呼吸衰竭的原因及機(jī)制

慢性呼吸衰竭的原因及機(jī)制(一)發(fā)病原因慢性呼吸衰竭常為支氣管-肺疾患所引起，如COPD、重癥肺結(jié)核、支氣管擴(kuò)張癥、彌漫性肺間質(zhì)纖維化、塵肺等，其中COPD最常見。胸廓病變?nèi)缧夭渴中g(shù)、外傷、廣泛胸膜增厚、胸廓畸形亦可引起慢性呼吸衰竭。(二)發(fā)病機(jī)制肺的主要生理功能是進(jìn)行氣體交換，此交換主要涉及機(jī)體通過肺組織從體外攝取氧和機(jī)體代謝后所產(chǎn)生的二氧化碳通過肺組織排出體外。氣體在機(jī)體內(nèi)的運(yùn)輸要依靠血液循環(huán)來完成，組織細(xì)胞則從血液或組織液內(nèi)環(huán)境中攝取氧并排出二氧化碳。呼吸的全過程包括3個(gè)相互聯(lián)系著的環(huán)節(jié)：①外呼吸，指外界環(huán)境與血液在肺部實(shí)現(xiàn)的氣體交換。它包括肺通氣(肺與外界的氣體交換)和肺換氣(肺泡與血液之間的氣體交換)兩個(gè)過程。②氣體在血液中的運(yùn)輸。③內(nèi)呼吸，指血液或組織液與組織之間的氣體交換。呼吸衰竭所涉及機(jī)制主要是外呼吸，它包括肺換氣和肺通氣，下面分別加以敘述。1.肺換氣功能障礙肺的氣體交換系指肺泡內(nèi)氣體與肺泡毛細(xì)血管血液中氣體的交換，主要是氧與二氧化碳的交換。肺氣體交換主要決定于通氣/血流灌注比值(V/Q)與彌散功能。Ⅰ型呼吸衰竭的主要發(fā)病機(jī)制為換氣功能障礙，主要有通氣/血流比例失調(diào)和彌散功能障礙兩種。(1)通氣/血流比例失調(diào)：肺有效的氣體交換不僅要求有足夠的通氣量與血流量，而且要求二者的比例適當(dāng)。在靜息狀態(tài)下，健康人肺泡通氣量約為4L/min，肺血流量約為5L/min，全肺平均V/Q大約為0.8。當(dāng)通氣量大于肺血流量，V/Q>0.8，此時(shí)進(jìn)入肺泡的氣體不能完全充分與肺泡毛細(xì)血管內(nèi)血液接觸，從而得不到充分氣體交換，即為肺泡內(nèi)過多的氣體交換沒有足夠的血流交換，造成無效腔通氣。例如臨床上常見的肺氣腫、肺大皰和肺栓塞。當(dāng)肺血流量較肺通氣量增加時(shí)，V/Q<0.8，此時(shí)靜脈血流經(jīng)通氣不良的肺泡毛細(xì)血管未經(jīng)充分氧合返回左心，形成了動(dòng)脈血內(nèi)靜脈血摻雜，稱之為功能性動(dòng)-靜脈血分流，例如嚴(yán)重COPD病人存在功能性分流。肺不張時(shí)，肺內(nèi)氣體減少或無氣體，而血流繼續(xù)，V/Q=0。此時(shí)流經(jīng)肺臟的血液完全未進(jìn)行氣體交換而摻入動(dòng)脈血，類似解剖分流，也稱為真性分流，或稱為病理性動(dòng)-靜脈血分流。V/Q比例失調(diào)主要引起低氧血癥，也是引起低氧血癥最常見的機(jī)制，對PaCO2影響甚微。其原因?yàn)椋孩賱?dòng)、靜脈二氧化碳分壓差值僅為6mmHg，而動(dòng)、靜脈血氧分壓差值約為60mmHg，當(dāng)V/Q<0.8時(shí)混合靜脈血加入動(dòng)脈血后，對PaO2的影響明顯大于PaCO2。