第二节　呼吸系统的常见异常

呼吸衰竭时发生缺氧和二氧化碳潴留可引起全身各系统器官的代谢和功能异常，对机体损害的程度取决于缺氧和二氧化碳潴留发生的速度、程度和持续的时间，二者同时存在，损害更大，当然缺氧对机体损害更为重要，在所有缺氧引起的脏器损害中，心、脑、肺血管、肝、肾对缺氧最为敏感。本节从缺氧和呼吸衰竭两方面讲解呼吸系统的病理生理。

一、缺氧

氧是人体所必需的。组织供氧减少或氧利用障碍，导致组织代谢、功能和形态结构异常变化的病理过程称为缺氧（hypoxia）。缺氧是多种疾病共有的病理过程，如慢性阻塞性肺疾病、急性呼吸窘迫综合征、严重的呼吸综合征、心肌梗死、缺血性脑卒中、失血性休克等，是许多疾病死亡的最重要原因。

（一）常用的血氧指标

组织的供氧量=动脉血氧含量×组织血流量

组织耗氧量=（动脉血氧含量-静脉血氧含量）×组织血流量

血氧分压（PO2）：为物理溶解于血液中的氧气所产生的张力，又称为血氧张力（oxygen tension）。动脉血氧分压正常值为100mmHg，其高低取决于吸入气体的氧分压和肺泡的通气与弥散功能。

血氧容量：是指100ml血液中的Hb完全氧合后的最大带氧量，取决于血液中Hb的质和量。

血氧含量（oxygen content）：是指血液与空气隔绝条件下血中氧的含量，包括物理溶解和化学结合两部分，反映血标本中氧的实际含量。氧溶解量受PO2的影响，0.13kPa氧分压可溶解0.03ml/L的氧。正常情况下，溶解状态的氧仅为3ml/L，量很小，实际所测的血氧含量为血红蛋白结合的氧。血氧含量由Hb含量和它们之间的结合程度所决定。

（二）缺氧的原因及分类

1.低张性缺氧（hypotoni hypoxia）

指由PO2明显降低并导致组织供氧不足。当PO2低于8kPa（60mmHg）时，可直接导致CaO2和SaO2 明显降低，因此低张性缺氧也可以称为低张性低氧血症（hypotonic hypoxemia）。

（1）原因：

吸入气体氧分压过低、肺功能障碍以及静脉血掺杂入动脉血增多。

1）吸入气体氧分压过低：

因吸入过低氧分压气体所引起的缺氧，又称为大气性缺氧。

2）外呼吸功能障碍：

由肺通气或换气功能障碍所致，称为呼吸性缺氧。常见于各种呼吸系统疾病，如呼吸中枢抑制或呼吸肌麻痹等。

3）静脉血分流入动脉：

多见于先天性心脏病。

（2）血氧变化的特点

1）由于弥散入动脉血中的氧压力过低使PO2降低，过低的PO2可直接导致CaO2和SaO2降低；

2）如果Hb无质和量的异常变化，CO2max正常；

3）由于PO2降低时，红细胞内2，3-DPG增多，故血SaO2降低；

4）低张性缺氧时，PO2和血SaO2降低使CaO2降低；

5）动-静脉氧差减小或变化不大。通常100ml血液流经组织时约有5ml氧被利用，即A-V dO2约为2.23mmol/L（5ml/dl）。氧从血液向组织弥散的动力是二者之间的氧分压差，当发生低张性缺氧时，PO2明显降低和CaO2明显减少，使氧的弥散速度减慢，同量血液弥散给组织的氧量减少，最终导致A-V dO2减小和组织缺氧。如果是慢性缺氧，组织利用氧的能力代偿增加时，A-Vd O2变化也可不明显。

（3）皮肤黏膜颜色的变化：

正常毛细血管中脱氧Hb平均浓度为26g/L（2.60g/dL）。低张性缺氧时，动脉血与静脉血的氧合Hb浓度均降低，毛细血管中氧合Hb必然减少，脱氧Hb浓度则增加。当毛细血管中脱氧Hb平均浓度增加至50g/L（5g/dL）以上（SaO2≤80%~85%）可使皮肤黏膜出现青紫色，称为发绀（cyanosis）。慢性低张性缺氧很容易出现发绀。发绀是缺氧的表现，但缺氧的患者不一定都有发绀，例如贫血引起的血液性缺氧可无发绀。同样，有发绀的患者也可无缺氧，如真性红细胞增多症患者，由于Hb异常增多，使毛细血管内脱氧Hb含量很容易超过50g/L，故易出现发绀而无缺氧症状。

