病理生理学 16-肺功能不全

1第十六章肺功能不全

RespiratoryInsufficiencyInternalRespirationExternalRespirationGasTransport

外呼吸功能严重障碍导致PaO2↓，伴有或不伴有PaCO2↑的病理过程。诊断标准：PaO2<60mmHg(8kPa)orPaCO2>50mmHg(6.67kPa)RFI=PaO2/FiO2≤300呼吸功能不全(respiratoryinsufficiency)呼吸衰竭按动脉血气：低氧血症型（I型）伴低氧的高碳酸血症型（II型）按发病机制：通气性、换气性按病变部位：中枢性、外周性按发生快慢和持续时间：急性、慢性呼吸衰竭的分类第一节病因和发病机制外呼吸功能障碍肺通气功能障碍肺换气功能障碍限制性通气不足阻塞性通气不足肺通气功能障碍肺通气指肺泡气与外界气体交换的过程。静息时，成人每分钟肺通气量为6L。减去其中1/3的死腔通气，每分钟肺泡有效通气量4L。肺泡有效通气量是能够直接进行气体交换的通气量。一、肺通气功能障碍肺通气的动力减弱或阻力增加通气动力：呼吸肌舒缩通气阻力：弹性阻力(顺应性的倒数)

非弹性阻力(气道阻力等)层流气道阻力=气道长度×气体黏度×流速/πR4一、肺通气障碍的病因及发病机制慢性呼吸道疾病最常见：COPD、哮喘、肺结核、肺炎肺血管疾病：肺栓塞胸廓与胸膜病变：气胸、胸廓畸形神经系统及呼吸肌肉疾病：脑血管病变、脑炎、脊髓灰质炎、多发性神经炎

呼吸中枢兴奋脊髓吸气肌收缩胸廓扩张肺泡扩张肺本身不具有舒缩能力，它的扩张与缩小依赖于胸廓的扩张与缩小。吸气时，膈肌与肋间外肌等吸气肌收缩使胸廓扩张，从而使得肺泡扩张。平静时呼气主要由于膈肌与肋间外肌的被动舒张，用力呼气时，除了吸气肌舒张外，还由肋间内肌与腹肌等呼气肌收缩来协同。呼吸肌的收缩和舒张是肺通气的直接动力。呼吸肌收缩使胸廓和肺扩张时，需克服组织的弹性阻力。肺的弹性阻力是使肺趋于萎陷的弹性回缩力。胸廓的弹性在静息呼气末时是使胸廓扩大的力量，但当吸气到肺活量的75%以上时，胸廓对吸气也构成弹性阻力。

因此，弹性阻力的大小直接影响肺和胸廓在吸气时是否易于扩张。肺与胸廓扩张的难易程度通常以顺应性来表示，它是指在外力作用下弹性组织的可扩张性。顺应性是指弹性阻力的倒数。弹性阻力包括肺和胸廓的弹性阻力，两者构成平静时呼吸的主要阻力，约占总阻力的70%。肺的顺应性主要取决于肺的弹性回缩力。肺泡的弹性回缩力是由肺组织本身的弹性结构和肺泡表面张力所决定。肺泡表面张力有使肺泡回缩的作用。

生理情况：由肺泡Ⅱ型上皮细胞分泌一种脂蛋白混合物的表面活性物质覆盖于肺泡和呼吸性细支气管液层表面。它能降低肺泡表面张力，降低肺泡回缩力，提高顺应性。肺泡表面活性物质的生理功能：降低肺泡表面张力，保证大、小肺泡的稳定性。

由于肺通气的动力减弱和弹性阻力增加，造成肺泡的扩张受限制所引起的肺泡通气不足。（1）呼吸肌活动障碍：

中枢或周围神经器质性病变

呼吸中枢抑制

呼吸肌本身收缩功能障碍(一)限制性通气不足（2）胸廓顺应性降低（3）肺的顺应性降低严重肺纤维化肺表面活性物质减少（4）胸腔积液和气胸原因机制顺应性↓呼吸中枢抑制呼吸肌不能收缩呼吸动力↓胸廓及胸膜疾患限制性通气障碍肺组织变硬胸腔积液和气胸压迫肺中枢或周围神经器质性病变：

