重症医学科 陈德昌

人类作为大陆上生存的动物，实际上有两种环境：一种是外环境，例如陆地的大气层。另一种是内环境，呈液体状态，是全身组织细胞赖以生存的根本。这种奇妙的现象是物种进化所造成的。
我当住院医生时，学习水与电解质问题，才知道人体有细胞外液（extracellular fluid）。为什么需要细胞外液？没有想过。1965年第一次读John H Bland撰写的《水与电解质临床代谢》专著，我恍然大悟。如果没有细胞外液，海洋生物向陆地的大规模迁移将不可能成功，大陆上不可能出现人类。

生命来自水

物种的起源
距今40亿年，地球形成之初，是一团火热的星球。今天的地球约70%的面积被海洋覆盖，海洋最深处离海平面可达约11000米。地球上有了水，才有生命。地球曾经历多次冰川期，大陆被大规模冰川覆盖，海洋表面被冻结。然而，海洋中很早就出现单细胞和多细胞生物。8亿年前，地球气温上升，覆盖地球的冰川融化。6亿年前，“寒武纪”开始。在短短的2000多万年时间内，海洋中生物种类“突然”增加，产生了比较高级的海生无脊椎动物，称之为“寒武纪生命大爆发”。海洋为生物繁衍提供了理想的环境。在海洋中聚集着约23万多种己知的生物，比陆地上的物种丰富得多。
细胞内液从哪里来？
7亿年前，海水总的电解质含量接近现代海水的60%，以钾为主。原始的生物细胞接纳古生代的海水作为细胞质，由此构成细胞内液（intracelluar fluid）的物质基础。现代人的细胞内液电解质浓度要比海水低3倍，保留着以钾为主的模式。
寒武纪地质的变化很活跃。火山爆发，岩浆喷出。陆地表面的矿物质随着江河川流，持续不断地倾泻入海洋。海水总的电解质含量比古生代海洋高好几倍，并且以钠为主。经历漫长的地质学年代，海洋生物依靠体内的调节机制，在不断改变着的海水中求生存。
细胞外液从哪里来？
生物从海洋向陆地的大迁移，是物种进化史的重大事件。生物移居干躁的大陆，必须要有能力获取水、保存水。生物在脱离海洋之际，组织细胞依然保留着古生代的海水，作为细胞内液。同时，把寒武纪的海水，带在自己体内，为全身的组织细胞提供一种“水的环境”，维持着细胞独立的生命。这一小片“海水”比现今海水的电解质含量要低，大约为1/4，保留着以钠为主的模式，由此构成细胞外液的物质基础。这番物种进化过程，持续3亿年或者更漫长的时间。现代人类迟迟出现在欧亚大陆，估计只有6~12.5万年的历史。

人体内环境学说

人体有细胞与体液
Rudolf Virchow（1821-1902）创建“微观病理学”，认为研究疾病需要看到细胞水平的变化，焦点在细胞。另外一个学派以Carl von Rotinsky（1804-1878）为代表，研究“体液病理学”，焦点在体液。von Rotinsky认为“体液”是体内的运行系统，实质是血液的微循环。如果微循环发生紊乱，细胞将受到损害，人就可能会患病。
“内环境”学说
法国生理学家Claude Bernard经过深入探索，全面阐述了自己的观点。陆地上的动物有两种环境：一种是外环境，例如大陆气候的炎热、寒冷、干旱等。另一种是内环境（milieu interieur），呈液体状态。这种液体包含着营养物质及其他化学分子，浸润着所有的组织细胞间隙（cell space），防止细胞直接暴露在陆地的干燥环境之中。细胞外液是内环境的物质基础。他把内环境的形成，称之为“生命的智慧”。Bernard纠正了von Rotinsky的偏见。

Bernard 和他的学生们

“内环境稳定”学说
Walter Bradford Cannon 认为陆地上的生物不断受到外环境干扰，影响着内环境。因此，细胞与细胞外液之间必须不断地进行水与溶质的交换，通过有效的调节机制，把水、电解质、蛋白质、葡萄糖、pH等控制在狭小的波动范围内，维护着内环境稳定（homeostasis）。唯有内环境稳定，生物才能获得生命的独立性。Cannon发展了Bernard的理念。
体液的组成与人体的内环境
人可以几星期不进食而忍受饥饿，但不可以几天不喝水。除饮水以外，人类还在体内携带着一定容量的水，即总体水（total body water）。以体重72公斤成年男性为例，总体水约40升，占体重的60%。根据Netter撰写的《人体生理学》，总体水有着不同的组成部分：细胞内液含25升，占总体水的2/3；细胞外液含15升，占总体水的1/3。
细胞外液又分为两部分：（1）间隙液（interstitial fluid），指细胞间隙的液体，含12升，占细胞外液的4/5。间隙液与细胞直接接触，电解质、蛋白质及营养物质可以透过细胞膜，彼此交换。确切地说，间隙液就是内环境。（2）血管内液（intravascular fluid），亦包括两部分：没有血细胞的血浆，含3升，占细胞外液的1/5；另外是淋巴液。