②V/Q>0.8或V/Q<0.8時(shí)，均可表現(xiàn)為V/Q正常的肺泡通氣量代償性增加，而二氧化碳的彌散速率約為氧的21倍，而且二氧化碳的解離曲線呈線性，只要正常肺泡通氣量增加，即可排出更多二氧化碳。其結(jié)果表現(xiàn)為：PaO2下降而無PaCO2升高。(2)彌散功能障礙：氣體彌散系指氣體分子從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)移動(dòng)的過程。彌散是一被動(dòng)移動(dòng)的過程，因而不需要消耗能量。彌散的機(jī)制是氣體分子的隨意運(yùn)動(dòng)，彌散的結(jié)果使不同濃度的分子最終達(dá)到平衡。肺泡內(nèi)氣體與肺泡壁毛細(xì)血管血液中氣體(主要是指氧與二氧化碳)交換是通過彌散進(jìn)行的。肺彌散能力不僅受肺泡毛細(xì)血管膜影響，也受肺毛細(xì)血管血流的影響。健康成人肺彌散量(DL)約為35mlO2/(mmHg·min)。凡能影響肺泡毛細(xì)血管膜面積、肺泡毛細(xì)血管床容積、彌散膜厚度以及氣體與血紅蛋白結(jié)合的因素，均能影響彌散功能。在臨床實(shí)踐中，彌散功能障礙極少是惟一病理因素，疾病過程中彌散功能障礙往往總是與通氣/血流比例失調(diào)同時(shí)存在。因?yàn)榉闻菽ぴ龊窕蛎娣e減少常導(dǎo)致通氣/血流比例失調(diào)。由于二氧化碳通過肺泡毛細(xì)血管膜的彌散速率約為氧的21倍，所以彌散功能障礙主要是影響氧的交換。彌散功能障礙所致低氧血癥可用吸入高濃度氧加以糾正，因?yàn)榉闻菅醴謮禾岣呖梢钥朔黾拥膹浬⒆枇ΑＥR床上?？捎梦跫m正低氧血癥，也可用吸氧是否能糾正低氧血癥來識別是彌散功能障礙所致低氧血癥抑或動(dòng)-靜脈分流所致的低氧血癥。2.肺通氣功能障礙肺通氣是指通過呼吸運(yùn)動(dòng)使肺泡氣與外界氣體交換的過程。凡能影響肺通氣與阻力的因素均可影響肺通氣功能，肺通氣功能的正常與通氣量大小，不只是決定于推動(dòng)肺通氣的動(dòng)力大小，還要決定于肺通氣的阻力。肺通氣是在呼吸中樞的調(diào)控下，通過呼吸肌的收縮與松弛，使胸廓和肺作節(jié)律性的擴(kuò)大和縮小得以實(shí)現(xiàn)。在靜息呼吸空氣時(shí)，總肺泡通氣量約為4L/min，才能維持正常氧和二氧化碳分壓。當(dāng)肺通氣功能障礙時(shí)，肺泡通氣量不足，肺泡氧分壓下降，二氧化碳分壓上升，可發(fā)生Ⅱ型呼吸衰竭，即PaO2下降和PaCO2升高同時(shí)存在。肺通氣功能障礙可分限制性通氣不足與阻塞性通氣不足兩種類型。由肺泡張縮受限引起者稱限制性通氣不足;因氣道阻力增高引起者稱阻塞性通氣不足。下面分別加以闡述。(1)限制性通氣不足：吸氣時(shí)肺泡的張縮受限制所引起的肺泡通氣不足稱為限制性通氣不足(restrictivehypoventilation)。通常吸氣運(yùn)動(dòng)是吸氣肌的收縮引起主動(dòng)過程，呼氣則是肺泡彈性回縮和肋骨與胸骨借重力作用復(fù)位的被動(dòng)過程。主動(dòng)過程容易發(fā)生障礙易導(dǎo)致肺泡擴(kuò)張受限。