脑外伤、脑血管意外、脑炎、脊髓灰质炎、多发性脊神经炎、过量镇静药、安眠药、麻醉药

呼吸中枢抑制呼吸肌本身收缩功能障碍：长时间呼吸困难和呼吸运动增强引起的呼吸肌疲劳营养不良所致呼吸肌萎缩低钾血症缺氧酸中毒呼吸肌无力呼吸中枢抑制呼吸肌不能收缩

如严重的胸廓畸形、胸膜纤维化等可限制胸部扩张。严重肺纤维化或肺泡表面活性物质减少,可降低肺顺应性限制性通气不足肺泡扩张的弹性阻力增大肺泡表面活性物质减少——限制性通气不足

胸腔大量积液或张力性气胸,压迫肺,使肺扩张受限。胸廓顺应性降低肺顺应性降低胸腔积液和气胸新生儿呼吸窘迫综合征成人呼吸窘迫综合征II型肺泡上皮发育不全急性受损表面活性物质合成分泌不足表面活性物质过度消耗、稀释、破坏呼吸道阻塞或狭窄，气道阻力增加。气道阻力(正常人平静呼吸)：

80%:直径>2mm气管

20%:直径<2mm气管病因：气管痉挛、肿胀、纤维化、渗出物、异物、肿瘤、气道内外压力改变(二)阻塞性通气不足

中央性：指气管分叉处以上的气道阻塞。又分为胸外与胸内阻塞2种。外周性：内径小于2mm的小支气管阻塞。常见于慢性阻塞性肺疾病(COPD)气道阻塞(1)中央性气道阻塞呼气吸气中央性气道阻塞－位于胸外

引起吸气性呼吸困难，出现三凹征呼气吸气中央性气道阻塞－位于胸内

引起呼气性呼吸困难气道特点：无软骨支撑、管壁薄、与肺泡紧密相连，随着吸气与呼气时跨壁压力的改变其内径随之扩大和缩小。常见于COPD。COPD引起气道阻塞机理：管壁增厚、顺应性降低和痉挛管腔内的分泌物堵塞肺泡壁破坏对细支气管牵引力降低周围组织增生纤维化压迫(2)外周性气道阻塞：

内径小于2mm的小支气管阻塞。外周性气道阻塞用力呼气时等压点移向小气道02520+353520202030正常人020+3525202020肺气肿慢性支气管炎0+3535202020202020102010151015

用力呼气时，胸内压、气道内压大于大气压，推动肺泡内气体沿气道呼出，在此过程中，气道内压从肺泡到鼻、口腔进行性下降。因此，在呼出的气道上必定有一点气道内压与胸内压相等，这一点被称为等压点。用力呼气时，正常人的等压点位于有软骨支撑的较大气道。等压点移向小气道

慢性支气管炎、肺气肿;主要侵犯小气道，不仅使管壁增厚、痉挛、顺应性降低，而且管腔被分泌物堵塞，肺泡壁的损坏降低对细支气管的牵引力。

由于气道内阻力异常增加，从而使等压点上移（移向肺泡端）。当等压点移至无软骨支撑的膜性气道时，导致小气道压缩而闭合。肺泡通气不足时的血气变化:

PaO2↓,PaCO2↑PaCO2的增值与PaO2的降值成一定的比例关系，

其比值相当于呼吸商（R）R=PACO2×

VA(PiO2–PAO2)×VARPACO2

PAO2=PiO2–肺泡通气不足时的血气变化肺泡通气障碍时PaO2和PaCO2与呼吸商R的关系PaO2(kPa)12608404481220单纯通气障碍R=0.8PaO280100正常范围分流PaCO2（HHmg）PaCO2(kPa)最低可耐受值PO2PaCO2是反映总肺泡通气量变化的最佳指标。如VCO2不变，PaCO2与VA成反比。PaCO2=PACO2=VA0.863XVCO2

PACO2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）,如Vco2不变，只要通气减少，PACO2必增，而肺泡毛细血管末端血液二氧化碳分压几乎和PACO2相等，故PaCO2增高是反映肺通气功能不足的最佳指标。解剖分流增加通气血流比例失调弥散障碍肺换气功能障碍二、(一)弥散障碍

