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1、呼呼 吸吸 病病 理理 生生 理理Respiratory pathophysiologyDepartment of Pathology Shanghai University of TCMExternal RespirationGas TransportInternal Respiration第一节、肺外呼吸功能的评价p肺通气（Pulmonary ventilation）：l肺总容量(total lung capacity，TLC)l用力肺活量(forced vital capacity，FVC)l肺泡通气量(alveolar ventilation,VA)l残气量(residual volu
2、me，RV)：l死腔量(dead space volume,VD)l顺应性(compliance)p肺换气（Gas exchange）：l肺弥散量(diffusing capacity)l肺泡气动脉血氧分压差P(A-a)O2，肺通气功能的评价指标p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。p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
3、。肺通气功能的评价指标p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。p死腔量(dead space volume,VD)：进入气道但不参与气体交换的气量。p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。肺换气功能的评价指标p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。p肺
4、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。第二节、呼吸衰竭p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。p诊断呼吸衰竭的主要血气标准是PaO低于60mmHg和/或PaCO2高于50mmHg。p呼吸功能不全(respiratory insufficiency)呼吸衰竭的病因与发病机制呼吸衰竭的病因与发病机制一、肺通气功能障碍1.限制性通气不足限制性通气不足(restrictive hypoventilation)因吸气时肺泡扩张受限制而引起的肺泡通
5、气不足。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1.限制性通气不足常见原因2.2.胸廓或肺的顺应性降低胸廓或肺的顺应性降低l严重的胸部畸形、胸膜粘连增厚或纤维化 l严重的肺纤维化（石棉肺、矽肺、弥漫性肺间质纤维化）l表面活性物质（alveolar surfactant）生成不足和（或）消耗、破坏增多3.3.胸腔积液和气胸胸腔积液和气胸 l肺扩张受限 Neonatal respiratory distress syndrome(NRDS):lack of surfactantretraction
6、of soft tissue on inspiration2.阻塞性通气不足 p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。p气道阻力气道阻力（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中央性气道阻塞中央性气道阻塞 p阻塞位于胸外（阻塞位于胸外（extrathoracic obstruction）：）：吸吸气性呼吸困难（气性呼吸困难（Inspiratory dyspnea
7、）p阻塞位于胸内（阻塞位于胸内（intrathoracic obstrucdtion）：）：呼呼气性呼吸困难（气性呼吸困难（Expiratory dyspnia）中央性气道阻塞位于中央性气道阻塞位于胸外胸外吸气性吸气性呼吸困难呼吸困难ExpiratoryInspiratory中央性气道阻塞位于中央性气道阻塞位于胸内胸内呼气性呼气性呼吸困难呼吸困难ExpiratoryInspiratory外周性气道阻塞外周性气道阻塞 p主要表现为主要表现为呼气性呼吸困难呼气性呼吸困难 p发生机制：发生机制：1.小气道的解剖结构小气道的解剖结构2.等压点（等压点（isobaric point,IP）上移上移p等压
8、点：等压点：在气道上，气道内压与胸内压相等的在气道上，气道内压与胸内压相等的部位。部位。正常人用力呼气肺气肿者用力呼气等压点上移等压点上移时用力呼气引起气道压缩而闭合时用力呼气引起气道压缩而闭合0+10+20+30+35+20+20+10+20+25+50+20+20等压点上移等压点上移二、肺换气功能障碍p肺换气功能障碍：l弥散障碍diffusion impairmentl肺泡通气与血流比例失调ventilation-perfusion imbalancel解剖分流增加increase of anatomical shunt（一）弥散障碍弥散障碍弥散障碍（diffusion impairmen
