病理生理學 16-肺功能不全

1第十六章肺功能不全

RespiratoryInsufficiencyInternalRespirationExternalRespirationGasTransport

外呼吸功能嚴重障礙導致PaO2↓，伴有或不伴有PaCO2↑的病理過程。診斷標準：PaO2<60mmHg(8kPa)orPaCO2>50mmHg(6.67kPa)RFI=PaO2/FiO2≤300呼吸功能不全(respiratoryinsufficiency)呼吸衰竭按動脈血氣：低氧血癥型（I型）伴低氧的高碳酸血癥型（II型）按發(fā)病機制：通氣性、換氣性按病變部位：中樞性、外周性按發(fā)生快慢和持續(xù)時間：急性、慢性呼吸衰竭的分類第一節(jié)病因和發(fā)病機制外呼吸功能障礙肺通氣功能障礙肺換氣功能障礙限制性通氣不足阻塞性通氣不足肺通氣功能障礙肺通氣指肺泡氣與外界氣體交換的過程。靜息時，成人每分鐘肺通氣量為6L。減去其中1/3的死腔通氣，每分鐘肺泡有效通氣量4L。肺泡有效通氣量是能夠直接進行氣體交換的通氣量。一、肺通氣功能障礙肺通氣的動力減弱或阻力增加通氣動力：呼吸肌舒縮通氣阻力：彈性阻力(順應性的倒數(shù))

非彈性阻力(氣道阻力等)層流氣道阻力=氣道長度×氣體黏度×流速/πR4一、肺通氣障礙的病因及發(fā)病機制慢性呼吸道疾病最常見：COPD、哮喘、肺結(jié)核、肺炎肺血管疾?。悍嗡ㄈ乩c胸膜病變：氣胸、胸廓畸形神經(jīng)系統(tǒng)及呼吸肌肉疾?。耗X血管病變、腦炎、脊髓灰質(zhì)炎、多發(fā)性神經(jīng)炎

呼吸中樞興奮脊髓吸氣肌收縮胸廓擴張肺泡擴張肺本身不具有舒縮能力，它的擴張與縮小依賴于胸廓的擴張與縮小。吸氣時，膈肌與肋間外肌等吸氣肌收縮使胸廓擴張，從而使得肺泡擴張。平靜時呼氣主要由于膈肌與肋間外肌的被動舒張，用力呼氣時，除了吸氣肌舒張外，還由肋間內(nèi)肌與腹肌等呼氣肌收縮來協(xié)同。呼吸肌的收縮和舒張是肺通氣的直接動力。呼吸肌收縮使胸廓和肺擴張時，需克服組織的彈性阻力。肺的彈性阻力是使肺趨于萎陷的彈性回縮力。胸廓的彈性在靜息呼氣末時是使胸廓擴大的力量，但當吸氣到肺活量的75%以上時，胸廓對吸氣也構(gòu)成彈性阻力。

因此，彈性阻力的大小直接影響肺和胸廓在吸氣時是否易于擴張。肺與胸廓擴張的難易程度通常以順應性來表示，它是指在外力作用下彈性組織的可擴張性。順應性是指彈性阻力的倒數(shù)。彈性阻力包括肺和胸廓的彈性阻力，兩者構(gòu)成平靜時呼吸的主要阻力，約占總阻力的70%。肺的順應性主要取決于肺的彈性回縮力。肺泡的彈性回縮力是由肺組織本身的彈性結(jié)構(gòu)和肺泡表面張力所決定。肺泡表面張力有使肺泡回縮的作用。

生理情況：由肺泡Ⅱ型上皮細胞分泌一種脂蛋白混合物的表面活性物質(zhì)覆蓋于肺泡和呼吸性細支氣管液層表面。它能降低肺泡表面張力，降低肺泡回縮力，提高順應性。肺泡表面活性物質(zhì)的生理功能：降低肺泡表面張力，保證大、小肺泡的穩(wěn)定性。

