呼吸衰竭 - 原因和发病机制

通气性和实质性呼吸衰竭的原因和机制

当呼吸系统的任何功能组成部分（例如肺实质、胸壁、肺循环、肺泡毛细血管膜的状态以及呼吸的神经和体液调节）发生紊乱时，就会发生呼吸衰竭。根据血液中气体成分某些变化的发生情况，呼吸衰竭主要分为两种类型：通气性（高碳酸血症）和实质性（低氧血症），每种类型都可能是急性或慢性的。

通气性（高碳酸性）呼吸衰竭

呼吸衰竭的通气性（高碳酸血症）主要特征是肺泡通气量（肺泡低通气）和每分钟呼吸量（MRV）总体减少，身体排出的二氧化碳减少，因此出现高碳酸血症（PaCO2> 50 mm Hg），然后出现低氧血症。

呼吸衰竭的病因和发展机制与体内二氧化碳排出过程的中断密切相关。众所周知，肺部气体交换过程取决于以下因素：

• 肺泡通气水平；
• 肺泡毛细血管膜相对于O ₂和CO ₂的扩散能力；
• 灌注量；
• 通气与灌注的比率（通气-灌注比）。

从功能角度来看，肺中的所有气道都分为传导通路和气体交换（或扩散）区。在吸气过程中，传导通路区域（气管、支气管、细支气管和终末细支气管内）的空气会逐渐移动，并且新鲜的大气空气会与下次吸气前位于生理死腔中的气体发生机械混合（对流）。因此，该区域还有另一个名称 - 对流区。显然，对流区富氧强度和二氧化碳浓度下降程度主要取决于肺通气强度和每分钟呼吸量（MVR）的值。

其特点是，随着气道逐渐变小（从第1代到第16代），气流的向前运动逐渐减慢，并在对流区边界完全停止。这是由于后续每一代支气管的总横截面积急剧增加，从而导致小支气管和细支气管的总阻力显著增加。

随后的气道（从第17至23层），包括呼吸性细支气管、肺泡通道、肺泡囊和肺泡，属于气体交换（扩散）区，气体在此通过肺泡毛细血管膜进行扩散。在扩散区，呼吸运动和咳嗽过程中完全不存在“宏观”的蓝色气体（V.Yu. Shanin）。此处的气体交换仅通过氧气和二氧化碳的分子扩散过程进行。在这种情况下，CO2分子运动的速率——从对流区，通过整个扩散区到肺泡和毛细血管，以及CO2——从肺泡到对流区——由三个主要因素决定：

• 对流区和扩散区边界处的气体分压梯度；
• 环境温度；
• 给定气体的扩散系数。

值得注意的是，肺通气水平和 MOD 对 CO2 和 O2 分子直接在扩散区中的运动过程几乎没有影响。

已知二氧化碳的扩散系数约为氧气的20倍。这意味着扩散区不会对二氧化碳的扩散造成太大的阻碍，其交换几乎完全取决于对流区的状态，即呼吸运动的强度和最大操作量（MOD）的值。随着通气量和每分钟呼吸量的总体减少，对流区二氧化碳的“冲洗”停止，其分压升高。结果，对流区和扩散区边界_处的二氧化碳压力梯度降低，其从毛细血管床向肺泡扩散的强度急剧下降，并出现高碳酸血症。

在其他临床情况下（例如，实质性呼吸衰竭），当疾病发展到一定阶段，完整肺泡出现明显的代偿性过度换气时，对流区二氧化碳“冲洗”的速度会显著增加，导致对流区和扩散区边界_处二氧化碳压力梯度增大，从而增加二氧化碳从体内的排出。结果，出现低碳酸血症。

与二氧化碳不同，肺部氧气交换和动脉血二氧化碳分压（PaO2 _）主要取决于弥散区的功能，特别是O2的弥散系数_和毛细血管血流（灌注）的状态，而通气水平和对流区的状态仅对这些指标产生很小的影响。因此，在呼吸衰竭发展过程中，在每分钟呼吸量总体下降的背景下，首先会出现高碳酸血症，并且随后（通常在呼吸衰竭发展的后期）才会出现低氧血症。

