第十四章 呼吸功能不全
概述：呼吸是指机体与外环境之间的气体交换过程。
完整的呼吸过程包括外呼吸、气体运输和内呼吸三个密切相关环节。呼吸衰竭通常是外呼吸功能严重障碍的后果。
※呼吸衰竭（respiratory failure）: 指的是由于外呼吸功能的严重障碍，以致动脉血氧分压低于正常范围，伴有或不伴有二氧化碳分压增高的病理过程。【重点】
呼吸衰竭又称呼吸功能不全（ respiratory inssufficiency）.
●判断呼吸衰竭的标准【重点】: PaO2＜8KPa，PaCO2＞6.67KPa.
●呼吸衰竭指数（ respiratory failure index, RFI）【重点】: 为PaO2与FiO2（吸入气氧浓度）的比值。RFI=PaO2/FiO2 ，当吸入气的氧浓度不足20%时，可将RFI作为诊断呼吸衰竭的指标。如果RFI≤300，可诊断呼吸衰竭。
呼吸衰竭的分类：
●1、根据呼吸衰竭时血气变化分类【重点】
呼吸衰竭必定有PaO2降低，根据PaCO2是否升高可分为：
（1）低氧血症型（Ⅰ型）呼吸衰竭：仅有PaO2降低，而无PaCO2升高。
（2）高碳酸血症（Ⅱ型）呼吸衰竭：同时存在PaO2降低及PaCO2升高。
2、根据主要发病机制分类
（1）通气性呼吸衰竭，即Ⅱ型呼吸衰竭。
（2）换气性呼吸衰竭，即Ⅰ型呼吸衰竭。
3、根据原发病变部位分类
（1）中枢性呼吸衰竭：由于呼吸中枢损害或抑 制引起的呼吸衰竭。
（2）外周性呼吸衰竭：由于呼吸器官本身的病变引起的呼吸衰竭。
第一节 原因和发病机制
（一）肺通气功能障碍
1、肺通气障碍的类型与原因
※（1）限制性通气不足【重点】：吸气时肺泡的扩张受限制所引起的肺泡通气不足。其原因有：
①呼吸肌活动障碍
1）中枢或周围神经的器质性病变；
2）由过量镇静药，安眠药、麻醉药引起的呼吸中枢抑制。
3）呼吸肌本身的收缩功能障碍；
②胸廓的顺应性降低：严重的胸廓畸型，胸膜纤维化等。
③肺的顺应性降低：严重的肺纤维化或肺泡表面活性物质减少；
肺泡表面活性物质减少的原因：
Ⅱ型肺泡上皮细胞发育不全（婴儿呼吸窘迫综合症）或急性受损（成人呼吸窘迫综合症）所致表面活性物质合成不足和组成的变化，肺过度通气或肺水肿等所致表面活性物质的过度消耗、稀释和破坏。
④胸腔积液和气胸：
※⑵阻塞性通气不足【重点】: 由气道狭窄或阻塞所致的通气障碍称为阻塞性通气不足。
气体流动时，气流内部分子间和气流与呼吸道内壁产生的摩擦所造成的阻力称气道阻力。
影响气道阻力的因素：最主要是气道内径管壁痉挛，肿胀或纤维化，管腔被粘液、渗出物，异物等阻塞，肺组织弹性降低以致对气道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阻力，从而引起阻塞性通气不足。
●气道阻塞可分为中央性与外周性气道阻塞
① 中央气道阻塞：指气管分叉处以上的气道阻塞。
●《中央气道阻塞的种类及其引起的呼吸困难的形式和机制》【重点】
1）胸外阻塞
：如喉头炎症，水肿等。由于阻塞部位位于胸腔之外，吸气时气体流经病灶引起的压力降低，使气道内压明显低于大气压，导致气道狭窄加重；而呼气时，则因气道内压大于大气压，使阻塞减轻，故患者表现为吸气性呼吸困难。
2）胸内阻塞
：如气管肿物等。由于阻塞部位位于胸腔之内，由于吸气时胸内压降低使气道内压大于胸内压，故使阻塞减轻；用力呼气时由于胸内压升高而压迫气道，使气道狭窄加重，病人表现为呼气性呼吸困难。
②外周气道阻塞
：内径小于2mm的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，因此随着吸气和呼气时胸内压的改变，其内径也随着扩大和缩小。吸气时随着肺泡的扩张，细支气管受周围弹性组织牵拉，使其口径变大和管道伸长，呼气时则相反，小气道缩短变窄。