由于肺通氣的動力減弱和彈性阻力增加，造成肺泡的擴張受限制所引起的肺泡通氣不足。（1）呼吸肌活動障礙：

中樞或周圍神經(jīng)器質(zhì)性病變

呼吸中樞抑制

呼吸肌本身收縮功能障礙(一)限制性通氣不足（2）胸廓順應性降低（3）肺的順應性降低嚴重肺纖維化肺表面活性物質(zhì)減少（4）胸腔積液和氣胸原因機制順應性↓呼吸中樞抑制呼吸肌不能收縮呼吸動力↓胸廓及胸膜疾患限制性通氣障礙肺組織變硬胸腔積液和氣胸壓迫肺中樞或周圍神經(jīng)器質(zhì)性病變：

腦外傷、腦血管意外、腦炎、脊髓灰質(zhì)炎、多發(fā)性脊神經(jīng)炎、過量鎮(zhèn)靜藥、安眠藥、麻醉藥

呼吸中樞抑制呼吸肌本身收縮功能障礙：長時間呼吸困難和呼吸運動增強引起的呼吸肌疲勞營養(yǎng)不良所致呼吸肌萎縮低鉀血癥缺氧酸中毒呼吸肌無力呼吸中樞抑制呼吸肌不能收縮

如嚴重的胸廓畸形、胸膜纖維化等可限制胸部擴張。嚴重肺纖維化或肺泡表面活性物質(zhì)減少,可降低肺順應性限制性通氣不足肺泡擴張的彈性阻力增大肺泡表面活性物質(zhì)減少——限制性通氣不足

胸腔大量積液或張力性氣胸,壓迫肺,使肺擴張受限。胸廓順應性降低肺順應性降低胸腔積液和氣胸新生兒呼吸窘迫綜合征成人呼吸窘迫綜合征II型肺泡上皮發(fā)育不全急性受損表面活性物質(zhì)合成分泌不足表面活性物質(zhì)過度消耗、稀釋、破壞呼吸道阻塞或狹窄，氣道阻力增加。氣道阻力(正常人平靜呼吸)：

80%:直徑>2mm氣管

20%:直徑<2mm氣管病因：氣管痙攣、腫脹、纖維化、滲出物、異物、腫瘤、氣道內(nèi)外壓力改變(二)阻塞性通氣不足

中央性：指氣管分叉處以上的氣道阻塞。又分為胸外與胸內(nèi)阻塞2種。外周性：內(nèi)徑小于2mm的小支氣管阻塞。常見于慢性阻塞性肺疾病(COPD)氣道阻塞(1)中央性氣道阻塞呼氣吸氣中央性氣道阻塞－位于胸外

引起吸氣性呼吸困難，出現(xiàn)三凹征呼氣吸氣中央性氣道阻塞－位于胸內(nèi)

引起呼氣性呼吸困難氣道特點：無軟骨支撐、管壁薄、與肺泡緊密相連，隨著吸氣與呼氣時跨壁壓力的改變其內(nèi)徑隨之擴大和縮小。常見于COPD。COPD引起氣道阻塞機理：管壁增厚、順應性降低和痙攣管腔內(nèi)的分泌物堵塞肺泡壁破壞對細支氣管牽引力降低周圍組織增生纖維化壓迫(2)外周性氣道阻塞：

內(nèi)徑小于2mm的小支氣管阻塞。外周性氣道阻塞用力呼氣時等壓點移向小氣道02520+353520202030正常人020+3525202020肺氣腫慢性支氣管炎0+3535202020202020102010151015

用力呼氣時，胸內(nèi)壓、氣道內(nèi)壓大于大氣壓，推動肺泡內(nèi)氣體沿氣道呼出，在此過程中，氣道內(nèi)壓從肺泡到鼻、口腔進行性下降。因此，在呼出的氣道上必定有一點氣道內(nèi)壓與胸內(nèi)壓相等，這一點被稱為等壓點。用力呼氣時，正常人的等壓點位于有軟骨支撐的較大氣道。等壓點移向小氣道

