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第22章 呼吸功能检测基础理论
第一节 常用参数
呼吸功能是人体最重要的生命功能之一。简单地说，呼吸过程就是给全身组织输送氧气，排出二氧化碳的过程。近年来，由于呼吸监测技术的发展，以及对呼吸衰竭病理生理特点的了解，呼吸功能监测亦得到显著的进展，并在临床上发挥越来越重要的作用。呼吸功能监测是重症患者监测的一个重要内容，有助于临床医师了解患者的呼吸功能状况、指导呼吸机参数的调节及撤机，并且指导临床预后的评估。
呼吸功能监测主要包括气体交换监测、肺及胸壁呼吸力学监测、呼吸功监测、呼吸驱动和呼吸模式的监测以及患者呼吸肌肌力及耐力监测等。
一、气体交换功能监测
通气、换气、血流及呼吸动力功能等方面发生的障碍，最终都导致气体交换发生变化。气体交换功能监测包括动脉血气分析、经皮血氧饱和度和呼气二氧化碳的监测以及通气与血流比例对气体交换的影响等方面。
(一)血气分析
血气分析可为临床医师提供患者气体交换功能的基本数据，包括动脉血氧分压(PaO 2)、动脉血二氧化碳分压(PaCO 2)和pH值，由这些数值又可推算出碳酸氢根浓度(HCO 3 －)、动脉血氧饱和度(SaO 2)、碱剩余(BE)、肺泡动脉氧分压差(A-aDO 2)等。根据以上参数变化我们可以对气体交换、酸碱平衡及心肺的整体状况作出评估。此外，混合静脉血气分析中得到的混合静脉血氧饱和度(SvO 2)对于判断机体氧利用的情况也有重要的意义。关于血气分析各项指标的具体临床意义，将在血气分析指标的解读章节进行详细介绍。
采取动脉血作血气分析仍是目前临床上常用和可靠的监测手段，有助于全面了解气体交换功能的状况。随着测定仪器的不断改进，血气分析具有反应迅速、需血量少、连续分析等优点，但仍属于创伤性监测，使用起来仍有局限性，如动脉损伤、感染、并发假性动脉瘤等。多次取血仍可丢失可观的血容量，对重症患者、严重贫血者或婴幼儿增加了一定危险性。近年来根据荧光学原理研制出更细微的电极，置于动脉内可持续、定时监测PaO 2、PaCO 2、pH的变化，能及时了解病情的瞬息改变，但仍未在中国普及应用。
(二)经皮血氧饱和度
经皮血氧饱和度(SpO 2)监测是一种无创连续的动脉氧饱和度监测方法。持续监测SpO 2有助于及时发现重症患者出现的低氧血症，指导重症患者机械通气的治疗调整。目前使用脉氧仪器大部分仍以Beer定律为基础，基本原理是血红蛋白吸收光线的能力与其含氧浓度具有相关性，通过发光二极管发射出一定波长的红光(660nm)和红外光线(940nm)，由于氧合血红蛋白(HbO 2)与去氧血红蛋白(Hb)对这些特定波长的光线吸收度不同而用来推测出血氧饱和度(SpO 2)，又称双光光谱法。近年来，以磁声技术为基础的经皮血氧饱和度监测也有了较大的发展。
多数临床情况下，SpO 2读数是正确的。但在有些情况下会出现误差:①严重低氧:当氧饱和度＜70%时，其测定数据可能不准确;②肢体活动发生接触不良时亦可有误读;③异常血红蛋白时如碳氧血红蛋白或正铁血红蛋白均可影响测定效果。碳氧血红蛋白症还可出现于吸烟者或长期滞留ICU的患者中，正铁血红蛋白水平升高可能是先天性，也可能是药物影响，包括常用的硝酸盐类药物、利多卡因、苯佐卡因、甲氧氯普胺、氨苯砜及一些含硫酸根的药物;④某些色素如藏青、蓝色、洋红等可影响测定，皮肤颜色太黑或黄疸，以及涂有黑、绿、蓝的指甲油也会影响SpO 2的读数;⑤贫血(Hb＜5g/dl)及末梢灌注差(如低血压、体温降低)时，由于信号较弱，仪器亦可表现出误读。这些应在临床使用中仔细加以鉴别。
(三)呼气二氧化碳监测
呼气二氧化碳监测是使用无创技术监测气体交换功能，是肺通气功能监测的又一大进步。尤其是床边连续、定量测定患者呼气二氧化碳技术，为重症患者的呼吸支持和呼吸管理提供了重要的指导价值。
目前最常用的呼气二氧化碳监测方法是红外线吸收光谱技术，是基于红外光通过检测气样时其吸收率与二氧化碳浓度相关的原理。该方法反应迅速，测定方便。此外，还有其他方法如质谱分析法、罗曼光谱法、光声光谱法、二氧化碳化学电极法等呼气二氧化碳监测的方法。
依据传感器在气流中的位置不同，呼气二氧化碳监测装置可分主流型和旁流型两种。主流取样是将传感器连接在患者的气道内，其优点是直接与气流接触，识别反应快，气道内分泌物或水蒸气对监测效果影响小，不丢失气体等。缺点为传感器重量较大，增加额外无效腔量(约20ml)，不适用于未插气管导管的患者。旁流型二氧化碳监测装置是经取样管从气道内持续吸出部分气体作测定，传感器并不直接连接在通气回路中，且不增加回路的无效腔量，不增加部件的重量，对未插气管导管的患者，改装后的取样管经鼻腔仍可作出精确的测定。不足之处是识别反应稍慢，因水蒸气或气道内分泌物而影响取样，在行低流量麻醉或小儿麻醉中需注意补充因取样而丢失的气体量。目前主流型与旁流型二氧化碳监测装置均应用于临床。
在呼吸过程中将测得的二氧化碳浓度与相应时间一一对应描图，即可得到所谓的二氧化碳曲线，将曲线与基线之间的面积类比即为二氧化碳排出量。标准曲线分为四部分(图22-1-1)，分别为上升支、肺泡平台、下降支、基线。呼气从上升支P点开始经Q一直至R点，QR之间代表肺泡平台(亦称峰相)，R点为肺泡平台峰值，这点代表呼气末(又称潮气末)二氧化碳浓度，下降支开始即意味着吸气开始，随着新鲜气体的吸入，二氧化碳浓度逐渐回到基线。所以，P、Q、R 为呼气相，R、S、P 为吸气相。
图22-1-1 正常CO 2波形图
监测重症患者呼气二氧化碳能够及时反映患者通气功能变化，了解患者呼吸节律、呼吸形式及肺泡无效腔通气和肺内血流的变化情况，有助于及时发现呼吸机技术故障，并为调整呼吸机参数指导撤机以及体内CO 2生成量监测提供依据。
(四)通气与血流比例对气体交换的影响
正常人每分钟静息肺泡通气量约为4L，肺血流量约为5L，则通气血流比值(V/Q)正常为0.8。如肺泡通气量相对于血流量增加(V/Q比值升高)，则无效腔量增加，可以用Bohr公式计算。若血流量超过通气量(V/Q比值下降)，则产生肺内分流，可通过肺泡动脉血氧分压差(A-aDO 2)来反映。A-aDO 2可以通过公式计算，其正常值在吸入空气时为4～10mmHg(平均为8mmHg，高限为25mmHg)，吸入纯氧时(FiO 2=1.0)为25～75mmHg。A-aDO 2增大则反映弥散或分流异常。此外，还可以测定吸气动脉血氧分压差(I-aDO 2)，与A-aDO 2意义相同，但测定更为容易。
1.V/Q的影响因素
(1)重力:
由于重力的影响，正常人胸腔内压力从肺上部至下部递增(负值减少)。由于肺泡内压在不同重力依赖区是一致的，所以呼气末重力依赖区跨肺压较非重力依赖区小，因此，在呼气末非重力依赖区肺泡容积较重力依赖区大，即重力依赖区肺泡顺应性较非重力依赖区小，所以，在吸气末重力依赖区肺泡通气量较非重力依赖区多。肺上下区通气量分别为0.24L/min与0.82L/min。从肺血流方面讲，立位时肺血流量由上部至下部递增，分别为0.07L/min与1.29L/min，较上面所述肺上、下部通气量改变的差别更为明显，因此V/Q由肺上部至下部递减，分别为3.3与0.63。
(2)吸入氧浓度:
吸入氧浓度增高时，分流样效应随之变小;反之，吸入氧浓度降低时，分流样效应就越趋明显。
(3)病理因素:
气道阻力与血管阻力的病理因素，如慢性阻塞性肺疾病、肺水肿与肺间质纤维化等，均可影响V/Q的比值。
2.V/Q对气体交换的影响
V/Q与肺泡单位氧分压(P AO 2)和二氧化碳分压(P ACO 2)关系密切，因而影响换气功能，当V/Q增大使肺泡无效腔增大时，P AO 2增高而P ACO 2下降;反之，当V A/Q减小形成强分流样效应时，P A O 2下降而P ACO 2增高。由于肺不同部位V/Q不相同，故P AO 2与P ACO 2也不同，肺上部V/Q最高，故P AO 2最高而P ACO 2最低，肺下部则恰恰相反。
病理情况下，缺氧和二氧化碳潴留都能引起通气和肺血流量的增加。由于二氧化碳解离曲线呈直线形，因此那些通气超过相应血流的肺泡部分(即高V/Q区)可排出较多的二氧化碳，而氧的摄取则因氧解离曲线已处于平坦部分，虽然P AO 2有所增加而氧饱和度增加有限。因此高V/Q区的肺泡可以代偿低V/Q区的二氧化碳潴留，但无助于纠正缺氧情况。因此，V/Q不均主要引起PaO 2下降，而对PaCO 2影响可能不大。
3.生理无效腔及无效腔率
进入肺泡的气体，如由于某些肺泡无血流灌注或灌注不足而不能进行正常的气体交换，就变成了无效腔样通气，通常用生理无效腔来代表无效的通气。假若每分钟通气量不变，生理无效腔越大则肺泡通气量越小，肺泡通气量减小造成的后果为P AO 2减低与PaCO 2增高。生理无效腔占潮气量的比率可用Bohr公式计算:V D/V T=(PaCO 2－P ECO 2)/PaCO 2其中 V D=生理无效腔量;V T=潮气量;PaCO 2=动脉血二氧化碳分压;P ECO 2=呼出气二氧化碳分压。
临床上常以生理无效腔量与其占潮气量之比(V D/V T)作为判断指标。其正常值为0.25～0.3。生理无效腔是反映肺内通气与血流灌注比例是否正常的一项指标，有助于对一些肺部疾病严重程度的判断，生理无效腔增大见于各种原因引起的肺血管床减少、肺血流量减少或肺血管栓塞，如呼吸衰竭、二氧化碳潴留、肺栓塞等，V D/V T可高达0.6～0.7。无效腔率的监测有助于评价无效腔对术后患者通气功能的影响，寻找无效腔增加的原因。
4.肺内分流
肺内分流量(Q S)是指心排血量中不经过肺毛细血管直接进入体循环的血流量。肺内分流率(Q S/Q T)可根据肺毛细血管氧含量和混合静脉血氧含量差值之比计算。Q S/Q T=(Cc'O 2－CaO 2)/(Cc'O 2－CvO 2)，其中Cc'O 2代表肺泡毛细血管末端血内的氧含量，CaO 2为动脉血氧含量，CvO 2为混合静脉血氧含量。分流率正常值＜7%，分流率与心输出量的乘积即为分流量。肺内分流反映肺内通气与血流灌注比例，并能指导机械通气模式和参数的调整。
二、呼吸力学监测
自主呼吸时，呼吸肌是呼吸运动的主要动力，呼吸动力的作用在于克服以下三方面的力:①肺与胸廓的弹性回缩力;②肺与胸廓运动产生的非弹性阻力，即肺与胸廓变形造成的摩擦力;③通气过程中，气体在气道内流动的阻力。以上诸阻力越大，则呼吸越费力，可产生呼吸困难的症状。此外最大通气量、时间肺活量、最大呼气或吸气气流速率等也可间接地反映呼吸动力学的变化情况。
(一)压力
呼吸是通过呼吸肌收缩和舒张，产生呼吸运动，引起肺通气。由于呼吸肌的收缩和松弛，使胸腔容量发生改变，引起一系列压力变化，产生了呼吸运动的动力。
在机械通气过程中进行压力监测有两个意义。首先，压力测定对于监测患者和呼吸机的相互作用以及评估呼吸回路的完整性有重要意义。其次，持续的压力监测是呼吸机反馈系统的基本要求。
可监测到的压力或者通过计算得到的压力包括气道峰值压(Ppeak)、气道平台压(Pplat)、平均气道压、呼气末正压(PEEP)、内源性PEEP、驱动压、呼吸机内压、气管隆突压、食管内压、胃内压、跨肺压、跨膈压、呼吸回路内压力降、气管插管内压力降以及由患者呼吸肌收缩产生的压力等。最常监测的压力为气道内压和呼吸机内压。食管内压的监测也常用于评估呼吸力学及呼吸肌肉的功能。胃内压和跨膈压监测可用来评价膈肌功能及指导脱机，但临床应用较少。对于一般正常人，呼吸肌收缩产生的压力也可由以下公式计算得出:呼吸肌收缩产生的压力=克服胸壁弹性阻力的压力+克服气道阻力的压力－食管内压。
在自主呼吸吸气时，食管内压为负值，而跨膈压和呼吸肌收缩产生的压力为正值，并且在吸气时，气道压略低于大气压，而呼气时，气道压略高于大气压。在控制通气且患者无自主呼吸努力的情况下，气道内的压力由呼吸机提供。此时，吸气时食管内压为正值，而跨膈压和呼吸肌收缩产生的压力为零。在辅助通气时，辅助通气的目的是部分替代而非完全替代患者呼吸肌收缩所产生的压力。辅助通气效果的评估也有赖于呼吸力学的监测。
(二)顺应性
顺应性反映肺与胸廓弹性特征，其定义为“单位压力改变时的容积改变”，所用单位是L/cmH 2O。监测顺应性的意义包括:①监测病情变化;②判断肺疾患的严重性;③观察治疗效果;④判断是否可以停用呼吸机:顺应性＜25ml/cmH 2O时，不能撤机。顺应性根据所测的部位及方法不同又作如下分类。
1.胸壁顺应性(Ccw)
胸廓是一个弹性密闭腔，由于呼吸肌的收缩和松弛，使胸廓扩张和收缩，在一般呼吸幅度范围内，呼吸肌作用的力(经克服胸廓、肺的弹性回缩力后，以跨胸壁压力表示)与胸廓容积的变化呈正比，两者的比值为胸廓顺应性，即C CW=肺容积的改变(ΔV)/跨胸壁压，正常值是0.2L/cmH 2O。自主呼吸时胸廓一侧为大气压，另一侧为胸膜腔内压力(Ppl)的变化，所以，在自主呼吸时跨胸壁压力即胸膜腔内压力，Ccw=△V/△Ppl。食管内压力(Pes)随胸膜腔内压力高低而变化，食管内压力可反映胸膜腔内压力的变化，可用△Pes代替△Ppl。
2.肺顺应性(C L)
肺顺应性(C L)=肺容积的改变(ΔV)/跨肺压，正常值为0.2L/cmH 2O。
3.总顺应性(C rs)
是指肺与胸廓整体的顺应性，正常值为0.1L/cmH 2O。它的倒数是胸廓顺应性及肺顺应性倒数之和，即1/C rs=1/C L+1/Ccw。
4.静态顺应性(Cst)
是指在压力与容量改变静止的瞬间所测得的两者之间关系，其完全反映了肺与胸廓的弹性回缩特征。如分别以压力与容量变化一一对应在X、Y轴上画图，可得一直线，其斜率即为顺应性值。在不同的肺容量水平测定时，其值不同。Cst=V T/(Pplat－PEEPPEEPi)，其中V T为潮气量，Pplat为气道平台压，PEEP为呼气末正压，PEEPi为内源性呼气末正压。
5.动态顺应性(Cdyn)
是指在呼吸周期中连续、动态地测量压力与容量变化之间关系所得的结果，除了反映胸廓与肺的弹性回缩特征外，还受其他因素的影响，如气流产生的阻力等。正常肺的静态顺应性和动态顺应性几乎相同，但有肺疾患者，气道阻力增加或肺顺应性下降时，如肺阻塞性病变者，其动态顺应性较静态顺应性为低。Cdyn=V T/(Ppeak－PEEP－PEEPi)，其中 Ppeak为气道峰值压。
6.比顺应性
是指某肺容积下的顺应性与该肺容积的比值，同一肺的比顺应性始终不变。凡胸廓或肺组织有病变时，如肺气肿、肺纤维化、肺水肿、肺充血、胸膜增厚、脊柱侧凸或胸廓变形等，胸廓与肺组织弹性减退、硬变而致扩张受限，则顺应性和比顺应性降低。
(三)阻力
呼吸运动需要克服一定的阻力，包括肺与胸廓的弹性回缩力，肺与胸廓运动产生的非弹性阻力，以及通气过程中，气体在气道内流动的阻力。按阻力存在部位可分为气道阻力、肺组织阻力和胸廓阻力。气流在气道内流动时所遇到的阻力即为气道阻力，气道阻力的大小与气流速度、气道的管径、形态、气体的特性如密度、黏滞度等有关。如气道管径大、管壁光滑、流速缓慢、气流为层流时，则阻力较小。相反，若气道管径狭窄、曲折、流速快、尤其呈湍流时阻力增加。
一般来说气道阻力和气体的黏滞度及气道长度呈正比，和气道半径的四次方成反比。因此，肺气肿、支气管哮喘或痉挛时，气道阻力明显增加。
监测气道阻力的意义包括:了解在各种病理情况下，特别是阻塞性肺疾患时，气道功能的变化;估计人工气道、加热湿化器和细菌滤网等对气道阻力的影响;观察支气管舒张剂的疗效;选择合理的机械通气方式;判断患者是否可以停用呼吸机。
(四)流速
呼吸过程中，压力的变化可能导致流速和容积的变化。呼吸时气体在气道内进出，可由流速仪测定其流速，平静呼吸时吸气流速平均为29L/min，呼气时平均流速为23L/min。从流速曲线所显示的流速幅度和呼吸时间上的比较，可以估价呼吸动力功能的变化。
自主呼吸时，流速波形是正弦波。容量控制通气时，流速波形取决于呼吸机的设置，常见的波形有方波、按一定斜率递增或递减波型以及按指数递减波型。在以压力为目标的机械通气中，特别是当吸气时间设置过长时，会出现吸气后期吸气流速降为0的情况。呼气的流速取决于患者呼吸系统的顺应性和阻力，以及呼吸回路的阻力。当出现明显的呼气气流受限时，呼气末流速不能降为0，则可产生内源性PEEP。流速-时间波形的异常还可提示患者气道或呼吸回路阻塞。
(五)内源性PEEP的监测及其对呼吸力学的影响
内源性PEEP(PEEPi)指呼气末气体陷闭在肺泡内而产生的正压。主要与呼气阻力增加、呼吸系统顺应性增高、呼气时间不足、呼气气流受限和通气参数设置不当等因素有关。内源性PEEP可引起气压伤、增加呼吸功、使患者发生人机对抗，影响血流动力学并可能导致顺应性计算的误差。
1.监测PEEPi的临床方法
(1)临床观察法:
患者如出现胸围增大、呼吸费力、心血管功能恶化、肺毛细血管嵌顿压增高而难以用循环系统疾病来解释的症状，并且出现通气效果下降，呼气末有持续呼气气流，呼气的最后部分突然被吸气中断(图22-1-2)，压力控制通气时潮气量或每分通气量下降，不能用呼吸系统顺应性下降解释的平台压升高，容量控制通气时气道压力升高时应考存在PEEPi。
图22-1-2 容量控制通气时的流速-时间波形
(2)呼气末气道阻断法:
该方法所测得的是全肺的PEEPi平均值，反映呼气末整个呼吸系统的静态弹性回缩力。机械通气时，可通过呼气末暂停时对应的压力来测量内源性PEEP(图22-1-3)。呼气末暂停时对应的压力为总PEEP，PEEPi=总 PEEP－设置的 PEEP。
(3)间断气道阻断法:
在被动呼气过程中间断阻断气道，以测定不同肺容积时气道的平台压，当呼出的气体量等于吸入潮气量时的气道平台压即为PEEPi。
图22-1-3 呼气末暂停测量内源性PEEP
(4)食管球囊法:
是一种有自主呼吸时测定PEEPi的方法，当食管压开始下降到患者出现吸气流速之间食管压的变化值即为PEEPi。食管压反映胸膜腔内压，同时受肺容积、胸壁顺应性、呼气肌肉收缩、食管球囊位置和心脏搏动的影响。
