呼吸功能不全呼吸功能不全((Respiratory Respiratory Insufficiency)

西安交通大学医学院病理生理学科西安交通大学医学院病理生理学科

第一节　概述（概述（ general general introductionintroduction ））

呼吸衰竭 呼吸衰竭 ((respiratory failure)respiratory failure) 在海平地区静息时吸入空气的条件下，由于外呼吸功能严重障碍以致动脉血氧分压 (PaO2) 低于 60 mmHg ，或伴有二氧化碳分压 (PaCO2) 高于 50 mmHg ，并进而引起一系列机能代谢变化的临床综合征。

当吸入气的氧浓度（当吸入气的氧浓度（ FiOFiO22 ））不是不是 21%21%

时时 ::采用呼吸衰竭指数（ respiratory failure index,

RFI ）作为呼吸衰竭的指标。RFI=PaO2/FiO2

呼吸衰竭时， RFI ≤300

呼吸功能不全呼吸功能不全 ((respiratory insufficiency) respiratory insufficiency) PaO2↓ 或伴 PaCO2↑ 没有达到上述水平，或在静息时血气值正常，但体力负荷增加时 PaO2 才明显↓或伴有 PaCO2 水平↑ 。

呼吸衰竭的分类呼吸衰竭的分类

根据血气变化特点：根据血气变化特点：

呼衰呼衰低氧血症型（Ⅰ型）

低氧血症伴高碳酸血症型（Ⅱ型）

呼衰呼衰通气障碍型呼吸衰竭

换气障碍型呼吸衰竭

根据主要发病机制：根据主要发病机制：

呼衰呼衰急性呼吸衰竭

慢性呼吸衰竭

根据病程经过：根据病程经过：

呼衰呼衰中枢性呼吸衰竭

外周性呼吸衰竭

根据原发病变部位 :根据原发病变部位 :

一、肺泡通气不足 一、肺泡通气不足 ((Alveolar hypoventilation)Alveolar hypoventilation)

（一）原因与机制（一）原因与机制1.1. 限制性通气不足 限制性通气不足 ((restrictive hypoventilation)restrictive hypoventilation) 指吸气时肺泡扩张受限 ( 不能充分扩张 ) 所引起的肺泡通气不足。■■ 肺泡扩张的动力不足（肺泡扩张的动力不足（呼吸动力减弱）呼吸动力减弱）■■ 肺泡扩张的弹性阻力增加肺泡扩张的弹性阻力增加（胸廓和肺顺应性↓）（胸廓和肺顺应性↓）

第二节　呼吸衰竭的原因和发病机制第二节　呼吸衰竭的原因和发病机制

2.2. 阻塞性通气不足阻塞性通气不足 ((obstructiveobstructive hypoventilation)hypoventilation)

指气道狭窄或阻塞所致的肺泡通气不足，其根本机制是气道阻力增加。

气道阻力 80 ％以上来自内径＞ 2 mm 的支气管与气管。 气道阻力受气道内径、长度和形态，气流速度及形式，气体密度与粘度的影响，而以气道内径最主要。当气流为湍流时，气道阻力比层流时明显增加。

①① 可变型胸外部分阻塞可变型胸外部分阻塞 声带麻痹、炎症、水肿等 → 吸气时气道内压 < 大气压，大气压压迫胸外气道使气道狭窄加重→吸气性呼吸困难

（（ 11 ）中央性气道阻塞：）中央性气道阻塞：指气管分叉以上的气道阻塞。

气道阻塞据部位分为中央性气道性阻塞气道阻塞据部位分为中央性气道性阻塞和外周性气道阻塞和外周性气道阻塞

②② 可变型胸内部分阻塞可变型胸内部分阻塞 气管内异物、肿瘤等→呼气时气道内压 < 胸内压，胸内压压迫使气道狭窄加重→呼气性呼吸困难

③③ 固定型中央性气道阻塞固定型中央性气道阻塞 甲状腺肿、疤痕形成等→病变部位僵硬固定→呼吸时的跨壁压不能引起气道的收缩或扩张→呼吸气流均受影响。

（（ 22 ）外周气道阻塞：）外周气道阻塞：内径 <2 mm 的小支气管和细支气管（膜性气道）阻塞。常见于慢性阻塞性肺疾病（ COPD ）和哮喘，表现为明显的呼气性呼吸困难。

① ① 小气道狭窄在呼气时加重小气道狭窄在呼气时加重

外周气道阻塞引起呼吸困难的外周气道阻塞引起呼吸困难的机制：机制：

② ② 呼气时等压点上移至膜性气道呼气时等压点上移至膜性气道

（二）肺泡通气不足时的血气变化（二）肺泡通气不足时的血气变化

肺泡气更新率肺泡气更新率↓ ↓ －→ PPAAOO22↓P↓PAACOCO22↑ ↑ －→

PaOPaO22↓PaCO↓PaCO22↑↑ Ⅱ （Ⅱ （ 型呼衰）型呼衰）

二、换气功能障碍 二、换气功能障碍 ((gas exchange disordergas exchange disorderss))