慢性支氣管炎、肺氣腫;主要侵犯小氣道，不僅使管壁增厚、痙攣、順應性降低，而且管腔被分泌物堵塞，肺泡壁的損壞降低對細支氣管的牽引力。

由于氣道內(nèi)阻力異常增加，從而使等壓點上移（移向肺泡端）。當?shù)葔狐c移至無軟骨支撐的膜性氣道時，導致小氣道壓縮而閉合。肺泡通氣不足時的血氣變化:

PaO2↓,PaCO2↑PaCO2的增值與PaO2的降值成一定的比例關(guān)系，

其比值相當于呼吸商（R）R=PACO2×

VA(PiO2–PAO2)×VARPACO2

PAO2=PiO2–肺泡通氣不足時的血氣變化肺泡通氣障礙時PaO2和PaCO2與呼吸商R的關(guān)系PaO2(kPa)12608404481220單純通氣障礙R=0.8PaO280100正常范圍分流PaCO2（HHmg）PaCO2(kPa)最低可耐受值PO2PaCO2是反映總肺泡通氣量變化的最佳指標。如VCO2不變，PaCO2與VA成反比。PaCO2=PACO2=VA0.863XVCO2

PACO2取決于每分肺泡通氣量（VA）與體內(nèi)每分鐘產(chǎn)生的二氧化碳量（Vco2）,如Vco2不變，只要通氣減少，PACO2必增，而肺泡毛細血管末端血液二氧化碳分壓幾乎和PACO2相等，故PaCO2增高是反映肺通氣功能不足的最佳指標。解剖分流增加通氣血流比例失調(diào)彌散障礙肺換氣功能障礙二、(一)彌散障礙

指由于肺泡膜面積減少或肺泡膜異常增厚和彌散時間縮短所引起的氣體交換障礙彌散速度=氣體分壓差×彌散常數(shù)×彌散面積/

彌散膜厚度

彌散常數(shù)=氣體在血中溶解度/分子量彌散量取決于彌散速度、血液與肺泡接觸時間肺泡膜面積減少肺泡膜厚度增加彌散時間縮短肺泡紅細胞毛細血管血漿（一）彌散障礙

肺泡膜面積減少

成人肺泡膜總面積80m2，平靜呼吸35～40m2肺實變、肺不張、肺葉切除等（減少面積>50%）彌散障礙的原因

肺泡膜厚度增加

肺泡膜薄部<1μm，肺泡腔到紅細胞膜<5μm

肺水腫、肺纖維化、肺泡透明膜形成

彌散時間縮短

肺泡膜病變＋心輸出量增加和肺血流加快正常與肺泡膜增厚時Hb氧合所需時間血液流經(jīng)肺泡的時間，靜息時（1）、運動時（2）PO2（KPa）肺動脈肺毛細血管（1）（2）正常肺泡膜面積減少或厚度增加時間（S）肺靜脈13.310.78.05.32.7000.250.50

0.75I型呼衰：PaO2↓，PaCO2

正常。原因：

O2和CO2解離曲線的差異O2和CO2彌散速度的差異（CO2快）彌散障礙時的血氣變化彌散障礙時的血氣變化

PaO2↓，PaCO2

正常。原因：CO2溶解度大，彌散速度快

在肺內(nèi)由靜脈血變成動脈血時，每100ml血中的Hb釋放出8ml左右的CO2，而在肺內(nèi)由靜脈血變成動脈血時，每100ml血中的Hb能結(jié)合的O2僅僅只有3－5ml左右，而且受血氧飽和度的影響，再也不能增加了。O2和CO2解離曲線的差異

CO2在水中的溶解度比O2大24倍，故CO2的彌散系數(shù)是O2

的21倍，而CO2

的彌散速度（彌散系數(shù)與分壓差的乘積）通常比O2

約大一倍。由于CO2

的彌散速度比O2

快，能夠較快的彌散入肺泡，因此只要肺泡通氣量是正常的，單純彌散障礙時PaCO2多是正常的。O2和CO2彌散速度的差異(二)肺泡通氣與血流比例失調(diào)