(5)Mueller动作法:
为有自主呼吸患者PEEPi的测定方法。同时监测气道压和食管压，在呼气末阻断吸气阀，让患者用力吸气，阻断至少2秒后释放。吸气肌肉产生的最大压力(Pmus)一部分克服呼气末呼吸系统总的弹性回缩压(Prs)，另一部分产生气道最大吸气压(MIP);因此可获得公式Pmus=Prs+MIP。在阻断过程中胸膜腔内压的最大变化(Ppl max)就反映了Pmus的大小，呼气末总的呼吸系统弹性回缩压就是PEEPi。所以上面的公式可换算为Ppl max=PEEPi+MIP。最后得出PEEPi的计算公式:PEEPi=Ppl max－MIP。
2.PEEPi对呼吸力学的影响及其临床意义
(1)增加呼吸功。
(2)增加肺损伤的危险性:
容量控制通气时潮气量恒定，由于存在PEEPi，肺过度扩张，易致肺损伤，尤其在时间常数大的肺泡更易发生，甚至导致气胸的发生。
(3)对肺通气的影响:
PEEPi存在时，只有吸气压力超过PEEPi才能出现吸气气流，容易导致呼吸肌疲劳，同时由于潮气量、肺泡通气量降低，最终可导致CO 2潴留。
(4)对气体交换的影响:
正常人各肺区之间便存在时间常数的不一致，COPD患者中各肺区之间时间常数的差别更大。因此在机械通气时，不同肺区不同水平PEEPi的存在可引起通气不平衡分布的恶化，从而导致通气血流比例失调，对气体交换造成一定的影响。
(5)对临床所测呼吸系统顺应性的影响:
常规测量Cst是根据 V T与 Pplat来计算的，Cst=V T/(Pplat－PEEP);PEEPi的存在使通气的驱动压减小，校正后的公式为Cst=V T/(Ppalt－PEEP－PEEPi)。如果 PEEPi未从平台压中减去，所测顺应性减小。目前应用的大多数呼吸机所计算的呼吸系统顺应性没有把PEEPi考虑进去，因此得出的结果往往与实际有很大出入。
(6)对循环系统的影响:
由于PEEPi的存在，肺容积及胸腔内压增高对循环系统产生抑制作用。PEEPi影响循环系统的机制包括:静脉回流减少引起右心前负荷下降及肺动脉压力升高导致右心后负荷增加，导致右心输出量降低，进而导致左心前负荷下降，心输出量降低。此外高水平的动态肺过度通气(DPH)和PEEPi可引起严重的心律失常、电-机械分离、心搏骤停。这种心搏骤停对心肺复苏无反应，可通过降低DPH和PEEPi而改善。
三、呼吸功监测
呼吸功为呼吸时所做的机械功。根据物理定律(功=力×距离)，呼吸功=压力×容积。测定出胸腔内压力差和肺容量的乘积，即等于呼吸功。测定步骤与肺顺应性相同，或通过积分测得压力-容量环内的面积来表示。自主呼吸静息状态的呼吸功正常值为0.246(kg·m)/min(约合0.3～0.6J/L)，占全身氧耗量的1%～2%。任何使呼吸系统弹性或通气阻力增加者，均可导致呼吸功增加，如ARDS时患者的呼吸功可增至平时的50倍，占全身氧耗量的50%。机械通气时监测呼吸功，有助于临床医师了解患者的呼吸功能和呼吸机对患者的影响，及时调整机械通气策略及治疗。
(一)呼吸功监测内容
机械通气时呼吸功的监测包括以下内容:
1.总呼吸功(Wtot)
患者和呼吸机所做的功之和。
2.患者呼吸功(Wpat)
患者自主呼吸中测得的患者所做的功。
3.呼吸机呼吸功(Wven)
机械通气时呼吸机所做的功。
4.生理功(Wphy)
为克服弹性阻力所做的弹力功和克服气道阻力所做的阻力功。正常约0.5J/L(0.3～0.6J/L)。
5.附加功(Wimp)
为克服呼吸设备(气管内导管，呼吸机回路，按需气流等)的阻力负荷所做的阻力功。这是强加于生理功上的额外负荷。在某些情况下，附加功可以等于甚至大于生理功。各种呼吸功之间的关系为，Wtot=Wpat+Wven=Wimp+Wphy。此外，根据呼吸功所克服的阻力不同还可分为弹力呼吸功(Wela)和阻力呼吸功(Wres)。弹力呼吸功即克服呼吸系统弹性阻力所做的功，受肺和胸壁顺应性的影响，阻力呼吸功即克服呼吸道黏滞阻力所做的功，当气道阻力增加及存在内源性PEEP时阻力功增加。
(二)呼吸功监测方法
临床上可以通过床边呼吸功能监测仪直接计算或者根据患者P-V曲线的变化监测呼吸功，目前对于机械通气患者也可以根据食管内压和气道压对吸气时间的积分评价呼吸功。
(三)呼吸功监测的临床意义
临床上对呼吸动力功能的测定，有助于进一步了解不同病理变化引起的呼吸功能障碍，在一定条件下结合对肺顺应性、气道阻力的测定，尤其是在ICU或呼吸治疗科内的连续测定有助于指导某些呼吸功能障碍的治疗和其转归的预测。主要包括:
1.帮助选择最佳通气方式和呼吸参数，指导呼吸支持治疗。
2.判断呼吸功增加的原因是由于弹力功和阻力功增加，还是由于呼吸机的附加功增加。附加功增加时(如患者通过高阻力的呼吸机呼吸)，将加重患者呼吸肌后负荷，使其疲劳。
3.监测患者呼吸功能恢复程度，指导呼吸机撤离。
4.了解各种通气模式和呼吸设备对呼吸功的影响附加功的监测可以准确反映呼吸机的设备和通气模式对患者呼吸肌负荷的影响。
四、呼吸驱动和呼吸模式的监测
(一)呼吸驱动监测
临床上呼吸驱动的监测往往易被忽视。呼吸驱动的增强除了使触发呼吸的过程中呼吸功耗增加外，往往还可作为疼痛及严重感染等情况的临床信号，会严重干扰患者的心肺功能。在机械辅助通气过程中，在呼吸功能够为患者提供足够气体流量的情况下，呼吸驱动力的大小是决定患者呼吸能量消耗的最重要因素。此外，呼吸驱动力变化也是判断患者能否撤机的一项重要指标。近期临床研究显示，撤机失败的患者往往存在呼吸驱动增强，以及呼吸驱动对呼吸负荷增加的反应性下降。
1.分钟通气量
在呼吸力学及呼吸肌储备功能正常的情况下，分钟通气量往往与呼吸中枢的驱动平行。但遗憾的是，临床上呼吸力学及呼吸肌储备功能正常的情况非常少，因此应用分钟通气量反映呼吸驱动在临床并不可靠。
2.平均吸气流速
平均吸气流速(V T/Ti)与PCO 2水平直接相关，重复性好，可作为临床反映呼吸驱动的指标，但常常会过低估计呼吸中枢驱动水平。
3.口腔闭合压(P 0.1)监测
吸气开始后0.1秒时的口腔闭合压，与呼吸阻力无关，是反映呼吸中枢兴奋性和呼吸驱动力的指标。P 0.1已成为评估呼吸中枢功能的常用方法，正常值为0.2～0.4kPa(2～4cmH 2O)。机械通气时，在呼气末使吸气阀关闭，无流速和容积的变化，记录吸气开始后0.1秒时的气道压变化。临床上常应用于:①评估呼吸中枢的驱动力;②指导撤机:P 0.1＜0.6kPa(6cmH 2O)可停用呼吸机，＞0.6kPa(6cmH 2O)不能撤机;③调节压力支持通气的压力支持水平。
影响P 0.1的因素包括:①呼气末肺容积增加会影响肌肉的收缩，使测量值低于实际值;②时间常数:由于气道阻力增加和气道塌陷，气道压力的变化在相当的程度上滞后于食管压的变化，使测量值明显低于实际值;③呼吸肌长度和收缩速度改变:气道阻断后，吸气努力可能使胸、腹部产生矛盾运动，此时即使无肺容积的改变，呼吸肌也会发生明显收缩;④胸壁变形使呼气末肺容积发生改变而影响测量的准确性;⑤呼气肌用力使呼气末肺容积低于功能残气量，测量值高于实际值;⑥驱动压力波形;⑦压力-流速时相滞后:在测量时必须保证压力和流速完全同步。
4.膈肌电活动(EAdi)监测
EAdi可直接反映呼吸中枢对膈肌的呼吸驱动。当呼吸中枢发放冲动传到至膈神经，膈神经纤维兴奋，动作电位经神经-肌接头传递给膈肌，引起膈肌的兴奋产生EAdi，膈肌随之收缩，胸腔内压下降，并驱动气体进入肺内。当呼吸负荷增加时，呼吸中枢驱动增加导致EAdi增加，当呼吸机辅助呼吸时，呼吸负荷减轻，呼吸中枢驱动减弱，EAdi相应的降低。在不同个体间比较EAdi的绝对值没有意义，一般多用于同一个体的连续比较。健康个体在安静呼吸时EAdi大约为10μv左右，COPD患者可以5～7倍升高。
EAdi的影响因素包括:①机械通气辅助水平;②镇静;③神经病变;④肌松药物的使用。
(二)呼吸模式监测
呼吸模式往往也能为临床提供很多信息。当患者呼吸肌做功不足，往往会通过增加呼吸频率来维持所需的分钟通气量，而潮气量常不增加或下降。虽然每次浅呼吸消耗的呼吸努力较少，但由于其呼吸频率的增加，浅快呼吸往往导致通气无效腔增加，这样就需要更大的分钟通气量以维持CO 2的排出。因此，浅快呼吸时，虽然每次呼吸的功耗较小，但当呼吸频率增加到一定程度时，每分钟的呼吸功耗反而增加。持续的高呼吸频率往往提示呼吸肌的失代偿和疲劳。值得注意的是，虽然有些患者的呼吸频率持续＞35次/分钟，但仍处于代偿状态，特别是在分钟通气量随呼吸频率成比例增加的情况下。
浅快呼吸指数(呼吸频率/潮气量，f/V T)可作为预测患者撤机的指标之一。在自主呼吸实验(患者脱开呼吸机，完全自主呼吸)的第一分钟，f/V T≤100次/(min·L)可能预示患者撤机成功。虽然这种预测不可能完全准确，但仍有一定的临床应用价值。
随着呼吸肌疲劳的加重，吸气时间占整个呼吸时间的比率(T i/T tot)也发生相应的变化。当呼吸窘迫时，自主呼吸T i/T tot可从0.35增加到0.4～0.5，随着呼吸窘迫的加重，T i/T tot增加的代偿受限，T i/T tot不再增加并可能下降。
在呼吸过程中，辅助呼吸肌(如胸锁乳突肌群)也参与呼吸，提示呼吸肌疲劳且呼吸代偿受限。呼吸过程中出现胸腹矛盾运动或吸气时腹壁向内反常运动提示膈肌疲劳。
五、呼吸肌肌力及耐力
(一)呼吸肌肌力
应用最广泛的反映呼吸肌肌力的两个指标是肺活量(VC)和最大吸气压(MIP)。最大呼吸肌力的测试需要患者充分的配合，因此，在缺乏患者配合的情况下，所测得的指标很难反映患者呼吸肌力的真实情况。
1.肺活量
VC是最大吸气后，作最大呼气所能呼出的气量。即潮气量、补呼气量、补吸气量之和。平均值为男性3.47L，女性2.44L。还可以根据体重计算出公斤体重肺活量(VC/kg)，是反映通气功能和呼吸肌肌力的指标之一。
2.最大吸气压
MIP是指在残气位或功能残气位阻断气道时，用最大努力吸气能产生的最大口腔或气道压，反映所有吸气肌产生的肌力的总和，正常值男性为(130±32)cmH 2O，女性为(98±25)cmH 2O。MIP＜正常预计值的30%时，易出现呼吸衰竭。MIP也可作为撤机参考指标，MIP≥20cmH 2O，成功撤机的可能性大。
3.膈肌活动度
膈肌是最主要的呼吸肌，膈肌功能障碍的发生可导致脱机失败及困难脱机。临床上导致膈肌做功能力下降的原因主要包括:①呼吸中枢兴奋性下降:可见于脑膜炎、脑干损伤、使用镇静药物等导致呼吸中枢发放神经冲动受到抑制的患者;②外周神经病变和神经肌肉接头功能障碍:如吉兰-巴雷综合征、重症肌无力、运动神经元病变、危重病性神经肌肉异常(CINMA)、应用肌松药的患者;③呼吸肌本身收缩力下降:如机械通气导致膈肌功能障碍(VIDD)、危重病性神经肌肉异常(CINMA)以及严重营养不良等。随着床旁彩超广泛应用于临床，床旁膈肌功能的监测已成为常规操作。
膈肌活动度监测是在床旁通过彩超监测呼吸过程中膈肌的位移以评价膈肌收缩功能的方法。膈肌活动度本身可由于呼吸中枢兴奋性下降、外周神经和肌肉病变、呼吸机本身收缩功能下降等原因影响。在自主呼吸测试过程中，左侧膈肌活动度＜1cm及右侧膈肌活动度＜1cm，提示撤机失败的可能性大。
4.跨膈压
跨膈压(Pdi)是指在功能残气位(或残气位)，气道阻断状态下，以最大努力吸气时产生的最大Pdi值，是临床反映膈肌力量最可靠的指标。可用如下公式计算，Pdi=胸膜腔内压－腹内压，由于胃内压基本等于腹内压，食管内压基本等于胸膜腔内压，故Pdi也可用根据食管压减胃内压得出。
(二)呼吸肌耐力
耐力是指呼吸肌维持一定的力量或做功时对疲劳的耐受性，对呼吸肌来说，耐力比力量更重要。肌肉的耐力取决于能量(血液)供给、肌纤维组成及其做功大小等因素。做功的大小主要取决于其收缩的力量和收缩持续时间。对于膈肌来说，吸气时膈肌产生的平均跨膈压与其收缩持续的时间的乘积等于膈肌所做的功。跨膈压越大，持续的时间越长，越可能产生疲劳。
1.分钟通气量和最大分钟通气量(MV/MMV)
呼吸肌无力的肺功能改变主要是限制性通气功能改变。MMV明显降低，肺活量下降。而且卧位肺活量下降与坐位相比更加明显。然而，肺功能的改变不能敏感地反映肌肉力量的变化，肌力下降50%时，肺活量仅下降20%。
2.膈肌张力-时间指数(TTdi)
如果用膈肌收缩产生的Pdi的平均值和Pdi最大值(Pdi max)的比值反映膈肌收缩强度，用吸气时间(Ti)与呼吸周期总时间(Ttot)的比值反映膈肌收缩持续时间。将两者综合，得出TTdi=(Pdi/Pdi max)×(Ti/Ttot)，反映膈肌耐力，有时可用最大吸气压代替最大跨膈压，而以平均食管压代替跨膈压。在安静自然呼吸时，正常人的 TTdi在 0.05～0.12。当 TTdi＞0.15，膈肌有可能在45分钟内发生疲劳。Bellemare等把TTdi=0.15作为膈肌疲劳阈值。TTdi的增加在一定意义上也反映了膈肌功能储备的减少。
3.呼吸肌肌电图(EMG)
EMG是所有呼吸肌肌电的综合反映，高频波/低频波减少，表明呼吸肌耐力降低。但EMG受附近肌肉肌电的影响大，个体间可比性差。
4.神经机械效能(NME)和神经通气效能(NVE)
单位EAdi所产生胸腔内压既为神经机械效能(NME)，反映呼吸中枢驱动下膈肌的收缩效能。呼吸中枢发放冲动传导至膈神经，膈肌产生电兴奋后，通过电-机械耦联使膈肌收缩，胸腔内压下降。随着EAdi的增加胸腔内负压也不断增加，但就不同患者而言，由于其膈肌收缩能力不同，胸腔内负压随EAdi增加的程度也不同。NME受呼吸中枢驱动强度及膈肌收缩能力等影响，可能对撤机的评估具有良好的指导价值。
单位EAdi所产生潮气量既为神经通气效能(NVE)，反映了呼吸中枢驱动下膈肌产生通气的效能。研究显示，在同一患者中，随着EAdi增加，潮气量也明显增加。就不同患者而言，由于其神经传导、膈肌功能及呼吸负荷不同，潮气量随EAdi增加的程度也不同，NVE是膈肌功能与呼吸负荷的综合反映。NVE增加提示患者的膈肌功能改善和(或)呼吸负荷下降，患者呼吸肌收缩产生通气的能力改善。NVE降低则正好相反。因此，NVE可能成为评估撤机时机的良好指标。
5.浅快呼吸指数
f/V T测定操作简单，重复性好，可反映呼吸肌耐力，目前常用作指导撤机的指标。
(邱海波)
第二节 呼吸力学监测原理
呼吸力学是以物理力学的观点和方法对呼吸运动进行研究的一门学科。肺疾患改变肺部生理，其表现为呼吸力学的变化。因此，呼吸力学监测使得临床医师对肺疾患的过程理解更加深入。在呼吸病学与重症医学中，呼吸力学监测已广泛应用于疾病的辅助诊断和治疗。尤其对于接受机械通气的患者，监测呼吸力学，有助于临床医师了解疾病的病理生理过程，判断疾病的严重性、治疗反应，以及能否安全脱机，更合理地进行机械通气。
一、呼吸力学发展的历史
(一)早期阶段(19～20世纪初)
早在1817年，Carson发现动物肺具有弹性，被认为是现代呼吸力学的开始。1853年Donders利用水银压力计测定出肺弹性所产生的压力约为7mmHg。1847年Ludwig用充水球囊首次测定胸腔内压。1844年Hutchison用肺量计(spirometer)测定肺活量和肺容积。上述学者仅是对肺力学中的压力和容积进行了简单的测量，研究并没有将压力和容积联系起来对呼吸运动现象进行描述。呼吸力学的研究在此后50年内无重大进展。
(二)基础阶段(20世纪初～20世纪50年代)
1915—1925年，Rohrer首先将复杂的呼吸运动简单化地以物理学的压力-容积的关系进行描述，开创了呼吸力学研究的新纪元。但在当时并未引起医学界的重视。直到1941年Otis等再次发现了压力-容积的关系，并于战后公开发表，为呼吸力学提供了最基本的科学理论和研究方法，掀开了呼吸力学理论及研究的热潮。1925年Fleisch发明了呼吸速度描记仪(pneumotachorgraph，PTG)，1943年 Statham 发明了应变电阻监测仪(strain-gauge manometer)，1949年 Buytendijk首次以食管-气囊导管间接测定胸膜腔内压。这三项技术的发明为呼吸力学研究奠定了硬件基础。1958年Campbell，以食管压替代跨肺压重新评价压力-容积曲线的价值，提出了著名的Campbell图(Campbell diagram)，将吸气肌和呼气肌做功分开，将克服弹性阻力和黏滞阻力做功分开，加深了对动态肺充气的认识，使呼吸力学的理论进一步完善。
(三)发展和应用阶段(20世纪50年代～至今)
目前随着微处理技术和高灵敏传感器的应用，呼吸力学从实验室走向临床，呼吸力学监测仪已经商品化。呼吸力学的发展与机械通气发展相互促进，两者密不可分，呼吸机自身的呼吸力学监测功能不断增强。应用呼吸机或呼吸功能监护仪进行床边呼吸力学监测，已广泛应用于疾病的辅助诊断和治疗。
二、呼吸力学基本指标的测量及其原理
压力、流速和容积是呼吸力学监测的三要素。容积的变化由压差驱动所致，通过流速的变化来反映，而其他呼吸力学指标可以通过这三个基本指标进行推算。
(一)流速监测
1.流速监测原理
流速监测的原理是基于泊肃叶层流定律。泊肃叶研究了流体在管道系统内流动的规律，指出单位时间内流体的流量(V)与管道两端的压力差ΔP以及管道半径r的4次方成正比，与管道的长度l成反比。这些关系可用下式表示:V=Kr 4/ΔPl，这一等式中的K为常数。后来的研究证明V与流体的黏滞度η有关。因此泊肃叶定律又可写为:V=ΔPπr 4/8ηl。
呼吸过程中，当某一段呼吸通路的阻力已知时，流量监测装置可监测到该段呼吸通路两端的压力降。假设该段呼吸通路的阻力恒定且小到不足以对气体产生阻碍［如＜1.5cmH 2O/(L·S)］，同时气体的黏滞度恒定，那么就可以认为，气体通过该段呼吸通路产生的压力降(ΔP)直接与通过该段呼吸通路的气体流速(V)成正比。因此，流速监测装置可通过监测一段呼吸通路的压力变化计算出该段呼吸通路的气体流速。
