病理生理学11-肺功能不全

有你就有我

呼吸衰竭(respiratory failure)：是指由外呼吸功能严重障碍，导致在海平面，静息呼吸状态下，出现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，伴有或不伴有PaCO2高于50mmHg，而且排除外呼吸功能外的原因，如心内解剖分流和原发性心排血量降低等因素，可诊断为呼吸衰竭。
※当吸入气的氧浓度(FiO2)不是20%时（如在高原地区），用呼吸衰竭指数(RFI)作为诊断呼吸衰竭的指标。RFI= PaO2/ FiO2，若RFI≤300，可诊断为呼吸衰竭。
※血气分析（BG）是应用血气分析仪，通过测定人体血液的H+浓度和溶解在血液中的气体（主要指CO2、O2），来了解人体呼吸功能与酸碱平衡状态的一种手段，它能直接反映肺换气功能及其酸碱平衡状态。采用的标本常为动脉血。
血气的主要指标：PaO2、PaCO2、CaO2、SaO2、TCO2、P50。
酸碱平衡的主要指标：pH、PaCO2、HCO3-、TCO2、ABE、SBE及电解质（K+、Na+、Cl-、AG）
呼吸衰竭的的分类：
①I型——即低血氧症型呼吸衰竭(hypoxemic respiratory failure)，血气特点为PaO2＜60mmHg，PaCO2降低或正常；
②Ⅱ型——即伴有高碳酸血症型低氧血症呼吸衰竭(hypercapnic respiratory failure)，血气特点为PaO2＜60mmHg，同时伴有PaCO2＞50mmHg。
·呼吸衰竭的病因：包括肺通气障碍和肺换气障碍两方面原因。
一、肺通气障碍：包括限制性和阻塞性通气不足。
（一）限制性通气不足(restrictive hypoventilation)：是指吸气时肺泡的扩张受限引起的肺泡通气不足。原因包括：
1、呼吸肌活动障碍：（控制上出了问题或者肌肉本身出了问题）
①中枢或周围神经的器质性病变，如脑外伤、脑炎等；
②药物中毒，如过量镇静药、安眠药、麻醉药所引起的呼吸中枢抑制；
③呼吸肌本身的收缩功能障碍，如长期呼吸困难引起呼吸肌疲劳、营养不良引起呼吸肌萎缩等；
④低钾血症、缺氧、酸中毒等引起的呼吸肌无力。
2、胸廓顺应性降低：如胸廓畸形、胸膜纤维化等；
3、肺的顺应性降低：如肺纤维化、肺泡表面活性物质减少等；
4、胸腔积液和气胸
（二）阻塞性通气不足(obstructive hypoventilation)：是指气道狭窄或阻塞所致的通气障碍。可由于气管痉挛、管壁纤维化、黏液或异物等阻塞气道，或肺组织弹性降低以致对气道管壁的牵引力减弱等原因引起。气道阻塞可分为中央性(80%)和外周性(＜20%)两种：
1、中央性气道阻塞：指气管分支以上的气道阻塞。又分为胸外（如声带麻痹、炎症、水肿等引起）和胸内两种。
①胸外阻塞——吸气时气体流经病灶引起的压力降低，可使气道内压明显低于大气压，导致气道狭窄加重；呼气时则因气道内压大于大气压而使阻塞减轻，故患者表现为吸气性呼吸困难(inspiratory dyspnea)。
②胸内阻塞——阻塞发生于中央气道的胸内部分，吸气时由于胸内压降低使气道内压大于胸内压，使阻塞减轻；而呼气时由于胸内压升高而压迫气道使气道狭窄加重，患者表现为呼气性呼吸困难(expiratory dyspnea)。
2、外周性气道阻塞：指发生于直径小于2mm的外周气道的阻塞。多见于慢性阻塞性肺疾病(COPD)时，小气道管壁增生增厚顺应性降低、分泌物堵塞管腔、肺泡壁损坏而对细支气管的牵引力减弱等原因导致小气道阻力增加，患者主要表现为呼气性呼吸困难。其机制为：
（1）慢性支气管炎时，①大支气管内黏液腺增生、小气道管壁炎性充血水肿、组织增生等使气道管壁增厚狭窄，黏液腺及杯状细胞分泌黏液增多，③炎性介质导致支气管痉挛，③炎症导致气道表面活性物质减少，表面张力增加，小气道缩窄，共同造成了小气道的阻塞。
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，使阻塞部位之下的气道压低于正常，以致等压点由大气道上移至无软骨支撑的小气道，此时小气道外压力大于小气道内压，使气道阻塞加重，甚至使小气道闭合。


