呼 吸 病 理 生 理

1. 呼 吸 病 理 生 理 Respiratory pathophysiology Department of Pathology Shanghai University of TCM

2. External Respiration Gas Transport Internal Respiration

3. 第一节、 肺外呼吸功能的评价 • 肺通气（Pulmonary ventilation ）： • 肺总容量(total lung capacity，TLC) • 用力肺活量(forced vital capacity，FVC) • 肺泡通气量(alveolar ventilation, VA) • 残气量(residual volume，RV)： • 死腔量(dead space volume, VD) • 顺应性(compliance) • 肺换气（Gas exchange）： • 肺弥散量(diffusing capacity) • 肺泡气－动脉血氧分压差[P(A-a)O2]，

4. 肺通气功能的评价指标 • 肺总容量(total lung capacity，TLC):指肺所能容纳的最大气量。成年男性平均约5000ml，女性约3500ml。 • 用力肺活量(forced vital capacity, FVC)：指最大吸气后用力呼出的气量。正常成年男性平均约为3500ml，女性约2500ml。肺活量反映了肺一次通气的最大能力，一般来说肺活量越大，肺的通气功能越好。

5. 肺通气功能的评价指标 • 残气量(residual volume，RV)：指最大呼气末气道内残留的气量。正常成人约为1000 ～1500ml。 • 功能残气量(functional residual capacity, FRC)：指平静呼气末存留于肺内的气量，正常成年人约为2500ml。功能残气量能缓冲呼吸过程中肺泡内氧和二氧化碳分压的急剧变化。

6. 肺通气功能的评价指标 • 肺泡通气量(alveolar ventilation, VA)：指的是参与气体交换的通气量，是真正有效的通气量，因此，也称为有效通气量。肺泡通气量与肺通气量不同，肺通气量中有一部分气体是不能进行气体交换的。 • 死腔量(dead space volume, VD)：进入气道但不参与气体交换的气量。 • 顺应性(compliance)：在外力作用下，弹性组织扩张的难易程度。容易扩张即顺应性大，不易扩张则顺应性小，它与弹性阻力呈反比关系。

7. 肺换气功能的评价指标 • 肺弥散量(diffusing capacity)：指气体在1mmHg分压差下，每分钟经肺泡膜弥散的容量。反映了肺换气的效率。 • 肺泡气－动脉血氧分压差[P(A-a)O2]：指肺泡气氧分压与动脉血氧分压之差。可反映肺泡膜氧交换状态。

8. 第二节、呼吸衰竭 • 呼吸衰竭(respiratory failure)：是指由于外呼吸功能严重障碍，导致动脉血氧分压降低，伴有或不伴有二氧化碳分压增高的病理过程。 • 诊断呼吸衰竭的主要血气标准是PaO２低于60mmHg和/或PaCO2高于50mmHg。 • 呼吸功能不全(respiratory insufficiency)

9. 呼吸衰竭的分类 按动脉血气改变：低氧血症型（I型） 高碳酸血症型（II型） 按发病机制：通气障碍型和换气障碍型 按病变部位：中枢性和外周性 按发生快慢和持续时间的长短：急性和慢性

10. 呼吸衰竭的病因与发病机制

11. 一、肺通气功能障碍 • 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。 • 阻塞性通气不足（obstructive hypoventilation) 由于呼吸道狭窄或阻塞，使气道阻力增加所致的通气障碍

12. 1. 限制性通气不足常见原因 • 呼吸肌活动障碍 • 中枢神经系统或周围神经系统器质性病变 • 麻醉药、镇静药过量所致的呼吸中枢抑制和神经阻滞； • 呼吸肌收缩功能障碍：呼吸肌疲劳；呼吸肌营养不良性萎缩；低钾血症、酸中毒引起的呼吸肌无力等。

13. 1. 限制性通气不足常见原因 • 胸廓或肺的顺应性降低 • 严重的胸部畸形、胸膜粘连增厚或纤维化 • 严重的肺纤维化（石棉肺、矽肺、弥漫性肺间质纤维化） • 表面活性物质（alveolar surfactant）生成不足和（或）消耗、破坏增多 • 胸腔积液和气胸 • 肺扩张受限

14. 肺泡表面活性物质 P=2T/r Laplace定律

15. Neonatal respiratory distress syndrome (NRDS): lack of surfactant retraction of soft tissue on inspiration

16. 2. 阻塞性通气不足 • 阻塞性通气不足（obstructive hypoventilation)：由于呼吸道狭窄或阻塞，使气道阻力增加所致的通气障碍。 • 气道阻力（airway resistance）：气体流动时，气体分子之间和气体与呼吸道内壁之间产生摩擦而形成的阻力。影响气道阻力的因素是多方面的，其中以气道内径最为重要。R  1/r4

17. 2. 阻塞性通气不足 • 气道阻塞: • 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的小支气管狭窄或阻塞。常见于慢性阻塞性肺疾病 （COPD）

18. 中央性气道阻塞 • 阻塞位于胸外（ extrathoracic obstruction ）： 吸气性呼吸困难（Inspiratory dyspnea ） • 阻塞位于胸内（ intrathoracic obstrucdtion ）： 呼气性呼吸困难（ Expiratory dyspnia ）

19. 中央性气道阻塞－位于胸外－吸气性呼吸困难 Inspiratory Expiratory

20. 中央性气道阻塞－位于胸内－呼气性呼吸困难 Inspiratory Expiratory

21. 外周性气道阻塞 • 主要表现为呼气性呼吸困难 • 发生机制： • 小气道的解剖结构 • 等压点（isobaric point, IP）上移 • 等压点：在气道上，气道内压与胸内压相等的部位。

