一、發病原因
引發低氧血症的肝病病因：各種急、慢性肝病均可伴有肺血管異常和動脈低氧血症，最主要的是慢性肝病導致的肝硬化病人，特別是隱源性肝硬化、酒精性肝硬化、肝炎肝硬化及原發性膽汁性肝硬化。也可見於慢性肝炎、急性重型肝炎、膽汁淤滯、ɑ-抗胰蛋白酶缺乏症、Wilson病、酪氨酸血症以及非肝硬化門靜脈高壓如特發性門靜脈高壓、血吸蟲性肝硬化等，肝外門靜脈阻塞也可並發動脈低氧血症，對這些病人的觀察提示門靜脈高壓可能是肝肺綜合征的主要發病因素。2000年Binay等研究發現伴有高動力循環的進展性肝功能衰竭最可能發生肝肺綜合征，並未發現其與肝硬化嚴重程度具有相關性。
二、發病機製
1.病理生理
肝肺綜合征的實質是肝病時發生的肺內血管擴張和動脈血氧合作用異常所致的低氧血症。動脈性低氧血症是由於血液流經肺髒時血液中的紅細胞未得到充分的氧合作用或部分血液根本就沒有流經肺泡進行氧合造成的。由於HPS時已排除了原發性心肺疾患，因此紅細胞可能通過的異常途徑有：經過胸膜和肺門支氣管血管而未到達肺泡;在縱隔中血流由於壓力較高的門靜脈係統直接流入肺靜脈，從而繞過了肺髒循環;通過擴張的肺泡毛細血管或肺動-靜脈瘺直接流入肺靜脈。肺泡毛細血管擴張對低氧血症的形成可能更為重要。現有研究資料顯示肝肺綜合征的發生至少與全身高動力狀態、門靜脈高壓症、肝性腦病、肝腎綜合征及肺動脈高壓有關。故其發生的原因也是全身代謝及血流動力學紊亂造成的，同時又參與了全身代謝和血流動力學紊亂的形成，具有重要的病理生理意義。
(1)肝肺綜合征的基本病理改變為肺血管擴張，表現為：
①大量前毛細血管擴張。
②肺基底部動-靜脈交通支形成與開放。
③胸膜“蜘蛛痣”形成，以前毛細血管擴張為主。
在屍體解剖中人們發現肝硬化等慢性肝病患者肺部的基本病理改變是廣泛的肺內血管擴張和動靜脈交通支。有人通過血管塑形發現上述病理改變及肺底部胸膜血管擴張或胸膜下蜘蛛痣的形成。國內顧長海教授於1997年將這些病理改變概括為：肺腺泡內動脈不均勻分布的擴張;整個肺下葉可見直徑為60～80µm的薄壁血管;鄰近肺泡氣體麵前毛細血管水平的肺部血管床廣泛擴張;肺動脈細支和肺毛細血管顯著擴張，直徑可達160µm。電鏡顯示：肺毛細血管和肺小動脈壁增厚，小靜脈基底層也增厚。
(2)影響肺內血管擴張的因素：
肺內血管擴張的機製目前尚未完全闡明，其可能的影響因素有：
①擴血管物質活性增加：各種急慢性肝病肝細胞功能衰竭、代謝紊亂，特別是對血管活性物質滅活減少，並可通過異常吻合的側支血管直接進入體循環，造成全身血流動力學的紊亂，血液循環中血管擴張物質含量升高，如同門靜脈高壓症患者內髒充血一樣，作用於肺內血管造成肺血管擴張、肺髒充血。引起血管擴張的物質如：高血糖素、前列腺素、血管活性腸肽、一氧化氮、血管舒緩素、緩激肽及其內毒素等。
②縮血管物質減少或肺內血管床對內源性血管收縮物質的敏感性下降：如去甲腎上腺素、內皮素、心鈉素、血管升壓素、5-羥色胺、酪氨酸等，這些物質的含量並非絕對減少，有可能是其作用敏感性降低。致使原關閉的無功能性毛細血管前交通支開放，以及本屬正常的低氧性肺血管收縮功能發生障礙，僅為正常的75%。
③神經因素：肝硬化患者體內交感神經張力亢進，但形成門靜脈高壓症後則體內交感神經功能受損，可能發揮重要作用，門脈高壓動物常表現出異常的加壓反應，血管對去甲腎上腺素的敏感性降低，造成心輸出量增加，肺內血管容積也擴張，肺內高血流動力狀態也是全身高動力狀態的一種表現。
④肺內血管對缺氧的反應性降低：近年來通過惰性氣體彌散試驗發現有2枚蜘蛛痣以上的肝硬化患者，不僅表現肝髒功能受損，其全身血管及肺內血管阻力也降低，血管對缺氧的反應性也降低，肺內血管擴張。但也有人應用肺血管造影雖然發現動脈末梢的血管擴張，但對給氧的反應幾乎是正常的，不支持這一觀點。
