课件：呼吸衰竭.ppt

第十五章 呼吸功能不全 Respiratory insufficiency,病理生理学教研室 李淑琴,概述 呼吸衰竭的病因和发病机制 机体的主要代谢与功能变化 急性呼吸窘迫综合症（ARDS） 防治原则,概 述 introduction, 复习呼吸过程 呼吸功能不全、呼吸衰竭 和呼吸衰竭指数的概念 呼吸衰竭的分类,Internal Respiration,External Respiration,Gas Transport,5.细胞内氧化代谢,呼吸的三个 基本过程,外呼吸的主要功能是吸入O2和呼出CO2,在静息时，在海平面呼吸空气的情况下， PaO2 ：80-100 mmHg PaCO2 ：36-44 mmHg,肺通气 ventilation,肺换气 gas exchange,呼吸功能不全（Respiratory insufficiency） 在影响外呼吸功能疾病的发展过程中， 由于肺功能储备力下降，静息时虽能维持较为 正常的动脉血气水平，但在体力活动、发热等 因素致呼吸负荷加重时，PaO2降低或伴有 PaCO2升高, 并出现相应的体征与症状，称为 呼吸功能不全。（理解）,呼吸衰竭（Respiratory failure）,当外呼吸功能严重障碍，以 致机体在静息状态、海平地区、吸 入空气时，PaO2低于60 mmHg，或 伴有PaCO2高于50 mmHg，出现一 系列临床表现，称为呼吸衰竭。,轻重不同程度的呼吸功能 障碍都称为呼吸功能不全 呼吸衰竭是呼吸功能不全 的严重阶段,呼吸功能不全与呼吸衰竭的关系,呼吸衰竭指数（respiratory failure index, RFI) 又称氧合指数，指动脉血氧分压与吸入气氧浓度的比值，反映外呼吸效率。 RFIPaO2/FiO2=80-100 / 1/5 (正常值为400-500) 当FiO221时，RFI300为呼吸衰竭。 如: 吸入气的氧分压为127 mmHg（相当于一个大 气压的 1/6)时, PaO2为多少可判断为呼吸衰竭? /1/6300 50 mmHg,呼吸衰竭的分类,按发生快慢和持续时间长短：急性和慢性,按原发病所在部位：中枢性和外周性,按发生机制 和血气特点,换气功能障碍型 PaO260mmHg, PaCO2不高,通气功能障碍型 PaO250mmHg,(Causes and mechanisms of respiratory insufficiency),第一节 原因与发病机制,呼吸衰竭发生的原因,肺的病变,呼吸中枢障碍,上运动神经 元传导受阻,脊髓前角 细胞受损,下运动神经元传导受阻,呼吸肌 无力,气道狭窄 或阻塞,神经肌肉接头 阻滞,不同年龄呼吸衰竭的原因有差别,新生儿：新生儿窒息、ARDS、颅脑损 伤、新生儿肺炎。 婴幼儿：异物吸入、溺水、重症肺炎、 哮喘持续状态、脑炎、脓毒症。 成人：COPD、ARDS、肺水肿、肺栓 塞、胸腹手术后并发肺感染。,肺通气障碍：型呼吸衰竭 限制性通气不足 阻塞性通气不足 中央性气道阻塞 外周性气道阻塞 肺换气障碍：型呼吸衰竭 弥散障碍 肺泡通气/血流比例失调 肺内解剖分流增加,呼吸衰竭的发生机制,可变型胸外阻塞 可变型胸内阻塞 固定型上气道阻塞,一、肺通气障碍 (Alveolar hypoventilation), 限制性通气不足 (restrictive hypoventilation) 阻塞性通气不足 (obstructive hypoventilation),(一）限制性通气不足 (restrictive hypoventilation),因吸气时肺泡扩张受限制 而引起的肺泡通气不足。,限制性通气障碍的原因,呼吸中枢受损：脑外伤、“中风”、中枢镇静剂、酒精,支配呼吸肌的周围神经病变：格林巴利综合征、脊髓灰质炎,呼吸肌本身收缩功能障碍：疲劳、萎缩、无力,1. 呼吸肌活动障碍,2. 胸廓和肺的顺应性降低（弹性阻力增加）,胸廓的顺应性降低：多发性肋骨骨折、严重畸形 胸膜粘连增厚或纤维化,肺的顺应性降低,3. 