因此，呼吸衰竭（高碳酸血症）的通气性表现表明“呼吸泵”功能衰竭。其可能由以下原因引起：

1. 呼吸中枢调节障碍：
   • 脑水肿影响其脑干部分和呼吸中枢区域;
   • 中风;
   • 创伤性脑损伤；
   • 神经感染；
   • 对呼吸中枢的毒性作用；
   • 脑缺氧，例如严重的心力衰竭；
   • 抑制呼吸中枢的药物过量（麻醉性镇痛药、镇静剂、巴比妥类药物等）。
2. 确保胸部呼吸运动的装置受损，即所谓的“胸腔”（周围神经系统、呼吸肌、胸部）功能中断：
   • 胸部畸形（脊柱后凸、脊柱侧弯、脊柱后侧凸等）；
   • 肋骨和脊柱骨折；
   • 开胸手术；
   • 周围神经功能障碍（主要是膈神经 - 格林-巴利综合征，脊髓灰质炎等）;
   • 神经肌肉传递障碍（重症肌无力）；
   • 呼吸肌疲劳或萎缩（在长时间剧烈咳嗽、气道阻塞、限制性呼吸障碍、长时间机械通气等情况下）；
   • 隔膜效率降低（例如，当隔膜变平时）。
3. 限制性呼吸障碍伴有 MV 下降：
   • 明显的气胸；
   • 大量胸腔积液；
   • 间质性肺疾病；
   • 全性肺炎和次全性肺炎等。

因此，大多数呼吸性呼吸衰竭的原因与肺外呼吸器官及其调节（中枢神经系统、胸部、呼吸肌）的疾病有关。在呼吸性呼吸衰竭的“肺部”机制中，限制性呼吸衰竭最为重要，其原因是肺、胸部或胸膜在吸气过程中伸直能力下降。限制性呼吸衰竭可见于许多呼吸系统急性和慢性疾病。在这方面，在呼吸性呼吸衰竭的框架内，有一种特殊的限制性呼吸衰竭，其通常由以下原因引起：

• 限制肺部运动的胸膜疾病（渗出性胸膜炎，胸水，气胸，纤维胸等）;
• 功能性肺实质体积减少（肺不张、肺炎、肺切除等）；
• 炎症或血流动力学调节的肺组织浸润，导致肺实质“僵硬”增加（肺炎，左心室心力衰竭中的间质性或肺泡性肺水肿等）;
• 各种病因的肺硬化症等

还应考虑到，任何伴有肺泡通气量和每分钟呼吸量总体下降的病理过程都可能导致高碳酸血症和呼吸性呼吸衰竭。例如，严重的呼吸道阻塞（支气管哮喘、慢性阻塞性支气管炎、肺气肿、气管膜部运动障碍等）、功能性肺泡容积显著减少（肺不张、间质性肺病等）或呼吸肌严重疲劳和萎缩都可能出现这种情况。不过，在所有这些情况下，呼吸衰竭的发展还涉及其他病理生理机制（气体扩散障碍、通气-灌注关系障碍、肺毛细血管血流障碍等）。在这些情况下，我们通常谈论的是混合性通气性和实质性呼吸衰竭的形成。

还需补充的是，急性呼吸性呼吸衰竭中，PaCO2 升高通常伴有血液 pH 值下降和呼吸性酸中毒的发生，这是由于 HCO3/H2CO3 比值下降所致，而 HCO3/H2CO3 比值是决定 pH 值的关键因素。慢性呼吸性呼吸衰竭中，由于血清中碳酸盐浓度的代偿性升高，不会出现如此明显的 pH 值下降。

1. 通气性（高碳酸性）呼吸衰竭的特点是：

1. 总体肺泡通气不足和每分钟呼吸量减少，
2. 高碳酸血症，
3. 低氧血症（呼吸衰竭后期），
4. 代偿性或失代偿性呼吸性酸中毒的症状。

2. 通气性（高碳酸性）呼吸衰竭的主要发展机制：

1. 呼吸中枢调节紊乱；
2. 损害提供胸部呼吸运动的装置（周围神经，呼吸肌，胸壁）;
3. 明显的限制性疾病，伴随 MOD 的减少。

实质性呼吸衰竭

实质性（低氧血症）呼吸衰竭的特征是肺部血液氧合过程严重中断，导致动脉血 PaO2 显著下降 - 低氧血症。

实质性呼吸衰竭中低氧血症发展的主要机制：

1. 通气-灌注关系违反（//0），形成右-左心血液“分流”（肺泡分流）或肺泡死腔增加；
2. 肺泡毛细血管膜总功能表面减少；
3. 违反气体扩散。

通气-灌注关系违反

许多呼吸器官疾病中，低氧性呼吸衰竭的发生往往是由通气-血流比例失调引起的。正常情况下，通气-血流比例为0.8-1.0。该比例失调可能有两种情况，每种情况都可能导致呼吸衰竭。

肺泡局部通气不足。在这种实质性呼吸衰竭中，如果足够强的血流持续流经通气不良或无通气的肺泡，就会发生低氧血症。此时通气灌注比降低（V/Q <0.8），导致肺部这些区域氧合不足的静脉血排入左心室和体循环（静脉分流）。这会导致动脉血氧分压下降_——低氧血症。

