呼吸衰竭的病因和发病机制

正常外呼吸的维持有赖于肺通气功能、肺泡膜的弥散过程及肺泡通气与血流比值的正常。当上述环节障碍时，可导致呼吸衰竭。

（一）肺泡通气不足

肺泡通气量即有效通气量，正常成人静息时约为4．2L／min。凡能使肺通气动力下降或阻力增加的任何原因，都可引起肺泡通气不足而导致呼吸衰竭。

1．限制性通气不足　肺泡扩张受限制所引起的肺泡通气量不足称限制性通气不足，其发生机制如下。

（1）呼吸肌活动障碍导致肺通气动力不足：当脑部病变或药物使呼吸中枢受损或抑制，或神经肌肉疾患累及呼吸肌时，均可因呼吸肌收缩减弱，肺通气动力不足，以致肺泡不能正常扩张而发生肺泡通气不足。

（2）肺和胸廓病变导致弹性阻力过大：严重的肺纤维化或肺泡表面活性物质减少等，使肺弹性阻力增大，肺顺应性降低，导致限制性通气不足。胸廓或胸膜病变，如脊柱后侧凸、多发性肋骨骨折、胸膜纤维化、胸腔大量积液或张力性气胸等使胸廓弹性阻力增大，胸廓顺应性下降，限制胸廓的扩张，继之限制肺泡的扩张。

2．阻塞性通气不足　气道狭窄或阻塞引起的肺泡通气量不足称为阻塞性通气不足。气道内外压力的改变，气道平滑肌痉挛，气道黏膜肿胀，气道被黏液、渗出物、异物或肿瘤等阻塞，均可使气道内径变窄或不规则而增加非弹性阻力，引起阻塞性通气不足。气道阻塞有中央性、外周性两类。

（1）中央气道阻塞：指气管分叉处以上的气道阻塞。阻塞如发生于胸外中央气道，如急性喉炎、声带水肿、异物等，则吸气时气道狭窄加重，呼气时则因气道内压力大于大气压而可使阻塞减轻，故表现为明显的吸气性呼吸困难，出现三凹征。阻塞如发生于胸内中央气道，由于吸气时气道内压大于胸内压可使阻塞减轻，用力呼气时则可因胸内压大于气道内压而加重阻塞，故表现为呼气性呼吸困难。

（2）外周气道阻塞：指内径＜2mm的细支气管阻塞，慢性阻塞性肺病主要侵犯这些小气道，使管壁增厚、管壁顺应性降低、分泌物潴留等使气道阻力增加，常发生呼气性呼吸困难。

通气功能障碍的特点是总肺泡通气量不足，使氧的吸入和二氧化碳的排出均发生障碍，肺泡内氧分压降低和二氧化碳分压增高并存，当流经肺泡毛细血管的血液不能充分进行气体交换时，必然导致PaO2降低和PaCO2升高，常表现为Ⅱ型呼吸衰竭。

（二）肺换气障碍

肺泡气与肺泡壁毛细血管内血液进行气体交换的过程是一个物理性弥散过程。单位时间内气体的弥散量取决于肺泡膜两侧的气体分压差、肺泡膜的面积与厚度和气体的弥散能力。此外，气体总弥散量还决定于血液与肺泡膜接触的时间。肺的病变引起弥散障碍。

1．肺泡膜面积减少　正常成人肺泡膜总面积约为100m2，静息呼吸时参与换气的肺泡表面积约仅40m2，运动时增加。由于储备量大，因此只有当肺泡膜面积极度减少时，才会引起肺换气功能障碍，肺泡膜面积减少可见于肺实变、肺不胀、肺多叶切除等。

2．肺泡膜厚度增加　肺泡膜主要由肺泡上皮细胞层、毛细血管内皮细胞层及两者共有的基底膜所构成，其厚度＜1μm，正常气体交换可很快完成。当肺水肿、肺泡透明膜形成、肺纤维化、肺泡毛细血管扩张等时，肺泡膜厚度明显增加，气体弥散距离增大而影响气体交换。

3．血液与肺泡接触时间过短　正常静息时，血液流经肺泡毛细血管的时间约为0．7s，由于肺泡膜很薄，与血液的接触面又广，故只需0．3s血红蛋白即可完全氧合。当血液流经肺泡毛细血管的时间过短时，气体弥散量将下降。