2.影响流速监测装置准确性的因素
流速监测的准确性受气体的温度、湿度、黏滞度以及气体的成分影响。监测装置的无效腔越小(＜15ml)以及气体的湍流越少，流速监测的准确性越高。由于泊肃叶定律是基于气体层流的情况而制定的，湍流将会导致对气体流速的估测超过其实际流速值。现代流速监测装置的设计致力于提高流速监测的准确性，包括使用圆形的连接管与呼吸回路相连以减少湍流，以及采用集成电路来减少在流速过高时由压力传感器导致的放大效应。
从泊肃叶定律可知，气体的黏滞度可影响流速监测的准确性。因此要求对流速监测用与呼吸气体相同的气体进行定标。空气的黏滞度与纯氧不同(206泊 vs184泊)，当采用室内空气对流速监测装置进行调零而患者实际上吸入的是纯氧时，流速监测装置监测到的流速就会偏大。流速被高估的程度往往是不可预知且经常变化的。例如有研究报道，在Servo 900C呼吸机上，当吸入气为纯氧时，其流速测定值比吸空气时平均高出12%，而在使用Ohio 5400型流量监测仪及Ohmeda SE302型肺量计时，与吸空气时比较，吸纯氧时的流速分别被高估了29%和31%。除此之外，温度也会对气体的黏滞度产生影响，因此，流速监测装置定标时的气体温度，也应与实际监测的气体温度保持一致。
3.呼吸机中流速监测装置的准确性
表22-2-1 目前常用呼吸机中的流量监测装置类型及技术说明
目前很少有资料显示呼吸机中应用的流量监测装置的准确性。然而在机械通气过程中，流速和容量经常被用于指导医师的决策。表22-2-1列出了目前常用呼吸机中的流量监测装置类型及生产厂家提供的技术说明。
根据最近美国胸科医师协会(ATS)的标准，认为流量监测的误差范围＞±5%，或容积监测的误差范围＞±3%，则认为在临床上存在明显的误差。在ATS的指南中，测量的误差超过上述范围通常是不能被接受的，除非在机械通气时进行精确的定标(包括气体的温度、湿度、黏滞度以及呼吸机管路的几何形状等)及数据采集。
根据泊肃叶公式，在假设气流为层流，且该气体的黏滞度，流量的分布以及阻力的大小恒定的情况下，压力降(△P)与流速(V)之间才是恒定的线性关系。在机械通气的过程中，下列几个因素可能会对流量监测的准确性产生负面的影响:①如果定标时呼吸机管路的几何形状与实际监测时不一致，那么在定标和实际监测时通过流量监测装置的气体湍流以及推量分布情况就不一致，将导致流量监测的准确性下降;②由于呼吸机回路中气体湿度上升造成的流量监测装置部分积水，将导致压力降(△P)与流速(V)之间斜率升高，出现监测错误;③在压力支持通气时，呼吸机回路中压力的骤然变化将导致流量监测出现较大的偏差;④如果流量监测装置距患者气管插管较远，如在呼吸机的呼气阀处，则可能导致气体在呼吸机内产生压缩及气体冷却，此时流量监测的准确性下降;⑤吸入气氧浓度、温度、湿度的变化造成气体黏滞度的变化，也将导致流量监测的准确性下降。
(二)压力监测
压力监测装置的基本元件包括压力传感器/换能器及数据记录和显示装置，传感器可感知压力信号，并将其转化为电子信号或其他信号。压力传感器/换能器很少直接位于需要测压的部位。因此，通常用管道将压力传感器/换能器和需测压的部位相连。压力监测装置的性能取决于其压力传感器/换能器、连接管路以及数据记录及显示装置的特征。
1.压力换能器
传感器是感受物理刺激的装置。换能器是将一种形式的能量转换为另一种形式的装置。以下讨论的每一种压力监测装置均具有传感器和换能器的功能。通常为了描述的简便，我们用换能器一词代替了传感器和换能器两者的功能。
呼吸压力的监测可应用液体气压计，非液体气压计以及电子机械换能器。液体侧压计通常不用于重症患者的呼吸压力监测，通常用在压力监测装置的静态校准过程。非液体测压计也不用于重症患者呼吸压力的监测，它有时用于作为反映呼吸肌肉力量指标的最大吸气压力。
大多数呼吸机使用压阻式压力换能器。压阻式换能器都包含有带硅胶薄膜的硅胶芯片，任何压力的变化都可通过该硅胶薄膜传导，导致芯片内部晶体分布的改变，晶体分布的改变使芯片的电阻发生变化。这就使得换能器输出的电压随着其所受到的压力而成比例的变化，压力信号被转换成电信号。
2.压力换能器连接管路
压力换能器常常是位于呼吸机内部，因此，换能器通常是通过细导管与测压部位相连。压力换能器通过连接插件与细导管相连。通常人们很少注意到与压力换能器的连接管路及连接插件，但这两个部分却能对整个压力监测系统功能产生重要的影响。连接了管路的压力换能器功能与单独的压力换能器的功能有很大差异。
附加了连接管路后，压力换能器的反应时间和反应频率将受到明显的影响，这将导致压力估测值偏低，特别在频率较高时，这一现象更加明显。为了使连接管路对压力监测的影响最小化，连接管路应尽可能的短。连接压力换能器两端的管路在类型、直径及长度上应保持一致。如果连接管路及连接插件具有可扩张性，将明显影响压力信号的传导。因此，尽管通常印象中的连接管路是可弯曲的，实际上连接管路应该越坚硬越好。更重要的是，压力换能器的定标及反应频率的测定应在换能器与呼吸机及连接管路连接的情况下进行。但目前换能器的特征，如反应频率，通常是在没有连接管路的情况下获得的，这与临床实际的情况并不相符，因为临床上或在实验研究的情况下，换能器必须连接管路进行压力测定。
换能器连接管路的扭折或阻塞将导致压力监测出现严重的错误。这一点对于重症患者的压力监测尤为重要。连接导管一旦打折，应立即复位，即使在压力波形监测并未受到明显影响的情况下也应如此。
换能器连接导管中的气体通常是空气，如果用氦气或氦氧混合气体替代导管中的空气，将明显缓解导管对压力信号传导的衰减作用，用水来替代连接导管中的空气也能达到类似的效果。然而目前这些传导介质均未能应用在重症患者的压力监测中。
3.数据记录及显示装置
从换能器传来的数据必须首先被记录并显示才能被临床医师获得。传统上数据的记录和显示是通过一些模块装置实现的，这些装置可显示压力的数值或波形。近期，随着电子计算机技术的飞速进步，压力及其他信号的显示也越来越趋于数字化。
(三)容积监测
机械通气患者的持续容积监测，是通过计算气流量与时间的积分来实现的。目前可选择用容积-移置装置直接监测容量及改良氮气洗入/洗出方法的间接测量方法。常用的容积-移置装置包括多种肺量计，如传统的水封式肺量计、楔型风箱肺量计等，这些肺量计在肺功能实验室中仍应用广泛。改良的氮气洗入/洗出方法的测定原理主要包括，由于洗入/洗出的氮气容积并不是直接测定，而是通过测定氧消耗(oxygen consumption，VO 2)，二氧化碳清除率(carbon dioxide elimination，VCO 2)，吸气和呼气末的氧气和二氧化碳浓度(end-tidal concentration of carbon dioxide，F ETCO 2)，进而计算得到。由于高PEEP可以引起肺泡无效腔(alveolar dead space，VDalv)的增加，从而影响VCO 2。因此，在高PEEP条件下，改良氮气洗入/洗出方法有可能低估实际的呼气末肺容积(EELV)。
三、呼吸运动方程和呼吸力学研究的机械模型
机械通气的主要目的是通过提供一定的驱动压以克服呼吸系统的阻力和呼吸机管路的阻力，把一定潮气量的气源按一定频率送入肺内。这种压力和容积变化的关系可以从力学的角度进行描述，以运动方程(equation of motion)可表达为:P=PEEPi+V T/Crs+F×R+I×dV/dt。其中 P为驱动压力，PEEPi为内源性呼气末正压，V T为潮气量，Crs为呼吸顺应性，R为黏滞阻力，F为流速，I为惯性阻力，dV/dt为加速度。
运动方程是整个呼吸力学研究的基础。在获得上述压力、流速和容积三要素后就可以推算出反映呼吸系统弹性特性和流量-阻力特性的指标，包括静态和动态顺应性以及呼吸气道阻力。
呼吸力学指标的监测是建立在将整个呼吸系统假设为某种力学模型的基础之上，之后通过测定某些原始测量指标而对其他呼吸力学指标进行推算，因而模型不同，推算方法也不同。一个好的模型，应该是既简单，又能真实地反映当时患者复杂的呼吸力学状况，以便于监测，且结果准确可靠。
(一)线性单室模型
该模型假定整个呼吸系统为单一气道与一代表所有肺泡和胸壁的弹性气囊相连，气道阻力与呼吸系统顺应性在任何流速和容积时为一恒定值，各肺区的时间常数(time constant，TC=R×C)相同，即各肺区充气和排空速度相同。这种模型适用于健康人和限制性肺疾病，但不适用于阻塞性肺疾病。
(二)线性双室模型
该模型假定整个呼吸系统为两个气道分别与两个弹性气囊相连，各气道和气囊分别具有不同的阻力和顺应性，具有两个不同的时间常数，即各肺区充气和排空速度不相同，有快肺区与慢肺区之分。这种模型适用于COPD、ARDS、单侧肺和主支气管狭窄等。
(三)非线性单室模型
该模型假定整个呼吸系统为单一气道与一弹性气囊相连，但气道阻力和顺应性随着流速和容积的变化而变化。这种模型适用于ARDS和肺纤维化。
目前最常用的模型为线性单室模型，应用这种方法推算的结果反映了整个呼吸系统“平均”的呼吸力学状况，与实际情况或多或少有些差别。对于病变分布不均者，如严重的COPD和ARDS以及单侧肺和主支气管狭窄等，在解释结果时需特别注意。
四、呼吸系统的力学特征
呼吸力学的内容包括呼吸压力、呼吸阻力、顺应性、时间常数和呼吸功等，以下简单介绍呼吸系统的力学特征。
(一)呼吸压力
呼吸总是伴随着一系列的压力变化。呼吸肌收缩和舒张，产生呼吸运动，导致肺通气，从物理学角度，乃是一系列压力变化的结果(图22-2-1)。自主呼吸时，呼吸肌收缩导致胸腔内压力低于气道开口处压力时，患者开始吸气。控制通气时，当气道开口处压力高于胸腔内压时，吸气开始。机械通气可为患者提供部分或全部的呼吸所需的压力，因此，可减轻患者的呼吸做功。实际上，呼吸机的作用就是减少患者呼吸肌所需产生的压力，为了确保呼吸机应用的有效性，就必须对压力进行监测。
图22-2-1 呼吸系统的压力示意图
1.胸膜腔内压
指胸膜腔内的压力，由于肺组织弹力与胸廓弹力，两个相反方向力的作用结果，产生胸膜腔负压。平静呼吸时胸膜腔内压始终低于大气压，有利于周围静脉血向心脏回流。胸膜腔内压力正常呼气时为－5～－3mmHg，吸气时为－10～－5mmHg，临床上常以食管内压力估计胸膜腔内压。
2.肺泡压
指肺泡内的压力，是胸膜腔内压与肺组织弹力作用的结果。吸气时胸内负压增加，超过肺组织的弹力，使肺泡压成为负压，空气进入肺泡;呼气时胸内负压逐渐减少，当低于肺组织弹力时，肺泡压转为正压，高于大气压，肺内气体排出体外，故在呼吸周期中，肺泡压在大气压上下呈正负波动，吸气为负，呼气为正。
3.气道内压
指气道内的压力，大气压与肺泡内压间出现压力差时即产生气道压力的变化。吸气时，肺泡压为负压，气道内压由呼吸道开口向肺泡递减，呼气时则相反。在平静呼气末，气道内压与大气压相等。
4.食管压
胸内食管壁顺应性良好，食管中下2/3与胸膜贴近，在此处监测食管内压的变化能较好的反应胸腔内压，虽然两者绝对值有一定差异，但变化的幅度和趋势是一致的。
5.跨肺压
肺泡压与胸膜腔内压之差。是使肺扩张和收缩的力量。在呼吸周期中，由于跨肺压存在区域性差异，肺各部分容积变化不一，使吸入气体分布不均。
6.跨胸壁压
胸膜腔内压与大气压之差，是扩张和压缩胸壁的力量。
7.跨胸廓压
肺泡压与大气压之差，是扩张和压缩胸壁与肺的总压力。
8.驱动压
吸气末跨胸廓压与呼气末跨胸廓压之差，是扩张整个呼吸系统(包括胸壁和肺)的驱动压力。在严重肺疾病的状况下，驱动压可代替跨肺压指导机械通气的设定以避免肺损伤的加重。
(二)呼吸阻力
呼吸运动要克服阻力。按物理特性阻力可分为黏性阻力、弹性阻力和惯性阻力。按阻力存在部位可分为气道阻力、肺组织阻力和胸廓阻力。
1.黏性阻力
来自气道和肺组织，绝大部分来自气道，即通常所说的气道阻力。
2.弹性阻力
主要分布于肺组织和可扩张的细支气管，它是顺应性的倒数。肺弹性阻力越大，顺应性就越小。
3.惯性阻力
主要分布于大气道和胸廓。
临床上阻力的测定主要是为了反映气道阻力。气道阻力的定义为单位流量所需要的压力差，即:气道阻力=(气道通口压－肺泡压)/流量。正常值为每秒1～3cm H 2O/L，呼气时阻力为每秒2～5cmH 2O/L。
影响气道阻力的因素有以下几方面:①呼吸管道的长度、半径:气道阻力主要来自大气道和中等气道;②肺容积:肺实质减少时(如肺气肿)，气道阻力增加;③气体的密度和黏滞度;④支气管管壁受外压;⑤支气管管壁收缩和舒张:副交感神经兴奋、药物(如乙酰胆碱、胆碱酯酶抑制剂、M受体阻断剂、组织胺等)、肺栓塞时动脉血二氧化碳分压过低可导致支气管平滑肌收缩，阻力增加。交感神经兴奋、拟交感药物(如异丙肾上腺素、肾上腺素、去甲肾上腺素)、副交感神经阻断剂(如阿托品)可以舒张支气管平滑肌，使气道阻力减小。某些病理因素如支气管黏膜增厚(水肿、充血和炎症等)、炎细胞浸润和纤维化等可增加阻力;⑥气管、支气管腔内阻塞使气道阻力增加:如水肿、渗出及分泌物增多、腔内异物等;⑦慢性阻塞性疾病:如支气管哮喘、慢性支气管炎、阻塞性肺气肿等可使气道阻力增加。
(三)顺应性
由胸廓和肺组织弹性形成，是表示胸廓和肺扩张程度的一个指标。指单位压力改变时所引起的容积改变，即:顺应性=容积的改变(ΔV)/压力的改变(ΔP)，单位是L/kPa或L/cmH 2O。呼吸系统的顺应性包括肺顺应性、胸壁顺应性和总顺应性(图22-2-2)。
图22-2-2 呼吸系统的顺应性
总顺应性、肺顺应性和胸壁顺应性可用以下的公式表示:
肺顺应性(C L)=肺容积的改变(ΔV)/跨肺压
胸壁顺应性(C CW)=肺容积的改变(ΔV)/跨胸壁压
总顺应性(Crs)=肺容积的改变(ΔV)/跨胸廓压
三者的关系如下:
1/总顺应性=1/肺顺应性+1/胸壁顺应性
顺应性又分为静态和动态顺应性。静态顺应性指呼吸周期中气流暂时阻断所测得的顺应性，与呼吸系统的弹性有关，正常值为1.7～2.5L/kPa。动态顺应性指呼吸周期中气流未阻断所测得的顺应性，与呼吸系统的弹性、气道阻力及呼吸频率有关，正常值为1.5～3.5L/kPa。
影响顺应性的因素很多，除了年龄、性别、身高、体重等生理因素，胸壁或(和)肺部病变也可导致顺应性改变(表22-2-2)。
表22-2-2 顺应性降低的原因
(四)压力-容积曲线(P-V曲线)
整个呼吸周期的顺应性可以通过P-V曲线来描述(图22-2-3)。P-V曲线的吸气和呼气曲线分开，曲线的斜率表示顺应性，分离面积称为滞后现象。滞后现象与小气道陷闭和肺泡气-液界面的表面张力有关。当呼吸接近高肺容积时，滞后程度降低;呼吸接近残气量时，滞后现象明显。
图22-2-3 压力-容积曲线
曲线斜率为顺应性，曲线吸气支与呼气支的差别为滞后现象
1.低位和高位转折点
P-V曲线的吸气支呈S形，在低肺容积和高肺容积处分别有一转折点，称为低位转折点和高位转折点，是顺应性的变化点(图22-2-4)。低位转折点表示大部分肺泡开放时对应的压力和容积，高位转折点的出现提示肺泡有过度扩张可能。
2.低位和高位转折点的判断
主要有以下几种判断方法:
图22-2-4 压力-容积曲线的低位和高位转折点
(1)目测法:
目测低位和高位转折点及其对应的压力和容积。该方法科学性较差，但非常实用，简便易行。
(2)双向直线回归法:
将P-V曲线吸气支的数据转换到Excel软件，向前和向后作双向直线回归，相关系数乘积最大的一组数据即为低位转折点。该方法较科学，但不如目测法简单易行。
(3)顺应性比值法:
以P-V曲线20%容积的顺应性与前80%容积的顺应性比值，判断高位转折点是否存在。比值＜0.8认为存在高位转折点。
3.静态P-V曲线
反映了呼吸系统的静态顺应性，需在镇静、肌松的状态下进行测量，以确保测量的准确性，主要有以下几种方法:
(1)大注射器法:
在呼气末，将1～3L的注射器与气管导管相接，分次注入纯氧50～200ml，每次注入后平衡1～5秒，与大注射器相连的压力-容积监测装置记录当时的压力与容积变化并进行P-V曲线的描记。当压力达到40～50cmH 2O或出现压力平台后，再以类似的方法逐步放气，描记呼气相曲线。这种方法可一次完成，但重复性较差，需要将患者与呼吸机断开，耗时较长(60～90秒)，对患者有一定的危险性。
(2)呼吸机法:
给予大小不同的潮气量，获得不同的平台压，多个相对应的潮气量和平台压描记在XY轴上就能得到P-V曲线。为了使气体在肺内均匀分布，在每次注入气体后需要按住吸气屏气(inspiration hold)键3～5秒。这种方法不需将患者与呼吸机断开，操作方便，但操作次数较多，精度较差，且不适合所有的呼吸机。
(3)低流速法:
以低流速(2L/min左右，在普通呼吸机可通过下调呼吸频率和延长吸气时间获得)持续对肺充气。由于流速低，气道阻力的影响较小，描记的P-V曲线类似大注射器法描记的静态P-V曲线，有很好的一致性，并且重复性也很好，亦无须将患者与呼吸机断开，一次完成，目前认为这种方法具有较好的应用前景。
4.动态P-V曲线
反映了呼吸系统的动态顺应性，目前许多呼吸机都能持续显示动态P-V曲线，可以监测患者呼吸力学的动态变化。
(五)时间常数(τ)
对呼吸系统而言，其容积变化ΔV与压力变化ΔP呈指数函数的关系，即气体在肺内的充盈与排空先快后慢，其函数特征可以用时间常数τ来表示:τ=RC或VT/F。气体在肺泡内充盈与排空的时间，为呼吸阻力(R)与顺应性(C)的乘积，正常值为0.4秒。τ决定气体在肺内的充盈和排空速度，在一个τ内，肺泡可充气至最大容积的63%，2倍τ可充盈95%，3倍τ可充盈100%。由于肺局部病变的影响，使不同肺区的充盈和排空速度有所不同，充盈和排空速度较快的区域习惯上称为快肺区，充盈和排空速度相对较慢的区域则称为慢肺区。
(六)呼吸功
呼吸肌克服呼吸阻力维持通气量所做的功。正常情况下，自主呼吸时吸气是主动、耗能的，呼气是被动的，不做功。因此，呼吸肌仅在吸气时做功，正常值为0.4～0.6J/L。