（2）肺气肿时，由于蛋白酶与抗蛋白酶失衡，导致细支气管与肺泡壁中的弹性纤维降解，肺泡弹性回缩力下降；肺泡扩大而数量减少，使细支气管上肺泡附着点减少则牵拉力减小，造成胸内压增高，同样引起等压点上移而出现呼气性呼吸困难。
（三）肺泡通气不足时的血气变化：
PaO2降低，PaCO2增高，PaO2的降低值与PaCO2的增高值呈一定的比例关系，其比值等于呼吸商(RQ)，此时机体呼吸商不变，最终出现Ⅱ型呼吸衰竭。
二、肺泡换气功能障碍：包括弥散障碍、肺泡通气与血流比例失调、解剖分流3种。
（一）弥散障碍(diffusion impairment)：指由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。气体弥散量取决于肺泡膜两侧的气体分压差、气体分子量、溶解度、肺泡膜面积和厚度，以及血液与肺泡接触的时间。
1、弥散障碍的常见原因：①肺泡膜面积减少（如肺实变、肺不张、肺叶切除等）、②肺泡膜厚度增加（如肺水肿、透明膜形成、肺纤维化等）。
2、弥散障碍时的血气变化：因为血液流经肺泡毛细血管时间较长而气体交换时间较短，肺泡膜病变的患者静息时一般不出现血气异常；而在体力负荷增加时可因肺血流速度加快而导致换气时间过短，引起低氧血症，PaO2降低。而由于CO2弥散速度大于O2；此时，①若肺泡通气量正常则PaCO2、PACO2正常，②若存在代偿性通气过度，则PaCO2、PACO2降低。
（二）肺泡通气与血流比例失调：正常的肺泡每分通气量/每分钟的肺血流量(VA/Q)为0.8。
由于重力等原因，人的生理性肺泡通气与血流比例并不均衡，VA/Q自上而下递减，故正常PaO2比PAO2稍低。病理情况见于：
1、部分肺泡通气不足：
气道阻塞或限制性通气障碍时，可导致肺泡通气的严重不均，病变中的部分肺泡通气明显减少，而血流未相应减少，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中；这种情况类似动-静脉短路，故称为功能性分流(functional shunt)，又称静脉血掺杂(venous admixture)。
此时的动脉血血气变化为：病变区VA/Q＜0.8，PaO2↓、PaCO2↑，相对正常肺野代偿性VA/Q＞0.8，PaO2↑、PaCO2↓，流经不同肺野的动脉血混合，结果PaO2、O2含量均降低，而PaCO2、CO2含量则可正常。若出现代偿性通气增强过度，还可使PaCO2低于正常。但若肺通气障碍的范围较大，加之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。
2、部分肺泡血流不足：
肺动脉栓塞、DIC、肺血管收缩等，都可使部分肺泡血流减少，此时VA/Q可显著升高，患者肺部血流少而通气多，肺泡通气不能充分被利用，称为死腔样通气(dead space like ventilation)。
此时的动脉血血气变化为：部分肺泡血流不足时，病变肺泡VA/Q显著升高，流经的血液PaO2↑，但其氧含量却增加很少(氧曲线特性)；而正常肺区则因血流量增加导致VA/Q降低，此部分血液不能充分动脉化，PaO2、O2含量均降低，PaCO2、CO2含量则升高，最终混合而成的动脉血PaO2降低，PaCO2的变化取决于代偿性呼吸增强的程度，可以是正常、降低或升高。
（三）解剖分流增加：
生理情况下，肺内有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动脉，称为解剖分流(anatomic shunt)。病理情况(如支气管扩张等)下，支气管血管扩张和肺内动-静脉短路开放，使解剖分流增加，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(ture shunt)。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进入动脉，属于功能性分流。
※吸入纯氧可提高功能性分流的PaO2，而对真性分流的PaO2则无明显作用，可以此法进行鉴别。