2.血液性缺氧

指Hb量或质的改变，使CaO2减少或同时伴有氧合Hb结合的氧不易释出所引起的组织缺氧。由于Hb数量减少引起的血液性缺氧，因其PO2正常而CaO2减低，又称等张性缺氧（isotonic hypoxemia）。

（1）原因

1）贫血：

又称为贫血性缺氧（anemic hypoxia）。

2）一氧化碳（CO）中毒：

血红蛋白（Hb）与一氧化碳（CO）结合可生成一氧化碳血红蛋白（HbCO）。CO与Hb结合的速度虽仅为O2与Hb结合速率的1/10，但HbCO的解离速度却只有HbO2解离速度的1/2 100，因此，CO与Hb的亲和力比O2与Hb的亲和力大250倍。当吸入气体中含有0.10% CO时，血液中的Hb可有50%转为HbCO，从而使大量Hb失去携氧功能；CO还能抑制红细胞内糖酵解，使2，3-DPG生成减少，氧解离曲线左移，HbO2不易释放出结合的氧，HbCO中结合的O2也很难释放出来。由于HbCO失去携带O2和妨碍O2的解离，从而造成组织严重缺氧。在正常人血液中大约有0.40% HbCO。当空气中含有0.50% CO时，血中HbCO仅在20~30分钟就可高达70%。CO中毒时，代谢旺盛、需氧量高以及血管吻合支较少的器官更易受到损害。

3）高铁血红蛋白血症：

当亚硝酸盐、过氯酸盐、磺胺等中毒时，可以使血液中大量（20%~50%）Hb转变为高铁血红蛋白（methemoglobin，HbFe 3+ OH）。高铁Hb形成是由于Hb中二价铁在氧化剂的作用下氧化成三价铁，故又称为变性Hb或羟化Hb。高铁Hb中的Fe3+因与羟基牢固结合而丧失携带氧能力，另外，当Hb分子中有部分Fe2+氧化为Fe3+，剩余吡咯环上的Fe2+与O2的亲和力增高，氧离曲线左移，高铁Hb不易释放出所结合的氧，加重组织缺氧。患者可因缺氧，出现头痛、衰弱、昏迷、呼吸困难以及心动过速等症状。临床上常见的是食用大量新腌咸菜或腐败的蔬菜，由于它们含有大量硝酸盐，经胃肠道细菌作用将硝酸盐还原成亚硝酸盐并经肠道黏膜吸收后，引起高铁Hb血症，患者皮肤、黏膜（如口唇）呈现青灰色，也称为肠源性发绀（enterogenous cyanosis）。

在生理状态下，血液中也有少量的高铁Hb不断形成，但可以通过体内还原剂如NADH、维生素C、还原型谷胱甘肽等还原为Fe2+，使正常血液中高铁Hb含量限于Hb总量的1%~2%。高铁Hb血症还可见于一种HbM遗传性高铁Hb血症。这种疾病是由于a 58组酪氨酸突变，酪氨酸占据了血红素Fe原子的配基位置，使之呈现稳定的高铁状态，患者出现发绀症状，并伴有继发性红细胞增多。

4）Hb与氧的亲和力异常增加：

见于输入大量库存血液或碱性液体，也见于某些血红蛋白病。库存血液的红细胞内2，3-DPG含量低使氧合血红蛋白解离曲线左移；基因的突变，a链第92位精氨酸被亮氨酸取代时，Hb与O2的亲和力比正常高几倍。