呼吸功分为弹力功和阻力功。弹力功是克服呼吸系统弹性阻力所做的功，受肺和胸廓顺应性的影响，顺应性降低时，弹力功增加。阻力功是克服气道阻力、肺和胸廓的黏滞力所做的功，当气道阻力增加时，阻力功增加。
根据物理学原理，呼吸功为变化的压力与变化的容积的积分，临床上可通过P-V曲线内的面积来计算呼吸功。图22-2-5中曲线的斜率EBI表示顺应性，总呼吸功为ECIDOE对应的面积，其中EBIDOE对应的面积为吸气时克服肺弹性回缩做的功(弹力功)，ECIBE对应的面积为吸气时克服气道阻力所做的功(阻力功)。
图22-2-5 P-V曲线和呼吸功
(邱海波)
第三节 肺水肿的形成与清除机制
肺水肿是临床常见的问题，经过最近20多年的研究，人们对肺水肿的认识有了质的飞跃。本节将对肺水肿形成机制、清除及转归问题进行探讨。
一、肺水肿形成机制的基础问题
(一)Starling等式
基于液体在毛细血管壁或生物膜两边移动规律的Starling等式，肺水肿可分为两型:压力增高型肺水肿和通透增高型肺水肿。
Starling等式:Jv=Lp×S［(Pc-Pi)－δ(πc－πi)］
Jv—net transvascular fluid flow，透血管壁液体净流量
Lp—microvascular hydraulic conductivity(permeability)，微血管水通透率
S—surface area of filtration，滤过面积
Pc—microvascular hydrostatic pressure，微血管流体静压
Pi—Interstitial hydrostatic pressure，间质流体静压
δ—osmotic reflection coefficient，渗透反射系数
πc—microvascular colloid osmotic pressure，微血管胶体渗透压
πi—interstitial colloid osmotic pressure，间质胶体渗透压
(Pc-Pi)为血管壁两侧的流体静压力差，(πc-πi)为血管壁两侧胶体渗透压差，在过去许多教科书介绍血管壁两侧液体移动的理论时，往往仅注意了液体在血管壁两侧移动的方向和程度决定于两侧液体静压力差和两侧胶体渗透压差，即［(Pc-Pi)－δ(πc-πi)］。
Lp和δ，即微血管壁对液体的通透性。如果微血管壁受到破坏，通透性增加，尽管在微血管壁两侧液体完全平衡的情况下，同样会发生血管内的液体向血管外及组织间质移动。因为在血管通透性很差的情况下(即Lp和d的值非常小时)，微血管壁两侧液体静压力差和两侧胶体渗透压差之和，即［(Pc-Pi)－δ(πc-πi)］将不起决定作用，微血管两侧的压力平衡对液体移动的影响将大大减小，而决定液体在微血管壁两侧移动的关键因素是血管壁的通透率及其通透面积。
Starling等式除了应用在描述肺血管内外液体移动的规律，也广泛应用于描述全身大多数微血管内外液体移动的规律，除一些特殊部位的血管以外。
虽然Starling等式有广泛的应用，但在描述肺水肿形成的机制方面有相当的局限性:①Starling等式描述的是肺微血管壁两侧的液体移动的规律，而不能完全描述肺泡壁两侧的液体移动规律;②Starling等式所描述的液体移动过程，是被动的、非耗能的过程。
(二)压力增高型肺水肿
压力增高型肺水肿(hydrostatic edema)是指在微血管壁通透性正常，血管壁两侧的胶体渗透压差无明显变化的前提下，微血管内静水压由于各种原因升高，最终使微血管内胶体渗透压和静水压力之和超过肺间质胶体渗透压和静水压力之和，而导致微血管内液体向肺间质移动，甚至充满肺泡，导致肺水肿。典型代表是心源性肺水肿。
这种情况，Starling等式中的血管壁通透性Lp和δ正常，［(Pc-Pi)－δ(πc-πi)］中的 Pc增高，导致压力差失衡。在Starling等式中，肺间质流体静压力Pi和间质胶体渗透压πi一般相对较稳定;毛细血管胶体渗透压πc降低可使肺血管滤出率增加，导致πc降低的主要原因是低蛋白血症。肺毛细血管流体静压力Pc是其中最容易发生变化的因素。
引起肺微血管内流体静压力增高的原因有很多，Pc决定于血管阻力和毛细血管床的顺应性。肺毛细血管的阻力主要来自于肺的静脉端。任何能够增加肺毛细血管床阻力的因素都可以增加肺毛细血管滤出率。
组织胺、去甲肾上腺素、5-羟色胺、PGE 2、PGI 2等均可增加肺静脉及毛细血管的阻力，进而增加Pc;高原肺水肿、左心衰竭、主动脉瓣及二尖瓣病变、心肌病、低氧、肺过度灌注(液体过多)均会增加肺静脉端的压力，进而增加Pc。
(三)通透增高型肺水肿
通透增高型肺水肿(permeability edema)是指在微血管两侧的静水压力差和胶体渗透压力差之和平衡的情况下，微血管壁的通透性增加，导致血管内的液体漏出到肺间质甚至肺泡内，导致的肺水肿。
这种情况，Starling等式中的［(Pc-Pi)－δ(πc-πi)］压力差正常，而血管壁的通透性增高(Lp和δ数值变小)，导致肺水肿形成。
导致肺微血管通透性增高的因素有:炎性反应，炎性细胞和炎性介质对毛细血管内皮及肺泡上皮的损伤(肺损伤及ARDS);内毒素对血管内皮的直接的损伤;肺泡过度牵张导致的损伤(呼吸机相关性损伤);持续高氧损伤;放射损伤;酸吸入性损伤;烟雾吸入性损伤等等，均可造成肺毛细血管内皮损伤，通透性增加。
(四)肺组织的微结构
肺组织的微结构对于理解肺水肿清除机制很重要(图22-3-1)。
图22-3-1 肺单位微结构示意图
肺的支气管分支多达23级，最后到达气道的盲端即肺泡。在前面的16级，由软骨支气管、支气管和膜状支气管组成，其功能主要是气道的气体传导和加温加湿;从第17级支气管开始的呼吸支气管、肺泡导管、肺泡囊直到肺泡共7级，就有了气体交换功能。在成人，气道的表面积约为1.4m 2，而肺泡的表面积达143m 2。末端气道到肺泡称作肺单位，每一个肺单位，由肺泡、肺间质、毛细血管和肺淋巴系统组成。液体透过肺毛细血管内皮主要是通过内皮间的紧密连接和内皮细胞膜的孔道。相对于肺泡上皮细胞，肺毛细血管内皮细胞更易受到各种因素和介质的损伤，发生血管内皮通透性升高，血管内的液体甚至有形成分漏出血管外到肺间质，形成肺间质水肿。只有在肺泡上皮细胞受到损伤，或肺间质静水压力明显过高时，才能形成肺泡水肿。
肺泡上皮包括Ⅰ型细胞和Ⅱ型细胞，两种细胞的数量相近，各约占肺泡上皮细胞数量的50%，但Ⅰ型上皮细胞覆盖肺泡表面约95%的面积，而Ⅱ型上皮细胞覆盖的肺泡面积仅不到5%，但Ⅱ型细胞是肺的局部干细胞，具有非常重要的功能。
相对于肺毛细血管内皮而言，肺泡上皮的严密性要高得多。肺毛细血管与肺泡之间的液体移动，92%的阻力来自于肺泡上皮。在肺毛细血管内皮通过溶质的孔道约为6.5～7.5nm，而肺泡上皮细胞通过溶质的孔道约为0.5～0.9nm。可见，可溶性溶质，包括蛋白通过肺泡上皮的阻力远远大于通过肺毛细血管内皮的阻力。而且，肺泡上皮抵御损伤的能力远远强于肺毛细血管内皮，如一次性大剂量静脉注射铜绿假单胞菌，尽管可以导致中等程度的肺间质水肿，但不足以导致肺泡上皮明显的损伤。
同时，不能忽视肺淋巴系统的功能。淋巴毛细管广泛分布于肺间质的结缔组织，与肺泡和毛细血管接触的比较疏松。生理情况下，肺淋巴系统对肺间质液体的清除能力通常占肺间质水清除量的20%～30%。淋巴流量受多种因素影响。左房压增高、血浆渗透压降低、因增加复张滤过面积进而增加肺血管外肺水含量(EVLW)，均可增加淋巴流量。
(五)肺泡细胞动力学周期
肺泡上皮Ⅱ型细胞是肺的局部干细胞，在其增殖过程中，一部分分化为扁平Ⅰ型细胞，另一部分继续维持其自身的形态和功能，维持肺泡上皮的正常结构。两种肺泡上皮细胞具有不同的功能。Ⅰ型细胞主要参与气体交换、离子通道的离子转运、水通道的水转运。而Ⅱ型细胞主要分泌肺泡表面活性物质，维持肺泡表面张力，防止肺泡萎陷;它还分泌一些介质，参与免疫调理。其最重要的功能就是钠通道等离子通道对离子的主动转运以及自身的增殖作用(图22-3-2)。
图22-3-2 肺泡细胞动力学周期
肺的组织结构中，对抗肺水肿形成的保护因素如表22-3-1所示。
表22-3-1 对抗肺水肿的安全因素
(六)肺水肿形成的过程
肺水肿的形成是一个渐进的过程(图22-3-3):
图22-3-3 肺水肿形成的过程
在正常肺，肺泡内充满气体且保持干燥，间质是非常薄的结缔组织(A)。在肺水肿形成的初期，液体从肺毛细血管壁渗出，在支气管周围及毛细血管周围的结缔组织形成水肿套，此时肺泡依然是张开状态，肺泡内仍然是干燥的，此时称作间质水肿(B);随着肺间质水肿的加重，漏出的液体在肺泡壁间质聚集，肺泡壁变厚，液体开始在肺泡内分布。此时，肺泡内依然以气体为主(C);肺水肿进一步发展，更多的液体漏入肺泡内，肺泡充气压不能维持肺泡张开，肺泡内充满液体，严重时，肺泡水肿液中可含有血管内的有形成分(D)。由此可以看出，随着肺水肿的进展，含气的肺泡进行性减少，因肺泡表面张力不同，部分肺泡萎陷，部分肺泡腔被液体取代，最终导致肺容量减少。
在上述肺水肿形成过程中，肺水肿发生初期，因肺泡内可以是完全干燥的，故胸片几乎正常，听诊很少有湿啰音，但氧的交换已经发生障碍，出现血氧分压和饱和度下降。这种现象在通透增高型肺水肿尤其多见。由于通透增高型肺水肿肺毛细血管渗出液中富含蛋白，聚集在肺间质对氧交换的影响比较大，故临床经常见到血氧饱和度已明显下降，而胸片却未见明显异常。
二、新的肺水肿清除机制
(一) 机制的发现
1982年，美国学者 Michael A.Matthay教授发现，在绵羊的肺中注入羊血浆，按照Starling等式，肺泡中的血浆在肺毛细血管壁两侧压力均衡时应该没有液体移动。但在4小时后，发现肺泡液的蛋白浓度升高了，并且随着时间的推移，肺泡液中的蛋白浓度进行性升高，肺泡内的胶体渗透压也进行性升高。如何解释这个现象呢?如人们所知，蛋白是不容易透过肺泡壁的，蛋白浓度的升高必然伴随水的移出，但血管壁两侧初始的静水压和渗透压的和是平衡的，一定有一个不受压力影响的机制将肺泡内的水移出肺泡。
之后，研究发现，是肺泡上皮细胞膜上的以钠泵为主的离子转运通道和钠-钾-ATP酶等组成的离子转运系统，将肺泡液内的钠离子和氯离子主动转运出肺泡至肺间质，形成渗透梯度，肺泡内的水再随着渗透梯度经上皮细胞膜上的水通道和直接经细胞膜移出肺泡至肺间质。在肺间质聚集的液体再按Starling等式的规律，移动至毛细血管进入血液循环，另一部分经肺的淋巴系统被转运至血液循环。这种液体的转运与Starling力无关，是一个耗能的主动转运的过程。影响这一转运过程的因素非常多，远远超过Starling等式所涉及的因素，但它与肺泡上皮细胞的完整性依然有非常密切的关系。
(二)肺泡上皮细胞的离子转运系统及水的主动转运机制
在肺泡上皮的Ⅰ型细胞和Ⅱ型细胞以及气道末端的Clara细胞都有离子转运系统(图22-3-4)。其中，对Ⅱ型上皮细胞的研究最多，最充分。
图22-3-4 肺泡上皮Ⅰ型、Ⅱ型细胞和气道末端的Clara细胞的离子转运系统及液体主动转运示意图
ENaC，Epithelial Sodium Channel，上皮细胞钠通道;CFTR，Cystic Fibrosis Transmembrane conductance Regulator，囊性纤维化跨膜传导调节器;AQP 5，Aquaporins 5，水通道 5;Na-K-ATPase，钠-钾-ATP酶
1.钠通道、钠-钾-ATP酶和钠离子转运系统
(1)钠通道:
在肺泡上皮细胞面向肺泡腔气体面的细胞膜上，有一种可主动将肺泡内液体中的钠离子从肺泡腔转运到肺泡Ⅱ型细胞内的蛋白，称为“钠通道”(epithelia sodium channel，ENaC)。它由 2个 α亚基、1个β亚基和1个γ亚基四聚体组成，也有人认为是由9个亚基(α、β和γ各3个)组成。在3个亚基中，部分研究认为α亚基起了主要的转运钠离子的作用，而要执行完整的钠离子转运功能，则要有另外两个亚基的参与。研究显示，在肺部，钠通道分布在肺泡上皮细胞，包括Ⅰ型和Ⅱ型细胞，也分布在Clara细胞。它还广泛分布在肾脏和结肠等器官。
钠通道分为阿米洛利(amiloride)敏感性的钠通道和非阿米洛利敏感性的钠通道，所谓阿米洛利敏感性的钠通道，是指在所有的钠通道中，一部分钠通道对钠离子的转运功能可以被阿米洛利所抑制。阿米洛利敏感性的钠通道在所有钠通道中所占的比例在人和不同的动物有所不同。许多实验室研究均提示钠通道是肺内钠离子主动转运的主要通道和驱动力。
(2)钠-钾-ATP酶:
在肺泡上皮Ⅱ型细胞基底膜还有另一种参与钠离子转运的蛋白，称为“钠-钾-ATP酶”(Na +-K +-ATPase)，其功能是将细胞内的钠离子转运至基底膜一侧细胞外的肺间质，作为离子平衡，将肺间质的钾离子泵入细胞内。这个过程消耗ATP。钠-钾-ATP酶由1个α和1个β两个亚基组成，有实验证明，两个亚基中任何一个亚基的过度表达，都可以增加整个钠-钾-ATP酶的表达进而增加其转运钠离子的功能。和Ⅱ型细胞一样，在Ⅰ型细胞和气道末端的Clara细胞的面向肺泡腔一面的细胞膜上，也有类似的钠通道，在这些细胞面向肺间质的基底膜有钠-钾-ATP酶。
(3)钠离子转运系统:
分布于两侧细胞膜的钠通道和钠-钾-ATP酶组成了钠离子转运系统。肺泡腔液体中的钠离子被钠通道转运到肺泡上皮细胞内，然后再由钠-钾-ATP酶将钠离子转运出另一侧的肺泡上皮细胞外的肺间质。整个钠离子的转运过程是主动的转运过程，是一个耗能的过程。钠离子的转运是肺泡内水清除的主要动力。
在钠离子转运系统中，无论是钠通道还是钠-钾-ATP酶，表现了一些蛋白执行主动转运功能的特性:
钠离子转运功能对温度有非常强的依赖性，只有在一定的温度下通道蛋白才能执行正常的功能。在动物试验中，如果试验温度在室温下，钠通道的离子转运效能就会大大降低;在环境温度为4℃时，钠通道的转运功能就会完全停止。钠-钾-ATP酶也是如此。
钠离子的转运是一个需氧的过程，需要一定的气道压力使肺泡保持张开的状态，同时是耗能的过程。如果肺泡完全萎陷或完全被液体充满，通过肺泡灌洗完全排除了肺泡中的所有氧气，肺泡液体的清除率会大大降低。有实验证明，对钠离子转运功能的调节，一部分是通过cAMP的介导来实现的。
2.其他离子通道及水通道
(1)氯通道:
在肺泡Ⅱ型细胞面向气体面的细胞膜上，还有一种具有将肺泡腔液体中的氯离子向肺泡上皮细胞内转运的功能蛋白，被称为“囊性纤维化跨膜传导调节器”(cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR)或称“氯通道”。氯通道广泛分布在肺泡上皮的Ⅰ型细胞、Ⅱ型细胞和气道末端的Clara细胞面向气体一面的细胞膜上。Clara的离子转运系统更像肺泡上皮Ⅱ型细胞。
氯离子被CFTR转运至肺泡上皮细胞内，然后再经肺基底膜弥散至肺间质。CFTR可被cAMP调节，并与肺泡上皮细胞膜的β胆碱能受体有交互依赖性。氯通道对氯离子的转运，增强了钠通道及钠-钾-ATP酶转运系统驱动液体转运的作用。
氯离子和钠离子的转运是互相协同的，因为氯离子和钠离子是配对离子，可以达到离子电平衡。
(2)水通道:
在肺泡上皮Ⅰ型细胞两侧细胞膜上都存在一种传导水分子的特殊蛋白，称为“水通道”(aquaporins，AQP)，水分子通过水通道的速率大大快于通过细胞膜及其紧密连接的速率，使水在肺泡上皮两侧的移动效率远远高于离子的移动。由于水通道的存在，在渗透压力梯度的驱动下，水在毛细血管和肺泡腔之间的移动速度非常快，使两端达到渗透梯度平衡的时间一般仅约50秒至2分钟。水分子通过水通道的过程是被动的，Starling力是其主要的驱动力，移动方向决定于Starling力的方向。虽然水通道也是温度依赖性的，但不像钠离子主动转运的系统对温度的依赖性那么强。
水通道蛋白目前已经被克隆出的有AQP1～AQP5五种水通道蛋白。在肺部分布的水通道蛋白有:AQP1主要分布在肺毛细血管的内皮细胞;AQP3、AQP4分布在气道上皮细胞膜;AQP5分布在Ⅰ型肺泡上皮细胞两侧的细胞膜、黏膜下腺体的腺泡和部分气道上皮细胞的亚群。其中，AQP1和AQP5在水按渗透梯度在肺毛细血管和肺泡间的移动起主要的作用(图22-3-5)。
图22-3-5 水通道在肺的分布
除了钠通道对钠离子的转运功能，参与驱动液体转运的还有一些阳离子通道，但目前对这些阳离子通道的研究还很不充分。
3.肺泡液体的清除
在发生肺水肿时，肺泡腔内的水肿液所含的钠离子被Ⅰ型细胞和Ⅱ型细胞以及气道末端的Clara细胞的钠离子转运系统主动转运到肺间质，随之氯离子也被氯通道转运至肺间质。随着肺间质NaCl的聚集，间质的渗透压进行性升高，在肺泡腔和肺间质产生了一个渗透梯度。肺泡腔的水在渗透梯度的驱动下，沿着肺泡上皮Ⅰ型细胞的水通道和细胞膜及其紧密连接从肺泡腔向肺间质移动。这种肺水的移动是一个耗能的过程，而不是以Starling力来驱动的。
目前，我们常用肺泡液体清除率来描述肺水肿清除的速度，即单位时间肺泡内的液体被清除的百分比。测量肺泡液体清除率分为实验室和临床方法。
(1)实验室测量:
是将与血浆成分相近的液体，特别是与血浆蛋白含量相近的液体经气道注入肺泡。开始测量前，先留取注入肺泡液体的样品，作为初始样品。经过一段时间(一般为1小时)后，再从肺泡中抽取肺泡液体的样品，作为终末样品。分别测量样品的蛋白含量。测量蛋白含量的方法有直接蛋白浓度测定、放射性同位素标记和荧光标记的蛋白浓度测定方法。其中，以放射性同位素标记的方法最敏感和稳定。
我们设定初始样品蛋白浓度为Pi，设定终末样品蛋白浓度为Pf，那么，肺泡液体清除率(alveolar fluid clearance，AFC)的计算公式为:
(2)临床测量:
临床测量人体肺泡液体清除率的方法与实验室类似(图22-3-6)。采用外径约2～3mm的高分子材料的双层套管，即CombiCath导管，其顶端有一凝胶封闭外套管，以保护其内的采样导管不被污染。经气管插管或气管切开管送入支气管，直到嵌入位置，再将内层采样导管向前顶开凝胶推出外套管约2～3cm，吸取肺泡液体样品，作为初始样品;经过一定时间(一般为1小时)再用同样方法吸取肺泡样品(CombiCath导管可以留置在气道内)，作为终末样品。然后分别测定两个样品的蛋白浓度，采用和上面同样的公式进行计算。
图22-3-6 采用CombiCath导管进行的支气管肺泡微采样技术
4.肺液体的清除
随着肺间质液体的增多，间质静水压进行性增高，在Starling力的驱动下，肺间质的水透过肺毛细血管内皮进入肺循环系统，被清除出肺。
如上文提到的，肺间质水清除的另一个途径是通过肺的淋巴系统分流。肺淋巴系统清除能力通常占肺水清除量的20%～30%，其动力主要来自于肺间质的静水压。随着肺水肿的加重，淋巴流的流量会随之增高。
血管外肺水含量(EVLW)可以用下面的公式描述:
EVLW=Lp·S［(Pc－Pi)－d(pc－pi)］－LF
其中:EVLW:extravascular lung water，血管外肺水含量;LF:lymph flow，淋巴流量。
我们可以看到公式的前半部分是Starling等式，或Starling力，后半部分是淋巴流量。那么，血管外肺水含量就是Starling力和淋巴流量的差。当Starling力倾向于形成肺水肿或间质水肿的情况下，血管外肺水含量EVLW增高，同时也会导致肺淋巴流的增加。
5.肺泡液体中蛋白的清除
肺泡水肿液中蛋白的清除，对于肺水肿最终的纠正是非常关键的。相对于肺泡液体中水的清除，蛋白的清除要慢得多。随着时间的推移，肺泡液体中的水被主动转运出肺泡以后，由于肺泡内的蛋白不能被很快地转运出肺泡，而使肺泡中的蛋白浓度进行性升高。
基于肺泡水肿液中水的主动清除机制以及水和蛋白清除速率的差异，我们应该重新审视过去传统的区别肺泡液体是漏出液还是渗出液的方法。
即使是在压力增高型肺水肿，肺泡液体初始蛋白浓度并不很高，肺泡液蛋白浓度与血浆蛋白浓度比值＜0.65。经过一段时间以后，这一比值也会进行性的升高而远远＞0.65，往往＞0.75，即传统认定为渗出液的肺泡液体和血浆蛋白比值。因为主动的水的转运，在发生肺水肿初期用水肿液中蛋白与血浆蛋白比值来鉴别漏出液和渗出液还有一定的价值，但随着肺水肿发生时间的延续，特别是在肺泡壁结构相对完整的情况下，这一蛋白比值就不能完全反映肺水肿液的性质了。所以，仅仅用蛋白比值不能区分肺泡水肿液是漏出液还是渗出液。这一比值在临床的应用就是非常局限和有条件的了。
肺泡液体蛋白浓度与血浆蛋白浓度比值在临床的应用是有条件的，只有在肺水肿形成初期，这一比值尚能够反映肺水肿是漏出液还是渗出液。而在下列情况下，肺泡液体蛋白浓度与血浆蛋白浓度比值不能反映肺水肿液的性质，如采样太晚，肺泡液体清除已经发生;采样中有肺水肿液和盐水混合;采集的肺水肿液明显含有黏液或痰液;不能采集到水肿液(如在间质肺水肿)。
根据目前的研究，肺泡液体中蛋白的清除有如下途径:黏膜纤毛的“扶梯运动”、巨噬细胞的吞噬作用、细胞内分解代谢、跨上皮细胞屏障的被动扩散、穿过上皮细胞的小泡的内吞转运。
在不同情况下，蛋白清除的主要方式和途径不同。在蛋白浓度较低(＜0.5g/100ml)时，穿过上皮细胞的小泡的内吞转运是主要的蛋白清除方式，这是一个主动、耗能的过程，并且可通过一些因子和药物进行调节。而在肺泡液蛋白浓度很高(＞5g/100ml)时，跨上皮细胞屏障的被动扩散则成为蛋白清除的主要方式，这是一个被动的过程。在长期、缓慢的蛋白清除过程中，蛋白在细胞内的降解代谢可能成为主要的方式。而在急性肺损伤和炎性反应的情况下，巨噬细胞的吞噬作用对蛋白的清除则表现得比较突出。只有肺泡中的蛋白被清除出肺泡，肺水肿才能得到真正的解决。
(三)维持肺水肿清除功能的基础条件
1.肺单位结构的完整性
肺泡壁上皮细胞的完整性及肺毛细血管内皮的完整性。
2.肺泡上皮细胞离子转运系统的完整性
包括钠通道、钠-钾-ATP酶以及氯通道的功能完整性。
3.肺泡内含氧及肺泡的张开状态。
4.维持生理体温。
(四)肺泡液体清除和肺水肿形成的平衡
肺单位结构的完整性是维持肺水肿清除能力的基础条件。肺泡上皮细胞的离子转运系统的主动转运功能，无论是在心力衰竭等原因导致的压力增高型肺水肿，还是在肺损伤导致的通透增高型肺水肿，只要钠通道、氯通道、钠-钾-ATP酶等离子转运系统没有被破坏和抑制，都依然发挥液体清除的作用。而一旦肺泡上皮和肺毛细血管内皮被肺损伤因子破坏，血管内的液体将溢出肺毛细血管，到肺间质和肺泡。液体的溢出和肺泡液体的清除是作用相反、动态平衡的系统。肺水肿的消长取决于离子主动转运系统的功能状态和肺单位结构的完整性。
在肺泡上皮和肺毛细血管内皮完整的状态下，肺水肿的清除取决于离子转运系统的功能状态和被刺激的程度。一旦肺损伤发生，肺泡上皮和毛细血管内皮被破坏，尽管离子转运系统的功能在一定条件下有所保留，主动的肺泡液体清除依然工作，但液体的溢出往往超过肺泡液体的清除，总体结果表现为肺水肿的发生和加重。
归纳上述研究进展，我们可以对肺水肿的清除机制有新的认识:
1.肺泡水肿的清除是由钠通道等离子通道及其转运系统将钠离子和氯离子主动地从肺泡腔透过肺泡上皮细胞转运到肺间质，肺泡中的水被动地随着离子转运形成的渗透梯度弥散到肺间质，再在Starling力的作用下，透过肺毛细血管内皮进入肺循环，以及被肺淋巴系统转运至血液循环。所以，肺水肿的清除是在主动转运系统和Starling力的共同作用下完成的。其中，主动转运系统更为重要。
2.肺泡水肿的形成和肺泡液体的清除是一个动态的平衡关系。
3.决定肺水肿转归的因素包括影响肺泡上皮细胞离子主动转运系统的各种因素，以及引起Starling力改变的因素。
三、肺水肿清除的调节
肺水肿清除调节有两方面的因素，分别为促进和抑制因素。
(一)促进肺泡液体清除的因素
由于肺泡上皮细胞的钠离子转运系统以及其他离子转运系统是主动、耗能的转运系统，许多因素对其功能可以产生影响。在促进肺泡水肿清除的调节因素中，主要分为β-肾上腺素能受体介导的调节和非β-肾上腺素能受体介导的调节(表22-3-2)。
表22-3-2 促进肺水肿清除的调节因素
1.β-肾上腺素能受体介导的肺泡液体清除的调节
外源性和内源性儿茶酚胺均可以刺激加速肺泡液体的清除，它们是通过β-肾上腺素能受体(βARs)发挥作用的。无论是非特异性β-肾上腺素能受体激动剂还是特异性的β 2-肾上腺素能受体激动剂，如沙米特罗(salmeterol)、特布他林(terbutaline)都可以加速肺泡液体的清除。这是一个非常重要的、有临床价值的促进肺水肿清除的方法。
在肺泡上皮Ⅱ型细胞膜既有β 1-肾上腺素能受体(β 1ARs)，也有 β 2-肾上腺素能受体(β 2ARs)。β-肾上腺素能受体介导的增加肺泡液体清除的作用，主要是儿茶酚胺通过cAMP来发挥作用的。研究显示，在整个钠离子转运系统中，cAMP有可能会增加钠通道ENaC的开放，尽管对此还有争议;特布他林可通过cAMP促进将肺泡上皮细胞浆液中更多的ENaC蛋白转运并插入至肺泡上皮的面向肺泡气体一侧的细胞膜上，增加钠通道的数量;还可促进钠-钾-ATP酶的亚基磷酸化，从而增加钠离子的转运效能。
还有研究显示，cAMP可以作用于氯通道(CFTR)，通过对氯通道的正性调节，促进氯离子的转运，进而协同增加了钠离子的转运。所以，在刺激增加钠离子转运的过程中，cAMP对CFTR的刺激、促进氯离子转运的作用是不可或缺的。
βARs受体介导的刺激钠离子转运的效应在临床肺水肿的清除上有非常现实的用途，这方面的研究成果非常多。
1994年有学者研究了人肺泡液体清除率对β 2-肾上腺素兴奋剂的反应。离体人肺基础肺泡清除率为(12±2)%/4h(研究表明，离体肺的肺泡液体清除率往往不同程度地低于在活体上肺泡液体清除率);β 2-肾上腺素受体激动剂特布他林加入肺泡液体后，可刺激肺泡液体清除率高达(28±9)%/4h;如果将β-肾上腺素受体抑制剂普萘洛尔也同时加入肺泡液，即可显示阻断了特布他林对肺泡液体清除的刺激作用，但是，肾上腺素受体抑制剂只能抑制β-肾上腺素能受体刺激肺泡液体清除增长的部分，却不能抑制基础的肺泡液体清除率。采用阿米洛利加入肺泡液，也可见其抑制肺泡液体清除的作用更强。类似的实验在不同的动物和人肺有很多，在各种物种，在完整的，没有受到损伤或仅受到轻度损伤的肺，其结果都是类似的，差别在于β 2-肾上腺素受体激动剂对肺泡液体清除的促进作用的程度和被拮抗剂抑制的程度不同。
2001—2003年，一个单中心、双盲、随机对照的临床研究，针对有肺损伤及ARDS的患者，观察持续静脉使用β 2-肾上腺素受体激动剂沙丁胺醇(salbutamol)15μg/(kg·h)，用PiCCO的方法观察血管外肺水含量(EVLW)，持续7天，与对照组比较其对肺水肿清除的效果。结果发现，在第7天，使用沙丁胺醇组患者的EVLW明显低于对照组，气道平台压也明显低于对照组。Murray肺损伤评分LIS在使用沙丁胺醇组也有减低的倾向。
如果用非特异的肾上腺素受体激动剂会是什么情况呢?2006年，有学者研究了在急性肺水肿患者的血浆和肺水肿液中肾上腺素的浓度，两者没有显著性差异。在这个循环水平的儿茶酚胺还不足以刺激肺泡液体清除的增加。要持续刺激肺泡液体的清除增加需要持续的给予外源性儿茶酚胺，采用雾化或胃肠外途径的给予肾上腺素，使其血浆浓度达10 －7M，或给予β受体激动剂，达足够高的血浆浓度，即可刺激肺泡液体清除率大大提高。给予α肾上腺素受体激动剂去甲肾上腺素对肺水肿的清除没有影响，表明介导刺激肺水肿清除增加的主要是β-肾上腺素能受体的作用。
在肺泡上皮Ⅱ型细胞β 2ARs受体过度表达的转基因小鼠，肺泡液体清除率是升高的，可以有较快的肺水肿清除速率。研究发现，在这种小鼠肺泡上皮Ⅱ型细胞的两侧细胞膜上有较多的钠通道ENaC的α亚基和钠-钾-ATP酶的表达。这个研究可以提示我们，对于肺水肿的基因治疗有可能成为潜在的加速肺泡水肿清除有效途径。
有研究发现，静脉及气道给予多巴酚丁胺，用于治疗心脏衰竭时，除了其正性肌力作用外，对肺泡液体的清除也有刺激作用，通过刺激肺泡上皮细胞的离子转运系统，加速肺泡液体的清除，故多巴酚丁胺特别适合用于心源性肺水肿的清除。
在病理状态下，β-肾上腺素能受体激动剂依然能够对肺泡液体的清除有正面影响。一些对肺泡液体清除有负面影响的因素，如缺氧、营养不良、利多卡因、氟烷以及异氟烷等引起的肺泡液体清除障碍均可以被β-肾上腺素能受体激动剂特布他林所纠正。在发生感染等原因引起的肺损伤时，β-肾上腺素能受体激动剂有一定的保护作用。
综上所述，无论是对于压力增高型肺水肿还是对于肺损伤状态下的通透增高型肺水肿，气道吸入或静脉输注β-肾上腺素能受体(βARs)激动剂都是治疗肺水肿非常有效的方法。
2.非β-肾上腺素能受体介导的肺泡液体清除的调节
在肺泡液体清除的途径中，除了β-肾上腺素能受体介导的调节外，还有许多因素可增加肺泡液体的清除，如多巴胺、胰岛素、激素，包括糖皮质激素、盐皮质激素和甲状腺素以及多种细胞生长因子，包括角质细胞生长因子(KGF)、表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF-10)和肝细胞生长因子(HGF)等，还有白三烯D 4(LT-D 4)和丝氨酸蛋白酶等介质，高浓度氧的吸入也可以刺激肺泡液体清除率增加，所有这些有可能成为未来有效的治疗肺水肿的手段。
(1)多巴胺:
多巴胺对肺泡液体清除的促进作用通过两个方面:短期的作用主要是通过多巴胺受体1(D 1受体)介导，其催化作用可在几分钟之内起效，促进钠通道加速将钠离子泵入肺泡上皮细胞到达基底膜一侧，然后再由钠-钾-ATP酶经多巴胺介导的外排作用排出至肺间质;长期的作用是通过多巴胺受体2(D 2受体)介导，通过增加钠-钾-ATP酶亚基的复制，和增加肺泡上皮细胞浆钠通道蛋白向细胞膜的嵌入来提高钠离子转运的效能。还有研究显示，基于上述机制，在吸入100%纯氧长达64小时发生肺损伤的大鼠，多巴胺依然可以使其肺泡液体清除率得到明显恢复和提高。
多巴胺是剂量依赖性血管活性药，在小剂量时主要表现的是多巴胺受体的效应，在中等剂量时主要表现的是β-肾上腺素能受体效应。所以，在研究多巴胺对肺泡液体清除的刺激作用时，除了多巴胺受体介导的作用外，也会有β-肾上腺素能受体介导的作用。
(2)皮质激素:
糖皮质激素在胎儿和成人肺都可以对钠和水的转运起正性调节作用。血浆可的松水平对维持肺的液体平衡和肺泡液体清除是非常重要的。在肺泡上皮细胞培养中，皮质激素可以增加mRNA的水平以及ENaC蛋白的表达;地塞米松可刺激增加钠-钾-ATP酶α1和β1亚基蛋白的表达，增加其转运钠离子的活力。有研究表明，地塞米松加速肺泡液体清除的作用还可以和甲状腺素促进肺泡液体清除的作用叠加，使肺水肿清除的效能大大提高。
人们早已了解，在人体其他部位的上皮组织，盐皮质激素对钠的转运有重要的调节作用。研究发现，在肺泡上皮细胞也有盐皮质激素受体，醛固酮也可以通过和上述类似的途径，通过增加高选择性通道的数量和钠-钾-ATP酶的α 1和β 1亚基蛋白的表达，进而促进肺泡液体的清除。有研究显示，醛固酮对钠-钾-ATP酶的调节作用可使其活性增加4倍。
(3)生长因子:
多种生长因子如角质细胞生长因子(keratinocyte growth factor，KGF)、表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor-10，FGF-10)以及肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)等对肺泡液体清除有正性调节作用。许多研究发现，生长因子对肺泡液体清除的调节作用是通过多方面途径发挥作用的。
(4)角质细胞生长因子:
在肺泡上皮细胞动力学周期中，角质细胞生长因子(KGF)是强有力的促细胞有丝分裂剂，可以大大加速肺泡上皮Ⅱ型细胞的增殖。肺泡上皮Ⅱ型细胞数量的增多进而分化为Ⅰ型细胞的数量随之增多，对增加肺泡液体的清除以及维持肺泡壁的结构，修复肺损伤都可能有非常明显的作用。动物研究还显示，在肺泡上皮细胞增殖促进肺泡液体清除的基础上，加入另一个可以刺激肺泡液体清除的因子，β-肾上腺素能受体激动剂，两种方法联合使用，可使肺泡液体清除率增长超过116%以上。这为临床寻找新的促进肺水肿清除的方法提示了可能的途径。
KGF对肺水肿清除的作用还表现在另一个重要的方面，就是通过对肺泡上皮结构完整性的维护和修复，从根本上保护在导致肺损伤因素打击下的肺水肿清除功能。如前所述，要维持肺水肿的清除能力，肺泡结构的完整性至关重要。一旦肺泡壁遭到破坏，通透性增加，即便此时钠通道及钠-钾-ATP酶依然可以保留一部分功能，但肺泡壁很难维持屏障作用。
研究显示，将KGF经气道喷入肺或经静脉注射，大大增强动物对多种肺损伤因素的耐受力，肺损伤的程度会大大减轻。例如:经气道给予博来霉素可以导致肺损伤，放射性照射18Gy也可以造成肺损伤，如果事先经气道给予KGF，然后再给予博来霉素或行放射性照射，肺组织的损伤就会大大减轻。在模拟机械通气造成的肺损伤模型中，经单层细胞培养的肺泡上皮Ⅱ型细胞，在可伸展的胶膜上进行牵张1小时，然后经荧光染色计数死亡的细胞数。未经KGF预处理的肺泡上皮Ⅱ型细胞经过1小时牵张后，有49%的细胞死亡;而经过KGF预处理的肺泡上皮Ⅱ型细胞，在发生增殖的基础上，经同样1小时的牵张后，仅有2.2%的细胞死亡，差异非常显著。其他在酸吸入损伤、烟雾吸入损伤、内毒素损伤以及高浓度氧的损伤中，KGF都有非常明显的保护作用，大大减轻了肺损伤和肺水肿的程度。这为我们寻求肺保护的方法提供了新思路。
(5)表皮生长因子:
表皮细胞生长因子(EGF)被证实有和角质细胞生长因子(KGF)类似的促细胞有丝分裂的作用。其促进肺泡液体清除和保护肺组织抵御肺损伤因素的损伤作用和KGF是类似的。有研究显示，经EGF预处理的大鼠，抵御烟雾吸入损伤的能力明显提高，肺的通透性明显减低，和未经EGF预处理的大鼠相比，吸入烟雾后肺水肿的清除能力依然有相当程度的保留，肺泡液体清除率明显高于未经EGF处理的大鼠。另有研究显示，EGF可以使钠-钾-ATP酶的亚基和蛋白表达增加，从而增加肺泡液体清除率。
成纤维细胞生长因子FGF-10等也有和KGF类似的促细胞有丝分裂及增加钠转运蛋白的表达作用。
生长因子对肺水肿的清除和肺损伤的保护作用是通过多方面实现的。维持肺泡通气的基本功能需要满足三个基本条件:肺单位结构的完整，包括肺泡上皮和肺毛细血管内皮的完整;保持肺泡处于张开状态;保持肺泡内没有液体——相对干燥。
根据肺泡上皮细胞动力学周期，Ⅱ型细胞的增殖是维持肺泡结构完整和损伤修复的关键环节;Ⅱ型细胞分泌的表面活性物质是维持肺泡表面张力和保护肺泡上皮抵御损伤的重要物质;肺泡上皮Ⅱ型细胞及其分化成的Ⅰ型细胞的细胞膜上的离子转运系统是清除肺泡液体的主要动力。由此，我们可以认识到，肺泡上皮Ⅱ型细胞是维持肺基本功能关键的细胞，而生长因子刺激肺泡上皮Ⅱ型细胞增殖的作用就可能对维持肺的基本功能发挥重要作用，可能成为非常有临床价值的选择。
许多研究揭示，白三烯LT-D 4、高浓度氧的吸入等一些因素也可以通过对钠-钾-ATP酶的正向调节，使肺泡液体清除率升高。
3.潜在的、有可能在临床应用的促进肺水肿清除的治疗方法。
(1)全身静脉输入β-肾上腺素能受体激动剂，如多巴酚丁胺(也可气道应用)对治疗充血性心力衰竭导致的肺水肿可能有效，其作用除了正性肌力，增强心肌收缩力的作用外，心源性肺水肿清除的促进作用是通过β-肾上腺素能受体介导的增强离子的转运而实现的。
(2)雾化吸入β-肾上腺素能受体激动剂，如沙美特罗、特布他林和异丙肾上腺素等，对高原性肺水肿、压力增高型肺水肿、高浓度氧和机械性肺损伤导致的通透增高型肺水肿均有正性调节、促进肺水肿清除的作用。
