呼吸系统常见疾病导致呼吸衰竭的机制
（一）急性呼吸窘迫综合征
1.概述 急性呼吸窘迫综合征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）是从危重症医学领域提出的新的疾病概念。关于急性呼吸窘迫综合征的名称与概念，已有多次更改。以往曾被称为“创伤后肺功能衰竭”“休克肺”“充血性肺不张”等。由于临床表现、病理生理改变和病理特征与新生儿呼吸窘迫综合征十分类似，1967年，Ashbaugh建议称为成人呼吸窘迫综合征以示区别，后被广泛采用。1994年，美欧共识会议（American European Consensus Conference，AECC）对ARDS作出了新的定义，将其改名为急性呼吸窘迫综合征，将ARDS中的“a”由adult改为acute，缩写仍为ARDS。）2011年，欧洲急危重症医学学会又制定了新版ARDS定义——柏林定义，而且这一定义得到了美国胸科学会及重症医学学会的支持并获得国际上众多呼吸病领域专家的认可。
柏林定义认为：ARDS是一种急性弥漫性炎症性肺损伤，导致肺血管通透性和肺重量增加，而肺含气组织减少。临床主要表现为低氧血症，影像学检查示双肺致密影，伴随混合静脉血氧合不足、无效腔增加及肺顺应性降低。急性期形态学主要特征为弥漫性肺泡损伤（如水肿、炎症、透明膜形成或出血）。
在1994年的AECC会议还提出了急性肺损伤（acute lung injury，ALI）概念，它与ARDS的区别仅在于氧合损害较轻，氧合指数PaO2/FiO2≤300mmHg为ALI，PaO2/FiO2≤200mmHg为ARDS。
ARDS临床上发病急速，多在原始病因作用后12～48h之内发病，偶有长达5天发病者。呼吸窘迫是ARDS最常见的症状，主要表现为呼吸困难和呼吸增快，并出现顽固性低氧血症，病程为数天到数周，病死率甚高。临床数据显示，多数ARDS患者死于多器官衰竭。目前已达成共识，ARDS是多器官功能障碍综合征（multiple organ dysfunction syndrome，MODS）的一个组成部分。全身炎症反应可导致多器官衰竭，ARDS是全身炎反应在肺部的表现。原有心肺疾病如左心衰竭引起的肺水肿不属于急性呼吸窘迫综合征。
2.病因 引起ARDS的病因很多，可分类如下。
（1）直接损伤肺泡膜：严重的肺部感染、胃内容物吸入肺内、肺挫伤、肺栓塞、淹溺、毒气烟雾吸入性损伤和放射性肺损伤等。致病因素直接损伤肺泡毛细血管膜。
（2）间接损伤肺泡膜：通过细胞或体液机制，经循环而引起肺泡毛细血管膜病变。常发生在脓毒症、大面积烧伤、严重创伤、休克、急性胰腺炎、大量输血和弥散性血管内凝血等情况。
（3）遗传因素：个体的遗传学差异影响ARDS的发病与预后。临床发现，对于ARDS危险因素，不同的患者反应可以不同。例如，遭受大约同等程度的创伤，有的患者可能发展为严重的ARDS，而有的患者则病情较轻。在由相同病因导致的ALI患者中，其临床表现和预后的差异也很大。于是人们开始探讨遗传因素对ALI/ARDS发病的可能影响，寻找与ALI/ARDS发展和预后相关的遗传学标记。目前已发现的相关基因有：B细胞克隆刺激因子（pre-B-cell colony enhancing factor，PBEF）基因、血管紧张素转换酶（ansiotensin converting enzyme，ACE）基因、肿瘤坏死因子基因、肺泡表面活性物质蛋白B（surfactant protein B，SPB）基因和血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）基因等，但ALI/ARDS遗传学的相关研究目前仍处于起步阶段，尚有待深入。
3.发病机制 ARDS发病机制极为复杂，尚有诸多疑点没有阐明。病因不同但能引起共同的病理生理和临床改变，提示不同的损害可能通过共同的途径造成肺损伤。目前普遍认同ARDS发病机制的中心环节是急性肺泡毛细血管膜损伤。
（1）致病因子直接引起肺损伤：如严重的肺挫伤、吸入大量毒气体、淹溺等致病因素直接作用于肺泡-毛细血管膜，造成肺损伤。
（2）致病因子通过炎症反应间接引起肺损伤：此种机制更为常见。作为其发病的基本环节主要是通过激活白细胞、单核细胞、巨噬细胞、内皮细胞和血小板，释放大量的炎症介质、氧自由基、蛋白酶等间接地引起肺泡膜损伤。①单核-巨噬细胞活化：在ARDS早期单核-巨噬细胞首先被活化，在各种病因作用下，单核细胞、巨噬细胞被迅速激活，生成C5a、LTB4、TXA2、PAF、FDP、CXC、CX3C等。②中性粒细胞聚集与激活：在趋化因子、细胞因子的作用下，大量的中性粒细胞在肺内聚集及激活。激活的中性粒细胞又可产生、释放大量的氧自由基、多种蛋白酶（弹性蛋白酶、胶原酶、明胶酶、组织蛋白酶等）和血管活性物质（5-羟色胺、组胺）及其他炎症介质，从而造成肺泡上皮、肺微血管内皮与基质的损伤，呼吸膜通透性增加。