基于我校国家级虚拟仿真实验教学示范中心平台“中国数字人解剖系统”、“机能学虚拟实验系统”和“智能虚拟标准化病人（ESP）”教学系统，通过视频演示、人机对话、虚拟操作、ESP虚拟病人参数设置（可预设，也可由学生自主设置），动态展示大叶性肺炎病情变化及其各项病理学、病理生理学知识要点及参数变化；并通过自主学习界面，回顾解剖学、生理学、生物化学、药理学等基础医学知识要点，综合运用基础医学综合知识解释临床现象，解决临床问题。本项目的呼吸系统基础、大叶性肺炎、大叶性肺炎临床路径标准住院流程的具体原理如下：
一、呼吸系统基础
（一）呼吸系统解剖结构
呼吸系统由鼻、咽、喉、气管、支气管和肺等器官组成。
（二）呼吸过程
呼吸的全过程由三个相互衔接且同时进行的环节组成，即外呼吸、气体在血液中的运输和内呼吸。外呼吸即肺毛细血管血液与外界环境之间的气体交换过程，包括肺通气和肺换气两个过程。前者是指肺与外界环境之间的气体交换过程；后者则为肺泡与肺毛细血管血液之间的气体交换过程。气体在血液中的运输是衔接外呼吸和内呼吸的中间环节，即由循环血液将O2从肺运输到组织以及将CO2从组级运输到肺的过程。内呼吸也称组织换气，是指组织毛细血管血液与组织、细胞之间的气体交换过程，有时也将细胞内的生物氧化过程包括在内。肺通气是整个呼吸过程的基础，而肺通气的动力来源于呼吸运动。
（三）呼吸运动
1.简要过程描述：呼吸肌的收缩/舒张（原动力）→胸腔和肺的容积扩大/缩小→肺内压低于/高于大气压（直接动力）→空气进入/流出肺泡。
2.呼吸运动的过程：
（1）平静呼吸时，吸气运动是由主要吸气肌（膈肌和肋间外肌）的收缩而实现的，是一个主动过程。
（2）用力吸气时，除膈肌和肋间外肌加强收缩外，辅助吸气肌也参与收缩。
（四）肺通气的阻力
1.弹性阻力，包括肺的弹性阻力和胸廓的弹性阻力，是平静呼吸时的主要阻力，约占总阻力的70％。
2.非弹性阻力，包括气道阻力，惯性阻力和组织的粘滞阻力，约占总阻力的30％，其中以气道阻力为主。
（五）肺通气功能的评价
1.肺容积
（1）潮气量：每次呼吸时吸入或呼出的气体量称为潮气量。
（2）补吸气量或吸气储备量：平静吸气末，再尽力吸气所能吸入的气体量称为补吸气量。
（3）补呼气量或呼气储备量：平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气体量称为补呼气量。
（4）余气量：最大呼气末尚存留于肺内不能呼出的气体量称为余气量。
2.肺容量
（1）深吸气量：从平静呼气末做最大吸气时所能吸入的气体量为深吸气量。
（2）功能余气量：平静呼气末尚存留于肺内的气体量称为功能余气量。功能余气量等于余气量与补呼气量之和。
（3）肺活量：尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气体量称为肺活量。
（4）用力肺活量（FVC）：是指一次最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气体量。
（5）用力呼气量：（FEV）是指一次最大吸气后尽力尽快呼气，在一定时间内所能呼出的气体量，为排除背景肺容量的影响，通常以第1、2、3秒末的FEV所占FVC的百分数来表示。
（六）肺换气过程
