外呼吸功能障礙引起的直接效應(yīng)是血液氣體的變化，即PaO2降低或同時伴有PaCO2增高或降低。呼吸衰竭時機(jī)體各系統(tǒng)的機(jī)能變化的最重要的原因就是低氧血癥，高碳酸血癥和酸堿平衡紊亂。低氧血癥和高碳酸血癥對機(jī)體的影響取決于其發(fā)生的急緩、程度、持續(xù)的時間以及機(jī)體原有的機(jī)能代謝狀況等。在發(fā)病過程中，尤其是在病程遷延的慢性呼吸衰竭病人，常出現(xiàn)一系列代償適應(yīng)反應(yīng)，可改善組織的供氧，并調(diào)節(jié)酸堿平衡，或改變組織器官的機(jī)能代謝以適應(yīng)新的環(huán)境。嚴(yán)重時，呼吸系統(tǒng)以外的器官也可發(fā)生功能紊亂，甚至成為死亡的直接原因。
呼吸衰竭時必定有血液氣體的變化，有時因原發(fā)疾病的掩蓋，呼吸衰竭本身引起的臨床表現(xiàn)可不明顯，但根據(jù)血液氣體的變化可判斷是否發(fā)生了呼吸衰竭。由于病變部位、性質(zhì)與程度以及機(jī)體反應(yīng)性和代償功能的不同，呼吸衰竭時的血液氣體變化也可不全相同，大致有下列四種類型：
各種原因只要引起總肺泡通氣量不足，就會使肺泡氣氧分壓（PAo2)下降和肺泡氣二者氧化碳分壓（PAco2))增高，流經(jīng)肺泡毛細(xì)血管的血液不能充分動脈化，因而必然導(dǎo)致（Pao2)降低和PAco2增高。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),可以下式表示之，PAco2＝0.86×Vco2/VA。如Vco2不變，只要通氣減少，PAco2必增，而肺泡毛細(xì)血管末端血液的二氧化碳分壓幾乎和PAco2相等，故Paco2增高是全肺通氣不足的特征。根據(jù)肺泡氣體公式(Pao2=Pio2-PAco2/R,如吸入氣氧分壓(Pio2)為150mmHg，當(dāng)通氣減少一半時，PAco2即由正常的5.33kPa（40mmHg)增至10.7kPa（80mmHg)。在R（即RQ，呼吸商)為0.8時，PAo2就由15.3kPa（100mmHg)降至6.67kPa（50mmHg)。這種變化反映在動脈血液氣體分壓也有相似的變化，即Pao2下降和Paco2上升，二者呈一定比例地加重（圖13－4A)。通常見于呼吸中樞抑制與中央氣道狹窄阻塞等所引起的通氣不足時。
這種血液氣體的變化可見于下列情況：
1.肺泡通氣血流比例失調(diào)肺功能分流增加時，流經(jīng)此處的靜脈血不能充分動脈化，因此氧分壓降低二氧化碳分壓增高。由于Paco2升高剌激中樞化學(xué)感受器以及PaO2降低剌激主動脈體，頸動脈體化學(xué)感受器，故呼吸快速，每分通氣量增加，代償性過度通氣的肺泡的PAo2增高而PAco2降低，血液流經(jīng)這些肺泡，其氧分壓也會有所增高，二氧化碳分壓也必然降低。混合的肺靜脈血最終往往是氧分壓低于正常，而二氧化碳分壓正�；蚵杂薪档�。死腔樣通氣增多時，病變區(qū)域的血液固然可以充分氧合，但浪費(fèi)了通氣，其余肺泡就會相對通氣不足，因而也出現(xiàn)功能分流增加，其血液氣體變化也是PaO2降低而PaCO2變動較�。▓D13－4C)。
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圖13－4 呼吸衰竭時不同類型的血?dú)庾兓疉. PaO2↓PaCO2↑，二者變動值呈一定比例B. PaO2↓PaCO2↑，二者變動值不呈一定比例C.PaO2↓PaCO2，不變E. D用氧后D.PaO2↓PaCO2明顯降低 F. B用氧后
