此外,肺还可描述为具有三个面(肋面、内侧面和膈面)和三个缘(前缘、后缘和下缘)。
肺大致呈圆锥形,由叶间裂分为若干肺叶。左肺被斜裂分为上、下两叶;右肺被斜裂和水平裂分为上、中、下三叶。各肺叶进一步分为支气管肺段:左肺有8-10个肺段,右肺有10个肺段。肺叶之间存在叶间面,由肺裂分隔。
肺尖是肺的最高点,向上延伸至胸廓上口。这一穹顶状结构向上超出第一肋软骨及锁骨内侧三分之一。两侧肺与同侧的前斜角肌由穿行其间的锁骨下动脉分隔。该血管向上行至第一肋,沿肺前表面行进并越过胸膜上膜。
每侧肺尖的前方与同侧的胸1神经(T1)前支、星状神经节(颈胸交感神经节)及第一肋间动脉相邻。左肺尖内侧面的外侧与左头臂静脉和左锁骨下动脉毗邻;而右肺尖内侧面的外侧则与气管、头臂干和右头臂静脉相邻。两侧肺尖的内侧均与同侧的中斜角肌相接。
肺内侧面是其朝向纵隔的部分,由纵隔面和脊柱面组成。与其他肺表面一样,内侧面存在许多因毗邻结构压迹而形成的凹陷。其前部称为前纵隔部,后部为后脊柱部。前纵隔部与纵隔相邻,其内包含心脏压迹;后脊柱部则与胸椎及相应椎间盘毗邻。
肺的后缘呈弧形,将内侧面的脊柱部与肋面分隔开。与其他肺缘不同,后缘是一条假想线,与相邻肋骨小头的位置平齐。在前方,肺的肋面与内侧面在前缘处交汇。该边缘薄而锐利,覆盖心包,延伸至壁胸膜在肋软骨与纵隔连接处反折的位置(即胸膜肋纵隔反折)。右肺前缘近乎垂直,而左肺前缘走行多边,其延伸至第4肋软骨后,因心脏切迹而呈不规则形态。
然而,肺内侧面的独特之处在于肺门。肺门位于第5至第7胸椎水平,是神经血管及气道经肺根进出肺实质的通道,也是肺与内侧毗邻的心脏和气管相连附的固着点。两侧肺门包含的结构相同,但彼此间的相对位置略有差异,所有结构均被胸膜包裹。每侧肺门均包含以下结构:
- 主支气管
- 肺动脉
- 两条肺静脉
- 支气管血管
- 肺自主神经丛
- 淋巴结与淋巴管
- 结缔组织
每个肺门周围还存在若干具有重要外科意义的结构:其前方有心包膈血管、膈神经及前肺丛向各自靶器官走行;下方为肺韧带;后方则有后肺丛和迷走神经。
肺底(即膈面)坐落在膈肌的胸腔面上。左侧膈肌将肺底与脾脏和胃分隔开,右侧则将其与肝脏分隔。因右侧膈肌需容纳肝脏而略高于左侧,右肺底部的凹陷更深,故右肺较左肺短。
肺底与肋面以下缘为界。该缘起自内侧时较圆钝,夹于两面之间,而随着其向肋膈隐窝延伸则逐渐变薄变锐。肺的肋面特征不如内侧面显著,仅可见上位肋骨的压迹及相应肺裂对应的沟回。
左肺
为适应心脏左偏的生理结构,左肺前内侧的肺组织较少。因此,其形态上与右肺有差异,其肺裂和肺叶均少一个:左肺仅靠一条斜裂将其分为上、下两叶。
左肺叶间裂
左肺斜裂与右肺斜裂的差异较小。左肺斜裂的走行与右肺斜裂相似(详见下文),有一差异体现在用于描述肺裂起止点(相对于肺门)的钟面定位法:左肺斜裂起于10点钟方向,而止于5点钟方向。另一差异在于左肺斜裂的走向较右肺略垂直。
左肺叶
下叶位于斜裂的后下方,而上叶则位于斜裂的前上方。下叶体积远大于上叶,它构成了左肺底的大部分、后缘的主体以及内、外侧面的后下部分。相比之下,上叶包含肺尖、大部分肋面和内侧面,以及整个前缘。上叶还包含心脏切迹及位于该区域的舌段。
左肺门
左肺门位于主动脉弓和胸主动脉的前下方。肺动脉是左肺门最上方的结构,紧邻其下的是主支气管,再往下是下肺静脉。上肺静脉位于肺动脉的前下方及主支气管的前方。
