划重点，一文读懂气道生理！

气道生理学引言

缺氧对危重病人是一个很常见的致命因素。人类细胞需要氧气进行新陈代谢，虽然某些组织中的细胞能在无氧的状态下，通过无氧代谢存活较短时间，但像心脏、大脑等重要器官中的细胞只能进行有氧代谢。由于氧储备在人体内有一定限制，这些器官就需要依靠不间断的氧分子供应以保证正常工作：在氧输送终止的情况下会很快导致死亡。

要点

• 氧输送依赖于一个健康的泵（心搏出量）、载体（血红蛋白）和氧饱和度。

• 去氧饱和作用的时间由于预吸氧而延长，并被反向影响的因素,例如氧存储（肺功能残气量FRC）和耗氧量（VO₂）所缩短

• 脉搏血氧测定法在低流量的临床情况下会不精确。

供氧系统

像其他系统一样，细胞也是在一个供求系统中工作。氧就像六台货币，细胞的存活依赖于氧供（DO₂）和氧耗（VO₂）的恰当匹配。

肺泡通气量

在吸入空气※时，氧通过呼吸道和肺泡，借助于的压力梯度，经由动脉血和毛细血管到达组织和细胞。由于肺毛细血管的气体交换，氧分压从150mmHg减低到大约100mmHg。经过肺动脉到达肺部的肺毛细血管中的氧分压，大约是40mmHg。氧从肺泡中沿着压力差弥散到肺毛细血管。

在一个健康的肺中，通过肺静脉回流的肺毛细血管血液是充分氧合的，也就是说，肺泡和动脉没有氧分压差。临床上，由于下面几种因素可能会导致病变：

• 通气血流比例失调：理论上，所有的肺泡接收到的肺泡通气量是同等，所有的肺毛细血管接收到心脏输出量也是相同的。但事实上，总有一些肺泡换气过度，而另一些肺毛细血管灌注过度。

• 通气血流比例失调发生是因为肺泡有灌注但没有通气量（最终导致通气灌注失调）。未氧合的血液没有机会氧合就返回肺毛细血管。从生理学上看，心脏内和支气管静脉血液分流到肺静脉中时，总是会发生轻微的通气血流比例失调，其他的因素包括肺膨胀不全、肺水肿、小气道阻塞。

• 弥散异常：通常，沿着肺泡和毛细血管的压力差进行的氧弥散，在血流灌注三分之一的毛细血管时已结束。弥散在心脏输出增加的时候（例如运动中）也能正常完成。在没有严重的肺疾病情况下，弥散异常影响的肺泡动脉氧分压是很小的。

※空气由21%氧气，78%氮气和1%的其他气体构成，大气压保持在760 mm Hg。吸气时候的氧分压为760×0.21=159mm Hg。吸入的空气在气道上部被湿润，由于总压是所有组成气体的压力总和，减去水蒸汽的部分压力（47 mm Hg），故氧分压降低为（760–47） ×（0.21） = 150 mm Hg。

在血液中的氧输送

氧通过弥散到达血液后，通过两种途径传输：

• 与血红蛋白结合途径：每克血红蛋白能最大结合1.31 ml氧：称为最大含氧量。血液中血红蛋白的浓度为15 g/dL，故每升血液能携带的氧为（150 g/L × 1.31 mL/g）= 197mL。氧饱和度（SaO₂）是指结合氧的血红蛋白比例。

• 溶解在血浆和细胞浆中：在一个大气压下，能溶解的氧为0.3 mL/dL。虽然这是很小的一个比例，但如果吸入纯氧，便能增加到20mL/dL，在高气压下还能溶解得更多。

动脉血氧含量取决于血红蛋白浓度、氧饱和度和氧溶解度。一个血红蛋白浓度15 g/dL，氧饱和度95%的病人，每升动脉血氧含量为（0.95 × 150 g/L × 1.31 mL/g） 3 ml/L溶解的氧气=190 mL/L。

动脉血氧分压和动脉血氧饱和度的关系见图3-1。上面的曲线表示动脉血氧分压最初减少的时候，动脉血氧饱和度降低也很小。然而当动脉血氧分压持续减少到低于60 mm Hg，动脉血氧饱和度降低变大。这个变化说明了氧的易分离特性，而且一旦去氧饱和作用开始，它的进度就会变快。曲线的线性变化可以参照90–60，60–30经验法则，即90%的动脉血氧饱和度相当于60mmHg动脉血氧分压，60%的动脉血氧饱和度相当于30mmHg动脉血氧分压。

氧输送量（DO₂）指一分钟内可供组织器官使用的氧总量，等于一分钟心脏输出量×动脉血氧含量。常规的心脏输出量为5 L/min，DO₂为5 L/min × 190 mL/L = 大约 1000 mL氧气（O₂）/min。一个健康、休息的人，耗氧量（VO₂）是250 mL/min, 也就是说25%的可供氧被消耗。 因此，血红蛋白在混合静脉血中95% – 25% = 70% 是与氧结合的。这70%的混合静脉血氧饱和代表了一个重要的库存，当DO₂下降的时候，组织器官可以从中吸收氧，但是当DO₂下降到一定程度的时候，补偿就不起作用，组织器官就会缺氧。

上述关于DO₂的讨论是与临床密切相关的，它关联到组织器官的氧合不足等情况：

• A．低心脏输出量（循环衰竭）：即使有一个正常的动脉血氧含量，但由于输送给组织器官的血流不充分，所以血流循环障碍也会导致组织器官氧合障碍。当流向器官的血流量低的时候，局部或者全身器官就会发生氧合障碍。最初，组织会通过增加氧摄取量来补偿氧缺失，但当血流情况进一步降低的时候，就会演化成组织缺氧。

