第二章
相关疾病常见病理生理改变

第一节　缺氧

氧是人体所必需的。组织氧供减少或不能充分利用氧，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）。正常成人静息时的耗氧量约为250ml/min，剧烈运动时可增加8~9倍，而人体内储氧量仅为1 500ml，一旦呼吸、心跳停止，数分钟内就可能死于缺氧。缺氧是慢性阻塞性肺疾病、急性呼吸窘迫综合征、严重急性呼吸综合征、心肌梗死、缺血性脑卒中、失血性休克、氰化物中毒、一氧化碳中毒等多种疾病共有的病理过程，也是高原、高空、坑道等特殊环境中存在的现象，是许多疾病引起死亡的最重要原因。

大气中的氧气通过呼吸进入肺泡，弥散入血，与Hb结合，通过血液循环输送到全身，被组织、细胞摄取利用。其中任一环节发生障碍都可引起缺氧。根据缺氧成因和血氧变化的特点，缺氧一般分为低张性缺氧、血液性缺氧、循环性缺氧、组织性缺氧4种类型（图2-1-1）。

一、低张性缺氧

以动脉血PO ₂ 降低、血氧含量减少为基本特征的缺氧称为低张性缺氧（hypotonic hypoxia），又称乏氧性缺氧（hypoxic hypoxia）。成因可见下列3点。

1.吸入气PO ₂ 过低

多发生于海拔3 000m以上的高原、高空，或通风不良的坑道、矿井，或吸入低氧混合气体等。体内供氧的多少，首先取决于吸入气PO ₂ 多少。在高原，随着海拔的升高，大气压下降，吸入气PO ₂ 也相应降低，致使肺泡气PO ₂ 降低，弥散进入血液的氧减少，动脉血SO ₂ 降低（表2-1-1）。

2.外呼吸功能障碍

肺通气功能障碍可引起肺泡气PO ₂ 降低；肺换气功能障碍时经肺泡弥散到血液中的氧减少，动脉血PO ₂ 和血氧含量降低。外呼吸功能障碍引起的缺氧又称呼吸性缺氧（respiratory hypoxia）。

3.静脉血分流入动脉

多见于存在右向左分流的先天性心脏病患者，如房间隔或室间隔缺损伴有肺动脉狭窄或肺动脉高压，或法洛四联症。由于右心体静脉的压力高于左心肺静脉的压力，未经氧合的静脉血掺入左心的动脉血中，动脉血PO ₂ 和血氧含量降低。

二、血液性缺氧

由于Hb含量减少或Hb性质改变，血液携氧能力降低或与Hb结合的O ₂ 不易释出而引起的缺氧，称为血液性缺氧（hemic hypoxia）。出现血液性缺氧时，血液中物理溶解的氧量不变，动脉血PO ₂ 正常，故又称等张性缺氧（isotonic hypoxia）。成因可见下列4点。

1.Hb含量减少

见于各种原因引起的严重贫血。

2.一氧化碳中毒

一氧化碳（carbon monoxide，CO）可与Hb结合形成碳氧血红蛋白（carboxyhemoglobin，HbCO）。CO与Hb的亲和力是O ₂ 的210倍。当吸入空气中含有0.1%的CO时，约有50%的Hb与CO结合形成碳氧血红蛋白而失去携氧能力。当CO与Hb分子中的某个血红素结合后，将增加其余3个血红素对O ₂ 的亲和力，使Hb结合的O ₂ 不易释放，氧离曲线左移。同时，CO还可抑制红细胞内糖酵解，使2，3-DPG生成减少，也可导致氧离曲线左移，进一步加重组织缺氧。

3.高铁血红蛋白血症

血红素中的二价铁可在氧化剂的作用下氧化成三价铁，形成高铁血红蛋白（methemoglobin，HbFe ³⁺ OH），导致高铁血红蛋白血症（methemoglobinemia）。在生理情况下，机体的氧化和还原反应处于动态平衡状态，血液中不断形成极少量的高铁血红蛋白，又不断被血液中的还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）、抗坏血酸、还原型谷胱甘肽等还原剂还原为二价铁。所以，正常成人血液中的高铁血红蛋白含量不超过Hb总量的2%。当食用大量含硝酸盐的腌菜等食物后，硝酸盐经肠道细菌作用还原为亚硝酸盐，吸收入血后使大量Hb被氧化，形成高铁血红蛋白血症，皮肤、黏膜可出现青紫色，称为肠源性发绀（enterogenous cyanosis）。高铁血红蛋白中的Fe ³⁺ 因与羟基结合牢固，失去结合O ₂ 的能力，而且当Hb分子中的四个Fe ²⁺ 中有一部分被氧化成Fe ³⁺ 后，剩余的Fe ²⁺ 虽能结合O ₂ ，但不易解离，导致氧离曲线左移，引起组织缺氧。过氯酸盐及磺胺衍生物等氧化剂也可引起高铁血红蛋白血症，若高铁血红蛋白含量超过Hb总量的10%时，就可出现缺氧的表现。若高铁血红蛋白含量为Hb总量的30%~50%时，则发生严重缺氧，具体表现为全身青紫、头痛、精神恍惚、意识不清甚至昏迷。高铁血红蛋白血症也可见于某些遗传缺陷性疾病，如先天性高铁血红蛋白血症，由于先天缺乏NADH ^- 高铁血红蛋白还原酶所引起，属于常染色体隐性遗传病。

4.Hb与氧的亲和力异常增高

某些因素可增强Hb与氧的亲和力，使氧离曲线左移，氧O ₂ 易释放，引起组织缺氧。如输入大量库存血，由于库存血中2，3-DPG含量低，可使氧离曲线左移；输入大量碱性液体时，血液pH升高，可通过波尔效应增强Hb与O ₂ 的亲和力。此外，已发现30多种异常血红蛋白病，这些疾病由于在肽链中发生氨基酸替代，使Hb与O ₂ 的亲和力成倍增高，从而引起组织缺氧。