胸腔积液或气胸,（二）阻塞性通气不足 (obstructive hypoventilation),由于呼吸道狭窄或阻塞，使气 道阻力增加引起的通气障碍。,影响气道阻力的因素有： 气道的内径：与阻力成反比 气道的长度：与阻力成正比 气流性质（层流、湍流）：湍流比层流时气道阻力增加 其它：气道壁表面光滑程度、平滑肌张力等,生理情况下，平静呼吸时气道阻力的80%以上来自大气道（分支多、有锐角、口径常有改变、高流速都造成湍流），而外周小气道阻力（直径小于2 mm）仅占总阻力的20%以下。,中央气道阻塞：从环状软骨下缘至气道分叉处 外周气道阻塞：又称小气道阻塞，常发生于内 径小于2 mm的细支气管，包括从终末细支气管到 呼吸性细支气管。,胸外阻塞,胸内阻塞,可变型阻塞,固定型阻塞,外周性气道阻塞,最常见原因是慢性阻塞性肺病(COPD)。,呼气性呼吸困难，原因： 小气道狭窄在呼气时加重 呼气时等压点移向小气道,1. 小气道狭窄在呼气时加重,小气道无软骨支撑、管壁薄，与管周围的肺泡结构紧密相连，胸内压及周围组织的牵引力可影响其内径。,吸气时阻力变小 呼气时阻力变大,等压点：用力呼气时，肺泡内压、气道内压大于大气压，推动肺泡气沿气道呼出，在此过程中，压力进行性下降。因此，在呼出的气道上必定有一点气道内压与胸内压相等，这一点就称为等压点。,2. 呼气时等压点移向小气道,老慢支、肺气肿等患者由于细支气管狭窄，气道阻力异常增加，气流通过狭窄的气道耗能增加，使气道内压迅速下降；或由于肺泡壁弹性回缩力减弱，使胸内压增高，使等压点上移（移向肺泡端）。,外周气道阻塞-呼气性呼吸困难,等 压 点,等 压 点,桶状胸,紫绀,慢性阻塞性肺气肿,(二) 肺泡通气不足的血气变化 (Changes of blood gas in alveolar hypoventilation),通气障碍使氧的吸入和二氧化碳的排 除均受阻，所以单纯性通气障碍所致 的呼吸衰竭属于型呼吸衰竭（PaO2 50 mmHg）。,二、弥散障碍 （Impaired Gas Diffusion）,由于呼吸膜面积减少、肺泡 膜异常增厚或弥散时间明显 缩短所引起的气体交换障碍。,O2 100,CO2 40,100,O2:40, CO2: 46,CO2:40,O2:100,气体的弥散受以下因素的影响 呼吸膜两侧的气体压力差 肺泡膜的面积与厚度 气体的弥散能力 血液与肺泡接触的时间,膜两侧的O2的分压差是CO2 的10倍；CO2的 弥散系数是O2 的20倍。 所以，CO2 的弥散速率（弥散系数与分压差 的乘积）通常比氧约大一倍。 正常时血液流经肺泡毛细血管时间为0.75 s， CO2 达到平衡的时间(0.13s)是O2 的(0.25s) 。呼吸膜厚度增加和血液与肺泡接触时间短主要影响O2的平衡，而对CO2 影响较小。,呼吸膜厚度增加（肺水肿、肺透明 膜形成、肺纤维化）,呼吸膜面积减少,血液与肺泡的接触时间过短 (0.75s，0.34s，0.25s，0.13s),肺实变、肺不张、肺叶切除、肺水肿,1、弥散障碍的病因和机制 (etiologies and mechanisms of impaired diffusion),大叶性肺炎 （红色肝样变期，灰色肝样变期）,血液与肺泡接触时间减少 正常时血液流经肺泡cap的时间为0.75s。,2、弥散障碍的血气变化,PaO2 PaCO2不变或降低 弥散障碍引起的呼衰类型：型呼衰,成人在静息状态下，肺泡通气(VA) 约为4 L/min，肺泡毛细血管的血液灌流量(Q)约为5 L/min， VA / Q =0.8,正常肺上部通气量较少，但血流更少，通气/血流比值可高达3；下部通气多血流更多，通气/血流比值为0.6。,三、通气-血流比值失调 (Ventilation-Perfusion Imbalance),1. 通气-血流比值失调的类型,部分肺泡通气不足 V/Q,部分肺泡血流不足 V/Q,比例失调的病因和机制 (etiologies and mechanisms of imbalance),-病变区域 VA/Q比值降低,部分肺泡通气不足而血液灌流量正常,见于：支气管哮喘，慢性支气管炎、阻塞 性肺气肿、肺纤维化等。 