新生儿呼吸生理-
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Ductus venosus
Liver
Umbilical cord
Pulmonary artery
Lower body Placenta
表面活性物质缺乏 和肺透明膜病 --历史的回顾
• Mary Ellen Avery
• Am J Respir Crit Care Med
• 2000; 161: 1074 1075
磷脂膜；SP-D 不清
肺内PS磷脂代谢池(含量)
• 总磷脂：肺泡1/3+II型细胞2/3 • 肺泡腔：[3 mg (DPPC) + 3 mg (uPC)]/kg • 肺泡内表面积：1 M2/kg (早产肺 0.3-0.8) • PS/M2: 3 mg/kg
+3 mg (uPC/kg) + 18 mg =24 mg/kg • 肺液(FRC=25-30 mL/kg):
• 大气道：假复层纤毛上皮, 软骨，肌层 • 小气道：无软骨，有肌层 • 肺泡：AEC-II, AEC-I, 间质细胞-生长因
子，巨噬细胞-免疫防御 表面活性物质的分泌 • 血管紧张素II转换酶 (血管)
肺泡原生隔，双层血管 肺泡次生隔，单层血管 肺泡血管形成
角化细胞生长因子 KGF 肝细胞生长因子 HGF 胰岛素样生长因子 IGF 血管内皮生长因子VEGF 转化生长因子TGF-1ß
新生儿呼吸生理特点
孙波 复旦大学附属儿科医院
新生儿肺功能监测
• 气血交换: 肺通气, 肺换气 • 呼吸力学，肺泡上皮细胞生物学 • 呼吸肌，能量代谢 • 呼吸中枢与化学感受器反馈性调节 • 液体吸收平衡
肺发育阶段
肺泡期Alveolar 囊泡期Saccular
导管期Canalicular stage
• 1980年日本藤原(Fujiwara)用牛肺表面活 性物质治疗10例HMD成功。
• 1981年第四版才正式提出肺透明膜病是 由于肺的不成熟所致。
RDS=HMD
• 多发生于<1500克早产新生儿 • 出生后第一天进行性呼吸衰竭 • 死亡率>50% • 原因：肺不成熟，缺乏表面活性物质 • 病理：肺泡萎陷，透明膜
3.4 Kg：3.4 M2
200 mL, 60 mL/kg
肺小叶(肺泡腺囊)—呼吸功能单位
肺泡上皮细胞 I型, II型, 毛细血管网
气道：气管、支气管、小支气管、细支气管、呼吸性细支气管
• 血管：肺动脉、肺静脉 呼吸中枢：延髓，呼吸神经元，交感、 副交感神经，膈神经
呼吸道的防御机制和肺的代谢功能
气道滴入50-200毫克/公斤，间隔6-12小时
• 新生儿呼吸窘迫综合征RDS (确定) • 胎粪吸入综合征 • 肺炎呼吸衰竭 • 急性肺损伤、ARDS • 开胸和肺移植手术后呼吸衰竭
药促PS合成分泌
• 产前糖皮质激素 促进肺组织成熟 • 出生后糖皮质激素 促进肺液吸收 • 机械通气 牵张肺泡
促进内源性PS合成 • 外源性PS PS合成底物
对肺血流的影响
• 降低肺动脉压，增加肺血流 • 改善通气-灌流 • 与吸入一氧化氮联合应用有协同作用
长期随访
• 使PDA增加 • 不增加神经运动发育障碍 • 不增加慢性肺病 • 没有医源性感染 • 没有动物源蛋白致免疫反应
肺表面活性物质
Pulmonary surfactant
• 磷脂
90％ (中性脂肪5%)
饱和磷脂
50％
不饱和磷脂 35％
• 蛋白
10％ (白蛋白 5%)
SP－A，D 亲水性、大分子
SP－B，C 疏水性、小分子
表面活性物质蛋白
• SP-A • SP-B • SP-C • SP-D
30-35 kDa 3x6=18 寡聚体 8 kDa 二聚体 4 kDa 二聚体 43 kDa 3x4=12 寡聚体
足月肺泡内液PS>2 mg/ml
管状髓样物，晶格网状 Tubular myelin
磷脂和蛋白相互作用
• 饱和磷脂：降低最小表面张力 • 不饱和磷脂：降低最大表面张力 • 疏水性蛋白：SP-B 维持磷脂膜构象
SP-C聚合磷脂，调节磷脂膜构象 • 亲水性蛋白：SP-A调节磷脂代谢，强化
1959年《表面特 性与肺不张和肺 透明膜病的关系
表面张力和呼吸病理