(3)静脉或气道给予血管活性药，如多巴胺、肾上腺素等，对高浓度氧导致的急性肺损伤诱发的肺水肿的清除有明显的效果。
(4)经气道给予生长因子，如KGF、EGF、HGF-10等，对射线、高浓度氧、酸吸入以及博来霉素导致的肺损伤有非常明显的保护作用。其作用包括通过刺激肺泡上皮Ⅱ型细胞的增殖，进行损伤的修复，以及增加肺泡上皮细胞的数量，进而增加离子转运系统的数量，增强肺水肿的清除。
(5)糖皮质激素也是非常有希望的治疗肺水肿的药物，如地塞米松对急性肺损伤导致的肺水肿的清除有明显的刺激作用。
(6)基因治疗:有研究使腺病毒携带钠-钾-ATP酶α 1、β 1亚基，或使其过度表达，对高浓度氧吸入损伤导致的肺水肿有明显的促进水肿清除的作用。
(二)抑制肺泡液体清除的因素
见表22-3-3。
1.心房肽
许多激素可以刺激肺泡液体清除率的升高，而心房肽(心钠素)(atrial natriuretic peptide，ANP)则是肺泡液体清除的负性调节激素。心房肽在全身的水电解质平衡和容量调节中通过尿排钠调节、利尿和血管舒张等发挥重要的生理功能。除了心房是产生心房肽的来源器官，肺也是合成和释放有生物活性的心房肽的器官，同时又是心房肽的靶器官。研究发现，肺有非常多的ANP结合点。ANP在肺的盐和液体清除中的作用还未完全清楚。一项研究显示，应用心房肽对心源性和非心源性肺水肿似乎有保护作用。然而，在离体肺的研究中，ANP可以增加肺泡上皮的通透性、并降低肺泡液体清除率。ANP同时还抑制β-肾上腺素能受体激动剂对肺泡液体清除率的正性调节作用。
表22-3-3 抑制肺水肿清除的调节因素
2.缺氧
氧对肺泡液体清除的影响是非常明显的、可逆的。许多研究显示，缺氧可以影响肺泡上皮细胞的功能，可以抑制经肺泡上皮细胞的钠离子转运。使动物处于低氧环境，可使肺泡液体清除率AFC降低50%。在缺氧的初期(缺氧约3小时以内)，虽然已经发生AFC和钠离子转运降低，但不能检测到mRNA水平发生变化。缺氧是通过降低钠离子转运系统的效能来抑制钠离子转运的。而持续缺氧(达12小时以上)，则可以发现ENaC的α、β、γ三个亚基以及钠-钾-ATP酶的α 1和β 1亚基的mRNA均伴随着AFC的下降而有不同程度的减少，这显示长时间缺氧是通过转录和转录后的调节机制来影响钠离子转运系统的。随着缺氧的时间延长，钠通道和钠-钾-ATP酶的活性进行性降低，肺泡液体的清除率也进行性降低。但是，有的研究则显示，缺氧达24小时可以有ENaC的α亚基和钠-钾-ATP酶的β 1亚基的表达升高。
相对于低氧对肺泡液体清除的抑制，高浓度氧可以刺激肺泡液体清除的增加。实验显示，在经受缺氧、已经发生钠通道和钠-钾-ATP酶亚基合成减少的情况下，再给予高浓度氧(85%O 2)，可见钠通道和钠-钾-ATP酶的亚基合成明显增加，肺泡液体清除率AFC明显增加。这显示，氧浓度对肺泡液体清除功能的调节是可逆的，这种调节是在转录水平发挥作用的。
短时间缺氧导致的肺泡液体清除的下降可以被β-肾上腺素能受体激动剂所完全反转，即在缺氧情况下，AFC降低，在气道滴入液中加入特布他林，可见AFC明显升高，达到与未经缺氧处理并加入特布他林后AFC升高同样的水平。这说明，在缺氧还没有引起钠通道和钠-钾-ATP酶的表达明显降低时，AFC的降低主要是由于钠离子转运系统的效能降低，β-肾上腺素能受体激动剂可以纠正缺氧对其转运效能降低的作用。
3.麻醉剂
(1)利多卡因:
利多卡因是常用的麻醉剂和治疗心律失常的药物。研究显示，静脉或气道滴入利多卡因，可以抑制肺泡液体清除率达50%。利多卡因有可能是通过对钠-钾-ATP酶的抑制作用而发挥效应的。这种抑制作用可被β 2-肾上腺素能受体激动剂特布他林所反转，即可使被利多卡因抑制的肺泡液体清除率恢复并升高。
(2)氟烷和异氟烷:
氟烷和异氟烷也是常用的全身麻醉剂。有研究显示，在分别吸入氟烷2小时、6小时以及吸入异氟烷6小时的大鼠，AFC可分别被抑制24%、30%和40%。在去除氟烷后，AFC可以恢复到正常水平。在AFC被氟烷抑制的基础上，给予β 2-肾上腺素能受体激动剂特布他林，AFC可增加达89%。氟烷和异氟烷抑制肺泡液体清除的机制还有待研究。
4.营养不良
在肺水肿清除功能方面，营养不良的影响也是明显的。有研究显示断绝食物但可以饮水的大鼠，5天后肺泡液体清除率下降38%。营养不良可以影响钠离子转运系统和氯离子转运，从而抑制肺水肿清除。在断绝食物的大鼠恢复给予食物5天后，可以看到肺泡液体清除率也随之恢复。如果在断绝食物期间给予谷氨酸盐，可以看到对维持肺泡液体清除率有一定作用。对于营养不良导致的肺泡液体清除率的下降，β 2-肾上腺素能受体激动剂依然具有刺激肺泡液体清除率升高的作用。
5.活性氧和氮氧化物(NO)
在肺损伤因子的作用下，巨噬细胞和中性粒细胞被激活，引起炎性反应。NO就是炎性反应的产物和重要介质之一，NO与过氧化物反应，产生过氧化亚硝酸盐(ONOO －)，它是一个强氧化剂，直接氧化许多生物分子，包括DNA、脂肪和蛋白。实验证明，这些活性氧和NO可作用于ENaC的关键氨基酸残基，明显降低肺泡液体清除率。其作用一方面是通过抑制钠离子转运系统，更重要的是NO及其活性氧产物可使毛细血管的内膜通透性增加，也可破坏肺泡上皮细胞的屏障，最终的综合效应就是肺泡上皮通透性增加，同时降低了肺泡液体清除的效能。
(三)肺损伤对肺水肿清除的影响
吸入高浓度氧对肺泡液体清除率的影响是双方向的。高浓度氧对肺的损伤一般发生在2～5天后。这种损伤与吸入氧的浓度和持续的时间有关。研究显示，在吸入85%的氧、持续7天的大鼠，可见钠通道EnaC和钠-钾-ATP酶亚基的表达明显增加，活性也明显增加，相应地肺泡液体清除率明显升高。预先给予大鼠腺病毒携带的钠-钾-ATP酶亚基雾化吸入，可大大提高肺泡液体清除的效能，并可抵抗致死性的高浓度氧的吸入损伤，并使肺水肿的程度大大降低。但随着高浓度氧的吸入时间延长，损伤进行性加重，肺泡上皮和肺毛细血管内皮通透性增高，则可见肺水肿的形成和肺水肿清除功能的损害。
失血性休克是临床常见的危重问题，在严重创伤等病理状态下，大量失血会触发多系统的连锁反应。动物试验发现，失血性休克可使肺泡液体清除率成倍升高，这种升高可以被β受体抑制剂普萘洛尔所抑制，说明在失血性休克时的肺泡液体清除率升高是和β-肾上腺素能受体激动剂的刺激有关。当失血性休克持续时间达4～5小时以上，则见不到肺泡液体清除率的升高，甚至发生AFC的降低，尽管给予β-肾上腺素能受体激动剂，也不能刺激肺泡液体清除率的升高。此时，可见嗜中性粒细胞相关的炎性反应和巨噬细胞浸润明显增加，氧自由基、IL-1β和NO等炎性介质的释放。也有证据显示，持续失血性休克导致的过氧化亚硝酸盐可直接损伤钠通道对钠离子的转运功能。
在内毒素血症和菌血症以及肺炎引起的炎性反应和脓毒症患者，也有和失血性休克类似的情况，肺泡液体清除率与损伤持续时间长短、损伤程度密切相关。在早期、损伤相对轻微时，肺泡液体清除率升高;而损伤严重，持续时间延长，肺泡液体的清除功能则明显破坏。在已经发生重度脓毒症时，肺泡液体的清除功能将受到严重的破坏，肺泡液体清除率将与死亡率明显相关，清除率低的死亡率明显升高。
我们可以看出，肺损伤因子往往使人体启动保护、修复机制。轻度的损伤可刺激肺水肿清除能力，当损伤还不足以抵消肺水肿清除效能提高的程度时，肺泡液体的净移动还是有利于肺水肿的清除的;但当损伤因子对肺泡上皮屏障的破坏以及对肺泡上皮细胞离子主动转运系统的破坏足够严重情况下，液体的溢出成为主导方向，肺水肿将进一步进展。
了解上述影响肺水肿清除的因素，将有助于我们探索加速肺水肿清除的新方法和途径。
四、小 结
1.Starling等式在描述肺水肿形成机制方面有局限性，它描述的是肺微血管壁两侧的液体移动的规律，是被动的、非耗能的过程。Starling等式中反映血管通透性的内皮通透系数Lp应该受到重视。
2.肺泡细胞动力学显示，作为局部干细胞的肺泡上皮Ⅱ型细胞是非常重要的细胞，它对维持肺泡的结构和功能，维持肺泡的张开和液体清除至关重要。
3.新发现的肺水肿清除显示，肺泡水肿的清除是由钠通道等离子通道及其转运系统将钠离子和氯离子主动地从肺泡腔透过肺泡上皮细胞转运到肺间质，肺泡中的水被动地随着离子转运形成的渗透梯度弥散到肺间质，再在Starling力的作用下，透过肺毛细血管内皮进入肺循环，以及被肺淋巴系统转运至血液循环。所以，肺水肿的清除是在主动转运系统和Starling力的共同作用下完成的，其中，主动转运系统更为重要。
4.决定肺水肿转归的因素包括对肺泡上皮细胞离子主动转运系统影响的各种因素，以及引起Starling力改变的各种因素。
5.肺泡上皮细胞的离子转运系统的主动转运功能，无论是在压力增高型肺水肿，还是在通透增高型肺水肿，都依然发挥液体清除的作用。
6.液体的溢出和肺泡液体的清除是作用相反、动态平衡的系统。肺水肿的消长取决于离子主动转运系统的功能状态和肺单位结构的完整性，后者是维持肺水肿清除能力的基础条件。
7.肺水肿清除的调节对肺水肿的转归至关重要。β-肾上腺素能受体激动剂是非常重要的正性调节因素。生长因子是通过促进肺干细胞——肺泡上皮Ⅱ型细胞的增殖和修复作用维持肺的结构的完整性，并促进肺水肿的清除。我们应该避免肺水肿清除的负性调节因素，而在正性调节因素中，有可能发展出有临床价值的新的肺水肿治疗方法。
(王谊冰)
第四节 血气指标的解读
血气分析是指对动脉血或静脉血中不同类型气体和酸碱物质进行分析的技术过程，可客观评价患者的氧合、通气及酸碱平衡状况以及肺脏、肾脏和其他脏器的功能状况，是抢救重症患者的重要监测指标。血气分析的标本采自于动脉血和静脉血两种，而临床上常用动脉血，两者的差别能更准确地判断组织气体代谢及其伴随的酸碱失衡的状况以及准确地解释结果。血液中的气体有氧气(O 2)、氮气(N 2)、二氧化碳(CO 2)等，其压力总和称之为总压，理论上和临床上常认为动脉血的总压与大气压相等，但实际上由于饱和水蒸气被血液吸收，故总压比肺泡气稍低，即760－47=713(mmHg)。动脉血中各气体所占的压力称之为分压，如氧分压(partial pressure of oxygen，PO 2)、二氧化碳分压(partial pressure of carbon dioxide，PCO 2)等，是驱动气体交换的动力。
一、常用监测指标
血气分析仪利用电极对全血中pH、PO 2、PCO 2进行测定，然后根据所测定的结果及血红蛋白值，计算出 
［实际碳酸氢根(actual bicarbonate，AB)和标准碳酸氢根(standard bicarbonate，SB)］、CO 2总量(TCO 2)、氧饱和度(saturation of oxygen，SO 2)、剩余碱(base excess，BE)、缓冲碱(buffer base，BB)等。
［实际碳酸氢根(actual bicarbonate，AB)和标准碳酸氢根(standard bicarbonate，SB)］、CO 2总量(TCO 2)、氧饱和度(saturation of oxygen，SO 2)、剩余碱(base excess，BE)、缓冲碱(buffer base，BB)等。
1.动脉血氧分压(PaO 2)PaO 2是指物理溶解在动脉血中的O 2所产生的压力，正常参考值为95～100mmHg。健康成年人随着年龄的增大而降低，年龄预计公式为PaO 2=100mmHg－(年龄×0.33)±5mmHg。但 Hardie等通过对共计146例70岁以上的健康男性和女性人群的血气分析研究发现，男性 PaO 2为(77.0±9.1)mmHg，女性为(73.5±8.4)mmHg，且这些70岁以上的健康人群的PaO 2与性别有关而与年龄不相关。
PaO 2可判断有无低氧血症及其程度，并可作为判断呼吸衰竭的指标。低氧血症可分为轻、中、重三型:其中轻度:80～60mmHg;中度:60～40mmHg;重度:＜40mmHg。根据血气分析可将呼吸衰竭分为Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型是指缺氧而无 CO 2潴留［PaO 2＜60mmHg，动脉血 PCO 2(PaCO 2)降低或正常］，Ⅱ型是指缺氧伴有 CO 2潴留(PaO 2＜60mmHg且 PaCO 2＞50mmHg)。
2.肺泡-动脉血氧分压差［P(A-a)O 2］P(A-a)O 2是肺泡PO 2(P AO 2)与PaO 2之差，反映肺的换气功能，有时较PaO 2更为敏感，能较早地反映肺部氧摄取状况。P(A-a)O 2的产生原因主要是肺内存在生理分流，正常支气管动脉血未经氧合而直接进入肺静脉，其次是营养心肌的最小静脉血直接进入左心室，这样的结果则是正常自左心搏出的动脉血中，还有3%～5%的静脉血掺杂。P AO 2不能直接测定，是通过简化的肺泡气方程式计算得出的:
PAO2=PiO2－PaCO2/R=(PB－PH2O)×FiO2(PaCO2/R)
式中PiO 2为吸入气PO 2、R为呼吸交换率、P B为大气压、P H2O为水蒸气压、FiO 2为吸入气氧浓度。
大气中干燥气体的氧浓度约为21%，而吸入的空气是潮湿的，通过上呼吸道即被湿化，水蒸气将空气稀释，使氧浓度和 PO 2有所下降。体温 37℃饱和水蒸气压为47mmHg，因此吸入到中央气道后的 PiO 2=(760－47)×21%≈150mmHg。正常青年人 P(A-a)O 2约为 15～20mmHg，随着年龄增加而增大，但最大不超过30mmHg。
3.动脉血氧饱和度(SaO 2)是指动脉血氧与血红蛋白(Hb)结合的程度，是单位Hb含氧百分数。一般情况下每克Hb实际结合0.06mmol/L(或1.34ml)氧，假设Hb为150g/L并全部与氧结合，则其血氧结合量为0.06×150=9mmol/L或13.4×15=20ml/dl。由于并非全部的Hb均能氧合，且血中还存在其他Hb(如高铁Hb、正铁Hb及其他变性Hb等)，因此SaO 2难以达到100%，一般情况下正常值为95%～98%。
SaO 2与脉搏血氧饱和度(SpO 2)的意义相近，前者测定的是动脉血，后者则是外周毛细血管血。
4.混合静脉血氧分压(mixed venous partial pressure of oxygen，PvO 2) PvO 2是指物理溶解于混合静脉血中的氧所产生的压力。混合静脉血是经右心导管取自肺动脉、右心房或右心室的血，可分别测定其PvO 2、混合静脉血氧饱和度(SvO 2)并计算氧含量(CvO 2)。P(a-v)O 2是指PaO 2与PvO 2之差。
PvO 2正常值为35～45mmHg(平均40mmHg)，P(a-v)O 2为60mmHg。
5.动脉血氧含量(CaO 2) CaO 2是指单位容积的动脉血中所含氧的总量，包括与Hb结合的氧和物理溶解的氧，即 CaO 2=1.34×Hb(g/dl)×SaO 2+0.0031×PaO 2。式中0.0031系氧在血中的物理溶解系数(α)，单位为ml/(dl·mmHg)。
CaO 2正常值为 8.55～9.45mmol/L 或 19～21ml/dl，CvO 2为 6.3～6.75mmol/L 或 14～15ml/dl，CaO 2－CvO 2为2.25mmol/L或 5ml/dl，肺内右-左分流率(QS/QT)3%～5%。
6.PaCO 2 PaCO 2是指物理溶解在动脉血中的CO 2所产生的压力。正常值为35～45mmHg(平均40mmHg)。PaCO 2是判断呼吸衰竭类型及其程度和呼吸性酸碱失衡的指标，还可作为判断代谢性酸碱失衡代偿反应的指标(代谢性酸中毒时最大代偿极限为PaCO 2降至10mmHg，代谢性碱中毒时最大代偿极限为PaCO 2升至55mmHg)。
7.pH或［H +］ 血液的H +浓度很低，直接表示极不方便，因此临床上广泛应用“-log［H +］”即pH表示。体液中的游离［H +］很低，然而，尽管H +分子小，但呈高度激活状态，使其可以具有比Na +或K +更强的结合阴离子的能力。［H +］对于细胞酶的活化具有重要作用。一般情况下，［H +］波动不大，体内缓冲液在调节过程中发挥了重要作用，因为它们可以摄取或释放H +，从而防止［H +］的剧烈变化。
为了保证生理状态的H +量，产生和减少速度必须一致。H +的产生通过两个途径:①CO 2+H 2O=H 2CO 3=H ++ 
，通过CO 2的水化作用形成挥发性酸;②作为代谢副产物产生固定酸(主要包括硫酸和磷酸)。肾脏和肺可调控酸的分泌速度，从而在维持机体内环境稳定方面发挥了重要作用。肾脏还通过分泌H +和重吸收 
来调控酸碱平衡。任何原因引起的［H +］增加，可以通过肺泡通气和肾脏分泌［H +］的改变，引起的PCO 2的下降和血浆［HCO 3 －］的增加。当固定酸的分泌或代偿调节速度以及酸碱代谢负荷异常，将会发生代谢性酸碱平衡紊乱。
，通过CO 2的水化作用形成挥发性酸;②作为代谢副产物产生固定酸(主要包括硫酸和磷酸)。肾脏和肺可调控酸的分泌速度，从而在维持机体内环境稳定方面发挥了重要作用。肾脏还通过分泌H +和重吸收 来调控酸碱平衡。任何原因引起的［H +］增加，可以通过肺泡通气和肾脏分泌［H +］的改变，引起的PCO 2的下降和血浆［HCO 3 －］的增加。当固定酸的分泌或代偿调节速度以及酸碱代谢负荷异常，将会发生代谢性酸碱平衡紊乱。
pH取决于血液中碳酸氢盐缓冲对(BHCO 3/H 2CO 3)，两者比值为20∶1时，血pH为7.4。动脉血pH正常值为7.35～7.45(平均 7.4)，［H +］为 35～45nmol/L(平均40nmol/L)。pH＜7.35时称酸中毒或酸血症，pH＞7.45时称碱中毒或碱血症。pH在正常范围时并不代表不存在酸碱失衡，可能发生代偿性酸碱失衡或复合型酸碱失衡。临床上不能单凭pH区别代谢性与呼吸性酸碱失衡，尚需结合其他指标进行判断。
8. 