血管内液的两个循环系统

血液循环
血液循环属半封闭系统。也就是说，血液不进入细胞间隙。血液是复杂的混合体液，包含血细胞、胶体、电解质和葡萄糖等。血液向组织细胞提供营养物质，排除代谢的废物。但是，血液与细胞之间的交换不是直接的。细胞的贴身微环境是间隙液。在外环境干扰的影响下，血液的组成将随之而改变。为保持内环境稳定，血液与间隙液彼此之间必须进行交换，取得动态平衡。交换的场所在微循环。
血管通过末端微血管的半通透膜，利用微血管血液与间隙液两者静水压之差，以及血浆与间隙液溶质渗透压之差，作为驱动力，与间隙液进行交换，相互调节。在微循环水平，间隙液得到持续的补充和更新。最后由间隙液（12升）与细胞内液（25升）进行交换。间隙液不是静止的。

间隙液与血液微循环：棕色箭头示微血管内的血流，蓝色箭头示静水压，红色箭头示渗透压，蓝色背景示间隙液

血流动力学与血液流变学
血管内血液必须流动。研究血流动力的科学是“血流动力学（hemodynamics）”。研究血流的生物物理特性的科学是“血液流变学（hemorheology）”，涉及血液黏稠度、红细胞变形、血小板聚集等因素，同样能影响血管内的血流。
淋巴循环
淋巴循环属开放系统。淋巴管的末端直接向间隙液开放。间隙液与血液进行交换后，尚有约10%（包括过多的水和蛋白质）直接进入淋巴管。肠道组织的淋巴液亦能吸收由消化道转入的脂肪，形成富含甘油三酯的乳糜，淋巴液因而呈乳白色。与血循环不同，淋巴循环的中心没有泵。主要依靠平滑肌以及骨骼肌的舒张和收缩，产生蠕动，驱使淋巴液缓慢地向近端推进。其运动是单方向的，因为淋巴管有瓣膜阻止反流。另一端，淋巴液经胸导管，进入左锁骨下静脉，流入血循环。如果淋巴管内静水压过高，部分液体将返流入间隙液，形成淋巴水肿。
淋巴液约以100毫升/小时的流速，经胸导管流入左锁骨下静脉。人体处于静止状态下，每天淋巴液的总流量约4~5升。运动期间，流量将增加数倍。由此推测，如果没有淋巴液的流动，人在静止状态下，可能在24小时内死亡。淋巴液在血液与间隙液之间发挥着水与蛋白质平衡的重要作用。
淋巴液中还有一个重要成分——淋巴细胞。淋巴细胞来源于造血干细胞，发育成熟后进入淋巴系统，成为淋巴液中的主要细胞。淋巴细胞包括：T细胞、B细胞（获得性免疫）和自然杀伤细胞等。此外，天然免疫系统中的树突状细胞也进入淋巴液，并向淋巴结和脾脏等淋巴器官迁徙。一旦这些免疫细胞识别入侵者，将引发免疫反应，对于清除病原体和已被病原体感染的细胞发挥着重要的作用。

淋巴管（绿色）末端向间隙液开放
血液循环：红色为小动脉、蓝色为小静脉，淡黄色为组织细胞，白色为细胞间隙

结束语
我己经知道细胞间隙中有间隙液，容量12升。细胞与血液不发生直接接触。但是多年来，我总以为血液与细胞之间的交换是直接的。实际上，血管内液的容量只有3升。血液首先与间隙液进行交换，最后由间隙液直接与细胞进行交换。显然，我思考问题不符合逻辑推理。
“血流动力学”使我痴迷。焦点在心肌收缩性和心输出量等问题上，忽视了静脉回流另一个重要的方面。此外，血流的生物物理特性同样能影响血管内的血流。但是“血液流变学”淡出我的视野太久了。我自以为血管内液就是血液，人体只有一个血循环。显然，这般认识是错误的。血管内液包含血液和淋巴液。人体有两种循环：血液循环和淋巴循环。淋巴液的功能很重要，但我知之甚少。
“困而学之”，我在思维和认识上，容易有片面性，以偏概全。我的老师曾宪九教授教导我们，人体生理学和病理生理学是临床医学的基础。我需要继续学习，希望能获得更多的知识、更多的启示和感悟。写这篇文章以抛砖引玉，请读者赐教。

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