第十三章  呼吸功能不全

    肺的主要功能是与外界进行气体交换，通过外呼吸功能不断给机体提供O₂，排出CO₂,以维持机体血气平衡和内环境稳定。肺除了呼吸功能外，还具有屏障、防御、免疫、代谢分泌等非呼吸功能(non-respiratory function)。许多病理因素可导致肺的上述功能发生改变，引起肺部疾病和生命活动异常。各种病因无论是引起肺组织还是呼吸道的损伤，均可引起机体出现呼吸困难和PaO₂降低，甚至引起PaCO₂升高。呼吸困难有时表现为吸气性的，有时表现为呼气性的。本章将从临床常见的肺外呼吸功能严重障碍相关问题入手，探讨呼吸衰竭发生的常见病因、诱因、发病机制、代谢功能变化和临床防治及护理的病理生理学基础。

    呼吸衰竭（respiratory failure）亦称呼吸功能不全（respiratory insufficiency）指由外呼吸功能严重障碍，导致PaO₂降低伴有或不伴有PaCO₂增高的病理过程。诊断呼吸衰竭的主要血气标准是PaO₂低于60mmHg（8kpa），伴有或不伴有PaCO₂高于50mmHg（6.67kpa），在排除外呼吸功能障碍因素，如心内解剖分流和原发性心排血量降低等因素,即可诊断为呼吸衰竭。

    正常人PaO₂随年龄、运动及所处海拔高度而异，成年人PaO₂正常范围为（100-0.32×年龄）±4.97mmHg，而PaCO₂很少受年龄因素影响，其正常范围为40±5.04 mmHg，当吸入气的氧浓度(Fraction of inspiration oxygen, Fi)不是20%时用呼吸衰竭指数（respiratory failure index，RFI）作为判断呼吸衰竭的指标。RFI=PaO₂/FO₂，若RFI≤300可诊断为呼吸衰竭。

    根据动脉血气特点可以将呼吸衰竭分为Ⅰ型呼吸衰竭，即低氧血症型呼吸衰竭（hypoxemiarespiratory failure）和Ⅱ型呼吸衰竭，即高碳酸血症型呼吸衰竭（hypercapnicrespiratory failure）；根据发病机制不同，分为通气性和换气性呼吸衰竭；根据发病部位不同分为中央性和外周性呼吸衰竭；根据发病的缓急，分为急性和慢性呼吸衰竭。

第一节  呼吸衰竭的病因和诱因

一、呼吸衰竭的病因

引起呼吸衰竭的病因有很多，常见的病因如下：

（一）呼吸道病变

    支气管炎症痉挛、上呼吸道肿瘤、异物等阻塞气道，引起通气不足，气体在肺内分布不匀导致通气/血流比例失调，发生缺氧和二氧化碳潴留。

（二）肺组织病变

    肺炎、重度肺结核、肺气肿、弥散性肺纤维化、肺水肿、成人呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）和矽肺等，可引起肺容量减少、通气量明显降低、有效弥散面积减少，通气/血流比值失调等导致肺动脉样分流，引起缺氧和（或）二氧化碳潴留，进而引起呼吸衰竭。

（三）肺血管疾病

    肺血管栓塞、肺梗死和肺毛细血管瘤等，使部分静脉血流入肺静脉，发生低氧血症，进而引起Ⅰ型呼吸衰竭。

（四）胸廓病变

    如胸廓外伤、畸形、手术创伤、气胸和胸腔积液等，影响胸廓活动和肺扩张，导致通气减少，而吸入气体不匀又影响换气功能。

（五）神经中枢及呼吸肌疾患

    脑血管病变、脑炎、脑外伤、电击、药物中毒等直接或间接抑制呼吸中枢；脊髓灰质炎以及多发性神经炎所致的肌肉神经接头阻滞影响传导功能；重症肌无力及严重的低钾血症等损害呼吸动力引起通气不足。

