第十四章 肺功能不全 Chapter 14 Respiratory Failure

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1 第十四章 肺功能不全 Chapter 14 Respiratory Failure

2 概 述 General description
肺的正常功能及其评价指标； 呼吸衰竭的概念； 呼吸衰竭的分类。

3 概 述 General description
一、肺的正常功能及其评价指标； Respiratory function(External respiration) Non-respiratory functions

4 呼吸功能的评价指标 肺容量；肺通气功能的评价指标

5 呼吸功能的评价指标 换气功能的评价指标 肺弥散量(diffusing capacity)：
指气体 在分压差作用下，每分钟经肺泡膜弥散的容量。 正常值为：188ml/min·kPa。 反映肺换气效率。 肺泡气-动脉血氧分压差(PA-aO2)： 指肺泡 气氧分压与动脉血氧分压之差。 PA-aO2=PAO2-PaO2 反映肺泡膜氧交换状态。

6 呼吸功能的评价指标 肺通气、换气功能指标 呼衰指数(respiratory failure index，RFI)：
指动脉血氧分压与吸入气氧浓度之比值。反映外呼吸效率。

7 呼吸功能的评价指标 呼吸动力功能： 呼吸的动力功能包括： 气道阻力（Raw） 肺顺应性（CL） 呼吸肌力（Fm）等。

8 Non-respiratory functions
Filtration Defense and immune function Clearance of the foreign body in the airway Immune function Metabolism

9 二、概念 Concept 呼吸衰竭（Respiratory failure） PaO2 ＜60mmHg（at sea level）
External respiratory dysfunction → PaO2 ＜60mmHg（at sea level） With or without PaCO2 ＞50mmHg Generally diagnosed by PaO2 ＜60mmHg（at sea level）; When FiO2 < 20%, then RFI ≤300 can be used as the index of diagnosis .

10 二、概念 Concept 呼吸功能不全（Respiratory insufficiency）
外呼吸功能障碍而不能维持血气稳态但未达上述水平；或在静息状态时,血气值正常，仅在运动负荷时PaO2才明显下降或伴PaCO2增高者，称为呼吸功能不全。

11 三、呼吸衰竭的分类Classifications
1. According to whether PaCO2 is normal Type Ⅰ PaO2 ↓ (<60mmHg); PaCO2 (normal) Type Ⅱ PaO2 ↓ (<60mmHg); PaCO2↑( >50mmHg)

12 三、呼吸衰竭的分类Classifications
2. According to Pathogenesis Ventilation RF; Exchanging RF. 3. According to Primary Site Central RF; Peripheral RF. 4. According to Duration Acute RF; Chronic RF.

13 §1 病因和发病机制 Etiology and Pathogenesis
Pulmonary ventilation disorder Pulmonary gas exchange dysfunction

14 一、肺通气功能障碍 Pulmonary ventilation disorder -----hypoventilation
限制性通气不足 Restrictive hypoventilation 阻塞性通气不足 Obstructive hypoventilation

15 （一）限制性通气不足 Restrictive hypoventilation
指呼吸动力减弱或胸廓和肺的扩张性能降低（弹性阻力增大）使肺泡扩张受限引起的通气功能障碍。 During inspiration, the dilation or inflation of alveoli are restricted. It is caused by the diseases that affect the distensibility of the alveolar.

16 Causes of restrictive hypoventilation
①Paralysis of respiratory muscles ②Decreased compliance of chest wall ③Decreased compliance of lung ④Hydrothorax or pneumothorax

17 （二）阻塞性通气不足 Obstructive hypoventilation
由于气道阻塞或狭窄,使气道阻力增加引起的通气障碍。 Obstructive hypoventilation is produced by airway constriction or obstruction. Central airway obstruction trachea crotch Peripheral airway obstruction 影响气道阻力的最主要因素是气道内径

18 中央气道阻塞: Central airway obstruction
Intra-airway pressure < Intra-thoracic pressure Intra-airway pressure > Intra-thoracic pressure Intra-airway pressure > Atmospheric pressure Intra-airway pressure < Atmospheric pressure Expiration Expiration Inspiration Inspiration Extrathoracic airway obstruction Intrathoracic airway obstruction *吸气性呼吸困难 Inspiratory dyspnea *呼气性呼吸困难Exspiratory dyspnea