（2）血氧变化的特点：

贫血引起缺氧时，由于外呼吸功能正常，所以PO2、SaO2正常，但因Hb数量减少或性质改变，使氧容量降低导致CaO2减少。CO中毒时，其血氧变化与贫血的变化基本是一致的。但是CO2max在体外检测时可以是正常的，这是因为在体外用氧气对血样本进行了充分平衡，此时O2已完全竞争取代HbCO中的CO形成氧合Hb，所以血CO2 max可以是正常的。血液性缺氧时，血液流经毛细血管时，因血中HbO2总量不足和PO2下降较快，使氧的弥散动力和速度也很快降低，故A-V dO2低于正常。Hb与O2亲和力增加引起的血液性缺氧较特殊，其PO2、CaO2以及SaO2正常，由于Hb与O2亲和力较大，故结合的氧不易释放导致组织缺氧，所以PvO2、CvO2以及SvO2升高，A-V dO2 小于正常。

（3）皮肤、黏膜颜色变化：

单纯Hb减少时，患者毛细血管中还原Hb未达到出现发绀的阈值，所以皮肤、黏膜颜色较为苍白。HbCO本身具有特别鲜红的颜色，患者CO中毒时，由于血液中HbCO增多，所以皮肤、黏膜呈现樱桃红色，严重缺氧时由于皮肤血管收缩，皮肤、黏膜呈苍白色；高铁Hb血症时，由于血中高铁Hb含量增加，所以患者皮肤、黏膜出现深咖啡色或青紫色；单纯的Hb与O2亲和力增高时，由于毛细血管中脱氧Hb量少于正常，所以患者皮肤、黏膜无发绀。

3.循环性缺氧（circulator hypoxia）

指组织血流量减少使组织氧供应不足所引起的缺氧，又称为低动力性缺氧（hypokinetic hypoxia）。

循环性缺氧还可以分为缺血性缺氧（ischemic hypoxia）和淤血性缺氧（congestive hypoxia）。缺血性缺氧是由于动脉供血不足所致，淤血性缺氧是由于静脉回流受阻所致。

（1）原因：

循环性缺氧是血流量减少，可以分为全身性血流量减少和局部性血流量减少。

（2）血氧变化的特点：

单纯性循环障碍时，血氧容量正常，PO2、CaO2、SaO2正常。由于血流缓慢，血液流经毛细血管的时间延长，使单位容积血液弥散到组织氧量增加，CvO2降低，所以A-V dO2 血氧差也加大，但是单位时间内弥散到组织、细胞的氧量减少，还是会引起组织缺氧。局部性循环性缺氧时，血氧变化可以基本正常。

（3）皮肤、黏膜颜色变化：

由于静脉血的CvO2和PvO2较低，毛细血管中脱氧Hb可超过50g/L，可引发皮肤、黏膜发绀。

4.组织性缺氧（histogenou hypoxia）

是指由于组织、细胞利用氧障碍所引起缺氧。

（1）原因

1）抑制细胞氧化磷酸化

细胞色素分子中的铁通过可逆性氧化还原反应进行电子传递，这是细胞氧化磷酸化的关键步骤。以氰化物（cyanide）为例，当各种无机氰化物或有机氰化物如HCN、KCN、NaCN、NH4CN和氢氰酸有机衍生物（多存在于杏、桃和李的核仁中）等经消化道、呼吸道、皮肤进入体内，CN-可以迅速与细胞内氧化型细胞色素氧化酶三价铁结合形成氰化高铁细胞色素氧化酶（CN-+Cytaa 3Fe3+→Cyt aa 3Fe3+-CN-），从而失去了接受电子能力，使呼吸链中断，导致组织细胞利用氧障碍。0.06g HCN可以导致人死亡。高浓度CO也能与氧化型细胞色素氧化酶aa的Fe2+结合，阻断呼吸链。硫化氢、砷化物和甲醇等中毒是通过抑制细胞色素氧化酶活性而阻止细胞的氧化过程。抗霉菌素A和苯乙双胍等能抑制电子从细胞色素b向细胞色素c的传递，阻断呼吸链导致组织中毒性缺氧。