三、循环性缺氧

循环性缺氧（circulatory hypoxia）是指组织因血流量减少使供氧量减少所引起的缺氧，又称为低血流性缺氧或低动力性缺氧（hypokinetic hypoxia）。其中，因动脉血灌流不足引起的缺氧称为缺血性缺氧（ischemic hypoxia），因静脉血回流障碍引起的缺氧称为淤血性缺氧（congestive hypoxia）。成因可见下列2点。

1.全身性循环障碍

见于心力衰竭和休克。心力衰竭患者心排血量减少，向全身各组织器官运送的氧量减少，同时又可因静脉回流受阻，引起组织淤血和缺氧。全身性循环障碍引起的缺氧，易致酸性代谢产物蓄积，发生酸中毒，使心肌收缩力进一步减弱，心排血量降低，加重组织缺氧，形成恶性循环。

2.局部性循环障碍

见于动脉硬化、血管炎、血栓形成和栓塞、血管痉挛或受压等。血管阻塞或受压可引起局部组织缺血或淤血性缺氧。

四、组织性缺氧

细胞中有一种特殊的结构叫作线粒体，它负责将氧气和代谢物转化为能量。在线粒体内部，代谢物释放掉的氢原子通过一系列酶和辅酶催化的链式反应逐步传递，最终与O ₂ 结合生成水，并在这个过程中耦联腺苷二磷酸（adenosine diphosphate，ADP），生成腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP），提供能量给细胞。在组织供氧正常但细胞出现氧利用障碍的情况下，引起ATP生成减少，该现象称为组织性缺氧（histogenous hypoxia）或氧利用障碍性缺氧（dysoxidative hypoxia）。成因可见下列3点。

1.药物对线粒体氧化磷酸化的抑制

细胞内氧化磷酸化是生成ATP的主要途径，而线粒体是氧化磷酸化的主要场所。任何影响线粒体电子传递或氧化磷酸化的因素都可引起组织性缺氧。其中，下列2种因素是引起组织性缺氧的原因：①呼吸链受抑制：许多药物或毒物可抑制或阻断呼吸链中某一部位的电子传递，使氧化磷酸化过程受阻，引起组织性缺氧，ATP生成减少（图2-1-2）。例如，氟化物中毒时，CN ^- 与细胞色素aa ₃ 中的Fe ³⁺ 配位结合，形成氰化高铁型细胞色素氧化酶，使细胞色素氧化酶不能还原，失去传递电子的功能，呼吸链中断，生物氧化受阻。②氧化磷酸化解耦联：2，4-二硝基苯酚等解耦联剂虽不抑制呼吸链的电子传递，但可使呼吸链电子传递过程中泵出的H ⁺ 不经ATP合酶的F ₀ 质子通道回流，而通过线粒体内膜中其他途径返回线粒体基质，从而使底物氧化产生的能量不能用于ADP的磷酸化，使氧化磷酸化解耦联，ATP生成减少。

2.呼吸酶合成减少

维生素B ₁ 是丙酮酸脱氢酶的辅酶成分，维生素B ₁ 缺乏患者可因细胞丙酮酸氧化脱羧和有氧氧化障碍而发生脚气病。维生素B ₂ （核黄素）是黄素酶的组成成分，维生素PP（烟酰胺）是辅酶Ⅰ和辅酶Ⅱ的组成成分，这些维生素的严重缺乏可影响氧化磷酸化的过程。

3.线粒体损伤

高温、大剂量放射线照射和细菌毒素等可损伤线粒体，引起线粒体功能障碍和结构损伤，从而引起细胞生物氧化障碍，ATP生成减少。

综上，各种类型缺氧的特点见表2-1-2。

（陈　晖）

第二节　二氧化碳潴留

二氧化碳潴留是由各种原因引起的呼吸功能障碍。CO ₂ 的增加、堆积，影响细胞正常代谢和气体交换，从而出现一系列临床表现。在临床工作中，当评估呼吸困难和/或神志变化的患者时，须常监测动脉血PCO ₂ （PaCO ₂ ），警惕高碳酸血症（hypercapnia）的产生。当动脉血中CO ₂ 生成速率（CO ₂ 生成量）升高、肺对CO ₂ 的清除速率（肺泡通气量）下降或无效腔增加时，均易造成二氧化碳潴留。下文将逐一介绍引起二氧化碳潴留的因素。

一、二氧化碳生成增加

CO ₂ 是氧化代谢的产物，在体内储存量巨大，按容积换算约为120L，主要以碳酸氢盐形式存在于脂肪及骨骼中，在血液中约有2.7L，肺泡气中约有0.15L。由于CO ₂ 溶解度高，各种储存方式之间转化缓慢，体内CO ₂ 浓度变化缓慢，需较长时间才能达到动态平衡。氧耗量增加必然伴随CO ₂ 产生量增加，但通过心肺偶联，健康人可维持动脉血气稳定，甚至PCO ₂ 下降、PO ₂ 升高；但若呼吸阻力明显增加或通气动力下降，机体代偿有限，则氧耗量增加容易诱发或加重动脉血PCO ₂ 升高，伴低氧血症加重。当机体过量进食、运动、发热，或出现甲状腺毒症、分解代谢增加（脓毒症、使用类固醇），以及机体发生代谢性酸中毒时，CO ₂ 生成增加。当增加肺泡通气量的能力受限时（如重度慢性阻塞性肺疾病发作、呼吸肌无力；即增加无效腔或阻止总通气量正常代偿性增加的情况），CO ₂ 生成增加可部分促成动脉血PCO ₂ 升高，最终导致二氧化碳潴留。

二、肺泡通气量下降

当肺泡通气量下降时，肺部无法将足够的氧气吸入体内，导致血液中O ₂ 含量下降。缺氧刺激化学感受器，使呼吸中枢增加呼吸频率和深度，试图增加O ₂ 摄取。然而，由于通气不足，CO ₂ 在肺泡中不能有效地排出体外。CO ₂ 是细胞代谢产物，必须从血液中被清除出来，以维持酸碱平衡。如果CO ₂ 不能及时排出，就会导致其在体内潴留。当肺通气功能障碍使肺泡通气不足时可发生呼吸衰竭。肺通气障碍包括限制性通气不足和阻塞性通气不足。