（一）弥散障碍（（一）弥散障碍（ diffusion diffusion impairment impairment ）） 指由于肺泡膜面积减少或肺泡膜异常增厚或弥散时间缩短所引起的气体交换障碍。气体的弥散量取决于气体的弥散量取决于

肺泡膜两侧的气体分压差气体的弥散系数肺泡的面积与厚度血液与肺泡接触的时间

11 、弥散障碍的原因、弥散障碍的原因 ■ ■ 肺泡膜面积减少肺泡膜面积减少肺实变、肺不张、肺叶切除 肺泡膜面积↓ 气体弥散障碍 ( 膜面积减少＞ 1/2)

呼衰呼衰

肺水肿、肺水肿、肺纤维化、肺纤维化、肺泡透明肺泡透明膜形成膜形成

肺泡膜厚度↑肺泡膜厚度↑

弥散障碍

弥散障碍

■ ■ 肺泡膜厚度增加肺泡膜厚度增加

■■ 弥散时间缩短弥散时间缩短

PaOPaO22 、、氧饱和度氧饱和度↓↓

体力负荷体力负荷↑↑

C.O↑C.O↑ 、、肺血流速度肺血流速度↑↑

弥散面积↓、弥散膜厚度↑弥散面积↓、弥散膜厚度↑

血液与肺泡接触时间↓血液与肺泡接触时间↓

（二）肺泡通气（二）肺泡通气 --血流比例失调血流比例失调（（ alveolar ventilation-perfusion alveolar ventilation-perfusion imbalanceimbalance ））

肺疾患时，由于部分肺泡的通气量不足或血流量减少，使肺泡的通气 -血流比例失调，而引起换气功能障碍，这是肺部疾病引起呼吸衰竭最常见最重要的机制。

代偿性通气过度代偿性通气过度

PaOPaO22↓↓

PaCOPaCO22 ↓ ↓OO22 弥散量↓ 弥散量↓ COCO22 弥散↑弥散↑

单纯弥散障碍单纯弥散障碍 OO22 弥散量↓ 弥散量↓ COCO22 弥散正弥散正常常

PaOPaO22↓↓

PaCOPaCO22 正常正常

22 、弥散障碍时的血气变化、弥散障碍时的血气变化

ⅠⅠ型呼吸衰

型呼吸衰

竭竭

肺泡通气肺泡通气 --血流比例失调的基本形式血流比例失调的基本形式 1.1. 部分肺泡血流不足部分肺泡血流不足→→ VVAA/Q /Q ↑↑ （死腔样通气）（死腔样通气）

患部肺泡通气正常而血流↓

V/Q ↑

肺泡内部分气体未参与气体交换

肺血管收缩或肺 Cap 床↓

· ·

病 肺 健 肺

· ·

VD/VT ＞ 60% ( 正常 <30%)呼衰

2.2. 部分肺泡通气不足部分肺泡通气不足→→ VVAA/Q /Q ↓↓ （功能性分流或（功能性分流或 静脉血掺杂静脉血掺杂））

· ·

病 肺 健 肺部分肺泡通气↓而血流正常或↑

V/Q↓

静脉血未充分氧和即掺入动脉

呼衰

阻塞性或限制性通气障碍

· ·

功能性分流↑功能性分流↑ >> 肺血流量的肺血流量的 30% 30% ( 正常 <3%)

生理情况下，肺内存在解剖分流 (anatomic shunt) ，即有一小部分静脉血经支气管静脉和极少的肺内动 - 静脉吻合支直接流入肺静脉，其分流量约占心排出量 2%~3% 。这部分血液未经氧合即流入体循环动脉血中，称之为真性分流(ture shunt) 。

3.3.解剖解剖分流分流增加增加

支气管扩张症→肺 A-V短路开放 (解剖分流↑ )

肺不张、肺实变→肺泡无通气而仍有血流 → （解剖样分流） 流经肺泡的 V 血未经氧合即混入 A 血中 →真性

分流，此时单纯吸氧治疗无效 。

肺泡通气肺泡通气 --血流比例失调时的血气改变血流比例失调时的血气改变

1.1. 特点：特点：PaO2 明显↓， PaCO2 可正常（无明显通气障碍）或↓（肺 Cap 旁 J感受器受刺激），严重时也可↑（死腔通气量过大或伴有通气障碍）