二、呼吸衰竭的诱因

    凡是能降低肺的通气和（或）换气功能的因素皆有可能成为呼吸衰竭的诱因，引起呼吸衰竭的常见诱因如下：

（一）使呼吸功能急性减弱：

    感染和空气污染是诱发呼吸衰竭最常见的诱因，其次为肺炎、肺栓塞、气胸、肋骨骨折和胸部外伤等，可引起呼吸功能急性减弱，造成低氧血症和（或）二氧化碳潴留。

（二）医源性因素：

不恰当使用镇静剂、麻醉剂、止痛剂、利尿剂和β2-受体阻滞剂、不适当吸氧和过多补液，尤其是输入大量的晶体溶液，容易诱发呼吸衰竭。

（三）合并其它系统疾病：

左、右心衰及心律失常、呼吸肌疲劳及合并其他疾病（如糖尿病、水电解质紊乱、胃肠道出血、营养不良）等。

（四）基础代谢率突然增加：

如高热、甲亢、情绪激动和手术创伤等。

第二节  呼吸衰竭的发病机制

    外呼吸包括肺通气和肺换气，前者指肺泡气与外界气体交换的过程，后者指肺泡气与血液之间的气体交换过程。呼吸衰竭则是肺通气和（或）肺换气功能严重障碍的结果。

一、肺通气功能障碍

    正常成人在静息时有效通气量约为4L/min，当肺通气功能障碍使肺泡通气不足时可发生呼吸衰竭。肺通气障碍包括限制性和阻塞性通气不足两种情况。

（一）限制性通气不足

    限制性通气不足（restrictive hypoventilation）指吸气时肺泡扩张受限引起的肺泡通气不足。通常吸气运动是呼吸肌收缩引起的主动过程，呼气则是肺泡弹性回缩及肋骨与胸骨借重力作用复位的被动过程，而主动过程更易发生障碍。限制性通气不足的主要原因有：①呼吸肌活动障碍：中枢或周围神经的器质性病变如脑外伤、脑血管意外、脑炎、脊髓灰质炎、多发性神经炎等；过量的镇静药、安眠药、麻醉药等所引起的呼吸中枢抑制；长时间呼吸困难和呼吸运动增强所引起的呼吸肌疲劳、长期营养不良所引起的呼吸肌萎缩；低钾血症、酸中毒、缺氧等所引起的呼吸肌疲劳等，均可累及呼吸肌收缩功能而引起限制性通气不足。②胸廓的顺应性降低：严重的胸廓畸形、胸膜纤维化等可限制胸部的扩张。③肺的顺应性降低：如严重的肺纤维化、肺泡表面活性物质减少等，是肺泡扩张的弹性阻力增大而导致限制性通气不足。④胸腔积液和积气：胸腔大量积液或张力性气胸压迫肺，使肺扩张受限。

（二）阻塞性通气不足

    阻塞性通气不足（obstructive hypoventilation）是指气道狭窄或阻塞所引起的通气障碍。成人气道阻力正常约为0.1~0.3kpa.s/L，呼气时其阻力略高于吸气时。影响气道阻力的因素有气道内径、长度、形态、气流速度和形式等，其中最重要的是气道内径。当气道痉挛、管壁肿胀或纤维化、管腔内有黏液、渗出物和异物等阻塞时，肺组织弹性降低以至于对气道管壁的牵引力减弱等，均可使气道内径变窄或不规则而增加气流的阻力，进而引起阻塞性通气不足。生理情况下，气道阻力80%以上在直径大于2mm的支气管和气管，另外不足20%位于直径小于2mm的外周小气道，因此气道阻塞可分为中央性气道阻塞和外周性气道阻塞。

    1.中央性气道阻塞（central airway obstruction）：指气管分叉以上的气道阻塞。若阻塞位于胸外，如声带麻痹、炎症和水肿等，吸气过程中气体流经病灶引起的压力降低，促使气道内压明显低于大气压，导致气道狭窄加重，而呼气过程中气道内压大于大气压而使得阻塞减轻，因此患者表现为吸气性呼吸困难（inspiratory dyspnea）。若阻塞位于中央气道的胸内，吸气时由于胸内压降低使得气道内压大于胸内压，故阻塞减轻；而呼气时由于胸内压升高使得气道受到压迫，气道狭窄进一步加重，患者表现为呼气性呼吸困难（expiratory dyspnea）（图13-1）。

    2.外周性气道阻塞（peripheral airway obstruction）：指内径小于2mm的小气道的阻塞。众所周知，内径小于2mm的小支气管软骨为不规则的块片状，而细支气管无软骨支撑，管壁薄，又与管周围的肺泡结构紧密相连，可随吸气与呼气发生伸缩。由于胸内压的变化，其内径也随之扩大或缩小。吸气时随着肺泡的扩张，细支气管受周围弹性组织的牵拉,其口径变大，同时伴有管道伸长，呼气时则小气道缩短变窄。慢性阻塞性肺疾患主要侵犯小气道，不仅使管壁增厚、痉挛和顺应性降低，而且管腔也可被分泌物堵塞，肺泡壁的损坏还可降低对细支气管的牵引力，因此小气道阻力大大增加，患者主要表现为呼气性呼吸困难。

