肥胖患者的机械通气：顺应性、胸膜腔压力和驱动压
来源：重症医学
肥胖在西方社会越来越普遍。当病情危重时，肥胖患者的治疗面临许多困难，特别是在机械通气期间。由于膈肌承受较大的腹壁和胸壁负荷，他们有更高的肺不张和低氧血症发生率，需要更高的胸膜腔压力（PPL）和气道压力来维持足够的氧饱和度（SpO2-Sat）。这些较高的压力有可能降低心输出量，这可能会抵消SpO2-Sat增加的好处，并导致氧输送（DO2）不变甚至减少，而氧输送才是最终对组织至关重要的。由于肥胖患者通常被排除在临床试验之外，故关于肥胖患者气道压力管理的信息很少。因此，为了评估ARDS肥胖患者气道压升高的血流动力学后果，Santiago等人进行了临床和动物研究，以确定较高的呼气末正压（PEEP）是否可以在不损害血流动力学的情况下改善气体交换。
在一项19名肥胖患者（平均BMI为57±12 kg/m2）交叉设计的研究中，他们比较了基于标准ARDSNet列表中设定的PEEP与通过肺复张操作根据呼吸系统顺应性来调定的更高的PEEP（就如急性呼吸窘迫综合症中的ART那样）对血流动力学的效应。在亚组中，他们还通过电阻抗断层扫描（EIT）比较了这些患者和ART中选择的非肥胖患者的局部肺通气和灌注的变化。
没有证据表明肥胖患者血流动力学的损害与较高的PEEP有关，也没有右室功能不全（尽管这些测量的灵敏度有限）的超声心动图证据。在EIT研究的肥胖患者亚组中，肺复张策略产生了更多的同质通气，减少了31%的肺塌陷，也没有过度扩张。呼吸系统顺应性也增加24%，驱动压（吸气平台压与PEEP的差值）降低30%，PaO2/FiO2明显升高。在非肥胖患者中，过度扩张在非重力依赖性区域更为常见，肺灌注高度不均匀。心输出量和氧输送（DO2）的测量被认为创伤性太大而没有进行，可惜这些都是解释结果所需的关键变量。
在动物研究中，较高PEEP的血流动力学益处是明显的。在这些研究中作者比较了正常猪和和将重物放在腹部和经过肺灌洗的模拟肥胖的ARDS猪，分别设定PEEP为7cmH2O和19cmH2O。值得注意的是一些设计上的缺陷，腹部的重量会造成腹部压力的均匀增加，而忽略了腹内脂肪主要作用于背侧膈肌和胸壁负荷的影响。然而，这些问题可能会造成数量上的差异，但不会影响定性反应。同样缺陷的是，作者只将患有肥胖的ARDS猪与正常猪进行等量比较，但未将没有肥胖的ARDS猪（第三组）纳入研究。如果没有了第三组，ARDS组的血流动力学效应就不能与肥胖完全分开。可用食管气囊测量PPL，这使得血管内压力可以表示为跨壁压（血管内压减去血管外的胸膜腔压力）以及相对于大气的压力，这对于理解心脏与身体其他部分的关系是必要的。最重要的是，他们还测量了心输出量并计算了DO2。
这两组动物对高呼气末正压的血流动力学反应差异显著。正常对照组猪平均动脉压显著下降、肺动脉压（PAP）升高、跨壁中心静脉压和楔压变化很小。最重要的是，心输出量和血氧饱和度下降了30%以上。相比之下，在肥胖肺损伤的猪中，PAP下降、跨壁中心静脉压和楔压没有变化、心输出量仅轻度下降12%、DO2实际上上升。起初很难解释心输出量下降但DO2升高的原因，就像混合静脉饱和度从平均52%显著上升到75%，而氧耗量（VO2）没有变化一样让我们费解。但当我们从氧摄取分数出发再回过来推论，很明显这是因为动脉SpO2-Sat从肺复张前的约65%显著增加到肺复张后接近100%。
高呼气末正压的肥胖组和非肥胖组的心输出量反应有显著差异的原因是什么？机械通气通过增加相对于大气压的中心静脉压（而不是跨壁中心静脉压）或通过增加右心室（RV）的负荷来改变静脉回流，从而减少心输出量。在健康猪中，高PEEP使中心静脉压相对于大气增加6 mmHg，高PEEP也减少了静脉回流，这可能是心输出量下降的主要原因。跨壁中心静脉压略有增加、跨壁右室压无明显变化，提示跨肺压增加仅引起吸气期RV后负荷的轻微增加。RV负荷的解释是困难的。静脉回流和心输出量的减少降低了PAP，而RV负荷的增加提高了PAP，这也降低了心输出量并改变了心脏充盈压。