部分肺泡通氣血流比例失調(diào)時，往往只引起低氧血癥而無高碳酸血癥，主要是由血液二氧化碳解離曲線和氧離曲線的特性所決定。在PaCO2相當(dāng)于5.00-8.00kPa(40-60mmHg)時，血液二氧化碳分壓改變與二氧化碳的含量改變幾乎呈直線關(guān)系（圖13－5)，在代償性過度通氣的肺泡，只要PAco2降低，血液中二氧化碳就可得到更多的排除，因此可以代償那些通氣不足的肺泡所造成的二氧化碳潴留。而氧離曲線的特點(diǎn)則與此不同。當(dāng)氧分壓為13.3kPa(100mmHg)時，血氧飽和度已達(dá)95～98％，過度通氣的肺泡即使提高了氧分壓，流經(jīng)的血液氧飽和度和氧含量的增加也是極微少的，因此不能代償通氣不足的肺泡所造成的低氧血癥（圖13－6)。
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圖13－5 血液二氧化碳解離曲線圖中kPa相當(dāng)于mmHg的數(shù)值kPa mmHg
| 2.67 | 20 |
| 5.33 | 40 |
| 8.00 | 60 |
| 10.7 | 80 |
| 13.3 | 100 |
| 16.0 | 120 |
| 18.67 | 140 |
肺順應(yīng)性降低引起的限制性通氣障礙的患者，呼吸常加快，總通氣量可增加。同時因其病變常不是均勻一致的，還有肺泡通氣血流比例失調(diào)，故體內(nèi)二氧化碳可化償性地排出增多，其血液氣體變化亦常為Pao2下降，而Paco2不變或略低。
功能性分流增加和死腔樣通氣增多引起的缺氧，都可用吸入高濃度氧治療得到緩解。肺內(nèi)短路也可引起類似功能分流的血?dú)庾兓ㄎ敫邼舛妊醪荒芨淖內(nèi)毖酢?/p>
2.彌散障礙肺泡膜面積減少、厚度增加或通透性降低時，除因同時存在的肺泡通氣血流比例失調(diào)可引起低氧血癥外，嚴(yán)重時本身也可因氧從肺泡彌散到血液的過程受阻而使PaO2下降。但因二氧化碳的彌散能力很強(qiáng)（約比氧大20倍)其排出受影響較小，故PaCO2多正常，甚至因?yàn)榇鷥斝酝膺^度而有所下降。這類病人吸入高濃度氧也可解除低氧血壓。
彌散障礙與肺泡通氣血流比例失調(diào)都使換氣不能有效地進(jìn)行，因此Pao2低于PAo2，PAo2和Pao2的差值增大是它們的共同特征。
這種血液氣體變化可見于下列情況：
1.胸廓順應(yīng)性降低引起的限制性通氣不足 由于胸廓的病變常不對稱均勻，故此時呼吸衰竭的發(fā)病機(jī)制，不僅是肺泡通氣不足，還有肺泡通氣血流比例失調(diào)。此時，胸廓的的病變又限制了通氣反應(yīng)，使之不能充分加強(qiáng)，二氧化碳雖可代償性排出一部分，但又排出不足，故血液氣體變化為Pao2降低，PaCO2上升，但二者的變化不是一致的比例關(guān)系，其中以Pao2下降程度較為嚴(yán)重（圖13－4B)。
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圖13－6 肺泡通氣與肺泡PO2、肺泡Pco2、
動脈血氧飽和度和動脈血pH的關(guān)系
2.慢性阻塞性肺疾患由于此時外周小氣道阻塞等病變也不均勻一致，故肺泡www.gydjdsj.org.cn/rencai/通氣血流比例明顯失調(diào)。這是導(dǎo)致血液氣體異常的重要機(jī)制。血液氣體變化除可表現(xiàn)為Pao2降低Paco2不變外，在有些患者可能因中樞神經(jīng)系統(tǒng)反應(yīng)性不同而使增強(qiáng)通氣的反應(yīng)有www.med126.com所減弱，故不僅有Pao2降低，而且早期就有Paco2升高，只是Paco2變動程度小于Pao2變動的程度，二者不呈固定的比例關(guān)系。這些慢性呼吸衰竭患者因肺泡通氣血流比例失調(diào)而CO2增強(qiáng)呼吸的作用又減弱，故Paco2升高，直到每分鐘產(chǎn)生的CO2全由通氣良好的肺泡排出，則又可使二氧化碳的生成和排出在高Paco2水平上達(dá)到新的平衡，因此Paco2可較長期維持于較高水平，患者尚能繼續(xù)生存。
