AECOPD呼吸衰竭的病理生理浅析

ECOPD导致的ARF病理生理基础

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease， COPD）其急性发作被称作AECOPD（Acute Exacerbation Chronic Obstructive Pulmonary Disease）。作为一种临床上常见疾病，AECOPD下需要呼吸支持的基本气道病理生理学改变包括吸气道气阻力的增加、呼气气气道阻力的增加，肺动态过度充气导致的内源性呼气末正压（PEEPi）的产生、呼吸肌的功能障碍和疲劳以及通气血流比（V/Q）失衡。

1、吸气气道阻力的增加

对于稳定期COPD患者而言，其吸气的阻力平均值约为6cmH2O/L/s，然而对急性加重患者而言，其吸气气道阻力可以增加至12cmH2O/L/s及以上，其主要原因为支气管痉挛，气道的炎症和粘液栓的产生。

2、呼气气道阻力的增加

对于COPD患者呼气时，由于存在着小气道的动态狭窄，会导致其呼气相同流量下比正常人的阻力大1.6-3.8倍。该变化带来肺泡气体呼出受限以外也会带来呼气最大峰流速PEV的下降和呼气时呼吸肌的参与，从而让呼吸从一个被动过程改为主动过程，这也会带来辅助呼吸肌的参与从而导致呼吸疲劳更加容易发生。

COPD患者与正常人的呼气和吸气的流量／胸内压对比图

３、肺动态过度充气导致的内源性呼气末正压（PEEPi）的产生

对于前序提到的呼气气道阻力的增加，随着疾病的进展，更多辅助呼吸肌参与呼吸，会导致呼吸频率的增加和呼吸时间的缩短，带来正常肺组织内的气体不能在每次呼气时呼出至正常功能残气量位置，从而让呼气末的流量不能归零及功能残气量的增加。伴随呼吸的进行和病情的恶化，呼气气流的受限会导致每次呼吸时残余肺内的气体的量逐渐增加，即所谓的肺动态过度充气。正常情况下，呼气末功能残气量位置时，肺内气体压力和大气压平衡，若存在动态过度充气，则呼气气流受限会导致呼气末肺泡内压力大于大气压，即产生内源性呼气末正压（PEEPi）。PEEPi的产生意味着每次吸气时患者呼吸肌需先克服该正压，才能进一步形成肺泡内的负压，产生吸气的气流，这也意味着患者需克服更多的呼吸功。

AECOPD患者的肺动态过度充气示意图（流量时间曲线）

４、呼吸肌的功能障碍和疲劳以及通气血流比（V/Q）失衡

对于AECOPD患者，其肌纤维蛋白降解加强、长期的营养不良、脓毒症、全身糖皮质激素的使用、长期机械通气、呼吸机的动态过度充气带来的过度膨胀和导致的呼吸肌初长度缩短，都会导致呼吸肌的功能障碍。

对AECOPD患者行肺减容术前（左）后（右）（相当于增加膈肌初长度）

产生的跨膈压的变化

而呼吸频率的增加，会带来潮气量的下降和肺泡分钟通气量的增加；再合并因动态过度充气导致的死腔的增加，会带来更加明显的肺泡分钟通气量的降低。且PEEPi的出现对循环这块，尤其是肺循环也有很大的影响。这一方面会让通气血流比失衡引起呼吸衰竭，另外一方面，也会一并引发二氧化碳的排除困难，为AECOPD患者的高碳酸血症埋下基石。且AECOPD患者若氧疗时氧浓度设置不合理，带来PaO2的明显升高，则低氧对呼吸系统的刺激弱化，同样会导致动脉血气二氧化碳水平的升高。

综上，AECOPD患者呼吸衰竭需呼吸支持的主要病理生理学改变为气道阻力的增加、呼气气流受限导致和动态过度充气带来的PEEPi、呼吸肌的功能障碍、通气血流比例失衡等。

无创正压通气作治疗AECOPD患者ARF的机制

对于AECOPD患者而言，呼吸支持已经作为临床治疗持手段而被广泛应用,在所有的AECOPD患者中约有10-30%的需要机械通气支持。而无创正压通气(NIV)作为该类患者呼吸支持的一线手段。NIV（主要指BiBAP模式）主要通过下列机制改善AECOPD患者的呼吸功能进而纠正急性/慢性呼吸衰竭。

1、 IPAP的应用

通过双水平模式（BiPAP）下分别建立呼气气道正压EPAP和吸气气道正压IPAP。IPAP的应用可以增加患者吸气时的跨气道压，帮助患者在相同的吸气动度下获得更大的潮气量，对抗因吸气阻力增加而导致的呼吸肌无力和呼吸肌疲劳。

2、 EPAP的应用

EPAP可以对抗因呼吸浅快、肺动态过度充气导致的PEEPi。利用在呼气末外加一定水平的EPAP来维持肺泡及气道的开放状态，以防止气道和肺泡的过早塌陷导致的气道陷闭。这一方面可以让呼吸更加充分，减少PEEPi的形成，降低患者的下次吸气触发所需要的努力程度；另一方面EPAP也可以在呼气时对单管路无创呼吸机的回路进行气流的冲刷作用，避免呼气气流全部进入呼吸机回路而导致二氧化碳的重复呼吸，对于动脉血二氧化碳水平有着一定程度的降低作用。且EPAP降低了PEEPi水平，同时意味着可以增加膈肌呼吸的初长度，对于膈肌功能的恢复有着比较好的临床意义。

3、 PS的建立

通过建立IPAP和EPAP的差值PS水平，意味着相同患者努力程度，患者可以获得更大的潮气量，即达到可以增加肺泡分钟通气量的效果，有助于肺内二氧化碳的排出和改善呼吸系统的分泌物引流。对于这类患者可以在呼吸频率更低的情况下维持相同的肺泡分钟通气量，即降低该类患者呼吸所需的呼吸功，让其从浅快呼吸变为深慢的呼吸，大大提升呼吸的效率，对于呼吸肌的休息和恢复也非常重要。

4、 FiO2水平的提升

行NIV治疗时一般都会提高吸入气氧浓度以改善患者缺氧的状况。提升肺的氧合情况，患者缺氧的改善，可以降低肺循环的后负荷，对于体循环的整体需求也可以降低。NIV整体对于循环也有着较为积极的意义。

综上,对AECOPD患者行双水平的NIV时,通过IPAP、EPAP、PS的建立、FiO2的提升等手段和机制，可以达到改善AECOPD患者的呼吸功能和氧合的目的。

参考资料

１、 Maitin,J.Tobin,Principles And Practice of Mechanical Ventilation,3rd Edition [M].Chicago: The McGraw-Hill Companies,2013:741-759

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来源：金陵医院RT团队