在肥胖的ARDS猪中，肺复张操作明显改善了肺顺应性，使驱动压降低、吸气跨肺压仅有轻微的增加。因此，静脉回流和心输出量的下降幅度较小。通过肺动脉压和跨壁右心室收缩压的下降，复张操作也使右心室的吸气负荷显着降低，这一点可以从肺动脉压和右心室跨壁收缩压的下降中得到证实。
吸气时RV负荷的主要决定因素实际上不是PPL而是驱动压。在肥胖的ARDS患者中，肺复张后驱动压从13±4降至9±2cmH2O，这是由于塌陷肺复张和更好的血流分布后呼吸系统顺应性改善所致。这更加证实了驱动压是机械通气过程中需要关注的一个关键变量。基于这项研究，可以认为较低的驱动压不仅对肺有保护作用，而且也是心脏保护一个重要因素。第二个现象是改善通气灌注匹配后SpO2-sat的显著改善。
另外两项观察也值得注意。通过改善呼吸灌注匹配，SpO2-sat的升高增加了DO2，远远弥补了心输出量的小幅下降。当管理病人时，需要考虑DO2等式的所有部分。第二个是过去的观察。20世纪90年代，人们对氧供依赖性VO2进行了大量讨论。所有动物组计算的VO2惊人地相似，这表明这个值通常是由潜在的代谢活动而不是DO2来调节的。
值得注意的是，虽然肺复张改善了DO2，但同样的治疗方案在ART中显示了净危害。我们认为使用逐步升级而不是逐步降级来确定最佳全胸顺应性的PEEP设定方法更安全。在这种方法中，缓慢增加PEEP而吸气压力不变，直到潮气量减少，然后使用低于此值的PEEP。由于吸气和呼气曲线之间的迟滞，这可能会使这种方法设定的PEEP值低于初始肺复张操作和PEEP降级所确定的PEEP值，但这种方法更安全，而且仍足以能带来血流动力学方面的益处。
综上所述，在患有ARDS的肥胖患者中，较高水平的PEEP能减少有害的心肺交互作用。主要的好处是改善呼吸系统的顺应性，从而允许较低的驱动压来进行肺通气，从而减少对右室功能的损害，这进一步肯定了临床上密切观察驱动压的重要性。
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肥胖患者的ARDS：特异性和管理
来源：重症医学
简介肥胖是一个全球性健康问题，已成为世界性主流疾病。现在内外科ICU肥胖患者已很常见。据估计，至少20%的ICU患者是肥胖患者。肥胖患者重症监护治疗的重要挑战之一就是成功的呼吸管理。胸壁重量和腹部脂肪量对肺顺应性的负面影响，导致功能残气量和动脉氧合降低，尤其在仰卧位以及全身麻醉和机械通气后更进一步恶化。肥胖患者有发生困难肺复张和肺不张的风险。肥胖患者的急性呼吸窘迫综合征（ARDS）发病率增加。
尽管肥胖可导致许多疾病，也增加了人群（非选定）全因病死率，但是与非肥胖的ARDS患者相比，肥胖的ARDS患者死亡风险相似或者更。因此，ICU的肥胖患者代表了一组特殊人群，可能与非肥胖患者不同。本章节主要目的是总结最近有关肥胖ARDS患者的流行病学、临床结局、病理生理学、呼吸支持和辅助治疗等内容。
流行病学和病理生理肥胖和ARDS风险
肥胖患者易患ARDS。Gong等 对1997年至2009年收治的1795名患者的研究报告显示，与正常体重相比，肥胖与ARDS相关（肥胖者OR=1.66，95%CI 1.21-2.28）；严重肥胖者OR=1.78，95%CI 1.12-2.92）。校正基线因素后，较高体重指数（BMI）和肥胖均与较长的住院时间相关，但与ARDS病死率无关。与此类似，Anzueto等2004年对349个ICU、4968例成人患者进行的一项前瞻性多中心国际队列的二次分析观察到，肥胖患者ARDS和急性肾衰竭的发生率更高。调整因素后，与正常体重相比，肥胖与ARDS的发生率显著相关，肥胖患者OR为1.69（95%CI 1.07-2.69），严重肥胖患者OR为2.38（95%CI 1.15-4.89）；而与机械通气时间、住院时间或病死率无关。这些结果在最近的荟萃分析中得到证实，这表明肥胖显著增加了ARDS的发生风险（合并OR=1.89，95%CI 1.45-2.47，I2=50%，P<0.00001，n=30583）。