目前认为，白细胞在肺内聚集、激活在呼吸膜损伤中具有重要的作用。正常情况下，肺内中性粒细胞很少，而ARDS患者肺部病理显示，肺中有大量的多形核中性粒细胞聚集。③内皮细胞损伤与激活：内皮细胞既是炎性细胞、炎性介质的作用场所，又是炎性介质产生的部位。肺内白细胞聚集及炎性介质作用使血管内皮细胞激活和受损，激活的血管内皮细胞又可生成释放更多的IL-8、TNF-a、ICAM-1、ET、NO、vWF及TF等炎性介质和自由基；肺微血管内皮受损，启动凝血系统，激活血小板。④血小板活化，发生黏附、聚集和释放反应，导致血管内微血栓形成。血小板和微血栓进一步释放出更多的炎性介质如5-HT、TXA2、LTS等使肺小动脉痉挛。(https://www.daowen.com)
（3）肺泡-毛细血管膜损伤导致呼吸衰竭：无论直接的致肺损伤因素还是间接通过炎症介质的作用都造成肺泡-毛细血管膜损伤，再通过多种机制引起呼吸衰竭。其发生机制为：①肺泡-毛细血管膜损伤使其通透性增高，发生肺水肿、肺泡透明膜形成，引起气体弥散障碍。②水肿渗出液中的蛋白酶使肺泡表面活性物质破坏增多，肺泡Ⅱ型上皮细胞受损使肺泡表面活性物质生成减少。肺水肿及表面活性物质减少致肺的顺应性降低，肺泡表面张力增高，形成肺不张。肺不张、肺水肿引起限制性通气障碍。③水肿及渗出可导致气道阻塞，血栓素A2和白三烯等炎症介质使支气管痉挛，引起阻塞性通气障碍。④限制性和阻塞性通气障碍均可引起肺泡通气量降低，通气/血流比例失调，导致肺内功能性分流增加。⑤炎症介质及肺内DIC引起肺血管收缩和微血栓形成，局部血流相对不足，通气/血流比例失调，导致无效腔样通气增加。⑥肺血管收缩使肺循环阻力增加，肺动脉压升高。肺动脉压升高后将进一步增加肺水肿及肺内动、静脉血液分流。
ARDS患者通常发生Ⅰ型呼吸衰竭。因为低氧血症和肺间质水肿刺激肺毛细血管旁感受器（J感受器），反射引起呼吸加深加快，使PaCO2降低。只有当肺部病变极为严重，肺总通气量减少，才能发生Ⅱ型呼吸衰竭。
（二）慢性阻塞性肺疾病
1.概述 慢性阻塞性肺疾病是指以持续存在的气道气流受限为特征的疾病。气流受限呈进行性发展，并伴有气道和肺对有害颗粒或烟雾气体所致慢性炎症反应的增加。COPD特征性的症状是慢性和持续性的呼吸困难、咳嗽和咳痰。临床上诊断COPD时需要进行肺功能检查，评价气流受限的重要指标是时间肺活量（FEV1%=FEV1/FVC×100%），即以吸入支气管扩张剂之后第1秒用力呼气容积（FEV1）与用力肺活量（FVC）之比进行确定，FEV1/FVC＜70%者可诊断COPD。
流行病学资料显示，我国＞40岁人群中COPD的患病率为8.2%。COPD与慢性支气管炎和肺气肿关系密切。慢性支气管炎长期进行性发展可致终末细支气管远侧气腔异常而持久的扩大，并伴有气腔壁的破坏则形成肺气肿。如果患者仅有慢性支气管炎和（或）肺气肿，而无持续存在的气流受限，FEV1/FVC＞70%则不能诊断为COPD，患者仅可诊断为单纯的“慢性支气管炎”和（或）“肺气肿”。目前认为FEV1/FVC＜70%是诊断COPD的“金标准”。此外，有些疾病虽然可以表现有气流受限但不包括在COPD范围内，如支气管扩张、支气管哮喘、肺囊性纤维化、结核病、弥漫性泛细支气管炎和闭塞性细支气管炎等。
COPD病理改变表现为：支气管黏液腺增生、化生，杯状细胞增生，鳞状细胞化生，腺管扩张；气道平滑肌肥大、管壁增厚、管腔狭窄；分泌物增多，阻塞管腔；肺泡增大，形成肺气肿。
2.病因 ①遗传因素：α1-抗胰蛋白酶缺乏是COPD常见的遗传危险因素，α1-抗胰蛋白酶缺乏与肺气肿形成有关。②环境因素：吸烟，生物燃料（草、木和动物粪便等）和化学烟雾，粉尘，工业废气，大气及室内空气污染，呼吸道感染及寒冷空气等。
3.COPD导致呼吸衰竭的机制 COPD是引起慢性呼吸衰竭的最常见原因。其机制如下。
（1）阻塞性通气障碍：因气管壁充血、水肿、黏膜下腺体及杯状细胞增生、炎细胞浸润、肉芽组织增生引起支气管壁肿胀；气道黏液高分泌及纤毛功能失调，分泌物不能排出而滞留于气道，引起支气管腔堵塞；炎症介质致气道反应性增高、支气管痉挛收缩；气管平滑肌增生肥厚、支气管上皮与黏膜下组织损伤后的修复使气道壁纤维化导致气道狭窄；小气道阻塞、肺泡弹性回缩力降低引起气道等压点移至膜性气道，导致部分膜性小气道呼气时闭合。上述改变导致阻塞性通气障碍。
（2）限制性通气障碍：COPD患者因呼吸困难引起缺氧和呼吸肌疲劳可导致呼吸肌收缩障碍；肺组织增生和纤维化及炎症、缺氧、酸中毒造成的肺泡表面活性物质减少均可降低肺顺应性，限制肺通气。
（3）弥散功能障碍：肺气肿形成导致肺泡破坏、肺泡数量减少引起气体弥散面积减少，使气体弥散发生障碍。
（4）肺泡通气血流比例失调：由于气道阻塞不均匀引起部分肺泡通气减少，造成功能性分流增加；而肺血管收缩和微血栓形成引起部分肺泡血流量降低，导致无效腔样通气增加。这两种情况都属于肺泡通气血流比例失调。