9、t）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：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：气体弥散量：血液与气体接触的时间弥散障碍的原因p肺泡膜面积减少肺泡膜面积减少 p肺泡膜厚度增加肺泡膜厚度增加 p弥散时间缩短弥散时间缩短肺肺泡泡红红细细胞胞毛细毛细血管血管血血浆浆PO2（KPa）肺动脉肺毛细血管肺静脉13.310.78.005.332.67 00 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（1）（2）正常肺泡膜面积减少
10、或厚度增加时间（S）弥散障碍时的血气变化*p I型呼衰型呼衰：PaO2，PaCO2 正常。p原因：原因：lO2和和CO2解离曲线的差异解离曲线的差异lO2和和CO2弥散速度的差异弥散速度的差异 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。（二）肺泡通气与血流比例失调p通气血流比值通气血流比值(Ventilation/perfusion ratio,VA/Q)=4.2/5=0.84p通气血流比值范围：通气血流比值范围：0.63.0（二）肺泡通气与血流比例失调p肺泡通气血流比例失调（ventilatio
11、n-perfusion imbalance）引起的气体交换障碍，是呼吸衰竭发生的最常见机制。pVA/Q :Venous Admixture（静脉血掺杂）（静脉血掺杂）pVA/Q :Alveolar Dead Space（死腔样通气）（死腔样通气）1.部分肺泡通气不足（VA/Q）p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，称为静脉血掺杂静脉血掺杂(venous admixtrue)，因如同动静脉短路，故又称功能功能性分流性分流(functional shunt)。1.部分肺泡通气不足（VA/Q）p
12、功能性分流见于：慢性阻塞性肺疾病、肺纤维化、肺水肿 等p正常成人：功能性分流约占肺血流量3%p慢性阻塞性肺疾病：占30%-50%，肺换气(-)2.部分肺泡血流不足（VA/Q）p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，称为死腔样通气死腔样通气(dead space like ventilation)。p生理：占潮气量30%p病理：高达60%-70%VA/Q失调的血气变化pI型呼衰型呼衰：PaO2，PaCO2 正常。p原因：原因：lO2和和CO2解离曲线的差异解离曲线的差
13、异lO2和和CO2弥散速度的差异弥散速度的差异 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 VAVA/QPaO2动脉血氧含量 CaO2PaCO2动脉血CO2含量 CaCO2 NN NN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 QVA/QPaO2动脉血氧含量 CaO2PaCO2动脉血CO2含量 CaCO2 NN NN3.解剖分流增加p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23%。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 admi
14、xture）。p支气管扩张、肺实变、肺不张时增加呼衰时主要代谢与功能变化p酸碱平衡及电解质紊乱p呼吸系统变化p循环系统变化p中枢神经系统变化p肾功能变化p胃肠变化1.酸碱平衡及电解质紊乱p呼吸性酸中毒呼吸性酸中毒l型呼吸衰竭（CO2潴留）l血清K+浓度升高l血清氯浓度降低CO2CO2H2OH2CO3HHCO3-Hb(O2)-HHb(O2)Cl-HCO3-Cl-HK RBCK 1.酸碱平衡及电解质紊乱p代谢性酸中毒代谢性酸中毒 缺氧时，无氧代谢加强，乳酸等酸性代谢产物增多。p呼吸性碱中毒呼吸性碱中毒 型呼衰的病人伴肺过度通气。血钾降低，血氯增高。p代谢性碱中毒代谢性碱中毒人工呼吸机过快排出大量二