肥胖患者的呼吸生理学可能可以解释为什么肥胖患者ARDS的发病率会增加。肥胖患者的解剖和生理变化，对面、颈、咽、胸壁和肺部造成了影响，过多的腹部脂肪会增加腹腔压力，使得横膈上抬，进一步加重胸壁重量，可能会增加基础水平的胸膜腔压力。虽然总肺容量和肺活量值通常保持正常，但功能残气量减少。在潮气通气期间，功能残气量下降可触发外周边依赖型气道的关闭，并且由于潮气通气低于吸气相压力-容积曲线的下拐点，故而肺顺应性下降。这些可导致肺不张、通气-血流比值失调和低氧血症，并且在仰卧位时更严重。这也导致了后续的感染和ARDS的发生。胃食管反流病和困难插管发病率的增加也增加了插管期间肺吸入的发生率，潜在导致了ARDS的发生。
值得注意的是，尽管肥胖患者的ARDS发病率增加，但四个肺损伤预测评分中仅有两个评分，即肺损伤预测评分（LIPS）和急诊肺损伤预测评分（EDLIPS）把肥胖作为预测因素，而肥胖未包括在外科肺损伤预测评分（SLIP-2评分）和早期急性肺损伤评分（EALI评分）中。
肥胖ARDS患者的预后
尽管肥胖ARDS患者的预后存在争议，但似乎肥胖ARDS患者的预后与非肥胖者的相似或者更好。表1显示了几个观察性研究中肥胖ARDS患者的流行病学和临床结局。Ni等对ARDS患者进行的荟萃分析显示，与正常体重相比，体重过轻与高病死率相关（OR=1.59，95%可CI 1.22-2.08，p=0.0006），而肥胖（OR=0.68，95%CI 0.57-0.80，p<0.00001）和病理性肥胖（OR=0.72，95% CI 0.56-0.93，p=0.01）更可能与低病死率相关。这与Zhi等人的另一项荟萃分析结果相似：肥胖与低的ARDS病死率显著相关。然而长期预后难以明确。最近一项大型、多中心、前瞻性ARDS存活病例的队列研究显示，纳入144个候选预测因子中，入院时肥胖与6个月内较差的生活质量相关(EQ-5D) 。
尽管缺乏数据界定机制，但对这些发现有几种潜在的解释。在解释双侧浸润的肺不张时，肥胖患者可能被误认为ARDS。Gong和他的同事发现肥胖患者多次PO2/FiO2<200更有可能是高ARDS发病率的标准，而不是影像学表现，肺不张也与较低的PO2/FiO2比值相关。尽管肺损伤相似，但与正常体重患者相比，肥胖患者可能更容易发生低氧血症，因为其发生肺不张的几率增加，后者导致了相对低的PO2/FiO2比值，也易误诊为ARDS。在不合适的通气设置下（呼气末正压[PEEP]过低），功能残气量降低可能参与了肺泡损伤， 加重低氧血症。此外，最近证据表明，肥胖会诱发低度炎症，通过预处理机制，随后可能产生一个保护肺免受进一步损害的过程。不过有两个重要的混杂因素（confounding factors）限制了这些观察性研究的外延，同时也能解释这种差异。对肥胖未进行分类（程度、体脂分布(男性型肥胖vs 女性型肥胖，注：男性型肥胖脂肪主要聚集在腰部，女性型肥胖脂肪主要聚集在臀部及大腿)、肌萎缩性/非肌萎缩性肥胖），对患者肌力、功能、代谢状态未评估（胰岛素敏感性）。正如最近对肥胖Zucker大鼠的研究显示那样，肥胖患者膈肌力量可能更强。与非肥胖大鼠相比，肥胖大鼠在基线和机械通气后的膈肌力量增加，这可能是ARDS患者的保护因素，有助于撤离机械通气。在考虑肥胖与ARDS的关系时，另一个关键因素是临床医生可能认为肥胖患者具有更高的不良预后风险；这种看法可能导致患者提前入住ICU。增加监测，以及增加预防措施，这可能可以解释为什么肥胖患者的预后更好。患者的内科或者外科状态也可能是一个混杂因素。我们的研究小组采用倾向性评分匹配分析，对14年来791名住院的肥胖患者进行了前瞻性、观察性研究，评估了内科或与外科疾病对ICU肥胖患者短期和长期临床结局的影响。其中20%的患者为ARDS。主要结果是，内科组ICU病死率高于外科组，且ICU后365天病死率仍显著高于外科组。调整入院疾病后，肥胖患者和非肥胖患者的ICU病死率差异无统计学意义。目前认为所有肥胖患者ICU结局都相似的观点应该重新被审视。
方格1是肥胖ARDS患者机械通气管理的推荐总结。
体位