2）线粒体损伤：

强辐射、细菌毒素、热射病、尿毒症等可引起线粒体损伤。线粒体损伤可以导致组织细胞利用氧障碍和ATP生成减少。

3）呼吸酶合成障碍：

维生素B1、维生素B2、烟酰胺等是机体能量代谢中辅酶的辅助因子，这些维生素缺乏导致组织细胞对氧利用和ATP生成发生障碍。

（2）血氧变化的特点：

组织性缺氧时，血氧容量正常，PO2、CaO2、SaO2一般均正常。由于组织细胞利用氧障碍（内呼吸障碍），所以PvO2 、CvO2、SvO2增高，A-V dO2 小于正常。患者的皮肤、黏膜颜色因毛细血管内氧合Hb的量高于正常，故常呈现鲜红色或玫瑰红色。临床常见的缺氧多为混合性缺氧。例如肺源性心脏病时由于肺功能障碍可引起呼吸性缺氧，心功能不全可出现循环性缺氧。

（三）缺氧时各系统的病理生理

1.呼吸系统

缺氧时呼吸系统的临床表现为呼吸困难，呼吸频率、节律、幅度改变。呼吸困难和呼吸频率增快往往是临床上最早出现的重要症状，表现为呼吸费力、伴有呼吸频率加快、呼吸表浅、鼻翼扇动，辅助肌参与呼吸活动（三凹征）；慢性阻塞性肺疾病患者先表现为呼吸费力伴呼吸延长，严重时出现浅、快呼吸；并发CO2麻醉时，出现浅、慢呼吸或潮式呼吸；中枢病变者无气促主诉；中枢抑制性药物中毒呼吸匀缓、昏睡；危重者呼吸浅、慢，叹息样呼吸。

缺氧时呼吸系统的病理生理改变包括以下几项。

（1）缺氧时，刺激位于颈动脉体和主动脉弓的外周感受器，兴奋呼吸中枢，反射性增强呼吸运动，具有代偿意义，此反应在PO2<60mmHg时才明显。临床表现为呼吸频率增快，肺通气量增加。

（2）二氧化碳潴留时可刺激呼吸中枢化学感受器，兴奋呼吸中枢，使呼吸加深加快，通气量增加。

（3）当PO2<30mmHg时，缺氧对呼吸中枢有直接抑制作用，此作用大于兴奋作用，而使呼吸抑制，表现为呼吸频率减慢，肺通气量减少。

（4）当PCO2>80mmHg时，CO2对呼吸中枢有抑制作用，此时主要靠低氧作用刺激位于颈动脉体和主动脉弓的外周感受器，兴奋呼吸中枢来维持。

2.循环系统

缺氧时循环系统的临床表现为心律失常、低血压、肺动脉高压、右心衰竭、球结膜水肿、头痛、头晕。

缺氧时循环系统的病理生理改变包括以下几项。

（1）缺氧早期，缺氧可兴奋心血管运动中枢，使心率加快，心肌收缩力增强，外周血管收缩，可使有效循环血量增加，心排血量增加。但心、脑血管是扩张的，以保证心脑的血液供应。

（2）一定程度的CO2潴留可兴奋心血管运动中枢及交感神经，使心率加快，心肌收缩力增强，心排血量增加，内脏血管收缩，血压升高。但最突出的是周围血管、心脑血管扩张，出现球结膜水肿、面部潮红、四肢皮肤温暖、头痛、头晕，严重时血压下降，这些都可能是血管扩张的结果。

（3）严重缺氧时直接抑制心血管运动中枢，抑制心脏活动及血管扩张，导致组织细胞发生严重代谢性酸中毒、心肌不可逆损伤。这些因素会造成心率减慢、心肌收缩力下降、心输出量减少、心律失常，甚至很快出现心脏停止。

（4）严重CO2潴留时直接抑制心血管运动中枢，抑制心脏活动及血管扩张；呼吸性酸中毒引起心肌收缩无力、心输出量下降；外周血管对血管活性物质敏感性降低，引起血压下降；出现心室纤颤。

3.泌尿系统

缺氧可使肾血管收缩，肾血流严重减少，引起肾功能不全，轻者尿中出现蛋白、红细胞、白细胞，重者出现少尿、氮质血症。但此时肾结构多无变化，只要缺氧纠正，肾功能很快就恢复正常。

4.消化系统

轻度缺氧时肝血管收缩，肝功能受损，多无结构性改变，缺氧一经纠正，肝功能就可恢复；但严重缺氧，可出现肝细胞坏死，如COPD并发肺心病慢性心功能不全者可导致肝脏淤血、肿大，久之导致肝硬化，但较少见。