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弥散速度=气体分压差×弥散常数×弥散面积/

弥散膜厚度

弥散常数=气体在血中溶解度/分子量弥散量取决于弥散速度、血液与肺泡接触时间肺泡膜面积减少肺泡膜厚度增加弥散时间缩短肺泡红细胞毛细血管血浆（一）弥散障碍

肺泡膜面积减少

成人肺泡膜总面积80m2，平静呼吸35～40m2肺实变、肺不张、肺叶切除等（减少面积>50%）弥散障碍的原因

肺泡膜厚度增加

肺泡膜薄部<1μm，肺泡腔到红细胞膜<5μm

肺水肿、肺纤维化、肺泡透明膜形成

弥散时间缩短

肺泡膜病变＋心输出量增加和肺血流加快正常与肺泡膜增厚时Hb氧合所需时间血液流经肺泡的时间，静息时（1）、运动时（2）PO2（KPa）肺动脉肺毛细血管（1）（2）正常肺泡膜面积减少或厚度增加时间（S）肺静脉13.310.78.05.32.7000.250.50

0.75I型呼衰：PaO2↓，PaCO2

正常。原因：

O2和CO2解离曲线的差异O2和CO2弥散速度的差异（CO2快）弥散障碍时的血气变化弥散障碍时的血气变化

PaO2↓，PaCO2

正常。原因：CO2溶解度大，弥散速度快

在肺内由静脉血变成动脉血时，每100ml血中的Hb释放出8ml左右的CO2，而在肺内由静脉血变成动脉血时，每100ml血中的Hb能结合的O2仅仅只有3－5ml左右，而且受血氧饱和度的影响，再也不能增加了。O2和CO2解离曲线的差异

CO2在水中的溶解度比O2大24倍，故CO2的弥散系数是O2

的21倍，而CO2

的弥散速度（弥散系数与分压差的乘积）通常比O2

约大一倍。由于CO2

的弥散速度比O2

快，能够较快的弥散入肺泡，因此只要肺泡通气量是正常的，单纯弥散障碍时PaCO2多是正常的。O2和CO2弥散速度的差异(二)肺泡通气与血流比例失调

为肺部疾患引起呼吸衰竭最常见最主要的机制正常：VA/Q=0.8范围：0.6~3.0L/min血流量通气量(％肺容量)VA/Q肺泡容积

功能性分流

(functionalshunt)

静脉血掺杂(venousadmixture)气道阻塞限制性通气障碍肺泡通气不足血流未减少，甚至增多下降VA/Q1、部分肺泡通气不足

因通气障碍引起部分肺泡通气严重不足，但血流量未相应减少，VA/Q

显著降低，以致流经该部分肺泡的静脉血未经充分氧合便掺入动脉血中，称静脉血掺杂，因类似动－静脉短路，故又称功能性分流◆功能性分流见于 慢性阻塞性肺疾病、肺纤维化、肺水肿等◆正常成人 功能性分流约占肺血流量3%◆慢性阻塞性肺疾病占30%～50%，→肺换气(-)VA/Q下降部分肺泡通气不足时血气的变化肺泡通气量VAVA/QPaO2动脉血氧含量CaO2PaCO2动脉血CO2含量CaCO2

NNNN病肺健肺全肺肺动脉栓塞、肺动脉炎症、肺毛细血管床大量破坏等可使流经该部分肺泡的血液量减少，而通气相对良好，VA/Q比可显著大于正常，患部肺泡血流少而通气多，肺泡通气不能充分被利用，称为死腔样通气。生理死腔：占潮气量30%疾病时功能性死腔：高达60%～70%2、部分肺泡血流不足部分肺泡血流不足时血气的变化肺泡血流量QVA/QPaO2动脉血氧含量CaO2PaCO2动脉血CO2含量CaCO2