為肺部疾患引起呼吸衰竭最常見最主要的機制正常：VA/Q=0.8范圍：0.6~3.0L/min血流量通氣量(％肺容量)VA/Q肺泡容積

功能性分流

(functionalshunt)

靜脈血摻雜(venousadmixture)氣道阻塞限制性通氣障礙肺泡通氣不足血流未減少，甚至增多下降VA/Q1、部分肺泡通氣不足

因通氣障礙引起部分肺泡通氣嚴重不足，但血流量未相應減少，VA/Q

顯著降低，以致流經(jīng)該部分肺泡的靜脈血未經(jīng)充分氧合便摻入動脈血中，稱靜脈血摻雜，因類似動－靜脈短路，故又稱功能性分流◆功能性分流見于 慢性阻塞性肺疾病、肺纖維化、肺水腫等◆正常成人 功能性分流約占肺血流量3%◆慢性阻塞性肺疾病占30%～50%，→肺換氣(-)VA/Q下降部分肺泡通氣不足時血氣的變化肺泡通氣量VAVA/QPaO2動脈血氧含量CaO2PaCO2動脈血CO2含量CaCO2

NNNN病肺健肺全肺肺動脈栓塞、肺動脈炎癥、肺毛細血管床大量破壞等可使流經(jīng)該部分肺泡的血液量減少，而通氣相對良好，VA/Q比可顯著大于正常，患部肺泡血流少而通氣多，肺泡通氣不能充分被利用，稱為死腔樣通氣。生理死腔：占潮氣量30%疾病時功能性死腔：高達60%～70%2、部分肺泡血流不足部分肺泡血流不足時血氣的變化肺泡血流量QVA/QPaO2動脈血氧含量CaO2PaCO2動脈血CO2含量CaCO2

NNNN病肺健肺全肺VA/Q正常VA/Q增大VA/Q減小通氣/血流比值及其變化示意圖Ⅰ型呼衰：PaO2↓，PaCO2

正常原因：

O2和CO2解離曲線的差異O2和CO2彌散速度的差異

機制:換氣障礙為主，通氣過程基本正常）VA/Q失調(diào)的血氣變化解剖分流增加生理解剖分流：一部分支氣管靜脈回流肺靜脈；肺內(nèi)動-靜脈交通支；其分流量約占心輸出量的2%-3%肺實變、肺不張、支氣管擴張癥伴支氣管血管擴張和肺內(nèi)動-靜脈短路開放，使解剖（真性）分流增加(anatomic/trueshunt)，而發(fā)生呼衰。3、解剖分流增多

肺的嚴重病變，如肺實變和肺不張等,使該部分肺泡完全失去通氣功能、但仍有血流

流經(jīng)的血液完全未進行氣體交換而摻入動脈血，類似解剖分流，也稱為真性分流。

吸入純氧30min后可有效地提高功能性分流的PaO2，而對真正分流的PaO2則無明顯改善作用。

綜上可見，換氣功能障礙時，可因代償性呼吸加強增加肺總通氣量而只引起低氧血癥型呼吸衰竭；總肺泡通氣量不足則會合并高碳酸血癥。

呼吸衰竭的發(fā)病機制中，各因素往往同時存在或相繼發(fā)生作用。小結(jié)通氣障礙通常引起Ⅱ型呼衰換氣障礙通常引起Ⅰ型呼衰臨床上常為多種機制參與，如休克肺

包括限制性和阻塞性2種類型。由彌散障礙、通氣/血流比例失調(diào)、解剖分流增加引起。原因與發(fā)病機制小結(jié)急性呼吸窘迫綜合征acuterespiratorydistresssyndrome,ARDS