• 表面活性物质可减低肺泡表面张力 • 低表面张力可维持呼气末肺泡稳定性 • 缺乏此物质可导致肺不张 • HMD患儿表面张力高，提示缺乏表面活
性物质
• 1964年出版了《新生儿肺部疾病》：总 结了观察到的表面张力的作用但未对肺 透明膜病的病因下最后的结论。
不变的情况下，表面张力(γ)的大小 与肺泡半径(R)成正比； • 在缺乏表面活性物质时，肺泡液表面 张力γ增加，为达到同样肺泡扩张度 (R)时，必须增加气道压力(P)。
Surfactant
• Surface-tension-lowering agent lining the alveolar surface
Alveolar Ventilation
通气-灌流比例
通气-灌流比例 适当 ？ 合适的通气量？ 1 潮气 2 频率 3 肺泡通气 4 通气-灌流 5 循环-灌流 6 组织利用
Fetal Circulation and Placenta
Upper body
Ductus arteriosus
Foramen ovale
Alveolar Ventilation 肺泡通气
•Gas Exchange Volume
• The portion of each breath that is available for gas exchange.
• Optimizing Alveolar Minute Ventilation provides the most effective CO2 removal.
纵隔气肿 OI=MAP x FiO2 x 100 / PaO2
对功能余气量的影响
• 提高功能余气量，提高顺应性 • 需要维持PEEP在适当水平，以提高
药物疗效
• 可以和CPAP联合应用，减少气道插 管和机械通气
对脑血流的影响
可能使脑血流下降： • 通过增加肺血流和动脉导管分流 • 通过循环二氧化碳下降
• Surfactant production starts in week 22-26 of gestation
• Sufficient surfactant production in week 28-34
Surfactant - Continued
• Deficiency leads to
–Stiff lungs –Collapse of the alveoli –Pulmonary interstitial edema –Infant Respiratory Distress Syndrome (IRDS)
新生儿血气参数
• pH • PaCO2 • PaO2 • SaO2 • HCO3 • BE
7.35-7.45 5-7 kPa (35-50 mmHg) 8-12 kPa (60-90 mmHg) 90-100% 20-27 mmol/L -5.0-5.0 mmol/L
呼吸机吸气时间延长
Meconium Aspiration Syndrome
肺泡次生隔的形成和肺泡发育
I型和II型肺泡上皮细胞特点
I型
II型
形状
扁平
立方
微绒毛
无
有
板层小体
无
有
占肺内细胞
8 ~ 10%
15%
覆盖肺泡面积
>95%
<5%
再生能力
差
可转变为I型
功能
气体交换, 液体吸收 合成、分泌PS、
细胞因子
Lung Development
• From week 22 of gestation pulmonary gas exchange becomes theoretically possible
• Produced by specialized cells in the alveoli • Properties
–Enables the alveoli to expand during inspiration –Prevents collapse of the alveoli during expiration
• Collectin=collagen and lectin
肺表面活性物质功能
• 降低肺泡表面张力、降低呼吸做功 • 维持肺泡扩张和功能余气量 • 促进肺液吸收、减少肺泡内渗出 • 调理病原体、活化肺泡巨噬细胞 效果：改善血氧、通气灌流，抗感染