仰卧位时患者处于头部高于脚部45°的位置可能有助于肥胖患者撤机。头低脚高位可以减少跨膈压和肺不张，从而改善气体交换。
通气设置
应采用保护性通气，即低潮气量、中高PEEP和肺复张策略。由于肺并不随体重增加而增长，应根据理想体重、身高和性别设定潮气量，而非实际体重。在20世纪前10年，根据理想体重设定低潮量的建议应用得很差。O'Brien等人研究显示，2006.2.1至2008.1.31纳入的三个ICU、580名成人机械通气患者，与正常体重患者相比，病理性肥胖患者以预计体重计算时经常接受较高的潮气量通气。同样，Anzueto等对2004年前瞻性收集的数据进行了回顾性分析研究，相对于根据预计体重设置高的潮气量，严重肥胖患者更有可能接受根据实际体重设置的相对低的潮气量。自这两项研究开展以来，肥胖患者的通气管理已经发生改变。在法国蒙彼利埃中心，对2009年至2017年肥胖和非肥胖的ARDS患者的呼吸机设置进行了分析。纳入ARDS患者400例，非肥胖患者295例，肥胖患者105例，与之前的两项研究相比，我们观察到呼吸机设置在肥胖和非肥胖患者中是合适的：基于理想体重设定的潮气量在肥胖和非肥胖患者中差异没有显著性。
考虑到腹压和胸壁重量的增加以及预防肺不张的发生，与非肥胖患者相比，肥胖患者需要更高的PEEP。在最近的研究中，Pirrone等人显示临床医生常用的PEEP值（11.6±2.9cmH2O）并非病理性肥胖ICU患者的最佳值。呼气末压力滴定之后的肺复张策略显著改善了肺容量、呼吸系统顺应性和氧合。研究人员评估了两种滴定呼气末正压方法的效果（PEEP下降法和呼气末跨肺压法），结果显示在呼气末肺容积、呼吸力学或气体交换方面没有显著差异。两种评估PEEP的方法确定了相同的最佳PEEP水平（20.7±4.0 vs.21.3±3.8 cmH2O；p=0.40）。Nestler等人的研究也显示了全麻下手术室肥胖患者的相似结果。作者使用电阻抗断层扫描进行了个体化的PEEP滴定，并指出平均PEEP为18cmH2O是优化呼气末肺容量的必要值。但是接受优化PEEP的患者需要更多的静脉输液和血管活性药物。
驱动压、跨肺压、跨胸腔压
一些研究表明，较高的驱动压（驱动压=平台压-PEEP）与ARDS较高的病死率相关。然而，在肥胖ARDS患者中，驱动压与病死率之间的关系少有研究。呼吸系统（图1）包括肺和胸壁，气道压力与跨肺压（对肺评估，=肺泡压力-胸膜压力）和跨胸腔压（对胸和腹评估，=胸膜压力-大气压力）相关，这在肥胖与非肥胖者的患者不同。与非肥胖患者相比，肥胖患者因为跨胸腔压力的原因使得部分压力相对更高（胸膜腔压升高，可通过食道压力测算）。造成呼吸机相关肺损伤（VILI）的关键因素是高跨肺压力导致的局部肺过度膨胀（图1）。这些病变可以通过计算平台压来评估，后者指胸壁和肺扩张所需的压力。如前所述，肥胖患者的胸壁非常僵硬，使得基线水平的胸膜腔压力升高，呼吸机施加的大部分压力将用于扩张胸壁而不是肺。平台压升高可能与跨胸腔压升高有关，而不是跨肺压的升高，后者往往伴随着肺泡的过度膨胀。我们设想，在肺通气面积有限且胸壁僵硬的ARDS肥胖患者中，驱动压不能代表实际作用于肺的压力，也可能与病死率不相关。我们观察到，非肥胖患者第0天的驱动压在90天存活者(11.9±4.2 cmH2O)中明显低于非存活者(15.2±5.2 cmH2O, p < 0.001)。然而，肥胖患者第0天的驱动压在90天存活者中(13.7±4.5 cmH2O)与非存活者(13.2±5.1 cmH2O, p = 0.41)相比没有显著差异。这些结果在多变量分析中得到证实，表明驱动压不是肥胖患者病死率的独立危险因素。最近的研究结果表明，驱动压不适合用来评估肥胖ARDS患者的病情严重程度或预后。
