英文名称 ：respiratory failure

呼吸衰竭（respiratory failure，RF）是由肺内、外各种原因引起的肺通气和/或换气功能严重障碍，以致在静息状态不能进行有效的气体交换，在呼吸空气（海平面大气压、静息状态下）时，产生严重缺氧和/或高碳酸血症，从而引起一系列生理功能和代谢紊乱的临床综合征。急性呼吸窘迫综合征因其特殊性

损害呼吸功能的各种因素都会导致RF。常见有以下三个方面：

1.神经中枢及传导系统和呼吸肌疾病，呼吸道病变，胸廓、胸膜及膈肌疾病引起呼吸动力损害、呼吸道阻力增加和肺扩张限制所致的通气不足和通气血流比例失调，导致缺氧伴高碳酸血症。

2.肺炎、肺不张、急性肺损伤及肺血管疾病、心或肾功能不全所致肺水肿和肺广泛纤维化，主要引起通气血流比例失调、肺内静脉血分流和弥散功能损害的换气功能障碍，发生缺氧和PaCO₂降低，严重者因呼吸肌疲劳致高碳酸血症。

3.循环系统如心力衰竭时出现血压下降，或休克时组织器官灌注不足，或某些理化因素如CO中毒影响了氧的携带等。主要导致组织缺氧。

RF是临床常见危重症。根据美国资料，各种原因导致的RF每年约有360 000例，其中36%患者死于住院期间。我国尚缺乏全面的统计资料。中国估计仅急性肺损伤和呼吸窘迫综合征的患者每年近70万例，考虑到每年慢阻肺患者死亡128万例，每年RF发病不低于200万例。

缺氧和CO₂潴留是呼吸衰竭的基本病理生理变化。

（一）缺氧的发生机制

健康成人呼吸空气时总肺泡通气量达到4L/min才能保证有效的气体交换，维持正常的肺泡O₂分压和CO₂分压。肺泡通气量严重不足既导致缺氧，又造成CO₂潴留。呼吸运动有赖于呼吸中枢驱动、神经传导、吸气肌收缩、横膈下降、胸廓和肺泡的扩张。上述任何一个环节的障碍如呼吸中枢抑制、呼吸肌疲劳、胸廓和肺顺应性降低等均可导致肺扩张受限，出现限制性肺泡通气不足。阻塞性肺泡通气不足主要因气道阻力增加而引起，COPD、支气管哮喘等是常见原因，可表现为每分通气量不减少，甚至增加，但生理无效腔增加，导致肺泡通气量减少。

1.通气障碍

①通气/血流比例失调：肺有效气体交换不仅要求有足够的通气量与血流量，而且要求二者的比例适当。健康成人呼吸空气时的肺血流量约为5L/min，故全肺通气/血流比值大约为0.8。比值小于0.8见于部分肺泡通气不足，如肺水肿、肺炎、肺不张等；比值大于0.8见于部分肺泡血流不足，如肺栓塞、肺毛细血管床广泛破坏、部分肺血管收缩等。

2.换气障碍

通气/血流比值失调一般只产生缺O₂，而无CO₂潴留，因动脉与混合静脉血的氧分压差为59mmHg，而CO₂分压差为5.9mmHg；此外，CO₂的解离曲线呈直线不同于S型血红蛋白氧解离曲线，有利于通气良好区对通气不足区的代偿，排出足够多的CO₂。②弥散障碍：见于呼吸膜增厚（肺水肿）和面积减少（肺不张、肺实变），或肺毛细血管血量不足（肺气肿）及血液氧合速率减慢（贫血）等。因O₂的弥散能力仅为CO₂的1/20，故存在弥散障碍时，通常以缺氧为主。单纯换气障碍所致的血气变化特点：PaO₂下降，PaCO₂正常或降低；肺泡-动脉血氧分压差P_（A-a）O₂增大。肺动脉内的静脉血未经氧合直接流入肺静脉，导致PaO₂下降，常见于肺动-静脉瘘、肺泡萎陷、肺不张和肺水肿等，是通气/血流比例失调的极端形式，提高吸氧浓度不能提高PaO₂。