液体表面张力
2表面张力() 压力(P)=——————
半径 (r)
肺表面活性物质合成代谢
• 胎肺20－24周开始生成PS • 28－32周开始大量合成 • 35周后大量分泌可保证生后需要 • 出生后24小时内肺泡内PS成倍分泌 • 出生后3－7天PS下降到成人水平 • 生物半衰期为12－24小时 • 24－48小时更新，>90％可再利用
肺表面活性物质的应用
A.正常肺
B.顺应性 下降
C.气道阻 力增加
新生儿肺功能参考值
呼吸系统顺应性 Crs= VT/Pelastic (PIP-PEEP) 正常：0.8-1.0 mL/kg/cmH2O RDS：0.2-0.4 肺炎：0.4-0.8
气道阻力 RL=Presistive/Flow (cmH2O)/L/s 成人：10-20 儿童：20-50 婴儿：50-100 新生儿：100-200
胸廓和呼吸肌
上膈
面肌
：：
肺 底
食 道
心 包
大 动
下脉
面 ：
下 腔
肝静
wk.baidu.com
脏脉
新生儿肺功能监测
• 气血交换: 肺通气, 肺换气 • 呼吸力学，肺泡上皮细胞生物学 • 呼吸肌，能量代谢 • 呼吸中枢与化学感受器反馈性调节 • 液体吸收平衡
新生儿肺功能监测
新生儿呼吸参数
• 频率：30-40次/分钟 • 潮气量：6-8 mL/kg • 吸气时间：0.3-0.5 s • 死腔：2 mL/kg • 功能余气量：25-30 mL/kg • 残余气量：10-15 mL/kg
[PS] > 2 mg/mL (>50-60 mg/kg) • 进入肺内1-5 min, 50%被II型细胞吸收 • 清除速率4%/h
用药后疗效维持
• 药物：温度，溶剂状态 • 给药方式、途径 • 呼吸机参数: 先降FiO2, 后降PIP, 不降PEEP • 疗效判断：PaO2/FiO2, OI, VFD<14 • 不良反应：PDA, IVH/PVH/ICH, 肺出血, 气胸,
I型和II型肺泡上皮细胞特点
I型
II型
形状
扁平
立方
微绒毛
无
有
板层小体
无
有
占肺内细胞
8 ~ 10%
15%
覆盖肺泡面积
>95%
<5%
再生能力
差
可转变为I型
功能
气体交换, 液体吸收 合成、分泌PS、
细胞因子
RDS 正常
LaPlace定律
• LaPlace 定律：△P=2γ/R • 在呼吸膜(气液界面)两边压力差(△P)
假腺样期Pseudoglandular stage 胚胎期Embryonic period
10
20
30
3
69
weeks Birth
months
A ~ C: 4 weeks D ~ E: 5 weeks
F: 6 weeks
G: 8 weeks
胎儿肺泡面积增 加与肺容量增加 成正比，随胎龄 而增长；40 wk
Liver
Umbilical cord
Pulmonary artery
Lower body Placenta
表面活性物质缺乏 和肺透明膜病 --历史的回顾
• Mary Ellen Avery
• Am J Respir Crit Care Med
• 2000; 161: 1074 1075
磷脂膜；SP-D 不清
肺内PS磷脂代谢池(含量)
• 总磷脂：肺泡1/3+II型细胞2/3 • 肺泡腔：[3 mg (DPPC) + 3 mg (uPC)]/kg • 肺泡内表面积：1 M2/kg (早产肺 0.3-0.8) • PS/M2: 3 mg/kg
+3 mg (uPC/kg) + 18 mg =24 mg/kg • 肺液(FRC=25-30 mL/kg):
• 大气道：假复层纤毛上皮, 软骨，肌层 • 小气道：无软骨，有肌层 • 肺泡：AEC-II, AEC-I, 间质细胞-生长因
子，巨噬细胞-免疫防御 表面活性物质的分泌 • 血管紧张素II转换酶 (血管)
肺泡原生隔，双层血管 肺泡次生隔，单层血管 肺泡血管形成
角化细胞生长因子 KGF 肝细胞生长因子 HGF 胰岛素样生长因子 IGF 血管内皮生长因子VEGF 转化生长因子TGF-1ß
新生儿呼吸生理特点
孙波 复旦大学附属儿科医院
新生儿肺功能监测