病变不均一：有的部位肺泡通气严重不足 有的部位肺泡通气相对正常,低氧血流,未完全动脉化,静脉血掺杂（venous admixture）,部分静脉血流经通气不良的肺泡时， 未经充分氧合便掺入到动脉血内。,如同动-静脉短路，又称功能性分流（functional shunt）。,2. VA/Q比值失调时的血气变化 (Changes of blood gas in imbalance),弥散速度的差异 解离曲线的差异 呼吸代偿性增强,CO2解离曲线特征： 当PaCO2在37.560 mmHg 范围内，血 液CO2含量与PaCO2 几乎呈直线关系。,氧解离曲线的特征： S型曲线。氧分压达100 mmHg时，血氧饱和度已高达95%以上，处于曲线的平坦段，所以即使健全肺因通气加强进一步提高了氧分压，但血氧含量的增加也极少，无法代偿通气不足肺泡所造成的低氧血症。,血气变化,通气不足,病肺：PaO2、CaO2（血氧含量）,健肺代偿：PaO2、CaO2,PaO2 CaO2,病肺：PaCO2、CaCO2,健肺：PaCO2、CaCO2,部分肺泡的血液灌流量减少，但肺泡通气量没有相应降低。,见于：肺动脉炎、肺血管收 缩、栓塞 、DIC 等,血流增多，但不能充分氧合,低氧血流,死腔样通气,血气变化,PaO2、CaO2,PaCO2 (CaCO2)：N、或,肺泡通气与血流比例失调时的血气 变化，无论是部分肺泡通气不足引起的 功能性分流增加，还是部分肺泡血流不 足引起的死腔样通气，均为换气障碍， 主要引起PaO2降低，而PaCO2可正常， 甚至因代偿过度而降低，病人出现I型呼 吸衰竭。只在严重障碍和代偿不足时， PaCO2才会高于正常，出现型呼衰。,解剖分流（anatomic shunt）,一部分静脉血（营养气管和支气管 的血液形成静脉血）经支气管静脉 和极少的肺内动-静脉交通支直接流 入肺静脉，这些叫解剖分流。,正常：约占心排出量的2%3%,四、解剖分流增加 （Increased anatomic shunt）,解剖分流增加的原因：支气管扩张时伴有支气管血管扩张、肺小血管栓塞时肺动脉压增高导致的肺内动-静脉短路开放、COPD时支气管静脉与肺静脉之间形成吻合支等。,血气特点：PaO2 PaCO2 N，,解剖分流又称为真性分流 (true shunt),鉴别功能性分流与真性分流方法为吸纯氧 吸纯氧能提高动脉氧分压的为功能性分流。 吸纯氧不能提高动脉氧分压的为真性分流。,功能性分流,解剖分流,临床上常为多种机制共同参与：如慢性阻塞性肺病,1、肺通气障碍（单纯通气障碍引起型呼衰）,弥散障碍：通常引起型呼衰 通气/血流比例失调：型或型呼衰 解剖分流增加：型或型呼衰,限制性,阻塞性：中央性气道阻塞、外周性气道阻塞,2、肺换气障碍（通常引起型呼衰）,原因与发病机制小结,2019/8/26,55,可编辑,阻塞性通气障碍：支气管炎症，分泌物阻塞。 限制性通气障碍：呼吸肌疲劳，肺组织炎症、间质和肺的纤维化以及累及胸膜，表面活性物质减少，肺和胸廓顺应性降低。 弥散障碍：肺纤维化、炎症等引起肺泡膜损伤（呼吸膜的厚度增加、面积减少、血液与肺泡的接触时间过短） 。 通气/血流比值失调：部分肺泡通气减少或丧失，部分肺泡血流明显减少（由于毛细血管床的破坏造成血管重建）。 动-静脉吻合支开放引起真性分流。,慢性阻塞性肺疾患引起呼吸衰竭的机制,肺通气障碍：型呼吸衰竭 限制性通气不足 阻塞性通气不足 中央性气道阻塞 外周性气道阻塞 肺换气障碍：型呼吸衰竭 弥散障碍 肺泡通气/血流比例失调 肺内解剖分流增加,呼吸衰竭的发生机制,可变型胸外阻塞 可变型胸内阻塞 固定型上气道阻塞,(Effects of respiratory insufficiency),第二节 呼吸功能不全对机体的影响,低氧血症和高碳酸血症是机体发生功 能和代谢变化的基础，它们对机体的影响主 要取决于发生速度、严重程度、持续时间和 机体本身的功能状态。 