4．肺泡通气与血流比值失调　有效的肺换气不仅取决于肺泡膜面积与厚度，肺泡总通气量与血流量，还要求肺泡的通气与血流配合协调。肺部疾病时肺的总通气量与总血流量有时可以正常，但是部分有病变肺的通气与血流的分布不均匀以及比值的严重失调却可使患者不能进行有效的气体交换，称肺泡通气与血流比值失调（图6-11）。这是肺部疾病引起呼吸衰竭常见的机制。肺泡通气血流比值（V／Q比值）失调有两种基本形式。

（1）部分肺泡V／Q比值降低

①功能性分流增加。支气管哮喘、慢性支气管炎、阻塞性肺气肿等引起的气道阻塞，以及肺纤维化、阻塞性肺气肿等引起的限制性通气障碍，可导致肺泡通气的严重不足，而血流无相应减少，即V／Q比值降低，流经这部分肺泡的静脉血未经充分氧合便掺入动脉血内。这种情况类似肺动-静脉短路，称功能性分流，又称静脉血掺杂。正常成人由于肺内通气分布不均形成的功能性分流约仅占肺血流量的3%。慢性阻塞性肺疾患严重时，功能性分流明显增加，可相当于肺血流量的30%～50%，因此可以严重地影响换气功能而导致呼吸衰竭。

②解剖分流增加。生理情况下肺内有一部分静脉血经支气管静脉和极少数的肺内动-静脉交通支直接流入肺静脉，属解剖分流，其血流量占心输出量的2%～3%。支气管扩张等情况下，肺内动-静脉短路大量开放，静脉血经动-静脉交通支直接流入肺静脉，使解剖分流增加。也产生静脉血掺杂。以上分流均使PaO2降低。

（2）部分肺泡V／Q比值升高：某些肺部疾患，如肺动脉压降低、肺动脉栓塞、肺血管受压等时，患部肺泡血流少而通气多，V／Q比值升高。肺泡内气体很少参与气体交换，增加了肺泡无效腔，这种情况又称死腔样通气。结果使PaO2降低。

图6-11　肺泡通气与血液比值失调模式图

单纯肺换气障碍主要表现为PaO2降低。这是因为二氧化碳的弥散速度比氧大2倍，因此在氧弥散障碍的情况下，二氧化碳仍能有效排出，维持正常的PaCO2。有时可由于缺氧的刺激引起过度通气，反而使二氧化碳排出过多，造成PaCO2下降。因此，肺换气障碍引起的是Ⅰ型呼吸衰竭。极严重时可转为Ⅱ型呼吸衰竭。

在呼吸衰竭的发病机制中，单纯的通气不足、单纯的弥散障碍、单纯的肺内短路增加或单纯的肺泡通气与血流比值失调是较少的，这些因素往往同时存在或相继发生作用。现以急性呼吸窘迫综合征（ARDS）为例加以分析。

急性呼吸窘迫综合征是在原无心肺疾患的病人因急性弥漫性肺泡膜损伤，以致外呼吸功能严重障碍而发生的急性呼吸衰竭。常见于休克、创伤、败血症和氧中毒等。其早期病变主要为严重肺水肿、出血、透明膜形成、肺不张、微血栓形成、肺血管内皮细胞及肺泡Ⅱ型上皮细胞肿胀、变性与坏死等。此时呼吸衰竭的发生可有下述多种机制参与：①由于肺水肿、肺不张等使肺顺应性降低而引起限制性通气不足，也可因支气管痉挛和气道分泌物增加而导致阻塞性通气不足；②由于肺水肿、肺透明膜形成，使肺泡膜增厚引起弥散障碍；③由于肺小动脉内微血栓栓塞，使部分肺泡血流不足，形成死腔样通气，导致通气与血流比值失调；④由于肺不张、肺泡内充满水肿液或气道受阻等，使部分肺泡通气减少而血流未相应减少，使功能性分流增加，也导致通气与血流比值失调。出现呼吸窘迫和PaO2降低，故急性呼吸窘迫综合征患者常发生Ⅰ型或Ⅱ型呼吸衰竭。