慢性阻塞性肺疾患主要侵犯小气道，不仅可使管壁增厚或痉挛和顺应性降低，而且官腔也可被分泌物阻塞，肺胞壁的损坏还可降低对细支气管的牵引力，因此小气管道阻力大大增加，病人用力呼气时胸内压增高，小气道受压甚至闭合，使肺泡气难以呼出，患者主要表现为呼气性呼吸困难。
慢阻肺病人用力呼气时小气道受压而闭合的机制:
慢性支气管炎病人由于小气道阻力异常增大，用力呼气时气流通过狭窄的气道使气道内压迅速下降；或肺气肿病人由于肺弹性回缩力降低，使胸内压增高，导致等压点上移，移至无软骨支撑的膜性小气道，因此小气道受压而闭合。
●2、肺泡通气不足时的血气变化【重点】
肺通气功能障碍的血气变化表现为，既有PaO2降低，又有PaCO2的升高。而且PaCO2的增值与PaO2降值成一定比例关系，其比值相当于呼吸商即等于0.8。
PaCO2是反映总肺泡通气量变化的最佳指标。PaCO2和PACO2相等，取决于每分肺泡通气量（VA）与体内每分钟产生的二氧化碳量(VCO2),可用下式表示：
公式推导省略不记。由公式中可见，如果VCO2不变， VA减少必然引起PACO2升高,PaCO2也就相应升高。PaCO2升高是总肺泡通气不足的标致，如果病人PaCO2不升高，全肺通气不足的诊断就不能成立。
（二）换气功能障碍
肺换气功能障碍包括弥散障碍，肺泡通气/血流比例失调及解剖分流增加。
[一] 弥散障碍
●弥散障碍（diffusion impairment）【重点】：是指由于肺泡膜面积减少或肺泡膜异常增厚和弥散时间缩短所引起的气体交换障碍。
气体弥散速度和气体弥散数量的影响因素：
①肺泡膜两侧的气体分压差 ② 肺泡膜的面积与厚度
③气体的弥散能力 ④ 血液与肺泡接触时间
1、弥散障碍的原因
（1）肺泡膜面积减少
正常成人 肺泡总面积 80m2
静 息 时 参与换气面积 35~40m2 运动时增加
由于储备量大，只有肺实变，肺不张，肺叶切除等原因使肺泡膜面积减少一半时，才会发生换气功能障碍。
（2）肺泡膜厚度增加 当肺水肿，肺泡透明膜形成，肺纤维化及肺泡毛细血管扩张或稀血症导致血浆层变厚时，可因弥散距离增宽使弥散速度减慢。
(3)血液和肺泡接触时间缩短
正常时血液和肺胞接触时间为0.75sec,由于弥散速度很快，只需0.25sec血氧分压就可升至肺胞气氧分压水平，当血液离开肺泡时，早已完成弥散过程充分氧合了。肺泡表面积减少和膜增厚的病人,虽然弥漫速度减慢,一般在静息时气体交换仍可在正常的血液与肺泡接触时间(0.75sec)内完成而不致发生血气的异常。只有在体力负荷增加使心输出量增加和肺血流加快时，使血液和肺泡接触时间过于缩短（＜0.25sec)的情况下,才会由于气体交换不充分而发生低氧血症。
●2、弥散障碍的血气变化【重点】
弥散障碍只会引起PaO2降低，不会使PaCO2增高。
[二] 肺泡通气与血流比例失调
● 肺泡通气/血流比例失调：是指肺部病变时，由于肺通气或血流分布不均匀，使部分肺泡的通气与血流的比值偏离正常范围，引起气体交换障碍。【重点】
●1、肺泡通气/血流比例失调的类型和原因【重点】
（1）部分肺泡通气不足（VA/Q＜0.8）: 支气管哮喘、慢性支气管炎。阻塞性肺气肿、肺纤维化，肺水肿等。（见图14-4）。病变部分肺泡通气量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，使VA/Q显著降低流经这部分肺泡的静脉血未经充分氧合便掺入动脉血内。这种情况类似动-静脉短路，故称功能性分流，又称静脉
血掺杂。
2）部分肺泡血流不足（VA/Q＞0.8）: 肺动脉栓塞、DIC、肺动脉炎、肺血管收缩等。（见图14-4）。 部分肺泡血流减少，VA/Q可显著大于正常，患部血流少而通气多，肺泡通气不能充分利用，称为死腔样通气。
●2、肺泡通气/血流比例失调时的血气变化【重点】