⑤肺內血管生成或發育異常，也可能是肝肺綜合征形成的因素之一。
目前為止，對於肝肺綜合征引起肺內血管擴張的機理尚不清楚。但由於肺內血管活性物質的長期作用可引起細胞內環磷酸腺苷(cAMP)和(或)環磷酸鳥苷(cGMP)顯著升高，導致缺氧性肺血管舒縮功能失調、肺動脈擴張，可能是本病發生的重要原因，也可能是全身高動力循環的肺部表現。由於肺毛細血管和前毛細血管顯著擴張，毛細血管周圍與肺泡接觸的部分血液仍可進行氣體交換，而中心部位的血液卻因與肺泡之間的彌散距離增大而致氣體交換不充分，引起動脈氧合不足，出現一係列低氧血症表現。
2.發病機製
迄今為止關於本病的發病機製尚未闡明。鑒於上述病理生理學變化及當前的研究認為：本病的發病可能為通氣不足、彌散障礙、通氣/血流比例失調、氧合血紅蛋白親和力下降等因素或綜合因素共同作用的結果。
(1)通氣不足：
正常情況下，各種原因造成通氣不足，吸入肺泡內的氧氣不足，血氧交換減少，均可造成低氧血症，如慢性支氣管炎、氣管異物、肺不張以及呼吸肌麻痹等。而在慢性肝病、肝硬化患者是否存在通氣不足尚有爭論。
1982年Fujiwara研究了22例肝硬化失代償期患者的肺功能，發現患者肺活量(VC)、功能殘氣量(FRC)及呼吸儲備容積(EVR)均明顯減少，而R/T輕度升高，且沒有1s用力呼氣容積(FEV1)的變化，認為肝硬化患者肺間質水腫造成肺組織的機械性受壓，通氣功能不足是其肺功能受損的主要原因。後來Edison等也對21例肝硬化失代償期患者的肺功能進行了研究，發現其肺活量、最大通氣量(MVV)、功能殘氣量、肺總量、R/T均明顯降低，認為肝硬化患者存在明顯的阻塞性及限製性通氣不足。是由於患者並發腹水時，腹內壓增加，膈肌上升，胸腔容積減少及壓力增強等壓迫肺組織、肺不張造成的。而1s用力呼氣容積下降則是由於肺間質水腫和血管擴張壓迫小氣管，呼氣早期關閉所致。理論上講上述因素均可導致通氣不足，是引起本症的因素之一。這也由給伴有胸腔積液的肝硬化患者抽取胸腔積液，肺不張部分恢複後其動脈血氧分壓明顯上升，CO2分壓下降所證實。當然肝硬化伴有胸腹水、肺部繼發感染、肺水腫以及循環係統疾患者，其肺組織通氣明顯不足均可造成低氧血症。
相反，也有人認為並非由於通氣不足造成低氧血症，這是因為肝硬化患者表現為動脈血氧分壓下降時，而不伴有高CO2血症，這也可能是由於低氧血症時患者過度通氣可部分代償造成動脈血CO2分壓不僅不升高，反而出現PaCO2下降，甚至出現呼吸性堿中毒。不僅如此，在部分沒有肝功能失代償的肝硬化患者也可伴有動脈低氧血症。甚至有人發現肝硬化代償期患者的肺功能試驗均正常。因此，目前多數學者認為通氣不足並非肝硬化病人低氧血症的主要原因。
(2)彌散障礙：
肝肺綜合征患者應用惰性氣體排除技術確實證明了氧的彌散存在著障礙。這是由於肝肺綜合征的基本病理改變——肺血管擴張所決定的。通過肺血管造影也顯示肺內有細微蜘蛛樣到明顯海綿狀彌漫性血管擴張。由於肺毛細血管和前毛細血管顯著擴張，血管中心部位的血流與肺泡之間彌散距離增大，妨礙了肺泡內氣體進入肺毛細血管，影響氣體交換引起的。有研究發現肝硬化患者的低氧血症常在運動時出現或加重，認為患者存在肺內O2的彌散障礙或受限。Agusti等研究了肝硬化患者運動時的肺血流動力學和氣體交換，發現患者運動PaO2明顯下降，而PaCO2僅輕度下降，認為這種血氣變化完全可以用肺外因素解釋。事實上，肝硬化患者確實存在著影響O2彌散的因素，但仍不足以解釋其發生的明顯低氧血症。肝肺綜合征患者雖有動脈末梢血管擴張，在吸入正常空氣時其動脈血氧分壓可以下降，但在給予純氧吸入時，其動脈血氧分壓可以明顯升高。進一步證明了雖然彌散障礙確實存在，在本病的形成中起一定的作用，但並非重要作用。