15、氧化碳2.呼吸系统变化p低氧血症和高碳酸血症对呼吸中枢的影响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 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）。2.呼吸系统变化pII型呼吸衰竭的给氧原则：低浓度(30%)、低流量(12L/min)、持续给氧。使PaO2 上升不超过 5060mmHg。3.循环系统变化 p低氧血症和高碳酸血症对心血管系统的影响：l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）l重度心血管中枢抑制
16、：心率失常、心收缩力、外周血管扩张（肺血管收缩）、血压。p肺源性心脏病：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：肺源性心脏病的发生机制：1.肺动脉压升高肺动脉压升高 l缺氧、酸中毒肺小血管收缩肺A压升高增加右心后负荷3.循环系统变化 2.2.持久稳定的持久稳定的慢性肺动脉高压慢性肺动脉高压 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代偿性红细胞增多症血液粘度增高4.肺血管床的大量破坏肺血管床的大量破坏肺动脉高压5.缺氧、酸中毒
17、降低心肌舒缩功能缺氧、酸中毒降低心肌舒缩功能 6.胸内压升高使心脏舒张受限；胸内压降低使心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脏收缩负荷增加3.循环系统变化 4.中枢神经系统变化 pPaO260mmHg 智力和视力轻度减退pPaO24050mmHg 神经精神症状 pPaO220mmHg 神经细胞不可逆损害 pPaCO280mmHg 定向障碍、肌肉震颤、嗜睡、木僵、昏迷等（CO2麻醉）肺性脑病肺性脑病(pulmonary encephalopathy)p肺性脑病肺性脑病：由呼吸衰竭引起的脑功能障碍。p发病机制：l酸中毒和缺氧对脑血管的作用 l脑血管扩张 l脑细胞水肿：ATP生成
18、 Na+-K+泵功能障碍l脑间质水肿：血管内皮损伤通透性增高l酸中毒和缺氧对脑细胞的作用 l-氨基丁酸生成增多中枢抑制 l脑内磷酯酶活性增强溶酶体水解酶释放神经细胞损伤 5.肾或胃肠功能变化p缺氧、酸中毒交感神经兴奋肾血管收缩GFR功能性急性肾功能衰竭。p缺氧、酸中毒 交感神经兴奋腹腔内脏血管收缩胃肠黏膜缺血糜烂、坏死、出血、溃疡形成。呼吸衰竭的防治原则p防治原发病防治原发病p吸氧以提高吸氧以提高PaOPaO2 2p对对型呼吸衰竭，改善肺通气以降低型呼吸衰竭，改善肺通气以降低PaCOPaCO2 2l解除气道阻塞l增强通气动力l人工辅助通气l补充营养p改善内环境及重要脏器的功能改善内环境及重要脏
19、器的功能第三节、急性呼吸窘迫综合征与呼衰p急性呼吸窘迫综合征：急性呼吸窘迫综合征：(acute respiratory distress syndrome，ARDS)是指在多种原发病过程中，因急性肺损伤(acute lung injury，ALI)引起的急性呼吸衰竭。以弥漫性肺泡毛细血管膜损伤为主要病理特征。临床主要表现为进行性呼吸困难和顽固性低氧血症。急性肺损伤的发病原因 p直接损伤肺泡毛细血管膜直接损伤肺泡毛细血管膜 l化学性因素：吸入毒气、烟雾、胃内容物等l物理性因素：微生物感染(肺部)p全身性病理过程全身性病理过程 l败血症、休克、大面积创伤和烧伤(面积大于40%)p医源性原因医源性原
20、因 l血液透析和体外循环等 ALI的发生机制p单核单核-巨噬细胞系统激活，巨噬细胞系统激活，生成大量促炎因子（TNF、IL-1等）p中性粒细胞激活，中性粒细胞激活，产生与释放大量的氧自由基、多种蛋白酶和血管活性物质造成肺泡上皮、肺微血管内皮与基质的损伤，血管通透性增加。p血小板黏附、聚集，形成微血栓血小板黏附、聚集，形成微血栓5-羟色胺（5-HT）、血栓素A2（TXA2）、白三烯（LTS）和纤维蛋白降解产物（FDP）等使肺小动脉痉挛 p血管内皮细胞产生多种血管活性物质与炎症介质血管内皮细胞产生多种血管活性物质与炎症介质p肺泡上皮细胞受损肺泡上皮细胞受损ALI引起呼吸衰竭的机制通气障碍：通气障碍
21、：肺顺应性降低引起限制性通气障碍；支气管痉挛、气道内液体增加导致阻塞性通气障碍弥散障碍：弥散障碍：因肺泡膜增厚而引起。肺泡通气血流比例失调：肺泡通气血流比例失调：肺小动脉内微血栓使部分肺泡血流不足，形成死腔样通气；肺顺应性降低或气道受阻等使部分肺泡通气减少而血流未相应减少，可造成功能性分流增加。慢性阻塞性肺病与呼衰p慢性阻塞性肺病：慢性阻塞性肺病：（Chronic obstructive pulmonary disease，COPD）慢性阻塞性肺病是多种肺部疾患的总称，其共同特征是管径小于2mm的小气道阻塞和阻力增高。常见的有慢性支气管炎和肺气肿。有时还伴有慢性哮喘。COPD引起呼吸衰竭的机制引起呼吸衰竭的机制n阻塞性通气障碍：阻塞性通气障碍：支气管壁肿胀、痉挛、堵塞，气道等压点上移n限制性通气障碍：限制性通气障碍：肺泡活性物质减少、呼吸肌衰竭n弥散功能障碍：弥散功能障碍：肺泡弥散面积减少n通气血流比例失调通气血流比例失调:部分肺泡低通气、部分肺泡低血流