（一）肺泡通气不足的血气变化

总肺泡通气量不足会使肺泡气PO ₂ （P _A O ₂ ）下降和肺泡气PCO ₂ （P _A CO ₂ ）升高，因而流经肺泡毛细血管的血液不能被充分动脉化，导致动脉血PO ₂ 降低和动脉血PCO ₂ 升高，最终出现Ⅱ型呼吸衰竭。此时，动脉血PCO ₂ 的增值与动脉血PO ₂ 降值成一定比例关系，其比值相当于呼吸商（respiratory quotient，RQ）。在呼吸空气的条件下，动脉血PCO ₂ （PaCO ₂ ）与肺泡通气量（V _A ）和体内每分钟二氧化碳生成量（validation of carbon dioxide production，V _CO2 ），可以用以下公式表示：

由此可见，动脉血PCO ₂ （PaCO ₂ ）是反映总肺泡通气量变化的最佳指标。

（二）肺泡通气障碍的类型

1.限制性通气不足（restrictive hypoventilation）

指由于吸气时肺泡的扩张受限所引起的肺泡通气不足。通常吸气运动是呼吸肌收缩引起的主动过程，呼气则是肺泡弹性回缩和肋骨与胸骨借重力作用复位的被动过程。

主动过程更易发生障碍。其主要原因包括：①呼吸肌活动障碍：中枢或周围神经的器质性病变如脑外伤、脑血管意外、脑炎、脊髓灰质炎、多发性神经炎等；由过量镇静药、安眠药、麻醉药所引起的呼吸中枢抑制；呼吸肌本身的收缩功能障碍如由长时间呼吸困难和呼吸运动增强所引起的呼吸肌疲劳、由营养不良所致呼吸肌萎缩；由低钾血症、缺氧、酸中毒等所致呼吸肌无力等，均可累及呼吸肌收缩功能而引起限制性通气不足。②胸廓的顺应性降低：严重的胸廓畸形、胸膜纤维化等可限制胸部的扩张。③肺的顺应性降低：如严重的肺纤维化或肺泡表面活性物质减少可降低肺的顺应性。使肺泡扩张的弹性阻力增大而导致限制性通气不足。④胸腔积液和气胸：胸腔大量积液或张力性气胸压迫肺，使肺扩张受限。

2.阻塞性通气不足（obstructive hypoventilation）

指气道狭窄或阻塞所致的通气障碍。成人气道阻力正常约为0.75~2.25mmHg/（L·s ^-1 ），呼气时略高于吸气时。气道阻力受多种因素影响，包括气道内径、长度和形态、气流速度和形式等。其中，最主要的是气道内径。当气管发生痉挛、管壁肿胀或纤维化，管腔被黏液、渗出物、异物等阻塞，肺组织弹性降低以致对气道管壁的牵引力减弱等，均可使气道内径变窄或不规则而增加气流阻力，从而引起阻塞性通气不足。生理情况下气道阻力80%以上位于直径大于2mm的支气管与气管，不足20%位于直径小于2mm的外周小气道。

气道阻塞可分为中央性与外周性气道阻塞，见表2-2-1。

在慢性支气管炎患者中，大支气管内黏液腺增生。小气道管壁炎性充血水肿、炎症细胞浸润、上皮细胞与成纤维细胞增生、细胞间质增多，这些因素均可引起气道管壁增厚、狭窄。此外，气道高反应性和炎症介质可引起支气管痉挛。例如，炎症介质可以累及小气道周围组织，引起组织增生和纤维化，进而压迫小气道；同时，这些炎症介质还可以使气道上表面活性物质减少，表面张力增加，从而小气道缩小而加重阻塞。而黏液腺及杯状细胞分泌增多则可加重炎性渗出物，从而形成黏痰堵塞小气道。由于小气道的阻塞，患者在用力呼气时，气体通过阻塞部位形成的压差较大，使阻塞部位以后的气道内压低于正常。这使得等压点从大气道上移至无软骨支撑的小气道，从而在用力呼气时，小气道外的压力大于小气道内的压力，进一步加重气道阻塞，甚至引起小气道闭合。

肺气肿的发生与蛋白酶、抗蛋白酶的失衡有关。当炎症细胞释放过多的蛋白酶或抗蛋白酶不足，细支气管与肺泡壁中的弹性纤维会受到降解，导致肺泡的弹性回缩力下降。此时，胸内负压降低，即胸膜腔内压升高，可压迫小气道，导致小气道阻塞。此外，肺气肿患者的肺泡扩大而数量减少，使细支气管壁上的肺泡附着点（alveolar attachments）减少。这些附着点的减少会导致牵拉力减少，从而引起细支气管的缩小变形和阻力增加，导致气道阻塞。由于上述因素，肺气肿患者肺泡回缩力降低，胸膜腔内压力（气道外的压力）增高，导致等压点上移至小气道，引起小气道闭合而出现呼气性呼吸困难。

三、肺换气功能下降

一般情况下，肺换气功能障碍仅导致低氧血症，动脉血PCO ₂ 不升高，甚至降低，但重症患者也会出现动脉血PCO ₂ 升高，或者说动脉血PCO ₂ 升高是严重肺实质病变的标志。肺换气功能障碍导致高碳酸血症的机制包括有效通气容积下降和V _A /Q比例失调导致生理无效腔增加，两者皆可致有效肺泡容积显著减少，机体无法有效代偿，肺泡通气量（V _A ）下降，动脉血PCO ₂ 自然升高；代谢增强使CO ₂ 产生量增加，加重二氧化碳潴留。

四、无效腔增加

无效腔反映了肺未参与气体交换的部分，包括解剖无效腔、肺泡无效腔、生理无效腔，见表2-2-2。

无效腔增加容易造成二氧化碳潴留的原因很复杂。首先，无效腔是不能进行气体交换的肺泡或呼吸道空间，这些区域无法有效地清除CO ₂ 。当无效腔增加时，有限的通气量被分配到更多的无效腔上，导致有效通气减少。这意味着更多的CO ₂ 不能被清除，从而导致二氧化碳潴留。其次，在存在基础肺部疾病的患者中，例如肺气肿、间质纤维化、肺血管炎等，会导致肺泡无效腔增加。这些疾病会影响到肺气体交换过程，使肺部的气体交换功能受损，无效腔形成和增加。再者，正压通气时，过高的正压可能导致肺过度充气，从而压迫肺毛细血管，引起外源性阻塞。外源性阻塞进一步增加了肺泡无效腔，导致更多的CO ₂ 不能被清除。因此，无效腔的增加使得无法进行气体交换的区域增多，导致CO ₂ 不能被有效清除，从而出现二氧化碳潴留。这可能是疾病本身或机械通气时的肺过度充气及血管受压等因素导致的。