NNNN病肺健肺全肺VA/Q正常VA/Q增大VA/Q减小通气/血流比值及其变化示意图Ⅰ型呼衰：PaO2↓，PaCO2

正常原因：

O2和CO2解离曲线的差异O2和CO2弥散速度的差异

机制:换气障碍为主，通气过程基本正常）VA/Q失调的血气变化解剖分流增加生理解剖分流：一部分支气管静脉回流肺静脉；肺内动-静脉交通支；其分流量约占心输出量的2%-3%肺实变、肺不张、支气管扩张症伴支气管血管扩张和肺内动-静脉短路开放，使解剖（真性）分流增加(anatomic/trueshunt)，而发生呼衰。3、解剖分流增多

肺的严重病变，如肺实变和肺不张等,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，也称为真性分流。

吸入纯氧30min后可有效地提高功能性分流的PaO2，而对真正分流的PaO2则无明显改善作用。

综上可见，换气功能障碍时，可因代偿性呼吸加强增加肺总通气量而只引起低氧血症型呼吸衰竭；总肺泡通气量不足则会合并高碳酸血症。

呼吸衰竭的发病机制中，各因素往往同时存在或相继发生作用。小结通气障碍通常引起Ⅱ型呼衰换气障碍通常引起Ⅰ型呼衰临床上常为多种机制参与，如休克肺

包括限制性和阻塞性2种类型。由弥散障碍、通气/血流比例失调、解剖分流增加引起。原因与发病机制小结急性呼吸窘迫综合征acuterespiratorydistresssyndrome,ARDS

急性弥漫性肺泡-毛细血管膜损伤外呼吸功能严重障碍（急性呼吸衰竭）

原因：①化学性因素：吸入毒气、烟雾、胃内容物②物理性因素：放射性损伤，广泛的肺挫伤③生物因素：冠状病毒④全身性病理过程：严重感染、败血症、休克、大面积烧伤⑤某些治疗措施所致：体外循环，血液透析

急性肺损伤（ALI）引起的急性呼吸衰竭ALI形成机制

肺泡-毛细血管膜损伤

①致病因子对肺泡膜的直接损伤作用②激活的白细胞、巨噬细胞和血小板的间接损伤作用③大量中性粒细胞黏附、聚集、释放④肺血管内微血栓形成进一步引起肺损伤

①渗透性肺水肿，肺弥散功能障碍②肺泡表面活性物质↓顺应性↓形成肺不张③水肿液阻塞、支气管痉挛导致肺内分流↑④肺内DIC形成及炎性介质引起的肺血管收缩可导致死腔样通气↑

V/Q失调(ARDS致呼衰的主要发病机制）

ARDS引起呼衰的机制

肺严重水肿、出血。肺泡内透明膜形成。肺不张。肺微循环障碍（血管收缩、微血栓形成等）。肺血管内皮细胞及肺泡II型上皮细胞肿胀、变性、坏死等ARDS主要病理变化特征通气血流比例失调限制性通气障碍阻塞性通气障碍肺血管病变部分肺泡通气不足功能分流增加部分肺泡血流不足死腔通气增加PaO2、CaO2，PaCO2正常或换气障碍型呼衰（I型呼衰）弥散障碍ARDS呼吸衰竭发生机制

随着肺损伤加重，肺泡通气障碍范围扩大，最终可导致总肺通气量减少，PaCO2因而升高，ARDS由I型呼衰乃演变为II型呼衰。

ARDS引起呼吸衰竭的机制

V/Q失调是呼衰主要机制炎症造成肺泡—毛细血管膜损伤肺水肿肺不张支气管痉挛

肺血管收缩、微血栓通气障碍和功能分流弥散障碍死腔样通气呼吸衰竭(Ⅰ或Ⅱ型)致病因子单核-巨噬系统激活细胞损伤血小板激活解剖分流增加

肺泡膜内皮细胞损伤致病因子释放中性粒细胞趋化因子中性粒细胞聚集，释放氧自由基、蛋白酶、炎症介质肺水肿死腔样通气肺泡Ⅱ型上皮细胞损伤表面活性物质合成支气管痉挛血管收缩微血栓肺泡膜通透性肺不张功能性分流PaO2PaCO2ARDS发生机制慢性阻塞性肺疾病