• B．低动脉血氧饱和度（低氧血症）：即指动脉血氧分压不足。导致的因素有很多：空气氧含量低（例如高海拔）；中枢性肺通气不足（例如服用镇静剂）；外周性气道阻塞（例如功能性气道堵塞）或者肺泡通气不足（例如通气比例血流失调、弥散功能障碍）。

• C．低血红蛋白浓度（贫血性缺氧）：重度贫血症下，即使氧分压正常，氧含量也会随着血红蛋白浓度的降低而降低。心脏输出量会有一定的代偿，但当不能持续代偿的时候，就会出现组织缺氧。另外在血红蛋白不能正常携带氧的情况下（例如一氧化碳中毒）会发生类似的症状。

• D．组织中毒性缺氧：即使氧能正常供给细胞，某些情况下细胞代谢过程的用氧仍会异常，例如氰化物中毒。
  

急症病人耗氧量通常会增加，这个在短期内是无法改善的。因此，在复苏的早期，应该更关注最大氧输送量以避免氧饱和度过低，同时应该维持或补充心输出量和血红蛋白浓度。如果组织需氧量无法得到满足，将进行氧代谢，这就会导致乳酸的产生，进而出现代谢性酸中毒。从而影响药物和其他治疗的效率。

氧储存

图3－1 氧和血红蛋白离解曲线图

人体内的氧储存是有限的，呼吸停止几分钟生命就无法维持。氧主要储存在血液和肺中，还有少量在组织器官中。血液中的储存量依赖于血容量和血红蛋白浓度。肺中的储存量则依赖于肺泡氧分压和呼气末的肺容量（肺功能残气量[FRC]，大约35 cc/kg 或2.5 L）。这2.5 L 的容量存储了2500 mL×0.21 (吸入气体中氧气的百分含量FiO₂) ＝ 500 mL的氧。在低氧血症早期，只有部分的氧储存在血液中（主要依附于血红蛋白），其余在血氧分压大幅度降低前就已经被释放了（见图3-1）。更好的氧储存应该是肺功能残气量，特别是呼吸停止前的预呼吸氧：这会增加肺功能残气量，可从500 mL到增加到2500 mL（2500 ml ×1.0 [吸入气体中氧气的百分含量 FiO₂]），其中80% 会在氧分压降低到警戒线以下被使用。相比于呼吸普通空气，如果一个病人通过面罩给氧，预呼吸100% 纯氧，在呼吸停止后生命就能有效的延长数分钟时间。见图3-2（从外科手术病人中选取的数据）。同时显示由于肥胖症而导致的肺功能残气量下降，肥胖症病人的呼吸停止后，氧饱和度下降至零的时间明显地缩短。其他由于肺功能残气量限制而导致预呼吸氧的效率下降的因素还包括：怀孕，病人无法深呼吸（例如肋骨骨折、气胸、肺挫伤）。急症病人的预呼吸氧的效率也会下降，例如发热、创伤和其他会增加代谢需求和耗氧量的病症。

图3-2   选取的外科手术病人中，呼吸停止后，氧饱和度下降至零的时间

氧合监测

低氧血症的体征和症状包括心率增快、心律失常、呼吸急促、呼吸困难、发绀和精神异常。所有这些都是非特异性的，在临床诊断中并不可靠。临床医生需要熟悉以下监测急症病人氧合状态异常的方法及优缺点。

发绀

发绀是指缺氧过程中出现的皮肤和粘膜呈现青紫色的现象。发绀现象应该是采取进一步观察的指标，以监测血氧不足的病人。发绀会在血氧饱和度在85%～90%的时候出现。在贫血的病人中会不太明显，在真性红细胞增多症病人中则能比较容易的监测到。临床医生需要知道引起发绀的其他因素。组织血流降低也会引发外周性发绀，所以即使在正常的动脉血氧含量情况下也可能出现明显的发绀症状；体温过低、心输出量减少或者简单的采用仰卧位的病人也能监测到发绀；环境光线的变化会影响监测的容易度；有些药物（例如苯佐卡因）在正常的动脉血氧含量情况下也会引起发绀。

动脉血气

动脉血气监测是检查动脉血氧分压的最佳指标。它同时还能提供二氧化碳含量和酸/碱比率等状态的信息，现在许多血气分析也能同时提供其他血液化验指标。然而，需要意识到即使在正常的动脉血氧分压和动脉血氧饱和度下，组织缺氧也会在低心脏输出量、贫血或组织不能有效的摄氧等时候发生。另外，一个正常氧合的病人，重要器官中局部组织缺氧也会引发病变或导致死亡。

脉搏血氧测定法

脉搏血氧测定法用来测量血液中氧合血红蛋白的百分比。氧饱和度探头（通常应用于指头）在两个不同的波长发光，一个波长被组织的氧合血红蛋白吸收，另一个被去氧血红蛋白吸收，两个波长光的吸收比使处理器能够计算氧合血红蛋白的比例。由于加入了能分离搏动的血流（氧合动脉血）和非搏动性血流（静脉毛细血管）的信号处理技术。脉搏血氧计能比较准确的反应动脉血氧饱和度。脉搏血氧计测量血氧饱和度，而不是血氧分压，血氧饱和度的降低会导致脉搏血氧计测量值的下降。

脉搏血氧测定法也并不总是精确的。在氧饱和度小于 75%的时候，对许多患者（特别是老年人）仪器会变得不精确。在烧伤、熏伤情况下，由于碳氧血红蛋白的存在会导致脉搏血氧计变得虚高，因为碳氧血红蛋白和氧合血红蛋白吸收一样的波长的光。然而由于低体温、低心脏输出或低血容量时会引发外围血管收缩，导致搏动减弱，这时候测量就不准确。

文章来源 : 中华重症医学 作者 尤荣开

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