为了区分胸壁压力和肺压力，在患者中应用经食道压力评估跨肺压力可能是合适的。最近的一项研究探索了呼吸系统与跨肺驱动压（气道平台－PEEP与吸气相食道压力－呼气相食道压力之间的差异）、肺力学和28天病死率之间的关系。结果表明，通过食道压力计测定滴定PEEP以获得跨肺正压可以提高弹性力和驱动压。24h内下降的呼吸系统和跨肺驱动压的治疗策略可以改善28天病死率。采用食道压力监测，上述策略可以应用于肥胖患者。Eichler等显示，在腹腔镜减肥手术中，患者术前需要较高的PEEP水平，以便在整个呼吸周期内维持正的跨肺压。在重症监护室，Fumagalli等人旨在研究肥胖患者出现急性呼吸衰竭时跨肺压、肺力学和肺形态之间的关系。他们发现，肥胖患者跨肺压为低值或负值时，能预测肺萎陷和潮气式的肺复张/去复张。对一些研究者来说，这些结果进一步支持使用食道压力测定跨肺压来监测ARDS肥胖患者。
神经肌肉阻滞剂
神经肌肉阻滞剂可用于肥胖患者。当使用神经肌肉阻滞剂时，由于镇静药物在脂肪中的迅速在分布，必须特别注意全麻期间的觉醒意识。双谱指数（BIS）监测有助于预防全麻期间的意外觉醒，尽管其在这方面的疗效仍存在争议。
俯卧位 俯卧位可以使背侧组织比腹侧组织更多地被复张，肺膨胀沿背侧中轴分布更均匀，不匹配的通气灌注比值减少。在非肥胖人群中，Gurin等报道严重ARDS患者早期应用长时间俯卧位治疗可显著降低28天和90天病死率。如前所述，肥胖患者更容易出现功能残气量下降的肺不张，可能更容易对俯卧位治疗产生效应。有研究对特定的肥胖患者（BMI>35 kg/m2）俯卧位治疗的安全性和有效性进行了分析。主要结局是评估俯卧位并发症的发生率，次要结局是评估对气体交换、医院感染率和死亡率的影响。66名接受评估的患者中，20名患者至少发生过一次并发症，肥胖和非肥胖患者的发生率相似（10/33 vs.10/33，p=1.00）。两组患者俯卧位PaO2/FiO2比值较仰卧位明显增加（p<0.0001）。肥胖患者俯卧位时PaO2/FiO2比值明显高于非肥胖患者（p=0.03），而仰卧位时的PaO2/FiO2比值无统计学意义。这是一项由训练有素的团队进行的单中心研究。需要特别小心避免腹部压力增加和相关并发症，如肾衰竭和缺氧性肝炎，这些可能由俯卧位触发。可采用头低脚高位的Trendelenburg和最佳腹部脂肪摆位来避免这些不良反应，如图2所示。
体外膜肺 静脉-静脉体外氧合膜（VV-ECMO）已作为ARDS常规治疗无效时的另一种选择。除了置管困难外，在病理性肥胖患者中获得足够的回路流量也是一项挑战。许多中心为肥胖人群提供ECMO支持时存在明显的犹豫。然而，在最近一项研究显示，肥胖的ECMO患者中，III级肥胖与不良结局无关。接受ECMO治疗的55例ARDS患者中，12例为病理性肥胖（BMI>40 kg/m2）。两组间ECMO前机械通气支持和疾病严重程度指数相似，插管策略和ECMO时间也相似。9例（75%）病理性肥胖患者和27例（63%）非病理性肥胖患者成功脱离ECMO支持，患者出院存活率分别为67%和58%。在超级肥胖患者亚组（BMI>50 kg/m2，n=6），恢复率和中期生存率为100%。病理性肥胖患者的ECMO转运也是安全的。在最近的EOLIA研究中，含肥胖患者（仅排除BMI>45 kg/m2的患者）的重度ARDS患者中，ECMO组60天病死率并不显著低于采用传统机械通气患者（包括ECMO作为抢救治疗）的60天病死率。不过，对照组28%的患者因难治性低氧血症而转向ECMO治疗。除了这些数据，其他研究者也报道， ARDS患者的ECMO治疗不应该在肥胖人群中被克制。
体外二氧化碳清除（ECCO2R） 对非肥胖和肥胖ARDS患者应用ECCO2R尚在研究中。最近一项对20例轻中度ARDS患者进行的试点研究显示，患者平均BMI为30±7 kg/m2，低流量ECCO2R装置可实现极低潮气量通气，并适度增加PaCO2。ECCO2R在肥胖人群中的应用很有前景，为避免闭合性肺泡和肺不张，使用高PEEP和极低潮气量通气可以进一步避免肺泡损伤。
研究议程肥胖往往是ARDS大部分随机对照试验的排除标准，因此需要对ARDS的肥胖患者进行特殊的临床结局研究。评估机械通气设置（最佳通气模式、潮气量、PEEP值、肺复张类型和方式）效果的大部分随机对照试验的结果不能推广至肥胖患者。需要进一步的随机对照试验来评价这部分人群ARDS不同治疗策略带来的不同临床结局的效应。类似的研究也应该在入院时无ARDS的肥胖患者中进行，以防止进展为ARDS。最新的生理学研究表明，应在ARDS的肥胖患者中评估个体化方法。