如果在血流正常的区域内没有通气，V/Q 比值会趋近于零。在这种情况下，会形成从右向左的心脏肺泡分流，未氧合的静脉血会通过该分流被“抛”入心脏左侧区域和主动脉，从而降低动脉血_的PaO2 。阻塞性肺疾病、肺炎、肺水肿以及其他伴有不均匀（局部）肺泡通气量下降和静脉血液分流的疾病，会通过这种机制引发低氧血症。在这种情况下，与呼吸性呼吸衰竭不同，总每分钟通气量不会长时间下降，甚至会出现肺部过度通气的趋势。

需要强调的是，在实质性呼吸衰竭的早期阶段，不会出现高碳酸血症，因为完整肺泡的明显过度换气，伴随着体内二氧化碳的大量排出_，完全弥补了局部二氧化碳交换的紊乱_。此外，完整肺泡的明显过度换气会导致低碳酸血症，而低碳酸血症本身会加重呼吸系统疾病。

这主要是因为低碳酸血症会降低人体对缺氧的适应能力。众所周知，血液中二氧化碳分压（PaCO2）的下降会导致血红蛋白解离曲线左移，从而增加血红蛋白对氧的亲和力，并减少外周组织_中氧的释放。因此，在实质性呼吸衰竭初期发生的低碳酸血症会进一步加剧外周器官和组织的缺氧。

此外，PaCO2 的降低_会减少来自颈动脉窦和延髓受体的传入冲动，并降低呼吸中枢的活动。

最后，低碳酸血症会改变血液中碳酸氢盐与二氧化碳的比例，导致 HCO3/H2CO3 和 pH 值升高，并发生呼吸性碱中毒（血管痉挛，重要器官的血液供应恶化）。

需要补充的是，在实质性呼吸衰竭发展的后期，不仅血液氧合受损，而且肺部通气也受损（例如由于呼吸肌疲劳或炎症水肿导致肺部僵硬增加）和高碳酸血症，这反映了混合型呼吸衰竭的形成，结合了实质性呼吸衰竭和通气性呼吸衰竭的体征。

最常见的是，实质性呼吸衰竭和通气血流比严重降低，发生在伴有肺泡局部（不均匀）通气不足的肺部疾病中。这类疾病有很多：

• 慢性阻塞性肺疾病（慢性阻塞性支气管炎，细支气管炎，支气管哮喘，囊性纤维化等）；
• 中央型肺癌；
• 肺炎;
• 肺结核等

在所有上述疾病中，均存在由于不均匀的炎症浸润和支气管粘膜严重水肿（支气管炎，细支气管炎）引起的气道阻塞程度不同，支气管粘稠分泌物（痰）量增加（支气管炎，细支气管炎，支气管扩张，肺炎等），小支气管平滑肌痉挛（支气管哮喘），小支气管呼气早期关闭（塌陷）（在肺气肿患者中最明显），肿瘤引起支气管变形和压迫，异物等。因此，建议区分一种特殊的 - 阻塞性 - 呼吸衰竭，其由大气道和/或小气道的气道受损引起，在大多数情况下，这在实质性呼吸衰竭的框架内考虑。同时，由于气道严重阻塞，许多病例的肺通气量和MV显著降低，并发生通气（或更准确地说是混合）呼吸衰竭。

肺泡死腔增大。另一种通气-血流灌注关系改变与局部肺血流紊乱有关，例如肺动脉分支血栓形成或栓塞。在这种情况下，尽管肺泡保持正常的通气，但有限区域肺组织的灌注会急剧下降（V / Q > 1.0）或完全消失。功能性死腔会突然增大，如果其体积足够大，就会出现低氧血症。在这种情况下，从正常灌注的肺泡呼出的气体中二氧化碳浓度会代偿性升高，这通常会完全抵消无灌注肺泡中二氧化碳交换的紊乱。换句话说，这种实质性呼吸衰竭也不会伴随动脉血二氧化碳分压的_升高。

由于肺泡死腔和V/Q值增加而导致的实质性呼吸衰竭最常发生在以下疾病中：

1. 肺动脉分支血栓栓塞。
2. 成人呼吸窘迫综合征。

肺泡毛细血管膜功能表面减少

在肺气肿、间质性肺纤维化、压缩性肺不张等疾病中，由于肺泡毛细血管膜总功能表面积减少，血氧可能降低。在这些情况下，与其他类型的实质性呼吸衰竭一样，血气成分的变化主要表现为动脉低氧血症。在疾病的后期，例如，随着呼吸肌的疲劳和萎缩，可能会出现高碳酸血症。