五、其他情况

吸入CO ₂ 浓度过高的空气也会导致二氧化碳潴留和高碳酸血症，主要见于周围环境通风不良等情况，临床少见。机械通气应用不当时也容易发生高碳酸血症，但容易被忽视或不被认识。重症急性呼吸窘迫综合征和支气管哮喘患者应用机械通气时，为保护肺实质，有意降低通气量，使动脉血PCO ₂ 升高，称为允许性高碳酸血症。

（陈　晖）

第三节　内环境紊乱

内环境是细胞外液，是细胞直接进行物质交换的场所。内环境紊乱指的是人体内部的各种生理参数、代谢物质和电解质等发生异常，导致身体功能紊乱。内环境紊乱问题是危重症患者常见的并发症。为了改善患者的气体交换以及修复人体内环境紊乱，机械通气在临床上被广泛应用。但是，应用不当也会加重内环境紊乱，甚至导致新的紊乱出现，这将直接影响机体的代谢活动，并可能导致多脏器功能衰竭的发生，进而危及患者生命。

例如，机械通气可能导致患者的血液流动异常，呼吸性碱中毒可引起血钙离子浓度下降，从而影响神经肌肉功能；而呼吸性酸中毒可引起血钾离子浓度升高，导致心脏电传导紊乱。在机械通气过程中，呼吸道的防御性机制可能受到破坏，导致细菌感染的风险增加。感染的发生会引发全身炎症反应，对内环境稳定造成更大的压力。

因此，在临床实践中，我们需要充分认识内环境紊乱的发生原理与危害，谨慎使用机械通气，确保合适的参数和操作，以减少对内环境的不良影响。

一、电解质紊乱和酸碱失衡

1.电解质紊乱

主要涉及钠、钾、钙、镁、磷等电解质的代谢紊乱。这些异常可以由摄入不足、内源性产生增加、体内转移异常和排泄障碍等多个环节引起。治疗电解质紊乱的关键是去除导致紊乱的病因，并通过补充或降低电解质的方式来恢复平衡。

2.酸碱失衡

包括呼吸性酸中毒、呼吸性碱中毒、代谢性酸中毒、代谢性碱中毒及混合型酸碱失衡。具体的治疗方案取决于患者特定的病情。

二、呼吸性酸中毒及处理方法

机械通气的主要目的之一就是改善通气，纠正呼吸性酸中毒。但在下列情况下，机械通气可能会出现呼吸性酸中毒（图2-3-1）。

1.通气不当

若机械通气的通气模式选择和参数的调节不合适、连接管路漏气等导致通气量不足时，患者自身呼吸性酸中毒不仅不能改善，甚至会加重。

处理：找出原因加以纠正。

2.维持pH的稳定

对于慢性呼吸性酸中毒、肾功能代偿、 浓度升高的患者，若将动脉血PCO ₂ 纠正至正常范围，必然会引起严重代谢性碱中毒。

处理：动脉血PCO ₂ 在治疗初期须维持在较高水平，而后逐渐降低。

3.允许性高碳酸血症

对于易发生肺损伤的高危患者，若维持动脉血PCO ₂ 和pH正常，用较高的通气压力或潮气量，但较高的通气压力和潮气量会使机械通气相关性肺损伤的机会增加。

处理：为保护肺组织免受损伤，必须允许潮气量或通气压力适当下降以及一定程度的高碳酸血症，称为允许性高碳酸血症。

4.维持通气量的供需平衡

部分患者静息状态下就存在动脉血PCO ₂ 的升高和 代偿性升高，若机械通气强行将动脉血PCO ₂ 降至正常范围，必然超过通气需求，抑制呼吸中枢，导致呼吸机依赖和延迟撤机。

处理：须维持适当的高碳酸血症，具体标准为等于或略高于本次发病前的水平；或使患者维持一定的自主呼吸触发，避免机械通气的持续存在。

5.维持电解质浓度的相对稳定

呼吸衰竭患者合并复杂电解质紊乱的概率较大，特别是在缺钾、氯、镁、磷等的情况下。患者发生酸中毒时，上述离子可维持适当的血浓度，不至于出现严重后果。但机械通气后，随着pH恢复正常，将出现钾、镁、钙、磷向细胞内或骨骼内转移，并越来越多地通过尿液排出，出现低血钾、低血钙（主要是游离钙）、低血镁、低血磷的症状。若动脉血PCO ₂ 的下降导致碱血症出现，电解质紊乱将更加严重。酸中毒主要通过细胞内环境影响机体的代谢，但上述电解质主要通过细胞外液浓度影响重要脏器的活动，故更容易出现问题，包括心律失常、肢体抽动、血压下降。离子转移和排出增多也不利于上述离子的补充，即补得多，排出也多，这是机械通气患者容易合并顽固性电解质紊乱的原因之一。

处理：在上述电解质离子浓度较低或接近正常值低限的情况下，必须严格控制动脉血PCO ₂ 的下降速度，通过补充使电解质浓度达到中等水平以上，再逐渐恢复pH至正常水平。

三、呼吸性碱中毒及处理方法

呼吸性碱中毒（图2-3-2）是机械通气患者最常见的酸碱紊乱，主要见于以下情况。

1.通气量过大

参数设置不当，导致“预设”或“输出”通气量过大，是常见的原因。

处理：降低通气量即可，其中以降低呼吸频率为主。

2.人机配合不良

导致呼吸性碱中毒最常见的原因，但在临床工作中容易被忽视。当预设通气量不大，但呼吸机选择、通气模式的参数的选择和调节不当，会导致人机配合不良，使患者呼吸增强、增快，实际通气量增加，发生呼吸性碱中毒。