19 2. 外周气道阻塞 Peripheral airway obstruction
It refers to the airway obstruction at the bronchiole whose diameter is < 2mm. Causes ： 慢性支气管炎 chronic bronchitis 支气管哮喘 bronchial asthma 慢性阻塞性肺气肿等 chronic obstructive emphysema ,etc. （主要损害小气道）

20 *呼气性呼吸困难 呼气时肺泡缩小，对小气道的牵拉作用减弱，胸内负压减小，气道内径变小，阻力增大，小气道狭窄更加明显；
吸气时反之，小气道狭窄减轻。 *呼气性呼吸困难

21 肺气肿病人肺弹性回缩力降低，等压点也向肺泡端移动(上移)，易致小气道受压而闭合.
20 35 25 正常 肺气肿 等 压 点 30 10 5 肺气肿病人肺弹性回缩力降低，等压点也向肺泡端移动(上移)，易致小气道受压而闭合.

22 （三）全肺通气不足时的血气变化 Blood gas changes in hypoventilation
Alveolar hypoventilation PaCO2↑ PaO2↓ PACO2 ↑ PAO2 ↓ TypeⅡ RF PAO2 = PiO2－ PACO2 R R= PACO2×VA （PiO2-PAO2）×VA Δ PaCO2↑ Δ PaO2↓ = R ≈0.8

23 二、肺换气功能障碍 Pulmonary gas exchange dysfunction
弥散障碍 (Diffusion disorder) 肺泡通气与血流比例失调(Ventilation/perfusion imbalance) 解剖分流增加 (Increase of anatomic shunt)

24 (一) 弥散障碍 Diffusion disorder
1. 概念 Concept 弥散障碍是指由肺泡膜面积减小或肺泡膜异常增厚和弥散时间缩短引起的气体交换障碍。

25 2. 弥散障碍的常见原因 Common causes of diffusion disorder
Area of alveolar-capillary membrane ↓ Normal adult R-M: 80 m2 At rest, used R-M: 35~40 m2 Causes: 肺不张(atelectasis) 肺实变(pulmonary consolidation) 肺叶切除(lobar resection) 肺气肿(emphysema) 肺泡大量破坏或因血液供应减少 呼吸膜 面积减少 （超过一半）

26 2. 弥散障碍的常见原因 Common causes of diffusion disorder
Area of alveolar-capillary membrane ↓ Thickness of the membrane ↑ 肺纤维化(pulmonary fibrosis) 肺水肿(pulmonary edema) 肺泡透明膜形成等(formation of pulmonary hyaline membrane) 呼吸膜厚度 绝对或相对增大 对气体的通透性降低 气体弥散速度减慢

27 2. 弥散障碍的常见原因 Common causes of diffusion disorder
Area of alveolar-capillary membrane ↓ Thickness of the membrane ↑ Shortening of the diffusion time 体力负荷增加（劳动、运动）

28 3.弥散障碍时的血气变化 Blood Gas Changes in Diffusion Disorder
0.25 0.50 0.75 s PvCO2 PvO2 PaO2 PaCO2 At rest no changes. Only when the pulmonary blood stream speeds up------PaO2 ↓, PaCO2 normal or ↓. TypeⅠ RF

29 （二）肺泡通气与血流比例失调Ventilation-perfusion imbalance

30 Normal ventilation and blood flow distribution in lung
VA Q 4L/min 5L/min more marked Normal ventilation and blood flow distribution in lung

31 肺部疾病时，通气与血流比例严重失调，患者不能进行有效的换气。这是肺部疾病引起呼吸衰竭最常见的机制。
Ventilation/perfusion imbalance consists of 部分肺泡通气不足（功能性分流） Partial alveolar hypoventilation (Functional shunt / Venous admixture) 部分肺泡血流不足（死腔样通气） Partial alveolar hypoperfusion (Dead space like ventilation)

32 部分肺泡通气不足 Partial alveolar hypoventilation （VA/Q↓）
支哮、慢支、阻塞性肺气肿 部分肺泡 阻塞性通气不足 肺纤维化、肺水肿、肺不张等 部分肺泡 限制性通气不足

33 静脉血掺杂 （功能性分流） 部分肺泡通气↓↓ V/Q↓ 血流正常 3%→30-50% PaO2↓ 病肺：PaO2 ↓↓、CaO2 ↓↓
静脉血掺杂 （功能性分流） 部分肺泡通气↓↓ 血流正常 V/Q↓ 3%→30-50% PaO2↓ CaO2↓ 病肺：PaO2 ↓↓、CaO2 ↓↓ PaCO2↑↑、CaCO2↑↑ 健肺：PaO2 ↑↑、CaO2 ↑ PaCO2 N/↓/↑ CaCO2 N/↓/↑ PaCO2 ↓↓、CaCO2↓↓