混合静脉血流经肺毛细血管时，血液PO2为40 mmHg，比肺泡气102 mmHg的PO2低，O2就在分压差的作用下由肺泡气向血液净扩散，使血液PO2逐渐上升，最后接近肺泡气的PO2；混合静脉血PCO2为46 mmHg，肺泡气PCO2为40 mmHg，所以，CO2便向相反的方向净扩散，即从血液向肺泡扩散。
O2和CO2在血液和肺泡之间的扩散都极为迅速，不到0.3秒即可达到平衡。通常，血液流经肺毛细血管的时间约0.7秒，所以当血液流经肺毛细血管全长约1/3时，肺换气过程已基本完成。可见，肺换气有很大的储备能力。
（七）影响肺换气的因素
1.气体分压差：分压差越大，气体弥散速率越大，血液与肺泡气的PO2达到平衡的时间越短；反之，血液与肺泡气的PO2达到平衡的时间越长。
2.呼吸膜的厚度：气体扩散速率与呼吸膜厚度成反比，呼吸膜越厚，单位时间内交换的气体量就越少。
3.呼吸膜的面积：气体扩散速率与扩散面积成正比。正常成年人的两肺约有3亿个肺泡，总扩散面积约70 m2。
4.通气/血流比值：指每分钟肺泡通气量（V）和每分钟肺血流量（Q）的比值（V/Q）。正常成年人安静时，V约为4.2 L／min，Q约为5 L／min，故V/Q为0.84。如果V/Q增大意味着通气过度，血流相对不足，部分肺泡气体未能与血液气体充分交换，致使肺泡无效腔增大。反之，V/Q减小则意味着通气不足，血流相对过多，部分血液流经通气不良的肺泡，混合静脉血中的气体不能得到充分更新，犹如发生了功能性动-静脉短路。可见，气体的交换效率取决于V和Q是否匹配。无论V/Q增大或减小，都表明两者匹配不佳，气体交换效率均将降低，导致机体缺氧和CO2潴留，尤其是缺氧。
（八）常用的血氧指标
1.血氧分压
血氧分压为物理溶解于血液中的氧所产生的张力，又称血氧张力。
2.血氧容量
血氧容量是指在氧分压为150 mmHg，温度为38 ℃时，100 ml血液中的血红蛋白(Hb)所能结合的氧量，即Hb充分氧合后的最大携氧量，取决于血液中Hb的含量及其与O2结合的能力。
3.血氧含量
血氧含量为l00 ml血液中实际含有的氧量，包括物理溶解的和化学结合的氧量，因正常时物理溶解的氧量仅为0.3 ml/dl，可忽略不计。血氧含量取决于血氧分压和血氧容量。正常动脉血氧含量(CaO2)约为19 ml/dl，静脉血氧含量(CvO2)约为14 ml/dl。动、静脉氧含量差（CaO2-CvO2）反映组织的摄氧能力，正常时约为5 ml/dl。
4.血红蛋白氧饱和度
血红蛋白氧饱和度，简称血氧饱和度，是指血液中氧合Hb占总Hb的百分数，约等于血氧含量与血氧容量的比值。正常动脉血氧饱和度(SaO2)为95%-98%，静脉血氧饱和度(SvO2)为70%-75% 。S02主要取决于PO2，二者之间的关系曲线呈“S”形，称为氧合Hb解离曲线，简称氧离曲线。此外，SO2还与血液pH、温度、CO2分压，以及红细胞内2，3-二磷酸甘油酸(2，3-DPG)的含量有关。
（九）缺氧对呼吸系统的影响
1.肺通气量增大
2.高原肺水肿
3.中枢性呼吸衰竭
（十）缺氧对循环系统的变化
1.心率：急性轻度或中度缺氧时，低氧通气反应增强，呼吸运动增强刺激肺牵张感受器，反射性兴奋交感神经，使心率加快，有利于增加血液循环对氧的运输，是机体对缺氧的一种代偿性反应。严重缺氧可直接抑制心血管运动中枢，并引起心肌能量代谢障碍，心率减慢。