在肺泡通氣血流比例失調(diào)引起呼吸衰竭的患者中，有些在Pao2下降的同時Paco2也明顯降低（圖13－4D)。這種情況可見于成人呼吸窘迫綜合征和肺廣泛纖維性變等。血液氣體的這種變化，可能是由于此時肺間質(zhì)中感受器受到強(qiáng)烈刺激而反射性引起通氣極度加強(qiáng)所致，故即使糾正缺氧，通氣過度仍可持續(xù)存在。
呼吸衰竭時，不僅因外呼吸障礙可引起酸堿平衡紊亂，而且還可因并發(fā)腎功能障礙、感染、休克以及某些治療措施不當(dāng)?shù)纫蛩囟霈F(xiàn)不同類型的酸堿平衡紊亂。因此患者的表現(xiàn)可能是多樣的。由于外呼吸功能嚴(yán)重障礙本身引起的有呼吸性酸中毒、呼吸性堿中毒、代謝性酸中毒或呼吸性酸中毒合并代謝性酸中毒。
（一)呼吸性酸中毒 Ⅱ型呼吸衰竭時，大量二氧化碳潴留，可造成原發(fā)性血漿碳酸過多。發(fā)病急驟者，往往代償不全而出現(xiàn)失代償性呼吸性酸中毒，如發(fā)病較緩慢，則可出現(xiàn)代償性呼吸性酸中毒。此時血液電解質(zhì)主要有如下的變化。①血清鉀濃度增高：急性呼吸性酸中毒時，主要是由于細(xì)胞內(nèi)外離子分布改變，細(xì)胞內(nèi)鉀外移而引起血清鉀濃度增高；慢性呼吸性酸中毒時，則是由于腎小管上皮細(xì)胞泌氫和重吸收碳酸氫鈉增多而排鉀減少，故也可導(dǎo)致血清鉀濃度增高。②血清氯濃度降低，碳酸氫根增多；當(dāng)血液中二氧化碳潴留時，在碳酸酐酶及緩沖系統(tǒng)作用下，紅細(xì)胞中生成碳酸氫根增多，因而進(jìn)入血漿的碳酸氫根也增多，同時發(fā)生氯轉(zhuǎn)移，血漿中氯離子進(jìn)入紅細(xì)胞增多，因此血清氯離子減少而碳酸氫根增加。另一方面，由于腎小管泌氫增加，碳酸氫鈉重吸收和再生增多，而較多氯離子則以氯化鈉和氯化銨的形式隨尿排出，因而也可引起血清氯離子減少和碳酸氫根增多。
（二)代謝性酸中毒或呼吸性酸中毒合并代謝性酸中毒 由于嚴(yán)重缺氧，無氧代謝加強(qiáng)，酸性代謝產(chǎn)物增多，可引起代謝性酸中毒，或呼吸性酸中毒合并代謝性酸中毒。如患者合并腎功能不全或感染、休克等、則因腎臟排酸保堿功能障礙或體內(nèi)固定酸產(chǎn)生增多，將更加重代謝性酸中毒。此時血清鉀濃度增高可更明顯。
（三)呼吸性堿中毒 Paco2明顯下降的患者，可因原發(fā)性碳酸過低而發(fā)生呼吸性堿中毒，由于發(fā)病急驟，故多為失代償性呼吸性堿中毒。此時因細(xì)胞外鉀離子進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，可發(fā)生血清鉀濃度降低。由于二氧化碳排出過多，血漿中碳酸氫根移入紅細(xì)胞增多，氯離子則轉(zhuǎn)移至紅細(xì)胞外，加之腎排出氯也減少，故血清氯濃度增高。血漿碳酸氫根則因移入紅細(xì)胞以及腎小管重吸收和再生碳酸氫鈉減少而濃度降低。
此外，某些呼吸衰竭患者可以發(fā)生代謝性堿中毒，多屬醫(yī)源性，發(fā)生于治療過程中或治療后。如使用人工呼吸機(jī)，過快排出大量二氧化碳，而原來代償性增加的碳酸氫根又不能迅速排出，因此發(fā)生代謝性堿中毒；由于鉀攝入不足、應(yīng)用排鉀利尿劑和腎上腺皮質(zhì)激素等可導(dǎo)致低鉀癥性堿中毒等。
呼吸衰竭病人的呼吸功能變化，很多是由原發(fā)疾病引起的。如阻塞性通氣障礙時，由于氣流受阻，呼吸可減慢。隨著阻塞部位的不同，以及阻塞是可變還是固定，呼氣與吸氣困難的程度亦可不一。在肺順應(yīng)性降低的疾病，則因牽張感受器或肺-毛細(xì)血管旁感受器（juxtapulmonary-capillary receptor,J感受器)興奮而反射地引起呼吸淺快。中樞性呼吸衰竭可出現(xiàn)呼吸淺慢，或出現(xiàn)潮式呼吸、間歇呼吸、抽泣樣呼吸、吸氣樣呼吸、下頜呼吸等呼吸節(jié)律紊亂。