低氧血症时造成的缺氧往往是造成急性 呼吸衰竭最严重的死亡原因之一；而机体对 二氧化碳有较大的缓冲作用，所以低氧血症 对机体的影响比高碳酸血症更加严重。,一、酸碱平衡紊乱 (Acid-base imbalance),代谢性酸中毒（HCO3-）: 原因: 低氧血症（组织细胞缺氧，乳酸等酸性代谢产物增多，pH下降）、肾功能不全 （酸性物质排出减少等）、感染和休克。,呼吸性酸中毒（PaCO2）： 限制性通气不足、阻塞性通气不足、严重的通气血流比例失调，CO2排出受阻，见于型呼衰。,呼吸性碱中毒（PaCO2）,严重缺氧使肺通气过度,CO2排出过多, 呼碱(型),代谢性碱中毒（ HCO3- ）,代谢性碱中毒,人工呼吸机使用不当, CO2过多过快排出，而体内代偿性增加的HCO3-来不及排出,混合性酸碱平衡紊乱 (Mixed acid-base disturbances),缺氧和CO2潴留,代酸呼酸,单纯氧分压降低 引起的通气增强,代酸呼碱,呼吸困难往往是呼衰在临床上最先出现的症状，主要表现为呼吸频率和节律的改变。,二、呼吸系统的变化 (Changes of respiratory system),PaO260mmHg,兴奋外周化学感受器,兴奋中枢化学感受器,PaCO250mmHg 且80mmHg,(一) 低氧血症和高碳酸血症对呼吸中 枢的影响 (Compensatory reaction),PaO230mmHg PaCO280mmHg,直接抑制呼吸中枢,慢性阻塞性肺病型呼衰时，因为PaCO2过高而抑制呼吸中枢，所以此时呼吸中枢主要靠低氧兴奋。因此，治疗应低浓度（25%29%的氧）、低流量（12L/min）持续给氧，使PaO2上升到55 mmHg即可，此时SaO2已达80%以 上，否则会导致呼吸抑制。 40%50%氧,（二）原发病引起的呼吸变化,1、吸气性呼吸困难：气道阻塞位于中央 气道的胸外部位（由于气流阻力增大，患者呼吸深而慢）,2、呼气性呼吸困难：气道阻塞位于中央气 道的胸内部位或小气道阻塞 （深而慢）,3、呼吸中枢抑制：主要表现为呼吸节律 紊乱，如：潮式呼吸（最多见）、间歇 呼吸、抽泣样呼吸、叹气样呼吸等。,4、肺的顺应性降低或呼吸肌功能障碍 引起的限制性通气障碍，通过刺激牵 张感受器或肺毛细血管旁感受器（J感受 器）反射性引起呼吸浅而快。,(一) 代偿性反应（Compensatory reaction）,PaO2降低 PaCO2升高,兴奋交感神经和心血管运动中枢,心率增快，心肌收缩力加强，外周血管收缩以致血压升高；血液重分配。,三、循环系统的变化 (changes of circulatory system),1、肺动脉高压右心衰竭,缺氧、酸中毒肺血管收缩 肺血管壁增厚、硬化、狭窄肺小A重建 肺小动脉炎症、栓塞、DIC 肺血管床,(二) 损伤性变化（Injurious changes）,3、心脏舒缩受限,2、心肌受损，心脏负荷加重,慢性阻塞性肺疾病,肺源性心脏病,缺氧 酸中毒,心肌受损,肺血管壁增厚硬化,缺氧,肺小动脉收缩,红细胞代偿性增多,血液粘度,肺动脉高压 右心后负荷 ,右 心 衰,心脏舒缩活动受限,用力呼吸,胸内压或,四、中枢神经系统的变化 (Changes of central nervous system),中枢神经系统对缺氧和二氧化碳增高十分敏感。,急性呼吸衰竭时，缺氧是呼吸衰竭时引起脑功能障碍的主要原因。当PaO2 降至40 50mmHg ，会出现明显的症状；当降至20 mmHg, 出现不可逆的损伤，甚至危及生命。,慢性呼吸衰竭时，二氧化碳潴留和缺氧都是主要的危险因素，尤其是前者，PaCO2 高于80 mmHg时，可引起“二氧化碳麻醉”。,由慢性呼吸衰竭引起的中枢 神经系统功能障碍，称肺性脑病 (pulmonary encephalopathy)。,1、高碳酸血症的作用,CO2 和H+可直接作用于脑血管，引起脑血管扩张，血流增加，造成血管性脑水肿；提高血管壁通透性，引起间质性脑水肿。 