2.心肌收缩力：缺氧初期，交感神经兴奋，作用于心脏β-肾上腺素能受体，使心肌收缩力增强。由于心肌缺氧可降低心肌的舒缩功能，使心肌收缩力减弱。极严重的缺氧可直接抑制心血管运动中枢，引起心肌的能量代谢障碍和心肌收缩蛋白丧失，心肌收缩力减弱。
3.心输出量：进入高原初期，心输出量增加，久居高原后，心输出量逐渐回降。低张性缺氧时，心输出量增加的机制主要是交感神经兴奋使心率加快、心肌收缩力增强，以及因呼吸运动增强而致的回心血量增加。心输出量增加有利于增加对器官组织的血液供应，是急性缺氧时的重要代偿机制。极严重的缺氧可因心率减慢、心肌收缩力减弱，使心输出量降低。
4.心律：严重缺氧可引起窦性心动过缓、期前收缩，甚至发生心室颤动。PaO2过度降低可经颈动脉体反射性地兴奋迷走神经，引起窦性心动过缓。缺氧时细胞内外离子分布改变，心肌细胞内K+减少，Na+增多，静息膜电位降低，心肌兴奋性和自律性增高，传导性降低，易发生异位心律和传导阻滞。
5.心脏结构改变：久居高原或慢性阻塞性肺疾病患者，由于持久的肺动脉压升高和血液黏滞度增加，使右心室负荷加重，右心室肥大，严重时发生心力衰竭。
（十一）缺氧对中枢神经系统的变化
急性缺氧可引起头痛、思维能力降低、情绪激动及动作不协调等。严重者可出现惊厥或意识丧失。慢性缺氧时神经精神症状较为缓和，表现为注意力不集中，记忆力减退，易疲劳，轻度精神抑郁。缺氧引起脑组织形态学变化主要是脑细胞肿胀、变形、坏死及间质脑水肿。
缺氧引起中枢神经系统功能障碍的机制较复杂。神经细胞膜电位的降低，神经介质的合成减少、ATP的生成不足、酸中毒、细胞内游离Ca2+增多、溶酶体酶的释放以及细胞水肿等，均可导致神经系统的功能障碍，甚至神经细胞结构的破坏。极少数人进入3000 m以上高原后，可发生脑水肿，表现为剧烈头痛，共济失调和昏迷，救治不及时易致死亡。其发生机制是：①脑血管扩张，脑血流量增加，脑循环流体静压升高，引起液体外漏；②脑组织能量代谢紊乱。缺氧时脑细胞氧化磷酸化过程减弱，ATP生成减少，钠泵功能障碍，细胞内钠、水潴留，脑细胞肿胀；③血管内皮细胞损伤，脑微血管通透性增高。缺氧时的代谢性酸中毒、自由基生成增多，以及细胞因子和炎症介质等可损伤血管内皮细胞，使血管通透性增高。此外，缺氧可引起血，脑屏障紧密连接蛋白表达和分布异常，使内皮细胞间隙增大，血管通透性增高。缺氧时血管内皮生长因子表达增多，可诱导内皮细胞紧密连接开放，增加血管壁通透性。
（十二）缺氧对组织、细胞的影响
1.代偿适应性变化：细胞利用氧的能力增强，糖酵解增强，载氧蛋白表达增加，低代谢状态。
2.损伤性变化：
（1）细胞膜损伤：缺氧时ATP生成减少，细胞膜上Na+-K+-ATP酶功能降低，加上缺氧时细胞内乳酸增多，pH降低，使细胞膜通透性升高，细胞内Na+、水增多，细胞水肿；细胞内Na+增多和K+减少，还可使细胞膜电位负值变小，影响细胞功能。严重缺氧时，细胞膜对Ca2+的通透性增高，Ca2+内流增多，同时由于ATP减少影响Ca2+的外流和摄取，使胞质Ca2+浓度增加。Ca2+可抑制线粒体的呼吸功能，激活磷脂酶，使膜磷脂分解。此外，Ca2+还可激活钙依赖的蛋白水解酶，使黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶，从而增加氧自由基的形成，加重细胞的损伤。