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右肺
右肺较左肺略短且宽,这些差异是由于肝脏位于左膈下方且心脏偏左侧。总体而言,右肺体积大于左肺。此外,右肺表面被两条叶间裂分为三个肺叶:斜裂与水平裂将右肺划分为上、中、下三叶。
右肺叶间裂
在右肺内侧面,斜裂起自肺门7点钟位置,向前下方走行,横穿肺底前部后穿过下缘,在距前缘约7厘米处显露于肋面,随后沿第5肋间向外上方延伸,向后至腋中线第4肋间与水平裂交汇。斜裂在后缘平齐或略低于第4胸椎棘突水平,其继而穿至内侧面,于1点钟方向与右肺门后上端汇集。
水平裂的穿行路径较斜裂短许多。它起自腋中线第4肋间,沿水平面向前延伸至肺前缘。在前缘处,其对应第4肋软骨与胸骨连接处,随后其在肺内侧面急转朝向肺门9点钟方向延伸。
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右肺叶
右肺上叶位于水平裂上方及斜裂前上方,包含肺尖、大部分肋面上部及内侧面上部。
中叶是右肺三叶中最小的叶,位于水平裂尾侧及斜裂前方,呈楔形,涵盖肺底前部、肋面前下部及前缘下段。
下叶占据肺表面体积的最大部分,位于斜裂后方,包含肋面与内侧面的后下部,以及斜裂后方的整个肺底。
右肺门
右肺门尾侧与奇静脉末端相邻,后方毗邻右心房和上腔静脉。其内部结构排列为:主支气管位于肺动脉后方,上肺静脉处于肺动脉的前下方,下肺静脉的前上方,而下肺静脉则是左肺门最下方的结构。
肺脏具有并行的双重血液供应系统,即肺循环和体循环。肺循环始于心脏,将静脉血输送至肺部进行气体交换,并将动脉血带回心脏以分配至全身。体循环则将动脉血从心脏输送至无法单纯依靠被动扩散供氧的肺实质,其静脉端同时将静脉血回输至心脏进行处理。
动脉供血
右心室通过肺动脉将静脉血泵入肺脏。这些血管起源于肺动脉干——它在上腔静脉后方分叉,为每侧肺各提供一条血管。每条肺动脉会进行第二次分支,形成上、下两支。右肺下叶动脉比右肺上叶动脉更粗大,它在右肺上静脉和中间段支气管之间穿行,供应中叶和下叶。除了供应这些肺叶外,它还发出一支回返支,以补充上叶的血液供应。
右肺上叶动脉在供应右肺上叶时发生分叉。在分叉处,左肺动脉从主动脉弓下方穿过,进入左肺斜裂。该动脉后续分支可能存在变异。左肺动脉的第一分支是其后所有分支中最粗大的一支,负责供应左肺上叶的前段。该血管还发出其他分支,它们的走行与右肺动脉相比存在显著差异。左肺动脉在斜裂内还会发出一支舌段动脉供应舌段。此处还发出许多其他分支,遍布左肺,为其余肺组织供血。
肺动脉将低压的静脉血输送入肺,而支气管动脉则以高压向肺脏及其支持结构输送动脉血。大多数个体拥有两条左支气管动脉和一条右支气管动脉。右支气管动脉与肋间后动脉共同起源于肋间支气管干。这些血管作为血管滋养血管(为肺动脉和主动脉供血)和神经滋养血管(为迷走神经供血),同时也供应食管中段及其他结构。
左侧的支气管动脉直接起源于胸主动脉。其中,左支气管上动脉供应部分主动脉弓,而左支气管下动脉则负责支气管及肺门结缔组织的血液供应。
静脉回流