处理：查找直接原因，可改用压力支持通气等自主性模式或使用镇静药联合肌肉松弛药。

3.患者因素

当患者的呼吸驱动显著增强时，如急性呼吸窘迫综合征、肺水肿、哮喘发作，机械通气不能有效抑制患者呼吸，出现呼吸性碱中毒。

处理：一般不需要处理，必要时应用镇静、麻醉和肌肉松弛药。

4.以治疗为目的

（1）若合并代谢性酸中毒，可通过过度通气，使动脉血PCO ₂ 迅速下降，细胞内PCO ₂ 也相应下降，从而减轻酸中毒对机体的影响。

（2）促进人机配合：若人机配合不良，可利用过度通气导致呼吸性碱中毒，抑制自主呼吸，使患者较快接受机械通气。这是初始机械通气患者或病情波动时常用的方法。

（3）改善脑水肿：动脉血PCO ₂ 的降低可收缩脑血管，减少脑脊液的产生量，降低颅内压，促进神志的恢复，主要用于呼吸性酸中毒导致的脑水肿。但由呼吸暂停、心搏骤停导致的脑水肿患者，碱中毒可能会加重脑细胞缺氧，必须慎重。

四、代谢性酸中毒及处理方法

代谢性酸中毒较少见，主要见于严重低氧血症或合并低血压的患者，原因是通气量或通气压力过大导致循环功能抑制进一步加重，组织供氧不足。一旦发生气压伤，抑制作用更强。在人机配合不良的情况下，机械通气可导致氧耗量增加，加重供氧不足和代谢性酸中毒（图2-3-3）。

处理：维持循环稳定，调低呼吸机潮气量和压力支持参数，利用镇痛镇静药促进人机同步。

五、代谢性碱中毒及处理方法

慢性呼吸性酸中毒可通过肾功能代偿导致HCO ^- ₃ 浓度升高，机械通气后动脉血PCO ₂ 迅速下降，而HCO ^- ₃ 却不能相应排出，导致代谢性碱中毒（图2-3-4）。这种情况比一般碱中毒后果严重。因为动脉血PCO ₂ 在短时间内下降，细胞内外pH相同，随后红细胞迅速发挥缓冲作用，血浆碱中毒有所好转，细胞内碱中毒也会好转。与酸中毒相比，细胞对碱中毒的缓冲能力要弱，因此在较长时间内细胞内pH维持较高水平。

脑组织存在血脑屏障和脑脊液屏障，通透性更差，而脑脊液本身缺乏补充酸性物质的能力，碱中毒的缓解更缓慢，因此如果机械通气降低动脉血PCO ₂ 的速度过快导致碱中毒，不仅会发生严重电解质紊乱，还会严重抑制细胞代谢，特别是抑制脑细胞的代谢。

该类患者的主要表现为通气后神志转清，一般情况迅速好转，但短时间内又出现烦躁不安，肢体抖动或抽动，意识状态恶化，复查动脉血PCO ₂ 可以较高、正常或低于正常，但pH升高，HCO ^- ₃ 浓度维持在较高水平。由于此时动脉血PCO ₂ 与肺泡通气量的关系曲线比较平坦，潮气量或呼吸频率的轻度下降不会对动脉血PCO ₂ 的升高有明显作用。

处理：一旦发现严重碱中毒，必须迅速将通气量降低1/3~1/2，以降低呼吸频率为主。

（陈少珍）

第四节　血流动力学改变

血流动力学是研究血液在血管内流动的力学原理的学科。血流动力学的改变可以影响氧气的输送和分布。对于患有呼吸系统疾病的患者而言，机械通气是维持氧需求的重要方法。了解血流动力学的改变可以指导机械通气的参数设置，以最大限度地提高氧的输送和组织灌流。而且，血流动力学的监测（如心排血量、血压和组织灌流）还可以帮助我们评估机械通气治疗的效果，及时调整治疗方案。除此以外，机械通气会加大胸腔内压力，影响心脏的充盈和泵血功能。具体而言，调整机械通气的参数（如潮气量、吸气压力、呼气末正压等）可以通过影响胸腔压力变化，从而使血流动力学发生改变。

因此，掌握肺的血液循环、机械通气对血流动力学的影响，认识正压通气对生理的影响，以及通过调整机械通气参数来适应患者的血流动力学状况，对于确保机械通气治疗的安全和有效性非常重要。

一、肺的血液循环

肺的血液循环有两组供血系统，分别是肺循环和支气管循环。

1.肺循环

主要由肺动脉、肺毛细血管以及肺静脉组成的血液循环系统（图2-4-1）。主要功能是将血液从右心室运输到肺的毛细血管网，以进行气体交换。肺动静脉是肺的功能血管。此外，肺循环系统还起着平衡肺毛细血管内、外液体的作用，在肺水肿、炎症渗出等病理生理过程中具有重要意义。

肺的毛细血管网通常分为3种类型：肺泡毛细血管（alveolar capillary）、肺泡交界毛细血管（alveolar corner capillary）和肺泡外毛细血管（extra-alveolar capillary）。

（1）肺泡毛细血管：

存在于相邻肺泡壁间并填充满肺泡间隔的毛细血管，是气体交换的场所，易受肺泡内压力和肺泡表面张力影响。当肺泡内压力升高超过胸腔内压时，毛细血管受压，血流减少；反之血管扩张，血流增加。同时肺泡表面张力和表面活性物质也会影响到这部分毛细血管。因此，肺泡毛细血管的血流会受到肺容积、血管内压力和肺泡表面张力的影响。

（2）肺泡交界毛细血管：

位于三个肺泡的交界处的毛细血管，这部分血管行走于上皮皱襞中，位于肺泡表面活性物质薄膜的正下方，避免了受肺泡压力（肺容积）变化的影响。这部分毛细血管数量有限，作用也有限。

（3）肺泡外毛细血管：

包绕于肺泡外结缔组织鞘中的毛细血管。受肺间质压力的影响较大，不受肺容积变化的影响。当肺充气（吸气）时，肺间质负压增大，肺泡外毛细血管扩张，血流量增加；反之，血流量减少。