●《肺泡通气与血流比例失调时血气如何变化、为什么会发生这样的变化》【重点、难点】
无论是功能性分流增加还是死腔样通气增加，均可导致PaO2降低，而PaCO2可正常或降低，极严重时也可升高。
部分肺泡通气不足时，流经此处的静脉血不能充分动脉化，其PO2下降，PCO2升高，继而导致代偿性呼吸运动增强，主要是使无通气功能障碍或通气障碍较轻的肺泡通气量增加，但由于氧离曲线的特点决定了氧分压明显升高，而氧含量增加很少
；而二氧化碳解离曲线的特点决定了二氧化碳分压和二氧化碳含量明显降低〖插入图14-7〗。当两部分血液混合而成的动脉血的氧分压和氧含量是降低的，二氧化碳分压和含量则可正常。如代偿性通气增强过度，PaCO2可低于正常。只有通气障碍范围较大，加上代偿性通气增强不足，才会出现PaCO2高于正常。
部分肺泡血流不足时，流经此处的血液PaO2显著升高，但其氧含量却增加很少。这是由氧离曲线特点决定的，而PCO2和含量显著降低，这是由二氧化碳解离曲线特点决定的。健全肺泡血流量增加，而通气相对不足，这部分血液不能充分动脉化，其氧分压和氧含量均显著降低，二氧化碳分压与含量均明显增高。最终混合而成的动脉血氧分压降低，二氧化碳分压的变化则取决于代偿性呼吸增高的程度，可以降低、正常或升高。
[三] 解剖分流加强
※解剖分流的血液完全未经气体交换过程称为真正分流【重点】。
肺的严重病变，如肺实变、肺不张等，使该部分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，也称为真正分流。
● 吸入纯氧可有效地提高功能性分流的PaO2，而对真正分流的PaO2则无明显作用。功能分流是由于部分肺泡的通气功能下降，以致流经这部分肺泡的静脉血未经充分动脉化就掺入到动脉血内，所以使PaO2降低，这种情况吸入纯氧可有效地提高PaO2。而解剖分流时，该部分肺泡完全失去通气功能，因此流经的血液完全未进行气体交换便掺入到动脉血中，此时吸入纯氧对PaO2的降低，无明显的改善作用。用这种方法可鉴别功能性分流与真正分流。【重点】
●解剖分流增加时血气变化： PaO2 ↓及PaO2↑【重点】
●《小结：呼吸衰竭的基本机制包括哪些方面，各自的血气变化特点及血气变化的共同特点是什么》【重点】
呼吸衰竭是由肺通气障碍或/和换气功能障碍所致。肺换气功能障碍包括弥散障碍、肺通气与血流比例失调及解剖分流增加。
肺泡通气不足时血气变化：总肺通气不足会使肺泡气氧分压（PAO2）下降及肺泡气二氧化碳分压（PACO2）升高，因而流经肺泡毛细血管的血液不能充分动脉化，必然导致PaO2降低和PaCO2升高，而且PaCO2的增值与PaO2的降值成一定比例关系，其比值相当于呼吸商（R）。
弥散障碍时的血气变化：只会引起PaO2降低，不会使PaCO2增高。因为CO2的弥散系数比O2大20倍，因而血液中CO2能较快地弥散入肺泡，使PaO2与PaCO2取得平衡。如果病人肺泡通气量正常，则PaCO2正常。如果存在代偿性通气过度，则可引起PaCO2低于正常。
肺泡通气血流比例失调时的血气变化：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，极度严重时也可升高。
解剖分流增加时的血气变化：解剖分流的血液完全未经气体交换过程，因而使PaO2 降低及PaCO2升高。血气变化的共同特点是，均可导致PaO2降低。
（三） 急性呼吸窘迫综合症
※急性呼吸窘迫综合症（acute respiratory distress syndrome , ARDS）: 是由急性肺损伤引起的呼吸衰竭。【重点】
1、急性肺损伤的原因
① 化学性因素 如吸入毒气、烟雾、胃内容物等
② 物理性因素 如大面积烧伤等
③ 生物性因素 如肺部感染，败血症等
④ 全身性病理过程 如休克等