肺泡壁内的毛细血管网向远端汇合形成肺静脉循环。每个支气管肺段内的多条段内血管汇合形成段静脉,随后段间血管相互融合,在各叶肺中形成更粗的单支静脉。因此,右肺有三条肺叶静脉,而左肺有两条。右上叶和中叶静脉在汇入肺门前融合,故仅有两条肺叶静脉汇合形成肺静脉。这些低压血管将动脉血送回左心房,随后分配至全身。
肺静脉引流肺实质血液,而肺门区域由支气管静脉引流。支气管静脉有浅、深两个分支,每侧肺门各由一条支气管静脉负责。支气管周围静脉丛沿肺门内支气管走行,最终汇合成深支气管静脉,这些静脉既可汇入肺静脉,也可直接汇入左心房。
胸膜下静脉通道是浅支气管静脉的主要分支。这些静脉收集肺血管的血管滋养血管、肺门淋巴结和肺外支气管的血液。左侧浅支气管静脉最终头臂静脉、副半奇静脉和左上肋间静脉,右侧则汇入奇静脉。
淋巴回流
引流肺部的淋巴管起自胸膜下方,称为胸膜下丛。该淋巴管丛进一步分为浅、深两组:深组淋巴管沿肺动脉、肺静脉及支气管走行。所有浅淋巴管在肺门处汇合,引流至同侧支气管肺淋巴结。
在肺的周边,浅、深淋巴通路之间存在交通,当肺部疾病导致淋巴管阻塞时,这些交通支能够扩张,将淋巴液从一条通路重新引流至另一条通路。通常,肺下叶的淋巴液引流至气管支气管下淋巴结,而上叶的淋巴液则由气管支气管上淋巴结负责引流。
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神经支配
自主神经系统和迷走神经共同负责对肺进行神经支配。自主神经系统负责扩张和收缩气道,并调节支气管分泌物。迷走神经的分支与颈心神经的交感神经分支汇合,形成肺丛。根据该神经丛与肺门的位置关系,可将其进一步分为前支和后支。除了为支气管提供神经支配外,它还支配脏胸膜。
胚胎学
在子宫内发育期间,胎儿不仅依赖母体获取营养,还需通过母体排出代谢废物。尽管胎儿肺部在整个孕期不参与气体交换,但其发育对婴儿出生后维持生命至关重要。为完成从胎盘进行气体交换到从肺进行气体交换的过渡,肺部需具备三个关键特征:首先,必须增加表面活性物质的分泌量——该化合物能降低肺泡表面张力,使其随吸气扩张;其次,需形成气体交换能力——这一功能在妊娠晚期肺泡单位开始发育时实现;第三,需建立并行的双重循环系统,使血液氧合与肺实质灌注能同步进行。肺的成熟过程贯穿胚胎期并持续至儿童期(直至8岁)。胚胎肺成熟经历四个阶段,受精密调控的生化级联反应调节,分别为假腺期、小管期、终囊期和肺泡期。前肠内胚层细胞在甲状腺转录因子1、同源盒蛋白、肝细胞核因子等转录因子作用下,被定向诱导分化为呼吸细胞谱系。肺实质的发育与支气管肺树的发育同步进行。至妊娠第5周,包围支气管芽(喉气管憩室终末分支)的脏壁中胚层开始扩张,并释放成纤维细胞生长因子10等多种信号蛋白,促进呼吸道芽的生长。因此,脏壁中胚层的生长与支气管芽的扩张和分支同步进行:支气管芽分化为支气管和细支气管,而脏壁中胚层则形成肺实质。