3.肺内动-静脉解剖分流增加

发热、呼吸困难和应激等均可增加氧耗量，是加重缺氧的常见原因。氧耗量增加，肺泡氧分压下降，正常人借助增加通气代偿，但原有基础疾病的患者会加重缺氧和呼吸衰竭。

4.氧耗量增加

（二）CO₂潴留的发生机制

PaCO₂水平取决于CO₂的生成量与排出量。CO₂生成量增加见于发热、甲状腺功能亢进症等，极少引起PaCO₂升高。CO₂潴留主要因肺泡通气不足引起，因此，PaCO₂是反映肺泡通气量的最佳指标，其升高表明肺泡通气不足。

急性呼吸衰竭和慢性呼吸衰竭发病机制存在差异。急性呼吸衰竭时，致病因素如脂多糖等激活多形核白细胞、肺泡巨噬细胞、组织细胞，释放花生四烯酸代谢产物、血小板活化因子、超氧阴离子、蛋白酶、白介素等及其相互作用，导致体内过度炎症反应失控，促进肺脏损伤。慢性呼吸衰竭时，机体在低氧或高碳酸血症反应中，内源性阿片肽增多，从而抑制呼吸：①内源性阿片肽降低脑干神经元对CO₂的敏感性，从而抑制呼吸；②内源性阿片肽降低延髓腹侧对CO₂的反应性，因延髓腹侧对脑细胞外液pH和PaCO₂变化敏感；③内源性阿片肽作用于颈动脉体，抑制因缺氧引起的通气增强反应。

RF可按病理生理和动脉血气改变、发病急缓分类，而综合这些依据并结合肺部病变分类更具临床价值（图1）。泵衰竭由神经肌肉病变引起，肺衰竭由呼吸器官本身病变引起。基础呼吸功能正常，短时间内发生的RF称急性RF；存在基础肺部病变，缓慢发生的RF称慢性RF。

图1 呼吸衰竭的综合分类

RF主要表现为缺氧、二氧化碳潴留。发生机制如下。

（一）肺泡通气不足

根据肺泡通气量（）与肺泡氧分压（P_AO₂）和肺泡二氧化碳分压（P_ACO₂）关系曲线（数字资源13-14-0-1），若通气不足（<4L/min），则引起 P_AO₂下降和P_ACO₂升高，尤在低时，呈陡直线性关系。符合肺泡气方程式，称为Ⅱ型RF。需要注意的是，在严重通气功能受损时，轻度的变化即可导致P_ACO₂明显升高或降低，供机械通气初始参数设置参考。临床上常见的肺泡通气不足包括有效不足（呼吸驱动下降，生理无效腔增加）和小于CO₂产生量。

（二）换气功能障碍

1.通气与血流比例失调（ ）

正常为0.8，如在比率上大于血流量（>0.8），则生理无效腔增加，即无效腔效应；在比率上小于血流量（<0.8），使肺动脉的混合静脉血未经充分氧合进入肺静脉，则形成肺内静脉血分流。失调，产生缺氧，而无高碳酸血症。这类缺氧在增加吸氧浓度后会使血液中物理溶解的氧明显增加，组织缺氧可得到一定程度的改善。慢阻肺除失调和DL_CO降低所致低氧血症外，还常常合并通气不足（高碳酸血症），此即混合型（Ⅲ型）RF。肺气肿及肺炎存在失调，容易出现低氧血症。

数字资源13-14-0-1 肺泡通气量对肺泡O₂和CO₂分压的影响

2.右到左的肺内分流

由于肺部病变如肺实变、肺水肿、肺不张和肺泡萎陷等因肺泡无通气所致肺毛细血管混合静脉血未经气体交换，流入肺静脉引起右至左的分流增加，引起严重低氧血症，且低氧往往不能从单纯提高吸氧浓度获益。

3.弥散功能障碍

呼吸面积减少、弥散距离增加，如肺间质纤维化、肺水肿、肺气肿导致的肺泡破坏，均可影响弥散功能。因氧的弥散能力仅为二氧化碳的1/20，故弥散功能障碍只产生单纯缺氧。

（三）氧耗量增加

是加重缺氧的原因之一。发热、寒战、呼吸困难、抽搐，以及机械通气过程中的人机对抗均将增加氧耗量。寒战耗氧量可达500ml/min，健康者为250ml/min，严重哮喘时随着呼吸功增加，氧耗量增加数倍。氧耗量增加，肺泡氧分压下降，健康者借助通气量增加代偿缺氧。随着氧耗量增加，要维持正常肺泡氧分压所需的亦随之明显增加，如每分钟氧耗量分别为200ml、400ml和800ml时，分别达3L、6L和12L。此时肺泡氧分压不提高，缺氧难以缓解。氧耗量增多者如同时存在通气功能障碍，低氧血症会更加严重。此类患者的缺氧需要及时纠正缺氧的基础病因，提高吸氧浓度。