• 气血交换: 肺通气, 肺换气 • 呼吸力学，肺泡上皮细胞生物学 • 呼吸肌，能量代谢 • 呼吸中枢与化学感受器反馈性调节 • 液体吸收平衡
肺发育阶段
肺泡期Alveolar 囊泡期Saccular
导管期Canalicular stage
• 1980年日本藤原(Fujiwara)用牛肺表面活 性物质治疗10例HMD成功。
• 1981年第四版才正式提出肺透明膜病是 由于肺的不成熟所致。
RDS=HMD
• 多发生于<1500克早产新生儿 • 出生后第一天进行性呼吸衰竭 • 死亡率>50% • 原因：肺不成熟，缺乏表面活性物质 • 病理：肺泡萎陷，透明膜
3.4 Kg：3.4 M2
200 mL, 60 mL/kg
肺小叶(肺泡腺囊)—呼吸功能单位
肺泡上皮细胞 I型, II型, 毛细血管网
气道：气管、支气管、小支气管、细支气管、呼吸性细支气管
• 血管：肺动脉、肺静脉 呼吸中枢：延髓，呼吸神经元，交感、 副交感神经，膈神经
呼吸道的防御机制和肺的代谢功能
气道滴入50-200毫克/公斤，间隔6-12小时
• 新生儿呼吸窘迫综合征RDS (确定) • 胎粪吸入综合征 • 肺炎呼吸衰竭 • 急性肺损伤、ARDS • 开胸和肺移植手术后呼吸衰竭
药促PS合成分泌
• 产前糖皮质激素 促进肺组织成熟 • 出生后糖皮质激素 促进肺液吸收 • 机械通气 牵张肺泡
促进内源性PS合成 • 外源性PS PS合成底物
对肺血流的影响
• 降低肺动脉压，增加肺血流 • 改善通气-灌流 • 与吸入一氧化氮联合应用有协同作用
长期随访
• 使PDA增加 • 不增加神经运动发育障碍 • 不增加慢性肺病 • 没有医源性感染 • 没有动物源蛋白致免疫反应
肺表面活性物质
Pulmonary surfactant
• 磷脂
90％ (中性脂肪5%)
饱和磷脂
50％
不饱和磷脂 35％
• 蛋白
10％ (白蛋白 5%)
SP－A，D 亲水性、大分子
SP－B，C 疏水性、小分子
表面活性物质蛋白
• SP-A • SP-B • SP-C • SP-D
30-35 kDa 3x6=18 寡聚体 8 kDa 二聚体 4 kDa 二聚体 43 kDa 3x4=12 寡聚体
足月肺泡内液PS>2 mg/ml
管状髓样物，晶格网状 Tubular myelin
磷脂和蛋白相互作用
• 饱和磷脂：降低最小表面张力 • 不饱和磷脂：降低最大表面张力 • 疏水性蛋白：SP-B 维持磷脂膜构象
SP-C聚合磷脂，调节磷脂膜构象 • 亲水性蛋白：SP-A调节磷脂代谢，强化
1959年《表面特 性与肺不张和肺 透明膜病的关系
表面张力和呼吸病理
• 表面活性物质可减低肺泡表面张力 • 低表面张力可维持呼气末肺泡稳定性 • 缺乏此物质可导致肺不张 • HMD患儿表面张力高，提示缺乏表面活
性物质
• 1964年出版了《新生儿肺部疾病》：总 结了观察到的表面张力的作用但未对肺 透明膜病的病因下最后的结论。
不变的情况下，表面张力(γ)的大小 与肺泡半径(R)成正比； • 在缺乏表面活性物质时，肺泡液表面 张力γ增加，为达到同样肺泡扩张度 (R)时，必须增加气道压力(P)。
Surfactant
• Surface-tension-lowering agent lining the alveolar surface
Alveolar Ventilation
通气-灌流比例
通气-灌流比例 适当 ？ 合适的通气量？ 1 潮气 2 频率 3 肺泡通气 4 通气-灌流 5 循环-灌流 6 组织利用
Fetal Circulation and Placenta
Upper body
Ductus arteriosus
Foramen ovale
Alveolar Ventilation 肺泡通气
•Gas Exchange Volume
• The portion of each breath that is available for gas exchange.
• Optimizing Alveolar Minute Ventilation provides the most effective CO2 removal.