故当肺充气（吸气）时，肺泡内压力升高，肺泡毛细血管内径缩小，血流量减少。而肺泡外毛细血管开放，血流量增加。肺泡交界毛细血管则无明显变化。

2.支气管循环

体循环的组成部分，肺组织的营养血管，特别是肺动脉、气道和胸膜的营养血管。正常情况下，支气管循环的血流量仅占心排血量的1%~2%。

二、机械通气对血流动力学的影响

机械通气主要通过正压使得肺容积扩大、肺血管阻力（pulmonary vascular resistance，PVR）变化、胸腔内压力的增高以及心脏的机械性挤压影响肺循环和体循环。

1.机械通气时对血管的影响

（1）肺泡毛细血管：

肺充气（吸气）时，肺泡被动扩张，肺泡毛细血管受压，血流减少，肺血管阻力增大。这些变化在自主呼吸和机械通气时是相似的。当机械通气过程中出现人机不同步时，对肺泡毛细血管、肺血管阻力的影响更为显著；如当出现通气过度时，肺泡过度扩张，肺血管阻力将显著增加。

（2）肺泡外毛细血管：

机械通气时对血管阻力影响较大。因为肺泡外毛细血管容易受肺间质压力影响，而肺间质压力与胸腔内压力相近。自主吸气时肺容积增大，肺弹性回缩力增大，肺间质正压减少（肺间质负压增大），导致吸气时血流量增加。在机械通气送气时，肺泡正压向肺间质传导，引起肺血管阻力增加，但与肺泡毛细血管比，其增加幅度较小。

上述效应导致机械通气时，随着肺容积的增加，肺血管阻力增大，肺血流量减少。在正常情况下，肺血管阻力的增加是轻微而短暂，右心室很容易做出适当调整，以保持恒定的心排血量。

2.机械通气对心脏的机械性挤压

当出现不合理机械通气时，如动态肺过度充气、慢性阻塞性肺疾病的气道梗阻等导致的吸气增多、呼气减少或高水平呼气末正压（positive end expiratory pressure，PEEP）通气治疗时，对心脏的挤压作用更是持续而严重的，从而引起左心室、右心室的前负荷和顺应性降低，心排血量减少。与自然呼吸时不同，自主呼吸时过度充气的机械性挤压与机械通气的机械性挤压差别非常大。自然呼吸时通过代偿性吸气增强使胸腔负压和肺间质负压增大，维持循环血流量和心排血量的相对稳定；而机械通气时更容易导致心排血量和血压的下降。

3.机械通气时跨膈压的变化

当自主吸气时，膈肌收缩，横膈下降，胸腔负压增大，跨膈压增大，胸腔内血管扩张，血管阻力减小；但腹内压增加，腹腔内血管受压，血管阻力增加，该作用在自然呼吸时轻微而短暂。应用机械通气时，肺容积显著增加，当吸气时间设置过长、呼气时间不足、高水平PEEP治疗时，可导致横膈显著下降和腹内压显著升高。

4.影响血流动力学的机械通气因素

包括呼吸形式改变、机械通气设置的压力、潮气量和吸气时间、呼吸机通气模式、人机同步程度，具体见表2-4-1。

三、正压通气对生理的影响

呼吸的原理在于建立大气-肺泡压力差。自主呼吸运动包括吸气和呼吸两个过程。人体吸气时，呼吸中枢发出指令，通过支配吸气肌的神经到达吸气肌，吸气肌收缩，胸廓扩张，胸腔内负压增大，牵拉肺组织，当胸腔内负压超过肺弹性收缩压时，肺泡内压降低，低于大气压，形成大气-肺泡压力差（图2-4-1），气体从外界经呼吸道进入肺泡，完成吸气过程（吸气末）时，大气压与肺泡内压达到平衡。人体呼气时，吸气肌舒张，呼气肌收缩，导致胸廓弹性回缩，胸腔内负压减小，低于肺弹性收缩力，从而使肺弹性回缩，增加肺泡内压。当肺泡内压超过大气压时，气体从肺泡呼出到体外，完成呼吸过程。在呼气结束时，大气压与肺泡内压再次达到平衡。

对于自主呼吸运动来说，可以简单理解为吸气相胸腔内压和肺泡内压为负压，呼气相胸腔内压和肺泡内压为正压（图2-4-2）。然而，对于一些危重患者来说，由于呼吸中枢、神经传导、呼吸肌、胸廓或肺等功能障碍，无法有效建立大气-肺泡压力差，影响呼吸功能，导致机体缺氧（伴有或不伴二氧化碳潴留），严重危害了全身各器官功能的正常运作。

机械通气是借助呼吸机建立气道口与肺泡间的压力差，给呼吸功能不全的患者提供呼吸支持。机械通气利用机械装置来代替、控制或改变自主呼吸运动，是一种通气方式。在机械通气中，借助呼吸机产生正压，建立气道口与肺泡间的压力差（图2-4-3），气体由体外进入肺泡，完成吸气过程，而呼气过程与自主呼吸呼气过程相同。对于机械通气来说，可以简单理解为吸气相胸腔内压和肺泡内压为正压，呼气相胸腔内压和肺泡内压也为正压（图2-4-4、图2-4-5），因此机械通气也可称为正压通气。机械通气时产生的胸腔内正压和肺内正压影响肺通气/血流、肺循环阻力和静脉血回流等，进而对呼吸系统、循环系统、神经系统、消化系统等产生影响。

（一）正压通气对通气功能的影响

1.影响无效腔

气管插管和气管切开是有创机械通气的常见方式，可以减小通气无效腔，尤其是气管切开时无效腔减小更明显。对于使用鼻罩、口鼻罩和面罩进行无创机械通气的患者，通气无效腔增加。呼吸回路、呼吸机湿化罐等也会增加通气无效腔。通气无效腔的减小或增加均会影响肺泡通气量。

2.影响有效潮气量

正压通气时设置的吸气压力、吸入潮气量等参数设置影响有效潮气量。在肺顺应性不变的情况下，增加吸气压力会增加有效潮气量，降低吸气压力会减少有效潮气量。在无效腔不变的情况下，增加吸入潮气量会增加有效潮气量，降低吸入潮气量会减少有效潮气量。气道压力显著升高会使气管扩张，增加解剖无效腔，影响有效潮气量。