气体扩散障碍

氧气的弥散系数相对较低，在许多肺部疾病中，氧气的弥散会受到影响，并伴有间质组织的炎症或血流动力学水肿，以及肺泡内表面与毛细血管之间距离的增加（肺炎、间质性肺疾病、肺硬化、左心室心力衰竭中的血流动力学性肺水肿等）。在大多数情况下，肺部血氧不足是由呼吸衰竭的其他病理生理机制（例如通气-血流灌注关系的降低）引起的，而氧气弥散速率的降低_只会加剧呼吸衰竭。

由于二氧化碳的弥散速度比氧气_高20倍_，因此，只有当肺泡毛细血管膜显著增厚或肺组织受到广泛损伤时，二氧化碳通过肺泡毛细血管膜的转运才会受到影响。因此，在大多数情况下，肺部弥散能力受损只会加重低氧血症。

• 在大多数情况下，实质性（低氧性）呼吸衰竭具有以下特征：
  • 局部肺泡通气不足不均匀，但整体 MV 频率没有降低，
  • 严重低氧血症，
  • 在呼吸衰竭发展的初始阶段 - 完整肺泡的过度换气，伴有低碳酸血症和呼吸性碱中毒，
  • 在呼吸衰竭发展的后期 - 出现通气障碍，伴有高碳酸血症和呼吸性或代谢性酸中毒（混合性呼吸衰竭阶段）。
• 实质性（低氧血症）呼吸衰竭的主要发展机制：
  • 阻塞性呼吸衰竭时通气-灌注关系的破坏或肺毛细血管床的损伤，
  • 减少肺泡毛细血管膜的总功能表面，
  • 违反气体扩散。

区分两种呼吸衰竭（通气性呼吸衰竭和实质性呼吸衰竭）具有重要的实际意义。在治疗通气性呼吸衰竭时，呼吸支持最为有效，有助于恢复减少的每分钟呼吸量。相反，在实质性呼吸衰竭中，低氧血症是由通气-血流灌注关系的破坏（例如，血液静脉“分流”）引起的，因此，即使是高浓度（高吸入氧浓度）的氧气吸入疗法也无效。人工增加呼吸量（例如，借助人工通气）也无济于事。只有充分纠正通气-血流灌注关系并消除此类呼吸衰竭的其他一些发展机制，才能实现实质性呼吸衰竭的稳定改善。

对阻塞性和限制性呼吸衰竭进行临床和仪器验证也具有实际意义，因为它可以选择治疗呼吸衰竭患者的最佳策略。

临床实践中，常遇到混合型呼吸衰竭，伴有血氧合受损（低氧血症）和完全肺泡低通气（高碳酸血症和低氧血症）。例如，在重症肺炎中，通气-血流灌注关系被破坏，形成肺泡分流，导致PaO2下降并出现低氧血症。肺组织大量炎症浸润常伴有肺僵硬显著增加，导致肺泡通气量和二氧化碳“排出”速率下降，并出现高碳酸血症。

当出现胸膜痛时，呼吸肌的严重疲劳和呼吸运动量的限制也会促进进行性通气障碍和高碳酸血症的发展。

另一方面，在一些伴有呼吸性呼吸衰竭和高碳酸血症的限制性疾病中，迟早会出现支气管通畅障碍，通气灌注比降低，并出现伴有低氧血症的呼吸衰竭实质成分。然而，无论如何，评估呼吸衰竭的主要机制都很重要。

酸碱失衡

各种形式的呼吸衰竭都可能伴有酸碱失衡，这在急性呼吸衰竭患者中更为常见，包括在长期慢性呼吸衰竭背景下发生的酸碱失衡。在这些情况下，最常发生失代偿性呼吸性或代谢性酸中毒或呼吸性碱中毒，这会显著加重呼吸衰竭，并导致严重并发症的发生。

维持酸碱平衡的机制

酸碱平衡是指体内环境中氢离子 (H ⁺ ) 和羟基离子 (OH ^{- ) 浓度的比值。溶液的酸性或碱性取决于其中氢离子的含量，pH 值是氢离子含量的一个指标，pH 值是 H+}离子摩尔浓度的负十进制对数：

PH=-[H ⁺ ]。

例如，当pH = 7.4（环境中性反应）时，H ⁺离子的浓度，即 [H ⁺ ]，等于 10 ^-7.4 mmol/l。随着生物环境酸度的增加，其pH值会降低；反之，随着酸度的降低，pH值会升高。

PH值是最“稳定”的血液参数之一。它的波动通常非常小：在7.35到7.45之间。即使pH值从正常水平略有下降（酸中毒）或上升（碱中毒）的偏差，也会导致氧化还原过程、酶活性、细胞膜通透性以及其他可能对生物体生命活动造成危险后果的疾病。