    外周性气道阻塞的患者用力呼气时可引起小气道闭合，进而引起严重的呼气性呼吸困难。其发生机制目前认为：用力呼气时胸内压和气道内压均高于大气压，在呼出气道上，压力由小气道至中央气道逐渐降低，通常将气道内压与胸内压相等的气道部位称为“等压点”(equal pressure point)。等压点下游端（指向鼻腔）的气道内压低于胸内压,气道可能被压缩。然而正常人的气道等压点位于有软骨环支撑的大气道，即使气道外压力大于气道内压力，也不会使大气道闭合，不会出现呼吸困难。但患有慢性支气管炎时，大支气管内黏液腺增生，黏液分泌增加，小气道管壁炎性充血、水肿、炎症细胞大量浸润、上皮细胞和成纤维细胞增生、细胞间质增多，使得气道管壁增厚、狭窄；气道高反应性及炎症介质可引起支气管痉挛；炎症累及小气道周围组织，引起组织增生和纤维化，压迫小气道；气道炎症使表面活性物质减少，表面张力增加，使小气道缩小而加重阻塞；黏液腺及杯状细胞分泌增多，加重炎性渗出物形成黏痰堵塞小气道。由于小气道阻塞，患者用力呼气时，气体通过阻塞部位形成的压差较大，使阻塞部位以后的气道压低于正常，导致等压点由大气道上移至无软骨支撑的小气道，用力呼气时小气道外的压力大于小气道内的压力，使得气道阻塞加重，甚至发生小气道闭塞，进而发生呼吸困难。

    肺气肿时，由于弹性蛋白酶和非弹性蛋白酶之间的失衡，如炎症细胞释放的蛋白酶过多或抗蛋白酶不足，导致细支气管与肺泡壁中的弹性纤维降解，肺泡弹性回缩力不足，此时胸内负压降低（胸内压升高）,可压迫小气道，导致小气道阻塞，另外，肺气肿患者肺泡扩大而数量减少，使得细支气管壁上肺泡附着点（alveolar attachments）减少，而肺泡壁通过密布的附着点牵拉支气管壁是维持细支气管形态和口径的重要因素，如附着点减少，则牵拉力减少，造成细支气管缩小和变形，阻力增加，气道阻塞加重。上述各种因素造成肺气肿患者胸内压力增高，用力呼气时使得等压点上移至无软骨环支撑的小气道，引起气道闭合而发生呼气性呼吸困难。（图13-2）

（三）肺泡通气不足时的血气变化

    总肺泡通气量不足会使肺泡气氧分压(alveolar PO₂, PAO₂)下降和肺泡气二氧化碳分压(alveolar PCO₂,PACO₂)升高，因而流经肺泡毛细血管的血液不能被充分动脉化，导致PaO₂降低和PaCO₂升高，最终出现Ⅱ型呼吸衰竭。此时，PaCO₂的增值与Pa O₂降值成一定比例关系，其比值相当于呼吸商（respiration quotient，R）。

二、肺换气功能障碍

    肺换气功能障碍包括弥散障碍、肺泡通气与血流比例失调和解剖分流增加。

（一）弥散障碍（diffusion impairment）

    弥散障碍（diffusion impairment）是由于肺泡膜面积减少和（或）肺泡膜异常增厚及弥散时间缩短引起的气体交换障碍。肺泡气与肺泡毛细血管血液之间的气体交换是物理弥散过程。气体弥散速度取决于肺泡膜两侧的气体分压差、气体的分子量和溶解度、肺泡膜的面积和厚度，气体弥散量还取决于血液与肺泡接触的时间。

    1.弥散障碍的常见原因有：①肺泡膜面积减少：正常成人肺泡总面积约为80m2。静息时参与气体交换的面积约为35～40m2，运动时增大。由于储备量大，只有当肺泡膜面积减少一半以上时，才会发生换气障碍。肺泡膜面积减少可见肺实变、肺不张和肺叶切除等。②肺泡膜厚度增加：肺泡膜的薄区为气体交换的部位，是由肺泡上皮、毛细血管内皮及两者共有的基底膜构成，其厚度不到1μm，是气体交换的部位。虽然气体从肺泡腔到达红细胞内还要经过肺泡表面的液体层、血管内血浆和红细胞膜，但总厚度不到5μm，故正常气体交换的时间很短。当发生肺水肿、肿泡透明膜形成、肺纤维化及肺泡毛细血管扩张等导致呼吸膜变厚时，可因弥散距离增宽使弥散速度减慢，进而引起呼吸衰竭。

    2.弥散障碍时的血气变化：肺泡膜病变患者在静息时一般不会出现血气异常。因为正常静息时，血液流经肺泡毛细血管的时间约为0.75s，而血液氧分压只需0.25s就可升到肺泡气氧分压水平（图13-3）。当肺泡膜病变时，虽然弥散速度减慢，但在静息时气体交换在0.75s内仍可达到血气与肺泡气的平衡，因而不发生血气异常。但体力负荷增加等使心输出量增加和肺血流量增快时，血液和肺泡接触的时间过于缩短，导致低氧血症。肺泡膜病变加上肺血流增快一般只会引起Pa O₂降低，不会使PaCO₂增高。因为CO₂在水中的溶解度比O₂快。故弥散速度比O₂快，能较快地弥散入肺泡使PaCO₂与PACO₂取得平衡。只要患者肺泡通气量正常，就可保持PaCO₂与PACO₂正常。如果存在代偿性通气过度，则可使PaCO₂与PACO₂低于正常。