2.2. 机制：机制： (1) 氧离曲线与 CO2解离曲线特性不同。

(2) 动静脉血氧分压差值远大于 PaCO2差值，故分

流可使 PaO2 明显↓，而对 PaCO2 影响不大。

第三节 呼衰时主要机能代谢变化第三节 呼衰时主要机能代谢变化 酸碱平衡及电解质紊乱酸碱平衡及电解质紊乱

循环系统变化（肺心病）循环系统变化（肺心病）

中枢神经系统变化（肺性脑病）中枢神经系统变化（肺性脑病）

肾功能变化肾功能变化

胃肠功能变化胃肠功能变化

呼吸系统变化呼吸系统变化

呼吸性酸中毒： 见于Ⅱ型呼衰，可伴有高 K+ 血症，血 Cl-↓ 。代谢性酸中毒： 低氧血症使无氧酵解↑；伴有感染或功能性肾衰

时，肾排酸及调节酸碱紊乱能力↓。呼吸性碱中毒： 见于部分Ⅰ型呼衰，血 K+↓ ，血 Cl-↑ 。

一、酸碱平衡及电解质紊乱一、酸碱平衡及电解质紊乱

代谢性碱中毒： 少见，可与呼酸合并存在。常是人为因素造成

的，如慢呼酸纠正过快；补 NaHCO3 过量；长期使用利尿剂等。

混合型酸碱平衡紊乱： 如Ⅱ型呼衰病人可有代谢性酸中毒合并呼吸性

酸中毒，Ⅰ型呼衰病人可有代谢性酸中毒合并呼吸性碱中毒。

1.1. PaO PaO22↓↓ 和 和 PaCOPaCO22↑↑ 对呼吸的影响对呼吸的影响缺氧对呼吸中枢的直接作用是抑制，但可通过外周化

学感受器兴奋中枢。

二、呼吸系统变化二、呼吸系统变化

PaCO2↑→刺激化学感受器使呼吸中枢兴奋 ;若过高（ >80 mmHg →） 呼吸中枢抑制（ CO2 麻醉）

此时主要依赖 PaO2↓兴奋外周化学感受器维持呼吸中枢的活动。

2.2. 原发病引起的呼吸原发病引起的呼吸节律、频率、幅度节律、频率、幅度改变改变

■ 限制性通气限制性通气障碍：浅快呼吸为主障碍：浅快呼吸为主■ 中枢性呼吸衰竭：呼吸浅慢，可出现潮式呼吸、间中枢性呼吸衰竭：呼吸浅慢，可出现潮式呼吸、间歇呼吸、叹气样呼吸等歇呼吸、叹气样呼吸等

■■ 阻塞性通气障碍：呼吸加深，吸气或呼气困难阻塞性通气障碍：呼吸加深，吸气或呼气困难

潮式呼吸潮式呼吸 间歇式呼吸间歇式呼吸

1.1. PaO PaO22↓↓ 和 和 PaCOPaCO22↑↑ 对循环系统的影响对循环系统的影响反射活动的影响：反射活动的影响：一定程度的 PaO2↓ 和 PaCO2↑ 可兴奋心血管中枢→心率↑，心肌收缩性↑，外周血管收缩，血流重分配

直接作用：直接作用：严重 PaO2↓ 和 PaCO2↑抑制心血管中枢→心率↓，心肌收缩性↓； PaO2↓ 和 PaCO2↑ 扩张体循环血管 (如脑血管 )

三、循环系统变化三、循环系统变化

(1) (1) 肺动脉高压肺动脉高压① 缺氧→肺血管收缩（尤其是肺小动脉）； CO2潴留

引起的 H+↑ 可加强肺血管收缩 ;② 肺小动脉长期缺氧收缩→肺血管重塑→持久稳定的

肺动脉高压 ;

③ 肺毛细血管网破坏、减少→血管床总横截面积减少 ;

④ 长期缺氧→血液中红细胞数量↑→血液粘滞性↑ 或钠水潴留使血容量↑最终均造成肺动脉高压。

2.2. 慢性肺源性心脏病（慢性肺源性心脏病（ chronic pulmonary chronic pulmonary

heart diseaseheart disease ））慢性呼吸衰竭累及心脏，主要引起慢性呼吸衰竭累及心脏，主要引起右心肥大与衰竭，称为肺源性心脏病。右心肥大与衰竭，称为肺源性心脏病。发病机制如下：

(2)(2)心肌功能受损，心肌收缩性↓心肌功能受损，心肌收缩性↓① 缺氧、高碳酸血症、酸中毒及电解质紊乱→抑制心肌舒缩功能

② 长期心肌缺氧→心肌病变（坏死、纤维化等）使心肌收缩成分↓

(3(3) ) 心肌舒缩活动受限心肌舒缩活动受限 用力吸气使胸内压↓→限制右心收缩 用力呼气使胸内压↑→妨碍右心舒张

四、肺性脑病 四、肺性脑病 ((pulmonary encehalopathy)pulmonary encehalopathy)