结论肥胖患者ARDS的风险增加。肺不张的形成、基础耗氧量增加和医源性的呼吸机管理可以解释肥胖患者的高ARDS发病率。与非肥胖患者相比，肥胖患者的肺容积没有增加，应根据理想体重而不是实际体重采用保护性肺通气策略。肥胖患者的跨胸腔压高于非肥胖患者，因此驱动压可能不适合评估ARDS的严重程度，也不适合用于指导肥胖患者的通气管理。在病理性肥胖患者中，采用食道压力评估实际的跨肺压和设定最佳的PEEP水平似乎特别有意义。为抵消重力依赖区肺不张，由经过训练的团队实施的俯卧位可用于治疗肥胖患者的ARDS。考虑到肥胖患者的病理生理，个体化治疗仍然是获得最好临床结局的最佳选择。
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高碳酸-低氧性呼吸衰竭（一）
高碳酸-低氧性呼吸衰竭
高碳酸-低氧性呼吸衰竭（HHRF）为一种威胁生命的严重病理状况，伴有CO22的大量滞留，故也称为通气衰竭。
根据方程式：PaCO22=K（VCO22，/VA），PaCO2与肺泡通气（VA）成反比关系，而PaCO2，与单位时间内二氧化碳产量成正比。引起二氧化碳产生增加的原因有：体温升高、感染、败血症、癫痫等引起的肌肉抽搐，以及不适当大量补充高一氧化碳负荷的营养物质（如葡萄糖）。相反，昏迷等致肌肉活动减低，物理降 及人工冬眠后二氧化碳产生减少。
肺泡通气量为每分通气量与每分无效腔通气量之差，因而每分通气量减少或生理无效腔增大，均可发生高碳酸血症。
二氧化碳产量（VCO2）稳定状况下，每分钟生成的C02通常由患者的代谢所决定的。因而，PaCO2水平的增加，通常是由肺泡通气的降低或低通气所致。CO2排出障碍，其机制随病情的不同而变化。在COPD或哮喘中，常常有严重的气流障碍（阻塞）、通气中枢改变（镇静药过量）或神经肌肉疾患。
HHRF通常由PaCO2的水平来定义，然而找到一个绝对正确的数值来表示呼吸衰竭是相当困难的，因为这不仅取决于患者病情恶化的原因，而且与患者原发疾病有关。
在COPD中，PaCO2>55mmHg，如原先PaCO2正常，即可考虑呼吸衰竭。但是在急性哮喘、药物过量或神经肌肉疾病患者，PaCO2>45mmHg就相当重要。对于已知有慢性高碳酸血症的患者，尚没有一个确切的PaCO2来提示病情的恶化。
由于肾脏的代偿和剩余碱过量，动脉血pH总不能实际反应PaCO2的上升。25%的急性呼吸衰竭患者在住院时，由于VA的短暂增加，pH可得到代偿。在低通气期间，PaCO2和PaO2的水平几乎以相等数量互换位置，而肺泡-动脉氧分压差并无明显增加。
例如，正常情况下：PaCO2（40mmHg） Pa02（90mmHg）= 130。如果PaCO2的改变数量不等于PaO2的变化数量，除了单纯的低通气外，可能还有其他的低氧血症的原因。继发于COPD和哮喘所致的HHRF，其低氧血症的主要机制为通气障碍的肺区灌注或通气-血流（V/Q失衡），PaCO2（60mmHg） Pa02（40mmHg）= 100，通过吸入100%的纯氧，可以发现较低的V/Q比值。
一、高碳酸-低氧性呼吸衰竭的病因和分类
（一）高碳酸-低氧性呼吸衰竭的病因 通常，临床上可将PaCO2升高所致的高碳酸血症原因归纳为以下几种：
①通气驱动力下降所致的急性通气衰竭；
②神经肌肉疾患和呼吸肌疲劳等产生的通气频率减慢、幅度缩小，而致每分通气量绝对不足；
③限制性肺疾患所致的急性通气衰竭；
④阻塞性通气障碍时，无效腔通气量增加，但因气道阻力增加，呼吸功增大，呼吸肌疲劳，每分通气量得不到足够的代偿性增加，而发生每分通气量相对不足；
⑤血管疾患造成的急性通气衰端；
⑥各种原因所致二氧化碳产量增大，而肺泡通气量不能得到相应提高，在呼吸衰竭经机械通气治疗好转，脱离通气机之初，如补充大量高二氧化碳负荷的营养物质，使二氧化碳产量增高，因此时患者通气功能增加有限，往往可发生高二氧化碳血症，又需要机械通气。