（2）线粒体损伤：急性缺氧时，线粒体氧化磷酸化功能降低，ATP生成减少。严重缺氧可引起线粒体结构损伤，表现为线粒体肿胀，脊断裂溶解，外膜破裂和基质外溢等。缺氧引起线粒体损伤的机制在于：缺氧时产生大量氧自由基诱发脂质过氧化反应，破坏线粒体膜的结构和功能；缺氧时细胞内Ca2+超载，线粒体摄取钙增多，并在线粒体内聚集形成磷酸钙沉积，抑制氧化磷酸化，ATP生成减少。
（3）溶酶体损伤：酸中毒和钙超载可激活磷脂酶，分解膜磷脂，使溶酶体膜的稳定性降低，通透性增高，严重时溶酶体可以破裂。溶酶体内蛋白水解酶逸出引起细胞自溶，溶酶体酶进入血液循环可破坏多种组织细胞，造成广泛的损伤。
二、大叶性肺炎
大叶性肺炎，又名肺炎球菌肺炎，主要是由肺炎双球菌等细菌感染引起的以肺泡内弥漫性纤维素渗出为主的、呈大叶性分布的肺部急性炎症，近年由于大量强有力抗生素的使用，典型的大叶性肺炎已较少见到。常见诱因有受寒、淋雨、醉酒或全身麻醉手术后、镇静剂过量等。好发于青壮年男性和冬春季节。临床起病急，主要症状有突然寒战、高热、咳嗽、胸痛、呼吸困难、咳铁锈色痰，肺实变体征及外周血白细胞增多等，典型的X线表现为肺段、叶实变。病程短，及时应用青霉素等抗生素治疗可获痊愈。
（一）病因和发病机制
多种细菌均可引起大叶肺炎，但绝大多数为肺炎链球菌，其中以Ⅲ型致病力最强，少见的有肺炎杆菌、金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌等。当机体受寒、过度疲劳、醉酒、糖尿病免疫功能低下等使呼吸道防御功能被削弱，细菌侵入肺泡，通过变态反应使肺泡壁毛细血管通透性增强，浆液及纤维素大量渗出，细菌在富含蛋白的渗出物中迅速繁殖，并通过扩张的肺泡间孔或呼吸性细支气管向邻近肺组织蔓延，波及部分或整个肺大叶。
（二）病程
在发病的5-10天，体温可自行下降；使用有效的抗生素可使体温在1-3天内恢复正常，1周左右啰音消失。
（三）临床表现
1.起病急骤，高热寒战（体温可达39-40℃）、咳嗽、咳痰（铁锈色痰、也可为粘液性或脓性痰）、胸痛（可放射至肩部、腹部，咳嗽或深呼吸加重），病变广泛者可伴气促和发绀。
2.部分病例有恶心、呕吐、腹胀、腹泻。
3.重症者可有神经精神症状，如烦躁不安、谵妄等，亦可发生衰竭，并发感染性休克，称休克型（或中毒性）肺炎。
4.急性病容，呼吸急促，鼻翼煽动，部分患者口唇和鼻周有疱疹。
5.充血期肺部体征呈现局部呼吸活动度减弱，语音震颤稍增强，叩诊浊音，可听及捻发音。实变期可有典型体征，如患侧呼吸运动减弱，语音共振、语颤增强，叩诊浊音或实音，听诊病理性支气管呼吸音；消散期叩诊逐渐变为清音，支气管呼吸音也逐渐减弱代之以湿性啰音。
（四）病理分期
大叶性肺炎的主要病理变化为肺泡腔内的急性纤维素性炎。常发生于单侧肺，也可同时或先后发生于两个或多个肺叶。典型的自然发展过程大致可分为以下四期：①充血水肿期；②红色肝样变期；③灰色肝样变期；④溶解消散期。（说明：大叶性肺炎时，有大量中性粒细胞，但肺组织常无坏死，肺泡壁结构也无破坏，愈后可完全恢复正常结构和功能，此4期病理分期为大叶性肺炎典型过程，只有在未经治疗的病例中才能见到，且同一肺大叶病变可处于不同时期。）
1.充血水肿期（发病的第1-2天）：
（1）临床表现：高热、寒战、咳嗽，咯淡红色泡沫痰，呼吸急促。