（二）肺泡通气与血流比例失调

    血液流经肺泡时能否获得足够的氧和充分地排出CO₂,使血液动脉化,还取决于肺泡通气量与血流量的比例。如肺的总通气量和总血流量正常,但肺通气或（和）血流不均匀,造成部分肺泡通气与血流比例失调(ventilation-perfusionimbalance)（图13-4）,也可引起气体交换障碍,导致呼吸衰竭。这是肺部疾患引起呼吸衰竭最常见和最重要的机制。

    正常成人在静息状态下,肺泡每分钟通气量(VA)约为4L,每分钟血流量(Q)约为5L,两者的比率(VA/Q)约为0.8。健康人肺各部分通气与血流的分布也是不均匀的。直立位时,由于重力效应,胸腔内负压上部比下部大,故肺尖部的肺泡扩张的程度较大,肺泡顺应性较低,因而吸气时流向上肺肺泡的气量较少,使肺泡通气量自上而下递增。重力对血流的影响比对肺泡通气影响更大,上肺与下肺血流量的差别比通气量的差别更显著,故使肺部的VA/Q自上而下递减。正常青年人肺尖部VA/Q可高达3.0,而肺底部仅有0.6,且随年龄的增长,这种差别更大。这种生理性的肺泡通气与血流比例不协调是造成正常PaO2比PAO2稍低的主要原因。当肺发生病变时, 由于肺病变轻重程度与分布的不均匀,使各部分肺的通气与血流比例不一,可能造成严重的肺泡通气与血流比例失调,导致换气功能障碍(图13-5)。

    1．部分肺泡通气不足  支气管哮喘、慢性支气管炎、阻塞性肺气肿等引起的气道阻塞,以及肺纤维化、肺水肿等引起的限制性通气障碍时分布往往是不均匀的,可导致肺泡通气的严重不均。病变重的部分肺泡通气明显减少,而血流未相应减少,甚至还可因炎性充血等使血流增多(如大叶性肺炎早期),使VA/Q显著降低,以致流经这部分肺泡的静脉血未经充分动脉化便掺入动脉血内。这种情况类似动-静脉短路，故称功能性分流(functional shunt),又称静脉血掺杂(venous admixture)。正常成人由于肺内通气分布不均匀形成的功能性分流约占肺血流量的3%，慢性阻塞性肺疾患严重时，功能性分流可增加到占肺血流量的30% ～50%,从而严重地影响换气功能。

    部分肺泡通气不足时动脉血的血气改变：部分肺泡通气不足时，病变区的VA/Q可低达0.1以下，流经此处的静脉血不能充分动脉化，其氧分压与氧含量降低而二氧化碳分压与含量则增高。这种血气变化可引起代偿性呼吸运动增强和总通气量恢复正常或增加,主要是使无通气障碍或通气障碍较轻的肺泡通气量增加,以致该部分肺泡的VA/Q显著大于0.8。流经这部分肺泡的血液PO₂显著升高，但氧含量则增加很少(由氧离曲线特性决定)，而二氧化碳分压与含量均明显降低(由二氧化碳解离曲线决定)。来自VA/Q降低区与VA/Q 增高区的血液混合而成的动脉血的氧含量和氧分压均降低，二氧化碳分压和含量则可正常。如代偿性通气增强过度，尚可使PaCO₂低于正常。如肺通气障碍的范围较大，加上代偿性通气增强不足,使总的肺泡通气量低于正常，则PaCO₂高于正常(表13-1)。

    2．部分肺泡血流不足  肺动脉栓塞、DIC、肺动脉炎、肺血管收缩等,都可使部分肺泡血流减少，VA/Q可显著大于正常,患部肺泡血流少而通气多, 肺泡通气不能充分被利用,称为死腔样通气(dead space like ventilation)。正常人的生理死腔(deadspace)约占潮气量(tidal volume)的30%,疾病时功能性死腔(functional dead space)可显著增多,使生理死腔/潮气量高达60%～70%,从而导致呼吸衰竭。   

    部分肺泡血流不足时动脉血的血气改变：部分肺泡血流不足时，病变肺区肺泡VA/Q可高达10以上，流经的血液PaO₂显著升高，但其氧含量却增加很少；而健康肺区却因血流量增加而使其VA/Q低于正常，这部分血液不能充分动脉化，其氧分压与氧含量均显著降低，二氧化碳分压与含量均明显增高。最终混合而成的动脉血PaO₂降低，PaCO₂的变化则取决于代偿性呼吸增强的程度，可以降低、正常或升高（表13-2）。