至妊娠第6周,肺发育进入假腺期。组织学上,肺组织呈现类似外分泌腺的管状腺泡结构,此特征在妊娠早期(至约第16周)占主导地位。此阶段肺已形成传导结构,但气体交换单元尚未发育。若此时分娩,婴儿将因肺未成熟而难以存活。肺的各部分发育速度不均:肺尖成熟快于肺底。因此当肺底仍处于假腺期时,肺尖可能已过渡到小管期(第16-26周)。此期以原始肺泡管形成为特征,在此之前支气管管腔及终末细支气管完成扩张。约第24周时,终末细支气管各分出至少2条呼吸性细支气管,每条再分支形成最多6条原始肺泡管,它们末端的囊泡状结构即为原始肺泡。此时的肺泡囊壁已薄至可以进行气体交换,且肺血管树也已显著发育,此阶段出生的婴儿尽管但可能面临其他器官系统发育不全的挑战,但其呼吸系统的发育已能够为新生儿提供存活的条件,。妊娠第26周末进入终囊期,更多肺泡壁、更薄的原始肺泡形成。囊壁覆盖有内胚层来源的鳞状上皮细胞(即Ⅰ型肺泡细胞,负责气体交换),其间散在分布着可分泌表面活性物质的圆形Ⅱ型肺泡细胞。尽管表面活性物质在20-22周已开始生成,但其产量在妊娠末期几个月内才显著增加。需注意,终囊期持续至分娩,在32周前表面活性物质仍不足以独立维持生命,此阶段早产儿需医疗干预才有存活机会。
原始肺泡的最终成熟过程始于妊娠第32周,并可能持续至8岁。此阶段以呼吸性细支气管末端出现的肺泡囊簇为起点,这些肺泡囊簇之后分化为肺泡管。随着肺泡壁逐渐变薄,血管床向其内部凸入,最终毛细血管床与Ⅰ型肺泡细胞紧密贴合形成肺泡-毛细血管膜(亦称呼吸膜或肺弥散屏障),成为肺泡与周围毛细血管进行气体交换的界面。此时肺已具备独立支持生命的能力,因此32周及之后出生的婴儿存活率显著提高。尽管上述关键发育阶段在子宫内完成,但大部分肺泡在出生后成熟:原始肺泡和呼吸性细支气管数量急剧增加,同时原始肺泡扩张,二者共同使得肺体积增大;不过需要指出,肺体积的增大主要源于呼吸单元数量的增殖,而非单纯的肺泡膨胀。
除上述条件外。子宫内尚有其它促进肺成熟的关键过程。胎儿呼吸运动和羊膜囊中的羊水量共同影响着肺的发育:胎儿呼吸运动即间断出现的练习动作会导致少量羊水被吸入肺部,这种练习动作在妊娠后期会变得更加频繁。
总结
两侧肺分别占据同侧胸膜腔,其间以纵隔及其内容物为界。肺游离悬垂于胸膜内,仅通过主支气管与气管相连,并借助肺血管与心脏连接。
胸膜是包裹两侧肺脏的浆膜,由紧贴肺表面的脏层和附着于胸廓内壁、下位颈椎、肋椎区、纵隔及膈肌的壁层构成。两层之间的潜在间隙称为胸膜腔。
每侧肺均由肺尖、肺底、肋面、内侧面、膈面以及前缘、后缘和下缘构成。肺大致呈圆锥形,由叶间裂分为若干肺叶:左肺被斜裂分为上、下两叶;右肺被斜裂和水平裂分为上、中、下三叶。各肺叶进一步分为支气管肺段,左肺有9-10个肺段,右肺有10个肺段。肺叶之间存在由叶间裂分隔成的叶间面。
肺尖是肺的最高点,伸入胸廓上口。这一穹顶状结构向上超出第一肋软骨及锁骨内侧三分之一。肺内侧面朝向纵隔,包含多个结构和压迹,如前、后纵隔部以及心脏压迹和肺门。
肺底(即膈面)坐落在膈肌的胸腔面上。左侧膈肌将肺底与脾脏和胃分隔开,右侧则将肺与肝脏分隔。肺的肋面特征不如内侧面显著,主要可见其上位肋骨的压痕及相应肺裂的沟回。
右心室通过肺动脉将静脉血泵入肺。这些血管起源于肺动脉干—它在上腔静脉后方分叉,向两侧分别分出一条血管进入对应侧的肺门。每条肺动脉会进行第二次分支,形成上、下两支。肺动脉负责将低压的静脉血输送至肺部,而支气管动脉则以高压向肺脏及其支持结构输送动脉血。大多数个体拥有两条左支气管动脉和一条右支气管动脉。
引流肺部的淋巴管起源于胸膜下方,称为胸膜下丛。该淋巴管丛进一步分为浅、深两组。
自主神经系统负责调控气道扩张与收缩,并调节支气管分泌功能。迷走神经分支与颈心神经的交感支汇合形成肺丛。