（2）肉眼观：病变肺叶充血肿胀，呈暗红色。
（3）镜下观：肺泡间隔内毛细血管弥漫性扩张充血，肺泡腔内多量浆液性渗出物，其内混有少量红细胞、中性粒细胞和巨噬细胞。
（4）影像学检查：X线表现或有局限肺纹理增粗，CT表现为边缘模糊的磨玻璃样影。
（5）临床病理联系：
①毒血症：寒战、高热和末梢血白细胞增高。
②听诊：可闻及湿性啰音。
③渗出液中可检出肺炎链球菌。
2.红色肝样变期（发病后第3-4天）：
（1）临床表现：寒战、高热、咳嗽，咯铁锈色痰，呼吸困难、紫绀、胸痛，体检病变部位呈典型肺实变体征。
（2）肉眼观：病变肺叶仍充血肿胀，呈暗红色，质地变实，切面颗粒状灰红色，似肝脏外观，故称红色肝样变期。
（3）镜下观：肺泡间隔内毛细血管仍扩张充血，肺泡腔内充满纤维素和大量红细胞，其间杂有少量中性粒细胞和巨噬细胞，纤维素丝连接成网并穿过肺泡间孔与相邻肺泡内的纤维素网相互连接。
（4）影像学检查：X线表现大片肺实变，边缘模糊，斑片装云雾状密度增高影，叶间裂边缘清楚；CT表现为支气管充气征。
（5）临床病理联系：
①紫绀：动脉血氧分压降低所致。
②铁锈色痰：红细胞崩解产生的含铁血黄素随痰液咳出。
③胸痛：病变波及胸膜所致。
④扣诊：实音；听诊：支气管呼吸音。
⑤渗出液中可检出多量肺炎链球菌。
3.灰色肝样变期（发病后第5-6天）：
（1）临床表现：与红色肝样变期相似，痰呈脓性，呼吸困难、缺氧症状有所改善。
（2）肉眼观：肺叶仍肿胀，但充血消退呈灰白色，质实如肝，故称灰色肝样变期。
（3）镜下观：肺泡腔内渗出的纤维素增多，纤维素网相互连接的现象更为多见，纤维素网中有大量中性粒细胞，因肺泡壁毛细血管受压，肺泡腔内几乎很少见到红细胞。
（4）影像学检查：X线表现大片肺实变，边缘模糊，斑片装云雾状密度增高影，叶间裂边缘清楚；CT表现为支气管充气征。
（5）临床病理联系：
①咳痰：粘液脓性痰。
②缺氧症状较红色肝样变期减轻，充气量及血流量均显著减少，但血氧含量不足的情况反而减轻。
③扣诊：实音；听诊：支气管呼吸音。
④渗出液中不易检出肺炎链球菌，因被中性粒细胞及特异性抗体杀灭。
4.溶解消散期（发病后7天以上）：
（1）临床表现：体温下降，又可闻及湿啰音，肺实变体征消失。
（2）肉眼观：肺内实变病灶消失，肺组织质地变软。
（3）镜下观：肺泡腔内渗出物逐渐减少、消失。
（4）影像学检查：密度减低，散在的斑片状实变，此期易误诊为肺结核。
（5）临床病理联系
①体温下降，症状和体征减轻、消失。
②肺组织的结构和功能恢复正常。
（五）并发症
1.肺肉质变
又称机化性肺炎，由于肺内中性粒细胞渗出过少，释放的蛋白水解酶不足以水解全部的纤维素，大量的纤维素被肉芽组织取代而机化，病变肺组织呈褐色肉样外观。
2.胸膜肥厚和粘连
大叶性肺炎时病变常累及局部胸膜伴发纤维素性胸膜炎，若胸膜及胸膜腔内的纤维素不能被完全溶解吸收发生机化，则致胸膜增厚或粘连。
3.肺脓肿及脓胸
当病原菌毒力强大或机体抵抗力低下时，由金黄色葡萄球菌和肺炎链球菌混合感染者，并发肺脓肿，并常伴有脓胸。
4.败血症及脓毒血症
严重感染时，细菌侵入血液大量繁殖并产生毒素所致。
5.感染性休克
见于重症病例，是大叶性肺炎的严重并发症。主要表现为严重的全身中毒和微循环衰竭，故又称中毒性或休克性肺炎，死亡率较高。
（六）实验室检查
1.外周血检查