（二）正压通气对换气功能的影响

正常情况下，由于重力的影响，上肺含气较多，血流量较少，通气/血流比值较大。下肺含气较少，血流量较多，通气/血流比值较小。从肺尖到肺底通气/血流比值逐渐降低。机械通气患者在通气正压和重力的双重影响下，更多气体进入上肺部或气道阻力较小的肺区，更多血流则进入下肺部，因此正压通气会加重肺的通气/血流失调，进而影响换气功能。

（三）正压通气引起呼吸机相关性肺损伤

1.扩张力伤

当跨肺压过大时，肺泡会过度增大或短时间内快速扩张，从而引起肺组织损伤。

2.切变力伤

又称剪切力伤，由于肺泡周期性扩张和回缩、开放和塌陷，以及顺应性不同的肺组织之间相对运动产生的切变力，从而引起肺组织损伤。

3.气压伤

当正压通气时，气道压力过高，跨肺压增加，引起扩张性肺组织损伤。同时，肺泡的扩张使肺泡所受到的切变力增加，导致切变性肺组织损伤。

4.容积伤

当正压通气时，肺泡容积增大，肺泡过度扩张，扩张力会对肺组织造成损伤。

5.萎陷伤

由于肺泡周期性开放和塌陷所产生的高切变力引起的肺损伤。

6.生物伤

当进行机械通气时，机械或生物因素激活炎症反应，损伤肺泡和肺毛细血管，导致弥漫性或广泛性肺组织损伤。

（四）正压通气对呼吸肌的影响

1.有利影响

采用控制通气模式行正压通气时，呼吸机产生的正压使胸廓被动扩张，带动呼吸肌伸长。因此控制通气模式下正压通气时可以让呼吸肌得到较好的休息，降低呼吸肌做功，缓解呼吸肌疲劳。

2.不利影响

长期机械通气患者，尤其是长期使用控制通气模式或以控制通气模式为主时，呼吸肌得不到锻炼，容易出现呼吸肌失用性萎缩。呼吸机连接装置不合理、通气模式选择不当和呼吸机参数设置不当，可增加呼吸肌做功，引起呼吸肌疲劳，进而影响患者呼吸功能和机械通气效果。

（五）正压通气对肺血管阻力的影响

1.肺泡毛细血管

当正压通气时，吸气期肺泡扩张，肺泡内压增加，压迫肺泡毛细血管，使血管阻力增大。

2.肺泡外毛细血管

当正压通气时，吸气期肺泡扩张，肺泡内压增加，肺泡内正压向肺间质传递，压迫肺泡外毛细血管，使血管阻力增加。

综上所述，正压通气时随肺容积增加，肺血管阻力增加，肺血流量减少。心功能正常时，正压通气所致的肺血管阻力增加通过右心室的适当调整，能保持恒定的右心排血量。若心功能不全或正压通气压力过高，肺血管阻力显著增加，可影响右心排血量，患者出现低血压等临床表现。

（六）正压通气对心脏的影响

1.心肌缺血

正压通气时双侧肺扩张，挤压心脏。若潮气量过大、高水平PEEP或严重气道阻塞，肺过度充气挤压心脏，造成冠状血管被持续挤压，出现心肌缺血，缺血严重程度与潮气量、PEEP水平和气道阻塞情况有关。

2.心排血量降低

正压通气时若潮气量过大、高水平PEEP或严重气道阻塞，肺过度充气，挤压心脏，心脏前负荷和顺应性降低，心排血量较少，患者将出现血压降低，严重程度与潮气量、PEEP水平和气道阻塞情况有关。

3.室间隔移位

正压通气增加肺血管阻力，右室舒张末期血容量增加，推动室间隔向左侧移位，出现心排血量和血压降低，严重程度与通气压力水平有关。

（七）正压通气对回心血流量的影响

人体自主吸气时，胸廓扩张和膈肌收缩下移（图2-4-6）。胸廓扩张使胸腔内压降低，膈肌下移使腹内压增加，跨膈压增加促进体循环静脉血回流。正压通气时，胸廓被动扩张，正压推动膈肌下移（图2-4-7），胸腔内压和腹内压增加，跨膈压降低，体循环静脉血回流减少，严重者影响右心室前负荷，出现心排血量降低和低血压的表现。

（八）正压通气对中心静脉压的影响

中心静脉压是指胸腔段上下腔静脉和右心房的压力。中心静脉压受血容量、回心血量和右心室功能的影响。当正压通气时，胸腔内压增加，影响回心血量。同时，胸腔内增加的正压会传递到上腔静脉，影响中心静脉压。故机械通气患者中心静脉压的测量价值受到影响。若要通过中心静脉压来评估血容量和右心功能，需在脱机状态下测量中心静脉压。

（九）正压通气对脑功能的影响

正压通气引起胸腔内压增加，影响静脉血回流心脏，出现颈内静脉血回流障碍，严重者出现颅内压升高，影响脑功能，表现为头痛、呕吐、意识障碍等。症状严重程度与正压通气压力水平相关。正压通气通过影响肺泡通气量改变动脉血PCO ₂ ，动脉血PCO ₂ 升高，脑血管扩张，脑血流量增加，颅内压升高。动脉血PCO ₂ 降低，脑血管收缩，脑血流量减少，颅内压降低。

（十）正压通气对胃肠功能的影响

1.胃肠道淤血

正压通气引起胸腔内压增加，影响静脉血回流心脏，出现下腔静脉血回流障碍，引起胃肠道淤血。患者表现为消化吸收功能障碍，甚至出现消化道出血。

2.胃肠胀气

无创机械通气时气体会经食管进入胃肠道；患者卧床，肠蠕动减弱。严重胃肠胀气使膈肌上移，影响肺通气。必要时须行胃肠减压治疗。

（十一）正压通气对肝功能的影响

正压通气引起胸腔内压增加，影响静脉血回流心脏，出现肝静脉和门静脉回流障碍，引起肝出血的情况，严重者出现肝功能障碍。正压通气影响心排血量，出现低血压，影响肝脏血液灌注，会出现肝功能障碍。正压通气可改善缺氧和酸中毒，可改善肝功能。