其主要涉及呼吸肌、胸廓、呼吸中樞和肺的順應(yīng)性，前三者的障礙可統(tǒng)稱為呼吸泵衰竭。①呼吸泵衰竭主要因呼吸驅(qū)動(dòng)不足，如安眠藥中毒、中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾患均可影響呼吸驅(qū)動(dòng)力不足;呼吸運(yùn)動(dòng)受限制，如多種疾病引起的呼吸肌功能受累例如吉蘭-巴雷綜合征、低鉀血癥等和胸廓疾患例如胸廓畸形、脊柱后側(cè)凸、大量胸腔積液和氣胸等。晚近，已認(rèn)識到在COPD病人中呼吸肌疲勞是引起呼吸泵衰竭的重要原因之一。②肺的順應(yīng)性降低也是COPD病人引起限制性通氣不足的原因之一。(2)阻塞性通氣不足：由于氣道狹窄或阻塞引起的氣道阻力增高而導(dǎo)致通氣障礙稱為阻塞性通氣不足(obstructivehypoventilation)。支氣管壁充血、腫脹、增生，管壁平滑肌痙攣，管腔內(nèi)分泌物增多潴積、異物等阻塞，肺泡壁破壞和肺泡間隔缺失所致的肺組織彈性降低，以致對氣道壁的牽引力減弱等，均可使氣道內(nèi)徑變窄或不規(guī)則而增加氣道阻力，從而引起阻塞性通氣不足。氧耗量增加是加重低氧血癥的原因之一。發(fā)熱、寒戰(zhàn)、呼吸困難和抽搐均可增加氧耗量。因?yàn)檠鹾牧吭黾涌蓪?dǎo)致混合靜脈血氧分壓下降，從而加重動(dòng)-靜脈分流所引起的低氧血癥。氧耗量增加肺泡氧分壓下降，正常人可借助增加通氣量以防止缺氧，而氧耗量增加的通氣功能障礙患者，肺泡氧分壓不斷提高，缺氧亦難緩解。③對中樞神經(jīng)系統(tǒng)的影響：二氧化碳潴留對中樞神經(jīng)起抑制作用。臨床上所見的慢性胸肺疾患引起的Ⅱ型呼吸衰竭病人，一旦出現(xiàn)神經(jīng)精神癥狀，即可診斷為肺性腦病(pulmonaryencephalopathy)。其原因就是與二氧化碳潴留和缺氧有關(guān)。二氧化碳潴留可使腦血管擴(kuò)張，腦血流量增加，顱內(nèi)壓升高。早期可出現(xiàn)頭痛、頭昏、嗜睡，晚期還可出現(xiàn)昏迷、譫妄、精神錯(cuò)亂、撲翼樣震顫、抽搐等顱內(nèi)高壓的癥狀與體征。然而，大量臨床資料表明，二氧化碳潴留引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)改變，不僅與二氧化碳潴留程度有關(guān)，而且與二氧化碳潴留發(fā)生速度有關(guān)。同時(shí)，不容忽視，二氧化碳潴留引起的中樞神經(jīng)系統(tǒng)改變還與伴隨著缺氧程度、酸中毒，特別是腦細(xì)胞內(nèi)酸中毒有關(guān)，嚴(yán)重缺氧與酸中毒可加重腦水腫、顱內(nèi)壓增高與神經(jīng)細(xì)胞的損傷。④對酸堿平衡和電解質(zhì)的影響：二氧化碳潴留可引起呼吸性酸中毒，此時(shí)機(jī)體通過血液緩沖、細(xì)胞內(nèi)外離子交換、腎臟代償?shù)却鷥敊C(jī)制，可使血HCO3-代償性升高，而血Cl-相應(yīng)降低。其結(jié)果為維持HCO3-/PCO2相對正常范圍。pH=PKlog(HCO3