（四）CO中毒和氰化物中毒

前者主要是CO与血红蛋白高亲和力，占据了氧与血红蛋白结合的位点，影响了氧在血红蛋白中的携带。后者则是直接影响到了细胞线粒体的内呼吸功能，造成组织细胞不能利用氧。

缺氧和高碳酸血症对机体各器官产生一系列不利影响，可引起致命性的临床后果（扩展阅读13-14-0-1）。

扩展阅读13-14-0-1 缺氧和高碳酸血症对机体的影响

处理原则与重症急救原则类似，包括保持呼吸道通畅，纠正缺氧和/或高碳酸血症所致酸碱失衡和代谢功能紊乱，维持循环功能稳定，从而为急慢性RF的基础疾病和诱发因素的治疗争取时间和创造条件，但具体措施应结合RF病理生理的特点而定。

（一）建立通畅呼吸道

必须采取多种措施，保持呼吸道通畅。如用多孔导管吸出口腔、咽喉部分泌物或胃内反流物，必要时置入胃管进行胃肠减压，避免误吸，或鼻饲营养。痰黏稠不易咳出者，可用N-乙酰半胱氨酸（哮喘慎用）/氨溴索等黏痰溶解药。支气管痉挛者可应用β₂受体激动剂和抗胆碱药喷雾或雾化吸入，半小时后再吸入糖皮质激素。还可用纤维支气管镜吸出分泌物。若效果差，必要时行气管插管或气管切开，建立人工气道。

（二）氧疗

通过鼻导管或面罩吸氧，能提高P_AO₂，增加肺泡膜两侧氧分压差，以提高动脉血氧分压和血氧饱和度，改善组织缺氧。吸入氧浓度以动脉血氧饱和度>90%为目标。鼻导管或鼻塞（闭嘴）的吸氧浓度（为氧流量，T_i为吸气时间，T_tot为呼吸周期总时间，MV为每分通气量）。而常用公式[F_iO₂（%）=21%+4%×吸氧流量（L/min）]未考虑吸气与呼吸气时间比和每分通气量的因素，故在长Ti和低MV时，其实际F_iO₂比公式计算值要高；反之，实际F_iO₂低于计算值。

通气不足缺氧患者，经鼻导管或面罩氧疗，根据和P_AO₂的关系曲线（图2），在低时只需吸入低浓度氧（<30%），即可大大提高P_AO₂，纠正缺氧。气流受限的阻塞性通气功能障碍患者，由于吸入气分布不匀，导致失调性缺氧，通过一定时间（30分钟）吸氧后，通气不匀的P_AO₂亦随之上升。因此，失调的患者吸低浓度氧能纠正缺氧。

弥散功能障碍的患者，如肺间质纤维化因氧的弥散能力比二氧化碳差20多倍，要提高较多的肺泡膜两侧氧分压差，方能增强氧的弥散能力，应吸入较高氧浓度（>35%）才能改善缺氧。

由肺实变、肺水肿和肺不张所致的肺内静脉血分流增加性缺氧若分流量>30%以上，吸纯氧亦难以纠正缺氧。所以需增加外源性呼气末正压（PEEP），使肺泡扩张。根据患者的压力容积曲线低拐点的压力加2cmH₂O（图3），以增加功能残气量，改善气体交换面积，提高 PaO₂和SaO₂，改善缺氧。

图2 吸入不同氧浓度时，肺泡通气量与肺泡氧分压的关系（氧耗量225ml/min）

图3 不同病理条件下的肺压力-容积曲线（吸气相和呼气相）

慢性呼衰患者（PaO₂<88%）长期家庭氧疗（每天12小时以上）可明显降低肺循环阻力，增强心肌收缩力，提高活动耐力，改善患者的生活质量和延长寿命。

高流量吸氧近年来用于缺氧性呼衰治疗取得较大成效，由于其流量大并有湿化功能，应用鼻塞后产生轻度的吸气末和呼气末压力升高（类似CPAP），早期使用可有效改善氧合。

较长时处于CO₂潴留患者，机体适应高碳酸血症，低氧状态可以通过刺激化学感受器而刺激呼吸驱动，如果此时给予高浓度吸氧，纠正低氧血症，因为呼吸驱动减弱，反而会引起CO₂潴留增加，同时高浓度吸氧解除了肺血管收缩，加重失调，也可以进一步升高PaCO₂，这是慢阻肺呼衰患者常规采取低流量吸氧的原因。