（十二）正压通气对肾功能的影响

正压通气引起胸腔内压增加，影响静脉血回流心脏，肾静脉血液回流障碍，出现肾淤血、肾功能障碍。正压通气影响心排血量，使患者出现低血压，会降低肾脏血流灌注，加重肾功能障碍。正压通气纠正缺氧和酸中毒，可改善肾血流量、肾小球滤过率及肾小管功能，缓解水、钠潴留。

四、机械通气患者血流动力学监测

患者机械通气过程中，反映循环功能的指标不仅受心功能和血容量的影响，还会受肺部原发病、呼吸功能、机械通气的影响。可以反映循环功能的指标有下列7个。

1.尿量

反映循环功能是否稳定的基本指标。在循环血容量不足的情况下，由肾脏进行代偿，引起尿量减少。因而，由机械通气引起的回心血流量减少和心排血量下降，也可引起尿量减少。在无肾损害的情况下，尿量是判断血容量是否充足和机械通气是否合适的较可靠指标。在循环容量充足、无心功能异常的情况下，机械通气基本不会引起尿量的减少；若循环容量不足时，尿量的明显减少则可能是机械通气导致的。

在正常情况下，健康机体需500ml尿液才能将机体的代谢产物排出，故将低于500ml作为少尿的标准，1 500ml左右的尿量比较合适，低于1 000ml多意味着细胞外液量的减少、右心功能不全、机械通气过度或不足。

当急危重症患者需要评估尿量时，无论有无实施机械通气，患者的病情变化都较大，故以1h为单位计算尿量更准确，以24h为单位则不利于病情的判断。

2.血压

常作为判断循环容量的标准。血压降低的原因多，如失血、失液、心功能不全、严重酸中毒、血管张力下降、机械通气。其中绝大多数为有效循环容量不足引起。机械通气可引起的回心血流量减少和心排血量下降，导致血压下降，同时，多见于尿量的显著减少。

3.皮肤颜色

在无明显贫血的情况下，皮肤苍白多意味着血容量不足，这一指标对青壮年和无皮肤病变的患者价值较大，但对老年人价值有限，因为老年人的皮肤比较苍白、皱缩。

若皮肤比较饱满、发亮，提示出现凹陷性水肿，属于细胞外液增多的指征，但这仅仅意味着细胞外液增多，有效血容量可能仍不足。水肿明显的患者多存在血容量不足。皮肤皱缩则是细胞外液和血容量不足的表现。

皮肤温度用于判断循环状态是比较可靠的，四肢末梢温暖表示循环血量较好，四肢发凉则意味着循环功能不良。

手背部静脉用于评估循环状态，如果手下垂4~5s，手背静脉不充盈，提示循环血容量不足；相反，若举手4~5s，手背静脉不排空，提示循环血容量过多。

4.脉搏指示连续心排血量监测

低血容量性休克或机械通气可引起心排血量与每搏输出量不同程度的降低。使用脉搏指示连续心排血量监测（pulse indicator continuous cadiac output，PICCO）对患者进行连续、动态监测，有助于判断危重症患者液体复苏的效果和机械通气对心功能的影响。监控界面见图2-4-8。

5.SpO ₂ /经皮动脉血SO ₂

用无创脉搏氧饱和度法测得的血氧饱和度，主要反映末梢组织的血液灌注情况和氧合状态，是监测周围循环功能、指导机械通气的常用指标。监控界面见图2-4-9。经皮动脉血SO ₂ 具有对血氧含量和血流量变化的双相反应性，不同情况下的价值不同。在局部血流量充足时，经皮动脉血SO ₂ （SpO ₂ ）随动脉血SO ₂ （SaO ₂ ）变化；在肺气体交换较好时，经皮动脉血SO ₂ 随血流量变化。因此，经皮动脉血SO ₂ 降低时应同时检测动脉血气以鉴别其降低的原因。

6.中心静脉压（central venous pressure, CVP）

上、下腔静脉进入右心房处的压力，通过上、下腔静脉或右心房内置管测得。CVP反映右房压力，是临床观察血流动力学的主要指标之一，监控界面见图2-4-10。正常值为6~12cmH ₂ O（1cmH ₂ O=0.098kPa），是反映循环血容量和右心功能的综合指标，同时在临床上也作为补液速度和补液量的指标。当CVP超过正常值则提示右心前负荷过高或右心功能不全，必须限制补液量和补液速度；当CVP低于正常值提示容量负荷不足，需加快补液量。影响CVP的因素较多，CVP不仅与血容量、心功能等有关，更与胸腔内压变化显著相关。因此，CVP反映血容量和右心功能的特异性必然受到影响，如机械通气压力较高时，胸腔负压显著下降，CVP明显升高；而机械通气压力不足导致呼吸增强、增快时，胸腔负压显著升高，CVP明显下降。在实际应用时，CVP的数值存在较多干扰因素，须综合其他指标进行连续、动态观察。

7.肺动脉楔压（pulmonary artery wedge pressure, PAWP）

指血液流经肺循环对肺动脉血管产生的侧压力。PAWP通过使用漂浮导管的远端直接测得，分为收缩压和舒张压。在测量的过程中，将肺动脉导管末端“楔”入肺动脉分支或将血管内导管外周的气囊充气闭塞肺动脉分支，使血流停止，在血液不流动的情况下记录到的压力，即为PAWP。因为导管的楔入导致楔入部位和二尖瓣之间形成了一个密闭的管道，各处压力相等，所以PAWP是反映左心功能、比较特异性的指标。PAWP的正常范围是1.07~1.6kPa（8~12mmHg），当PAWP > 2.4kPa（18mmHg）提示肺淤血、左心功能不全。因此，机械通气情况下的PAWP是判断左心功能或指导补液相对可靠的指标。

（陈少珍、田永明） Ow2HBHzybmL0J1B2VXZe1iStoFr7NBwaWmNdPkNkMWQiqBUBfk4AdPHhUCq+C6l1