氢离子的浓度几乎完全由碳酸氢盐与二氧化碳的比例决定：

碳酸氢^根/_碳酸氢根

血液中这些物质的含量与二氧化碳 (CO2 ₎从组织到肺部的转移过程密切相关。物理溶解的 CO2_{从组织扩散到红细胞中，在碳酸酐酶的作用下，分子 (CO2)}水合形成碳酸 H2CO3 _，后者立即解离形成碳酸氢盐 (HCO3-) 离子⁽ H ⁺ )：

CO ₂ + H ₂ O ↔ H ₂ CO ₃ ↔ NCO ^3- + H ⁺

^{红细胞中聚集的HCO 3-}离子，一部分会根据浓度梯度进入血浆。此时，^氯（Cl-）会取代HCO 3-离子进入红细胞，从而破坏红细胞内电荷的平衡分布。

二氧化碳解离形成的H ^{+离子与肌红蛋白分子结合。最后，部分CO2}_可以直接与血红蛋白的蛋白质成分氨基结合，形成氨基甲酸残基（NHCOOH）。因此，在流出组织的血液中，27%的CO2以碳酸氢盐（HCO3- ^）的形式被输送到红细胞中，11%的CO2与血红蛋白_形成氨基甲酸化合物（碳血红蛋白），约12%的CO2以溶解形式或未解离的碳酸（H2CO3）的形式_{存在，剩余的CO2（}约50%）以HCO3-的形式溶解^在血浆中。

正常情况下，血浆中的碳酸氢盐 (HCO ^3- )浓度是二氧化碳 (H2CO3) 浓度的 20 倍。正是在 HCO ^3-和 H2CO3 的这一比例下，正常的 pH 值才得以维持在 7.4。如果碳酸氢盐或二氧化碳的浓度发生变化，它们的比例就会发生变化，pH 值就会偏向酸性（酸中毒）或碱性（碱中毒）。在这种情况下，pH 值的正常化需要激活一系列代偿调节机制，以恢复血浆以及各个器官和组织中先前的酸碱比例。其中最重要的是：

1. 血液和组织的缓冲系统。
2. 肺通气量的变化。
3. 肾脏调节酸碱平衡的机制。

血液和组织的缓冲系统由酸和共轭碱组成。

当与酸相互作用时，后者会被缓冲液的碱性成分中和；当与碱接触时，其过量部分会与酸性成分结合。

碳酸氢盐缓冲液呈碱性，由弱碳酸（H2CO3）及其钠盐——碳酸氢钠（NaHCO3）作为共轭碱组成。与酸作用时，碳酸氢盐缓冲液的碱性成分（TaHCO3）会中和酸，生成H2CO3，H2CO3分解为CO2_和H2O _。过量的H2CO3会随呼气排出。与碱作用时，缓冲液的酸性成分（H2CO3）会与过量的碱结合，生成碳酸氢盐（HCO3- ^），然后经肾脏排出。

磷酸盐缓冲液由作为酸的磷酸二氢钠（NaH2PO4）和作为共轭碱的亚磷酸氢二钠（NaH2PO4）组成。该缓冲液的作用原理与碳酸氢盐缓冲液相同，但由于血液中磷酸盐含量较低，其缓冲能力较低。

_{蛋白质缓冲液。血浆蛋白（白蛋白等）和红细胞血红蛋白的缓冲特性与其所含氨基酸同时含有酸性（COOH）和碱性（NH 2} ）基团有关，这些氨基酸可以根据介质的反应解离形成氢离子和羟基离子。血红蛋白占据了蛋白质系统的大部分缓冲能力。在生理pH范围内，氧合血红蛋白的酸性比脱氧血红蛋白（还原血红蛋白）更强。因此，通过在组织中释放氧气，还原血红蛋白获得了更高的结合H ⁺离子的能力。当在肺部吸收氧气时，血红蛋白会获得酸性。

血液的缓冲性能主要取决于弱酸中所有阴离子基团的共同作用，其中最重要的是碳酸氢盐和蛋白质的阴离子基团（“蛋白酸盐”）。这些具有缓冲作用的阴离子被称为缓冲碱（BB）。

血液中缓冲碱的总浓度约为<18 mmol/l，且不受血液_{中二氧化碳分压变化的影响。事实上，随着血液中}二氧化碳分压的升高，会形成等量的H ⁺和HCO ^{3- 。蛋白质会与H+}离子结合，导致具有缓冲性质的“游离”蛋白质浓度降低。同时，碳酸氢盐含量也会增加等量，缓冲碱的总浓度保持不变。相反，随着血液中二氧化碳分压的降低，蛋白质含量会增加，碳酸氢盐浓度会降低。