（二）高碳酸-低氧性呼吸衰竭的分类
1、通气驱动降低所致的通气衰竭
（1）药物所致 药物引起的通气驱动的降低相当常见，阿片是最强有力的通气驱动抑制剂，既能抑制缺氧所致的呼吸驱动，又能抑制高碳酸血症所致的呼吸驱动；但其他药物，如各种镇静药物、催眠药和抗焦虑药，只要服用剂量足够大，均可发生通气驱动的抑制。当药物从体内得以清除，患者可以逐渐恢复自主呼吸。
（2）疾病所致 肥胖低通气综合征，其特点为对低氧血症和高碳酸血症反应迟钝，某些情况下，患者首先出现的临床症状是急性通气衰竭，常常合并有严重的高碳酸血症和呼吸性酸中毒。患者典型的临床表现：体重增加、显著的水钠潴留和肺心病的临床特征。由于胸壁顺应性降低、心脏肥大和大量胸腔积液等因素，患者呼吸功的增加，可进一步加重低氧血症，这些也与呼吸肌群疲劳有关。
黏液性水肿、因性腺功能减退而应用外源性睾丸激素治疗的患者，由于通气功能低下，同样也可以出现低氧和（或）高碳酸血症。急性卒中是引起急性通气衰竭的另一个通气驱动性疾病。
高碳酸-低氧性呼吸衰竭（通气衰竭）的病因
通气衰端的类型
或部位 机制或外类 临床举例
通气驱动 药物 药物过量（阿片、镇静剂、酒精），常规麻醉
先天性 原发性肺泡低通气综合征
获得性 脑血管意外，新生物，到动脉体切除
肥胖低通气综合征
神经传递至呼吸 颈脊髓束损伤 创伤，肿瘤，血管疾患
肌群 原因不明的周围神经病变 吉兰-巴雷综合征
前角细胞疾病 急性骨髓灰质炎，肌萎缩性侧索硬化
横膈神经损伤 创伤，心脏手术
.新生物，非特异性
呼吸肌群 药物 神经肌肉阻断剂
原发性肌肉疾患 肌肉萎缩，多发性肌炎，皮肌炎
神经肌肉结合部疾患 重症肌无力，肉毒中毒，破伤风
电解质和代谢混乱 低碳酸血症，低钾血症，低镁血症，黏液性水肿
胸壁 胸壁活动度降低 脊柱后侧凸，创伤性窒息，严重肥胖
胸膜疾病 肺脏活动受限 气胸，胸腔积液，胸膜增厚
气道阻塞 上呼吸道阻塞 会厌炎，异物，肿瘤，声带麻痹，气管软化
下呼吸道阻塞 COPD，重症哮喘
无效腔通气增加 V/Q显著增加 COPD
V/Q层著降低：有向左分流 重症ARDS
肺部广泛地灌注 低血容量或心源性休克，心肺复苏，肺部过度
肺部局部低灌注 肺血栓栓塞，静脉空气栓塞
CO2生成增加 炎症；高代谢 发热，脓毒血症，烧伤，严重创伤
肌肉活动 颤抖，手足抽搐，频繁发作，恶性高热
高热量摄入 大量摄入高热量食物（尤其是碳水化合物）
外源性CO2摄入 PCO2吸入增加 实验室或工业事故，治疗性应用
（3） 原发性肺泡低通气（primary alveolar hypoventilation，PAH）所致 PAH为一种原因不明的低通气疾病，其特征为慢性高碳酸血症和低氧血症，诊断原发性肺泡低通气时，需除外各种神经系疾病，呼吸肌衰竭或通气功能障碍所致的低通气。
该疾病的发生可能与代谢性呼吸控制系统衰竭有关，使之产生中枢性呼吸驱动作用下降。大多数患者中，在睡眠时低通气更为加重，常有呼吸暂停的表现。因为PAH患者的自主呼吸控制系统是完整的，PAH患者能应用过度通气来降低PaCO2，至正常水平。
PAH是一种代谢性呼吸控制系统的病变，往往与化学感受器功能障碍或脑干神经元的功能不全有关，而并不是呼吸肌或通气功能障碍所引起的疾病。
2、神经肌肉损伤所致的急性通气衰端
（1）颈脊髓束损伤 颈脊髓束上部损伤可以损伤脑干呼吸中枢的呼吸信息传递到膈肌和其他呼吸肌群。因为供应膈肌的膈神经根起源于C3到C5的脊髓段，在这一水平造成的急性损伤患者，通常需要机械通气治疗。
在C1~C2脊髓水平造成的损伤，患者需要终身机械通气治疗；而在C3~C4水平造成的损伤，患者最终可能部分依赖呼吸机。
C4以下水平的损伤，患者可能不需要机械通气，除非患者还有其他并发症，例如胸内创伤或者精神状态的损伤。
脊髓束损伤的病理效应，在初期有肺容积的丧失，患者不能深呼吸（易产生肺不张），不敢咳嗽（易发生肺炎和其他并发症）和损害低氧性血管收缩，如果伴有肺不张或发生肺炎，易出现严重的和常常为难治性低氧血症。