⑤ 某些治疗措施 如体外循环，血液透析等
2、急性肺损伤的发生机制
（1）有些致病因子可直接作用于肺泡膜引起的肺损伤。
（2）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。
①大量中性粒细胞在趋化因子的作用下，聚集于肺，粘附于肺泡毛细血管内皮，释放氧自由基，蛋白酶和炎性介质等，损伤肺泡上皮细胞及毛细管内皮细胞。
②血管内皮细胞的损伤和中性粒细胞及肺组织损伤释放的促凝物质，导致血管内凝血，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FDP释放TXA2等血管活性物质进一步使肺血管通透性增高。
●3、急性肺损伤引起呼吸衰竭的机制（ARDS的发生机制）【重点】
（1）弥散功能障碍 由于肺泡-毛细血管膜的损伤及炎性介质的作用使肺泡上皮细胞和毛细血管内皮通透性增高引起渗透性肺水肿，致肺弥散功能障碍。
（2）肺内分流 肺泡Ⅱ型上皮细胞损伤使表面活性物质的生成减少加上水肿液的稀释，破坏和肺泡过度通气消耗表面活性物质增多，使肺泡表面张力增高肺的顺应性降低，形成肺不张，肺水肿液引起的气道阻塞，以及炎性介质引起的支气管痉挛可导致肺内分流。
（3）死腔样通气 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。其中以肺泡通气血流比例失调为ARDS的主要发病机制。由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感受器的刺激，使呼吸加深加快，导致呼吸窘迫和PaO2下降。因此ARDS通常发生Ⅰ型呼吸衰竭。极端严重者，由于肺部病变广泛使肺总通气量减少，使PaCO2升高，可发生Ⅱ型呼吸衰竭。
第二节 主要代谢功能变化
（一） 酸碱平衡及电解质紊乱
●《呼吸衰竭时血气变化不同，引起酸碱平衡及电解质紊乱的变化也不同》【重点】
1、呼吸性酸中毒: Ⅱ型呼衰竭时，大量二氧化碳潴留可引起呼吸性酸中毒。此时血液电解质主要变化有:① 高钾血症。 ②低氯血症。
2、代谢性酸中毒：
①严重缺氧使无氧代谢加强，乳酸等酸性产物增多。
②呼吸衰竭时可能出现功能性肾功能不全，肾脏排酸保碱功能降低。
③引起呼吸衰竭的原发病或病理过程如感染、休克等，均可导致代谢性酸中毒。
3、呼吸性碱中毒:Ⅰ型呼吸衰竭病人缺氧引起肺过度通气，可发生呼吸性碱中毒。此时血液电解变化和呼吸性酸中毒正好相反；①低钾血症②高氯血症。
所以Ⅱ型呼吸衰竭往往引起呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。Ⅰ型呼吸衰竭往往引起呼吸性碱中毒合并代谢性酸中毒。
（二）呼吸系统变化
1、外呼吸功能障碍造成的低氧血症和高碳酸血症可进一步影响呼吸功能。
●《外呼吸功能障碍造成的低氧血症和高碳酸血症对呼吸功能有何影响、为什么在这种情况下氧疗宜吸入30%左右的氧》【重点】
PaO2下降，通过外周的化学感受器，反射性的兴奋呼吸中枢，但缺氧对呼吸中枢的直接作用是抑制。当PaO2低于4Kpa时，则抑制作用占优势。PaCO2升高，通过中枢的化学感受器，引起呼吸运动增强。但当PaCO2超过10.7KPa时，则抑制呼吸中枢。所以，对Ⅱ型呼衰的病人，氧疗宜吸入30%左右的氧。因为这样的病人，有严重的CO2 潴留，此时呼吸主要靠缺氧通过外周化学感受器反射性兴奋呼吸中枢来维持。吸入30%的氧，既可给组织以必要的氧气，又能维持低氧血症对外周化学感受器的刺激。如果吸入高浓度的氧快速纠正缺氧，反而会使呼吸进一步减弱，加重CO2 潴留，产生二氧化碳麻醉。
2、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。