    总之，无论是部分肺泡通气不足引起的功能性分流增加,还是部分肺泡血流不足引起的功能性死腔增加,均可导致PaO₂降低,而PaCO₂可正常或降低,极严重时也可升高。

（三）解剖分流增加

    生理情况下，肺内也存在解剖分流,即一部分静脉血经支气管静脉和极少的肺内动-静脉交通支直接流入肺静脉。这些解剖分流(anatomic shunt)的血流量正常约占心输出量的2%～3%。支气管扩张症可伴有支气管血管扩张和肺内动-静脉短路开放,使解剖分流量增加,静脉血掺杂异常增多,而导致呼吸衰竭。解剖分流的血液完全未经气体交换过程，故称为真性分流(trueshunt)。在肺实变和肺不张时，病变肺泡完全失去通气功能，但仍有血流，流经的血液完全未进行气体交换而掺入动脉血，类似解剖分流。吸入纯氧可有效地提高功能性分流的PaO₂，而对真性分流的PaO₂则无明显作用,用这种方法可对二者进行鉴别。

    在呼吸衰竭的发病机制中，单纯通气不足，单纯弥散障碍，单纯肺内分流增加或单纯死腔增加的情况较少见，往往是几个因素同时存在或相继发生作用。例如在休克肺时，既有由肺不张引起的肺内分流, 有微血栓形成和肺血管收缩引起的死腔样通气，还有由肺水肿引起的气体弥散功能障碍等。

    慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease, COPD）与呼吸衰竭：COPD指由慢性支气管炎和肺气肿引起的慢性气道阻塞，简称“慢阻肺”，其共同特征是管径小于2mm的小气道阻塞和阻力增高。COPD是引起慢性呼吸衰竭（chronic respiratory failure）的最常见的原因。其机制主要有：①阻塞性通气障碍：因炎细胞浸润、充血、水肿、粘液腺及杯状细胞增殖、肉芽组织增生引起的支气管壁肿胀；因气道高反应性、炎症介质作用引起的支气管痉挛；因粘液分泌多、纤毛细胞损伤引起的支气管腔堵塞；因小气道阻塞、肺泡弹性回缩力降低引起的气道等压点上移；②限制性通气障碍：因Ⅱ型上皮细胞受损及表面活性物质消耗过多引起的肺泡表面活性物质减少；因营养不良、缺氧、酸中毒、呼吸肌疲劳引起的呼吸肌衰竭；③弥散功能障碍：因肺泡壁损伤引起的肺泡弥散面积减少和肺泡膜炎性增厚；④肺泡通气与血流比例失调：因气道阻塞不均引起的部分肺泡低通气；因微血栓形成引起的部分肺泡低血流（图13-6）。

                        第三节 呼吸衰竭时机体功能与代谢变化

    呼吸衰竭时发生的低氧血症和高碳酸血症可影响全身各系统的代谢和功能,首先是引起一系列代偿适应性反应，以改善组织的供氧，调节酸碱平衡，改变组织器官的功能、代谢以适应新的内环境。呼吸衰竭严重时，如机体代偿不全，则可出现严重的代谢功能紊乱。

一、酸碱平衡紊乱

    Ⅰ型和Ⅱ型呼吸衰竭时均有低氧血症，因此均可引起代谢性酸中毒；Ⅱ型呼吸衰竭时低氧血症和高碳酸血症并存，因此可有代谢性酸中毒和呼吸性酸中毒；ARDS患者由于代偿性呼吸加深加快，可出现代谢性酸中毒和呼吸性碱中毒；若给呼衰者应用人工呼吸机、过量利尿剂或NaHCO₃等则可引起医源性代谢性碱中毒。一般而言，呼吸衰竭时常发生混合性酸碱平衡紊乱。

（一）代谢性酸中毒 

    严重缺氧时无氧代谢加强，乳酸等酸性产物增多，可引起代谢性酸中毒。此外，呼吸衰竭时可能出现功能性肾功能不全，肾小管排酸保碱功能降低，以及引起呼吸衰竭的原发疾病或病理过程，如感染、休克等均可导致代谢性酸中毒。此时血液电解质主要有以下变化：①血清钾浓度增高：由于酸中毒可使细胞内K⁺外移及肾小管排K⁺减少,导致高血钾；②血清氯浓度增高：代谢性酸中毒时由于HCO₃^-降低,可使肾排Cl^-减少,故血Cl^-常增高。

（二）呼吸性酸中毒 

    Ⅱ型呼吸衰竭时，大量二氧化碳潴留可引起呼吸性酸中毒，此时可有高血钾和低血氯。造成低血氯的主要原因是：高碳酸血症使红细胞中HCO₃^-生成增多,后者与细胞外Cl^-交换使Cl^-转移入细胞；酸中毒时肾小管上皮细胞产生NH₃增多，NaHCO₃重吸收增多,使尿中NH₄Cl和NaCl的排出增加,均使血清Cl^-降低。当呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒时，血Cl^-可正常。