(1)SB:SB是指在38℃、Hb完全饱和、经PaCO 2为40mmHg的气体平衡后的标准状态下所测得的血浆 
SB正常值为22～27mmol/L(平均24mmol/L)，一般不受呼吸因素的影响，是准确反映代谢性酸碱平衡的指标。
SB正常值为22～27mmol/L(平均24mmol/L)，一般不受呼吸因素的影响，是准确反映代谢性酸碱平衡的指标。
(2)AB:AB是指在实际PaCO 2和血氧饱和度条件下所测得的HCO 3 －浓度。与SB一样，AB正常值亦为22～27mmol/L(平均24mmol/L)，但尚在一定程度上受呼吸因素的影响。AB升高可见于代谢性碱中毒，亦可见于呼吸性酸中毒经肾脏代偿时的反应;慢性呼吸性酸中毒时AB最大代偿可升至45mmol/L，但＞45mmol/L时提示合并代谢性碱中毒。AB降低可见于代谢性酸中毒，亦可见于呼吸性碱中毒经肾脏代偿时的反应;慢性呼吸性碱中毒时AB最低可降至12～15mmol/L，但AB＜12mmol/L时提示合并代谢性酸中毒。
由于AB受呼吸因素影响，故AB与SB之差可反映呼吸因素对血浆HCO 3 －的影响程度。呼吸性酸中毒时AB＞SB;呼吸性碱中毒时AB＜SB;代谢性酸中毒时AB=SB，但均＜正常值;代谢性碱中毒时AB=SB，但均＞正常值。
(3)BB:pH的微小变化都会影响患者的生命安全，维持酸碱平衡非常重要。血液pH＜7.0或＞8.0时患者均无法存活，因此机体需依赖缓冲系统中的一系列化学物质来中和引起pH变化的因素。BB是指血液中一切具有缓冲作用的碱性物质(负离子)的总和，包括HCO 3 －、Hb －、血浆蛋白(Pr －)和 HPO 4 2－。其中 
是BB的主要成分，约占50%(24/50)，是反映代谢性因素的指标。
是BB的主要成分，约占50%(24/50)，是反映代谢性因素的指标。
9.BE BE是指在38℃、Hb完全饱和、经 PaCO 2为40mmHg的气体平衡后的标准状态下将血液标本滴定至pH=7.40所需的酸或碱的量，提示血液中碱储备增加或减少的情况。需加酸者表明血中有多余的碱，BE为正值;需加碱者表明血中碱缺失，BE为负值。
BE正常值为(0±2.3)mmol/L。与SB一样，BE只反映代谢性因素。
10.TCO 2 血浆TCO 2是指血浆中结合的和物理溶解的CO 2总含量。动脉血浆TCO 2=［HCO 3 －］+PaCO 2×α=24+40×0.03=25.2mmol/L，其中 HCO 3 －占 95%以上，因此TCO 2基本反映HCO 3 －的含量。正常值为25.2mmol/L。
因TCO 2受呼吸影响，故在判断复合型酸碱失衡时，其应用价值有限。TCO 2升高可见于CO 2潴留或代谢性碱中毒，降低可见于过度通气或代谢性酸中毒。
11.阴离子间隙(anion gap，AG) AG是指血浆中未测定阴离子(UA)与未测定阳离子(UC)的差值(即AG=UA－UC)，其计算公式为:
AG=(［Na+］+［K+］)－(［Cl－］+［HCO3－］)
由于血清［K +］较低且相当恒定，对AG仅有轻微影响，故上式可简化为:
AG=［Na+］－(［Cl－］+［HCO3－］)
AG也是反映代谢性酸碱失衡的一项指标，正常值为8～16mmol/L。AG增加提示代谢性酸中毒，且为“获酸”性代谢性酸中毒(如乳酸性酸中毒、尿毒症、酮症酸中毒等);AG正常可以是正常酸碱状态，也可以是“失碱”性代谢性酸中毒或高氯性酸中毒(如腹泻、肾小管性酸中毒或过多应用含氯的酸)。其离子表现见表22-4-1。此外，AG在判断三重酸碱失衡(triple acid-base disturbance，TABD)中发挥重要作用，AG＞30mmol/L时肯定有酸中毒，20～30mmol/L时酸中毒的可能性很大(＞70%)，17～20mmol/L时只有20%有酸中毒。AG在临床应用中应注意:①血气分析需与电解质同步测定;②排除实验误差引起的高AG;③结合临床综合判断;④动态监测AG意义更大。
表22-4-1 AG与离子变化的关系
12.潜在 
潜在 
是20世纪80年代提出的概念，系排除并存高AG代谢性酸中毒对HCO 3 －掩盖作用之后的HCO 3 －，其计算公式为:
潜在 是20世纪80年代提出的概念，系排除并存高AG代谢性酸中毒对HCO 3 －掩盖作用之后的HCO 3 －，其计算公式为:
潜在 
可揭示TABD中代谢性碱中毒的存在，如忽视计算AG、潜在 
，则常会延误复合型酸碱失衡中代谢性碱中毒的判断。因此，临床上需牢记:高氯性代谢性酸中毒(正常 AG代谢性酸中毒)时［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］，AG 不变;高 AG 代谢性酸中毒时［ΔHCO 3 －］=ΔAG，［Cl －］不变;代谢性碱中毒或呼吸性酸中毒时 
=［ΔCl －］，AG不变;呼吸性碱中毒时［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］，AG 不变。根据上述代偿规律，呼吸型TABD时，呼吸性酸中毒引起的HCO 3 －代偿性升高表现为 
=［ΔCl －］;高 AG 代谢性酸中毒表现为［ΔHCO 3 －］=ΔAG;代谢性碱中毒表现为［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］，三者混合必符合［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］+ΔAG。即HCO 3 －变化反映了:①呼吸性酸中毒引起的［HCO 3 －］↑;②代谢性碱中毒原发的 
↑;③高 AG原发的［HCO 3 －］↓。为正确反映高AG代谢性酸中毒时等量［HCO 3 －］↓，提出了潜在HCO 3 －的概念，假设机体没有高AG代谢性酸中毒，则体内应有的 
(即潜在 
）＝实测 
Δ+AG。在判断 TABD中代谢性碱中毒或呼吸性酸中毒代偿程度时宜使用潜在［HCO 3 －］与预计［HCO 3 －］相比，而不应使用实测 
。潜在HCO 3 －的价值就在于揭示被高AG代谢性酸中毒所掩盖的TABD中的代谢性碱中毒的存在。
可揭示TABD中代谢性碱中毒的存在，如忽视计算AG、潜在 ，则常会延误复合型酸碱失衡中代谢性碱中毒的判断。因此，临床上需牢记:高氯性代谢性酸中毒(正常 AG代谢性酸中毒)时［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］，AG 不变;高 AG 代谢性酸中毒时［ΔHCO 3 －］=ΔAG，［Cl －］不变;代谢性碱中毒或呼吸性酸中毒时 =［ΔCl －］，AG不变;呼吸性碱中毒时［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］，AG 不变。根据上述代偿规律，呼吸型TABD时，呼吸性酸中毒引起的HCO 3 －代偿性升高表现为 =［ΔCl －］;高 AG 代谢性酸中毒表现为［ΔHCO 3 －］=ΔAG;代谢性碱中毒表现为［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］，三者混合必符合［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］+ΔAG。即HCO 3 －变化反映了:①呼吸性酸中毒引起的［HCO 3 －］↑;②代谢性碱中毒原发的 ↑;③高 AG原发的［HCO 3 －］↓。为正确反映高AG代谢性酸中毒时等量［HCO 3 －］↓，提出了潜在HCO 3 －的概念，假设机体没有高AG代谢性酸中毒，则体内应有的 (即潜在 ）＝实测 Δ+AG。在判断 TABD中代谢性碱中毒或呼吸性酸中毒代偿程度时宜使用潜在［HCO 3 －］与预计［HCO 3 －］相比，而不应使用实测 。潜在HCO 3 －的价值就在于揭示被高AG代谢性酸中毒所掩盖的TABD中的代谢性碱中毒的存在。
13.二氧化碳结合力(carbon-dioxide combining power，CO 2CP) CO 2CP是指血浆中呈化学结合状态的CO 2的量，反映血浆中HCO 3 －的含量，正常值为 23～31mmol/L。CO 2CP增高可以是代谢性碱中毒或代偿后的呼吸性酸中毒;CO 2CP降低可以是代谢性酸中毒或代偿后的呼吸性碱中毒。近年来随着血气分析仪的普及，CO 2CP因其局限性而被取消。
二、血气分析的临床应用
目前临床上常用的监测酸碱失衡的指标较多，但体液酸碱度的指标仅有pH;考核酸碱平衡呼吸因素的指标也仅有PCO 2;而考核代谢因素的指标较多，包括HCO 3 －、BE、TCO 2等。其中，pH、PCO 2和 HCO 3 －是由血气分析仪实际测得的，而 SB、BE、BB 则是根据 pH、PCO 2和 HCO 3 －衍生而得的。PO 2虽不是监测酸碱失衡的指标，但也是血气分析仪直接测得值，与PCO 2联合应用可判断呼吸功能。
(一)酸碱失衡的类型
应用动脉血气分析可对酸碱失衡做出正确的判断，传统意见认为有单纯性酸碱失衡四型和复合型酸碱失衡四型，但随着预计代偿公式、AG和潜在HCO 3 －的广泛应用，目前可将复合型酸碱失衡分为七型。
1.单纯性酸碱失衡
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。
2.复合型酸碱失衡
(1)传统分型:
呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒、呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒、呼吸性碱中毒合并代谢性酸中毒和呼吸性碱中毒合并代谢性碱中毒。
(2)目前分型:
随着AG和潜在HCO 3 －在酸碱失衡领域中的广泛应用，复合型酸碱失衡除传统分型外，尚有以下几种。
1)复合型代谢性酸中毒:
高AG代谢性酸中毒+高氯性代谢性酸中毒。
2)代谢性酸中毒合并代谢性碱中毒:
高AG代谢性酸中毒合并代谢性碱中毒、高氯性代谢性酸中毒合并代谢性碱中毒。
3)TABD:
呼吸性酸中毒型TABD(呼吸性酸中毒+代谢性碱中毒+高AG代谢性酸中毒)和呼吸性碱中毒型TABD(呼吸性碱中毒+代谢性碱中毒+高AG代谢性酸中毒)。需注意的是，目前临床上只能对并发高AG代谢性酸中毒的TABD做出诊断，而对并发有高氯性代谢性酸中毒的TABD从理论上讲可以存在，但尚缺乏有效的诊断手段。
(二)酸碱失衡的判断方法
评价血液酸碱平衡状态的指标较多，其中pH表示酸碱度，PCO 2表示呼吸因素，HCO 3 －表示代谢因素。
1.核实检测结果是否有误
pH、PCO 2和HCO 3 －三个变量一定要符合H-H公式［pH=pK+log(HCO 3 －/α·PCO 2)］。如检测报告所示 pH、PCO 2和 HCO 3 －代入 H-H公式，其等式不成立，则必表明报告有误。由于H-H公式涉及对数形式，因此应用Hendersor公式来判断较为简便，即
［H+］=24×(PCO2/［HCO3－］)
应用时先将 pH 换算成［H +］，然后将［H +］、PCO 2和［HCO 3 －］代入Hendersor公式来判断。pH 7.40时［H +］为40nmol/L，pH 在7.1～7.5，pH 每变动 0.01，则［H +］往反方向变化1nmol/L，临床上可采用“0.8/1.25”法进行估算(表22-4-2)，即当pH＜7.40时，以 pH=7.40时的［H +］=40nmol/L 为基准，pH 下降0.1，［H +］=40×1.25;如再下降0.1，则再乘以1.25，依此类推。当 pH＞7.40时，以 pH=7.40时的［H +］=40nmol/L 为基准，pH 增加 0.1，［H +］=40×0.8;如再增加0.1，则再乘以0.8，依此类推。
表22-4-2 以pH估计［H +］
但由于现在的血气分析仪均为全自动的，各项指标均由仪器自动打印，因此pH、PCO 2、HCO 3 －三个指标必定会符合H-H公式，一般不会出现误差，故可免除上述核实误差步骤。
2.密切结合病史和临床表现
以确定患者是否已发生酸碱失衡、已发生多长时间、何种原发失衡?
3.分清原发与继发(代偿)变化
酸碱失衡必须遵循以下原则:
(1)HCO 3 －、PCO 2中任何一个变量的原发变化均可引起另一个变量的同向代偿改变，即HCO 3 －原发↑，必有PCO 2的代偿性↑;HCO 3 －原发↓，必有PCO 2的代偿性↓。反之亦然。
(2)原发失衡变化必大于代偿变化，即①原发失衡决定了pH是偏酸抑或偏碱;②HCO 3 －和 PCO 2呈相反变化，必有复合型酸碱失衡;③HCO 3 －和 PCO 2明显异常而pH正常，应考虑有复合型酸碱失衡存在。
举例1:pH 7.32，［HCO 3 －］15mmol/L，PaCO 230mmHg。分析:PaCO 230mmHg＜40mmHg，可能为呼吸性碱中毒;［HCO 3 －］15mmol/L＜24mmol/L，可能为代谢性酸中毒，但因pH 7.32＜7.40，故考虑为代谢性酸中毒。
举例 2:pH 7.35，PaCO 260mmHg，［HCO 3 －］32mmol/L。分析:PaCO 260mmHg＞40mmHg，可能为呼吸性酸中毒; 
32mmol/L＞24mmol/L，可能为代谢性碱中毒，但因pH 7.35＜7.40，故考虑为呼吸性酸中毒。
32mmol/L＞24mmol/L，可能为代谢性碱中毒，但因pH 7.35＜7.40，故考虑为呼吸性酸中毒。
4.用单纯性酸碱失衡预计代偿公式及其代偿极限来判断
常用的单纯性酸碱失衡预计代偿公式及其代偿极限如表22-4-3所示。实际工作中应遵循以下原则:①根据 pH、PCO 2、HCO 3 －三个参数并结合临床确定原发失衡;②根据原发失衡选择合适的预计代偿公式;③将计算所得结果与实测［HCO 3 －］或 PCO 2相比做出判断;④如为并发高AG代谢性酸中毒的复合型酸碱失衡，则应计算潜在［HCO 3 －］，将潜在［HCO 3 －］代替实测［HCO 3 －］与通过预计代偿公式计算出来的预计［HCO 3 －］比较。
表22-4-3 常用酸碱失衡预计代偿公式
注:代偿极限是指单纯性酸碱失衡代偿所能达到的最大值或最小值;有“Δ”者为变化值，无“Δ”者为绝对值;代偿需时为体内达到最大代偿反应所需时间
举例3:慢性肺心病失代偿期患者pH 7.32，PaCO 2 60mmHg，［HCO 3 －］30mmol/L。分析:PaCO 260mmHg＞ 40mmHg，［HCO3－］30mmol/L＞24mmol/L，p H 7.32＜7.40 ，示原发失衡为呼吸性酸中毒;选用慢性呼吸性酸中毒预计代偿公式［ΔHCO 3 －］=0.35×ΔPCO 2±5.58=0.35×(60－40)±5.58=7±5.58，预计［HCO 3 －］=正常 
［ΔHCO 3 －］=24+7±5.58=(31±5.58)mmol/L，相当于25.42～36.58mmol/L，实测［HCO 3 －］恰好落在此范围内，故考虑为慢性呼吸性酸中毒(失代偿)。
［ΔHCO 3 －］=24+7±5.58=(31±5.58)mmol/L，相当于25.42～36.58mmol/L，实测［HCO 3 －］恰好落在此范围内，故考虑为慢性呼吸性酸中毒(失代偿)。
举例4:pH 7.38，PaCO 280mmHg，［HCO 3 －］46mmol/L。分析:PaCO 280mmHg＞40mmHg，［HCO 3 －］46mmol/L ＞24mmol/L，pH 7.38＜7.40，示原发失衡为呼吸性酸中毒，因慢性呼吸性酸中毒代偿极限为 45mmol/L，而实测［HCO 3 －］46mmol/L＞45mmol/L，示代谢性碱中毒，故可考虑为呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒。
5.血气分析结果
应结合临床实际并动态观察、综合判断才能做出可靠的诊断。比如第一次报告pH↓，PaCO 2↑，BE↑，则可能是慢性呼吸性酸中毒;第二次复查时PaCO 2变化不大，BE虽仍增高，但较上一次已明显下降，pH亦较上一次明显下降，且临床上又有导致代谢性酸中毒的因素，则此时应考虑为慢性呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。
6.分析单纯性和复合型酸碱失衡
按照上述规律，HCO 3 －和PaCO 2一旦呈相反方向变化，必为复合型酸碱失衡，临床上有三种情况。
(1)PaCO 2↑伴 HCO 3 －↓时必为呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。
举例5:pH 7.22，PaCO 250mmHg，［HCO 3 －］20mmol/L。分析:PaCO 250mmHg＞40mmHg，而［HCO 3 －］20mmol/L＜24mmol/L，故考虑为呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。
(2)PaCO 2↓伴 HCO 3 －↑时必为呼吸性碱中毒合并代谢性碱中毒。
举例6:pH 7.57，PaCO 232mmHg，［HCO 3 －］28mmol/L。分析:PaCO 232mmHg＜40mmHg，而［HCO 3 －］28mmol/L＞24mmol/L，且pH 7.57＞7.40，故考虑为呼吸性碱中毒合并代谢性碱中毒。
(3)PaCO 2和HCO 3 －明显异常伴pH正常，应考虑为复合型酸碱失衡之可能，进一步的确诊宜应用单纯性酸碱失衡预计代偿公式进行计算。
举例7:慢性呼吸衰竭患者pH 7.37，PaCO 275mmHg，［HCO 3 －］42mmol/L。分析:PaCO 275mmHg＞40mmHg，提示呼吸性酸中毒;［HCO 3 －］42mmol/L＞24mmol/L，而 pH 7.37在正常范围内，提示有复合型酸碱失衡之可能且其中存在呼吸性酸中毒。根据病史可选用慢性呼吸性酸中毒的预计代偿公式计算预计［HCO 3 －］=(36.25±5.58)mmol/L，相当于 30.67～41.83mmol/L;实测［HCO 3－］42mmol/L＞41.83mmol/L，提示存在代谢性碱中毒，故考虑为呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒。
(4)部分复合型酸碱失衡的判断需应用单纯性酸碱失衡的预计代偿公式:在复合型酸碱失衡中，除了三种比较容易诊断的类型外，还有一部分诊断较困难，即可表现为PaCO 2和HCO 3 －同时升高或同时下降。此时，诊断的关键是正确应用酸碱失衡预计代偿公式、AG及潜在HCO 3－。
举例8:慢性呼吸衰竭患者pH 7.39，PaCO 270mmHg，［HCO 3 －］41mmol/L。分析:PaCO 270mmHg＞40mmHg 提示呼吸性酸中毒;［HCO 3 －］41mmol/L＞24mmol/L，可能为代谢性碱中毒;而pH 7.39＜7.40，偏酸性，提示可能为呼吸性酸中毒。根据病史可选用慢性呼吸性酸中毒的预计代偿公式计算预计［HCO 3 －］=(34.5±5.58)mmol/L，相当于28.92～40.08mmol/L;实测［HCO 3 －］41mmol/L ＞40.08mmol/L，提示存在代谢性碱中毒，故考虑为呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒。
(三)酸碱失衡的诊断
机体虽有完善的调节机制，但如果体液酸碱平衡的因素作用过强过久，或机体代偿机制不全，使体内产生的酸碱与排出的酸碱不平衡，可引起酸碱失衡。
1.单纯性酸碱失衡的诊断
(1)代谢性酸中毒:
血浆HCO 3 －原发减少称之为代谢性酸中毒。代谢性酸中毒时主要靠肺来调节，由于肺的代偿非常快，故临床上代谢性酸中毒一般不分急性和慢性，但根据AG可分为高AG代谢性酸中毒和正常AG代谢性酸中毒(高氯性代谢性酸中毒)。高AG代谢性酸中毒时［HCO 3 －］的减少必等于AG的升高，即［ΔHCO 3 －］=ΔAG;而正常AG代谢性酸中毒时［HCO 3 －］的减少必等于［Cl －］的升高，即［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］。有时高 AG 代谢性酸中毒和正常AG代谢性酸中毒在一个患者中同时存在，即复合型代谢性酸中毒，则［ΔHCO 3 －］=ΔAG+［ΔCl －］。
举例 9:慢性肾炎尿毒症患者 pH 7.27，PaCO 2 27mmHg，［HCO 3 －］12mmol/L，［K +］5.5mmol/L，［Na +］141mmol/L，［Cl －］112mmol/L。分 析:PaCO 227mmHg ＜40mmHg，可能为呼吸性碱中毒;［HCO 3 －］12mmol/L ＜24mmol/L，可能为代谢性酸中毒;而 pH 7.27＜7.40，偏酸性，可能为代谢性酸中毒。因为慢性肾炎尿毒症，故按代谢性酸中毒预计代偿公式计算预计PaCO 2=1.5×［HCO 3 －］+8±2=1.5×12+8±2=(26±2)mmHg，相当于24～28mmHg，实测PaCO 227mmHg落在此代偿范围内，且虽已发挥最大代偿能力，但仍未能使pH恢复正常，故考虑为单纯代谢性酸中毒失代偿。
(2)代谢性碱中毒:
血浆HCO 3 －原发增加称之为代谢性碱中毒。代谢性碱中毒时主要靠肺来调节，由于肺的代偿非常快，故与代谢性酸中毒一样，临床上代谢性碱中毒一般不分急性和慢性。凡实测PaCO 2落在预计值范围内，就可诊断代谢性碱中毒;实测PaCO 2＞预计值的上限或代偿极限，则可诊断为代谢性碱中毒合并呼吸性酸中毒;实测PaCO 2＜预计值的下限，则可诊断为代谢性碱中毒合并呼吸性碱中毒。