• 概念：概念：呼吸衰竭时引起的以中枢神经（脑）功能障碍 为主要表现的临床综合症。• 发生机制发生机制：：（（ 11 ）） PaOPaO22↓↓ 和 和 PaCOPaCO22↑↑ 对脑血管的作用对脑血管的作用 脑血管扩张 →血管性脑水肿酸中毒、缺氧→ 颅内压↑ 血管通透性↑→脑间质水肿→ 加重脑缺氧

（（ 22 ）） PaOPaO22↓↓ 和 和 PaCOPaCO22↑↑ 对脑细胞的作用对脑细胞的作用 缺氧→细胞 ATP 生成↓→脑细胞功能↓，脑细胞

水肿；酸中毒→脑脊液 pH↓→脑细胞内酸中毒 γ-氨基丁酸生成↑ → 中枢抑制 →

溶酶体酶释放→ 损伤 N组织和细胞

脑水肿、颅内压↑，脑细胞 ATP↓ ，抑制性中枢递质↑，均使脑细胞代谢功能障碍，出现神经精神症状。

肾：肾：缺氧和高碳酸血症使肾血管收缩，轻者出现尿改变；重者可发生功能性肾衰。

胃肠道：胃肠道：缺氧和高碳酸血症使血管收缩，肠粘膜糜烂、溃疡、出血； CO2 滁留→ 碳酸酐酶活性↑

→ 胃酸分泌↑ 。

五、其它器官、系统改变五、其它器官、系统改变

急性呼吸窘迫综合症急性呼吸窘迫综合症（（ acute respiratory distress syndrome, ARDSacute respiratory distress syndrome, ARDS ））

ARDS 指在多种原发病过程中，因急性弥漫性肺泡 - 毛细血管膜损伤（急性肺损伤 acute lung injury ，ALI ）而引起的急性呼吸衰竭，以进行性呼吸困难和顽固性低氧血症为特征。

第四节 第四节 ARDSARDS 和和 COPDCOPD 的发病机的发病机理理

血气改变：血气改变：早期 PaO2↓, PaCO2↓；重度 ARDS 的晚期， PaO2↓, PaCO2↑ （由 I 型呼衰转为 II 型呼衰）。

病因病因 直接原因直接原因：致病因素由气道进入，如烟雾、毒气的

吸入；严重肺部感染、肺挫伤等。 间接原因间接原因：通过细胞或体液机制，经循环引起肺

泡 - 毛细血管膜病变，如休克、 DIC 、大面积烧伤、败血症等）。

由冠状病毒引起的严重急性呼吸道综合征 (severe

acute respiratory syndrome, SARS) 危重者往往出现ARDS 。

致病因子致病因子

肺内分流肺内分流

支气管痉挛支气管痉挛

死腔样通气死腔样通气

肺血管收缩肺血管收缩微血栓形成微血栓形成

通气障碍通气障碍

肺水肿肺水肿 肺不张肺不张

肺泡－毛细血管膜损伤肺泡－毛细血管膜损伤

炎症反应失控炎症反应失控

弥散障碍弥散障碍

透明膜形成透明膜形成

发病机制发病机制 单核单核 -- 巨噬细胞系统巨噬细胞系统中性粒细胞、血小板中性粒细胞、血小板血管内皮细胞血管内皮细胞肺泡上皮细胞肺泡上皮细胞

低氧血症低氧血症

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，其共同特征是不可逆性气流受阻。 COPD 是导致慢性呼衰的最常见病因。多为 II 型呼衰。

慢性阻塞性肺病慢性阻塞性肺病（（ Chronic obstructive pulmonary Chronic obstructive pulmonary

disease,COPDdisease,COPD ））

管壁增厚、管腔狭窄→阻塞性通气不足 →通气功 肺纤维化肺泡顺应性↓→限制性通气不足 能障碍COPD→ 气道阻塞严重的肺泡→功能性分流 部分 Cap 内微血栓形成→死腔样通气 →换气功能障碍 弥散面积↓间质纤维化→弥散障碍

COPDCOPD 引起引起 RFRF 的机制的机制

第五节 第五节 呼衰的防治原则呼衰的防治原则

防治原发病，去除呼衰的诱因防治原发病，去除呼衰的诱因 纠正缺氧纠正缺氧 Ⅰ 型呼衰可吸高浓度氧（ < 50% ）；Ⅱ型呼衰只能低浓度（ < 30% ）、低流量持续给氧。

改善通气改善通气 1.解除呼吸道梗阻 2. 增强呼吸动力 3.人工辅助呼吸（Ⅱ型呼衰避免通气量过大） 改善内环境及重要器官的功能改善内环境及重要器官的功能