·常见呼吸系统疾病导致呼吸功能衰竭的机制：


（一）急性呼吸窘迫综合症(acute respiratory distress syndrome，ARDS)：是指由某些病因（理化、生物因素或全身性病理过程）导致急性肺损伤(ALI)而出现肺泡-毛细血管损伤、肺泡通透性增加，引起的一种以进行性缺氧和呼吸困难为特征的急性呼吸衰竭综合征。急性肺损伤引起呼吸衰竭的机制是：
①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，引起渗透性水肿，导致弥散性功能障碍。
②肺泡表面活性物质生成减少，使肺泡表面张力增高，肺的顺应性下降，形成肺不张。
③炎性介质导致支气管痉挛，肺泡通气量减少，
④肺内DIC和炎症介质引起肺血管收缩，导致死腔样通气增加。
以上原因共同造成PaO2↓，导致I型呼吸衰竭，当肺部病变广泛，肺总通气量↓↓，可由I型呼吸衰竭转变为Ⅱ型。其中肺泡通气血流比例失调是ARDS患者呼吸衰竭的主要发病机制。
（二）慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)：是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”，共同特征是管径小于2mm的小气道阻塞和阻力增高。COPD引起呼吸衰竭的机制是：
①阻塞性通气障碍：炎细胞浸润、充血、水肿、组织增生等引起支气管壁增厚，炎症介质导致支气管痉挛，黏液分泌增多堵塞支气管，小气道阻塞和肺泡弹性回缩力降低引起气道等压点上移；
②限制性通气障碍：Ⅱ型肺泡细胞受损引起表面活性物质减少，肺顺应性下降，长期缺氧、慢性酸中毒等引起呼吸肌疲劳；
③弥散功能障碍：肺泡壁损伤引起肺泡弥散面积减少，并伴有肺泡膜炎性增厚；
④肺泡通气与血流比例失调：气流阻塞引起部分肺泡低通气，微血栓形成引起部分肺泡低血流。
·呼吸衰竭时主要的代谢功能变化：先代偿，后失代偿。
一、酸碱平衡及电解质紊乱
（1）代谢性酸中毒：I、Ⅱ型均可出现。严重缺氧时无氧代谢加强，乳酸等酸性产物增多，引起代谢性酸中毒。同时可出现电解质的变化——①血K+浓度增高、②血Cl-浓度增高。
（2）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。同时可出现高血钾和低血氯。当Ⅱ型呼吸衰竭呈现代谢性酸中毒合并呼吸性酸中毒时，血氯可正常。
（3）呼吸性碱中毒：I型呼吸衰竭和ARDS时，因缺氧引起肺通气过度，可发生呼吸性碱中毒。
二、呼吸系统变化
①PaO2降低（尤其PaO2＜60mmHg时）兴奋颈动脉体与主动脉体，增强呼吸。
②缺氧对呼吸中枢的直接作用是抑制，当PaO2＜30mmHg时。作用表现为呼吸抑制。
③PaCO2升高主要作用于中枢化学感受器，使呼吸中枢兴奋，引起深快呼吸。但当PaCO2＞80mmHg时，发生CO2麻醉，抑制呼吸中枢。
三、循环系统变化
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，心排血量增加，血流重分布，肺血流增加。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）。
呼吸衰竭可累及心脏，主要引起右心肥大与衰竭，即肺源性心脏病。其发病机制为：
① 肺泡缺氧和CO2潴留导致血液H+浓度过高，引起肺小动脉收缩，使肺动脉压升高，增加右心负荷；
② 肺小动脉长期收缩，缺氧均可引起无肌微动脉肌化，导致肺血管增厚和硬化，管腔变窄，导致慢性肺动脉高压；
③ 长期缺氧引起代偿性红细胞增多症，可使血液黏稠度增高，增加肺血流阻力和右心负荷；
④ 原发的肺部病变，如肺小动脉炎、肺毛细血管床破坏、肺血管栓塞等亦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，用力呼吸则使胸内压异常增高，心脏受压，影响心脏舒张；而用力吸气则胸内压异常降低，可增加右心收缩的负荷，加速右心衰竭。
四、中枢神经系统变化
中枢神经系统对缺氧敏感，PaO2＜60mmHg时可出现智力和视力轻度减退；PaO2降至40~50mmHg时，可出现头痛、不安、嗜睡，甚至惊厥和昏迷等中枢症状。
当PaCO2＞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、呼吸抑制等症状，称为CO2麻醉(carbon dioxide narcosis)。由于呼吸衰竭引起的脑功能障碍称为肺性脑病(pulmonary encephalopathy)。
（1）酸中毒与缺氧对脑血管的作用：扩张脑血管，导致脑水肿，可出现颅内高压，严重时形成脑疝。
（2）酸中毒和缺氧对脑细胞的作用：正常脑脊液的缓冲作用较弱，pH＜6.8时，脑电活动可完全停止。另外，神经细胞内酸中毒可是GABA生成增多导致中枢抑制，神经细胞内酸中毒还会增强磷脂酶活性，引起神经细胞损伤。
五、肾功能变化：
缺氧和高碳酸血症反射性通过交感神经使肾血管收缩，肾血流量严重减少，将导致肾功能衰竭。
六、胃肠变化：
严重缺氧、CO2潴留时胃壁血管收缩，降低胃黏膜屏障作用、增加胃酸分泌，可引起胃黏膜糜烂、出血、溃疡形成等。
·呼吸衰竭的防治原则：
一、防止与去除引起呼吸衰竭的原因
二、提高PaO2：I型呼衰只缺氧而无CO2潴留，可吸入较高浓度的氧（但一般不超过50%）；Ⅱ型呼衰的吸氧浓度则不宜超过30%，并需控制流速，仅使PaO2上升至50~60mmHg即可，这是为了防止缺氧完全纠正后，由高碳酸血症引起的呼吸抑制。
三、降低PaCO2：主要是增加肺泡通气量，方法包括——
①解除呼吸道阻塞
②增强呼吸动力
③人工辅助呼吸
④补充营养
四、改善内环境及保护重要器官的功能：及时纠正酸碱及电解质平衡。

一朵闲云

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