严重缺氧导致胃壁血管收缩，降低胃黏膜的屏障作用，此外加上CO2潴留可增强胃壁细胞碳酸酐酶的活性，使胃酸分泌增多，久之出现胃黏膜糜烂、出血、溃疡形成。

（四）缺氧和CO2潴留对酸碱平衡、电解质的影响

缺氧引起代谢性酸中毒；CO2潴留引起呼吸性酸中毒。

酸碱失衡类型：

（1）呼吸性酸中毒、代谢性酸中毒、呼吸性碱中毒、代谢性碱中毒；

（2）呼吸性酸中毒、代谢性酸中毒、呼吸性碱中毒、代谢性碱中毒两两组合，但没有呼吸性酸中毒合并呼吸性碱中毒。

注意：（1）O2引起呼吸性酸中毒的代偿机制：机体通过血液缓冲系统、细胞内外离子交换、肾脏代偿机制，可使增高，Cl-下降；慢性呼吸性酸中毒代偿范围：增加的增加的简化成增加的增加的。

（2）呼吸性酸中毒出现高钾的机制：呼吸性酸中毒由于pH下降，出现细胞内外离子交换，即：细胞外2Na+、1H+和细胞内3K+交换；肾小管Na+-H+交换加强，Na+-K+交换较少。上述两种因素导致细胞外液K+浓度增高，即酸中毒高钾。

二、呼吸衰竭

呼吸衰竭（respiration failure）是指各种原因引起的肺通气和/或换气功能严重障碍，使静息状态下也不能够维持足够的气体交换，导致低氧血症伴（或不伴）高碳酸血症，进而引起一系列病理生理改变和相应临床表现的综合征。

（一）呼吸衰竭的分类

1.按动脉血气分类

Ι型呼吸衰竭：PO2小于60mmHg，PCO2 降低或正常。

Ⅱ型呼吸衰竭：PO2小于60mmHg，PCO2大于50mmHg。

2.按照发病急缓分类

（1）急性呼吸衰竭：

某些突发因素短时间内使肺通气和/或换气功能出现严重障碍，短时间内发生的呼吸衰竭。可见于严重肺部疾病、休克、创伤、急性气道阻塞、电击等。

（2）慢性呼吸衰竭：

一些慢性疾病逐渐损害呼吸系统，经过一段较长的时间发展为呼吸衰竭。最常见于慢性阻塞性肺疾病，也可见于一些其他疾病如间质性肺疾病、肺结核、神经肌肉病变等。

3.按照发病机制分类

可分为泵衰竭（pump failure）和肺衰竭（lung failure），具体病变部位和表现形式见表3-6。

（二）诊断标准

在一般大气压下，处于静息状态呼吸时，PO2小于60mmHg和/或PCO2大于50mmHg。

吸氧条件下，PO2/FiO2<300mmHg，同时伴有肺损伤。

（三）临床表现

（1）呼吸功能紊乱：

呼吸困难、呼吸频率增快。

（2）发绀：

舌色发绀较口唇、指甲床更早、更明显；发绀取决于缺氧程度，也与血红蛋白数值和心功能有关；以前认为血还原血红蛋白超过50g/L就有发绀的观点已经被否定，实际上当PO2≤50mmHg，SaO2≤80%时，就可出现发绀。

（3）心血管系统：

出现心悸、心律失常、肺动脉高压、右心衰竭、低血压、球结膜水肿等症状。

（4）神经系统：

出现头痛、头晕、注意力不集中、烦躁、谵妄、昏迷、精神错乱等症状。

（5）肝、肾、胃：

肝肾功能不全，上消化道出血、溃疡。

（6）酸碱失衡及电解质紊乱：

慢性呼吸衰竭多有原发肺-支气管疾病，如慢性阻塞性肺疾病、重症肺结核、支气管扩张、肺间质性纤维化、尘肺；胸廓病变如胸部手术、外伤、广泛胸膜粘连、胸廓畸形等，如果没有上述原因，必须详细询问病史，否则可能诊断急性呼吸衰竭。