22. 0 0 +10 +5 +20 +10 +30 +20 +20 +20 +35 +20 +25 +20 等压点上移 正常人用力呼气 肺气肿者用力呼气 等压点上移时用力呼气引起气道压缩而闭合

23. 通气障碍的血气变化 * • Ⅱ型呼衰： PaO2<60 mmHg，PaCO2>50 mmHg。 • PAO2↓、PACO2↑ PaO2↓、PaCO2↑ • PaCO2取决于：每分CO2产量/每分肺泡通气量。 • PaCO2是反映肺泡通气量变化的最佳指标。 PaCO2＝PACO2＝0.86×Vco2/VA

24. 二、肺换气功能障碍 • 肺换气功能障碍： • 弥散障碍 diffusion impairment • 肺泡通气与血流比例失调ventilation-perfusion imbalance • 解剖分流增加 increase of anatomical shunt

25. （一）弥散障碍 弥散障碍（diffusion impairment）是由肺泡膜面积 减少或肺泡膜异常增厚和弥散时间缩短引起的气 体交换障碍。 气体弥散速度： 肺泡膜两侧的气体分压差；气体的分子量和溶解 度；肺泡膜面积与厚度 气体弥散量： 血液与气体接触的时间

26. 红细胞 肺泡 血浆 毛细血管 弥散障碍的原因 • 肺泡膜面积减少 • 肺泡膜厚度增加 • 弥散时间缩短

27. 弥散障碍的原因 • 肺泡膜面积减少 • 正常成人肺泡膜总面积80m2，平静呼吸时，35～40m2面积 • 肺实变、肺不张、肺叶切除等 • 肺泡膜厚度增加 • 肺泡膜薄部<1um，肺泡腔到红细胞膜<5um • 肺水肿、肺纤维化、肺泡透明膜形成时使弥散距离增宽，减慢弥散速度 • 弥散时间缩短

28. PO2（KPa） 13.3 10.7 8.00 5.33 2.67 0 正常 肺泡膜面积减少或厚度增加 （2） （1） 肺毛细血管 肺静脉 肺动脉 时间（S） 0 0.25 0.50 0.75 正常与肺泡膜增厚时Hb氧合所需时间示意图 （1）静息时血液流经肺泡的时间 （2）运动时血液流经肺泡的时间

29. 弥散障碍时的血气变化* • 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

30. 血液O2与CO2解离曲线

31. 弥散障碍时的血气变化* 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。

32. （二）肺泡通气与血流比例失调 • 通气血流比值(Ventilation/perfusion ratio, VA/Q) = 4.2 / 5 = 0.84 • 通气血流比值范围： 0.6~3.0

33. （二）肺泡通气与血流比例失调 • 肺泡通气血流比例失调（ventilation-perfusion imbalance）引起的气体交换障碍，是呼吸衰竭发生的最常见机制。 • VA/Q : Venous Admixture （静脉血掺杂） • VA/Q : Alveolar Dead Space （死腔样通气）

34. 1. 部分肺泡通气不足（VA/Q ） • 因阻塞性或限制性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，称为静脉血掺杂(venous admixtrue)，因如同动－静脉短路，故又称功能性分流(functional shunt)。

35. 1. 部分肺泡通气不足（VA/Q ） • 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(-)

36. 2. 部分肺泡血流不足（VA/Q ） • 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(dead space like ventilation)。 • 生理：占潮气量30% • 病理：高达60%-70%

38. VA/Q失调的血气变化 • 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

39. 部分肺泡通气不足时血气的变化 病肺 健肺 全肺 肺泡通气量 VA VA / Q PaO2 动脉血氧含量 CaO2 PaCO2 动脉血CO2含量 CaCO2             N N   N N

40. 部分肺泡血流不足时血气的变化 病肺 健肺 全肺 肺泡血流量 Q VA / Q PaO2 动脉血氧含量 CaO2 PaCO2 动脉血CO2含量 CaCO2             N N   N N

41. 3. 解剖分流增加 • 生理情况下，肺内存在解剖分流(anatomic shunt)，即一部分静脉血经支气管静脉和肺内动-静脉吻合支直接流入肺静脉，其分流量约占心输出量的2~3%。这部分血液未经氧合即流入动脉血中，称之为真性分流（ture venous admixture）。 • 支气管扩张、肺实变、肺不张时增加

42. 呼衰时主要代谢与功能变化 • 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

43. 1. 酸碱平衡及电解质紊乱 • 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

44. RBC Hb(O2)- ＋ H＋ HHb(O2) CO2 CO2 ＋ H2O H2CO3 HCO3- Cl- H＋ Cl- HCO3- K ＋ K ＋

45. 1. 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。 • 呼吸性碱中毒 Ⅰ型呼衰的病人伴肺过度通气。血钾降低，血氯增高。 • 代谢性碱中毒 人工呼吸机过快排出大量二氧化碳

46. 2. 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）。

47. 2. 呼吸系统变化 • II型呼吸衰竭的给氧原则：低浓度(30%)、低流量(1～2L/min)、持续给氧。使PaO2上升不超过 50～60mmHg。

48. 3. 循环系统变化 • 低氧血症和高碳酸血症对心血管系统的影响： • 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 ↓。

49. 3. 循环系统变化 • 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。 肺源性心脏病的发生机制： • 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

50. 3. 循环系统变化 • 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 • 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 • 胸内压升高使心脏舒张受限；胸内压降低使心脏收缩负荷增加