尽管患者的短期内病程与脊髓损伤的部位相关，但是，回顾性研究发现脊髓损伤的患者，如果和脊髓损伤的水平相比较，其死亡率和住ICU的时间与发生肺炎以及其他呼吸系统并发症更为相关。
（2） 影响膈神经的损伤或疾病 膈神经损伤可以导致膈肌麻痹，其原因大都为膈神经损伤，通常发生在单侧膈神经，往往与心脏手术有关。
临床表现差异很大，轻者仅仅在放射学检查时被发现有异常，而无临床症状；重症患者则需要长期机械通气治疗。
双侧膈肌麻痹是急性通气衰竭的罕见原因，某些患者可能既无创伤也无手术治疗的病史，轻者仅检查时被发现有异常，而无临床症状；重症患者则需要长期机械通气治疗。
双侧膈肌麻痹是急性通气衰竭的罕见原因，某些患者可能既无创伤也无手术治疗的病史也不能发现系统性疾病或者某些特异的病因。神经肌肉疾病的最初表现可能为通气肌群无力，例如重症肌无力和肌萎缩性（脊髓）侧索硬化。
（3） 神经肌肉疾病 急性麻痹和神经肌肉通气衰竭最常见的原因是急性炎症性脱髓鞘性多发性神经病（吉兰-巴雷综合征），患有此综合征的患者，约1/3可发生急性通气衰竭。
血浆交换免疫球蛋白治疗能改善患者的预后，但仍然有3%-8%的患者死亡，存活的患者中5%~10%可能仍然合并有严重的残疾。重症肌无力所致的急性通气衰竭相对而言较为少见。
肌萎缩性（脊髓）侧索硬化和其他运动神经元疾病可以出现进行性的球麻痹和通气肌群无力，其临床表现和进展情况各有异同。典型肌萎缩性（脊髓）侧索硬化病例在确诊之初，即可有通气肌群的无力。
然而，呼吸困难或急性通气衰竭也可能是运动神经元疾病的最初临床表现。此外，肉毒杆菌中毒仍然是急性通气衰竭的重要原因。皮肌炎也可造成呼吸肌群的无力，如病情严重同样会伴发急性通气衰竭。
（4） 重症患者伴有神经肌肉无力 重症患者伴有神经肌肉功能不全常常是难以撤离呼吸机的重要原因。以下几种情况常见：
①长期使用神经肌肉阻断剂：机械通气患者中有时在应用镇静剂的同时，还应用神经肌肉阻断剂以降低氧耗量，如果患者有肝功能不全，尤其存在肾功能不全，则大部分神经肌肉阻断剂排出会变慢，这种清除延缓的后果常常可以造成长期的肌无力；
②危重症疾病合并多发性神经病变和肌病：住人ICU的患者常常合并全身性炎症反应综合征（SIRS），如果进行神经生理检查可以发现患有危重症疾病合并多发性神经病变和肌病，临床上患者表现为严重的神经肌肉无力，并长期依赖呼吸机治疗，这种情况在没有控制的高血糖症患者中更易发生，神经传导试验或肌电图检查可以明确这一疾患；
③急性四肢瘫痪性肌病：发生急性肌病后，患者患者表现为严重的衰弱，需要长期机械通气治疗，这种情况见于重症哮喘患者在使用皮质激素治疗的同时，也应用神经肌肉阻断剂，通常患者应用较大剂量的皮质激素，但是也可见于没有使用皮质激素和神经肌肉阻断剂的患者，这些患者的近端和远端肌群均可受到影响，包括膈肌，肌电图或肌活检可协助诊断；
④呼吸机诱发膈肌功能不全：机械通气本身可以诱发膈肌功能不全，动物实验表明：3-10日的控制机械通气，如果无自主呼吸则膈肌的收缩能力会发生时间相关性降低。
3、限制性通气功能障碍所致的急性通气衰竭
（1）胸壁和胸膜疾病 严重的脊柱后侧凸所致的肺部受限和通气肌群功能不全，常常可导致进行性呼吸功能障碍，可以表现为急性或慢性通气功能障碍急性发作。
脊柱后侧凸的患者合并急性呼吸衰竭时，其肺和胸壁的功能均有功能不全的表现。胸腔积液或气胸也可能参与急性呼吸衰竭的发作，但患者往往存在限制性或阻塞性通气功能障碍。
肥胖低通气综合征伴有失代偿性冠心病是慢性呼吸衰竭急性发作的另一种类型，常常表现为限制性通气功能障碍。
（2）肺实质疾病 特发性肺间质纤维化（IPF）和其他肺实质限制性疾病往往伴有高通气，而不是低通气。但是，在这些疾病的晚期阶段可并发急性通气衰竭，可以为原发疾病过程的临床表现，或者是合并肺炎，也可能是外科手术及患有其他伴随疾病的缘故。晚期IPF患者可以出现严重的肺部僵硬和阻力增加的表现，伴有急性通气衰竭和低氧血症，往往需要机械通气治疗。这些晚期肺间质疾病患者，如果出现通气衰竭，则预后相当差。