34 2.部分肺泡血流不足 Partial alveolar hypoperfusion （VA/Q↑）
肺A炎、肺小血管收缩、栓塞 、DIC 部分肺泡血流↓

35 死腔样通气 → V/Q↑→ 30%→60-70% 部分肺泡血流↓ 通气量正常 气体不能被充分利用 病肺：PaO2 ↑↑、CaO2 ↑
PaCO2↓↓、CaCO2↓↓ 健肺：PaO2 ↓↓、CaO2 ↓↓ PaCO2 N/↓/↑ CaCO2 N/↓/↑ PaCO2↑↑、CaCO2↑↑

36 ( local hypoventilation) Dead space like ventilation
Functional shunt ( local hypoventilation) Dead space like ventilation ( local hypoperfusion The total lung PaO2 ↓ PaCO2 N ↓ ↑

37 （三）解剖分流增加 正常人生理状态下有一小部分血液未在肺进行气体交换，直接进入体循环动脉血中，称解剖分流（真性分流）。
仅占心输出量的2-3%。

38 解剖分流增加的原因机制 PaO2↓ 解剖分流增加 支扩伴支气管血管扩张和肺动-静脉短路开放、 病变处血液完全未经气体交换就掺入动脉血
肺实变、 肺不张等 PaO2↓ 病变处血液完全未经气体交换就掺入动脉血 解剖分流增加

39 ( local hypoventilation) Dead space like ventilation
Functional shunt ( local hypoventilation) Dead space like ventilation ( local hypoperfusion The total lung PaO2 ↓ PaCO2 N ↓ ↑

40 Pathogenesis of respiratory failure
summary Pathogenesis of respiratory failure 1. Ventilatory disorder (1) Restrictive ventilatory disorder (2) Obstructive ventilatory disorder 2. Gas-exchange dysfunction (1) Diffusion disorder (2) Ventilation/perfusion imbalance (3) Increase of anatomic shunt

41 三、急性呼吸窘迫综合征 Acute respiratory distress syndrome（ARDS）
是指许多原因导致急性肺泡-毛细血管膜损伤引起的急性呼吸衰竭. 主要临床表现:进行性呼吸困难和进行性低氧血症. The acute respiratory distress syndrome (ARDS) is a common form of acute respiratory failure caused by injury of alveolar-capillary membranes.

42 1. 病因: 1、全身性病理过程:休克、 DIC等； 2、物理性因素:严重创伤、烧伤、放射损伤； 3、化学性因素:麻醉过量、吸入有毒气体；
4、生物性因素:严重感染引起的败血症,肺部感染是最重要原因； 5、治疗不当 :大量输液、吸高浓度氧等； 6、其他:羊水栓塞、 糖尿病、急性胰腺炎等。

43 2. 病理变化 Pathologic features of ARDS
Pulmonary edema Atelectasis Micro-thrombus Hyaline membranes occurs in alveoli 肺水肿 肺不张 微血栓形成 肺泡透明膜形成等

44 3. ALI和ARDS的发生机制 中性粒细胞激活、聚集 血小板激活、聚集 致病因子 脂质代谢产物 氧自由基 蛋白酶活性增高
肺泡-毛细血管膜损伤和通透性增高 微血栓形成

45 4. ARDS引起呼吸衰竭的发生机制 中性粒细胞激活、聚集 血小板激活、聚集 致病因子 脂质代谢产物 氧自由基 蛋白酶活性增高
肺泡-毛细血管膜损伤和通透性增高 微血栓形成 肺水肿、透明膜形成 肺血管收缩 支气管痉挛 肺不张 死腔样通气 肺内分流 弥散障碍 低氧血症

46 四、慢性阻塞性肺病 (chronic obstructive pulmonary disease, COPD)
其共同特征是：管径小于2mm的小气道阻塞和阻力增高。 病情常呈进行性发展，最后发展为呼吸衰竭。