①中枢性呼吸衰竭时呼吸浅慢，可出现呼吸节律紊乱。
②肺顺应性降低所致限制性通气障碍时，牵张感受器,肺毛细血管旁感受器受刺激——呼吸浅快。
③ 阻塞通气障碍时；
中央气道胸外阻塞—— 吸气性呼吸困难。
中央气道胸内阻塞—— 呼气性呼吸困难。
外周小气道阻塞 —— 呼气性呼吸困难。
④ 长时间增强的呼吸运动——呼吸浅快。
（三）循环系统变化
低氧血症与高碳酸血症对心血管作用相似，两者具有协同作用。
1、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，心缩力增强，外周血管收缩。但脑血管与冠脉主要受局部代谢产物如腺苷的扩血管作用而舒张。这种血液重分布，有利于保证心脑血管供应。
2、严重的缺氧与二氧化碳潴留可直接抑制心血管中枢，直接抑制心脏活动和扩张血管，导致血压下降，心收缩力下降，心律失常等严重后果。
3、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。
●肺原性心脏病的发病机制【重点】：
① 肺泡缺氧和二氧化碳潴留所致血液H+浓度升高，均可引起肺小动脉收缩，使肺动脉压升高，从而增加右心负荷。
② 肺小动脉长期收缩的缺氧的直接作用，可引起无肌型微动脉肌化，肺血管平滑肌细胞和成纤维细胞的肥大和增生，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，由此形成持久的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粘度增高，也会增加肺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的舒缩功能。
⑥呼吸困难时，用力呼气使胸内压异常升高，心脏受压，影响心脏的舒张功能。用力吸气时则使胸内压异常降低， 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。
呼吸衰竭也可累及左心发生左心衰竭。
(四) 中枢神经系统的变化 中枢神经系统对缺氧最敏感；
PaO2降至8KPa， 智力、视力轻度减退。
PaO2迅速降至5.53~6.67KPa以下，神经精神症状。
PaO2低于2.67KPa，几分钟造成神经细胞不可逆性损害。
二氧化碳潴留使PaCO2超过10.7KPa时可引起中枢神经系统功能紊乱（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，即出现所谓二氧化碳麻醉。导致肺性脑病。
●肺性脑病（pulmonary encephalopathy）：由呼吸衰竭引起的脑功能障碍。Ⅱ型呼吸衰竭患者可发生肺性脑病。
●Ⅱ型呼吸衰竭患者发生肺性脑病的机制【重点】：
1、酸中毒和缺氧对脑血管的作用。
1）缺氧和酸中毒使脑血管扩张。脑充血。
2）缺氧和酸中毒能损伤血管内皮使其通透性增高，导致脑间质水肿。
3）缺氧使细胞ATP生成减少，影响Na+—K+泵功能，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。
4）脑血管内皮损伤可引起血管内凝血。
2、酸中毒和缺氧对脑细胞的作用
正常脑脊液的缓冲作用比血液弱，其pH也较低（7.33—7.40），PCO2比动脉血压高。而血液中的HCO3-及H+不易通过血脑屏障进入脑脊液，因此脑脊液的酸碱调节时间较长。呼吸衰竭时脑脊液的pH变化比血液更明显，容易发生脑神经细胞内酸中毒。
脑神经细胞内酸中毒，一方面可增加脑谷氨酸脱羧酶的活性，使GABA生成增多，导致中枢抑制；另一方面增强磷脂酶的活性，使溶酶体酶释放，引起神经细胞及组织的损伤。
（五）肾功能变化
可发生急性肾功能衰竭（功能性）。
（六）胃肠变化
可出现胃肠糜烂，坏死，出血与溃疡形成等病变。