(3)通氣/血流比例失調：
進行氣體交換是肺組織最主要的生物功能。這種氣體交換必須在適宜的通氣/血流比值的情況下才能充分完成，正常情況(正常成人靜息狀態)下，生理上最適宜的通氣/血流比值為0.8。任何原因導致的比值變化，均可影響氣體交換，發生低氧血症。肝肺綜合征患者導致通氣/血流比例失調的原因主要是肺內血管擴張及動靜脈分流。
①肺內血管擴張：肺內血管擴張已經病理、血管造影等證實。由於肺內血管擴張，不僅造成了氣體彌散障礙，而且由於空氣中的氧分子不能彌散至擴張的血管中央進行氣體交換，引起通氣/血流比例下降，肺動脈血氧分壓下降。這種通氣/血流比例的下降加之反應性心排血量增加使通過毛細血管網的血流時間縮短，氧合不充分。過度換氣可以部分提高患者的PaO2。如此時增加肺泡內氧分壓，氧分子可部分地到達擴張的血管中央，使動脈血氧分壓上升。故有人稱此現象為彌散-灌注障礙或肺內動-靜脈功能性分流。而並非真正的肺內分流。Krowka觀察了一組肝肺綜合征患者，88%出現直立位缺氧。認為是由於重力的作用，這種血管擴張造成血流增加主要出現在中、下肺區，直立位時低氧血症更明顯。
②動-靜脈分流：肝硬化時可並發肺內動-靜脈瘺和胸膜蜘蛛痣，均可使肺動脈血流未經氣體交換，直接分流入肺靜脈，致病人可有明顯的低氧血症，這種低氧血症不能被吸氧糾正，是為真正的肺內分流。通過肺組織病理學、血管造影、二維對比超聲心動圖等檢查均已證實。目前認為應用肺血管鑄型仍是確定動-靜脈分流的最直接證據。肺內動-靜脈瘺最初是由Rydell和Hottbauer首次應用醋酸乙烯注入1例11歲肝肺綜合征死者的右肺血管發現有範圍廣泛、數目眾多的動-靜脈交通支。以後國內外學者有眾多相關報告。這是由於這種動-靜脈交通支如同門體側支循環一樣，是本來存在的而在正常情況下處於關閉狀態。但在病理情況下，由於神經、體液等眾多因素的影響而重新開放的結果。這種肺內動-靜脈分流是引起通氣/血流比例失常造成氣體交換不足的主要原因。而胸膜蜘蛛痣由於分流量較少，雖然也能引起動-靜脈分流，但一般不足以引起明顯的低氧血症。另外近年來許多研究還發現部分肝硬化患者還存在少量的門-肺靜脈分流，血流也未經過肺泡氣體交換直接進入體循環，也可引起通氣/血流比例失常，引起氣體交換不足。由於這種分流一般較小，不足以產生較嚴重的低氧血症，故非重要因素。
③氣道關閉：1971年Ruff等證明肝硬化患者閉合氣量(CV)和閉合氣總量(CC)明顯增加，陷閉在下肺野的氣體增多，導致該處的通氣/血流比例極低，認為是由於氣道關閉、通氣量減少引起的。1984年Furukawa等測定了105例肝硬化患者的肺功能並未發現異常，但多數患者有流量-容積異常，同時閉合氣量明顯增加，提示氣道提前關閉，通氣/血流比例下降，也可能是引起低氧血症的重要原因。
④氧和血紅蛋白親和力降低：一組報道發現15例肝硬化(多為酒精性肝硬化)患者有輕度全身性血管或肺血管擴張，PaO2正常，輕度低碳酸血症，氧合血紅蛋白解離曲線輕度右移，一氧化碳彌散量正常，輕度通氣/血流比例失調。說明病人由於血紅蛋白和氧的親和力降低出現氧的解離曲線右移，可能是由於紅細胞內2，3-二磷酸甘油酯的濃度增加引起的，但在低氧血症的發生中並非重要因素。
綜上所述，引起低氧血症的因素很多，但任何一種因素均難以完全解釋本病的發生機理，由於患者的基本病理改變為肺內血管擴張及動-靜脈交通支開放，結合近年來的研究結果提示肺泡和肺毛細血管氧的彌散障礙與通氣/血流比例失調可能同時存在，是本病發生低氧血症的主要原因，其他因素可能加重了缺氧，是次要因素，故認為可能是上述綜合因素共同作用的結果。