（三）增加有效肺泡通气量，改善高碳酸血症

高碳酸血症由肺泡通气不足引起，只有增加通气量，才能有效排出二氧化碳。现常采用呼吸兴奋剂和机械通气。

1.呼吸兴奋剂的合理应用

呼吸兴奋剂包括尼可刹米、洛贝林、贝美格等，可刺激呼吸中枢或周围化学感受器，增强呼吸驱动，增加呼吸频率和潮气量，改善通气。与此同时，患者的氧耗量和二氧化碳产生量亦相应增加，并与通气量呈正相关。如服用安眠药所致呼吸抑制、睡眠呼吸暂停综合征、特发性肺泡低通气综合征等，系中枢呼吸抑制为主，呼吸兴奋剂疗效较好。但慢阻肺RF时，因支气管-肺病变、中枢反应性低下或呼吸肌疲劳致低通气，应用呼吸兴奋剂的利弊取决于病理生理基础。而肺炎、肺水肿、ARDS和肺广泛间质纤维化等以换气障碍为特点的RF，呼吸兴奋剂有弊无益，应列为禁忌。在使用药物的同时，应注意减轻胸肺和呼吸道的机械负荷，如引流分泌物、应用支气管解痉剂、消除肺间质水肿等，否则通气驱动增加反而会加重气急和增加呼吸功。使用呼吸兴奋剂通常应同时增加吸氧浓度。另外，因使用剂量接近引起惊厥的剂量，故需密切注意患者的神志和精神变化。尼可刹米常用剂量为0.375~0.75g静脉注射，然后静脉滴注。

2.机械通气

应根据各种疾病RF患者的病理、病理生理和各种通气方式的不同生理效应，合理调节机械通气参数和氧浓度，以达到既能改善通气和换气功能，又能减少或避免机械通气的不良反应（呼吸机相关肺损伤、对血流动力学的影响和氧中毒等）。通气方式包括无创面罩或鼻罩、经口或鼻插管、气管切开等。

机械通气调节通气功能必须遵循患者的P-V曲线（图3）和与肺泡 CO₂分压（P_ACO₂≈PaCO₂）关系曲线（见数字资源13-14-0-1），以及反映呼吸道阻力大小的峰压与平台压的差值。机械通气时，要从它们的P-V曲线所处的位置来选择适宜的潮气量（V_T）。

慢阻肺和危重哮喘Ⅲ型RF患者，主要为呼吸道病变和支气管痉挛引起阻塞性肺气肿和严重肺过度充气，使P-V曲线趋向平坦段，且吸气峰压与平台压的压差大。此时，可采用简易呼吸器或呼吸机随患者浅快呼吸作小V_T人工和机械通气氧疗。在吸气管路串入储雾器或射流喷雾器，吸入β₂受体激动剂、胆碱能阻滞剂和糖皮质激素。严重酸中毒者，适当补充碳酸氢盐。待支气管舒张，呼吸道阻力降低，肺过度充气改善后，P-V曲线移向陡直段，慢阻肺者更为明显，允许较大V_T，支持压力逐渐增加，低吸气流量（有利于气体分布），延长呼气时间，避免肺动态过度充气。这样有利于降低生理无效腔（V_D）/V_T比值，增加，尤其在PaCO₂>80mmHg时，与处于反抛物线陡直段，当轻微增加，即可使PaCO₂明显下降，pH上升。需要注意慢阻肺慢性RF碳酸氢盐高的患者，PaCO₂不要短时间内下降过多，以免导致碱中毒。

慢阻肺和危重哮喘RF缺氧主要与失调和通气不足有关。通过机械通气增加后，P_AO₂明显上升；PEEP在3~5cmH₂O能扩张陷闭呼吸道，改善气体分布和，减少肺内分流，提高 PaO₂，另 PEEP可降低内源性呼气末正压（PEEPi），减少吸气肌做功。一般只需低浓度吸O₂即可纠正缺氧，除伴广泛肺炎、水肿、不张所致的肺内分流增加，才需较高浓度吸氧。在慢阻肺伴睡眠呼吸暂停的患者，应采用压力支持通气（PSV）+PEEP+呼吸兴奋剂、PSV+同步间歇正压通气（SIMV）+PEEP，或辅助/控制通气（A/CV）+PEEP。