如果血液中非挥发性酸的含量发生变化（缺氧时的乳酸、糖尿病时的乙酰乙酸和β-羟基丁酸等），缓冲碱的总浓度就会与正常值不同。

缓冲碱含量偏离正常水平（48 mmol/l）称为碱过剩（BE）；正常情况下为零。当缓冲碱数量病理性增加时，BE 为正值；当缓冲碱数量减少时，BE 为负值。在后一种情况下，使用“碱缺失”一词更为准确。

因此，当血液中非挥发性酸的含量发生变化时，BE 指标可以让我们判断缓冲碱“储备”的变化，甚至可以诊断酸碱平衡中隐藏的（补偿性的）变化。

肺通气量的变化是确保血浆pH值恒定的第二种调节机制。当血液流经肺部时，红细胞和血浆中会发生与上述相反的反应：

H ⁺ + HCO ^3- H2CO3 ↔ CO2+ H2O。

这意味着当 CO2 从血液中去除时，_大约等量的 H ⁺离子也会从血液中消失。因此，呼吸在维持酸碱平衡中起着极其重要的作用。因此，如果由于组织代谢紊乱，血液酸度增加，并出现中度代谢性（非呼吸性）酸中毒状态，则肺通气强度（过度换气）会反射性增加（呼吸中枢）。结果，大量的 CO2 和相应的氢离子 (H ⁺ ) 被去除，因此 pH 值恢复到原始水平。相反，碱含量的增加（代谢性非呼吸性碱中毒）伴随着通气强度的降低（低换气），CO2 压力_和H⁺离子浓度增加，pH 值向碱性方向移动得到补偿。

肾脏的作用。肾脏是酸碱平衡的第三个调节器，它负责从体内清除H ⁺离子并重吸收碳酸氢钠（NaHCO3）。这些重要的过程主要在肾小管内进行。主要通过以下三种机制进行：

氢离子与钠离子的交换。该过程基于碳酸酐酶激活的反应：CO ₂ + H ₂ O = H ₂ CO ₃；生成的二氧化碳 (H2CO3) 分解为 H ⁺和 HCO ^{3- 离子。这些离子被释放到肾小管腔中，同时等量的钠离子 (Na+} ) 从肾小管液中进入肾小管腔。如此一来，身体便会释放氢离子，同时补充体内的碳酸氢钠 (NaHCO3) 储备，后者会被肾脏间质组织重新吸收并进入血液。

酸化作用。H +离子与Na ^{+离子的交换}以类似的方式进行，并有磷酸氢二钠参与。释放到小管腔中的氢离子与HPO4 ^2-阴离子结合，形成磷酸二氢钠（NaH2PO4）。同时，等量的Na ⁺离子进入小管上皮细胞，与HCO3-离子结合，^形成Na ⁺碳酸氢盐（NaHCO3）。后者被重吸收并进入全身血液。

氨生成发生在远端肾小管，谷氨酰胺和其他氨基酸在此形成氨。后者中和尿液中的盐酸（HCl），并与氢离子结合形成Na ⁺和Cl- ^{。重吸收的钠与HCO3-}离子结合，也形成碳酸氢钠（NaHCO3）。

因此，在肾小管液中，来自肾小管上皮的H ^{+离子大部分与HCO3-}、HPO 4 ^2-离子结合，随尿液排出。同时，等量的钠离子进入肾小管细胞，形成碳酸氢钠（NaHCO 3 ），后者在肾小管中被重吸收，补充碳酸氢盐缓冲液的碱性成分。

酸碱平衡的主要指标

在临床实践中，以下动脉血参数用于评估酸碱平衡：

1. ^{血液pH值是H +}离子摩尔浓度的负十进制对数。37°C时动脉血（血浆）pH值在较窄的范围内波动（7.35-7.45）。正常的pH值并不意味着不存在酸碱失衡，在所谓的代偿性酸中毒和碱中毒中也可能发生。
2. PaCO2 是动脉血_中二氧化碳的分压。PaCO2 的正常值_{为男性35-45}毫米汞柱，女性 32-43 毫米汞柱。
3. 缓冲碱（BB）是血液中所有具有缓冲作用的阴离子（主要是碳酸氢盐和蛋白质离子）的总和。正常的BB值平均为48.6 mol/l（范围为43.7 mmol/l至53.5 mmol/l）。
4. 标准碳酸氢盐（SB）是指血浆中碳酸氢根离子的含量。男性正常值为22.5-26.9毫摩尔/升，女性正常值为21.8-26.2毫摩尔/升。该指标不反映蛋白质的缓冲作用。
5. 血碱过剩（BE）是指缓冲碱含量的实际值与其正常值之间的差值（正常值为-2.5至+2.5 mmol/l）。在毛细血管血中，男性该指标的值为-2.7至+2.5，女性为-3.4至+1.4。