（chronicobstructivepulmonarydisease,COPD

）

指慢性支气管炎、肺气肿导致气流受阻为特征的一类疾病。

COPD的气流受阻常呈进行性发展，肺呼吸功能进行性减退，逐渐发展为呼吸衰竭。

COPD是导致慢性呼吸衰竭最主要的原因。COPD引起慢性呼吸衰竭的机制

小气道管壁肿胀、痉挛、堵塞，气道等压点上移牵拉肺泡作用减小；肺泡表面活性物质减少；呼吸肌疲劳肺泡弥散面积减少弥散膜炎性增厚

通气-血流比例失调弥散障碍

阻塞性通气不足

限制性通气不足

换气功能障碍气道病变和肺小血管病变呈非均匀性分布慢性阻塞性肺病支气管壁肿胀痉挛、堵塞,气道等压点上移肺泡表面活性物质呼吸肌衰竭肺泡弥散面积肺泡膜炎性增厚

肺泡低通气肺泡低血流呼吸衰竭阻塞性通气障碍限制性通气障碍弥散功能障碍通气血流比例失调

COPD早期主要因换气功能障碍而引起Ⅰ型呼吸衰竭。以后大多发展为全肺总通气量不足而导致Ⅱ型呼吸衰竭。阻塞性通气障碍是COPD通气不足的主要原因。第二节呼吸衰竭时主要功能代谢变化

PaO2

＜60mmHg代偿反应为主＜30mmHg代谢、机能严重紊乱

PaCO2

＞50mmHg

代偿反应为主＞80mmHg

代谢机能严重紊乱酸碱平衡及电解质紊乱呼吸系统变化循环系统变化中枢神经系统变化肾功能变化胃肠变化

酸碱平衡及电解质紊乱代谢性酸中毒

缺氧时无氧代谢加强，乳酸等酸性代谢产物增多代谢性碱中毒 人工呼吸机过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+浓度升高血清氯浓度降低呼吸性碱中毒

Ⅰ型呼衰病人伴过度通气，血钾降低、血氯增高呼吸系统变化低氧血症和高碳酸血症对呼吸中枢的影响

PaO2↓<60mmHg反射性兴奋呼吸中枢

PaO2↓<30mmHg直接抑制呼吸中枢

PaCO2↑>50mmHg直接兴奋呼吸中枢

PaCO2↑>80mmHg直接抑制呼吸中枢（此时呼吸运动主要依靠PaO2对外周化学感受器的刺激得以维持）。

PaO2<60mmHg

PaCO2>50mmHg

外周化学感受器中枢化学感受器呼吸中枢兴奋呼吸加深加快

PaO2<30mmHgPaCO2>80mmHg

抑制呼吸中枢

一定程度的低氧血症、高碳酸血症及酸中毒可使通气加强，具有代偿意义；当PaO2低于4kPa(30mmHg)或PaCO2超过10.7kPa(80mmHg)时抑制呼吸中枢。呼吸衰竭时呼吸的幅度、频率及节律可出现明显变化，通常发生呼吸困难。引起呼吸衰竭的原发疾病可导致呼吸运动型式的变化。

慢性II型呼衰给氧原则

氧疗只宜吸入较低浓度（30%）、低流速的氧，维持PaO2在60mmHg左右

，避免缺氧完全纠正后反而抑制呼吸。！循环系统变化

轻、中度→心血管中枢兴奋：心率↑、心收缩力↑、外周血管收缩、全身血液重新分配。 （循环系统的代偿反应）重度→心血管中枢抑制：心率失常、心收缩力↓、外周血管扩张（肺血管收缩）、血压↓。

肺源性心脏病：肺的慢性器质性病变在引起呼吸衰竭的同时，可引起右心负荷增加，进而引起右心肥大和心力衰竭。发生机制：1、肺动脉压升高

缺氧、酸中毒→肺小血管收缩→肺A压升高→增加右心后负荷

2、持久稳定的慢性肺动脉高压

肺小血管长期收缩、缺氧→肺血管平滑肌细胞、成纤维细胞增生；胶原蛋白、弹性蛋白合成增多→持久稳定的慢性肺A高压.

3、代偿性红细胞增多症→血液粘度增高肺血管床的大量破坏→肺动脉高压缺氧、酸中毒降低心肌舒缩功能胸内压升高使心