慢阻肺和哮喘，乃至ARDS都存在PEEPi，而且吸气时间越长，呼吸频率越快，动态与静态过度充气导致PEEPi的增加越明显。抵消PEEPi的有效方式是外加PEEP。

心源性肺水肿、肺栓塞急性RF以往被列为机械通气的禁忌证，现为良好的适应证。合理的正压机械通气能改善肺水肿和换气功能，降低心脏前后负荷，增加心排血量，使舒张期心室充盈量下降，改善冠状动脉血供。一般患者神志清，尚能较好配合面罩机械通气（PSV为 15~20cmH₂O、PEEP为 5~10cmH₂O、F_iO₂为50%），在强心、利尿的积极治疗下，数小时后可取得较好疗效。高原性肺水肿患者行机械通气治疗，尤为快速、有效。

肺间质纤维化致急性RF时，肺P-V曲线为低顺应性，缺氧为弥散功能障碍引起，且并发肺部感染时加重。给予低V_T、较快呼吸频率、较高氧浓度，可改善症状，延长生命，但因原发病难治，预后不良。

近10多年来无创正压通气（noninvasive positive-pressure ventilation，NPPV）治疗轻至中度和一些重度急性RF取得肯定疗效，并为重度RF患者人工气道（气管插管、气管切开）机械通气的序贯治疗创造条件。NPPV减少或避免多器官功能障碍、呼吸机相关性肺炎和肺损伤，从而缩短机械通气和住院时间。在慢性RF患者中，长期家庭NPPV治疗亦取得了进展。限制性通气障碍（如胸壁、神经肌肉疾病）、慢阻肺及夜间低通气（或伴心脑血管疾病）的慢性高碳酸血症患者长期NPPV治疗，可延长生命和改善生活质量。新型面罩可以减少面罩无效腔，允许插胃管及经面罩行纤维支气管镜检查或吸痰。

RF机械通气治疗需灵活掌握适应证和禁忌证。肺大疱不是无创通气的禁忌证。严重哮喘和ARDS患者的有创通气、存在人机对抗是出现气胸乃至皮下气肿的危险因素。早期使用无创机械通气在大多数呼吸衰竭患者可取得一定的疗效，但禁忌者需及时改为有创通气。病情危重、常规机械通气治疗无效者，可考虑体外膜肺（ECMO）和/或血液透析治疗。近年来ECMO治疗急性呼衰有提前的趋势，而不是等到患者病情极其危重时，在年轻或肺病理改变预计可修复者中效果较好。

（四）纠正酸碱平衡失调和电解质紊乱

呼吸性酸中毒治疗主要是改善通气；呼酸合并代谢性酸中毒，原则上pH<7.20时，可以给予5%碳酸氢钠100~150ml静脉滴注，调整pH到7.25以上。

（五）抗感染治疗

呼吸道感染是RF最常见的诱因，人工气道机械通气和免疫功能低下的患者易反复发生感染，且不易控制。应在呼吸道分泌物引流通畅的条件下，参考痰细菌培养和药敏试验结果，选择有效的抗生素。有创转无创机械通气的序贯治疗方法在允许拔管的前提下，缩短了有创机械通气的时间，可减少院内感染的发生，尤其是感染控制窗的实施，即慢阻肺患者肺部感染控制后尽早拔管，改用无创通气治疗呼吸衰竭。

（六）合并症的防治

RF可合并消化道出血、心功能不全、休克、肝肾功能障碍，应积极防治。

（七）休克

引起休克的原因很多，如酸碱平衡失调和电解质紊乱、血容量不足、严重感染、消化道出血、循环衰竭及机械通气使用压力过高等，应针对病因采取相应措施和合理应用血管活性药物。

（八）营养支持

RF患者因摄入热量不足、呼吸功增加、发热等因素，机体处于负代谢，出现低蛋白血症，导致感染不易控制、呼吸肌疲劳难以恢复，造成病程延长。抢救时，应常规给予鼻饲高蛋白、高脂肪和低碳水化合物，以及多种维生素和微量元素的饮食，必要时给予静脉高营养治疗。