急性彌漫性肺泡-毛細血管膜損傷外呼吸功能嚴重障礙（急性呼吸衰竭）

原因：①化學性因素：吸入毒氣、煙霧、胃內(nèi)容物②物理性因素：放射性損傷，廣泛的肺挫傷③生物因素：冠狀病毒④全身性病理過程：嚴重感染、敗血癥、休克、大面積燒傷⑤某些治療措施所致：體外循環(huán)，血液透析

急性肺損傷（ALI）引起的急性呼吸衰竭ALI形成機制

肺泡-毛細血管膜損傷

①致病因子對肺泡膜的直接損傷作用②激活的白細胞、巨噬細胞和血小板的間接損傷作用③大量中性粒細胞黏附、聚集、釋放④肺血管內(nèi)微血栓形成進一步引起肺損傷

①滲透性肺水腫，肺彌散功能障礙②肺泡表面活性物質(zhì)↓順應性↓形成肺不張③水腫液阻塞、支氣管痙攣導致肺內(nèi)分流↑④肺內(nèi)DIC形成及炎性介質(zhì)引起的肺血管收縮可導致死腔樣通氣↑

V/Q失調(diào)(ARDS致呼衰的主要發(fā)病機制）

ARDS引起呼衰的機制

肺嚴重水腫、出血。肺泡內(nèi)透明膜形成。肺不張。肺微循環(huán)障礙（血管收縮、微血栓形成等）。肺血管內(nèi)皮細胞及肺泡II型上皮細胞腫脹、變性、壞死等ARDS主要病理變化特征通氣血流比例失調(diào)限制性通氣障礙阻塞性通氣障礙肺血管病變部分肺泡通氣不足功能分流增加部分肺泡血流不足死腔通氣增加PaO2、CaO2，PaCO2正?；驌Q氣障礙型呼衰（I型呼衰）彌散障礙ARDS呼吸衰竭發(fā)生機制

隨著肺損傷加重，肺泡通氣障礙范圍擴大，最終可導致總肺通氣量減少，PaCO2因而升高，ARDS由I型呼衰乃演變?yōu)镮I型呼衰。

ARDS引起呼吸衰竭的機制

V/Q失調(diào)是呼衰主要機制炎癥造成肺泡—毛細血管膜損傷肺水腫肺不張支氣管痙攣

肺血管收縮、微血栓通氣障礙和功能分流彌散障礙死腔樣通氣呼吸衰竭(Ⅰ或Ⅱ型)致病因子單核-巨噬系統(tǒng)激活細胞損傷血小板激活解剖分流增加

肺泡膜內(nèi)皮細胞損傷致病因子釋放中性粒細胞趨化因子中性粒細胞聚集，釋放氧自由基、蛋白酶、炎癥介質(zhì)肺水腫死腔樣通氣肺泡Ⅱ型上皮細胞損傷表面活性物質(zhì)合成支氣管痙攣血管收縮微血栓肺泡膜通透性肺不張功能性分流PaO2PaCO2ARDS發(fā)生機制慢性阻塞性肺疾病

（chronicobstructivepulmonarydisease,COPD

）

指慢性支氣管炎、肺氣腫導致氣流受阻為特征的一類疾病。

COPD的氣流受阻常呈進行性發(fā)展，肺呼吸功能進行性減退，逐漸發(fā)展為呼吸衰竭。

COPD是導致慢性呼吸衰竭最主要的原因。COPD引起慢性呼吸衰竭的機制

小氣道管壁腫脹、痙攣、堵塞，氣道等壓點上移牽拉肺泡作用減??；肺泡表面活性物質(zhì)減少；呼吸肌疲勞肺泡彌散面積減少彌散膜炎性增厚

通氣-血流比例失調(diào)彌散障礙

阻塞性通氣不足

限制性通氣不足

換氣功能障礙氣道病變和肺小血管病變呈非均勻性分布慢性阻塞性肺病支氣管壁腫脹痙攣、堵塞,氣道等壓點上移肺泡表面活性物質(zhì)呼吸肌衰竭肺泡彌散面積肺泡膜炎性增厚

