肺尘埃沉着病(pneumoconiosis)简称尘肺,是长期吸入有害粉尘在肺内沉着,引起以粉尘结节和肺纤维化为主要病变的常见职业病。临床常伴有慢性支气管炎、肺气肿和肺功能障碍。按沉着粉尘的性质将其分为无机和有机尘肺两大类。国内最常见的无机尘肺主要有硅肺、石棉肺和煤矿工人肺尘埃沉着病。有机尘肺是吸入各种具有抗原性的有机尘埃,如含真菌孢子的植物粉尘、细菌产物和动物蛋白等所诱发的肺组织变态反应性炎症,如农民肺、蔗尘肺、皮毛尘肺等。
肺硅沉着病(silicosis),简称硅肺(曾称矽肺),是长期吸入含游离二氧化硅(SiO2)粉尘沉着于肺组织所引起的一种常见职业病。长期从事开矿、采石、坑道作业及在石英粉厂、玻璃厂、耐火材料厂、陶瓷厂生产作业的工人易患本病。患者多在接触硅尘10~15年后发病,病程进展缓慢,即使脱离硅尘接触后,肺部病变仍继续发展。晚期重症病例呼吸功能严重受损,常并发肺源性心脏病和肺结核病。
吸入空气中游离二氧化硅粉尘是硅肺发病的主要原因。发病与否与吸入二氧化硅的数量、形状及其颗粒大小密切相关。当吸入硅尘数量超出正常肺的清除能力或肺清除能力受呼吸道疾病的影响降低时均能使硅尘沉积于肺内。现有研究表明虽然不同形状的二氧化硅结晶都可致病,但以四面体的石英结晶致纤维化的作用最强。硅尘颗粒的大小是致病的又一决定因素,一般认为硅尘颗粒>5µm者经过上呼吸道时易附着于黏膜表面,大多被黏液-纤毛排送系统清除出体外;而<5µm者则可被吸入肺内直达肺泡并被聚集于肺泡间隔或支气管周围的巨噬细胞吞噬,形成早期硅肺的细胞性结节。硅尘颗粒越小致病力越强,其中以1~2µm者致病性最强。间质内部分吞噬了硅尘的巨噬细胞也可穿过淋巴管壁随淋巴回流至肺门淋巴结,引起淋巴结的同样病变。
硅尘颗粒引起硅肺的发病机制目前认为主要与SiO2的性质和巨噬细胞有关。当吸入肺组织的硅尘被巨噬细胞吞入后,SiO2与水聚合形成硅酸,一种强的成氢键化合物,其羟基与吞噬溶酶体膜上的磷脂或脂蛋白上的氢原子形成氢键,使溶酶体膜通透性升高或破裂;被激活的巨噬细胞形成的氧自由基也可以直接损伤细胞质膜。溶酶体破裂后释放的多种溶酶体酶导致巨噬细胞崩解自溶,同时释放出硅尘,游离的硅尘又可被其他巨噬细胞再吞噬。另外,崩解的和已被激活的巨噬细胞均可释放多种细胞因子和炎症介质,如巨噬细胞生长因子(MDGF)、白细胞介素(IL)、纤维连接蛋白(FN)和肿瘤坏死因子(TNF)等引起肺组织的炎症反应、成纤维细胞增生和胶原沉积,导致肺纤维化。反复吸入并沉积在肺内的硅尘,特别是因巨噬细胞破裂再释放出的硅尘使肺部病变不断发展和加重。即便患者在脱离硅尘作业环境后,肺部疾病仍会继续发展。
免疫因素在硅肺的发病中也可能发挥作用,现有证据表明玻璃样变的硅结节内含较多的免疫球蛋白,患者血清中也出现IgG、IgM及抗核抗体等的异常,但确切机制尚未明了。
硅肺的基本病变是硅结节(silicotic nodule)的形成和肺组织的弥漫性纤维化。
1. 硅结节
硅结节为境界清楚的圆形或椭圆形结节,直径3~5mm,色灰白,触之有沙砾感。硅结节形成的早期阶段是由吞噬硅尘的巨细胞聚集形成的细胞性结节。随病程进展,结节内成纤维细胞增生,结节发生纤维化遂形成纤维性结节。其内胶原纤维呈同心圆或旋涡状排列(图8-14),部分结节中胶原纤维发生玻璃样变。结节中央常可见到管壁增厚,管腔狭窄的小血管。相邻的硅结节可以融合形成大的结节状病灶,其中央常因缺血、缺氧发生坏死和液化,形成硅肺性空洞(silicotic cavity)。偏光显微镜可观察到硅结节和病变肺组织内的硅尘颗粒。肺门淋巴结内也可有硅结节形成,致淋巴结肿大变硬。
图示纤维性硅结节,主要由玻璃样变的胶原纤维呈漩涡状排列构成
2. 肺组织弥漫性纤维化
病变肺组织内除见硅结节外,尚可见范围不等的弥漫性纤维化病灶,镜下为致密的玻璃样变胶原纤维。晚期病例纤维化肺组织可达全肺2/3以上。胸膜也可因弥漫性纤维化而广泛增厚,厚度可达1~2cm。
硅肺的分期和病变特点
根据肺内硅结节的数量、大小、分布范围及肺纤维化程度,将硅肺分为三期:
Ⅰ期硅肺:主要表现为肺门淋巴结肿大,有硅结节形成和纤维化改变,肺组织内硅结节数量较少,主要分布于双肺中、下叶近肺门处,结节直径一般为1~3mm。X线检查肺门阴影增大,密度增强,肺野内可见少量类圆形或不规则形小阴影。肺的重量、体积和硬度无明显改变。胸膜可有硅结节形成,但增厚不明显。