临床上通常采用3个酸碱平衡指标：pH、PaCO2 _、 BE。

呼吸衰竭时酸碱平衡的变化

在许多病理条件下，包括呼吸衰竭，血液中会积聚大量的酸或碱，以至于上述调节机制（血液、呼吸和排泄系统的缓冲系统）无法再将 pH 值维持在恒定水平，从而发生酸中毒或碱中毒。

1. 酸中毒是酸碱平衡的紊乱，表现为血液中酸的绝对或相对过量，氢离子浓度升高（pH < 7.35）。
2. 碱中毒的特征是碱的数量绝对或相对增加，以及氢离子浓度降低（pH>7.45）。

根据发生机制，酸碱平衡紊乱可分为4种类型，每种类型都可以处于代偿状态和失代偿状态：

1. 呼吸性酸中毒；
2. 呼吸性碱中毒；
3. 非呼吸性（代谢性）酸中毒；
4. 非呼吸性（代谢性）碱中毒。

吸入性酸中毒

呼吸性酸中毒是指严重的肺通气完全障碍（肺泡通气不足）引起的。这些酸碱平衡改变的根本原因是动脉血二氧化碳分压（PaCO _2）升高。

在代偿性呼吸性酸中毒中，血液pH值不会因上述代偿机制的作用而发生变化。其中最重要的是β-碳酸盐和蛋白质（血红蛋白）缓冲机制，以及肾脏释放H ⁺离子和保留碳酸氢钠（NaHCO3）的机制。

在高碳酸血症（通气性）呼吸衰竭中，肺通气量增加（过度通气）和H ⁺和CO 2离子排出的机制在呼吸性酸中毒中没有实际意义，因为这类患者根据定义是由严重的肺部或肺外病变引起的原发性肺通气不足。它伴有血液中CO 2分压的显著升高——高碳酸血症。由于缓冲系统的有效作用，尤其是由于肾脏代偿机制——碳酸氢钠潴留，患者体内标准碳酸氢盐（SB）和过量碱（BE）含量增加。

因此，代偿性呼吸性酸中毒的特点是：

1. 正常的血液 pH 值。
2. 血液_{中二氧化碳分压（PaCO2）}升高。
3. 标准碳酸氢盐（SB）增加。
4. 血碱过剩（BE）增加。

代偿机制的耗竭和不足导致失代偿性呼吸性酸中毒的发生，血浆pH值降至7.35以下。在某些情况下，标准碳酸氢盐(SB)和碱过剩(BE)水平也会降至正常值，表明碱储备耗竭。

呼吸性碱中毒

上文已表明，部分实质性呼吸衰竭病例伴有低碳酸血症，这是由完整肺泡明显的代偿性过度换气引起的。在这些病例中，由于过度换气型外呼吸功能障碍导致二氧化碳清除增加，从而引发呼吸性碱中毒。结果，HCO3- ^/ H2CO3 比值升高，血液 pH 值也随之升高。

呼吸性碱中毒的代偿仅在慢性呼吸衰竭的背景下才有可能。其主要机制是氢离子分泌减少和肾小管重吸收碳酸氢盐的抑制。这导致标准碳酸氢盐 (SB) 代偿性下降，并导致碱缺失（BE 值为负）。

因此，代偿性呼吸性碱中毒的特点是：

1. 正常血液pH值。
2. 血液中的 pCO2 显著下降。
3. 标准碳酸氢盐（SB）的代偿性减少。
4. 补偿性碱缺乏（BE值为负）。

随着呼吸性碱中毒的失代偿，血液pH值升高，先前降低的SB和BE值可恢复到正常值。

非呼吸性（代谢性）酸中毒

非呼吸性（代谢性）酸中毒是最严重的酸碱失衡形式，可能发生于重度呼吸衰竭、严重低氧血症以及器官和组织缺氧的患者。在这种情况下，非呼吸性（代谢性）酸中毒的发生机制与血液中所谓的非挥发性酸（乳酸、β-羟基丁酸、乙酰乙酸等）的积累有关。我们回顾一下，除了严重的呼吸衰竭外，非呼吸性（代谢性）酸中毒还可能由以下原因引起：

1. 失代偿性糖尿病、长期饥饿、甲状腺机能亢进、发热、严重心力衰竭背景下的器官缺氧等组织代谢严重紊乱。
2. 肾脏疾病主要伴有肾小管损害，导致氢离子排泄障碍和碳酸氢钠重吸收障碍（肾小管酸中毒、肾衰竭等）
3. 大量碱以碳酸氢盐形式随消化液流失（腹泻、呕吐、幽门狭窄、外科手术）。服用某些药物（氯化铵、氯化钙、水杨酸盐、碳酸酐酶抑制剂等）。