举例 10:pH 7.48，PaCO 242mmHg，［HCO 3 －］30mmol/L，［K +］3.6mmol/L，［Na +］140mmol/L，［Cl －］98mmol/L。分析:PaCO 242mmHg＞40mmHg，可能为呼吸性酸中毒;［HCO 3 －］30mmol/L＞24mmol/L，可能为代谢性碱中毒;而pH 7.58＞7.40，偏碱性，可能为代谢性碱中毒。按代谢性碱中毒预计代偿公式计算预计PaCO 2=40+0.9×［ΔHCO 3 －］±5=40+0.9×(30－24)±5=(45.4±5)mmHg，相当于40.4～50.4mmHg，实测 PaCO 242mmHg落在此代偿范围内，且虽已发挥最大代偿能力，但仍未能使pH恢复正常，故考虑为单纯代谢性碱中毒失代偿。
(3)呼吸性酸中毒:
PaCO 2原发增加称之为呼吸性酸中毒。临床上按呼吸性酸中毒发生时间长短可分为急性(＜3天)和慢性(＞3天)。
举例 11:慢性呼吸衰竭患者 pH 7.36，PaCO 2 66mmHg，［HCO 3 －］36mmol/L，［K +］4.2mmol/L，［Na +］138mmol/L，［Cl －］95mmol/L。分 析:PaCO 266mmHg ＞40mmHg，可能为呼吸性酸中毒;［HCO 3 －］36mmol/L ＞24mmol/L，可能为代谢性碱中毒;而 pH 7.36＜7.40，偏酸性，可能为呼吸性酸中毒。按慢性呼吸性酸中毒预计代偿公式计算预计［HCO 3 －］=24+0.35×ΔPaCO 2±5.58=(33.1±5.58)mmol/L，相当于27.25～38.68mmol/L，实测［HCO 3－］36mmol/L落在此代偿范围内，且已发挥最大代偿能力，pH恢复正常，故考虑为单纯呼吸性酸中毒。
(4)呼吸性碱中毒:
PaCO 2原发减少称之为呼吸性碱中毒。同样，临床上按呼吸性碱中毒发生时间长短可分为急性(＜3天)和慢性(＞3天)。
举例12:支气管哮喘急性发作患者pH 7.52，PaCO 2 25mmHg，［HCO 3 －］21mmol/L。分析:PaCO 225mmHg＜40mmHg，可能为呼吸性碱中毒;［HCO 3 －］21mmol/L ＜24mmol/L，可能为代谢性酸中毒;而 pH 7.52＞7.40，偏碱性，可能为呼吸性碱中毒。结合病史，按急性呼吸性碱中毒预计代偿公式计算预计［HCO 3 －］=24+0.2×ΔPaCO 2±2.5=24+0.2×(25－40)±2.5=(21±2.5)mmol/L。相当于18.5～23.5mmol/L，实测［HCO 3 －］21mmol/L落在此代偿范围内，且pH 7.52＞7.40，故考虑为单纯呼吸性碱中毒失代偿。
2.复合型酸碱失衡的诊断
(1)呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒:
急慢性呼吸性酸中毒合并不适当的HCO 3 －下降或代谢性酸中毒合并不适当的PaCO 2升高，均为呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。pH下降，PaCO 2升高、下降、正常及HCO 3 －下降、升高、正常皆有可能，主要取决于呼吸性酸中毒和代谢性酸中毒两种成分的相对严重程度，临床上常见有三种组合:
1)PaCO 2↑和HCO 3 －↓，此两项指标呈反向变化，故肯定为呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。
举例 13:pH 7.22，PaCO 250mmHg，［HCO 3 －］20mmol/L，［K +］5.2mmol/L，［Na +］140mmol/L，［Cl －］110mmol/L。分析:PaCO 250mmHg＞40mmHg，可能为呼吸性酸中毒;［HCO 3 －］20mmol/L＜24mmol/L，可能为代谢性酸中毒;根据代偿规律，PaCO 2↑和HCO 3 －↓肯定为呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。另外，根据AG=10mmol/L＜16mmol/L，故其代谢性酸中毒属于高氯性代谢性酸中毒。
2)PaCO 2↑和HCO 3 －↑，但符合 
＜预计代偿计算值的低限，即＜(正常［HCO 3 －］+0.35×ΔPaCO 2－5.58)mmol/L。当然，此时应结合临床综合判断，若起病＜3天，应考虑为单纯呼吸性酸中毒;如＞3天应考虑为呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。
＜预计代偿计算值的低限，即＜(正常［HCO 3 －］+0.35×ΔPaCO 2－5.58)mmol/L。当然，此时应结合临床综合判断，若起病＜3天，应考虑为单纯呼吸性酸中毒;如＞3天应考虑为呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。
举例 14:慢性呼吸衰竭患者 pH 7.20，PaCO 2 80mmHg，［HCO 3 －］30mmol/L，［K +］5.6mmol/L，［Na +］139mmol/L，［Cl －］100mmol/L。分 析:PaCO 280mmHg ＞40mmHg，可能为呼吸性酸中毒;［HCO 3 －］30mmol/L ＞24mmol/L，可能为代谢性碱中毒;pH 7.20＜7.40，可能为呼吸性酸中毒;根据慢性呼吸性酸中毒预计代偿公式计算预计［HCO 3 －］=24+0.35×(80－40)±5.58=(38±5.58)mmol/L，相当于32.42～43.58mmol/L，而实测［HCO 3－］30mmol/L＜32.42mmol/L，故考虑为慢性呼吸性酸中毒合并代谢性酸中毒。
3)PaCO 2↓和HCO 3 －↓，但符合PaCO 2＞预计代偿计算值的上限，即＞(1.5×［HCO 3 －］+8+2)mmHg，相当于代谢性酸中毒合并呼吸性酸中毒。
举例 15:肾衰竭患者 pH 7.26，PaCO 237mmHg，［HCO 3 －］16mmol/L，［K +］5.0mmol/L，［Na +］140mmol/L，［Cl －］110mmol/L。分析:PaCO 237mmHg＜40mmHg，可能为呼吸性碱中毒;［HCO 3 －］16mmol/L＜24mmol/L，可能为代谢性酸中毒;pH 7.26＜7.40，可能为代谢性酸中毒;根据代谢性酸中毒预计代偿公式计算预计PaCO 2=1.5×［HCO 3 －］+8±2=(32±2)mmHg，相当于 30～34mmHg;而实测PaCO 237mmHg，尽管在正常范围，但仍＞预计代偿计算值的上限(34mmHg)，可能有呼吸性酸中毒。故考虑为代谢性酸中毒合并相对呼吸性酸中毒。
(2)呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒:
急慢性呼吸性酸中毒伴不适当HCO 3 －的升高或代谢性碱中毒伴不适当PaCO 2的升高均可诊断为呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒。其血气分析的特点为PaCO 2升高，HCO 3 －升高，pH升高、下降、正常均可，主要取决于呼吸性酸中毒和代谢性碱中毒的相对严重程度。若是两者相当，则pH正常;如以呼吸性酸中毒为主，则pH↓;如以代谢性碱中毒为主，则pH↑。
1)急性呼吸性酸中毒时只要［HCO 3 －］＞30mmol/L，就可诊断为急性呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒。
2)慢性呼吸性酸中毒时，PaCO 2原发升高，HCO 3 －代偿性下降，且实测［HCO 3 －］＞(24+0.35×ΔPaCO 2+5.58)mmol/L或＞45mmol/L，pH下降或正常，就可诊断为呼吸性酸中毒合并代谢性碱中毒。
3)代谢性碱中毒为主时，HCO 3 －原发升高，PaCO 2代偿性升高，且 PaCO 2＞(40+0.9×［ΔHCO 3 －］+5)mmHg或＞55mmHg。
(3)呼吸性碱中毒合并代谢性酸中毒:
呼吸性碱中毒伴HCO 3 －不适当的下降或代谢性酸中毒伴PaCO 2不适当的下降，均可诊断为呼吸性碱中毒合并代谢性酸中毒。其血气分析的特点为PaCO 2下降，HCO 3 －下降，pH下降、正常或升高均可，主要取决于呼吸性碱中毒和代谢性酸中毒的相对严重程度。
1)以呼吸性碱中毒为主的严重失衡:pH↑，PaCO 2↓，HCO 3 －↓，且符合急性呼吸性碱中毒时实测［HCO 3 －］＜(24+0.2×ΔPaCO 2－2.5)mmol/L 或慢性呼吸性碱中毒时实测［HCO 3 －］＜(24+0.49×ΔPaCO 2－1.72)mmol/L。
2)以呼吸性碱中毒为主的轻度失衡或以代谢性酸中毒为主的失衡:pH正常或下降，HCO 3 －下降，PaCO 2下降且符合 PaCO 2＜(1.5×［HCO 3 －］+8－2)mmHg。
(4)呼吸性碱中毒合并代谢性碱中毒:
呼吸性碱中毒伴不适当的HCO 3 －下降或代谢性碱中毒伴不适当的下降均可诊断为呼吸性碱中毒合并代谢性碱中毒。其血气分析特点为pH明显升高，HCO 3 －升高、正常、轻度下降均可，主要取决于呼吸性碱中毒和代谢性碱中毒的相对严重程度。
1)PaCO 2↓和 HCO 3 －↑，肯定为呼吸性碱中毒合并代谢性碱中毒。
2)PaCO 2↓和 HCO 3 －轻度↓或正常，且符合急性呼吸性碱中毒时实测［HCO 3 －］＞(24+0.2×ΔPaCO 2+2.5)mmol/L或慢性呼吸性碱中毒时实测［HCO 3 －］＞(24+0.49×ΔPaCO 2+1.72)mmol/L，即可诊断为呼吸性碱中毒合并相对代谢性碱中毒。
3)HCO 3 －↑和PaCO 2轻度↑或正常，且符合PaCO 2＜(40+0.9×［ΔHCO 3 －］－5)mmHg，即可诊断为代谢性碱中毒合并相对呼吸性碱中毒。
(5)复合型代谢性酸中毒:
即高AG代谢性酸中毒合并高氯性代谢性酸中毒。其血气分析特点与单纯性代谢性酸中毒完全不同，pH↓，HCO 3 －原发↓，PaCO 2代偿性↓，且符合根据预计代偿公式计算的预计PaCO 2=1.5×［HCO 3 －］+8±2mmHg。但应用 AG 后发现，［ΔHCO 3 －］=ΔAG+［ΔCl －］，而并不是［ΔHCO －］=ΔAG 或［ΔHCO －］= 33［ΔCl －］。因此，一旦出现 AG升高伴［ΔHCO 3 －］＞ΔAG 或［ΔHCO 3 －］＞［ΔCl －］时应考虑到复合型代谢性酸中毒的可能。常见于糖尿病酮症酸中毒伴腹泻、肾功能不全患者。
举例 16:pH 7.29，PaCO 230mmHg，［HCO 3 －］14mmol/L，［K +］5.2mmol/L，［Na +］140mmol/L，［Cl －］108mmol/L。分析:PaCO 230mmHg＜40mmHg，可能为呼吸性碱中毒;［HCO 3 －］14mmol/L＜24mmol/L，可能为代谢性酸中毒;pH 7.29＜7.40，可能为代谢性酸中毒;根据代谢性酸中毒预计代偿公式计算预计PaCO 2=1.5×［HCO 3 －］+8±2=(29±2)mmHg，相当于27～31mmHg;而实测 PaCO 230mmHg，在此代偿范围内，提示有代谢性酸中毒;且［ΔHCO 3 －］=14－24=－10mmol/L，［Cl －］↑，考虑为高氯性代谢性酸中毒;［ΔCl －］=108－100=8mmol/L，［ΔHCO 3 －］≠［ΔCl －］;AG=140－(14+108)=18mmol/L，可能为高AG代谢性酸中毒，ΔAG=18－16=2mmol/L，［ΔHCO 3 －］=ΔAG+［ΔCl －］=8+2=10mmol/L。因此诊断为复合型代谢性酸中毒。
(6)代谢性碱中毒合并代谢性酸中毒:
血气分析变化复杂，pH、HCO 3 －、PaCO 2均可表现为升高、正常或下降，主要取决于两种失衡的相对严重程度。根据AG正常与否，可分为高AG型和正常AG型。
1)高AG型:
为代谢性碱中毒合并高AG代谢性酸中毒，AG及潜在HCO 3 －是揭示此型失衡的主要指标。高AG代谢性酸中毒时，［ΔHCO 3 －］=ΔAG，［Cl －］不变。而代谢性碱中毒时有两种情况，其一为因Cl －↓引起的代谢性碱中毒，［ΔCl －］=［ΔHCO 3 －］;其二为↑引起的代谢性碱中毒，［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］，但不管何种代谢性碱中毒，均是［ΔHCO 3 －］=［ΔCl －］，AG 不变。当高 AG 代谢性酸中毒和代谢性碱中毒同时存在时，则［ΔHCO 3 －］=ΔAG+［ΔCl －］。由于实测［HCO 3 －］中包括了代谢性酸中毒和代谢性碱中毒的双重影响，故其在排除代谢性酸中毒的影响后(即潜在［HCO 3 －］)必大于正常［HCO 3 －］的上限(27mmol/L);又因代谢性酸中毒所致的HCO 3 －↓同时受到代谢性碱中毒的影响，使之不能完全按代谢性酸中毒的程度下降，故 ΔAG＞［ΔHCO 3 －］。常见于糖尿病酮症酸中毒不适当补碱时。
举例 17:pH 7.40，PaCO 240mmHg，［HCO 3 －］25mmol/L，［K +］3.5mmol/L，［Na +］140mmol/L，［Cl －］95mmol/L。分析:AG=140－(25+95)=20mmol/L，提示高AG代谢性酸中毒;潜在［HCO 3 －］=实测+ΔAG=25+(20－16)=29mmol/L＞27mmol/L，提示代谢性碱中毒，故可考虑为高AG代谢性酸中毒合并代谢性碱中毒。如忽视了AG和潜在［HCO 3 －］的计算，则就会误诊为无酸碱失衡。
2)正常AG型:
系代谢性碱中毒合并高氯性代谢性酸中毒，临床上识别较难，很大程度上依赖详尽的病史。常见于急性胃肠炎剧烈呕吐、腹泻时。pH、PaCO 2和HCO 3 －变化不大或大致正常，主要取决于代谢性酸中毒和代谢性碱中毒的相对严重程度，若代谢性酸中毒严重，pH、PaCO 2和 HCO 3 －均下降;如代谢性碱中毒严重，则pH、PaCO 2和HCO 3 －均升高;AG正常。有时甚至pH、PaCO 2和HCO 3 －均正常而患者却可能是正常AG型代谢性酸中毒合并代谢性碱中毒，但目前尚无准确判断此型酸碱失衡的可靠方法。
(7)三重酸碱失衡:
TABD是指同时存在三种原发失衡，即一种呼吸性酸碱失衡(呼吸性酸中毒或呼吸性碱中毒)+代谢性碱中毒+高AG代谢性酸中毒。TABD的判断必须联合应用预计代偿公式、AG、潜在HCO 3 －。其具体步骤为:①确定呼吸性酸碱失衡类型，选用呼吸性酸中毒抑或呼吸性碱中毒预计代偿公式，计算HCO 3 －代偿范围;②计算AG:确定是否并发高AG代谢性酸中毒。在TABD中代谢性酸中毒必为高AG型，因正常AG代谢性酸中毒尽管理论上存在但目前尚无准确方法做出判断;③计算潜在 
判断有无代谢性碱中毒:即潜在［HCO 3 －］是否在根据呼吸性酸中毒抑或呼吸性碱中毒预计代偿公式计算所得的预计［HCO 3 －］范围内。如潜在 
＞预计 
的上限，则提示代谢性碱中毒。由于临床上无法事先确定某一患者为何种类型的酸碱失衡，故为避免漏诊或误诊，须常规计算AG和潜在［HCO 3 －］。
判断有无代谢性碱中毒:即潜在［HCO 3 －］是否在根据呼吸性酸中毒抑或呼吸性碱中毒预计代偿公式计算所得的预计［HCO 3 －］范围内。如潜在 ＞预计 的上限，则提示代谢性碱中毒。由于临床上无法事先确定某一患者为何种类型的酸碱失衡，故为避免漏诊或误诊，须常规计算AG和潜在［HCO 3 －］。
举例 18:pH 7.33，PaCO 270mmHg，［HCO 3 －］36mmol/L，［Na +］140mmol/L，［Cl －］80mmol/L。分析:PaCO 270mmHg＞40mmHg，［HCO 3 －］36mmol/L＞24mmol/L，pH 7.33＜7.40，可能为呼吸性酸中毒;根据呼吸性酸中毒预计代偿公式计算预计［HCO 3 －］=24+0.35×［ΔPaCO 2］±5.58=(34.5±5.58)mmol/L，相当于 28.92～40.08mmol/L;AG=140－(80+36)=24mmol/L＞16mmol/L，提示高AG代谢性酸中毒;潜在 
=实测［HCO 3 －］+ΔAG=36+(24－16)=44mmol/L＞40.08mmol/L，提示有代谢性碱中毒。因此诊断为呼吸性酸中毒+代谢性碱中毒+高AG代谢性酸中毒，即呼吸性酸中毒型TABD。如此例不计算AG和潜在HCO 3 －，则很有可能会误诊为单纯性呼吸性酸中毒。
=实测［HCO 3 －］+ΔAG=36+(24－16)=44mmol/L＞40.08mmol/L，提示有代谢性碱中毒。因此诊断为呼吸性酸中毒+代谢性碱中毒+高AG代谢性酸中毒，即呼吸性酸中毒型TABD。如此例不计算AG和潜在HCO 3 －，则很有可能会误诊为单纯性呼吸性酸中毒。
同理，呼吸性碱中毒型TABD亦可仿此进行判断，所不同的是将呼吸性酸中毒预计代偿公式更换为呼吸性碱中毒预计代偿公式。
举例 19:pH 7.61，PaCO 230mmHg，［HCO 3 －］29mmol/L，［K +］3.0mmol/L，［Na +］140mmol/L，［Cl －］90mmol/L。分析:PaCO 230mmHg＜40mmHg，［HCO 3 －］29mmol/L ＞24mmol/L，符合呼吸性碱中毒合并代谢性碱中毒之PaCO 2↓同时［HCO 3 －］↑之规律;AG=140－(90+29)=21mmol/L＞16mmol/L，提示高AG代谢性酸中毒。故诊断为呼吸性碱中毒+代谢性碱中毒+高AG代谢性酸中毒，即呼吸性碱中毒型TABD。因此例呼吸性碱中毒合并代谢性碱中毒较明确，故可不必再计算潜在 
举例 20:pH 7.52，PaCO 228mmHg，［HCO 3 －］22mmol/L，［K +］4.0mmol/L，［Na +］140mmol/L，［Cl －］96mmol/L。分析:PaCO 228mmHg＜40mmHg，可能为呼吸性碱中毒; 
22mmol/L＜24mmol/L，可能为代谢性酸中毒，但因pH 7.52＞7.40，则为呼吸性碱中毒;根据呼吸性碱中毒预计代偿公式计算预计［HCO 3 －］=24+0.49×［ΔPaCO 2］±1.72=(18.12±1.72)mmol/L，相当于 16.4～19.84mmol/L;AG=140－(96+22)=22mmol/L＞16mmol/L，提示高 AG 代谢性酸中毒;潜在［HCO 3 －］=实测［HCO 3 －］+ΔAG=22+(22－16)=28mmol/L＞19.84mmol/L，提示有代谢性碱中毒。故诊断为呼吸性碱中毒+代谢性碱中毒+高AG代谢性酸中毒，即呼吸性碱中毒型TABD。如此例不计算AG和潜在HCO 3 －，则很有可能会误诊为呼吸性碱中毒合并代谢性碱中毒。
22mmol/L＜24mmol/L，可能为代谢性酸中毒，但因pH 7.52＞7.40，则为呼吸性碱中毒;根据呼吸性碱中毒预计代偿公式计算预计［HCO 3 －］=24+0.49×［ΔPaCO 2］±1.72=(18.12±1.72)mmol/L，相当于 16.4～19.84mmol/L;AG=140－(96+22)=22mmol/L＞16mmol/L，提示高 AG 代谢性酸中毒;潜在［HCO 3 －］=实测［HCO 3 －］+ΔAG=22+(22－16)=28mmol/L＞19.84mmol/L，提示有代谢性碱中毒。故诊断为呼吸性碱中毒+代谢性碱中毒+高AG代谢性酸中毒，即呼吸性碱中毒型TABD。如此例不计算AG和潜在HCO 3 －，则很有可能会误诊为呼吸性碱中毒合并代谢性碱中毒。
总之，血气分析指标的解读应结合临床实际、疾病特征并动态观察、综合判断才能做出可靠的诊断。比如对于急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的患者，不同严重程度、不同病程阶段其血气分析指标不同，处于动态变化中。按照ARDS柏林诊断标准，轻度ARDS患者肺泡渗出和塌陷相对较轻，主要表现低氧，由于呼吸窘迫导致的分钟通气量甚至增加，使PaCO 2下降，血气分析指标表现为:pH↑、PaCO 2↓、BE可正常或负值增大(代偿)，此时多为单纯性酸碱失衡。如果此时患者出现PaCO 2↑，血气分析指标可能有误或临床存在其他导致气道梗阻的因素。随着ARDS病情进一步加重，肺泡渗出和塌陷增加，氧合指数和肺泡通气量进一步下降，组织缺氧导致无氧酵解增加，出现代谢性酸中毒，由于二氧化碳弥散系数明显大于氧气，此时PaCO 2可正常或偏高，血pH↓、BE↓;如果血pH↑，应考虑复合型酸碱失衡，尤其应注意是否存在呼吸机参数设置不当等因素。随着病情进展，肺泡渗出和肺泡塌陷进一步恶化，肺通气功能和换气功能皆严重受损，缺氧导致的酸中毒进一步加重，二氧化碳潴留明显，pH↓，PaCO 2↑，BE↓，此时多为混合型酸碱失衡，并且代谢性酸中毒和呼吸性酸中毒皆有可能为原发性因素。因此，在临床实践中，血气分析指标只是服务于临床的工具，应结合患者的疾病状态、病程、治疗措施等因素动态、综合分析，正确评价患者的酸碱失衡状态，以指导临床治疗。
(万献尧)
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