白细胞增高，中性粒细胞增高和核左移；年老体弱或病情严重者白细胞可降低，但仍有中性粒细胞增高和核左移。
2.血细菌培养可阳性。
3.痰涂片可见大量白细胞、革兰染色阳性双球菌。
4.痰培养阳性。
（七）治疗
1.抗菌药物治疗
（1）诊断后立即给予抗菌治疗。
（2）首选青霉素。
（3）对青霉素过敏、耐青霉素或多重耐药菌株者可选用新喹诺酮类（如左氧氟沙星、吉米沙星、莫西沙星）、头孢噻肟、头孢曲松等。
（4）疗程：视具体情况而定，一般7-14天，或在退热后三天停药或由静脉用药改口服。
2.对症及支持治疗
（1）休息
（2）饮食：水电平衡、营养。
（3）降温：指征体温超过38.5℃，物理或药物降温。
（4）镇咳：严重时用。
（5）祛痰
（6）止痛
（7）吸氧
3.并发症的处理
（1）胸膜炎：水多，胸穿。
（2）脓胸：引流、局部用药。
（3）心包炎：抽液，可局部用药。
三、大叶性肺炎临床路径标准住院流程
（一）适用对象
第一诊断为大叶性肺炎(ICD-10：J15.901)
（二）诊断依据
根据《临床诊疗指南呼吸病分册》（中华医学会，人民卫生出版社），《社区获得性肺炎诊断和治疗指南》（中华医学会呼吸病学分会，2006年）：
1.咳嗽、咳痰，或原有呼吸道疾病症状加重，并出现脓性痰，伴或不伴胸痛。
2.发热。
3.肺实变体征和(或)闻及湿性啰音。
4.白细胞数量>10×109/L或<4×109/L，伴或不伴细胞核左移。
5.胸部影像学检查显示片状、斑片状浸润性阴影或间质性改变。
以上1-4项中任何1项加第5项，并除外肺部其他疾病后，可明确临床诊断。
（三）治疗方案的选择
根据《临床诊疗指南呼吸病分册》（中华医学会，人民卫生出版社），《社区获得性肺炎诊断和治疗指南》（中华医学会呼吸病学分会，2006年）
1.支持、对症治疗。
2.经验性抗菌治疗。
3.根据病原学检查及治疗反应调整抗菌治疗用药。
（四）标准住院日为7-14天
（五）进入路径标准
1.第一诊断必须符合ICD-10：J15.901大叶性肺炎疾病编码。
2.当患者同时具有其他疾病诊断，但在治疗期间不需要特殊处理也不影响第一诊断的临床路径流程实施时，可以进入路径。
（六）入院后第1-3天
1.必需检查项目
（1）血常规、尿常规、大便常规；
（2）肝肾功能、血糖、电解质、血沉、C反应蛋白（CRP）、感染性疾病筛查（乙肝、丙肝、梅毒、艾滋病等）；
（3）病原学检查及药敏；
（4）胸部正侧位片、心电图。
2.根据患者情况进行
血培养、血气分析、胸部CT、D-二聚体、血氧饱和度、B超、有创性检查等。
（七）治疗方案与药物选择
1.评估特定病原体的危险因素，入院后尽快（4-8小时内）给予抗菌药物。
2.药物选择：根据《抗菌药物临床应用指导原则》（卫医发〔2004〕285号）和《社区获得性肺炎诊断和治疗指南》（中华医学会呼吸病学分会，2006年），结合患者病情合理使用抗菌药物。
3.初始治疗2-3天后进行临床评估，根据患者病情变化调整抗菌药物。
4.对症支持治疗：退热、止咳化痰、吸氧。
（八）出院标准
1.症状好转，体温正常超过72小时。
2.影像学提示肺部病灶明显吸收。
（九）变异及原因分析
1.伴有影响本病治疗效果的合并症，需要进行相关诊断和治疗，导致住院时间延长。
2.病情较重，符合重症肺炎标准，转入相应路径。
3.常规治疗无效或加重，转入相应路径。