肺泡低通氣肺泡低血流呼吸衰竭阻塞性通氣障礙限制性通氣障礙彌散功能障礙通氣血流比例失調(diào)

COPD早期主要因換氣功能障礙而引起Ⅰ型呼吸衰竭。以后大多發(fā)展為全肺總通氣量不足而導致Ⅱ型呼吸衰竭。阻塞性通氣障礙是COPD通氣不足的主要原因。第二節(jié)呼吸衰竭時主要功能代謝變化

PaO2

＜60mmHg代償反應為主＜30mmHg代謝、機能嚴重紊亂

PaCO2

＞50mmHg

代償反應為主＞80mmHg

代謝機能嚴重紊亂酸堿平衡及電解質(zhì)紊亂呼吸系統(tǒng)變化循環(huán)系統(tǒng)變化中樞神經(jīng)系統(tǒng)變化腎功能變化胃腸變化

酸堿平衡及電解質(zhì)紊亂代謝性酸中毒

缺氧時無氧代謝加強，乳酸等酸性代謝產(chǎn)物增多代謝性堿中毒 人工呼吸機過快排出大量二氧化碳呼吸性酸中毒Ⅱ型呼吸衰竭（CO2潴留）血清K+濃度升高血清氯濃度降低呼吸性堿中毒

Ⅰ型呼衰病人伴過度通氣，血鉀降低、血氯增高呼吸系統(tǒng)變化低氧血癥和高碳酸血癥對呼吸中樞的影響

PaO2↓<60mmHg反射性興奮呼吸中樞

PaO2↓<30mmHg直接抑制呼吸中樞

PaCO2↑>50mmHg直接興奮呼吸中樞

PaCO2↑>80mmHg直接抑制呼吸中樞（此時呼吸運動主要依靠PaO2對外周化學感受器的刺激得以維持）。

PaO2<60mmHg

PaCO2>50mmHg

外周化學感受器中樞化學感受器呼吸中樞興奮呼吸加深加快

PaO2<30mmHgPaCO2>80mmHg

抑制呼吸中樞

一定程度的低氧血癥、高碳酸血癥及酸中毒可使通氣加強，具有代償意義；當PaO2低于4kPa(30mmHg)或PaCO2超過10.7kPa(80mmHg)時抑制呼吸中樞。呼吸衰竭時呼吸的幅度、頻率及節(jié)律可出現(xiàn)明顯變化，通常發(fā)生呼吸困難。引起呼吸衰竭的原發(fā)疾病可導致呼吸運動型式的變化。

慢性II型呼衰給氧原則

氧療只宜吸入較低濃度（30%）、低流速的氧，維持PaO2在60mmHg左右

，避免缺氧完全糾正后反而抑制呼吸。！循環(huán)系統(tǒng)變化

輕、中度→心血管中樞興奮：心率↑、心收縮力↑、外周血管收縮、全身血液重新分配。 （循環(huán)系統(tǒng)的代償反應）重度→心血管中樞抑制：心率失常、心收縮力↓、外周血管擴張（肺血管收縮）、血壓↓。

肺源性心臟?。悍蔚穆云髻|(zhì)性病變在引起呼吸衰竭的同時，可引起右心負荷增加，進而引起右心肥大和心力衰竭。發(fā)生機制：1、肺動脈壓升高

缺氧、酸中毒→肺小血管收縮→肺A壓升高→增加右心后負荷

2、持久穩(wěn)定的慢性肺動脈高壓

肺小血管長期收縮、缺氧→肺血管平滑肌細胞、成纖維細胞增生；膠原蛋白、彈性蛋白合成增多→持久穩(wěn)定的慢性肺A高壓.

3、代償性紅細胞增多癥→血液粘度增高肺血管床的大量破壞→肺動脈高壓缺氧、酸中毒降低心肌舒縮功能胸內(nèi)壓升高使心