肺病理学基础：肺部的解剖学、组织学与细胞生物学

本篇文献来自《Pathobiology of Human Disease》百科全书，由Yale University School of Medicine的RJ Homer与CJ Britto合作撰写，2014年由Elsevier出版。文章系统性阐述了哺乳动物（重点针对人类和小鼠）肺部结构与功能的生物学基础，涵盖从宏观解剖到微观分子机制的完整知识体系，核心内容包括肺部的解剖分区、细胞组成、气体交换原理、防御机制及疾病相关病理生理学特征。以下为关键内容提炼：

一、肺的结构与功能分区

1. 传导性气道（Conducting Airways）
- 组成：从气管（trachea）到终末细支气管（terminal bronchiole），功能为气体传导、加湿及净化空气。
- 特征分层：
- *上皮层*：纤毛细胞（ciliated cells）、杯状细胞（goblet cells，分泌黏液）、基底细胞（basal cells，具干细胞功能）、神经内分泌细胞（neuroendocrine cells）及Clara细胞（啮齿类中主导）。
- *支持结构*：软骨环（气管）、平滑肌（支气管收缩调控）、黏膜下腺体（人类近端气道特有，分泌抗菌物质）。
- 物种差异：小鼠气管结构接近人类近端气道，而小鼠肺内气道更类似人类终末细支气管，缺乏软骨与黏膜下腺体。

2. 呼吸性气道（Respiratory Zone）
- 组成：呼吸性细支气管（respiratory bronchioles）、肺泡管（alveolar ducts）和肺泡（alveoli），核心功能为气体交换。
- 肺泡细胞类型：
- *I型肺泡细胞（Type I pneumocyte）*：扁平状，覆盖95%肺泡表面积，负责气体扩散屏障。
- *II型肺泡细胞（Type II pneumocyte）*：立方状，分泌表面活性物质（surfactant），并可再生为I型细胞。

二、肺的机械与分子功能机制

1. 通气动力学
- 胸膜腔（Pleural Space）：正常为虚拟腔隙，含微量润滑液（富含透明质酸），由间皮细胞（mesothelial cells）分泌，减少肺与胸壁摩擦。
- 呼吸肌：膈肌（受膈神经支配）为核心动力源，高氧化能力与抗疲劳特性适应持续收缩需求。

2. 表面活性物质系统
- 成分：90%脂质（以二棕榈酰磷脂酰胆碱为主）与10%蛋白质（SP-A/B/C/D）。
- 功能：降低肺泡表面张力，防止塌陷（Laplace定律）；SP-A/D兼具免疫调节（调理病原体）。

3. 肺循环系统
- 双重供血：肺动脉（低压力/高容量，气体交换）与支气管动脉（高压力/高氧，营养供给）。
- 血管适应性：肌性动脉（hypoxia时收缩，调节灌注）与非肌性微血管（内皮细胞间连接较疏松，利于液体交换）。

三、宿主防御与免疫调控

1. 物理屏障与清除机制
- 黏液-纤毛清除系统：纤毛协同摆动推动黏液层至咽部，依赖睫状体微管结构（异常导致原发性纤毛运动障碍）。
- 肺泡巨噬细胞（Alveolar Macrophage, AM）：长期驻留，吞噬病原体与凋亡细胞，通过淋巴或气道排出。

2. 免疫细胞网络
- 树突细胞（Dendritic Cells）：富集于大气道黏膜，提呈抗原至淋巴结。
- 肥大细胞（Mast Cells）：分MCT（肺实质）与MCTC（血管周）亚型，参与过敏与纤维化。
- 支气管相关淋巴组织（BALT）：黏膜免疫枢纽，以IgA+ B细胞为主。

四、发育与再生医学视角

1. 上皮干细胞层级
- 基底细胞（Basal Cells）：表达p63与K5/K14，分化为纤毛/杯状细胞（人类大气道）；小鼠模型中，Clara细胞可转分化为黏液细胞（依赖Foxa2/SPDEF通路）。
- II型肺泡细胞：损伤后增殖并分化为I型细胞，但新近研究提示p63+细胞也可能参与肺泡再生。

2. 病理重塑机制
- 平滑肌增生：哮喘中气道平滑肌（ASM）通过分泌ECM（如胶原I/III）与炎症介质加重阻塞。
- 纤维化靶点：间质成纤维细胞（可能源于周细胞，pericyte）异常活化导致胶原沉积。

五、肺功能测试（Pulmonary Function Testing, PFT）的生物学基础

• 静态指标：肺总量（TLC）、残气量（RV）异常提示阻塞性（如肺气肿）或限制性（如纤维化）疾病。
  
• 动态指标：FEV1/FVC比值下降为气流阻塞标志；DLCO（一氧化碳弥散量）反映肺泡-毛细血管膜完整性。
  

文献价值与特色

1. 跨物种对比：突出人类与小鼠肺部结构的差异（如Clara细胞分布、软骨支持范围），为动物实验设计提供参考。
   
2. 病理关联性：从基础机制解释临床疾病（如ARDS的肺泡塌陷、硅肺病的巨噬细胞激活）。
   
3. 前沿方向：提出间皮细胞（mesothelium）可能贡献于血管平滑肌发育，挑战传统中胚层起源理论。
   

（注：本文为百科全书章节，非原创研究，故未涉及具体实验流程与数据，重点在于整合现有知识体系。）