（三）呼吸性碱中毒

    Ⅰ型呼吸衰竭时，因缺氧引起肺过度通气，可发生呼吸性碱中毒。此时病人可出现血钾降低，血氯增高。

二、呼吸系统的变化

    PaO₂降低作用于颈动脉体与主动脉体化学感受器，反射性增强呼吸运动，此反应要在PaO₂低于60mmHg才明显，PaO₂为30mmHg时肺通气最大。缺氧对呼吸中枢有直接抑制作用，当PaO₂低于30mmHg时，此作用可大于反射性兴奋作用而使呼吸抑制。PaCO₂ 升高主要作用于中枢化学感受器,使呼吸中枢兴奋,引起呼吸加深加快。但当PaO₂ 超过80mmHg时,则抑制呼吸中枢，此时呼吸运动主要靠动脉血低氧分压对血管化学感受器的刺激得以维持。在这种情况下,氧疗只能吸入30%的氧,以免缺氧完全纠正后反而呼吸抑制,加重高碳酸血症而使病情更加恶化。

    引起呼吸衰竭的呼吸系统疾病本身也会导致呼吸运动的变化。如中枢性呼吸衰竭时呼吸浅而慢,可出现潮式呼吸、间歇呼吸、抽泣样呼吸、叹气样呼吸等呼吸节律紊乱。其中最常见者为潮式呼吸,可能由于呼吸中枢兴奋过低而引起呼吸暂停,从而使血中CO₂逐渐增多，PaCO₂升高到一定程度使呼吸中枢兴奋，恢复呼吸运动，从而排出CO₂，使PaCO₂降低到一定程度又可导致呼吸暂停，如此形成周期性呼吸运动。在肺顺应性降低所致限制性通气障碍的疾病,因牵张感受器或肺毛细血管旁感受器(juxtapulmonary capillaryreceptor, J感受器)受刺激而反射性地引起呼吸运动变浅变快。阻塞性通气障碍时,由于气体受阻,呼吸运动加深,由于阻塞的部位不同,表现为吸气性呼吸困难或呼气性呼吸困难。

    在生理情况下,肺通气1L呼吸肌耗氧约0.5ml。在静息时呼吸运动的耗氧量约占全身耗氧量的1%～3%。呼吸衰竭时,如存在长时间增强的呼吸运动,使呼吸肌耗氧增加，加上血氧供应不足,可能导致呼吸肌疲劳，使呼吸肌收缩力减弱,呼吸变浅变快。呼吸浅则肺泡通气量减少,可加重呼吸衰竭。

三、循环系统的变化

    一定程度的PaO₂降低和PaCO₂升高可兴奋心血管运动中枢，使心率加快、心肌收缩力增强、外周血管收缩，加上呼吸运动增强使静脉回流增加，导致心输出量增加。但缺氧和二氧化碳潴留对心、血管的直接作用是抑制心脏活动，并使血管扩张(肺血管例外)。一般器官的血管运动通常主要受神经调节, 但脑血管与冠脉在呼吸衰竭时则主要受局部代谢（如腺苷等）产物的调节,从而导致血流分布的改变，有利于保证心、脑的血液供应。

    严重的缺氧和二氧化碳潴留可直接抑制心血管中枢和心脏活动，扩张血管, 导致血压下降、心肌收缩力下降、心律失常等严重后果。

    呼吸衰竭可累及心脏，主要引起右心肥大与衰竭，即肺原性心脏病（pulmonary heart diseaseor cor pulmonale）。肺原性心脏病的发病机制较复杂：①肺泡缺氧和二氧化碳潴留所致血液H⁺浓度过高，可引起肺小动脉收缩(CO₂本身对肺血管起扩张作用),使肺动脉压升高,从而增加右心后负荷；②肺小动脉长期收缩,缺氧均可引起无肌型肺微动脉肌化，肺血管平滑肌细胞和成纤维细胞肥大增生，胶原蛋白与弹性蛋白合成增加，导致肺血管壁增厚和硬化，管腔变窄，由此形成持久而稳定的慢性肺动脉高压；③长期缺氧引起的代偿性红细胞增多症可使血液的黏度增高,也会增加肺血流阻力和加重右心的负荷；④有些肺部病变如肺小动脉炎、肺毛细血管床的大量破坏、肺栓塞等也能成为肺动脉高压的原因；⑤缺氧和酸中毒降低心肌舒、缩功能；⑥呼吸困难时，用力呼气则使胸内压异常增高，心脏受压，影响心脏的舒张功能，用力吸气则胸内压异常降低，即心脏外面的负压增大,可增加右心收缩的负荷,促使右心衰竭。

   呼吸衰竭是否可累及左心尚有争论，目前倾向于可累及左心。肺原性心脏病病人心功能失代偿时有半数肺动脉楔压增高，说明有左心功能不全，其中也可能有部分病例合并有冠心病；ARDS的死亡病例中也有半数发生左心衰竭,这些都支持肺部疾病可累及左心的观点。其机制为：①低氧血症和酸中毒同样能使左室肌收缩性降低；②胸内压的高低同样也影响左心的舒缩功能；③右心扩大和右心室压增高将室间隔推向左心侧,可降低左心室的顺应性,导致左室舒张功能障碍。