47 COPD导致呼衰的机制 COPD 呼吸衰竭 部分肺泡低通气或低血流 支气管壁肿胀、痉挛、堵塞 肺泡表面活性物质↓, 呼吸肌衰竭
肺泡膜面积↓，厚度↑ 阻塞性 通气障碍 限制性 通气障碍 弥散障碍 通气血流比例失调 呼吸衰竭

48 Alterations of metabolism and function
§2 呼吸衰竭时主要的代谢功能变化 Alterations of metabolism and function

49 外呼吸功能障碍引起的直接效应是血气的变化，即PaO2降低或同时伴有PaCO2增高。
呼吸衰竭时机体各系统的机能变化的最重要的原因就是低氧血症，高碳酸血症和酸碱平衡紊乱。 代偿——紊乱。

50 一、酸碱平衡及电解质紊乱 Acid-base imbalance and electrolyte disturbance
Respiratory acidosis：CO2潴留引起 Respiratory alkalosis：缺氧（尤其Ⅰ型）引起 Metabolic acidosis ：缺氧、肾功能不全所致 Metabolic alkalosis ：多为医源性 混合性酸碱失衡最多见！

51 二、呼吸系统变化 Changes of respiratory system
化学感受器 PaO2↓ 呼吸兴奋 <60mmHg <30mmHg 抑制呼吸中枢 化学感受器 呼吸兴奋 中枢pH ↓ PaCO2↑ >80mmHg 抑制呼吸中枢

52 原发疾病本身也可引起呼吸运动变化： Central respiratory failure
— breath turns shallow and slow, respiratory rhythm disturbance; Restrictive hypoventilation —respiratory rate↑， respiratory depth ↓; Obstructive hypoventilation —deepened, dyspnea .

53 三、循环系统变化 Changes of circulatory system
一定程度缺氧和CO2潴留，可反射性兴奋心血管运动中枢 ； 严重时则抑制心血管中枢和心脏活动。 肺源性心脏病 呼吸衰竭可伴发心力衰竭，尤其是右心肥大和衰竭，称为肺源性心脏病。

54 肺源性心脏病 缺 氧 H+↑ 肺A收缩 肺部病变本身 肺动脉高压 右心衰竭 RBC↑ 血黏度↑ 心肌舒缩功能↓ 用力呼吸 胸内压异常
管壁增厚硬化 肺部病变本身 肺动脉高压 右心衰竭 缺 氧 RBC↑ 血黏度↑ 心肌舒缩功能↓ 用力呼吸 胸内压异常 影响心脏舒缩 心肌受损 晚期，则可发展为全心衰竭。

55 （四）中枢神经系统变化 缺氧: PaO2降至60mmHg时,CNS症状较轻; PaO2降至40-50 mmHg时, CNS症状较重;
PaCO2↑： 超过80mmHg时,出现头疼、扑翼样震颤、昏迷、抽搐等一系列症状,即所谓的“二氧化碳麻醉Carbon dioxide anaesthesia" : 。

56 肺性脑病 Pulmonary Encephalopathy
概念： 呼吸衰竭时由于中枢神经功能障碍而出现一系列神经精神症状的病理过程称为肺性脑病。 It means the central nervous system dysfunction resulting from chronic respiratory failure.

57 肺性脑病 脑血管 缺氧、高碳酸血症、酸中毒 脑细胞 脑血管扩张，血流量↑ 脑血管内皮细胞受损通透性↑ 血管内皮细胞损伤引起DIC 脑血管充血
脑间质水肿 脑微循环障碍 脑血管 颅内压↑ 脑功能障碍 CNS症状 肺性脑病 缺氧、高碳酸血症、酸中毒 细胞内脑水肿 中枢抑制 细胞膜损伤、溶酶体酶释放 膜Na+-K+泵功能障碍 GABA↑ 磷脂酶活化 脑细胞

58 五、肾功能变化 Changes of urinary system
Mild----urine changes Severe: hypoxia and hypercapnia ----renal vessels contract ----renal blood flow↓---- functional renal failure

59 六、胃肠道功能变化 Changes of digestive system
Serious hypoxia ---vessel in stomach contract---barrier function of gastric mucosa ↓ CO2 retention----gastric acid secretion ↑ gastrointestinal mucosal erosion, necrosis, hemorrhage and helcosis etc

60 §3 呼吸衰竭的防治 (Treatment of respiratory failure)

61 Principles of Treatment
Treating causes Increasing PaO2 (different in Type Ⅰand Type Ⅱ) Ⅰ型患者: 较高浓度(不超过50%)吸氧； Ⅱ型患者:低浓度 (30%)低流量(1-2L/m)吸氧,使PaO2上升到50-60mmHg即可. Decreasing PaCO2 Correcting metabolic and functional disturbances

62 The End

63 PvO2