酸中毒引起脑内代谢障碍：能量、神经递质。单位时间内PaCO2的升高比其绝对值的改变更重要。（CO2较易通过血脑屏障进入脑组织，而血脑屏障对HCO3-和H+的通透性较低，脑脊液的pH变化较血液更明显，酸中毒更严重。）,肺性脑病的发生机制,缺氧,Na+-K+泵功能,细胞内钠水潴留,细胞毒性脑水肿,2、低氧血症的作用,缺氧和酸中毒,轻者：尿中出现蛋白、红细胞、 白细胞和管型 重者：少尿、氮质血症、代酸,机制：主要是缺氧和高碳酸血症反射 性引起肾血管收缩，肾血流量 减少，肾小球滤过率降低。,五、肾功能的变化 (Changes of renal),呼衰晚期常伴发上消化道出血,机制： 缺氧、二氧化碳蓄积、酸中毒引起胃 粘膜糜烂坏死，至弥漫性渗血； 二氧化碳潴留增强胃壁细胞碳酸酐酶 活性，增加胃酸分泌，促进溃疡形成。,六、胃肠道变化 (Changes of gastrointestinal tract),在多种原发病过程中，因急性肺损伤(ALI) 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，又称休克肺。,ALI 和ARDS是全身炎症反应综合症(SIRS)在 肺部的突出表现。 ARDS(RFI200 mmHg) 为ALI (RFI300 mmHg)的终末阶段。,第三节 急性呼吸窘迫综合征 (acute respiratory distress syndrome, ARDS),一、病因,凡能引起肺泡-毛细血管膜损伤的因素： 1、直接肺损伤因素： 肺部感染、胃内容物 吸入、溺水、有害气体的吸入、肺挫伤等。 2、间接肺损伤因素：肺外严重感染、严重胸 外创伤伴休克、急性重症胰腺炎、多次大量 输血及药物过量等。,由冠状病毒家族的新成员(世界卫生组织命名为SARS病毒)引起的严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome, SARS)，国内又称非典型肺炎，是21世纪出现的凶险的呼吸系统传染病，其病理过程就是ARDS。,SARS:,果子狸,主要临床表现: 持续高烧(高于38)，头痛和全身酸痛、乏力，干咳、少痰，部分病人有气促等呼吸困难症状，少数进展为呼吸窘迫综合征，肺部影像学显示肺炎改变。SARS病毒能侵犯多种脏器，引起免疫系统对脏器的过度攻击，导致严重的脏器损伤。抗菌药无效。 一般感冒病征包括发烧，咳嗽，头痛，可在数日后好转，并且一般没有肺炎迹象外周血白细胞计数无明显变化，淋巴细胞计数减少。,病房中医务人员正在抢救SARS病人,SARS预防,二、ARDS的发病机制,急性肺损伤的机制 急性肺损伤致呼吸衰竭的机制 呼吸窘迫的机制,机制未明，炎症反应的失控直接或间接地引起了肺泡-毛细血管膜的损伤。,1. 单核-吞噬细胞系统的激活: TNF、IL-1 启动因子 2. 中性粒细胞积聚与激活: 氧自由基 蛋白酶 5-HT 组胺 3. 血小板积聚活化: 5-HT、TXA2、白三烯、FDP肺动脉高压 4. 血管内皮细胞受损: 血管活性物质 炎症介质失控的炎症反应 5. 肺泡上皮细胞受损：屏障作用、表面活性物质,（一）急性肺损伤的机制,肺部病理变化有肺泡上皮细胞受损，血管内皮细胞受损，血管通透性增加。 可出现肺水肿，透明膜形成、肺淤血，肺内小血管栓塞、肺不张或肺内出血。,弥散障碍：肺泡-微血管膜受损，微血管内 皮与肺泡上皮的通透性增高，致肺间质和肺 泡水肿、肺透明膜形成。,通气血流比值失调 无效腔样通气：微血管的栓塞或DIC、肺微 血管收缩。 功能性分流：堵塞小气道、支气管痉挛等。,肺内解剖分流：肺小血管的收缩与栓塞。,通气障碍：肺间质与肺泡水肿、肺泡表面 活性物质减少、肺泡上皮增生和纤维化。,（二）急性肺损伤致呼吸衰竭的机制,肺泡毛细血管膜损伤 炎症,肺水肿,肺不张,支气管痉挛,肺血管收缩 微血栓,肺内分流,弥散障碍,死腔样通气,低氧血症,ARDS 呼吸衰竭,致病因子,早期过度通气，往往是型呼衰；严重者因广泛的肺部病变，肺总通气量降低，为型呼衰。,1、肺顺应性降