外呼吸功能障礙造成的低氧或高碳酸血癥可進(jìn)一步影響呼吸功能。Pao2降低作用于頸動脈體與主動脈體化學(xué)感受器（其中主要是頸動脈體化學(xué)感受器)，反射性增加通氣，但此反應(yīng)要Pao2低于8.0kPa(60mmHg)時才明顯。二氧化碳潴留主要作用于中樞化學(xué)感受器，使呼吸中樞興奮，從而引起呼吸加深加快，增加肺泡通氣量。但Pao2低于4.0kPa(30mmHg)時或Paco2超過12.0kPa(90mmHg)時，將損害或抑制呼吸中樞。
在慢性Ⅱ型呼吸衰竭病人，隨著低氧血癥和高碳酸血癥發(fā)展的逐漸嚴(yán)重，其呼吸調(diào)節(jié)也將發(fā)生變化：此類病人的中樞化學(xué)感受器常被抑制而對二氧化碳的敏感性降低，此時引起通氣的沖動大部來自缺氧對外周化學(xué)感受器的剌激。如果給予高濃度的氧吸入，則雖可緩解低氧血癥，但卻因此解除了缺氧反射性興奮呼吸中樞的作用，故易招致呼吸進(jìn)一步的抑制，使通氣更減弱而二氧化碳的潴留更加重。此外，吸入高濃度氧使血氧飽和度回升后，由于霍爾登（Haldane)效應(yīng)使二氧化碳解離曲線向右下移動（圖13－5)，也可引起Paco2進(jìn)一步增高。
呼吸衰竭時，由于低氧血癥與高碳酸血癥的作用，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能可發(fā)生明顯變化，輕度時可使興奮性升高，嚴(yán)重時將發(fā)生一系列中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能障礙，直接威脅生命。低氧血癥和高碳酸血癥的作用很難截然分開。
中樞神經(jīng)對缺氧很敏感，故最易受損。Pao2為8.0kPa(60mmHg)時可出現(xiàn)智力和視力輕度減退。如Pao2迅速降至5.33～6.66kPa(40～50mmHg)以下時，就會引起一系列神經(jīng)精神癥狀，如頭痛、不安、定向與記憶障礙、精神錯亂、嗜睡，以致驚厥和昏迷，Pao2低于2.67kPa(20mmHg)時,只需幾分鐘就可造成神經(jīng)細(xì)胞的不可逆性損害。
二氧化碳潴留發(fā)生迅速而嚴(yán)重時，也能引起嚴(yán)重的中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，稱為二氧化碳麻醉。一般認(rèn)為，當(dāng)Paco2超過10.7kPa(80mmHg)時，可引起頭痛，頭暈、煩躁不安、言語不清、撲翼樣震顫、精神錯亂、嗜睡、昏迷、抽搐等。其可能的作用機(jī)制如下：
（一)二氧化碳直接作用于腦血管，使之?dāng)U張。一般認(rèn)為Paco2升高1.33kPa(10mmHg)，腦血流量約可增50％；由此可以影響腦循環(huán)，并引起毛細(xì)血管通透性增高，其結(jié)果是腦血管充血、間質(zhì)水腫、顱內(nèi)壓升高和視神經(jīng)乳頭水腫。嚴(yán)重時還可導(dǎo)致腦疝形成。
（二)正常腦脊液的緩沖作用較血液為弱，其pH也較低（7.33～7.40)，而Pco2卻比動脈血的高，血液中的碳酸氫離子及氫離子又不易進(jìn)出腦脊液，故后者的酸堿調(diào)節(jié)需時較長。Ⅱ型呼吸衰竭病人的腦脊液中二氧化碳也增多，但因腦脊液緩沖能力差，故氫離子濃度增高的程度大于血液，繼而又可加重細(xì)胞內(nèi)酸中毒，使神經(jīng)細(xì)胞的功能發(fā)生障礙，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損，通透性增高。這些變化一方面改變神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)外離子分布，另一方面使溶酶體膜穩(wěn)定性降低，釋出的各種水解酶，能促使蛋白分解與細(xì)胞死亡。細(xì)胞內(nèi)外離子分布的改變和細(xì)胞內(nèi)蛋白分解又可使細(xì)胞內(nèi)滲透壓升高，促使腦細(xì)胞腫脹，顱內(nèi)壓升高。