在代偿性非呼吸性（代谢性）酸中毒中，血液中的碳酸氢盐缓冲液参与了代偿过程，与体内积聚的酸结合。碳酸氢钠含量的降低导致碳酸（H2CO3）浓度相对升高，H2CO3分解为H2O和CO2。H ^{+离子与蛋白质（主要是血红蛋白）结合，从而使Na+}、Ca2 ⁺和K ⁺离开红细胞，与进入红细胞的氢阳离子交换。

因此，代偿性代谢性酸中毒的特点是：

1. 正常的血液 pH 值。
2. 标准碳酸氢盐（SB）减少。
3. 缓冲碱缺乏（BE 值为负）。

所述补偿机制的耗竭和不足导致失代偿性非呼吸性（代谢性）酸中毒的发生，其中血液pH值降低至低于7.35的水平。

非呼吸性（代谢性）碱中毒

非呼吸性（代谢性）碱中毒在呼吸衰竭中并不常见。

呼吸衰竭的其他并发症

严重呼吸衰竭时血液中气体成分的改变、酸碱平衡的改变以及肺血液动力学的紊乱，导致其他器官和系统出现严重的并发症，包括脑、心脏、肾脏、胃肠道、血管系统等。

急性呼吸衰竭的特点是相对快速发展的严重全身并发症，主要由器官和组织严重缺氧引起，导致其代谢过程和功能紊乱。在急性呼吸衰竭的背景下发生多器官衰竭会显著增加疾病不良后果的风险。以下是呼吸衰竭全身并发症的列表（远非完整）：

1. 心脏和血管并发症：
   • 心肌缺血；
   • 心律失常；
   • 每搏输出量和心输出量减少；
   • 动脉低血压；
   • 深静脉血栓形成;
   • 影视娱乐
2. 神经肌肉并发症：
   • 昏迷，昏睡，昏迷；
   • 精神病；
   • 谵妄;
   • 危重病性多发性神经病；
   • 挛缩；
   • 肌肉无力。
3. 感染并发症：
   • 败血症；
   • 脓肿；
   • 院内肺炎；
   • 褥疮；
   • 其他感染。
4. 胃肠道并发症：
   • 急性胃溃疡；
   • 胃肠道出血；
   • 肝损伤；
   • 营养不良；
   • 肠内和肠外营养并发症；
   • 无结石性胆囊炎。
5. 肾脏并发症：
   • 急性肾衰竭；
   • 电解质紊乱等

还必须考虑到与气管腔内插管以及实施人工通气有关的发生并发症的可能性。

慢性呼吸衰竭的全身并发症严重程度明显低于急性呼吸衰竭，且1）肺动脉高压和2）慢性肺心病的发展尤为突出。

慢性呼吸衰竭患者的肺动脉高压是在多种致病机制的作用下形成的，其中最主要的是慢性肺泡缺氧，导致缺氧性肺血管收缩。这种机制被称为欧拉-利耶斯特赖德反射。由于这种反射，局部肺血流适应肺通气强度，因此通气-血流灌注关系不会受到干扰或变得不那么明显。但是，如果肺泡通气不足表现得非常严重并蔓延到大面积的肺组织，则会导致肺小动脉张力普遍增加，导致总肺血管阻力增加和肺动脉高压的发生。

高碳酸血症、支气管通畅性受损和内皮功能障碍也会导致缺氧性肺血管收缩。肺血管床的解剖变化在肺动脉高压的形成中起着特殊的作用：由于肺组织逐渐进展的纤维化和肺气肿，小动脉和毛细血管受到挤压和破坏；由于中膜肌细胞肥大，血管壁增厚；在慢性血流障碍和血小板聚集增加的情况下形成微血栓；肺动脉小分支反复发生血栓栓塞等。

慢性肺源性心脏病是所有长期肺部疾病、慢性呼吸衰竭和进行性肺动脉高压的自然发生发展过程。但根据现代概念，慢性肺源性心脏病形成的长期过程包括右心腔发生一系列结构和功能性改变，其中最显著的是右心室和心房心肌肥大、腔隙扩大、心肌纤维化、右心室舒张和收缩功能障碍、相对性三尖瓣关闭不全形成、中心静脉压升高以及体循环静脉床充血。这些改变是由于慢性呼吸衰竭时肺动脉高压的形成、右心室后负荷持续或短暂增加、心肌内压力升高，以及组织神经激素系统的激活、细胞因子的释放和内皮功能障碍的发展。

根据有无右心室心力衰竭征象，可区分代偿性慢性肺心病和失代偿性慢性肺心病。

急性呼吸衰竭最显著的特征是出现全身并发症（心脏、血管、肾脏、神经、胃肠道等），这些并发症显著增加疾病不良预后的风险。慢性呼吸衰竭更显著的特征是逐渐发展为肺动脉高压和慢性肺源性心脏病。

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