纵隔气肿 OI=MAP x FiO2 x 100 / PaO2
对功能余气量的影响
• 提高功能余气量，提高顺应性 • 需要维持PEEP在适当水平，以提高
药物疗效
• 可以和CPAP联合应用，减少气道插 管和机械通气
对脑血流的影响
可能使脑血流下降： • 通过增加肺血流和动脉导管分流 • 通过循环二氧化碳下降
• Surfactant production starts in week 22-26 of gestation
• Sufficient surfactant production in week 28-34
Surfactant - Continued
• Deficiency leads to
–Stiff lungs –Collapse of the alveoli –Pulmonary interstitial edema –Infant Respiratory Distress Syndrome (IRDS)
新生儿血气参数
• pH • PaCO2 • PaO2 • SaO2 • HCO3 • BE
7.35-7.45 5-7 kPa (35-50 mmHg) 8-12 kPa (60-90 mmHg) 90-100% 20-27 mmol/L -5.0-5.0 mmol/L
呼吸机吸气时间延长
Meconium Aspiration Syndrome
肺泡次生隔的形成和肺泡发育
I型和II型肺泡上皮细胞特点
I型
II型
形状
扁平
立方
微绒毛
无
有
板层小体
无
有
占肺内细胞
8 ~ 10%
15%
覆盖肺泡面积
>95%
<5%
再生能力
差
可转变为I型
功能
气体交换, 液体吸收 合成、分泌PS、
细胞因子
Lung Development
• From week 22 of gestation pulmonary gas exchange becomes theoretically possible
• Produced by specialized cells in the alveoli • Properties
–Enables the alveoli to expand during inspiration –Prevents collapse of the alveoli during expiration
• Collectin=collagen and lectin
肺表面活性物质功能
• 降低肺泡表面张力、降低呼吸做功 • 维持肺泡扩张和功能余气量 • 促进肺液吸收、减少肺泡内渗出 • 调理病原体、活化肺泡巨噬细胞 效果：改善血氧、通气灌流，抗感染
液体表面张力
2表面张力() 压力(P)=——————
半径 (r)
肺表面活性物质合成代谢
• 胎肺20－24周开始生成PS • 28－32周开始大量合成 • 35周后大量分泌可保证生后需要 • 出生后24小时内肺泡内PS成倍分泌 • 出生后3－7天PS下降到成人水平 • 生物半衰期为12－24小时 • 24－48小时更新，>90％可再利用
肺表面活性物质的应用
A.正常肺
B.顺应性 下降
C.气道阻 力增加
新生儿肺功能参考值
呼吸系统顺应性 Crs= VT/Pelastic (PIP-PEEP) 正常：0.8-1.0 mL/kg/cmH2O RDS：0.2-0.4 肺炎：0.4-0.8
气道阻力 RL=Presistive/Flow (cmH2O)/L/s 成人：10-20 儿童：20-50 婴儿：50-100 新生儿：100-200
胸廓和呼吸肌
上膈
面肌
：：
肺 底
食 道
心 包
大 动
下脉
面 ：
下 腔
肝静
wk.baidu.com
脏脉
新生儿肺功能监测
• 气血交换: 肺通气, 肺换气 • 呼吸力学，肺泡上皮细胞生物学 • 呼吸肌，能量代谢 • 呼吸中枢与化学感受器反馈性调节 • 液体吸收平衡
新生儿肺功能监测
新生儿呼吸参数
• 频率：30-40次/分钟 • 潮气量：6-8 mL/kg • 吸气时间：0.3-0.5 s • 死腔：2 mL/kg • 功能余气量：25-30 mL/kg • 残余气量：10-15 mL/kg
[PS] > 2 mg/mL (>50-60 mg/kg) • 进入肺内1-5 min, 50%被II型细胞吸收 • 清除速率4%/h
用药后疗效维持
• 药物：温度，溶剂状态 • 给药方式、途径 • 呼吸机参数: 先降FiO2, 后降PIP, 不降PEEP • 疗效判断：PaO2/FiO2, OI, VFD<14 • 不良反应：PDA, IVH/PVH/ICH, 肺出血, 气胸,
I型和II型肺泡上皮细胞特点
I型
II型
形状
扁平
立方
微绒毛
无
有
板层小体
无
有
占肺内细胞
8 ~ 10%
15%
覆盖肺泡面积
>95%
<5%
再生能力
差
可转变为I型
功能
气体交换, 液体吸收 合成、分泌PS、
细胞因子
RDS 正常
LaPlace定律
• LaPlace 定律：△P=2γ/R • 在呼吸膜(气液界面)两边压力差(△P)
假腺样期Pseudoglandular stage 胚胎期Embryonic period
10
20
30
3
69
weeks Birth
months
A ~ C: 4 weeks D ~ E: 5 weeks
F: 6 weeks
G: 8 weeks
胎儿肺泡面积增 加与肺容量增加 成正比，随胎龄 而增长；40 wk