Ⅱ期硅肺:硅结节数量增多,体积增大,伴有较明显的肺纤维化。结节性病变散布于双肺,但仍以中、下肺叶近肺门部密度较高,总的病变范围不超过全肺的1/3。X线检查肺野内见较多直径小于1cm的阴影,分布范围较广。肺的重量和硬度增加,体积增大,胸膜也增厚。
Ⅲ期硅肺(重症硅肺):硅结节密度增大并与肺纤维化融合成团块,病灶周肺组织常有肺气肿或肺不张。X线检查肺内可出现直径超过2cm的大阴影。肺门淋巴结肿大,密度高,可见蛋壳样钙化。肺重量和硬度明显增加,新鲜肺标本可竖立(图8-15),入水可下沉。切开时阻力大,有砂砾感,大团块病灶的中央可见硅肺空洞。
Ⅲ期硅肺,肺体积缩小,重量和硬度明显增加,新鲜时可竖立,中上部可见肺空洞,胸膜弥漫纤维化
1. 肺结核病
硅肺患者易并发结核病,称硅肺结核病(silicotuberculosis)。可能是由于病变组织对结核杆菌的防御能力降低。硅肺病变愈严重,肺结核并发率愈高,Ⅲ期硅肺患者并发率可高达70%以上。硅肺病灶与结核病灶可以单独分开存在,也可以混合存在。此类患者结核病变的发展速度和累及范围均比单纯肺结核病者更快、更广,也更易形成空洞,导致大出血而死亡。
2. 慢性肺源性心脏病
约有60%~75%的晚期硅肺患者并发慢性肺源性心脏病。肺组织弥漫性纤维化使肺毛细血管床减少,肺小动脉闭塞性脉管炎及缺氧引起的肺小动脉痉挛等均可导致肺循环阻力增大,肺动脉压升高,最终发展为慢性肺源性心脏病。患者可因右心衰竭而死亡。
3. 肺部感染和阻塞性肺气肿
患者抵抗力低下,呼吸道防御功能减弱,易继发严重的细菌和病毒感染,导致死亡。晚期硅肺患者常合并不同程度的阻塞性肺气肿,也可出现肺大疱,若破裂则形成自发性气胸。
肺石棉沉着病也称石棉肺(asbestosis),是长期吸入石棉粉尘引起的以肺组织和胸膜纤维化为主要病变的职业病。患者主要为长期从事石棉矿开采、选矿、运输、石棉加工及成品制作的工人。患者主要临床表现为咳嗽、咳痰、气急和胸痛等。晚期出现肺功能障碍和慢性肺源性心脏病的症状和体征,痰内可查见石棉小体。
石棉是一种天然的矿物结晶,是含有铁、镁、铝、钙和镍等多种元素的硅酸复合物,其致病力与被吸入的石棉纤维数量、大小、形状及溶解度有关。石棉纤维有螺旋形和直形两种,二者都有致纤维化和诱发石棉肺的作用,但直形纤维因在呼吸道的穿透力强,故致病性更强,其中尤以长度大于8mm,厚度小于0.5mm者对肺组织造成的损伤最严重。
吸入的石棉纤维停留在细支气管的分支处,随后穿入黏膜下间质及肺泡;也有少量纤维吸入后直接抵达肺泡腔,然后被间质和肺泡内的巨噬细胞吞噬。被激活的吞噬细胞释放炎症介质和纤维化因子引起广泛的肺间质和胸膜的炎症及纤维化。纤维化形成的确切机制尚未完全阐明,由石棉纤维直接刺激成纤维细胞,促使脯氨酸羟化为羟脯氨酸从而加速胶原纤维合成,可能是纤维化形成的重要机制之一。
肺石棉沉着病的病变特点为肺间质弥漫性纤维化(内含石棉小体)及胸膜脏层肥厚和胸膜壁层形成胸膜斑。
病变肺体积缩小、色灰、质硬。早期病变主要限于双肺下部和胸膜下肺组织,病变处纤维组织增生明显,切面呈网状。晚期肺组织弥漫性纤维化,常伴有明显的肺气肿和支气管扩张,使肺组织切面呈蜂窝状。胸膜脏层增厚,早期常以下部增生明显,愈至晚期纤维性增厚的范围更广泛,胸膜的壁层往往也出现纤维性斑块和广泛的纤维化。晚期胸膜腔闭塞,全肺被灰白的纤维组织所包裹。胸膜壁层凸起的局限性纤维瘢痕斑块称为胸膜斑(pleural plaque),灰白,质硬,半透明,状似软骨,常位于中、下胸壁,双侧呈对称性分布。
镜下,早期病变为石棉纤维引起的脱屑性肺泡炎,肺泡腔内出现大量脱落的肺泡上皮细胞和巨噬细胞,部分巨噬细胞胞质内可见吞噬的石棉纤维。细支气管管壁、细支气管和血管周围的结缔组织以及肺泡间隔内有多量淋巴细胞和单核细胞浸润,也可有嗜酸性粒细胞和浆细胞浸润。肺组织的纤维化始于细支气管周围,逐渐向肺泡间隔发展,随后肺泡遭破坏,由纤维组织取代,最终全肺弥漫性纤维化。细支气管和小血管亦被包裹于纤维组织之中,此时小动脉常呈闭塞性动脉内膜炎改变。尚未发生纤维化的肺泡上皮增生呈立方状,称腺样肺泡。在增生的纤维组织内可见多数石棉小体,系由铁蛋白包裹的石棉纤维(铁反应阳性),黄褐色,多呈棒状或蝌蚪形,有分节(图8-16),长短不一,长者可超过100µm,短者仅数微米。石棉小体旁可见异物巨细胞。石棉小体的检出是石棉肺的重要病理诊断依据。
肺泡腔和纤维化的间质内见多个深棕色、分节的棒状石棉小体