四、中枢神经系统的变化

    中枢神经系统对缺氧最敏感,当PaO₂降至60mmHg时，可出现智力和视力轻度减退。如PaO₂迅速降至40～50mmHg以下,就会引起一系列神经精神症状，如头痛、不安、定向与记忆障碍、精神错乱、嗜睡,以致惊厥和昏迷。CO₂潴留使PaCO₂超过80mmHg时,可引起头痛、头晕、烦躁不安、言语不清、扑翼样震颤、精神错乱、嗜睡、抽搐、呼吸抑制等,称CO₂麻醉（carbon dioxide narcosis）。

    由呼吸衰竭引起的脑功能障碍称为肺性脑病(pulmonary encephalopathy)。Ⅱ型呼吸衰竭患者肺性脑病的发病机制涉及到如下机制。

（一）酸中毒和缺氧对脑血管的作用 

    酸中毒使脑血管扩张。PaCO₂升高10mmHg约可使脑血流量增加50%。缺氧也使脑血管扩张。缺氧和酸中毒还能损伤血管内皮使其通透性增高,导致脑间质水肿。缺氧使细胞ATP生成减少,影响Na⁺-K⁺ATP酶功能,可引起细胞内Na⁺及水增多，形成脑细胞水肿。脑充血、水肿使颅内压增高，压迫脑血管，更加重脑缺氧，由此形成恶性循环，严重时可导致脑疝形成。此外,脑血管内皮损伤尚可引起血管内凝血,这也是肺性脑病的发病因素之一。

（二）酸中毒和缺氧对脑细胞的作用 

    正常脑脊液的缓冲作用较血液弱,其pH也较低,PCO₂比动脉血高。因血液中的HCO₃^-及H⁺不易通过血脑屏障进入脑脊液，故脑脊液的酸碱调节需时较长。呼吸衰竭时脑脊液的pH变化比血液更为明显。当脑脊液pH低于7.25时，脑电波变慢，pH低于6.8时脑电活动完全停止。神经细胞内酸中毒一方面可增加脑谷氨酸脱羧酶活性，使GABA生成增多,导致中枢抑制；另一方面增强磷脂酶活性，使溶酶体水解酶释放，引起神经细胞和组织的损伤。

    部分肺性脑病患者表现为神经兴奋、躁动,可能因发生代谢性碱中毒所致。然而酸中毒的病人也有1/3表现为神经兴奋,其机制尚不清楚。

五、肾功能变化

    呼吸衰竭时肾可受损，轻者尿中出现蛋白、红细胞、白细胞及管型等，严重时可发生急性肾功能衰竭，出现少尿、氮质血症和代谢性酸中毒。此时肾结构往往并无明显改变，为功能性肾功能衰竭。肾功能衰竭的发生是由于缺氧与高碳酸血症反射性地通过交感神经使肾血管收缩，肾血流量严重减少所致。

六、胃肠道变化

严重缺氧可使胃壁血管收缩，因而能降低胃粘膜的屏障作用, CO₂潴留可增强胃壁细胞碳酸酐酶活性，使胃酸分泌增多，加之有的患者还可合并弥散性血管内凝血、休克等，故呼吸衰竭时可出现胃肠粘膜糜烂、坏死、出血与溃疡形成等病变。

第四节 呼吸衰竭防治的病理生理基础

    如慢性阻塞性肺疾患的病人若发生感冒与急性支气管炎,可诱发呼吸衰竭和右心衰竭,故应注意预防, 一旦发生呼吸道感染应积极进行抗感染治疗。

二、保持呼吸道通畅

三、氧疗

    呼吸衰竭者必有低张性缺氧，应尽快将PaO₂提高到50mmHg以上。Ⅰ型呼衰只有缺氧而无CO₂潴留,可吸入较高浓度的氧(一般不超过50%)。Ⅱ型呼衰患者的吸氧浓度不宜超过30%,并控制流速,使PaO₂上升到50~60mmHg即可。