目前國內(nèi)已普遍地將呼吸衰竭時由于中樞神經(jīng)功能障礙而出現(xiàn)一系列神經(jīng)精神癥狀的病理過程稱為肺性腦病。
一定程度的缺氧可反射性興奮心血管運(yùn)動中樞，從而使心率加快，心輸出量增加，皮膚及腹腔內(nèi)臟血管收縮，因而發(fā)生血液重分布和血壓輕度升高。此外，缺氧時也可間接地因通氣加強(qiáng)，胸腔負(fù)壓增大，回心血量增加而影響循環(huán)功能。這種變化在急性呼吸衰竭時較為明顯，且有代償意義。嚴(yán)重低氧血癥時，因循環(huán)中樞與心血管受損，可發(fā)生低血壓，心收縮力降低，心律失常等后果。缺氧尤其是肺泡氣氧分壓降低可使肺小動脈收縮，這是呼吸衰竭時引起肺動脈高壓與右心衰竭的主要原因。
一定程度的二氧化碳潴留可與缺氧協(xié)同作用，反射性地引起循環(huán)功能的代償性變化。二氧化碳可反射性地引起外周血管收縮，但其直接作用，則除肺動脈外多為引起血管擴(kuò)張，故二氧化碳潴留的最終效應(yīng)通常為：①皮膚血管擴(kuò)張，因而肢體皮膚溫暖紅潤，常伴大量出汗；②瞼結(jié)膜血管擴(kuò)張充血；③腦血管擴(kuò)張，腦血流量增加；④廣泛的外周血管擴(kuò)張，可引起低血壓；⑤腎與肺小動脈收縮。
呼吸衰竭可伴發(fā)心力衰竭，尤其是右心衰竭，其發(fā)生原因?yàn)榉蝿用}高壓和心肌受損。目前認(rèn)為，不論是急性或慢性呼吸衰竭，肺血管功能性改變在肺動脈高壓的發(fā)病中都具有極重要意義。缺氧（主要是肺泡氣氧分壓降低)可引起肺血管收縮，若合并二氧化碳潴留，血液氫離子濃度增高，就更可增加肺血管對缺氧的敏感性，使肺血管收縮進(jìn)一步加重，從而大大增加肺循環(huán)的阻力。如原發(fā)肺部疾病引起肺小動脈壁增厚、管腔狹窄或纖維化、肺毛細(xì)血管網(wǎng)受壓破壞與減少、毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹或微血栓阻塞等變化，則亦可增加肺循環(huán)阻力而導(dǎo)致肺動脈高壓。有的慢性呼吸衰竭患者血液中的紅細(xì)胞增多，因而血液粘滯性增高，而后者又可因合并酸中毒而加重，這也是肺動脈高壓發(fā)病的一個因素。某些患者可因血量增多，或因呼吸深快以致胸腔負(fù)壓增大，或因體循環(huán)外周血管擴(kuò)張，阻力降低，以致靜脈回流增加而加重右心負(fù)荷。呼吸衰竭引起右心衰竭的另一發(fā)病因素是心肌受損。缺氧，高碳酸血癥、酸中毒和電解質(zhì)代謝紊亂均可損害心肌。長期持續(xù)缺氧還可引起心肌變性、壞死、纖維化等病變。心肌受損加上負(fù)荷過重，就可導(dǎo)致右心衰竭。
呼吸衰竭時腎功能也可遭到損害，輕者尿中出現(xiàn)蛋白、紅細(xì)胞、白細(xì)胞及管型等。嚴(yán)重時可發(fā)生急性腎功能衰竭，出現(xiàn)少尿、氮質(zhì)血癥和代謝性酸中毒等變化。此時腎臟結(jié)構(gòu)往往無明顯變化，故常為功能性腎功能衰竭。只要外呼吸功能好轉(zhuǎn)，腎功能就可較快恢復(fù)。腎功能衰竭的基本發(fā)病機(jī)制在于缺氧與高碳酸血癥反射性引起腎血管收縮，從而使腎血流量嚴(yán)重減少。若患者并發(fā)心力衰竭、播散性血管內(nèi)凝血或休克，則腎臟的血液循環(huán)障礙將更嚴(yán)重而腎功能障礙也將加重。
嚴(yán)重缺氧可使胃壁血管收縮，因而能降低胃粘膜的屏障作用。二氧化碳潴留可增強(qiáng)胃壁細(xì)胞碳酸酐酶活性，使胃酸分泌增多，而且有的患者還可合并播散性血管內(nèi)凝血、休克等，故呼吸衰竭時可出現(xiàn)胃腸道粘膜糜爛、壞死、出血與潰瘍形成等變化。