四、降低PaCO₂

    PaCO₂增高是由肺总通气量减少所致，应通过增加肺泡通气量以降PaCO₂。 增加肺通气的方法包括：①解除呼吸道阻塞：如用抗生素治疗气道炎症，用平喘药扩张支气管，用体位引流、必要时行气管插管以清除分泌物。②增强呼吸动力：如用呼吸中枢兴奋剂尼可刹米等，对原发于呼吸中枢抑制所致限制性通气障碍是适用的，但对一般慢性呼衰病人用中枢兴奋剂，在增加肺通气的同时也增加呼吸肌耗氧量和加重呼吸肌疲劳，反而得不偿失。③人工辅助通气：用人工呼吸维持必需的肺通气量，同时也使呼吸肌得以休息，有利于呼吸肌功能的恢复，这也是治疗呼吸肌疲劳的主要方法。呼吸肌疲劳是由呼吸肌过度负荷引起的呼吸肌(主要是膈肌)衰竭，表现为收缩力减弱和收缩与舒张速度减慢，往往出现在PaCO₂升高之前，是Ⅱ型呼吸衰竭的重要发病因素。④补充营养：慢性呼衰病人由于呼吸困难影响进食量和胃肠消化及吸收功能差，常有营养不良，导致体重和膈肌重量减轻，膈肌萎缩也可使其收缩无力，更易发生呼吸肌疲劳，故除呼吸肌休息外，还应补充营养以改善呼吸肌功能。   

五、改善内环境及重要器官的功能

    如纠正酸碱平衡及电解质紊乱，预防与治疗肺原性心脏病与肺性脑病等。 

第五节  急性呼吸窘迫综合征

一、概念和发病原因

    急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是由肺内和（或）肺外原因引起的，以顽固性低氧血症为显著性特征的临床综合征。急性肺损伤的原因较多，如吸入毒气、烟雾、胃内容物等物理性因素；化学损伤，放射性损伤等化学性因素；肺部冠状病毒感染等生物性因素；或休克、大面积烧伤、败血症等全身性病理过程；或由某些治疗措施,如作体外循环、血液透析等所致。

二、发病机制

   急性肺损伤的发生机制很复杂,尚未完全阐明。有些致病因子可直接作用于肺泡膜引起肺损伤；有的则主要通过激活白细胞、巨噬细胞和血小板间接地引起肺损伤。如严重感染时，大量中性粒细胞在趋化因子如TNFα、IL-8、脂多糖、C5a等作用下聚集于肺、粘附于肺泡毛细血管内皮，释放大量氧自由基、蛋白酶和炎症介质等，进一步损伤肺泡上皮细胞及毛细血管内皮细胞。血管内膜损伤、中性粒细胞和肺组织释放的促凝物质，可引起血管内凝血，形成微血栓，后者通过阻断血流进一步引起肺损伤，通过形成纤维蛋白降解产物及释放TXA2等血管活性物质进一步使肺血管通透性增高，肺水肿加重，损伤进一步加剧。

    急性肺损伤引起呼吸衰竭的机制是由于肺泡-毛细血管膜的损伤及炎症介质的作用使肺泡上皮和毛细血管内皮通透性增高，引起渗透性肺水肿，致肺弥散性功能障碍。肺泡Ⅱ型上皮细胞损伤使表面活性物质生成减少，加上水肿液的稀释和肺泡过度通气消耗表面活性物质，使肺泡表面张力增高，肺的顺应性降低，形成肺不张。肺不张、肺水肿引起的气道阻塞，以及炎症介质引起的支气管痉挛可导致肺内分流；肺内DIC及炎症介质引起的肺血管收缩，可导致死腔样通气。肺弥散功能障碍、肺内分流和死腔样通气均使PaO₂降低，导致Ⅰ型呼吸衰竭。在上述机制中，肺泡通气血流比例失调是ARDS病人呼吸衰竭的主要发病机制。病人由于PaO₂降低对血管化学感受器的刺激和肺充血、水肿对肺泡毛细血管旁J感受器的刺激，使呼吸运动加深加快，导致呼吸窘迫和PaCO₂降低。故ARDS病人通常发生Ⅰ型呼吸衰竭；极端严重者，由于肺部病变广泛，肺总通气量减少，可发生Ⅱ型呼吸衰竭(图13-7)。

三、ARDS防治与护理的病理生理基础

（一）氧疗

    纠正缺氧为刻不容缓的重要措施。一般需要高浓度给氧，才能使PaO₂＞60mmHg或SaO₂＞90%。

（二）机械通气

    早期轻症患者可试用无创性鼻（面）罩机械通气，但多数需要气管插管或切开作机械通气。机械通气能减轻呼吸做功，使呼吸窘迫得到改善。

（三）维持适当的体液平衡

    有效血容量不足时，会加重低血压和休克，但过多的液体又会加重肺水肿。创伤出血多者，最好输新鲜血。在血压稳定的情况下，输入液体量宜轻度负平衡（每天-500ml左右），可使用强效利尿剂促进水肿的消退。

（四）积极治疗原发病

    原发性疾病是ARDS发生和发展最重要的病因，必须及时治疗，如骨折固定、休克的纠正、抗生素治疗严重感染，包括肺外（如胆囊炎等引起的败血症）和肺内（如肺部严重的革兰阴性杆菌感染）的感染以及羊水栓塞作子宫切除等。

ARDS患者应实行特别监护。动态监测呼吸、循环、水电解质、酸碱平衡及原发性疾病，以便及时调整治疗方案。

                                                                 （刘艳波）

参考文献：

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