众所周知，呼吸机使用得当有助于改善通气，纠正缺氧和二氧化碳潴留，是临床上用于抢救和治疗各种原因引起呼吸衰竭的重要工具。氧气和二氧化碳均是重要的血液气体，与机体酸碱平衡密切相关。因此，呼吸机在改善肺通气的同时，亦对机体酸碱平衡产生影响，其发生机制与多种因素相关，如基础疾病及呼吸机参数的调节等。了解机械通气对酸碱平衡的影响及其机制有助于更好地解读血气结果的变化并采取相应的处理策略。
一、呼吸在酸碱平衡中的重要调节作用
    机体内酸碱物质主要由3大营养物质代谢产生，其中以酸性物质的产量占多数。机体代谢所产生的酸性物质包括挥发性酸和固定酸，前者产量丰富，主要物质是co2，通过肺脏进行调节；后者则包括糖酵解、蛋白质代谢、糖氧化、脂肪代谢所产生的酸性物质，它们不能变成气体由肺呼出，仅通过肾脏排泄。机体对酸碱的调节主要依靠血液缓冲系统、肺、肾及组织细胞内液的调节。血液缓冲系统反应迅速，但作用不持久；肺调节通过改变肺泡通气量控制co2的排出量来维持，通常在30min达最高峰；肾脏通过分泌H+、重吸收Hco3-、排NH4+调节，作用较慢，需数小时后起作用，3～5d达高峰；组织细胞内液的离子交换调节作用较强，3～4h起效，但非常有限。
二、呼吸机相关酸碱失衡的机制与对策
(一)呼吸性酸中毒
1．发生机制：呼吸机治疗的目的之一是维持适当的通气量，使肺泡通气量满足机体的需要。任何可引起肺通气量减少的因素均可导致CO2潴留，使PaCO2升高，引起呼吸性酸中毒。
2．影响因素：
(1)气道阻塞：机械通气期间，由于气道开放，导致气道水分丢失严重，气道分泌物干燥，痰栓形成，引起小气道甚至大气道阻塞，造成通气障碍，也可造成CO2潴留，引起呼吸性酸中毒。呼吸机管路滤器也是影响CO2排出的一个因素。如呼出气管道滤器被湿润的呼出气打湿，则影响呼出气的顺利排出，不仅会导致气道峰压升高，也会导致CO2潴留。
(2)存在限制性通气障碍：当存在限制性通气障碍时，如肺间质纤维化、胸外伤胸廓活动受限等，由于此时肺或胸壁的顺应性减低，潮气量减少可导致分钟通气量(VE)下降，引起co2潴留。(3)不恰当的呼吸机应用：呼吸机在容量切换模式时，VE是通过潮气量(VT)和每分呼吸频率(f)来设置的，VE是由VT和f的乘积所得(VE=VT×f)。在定压型模式时，气道压力决定潮气量的大小。在完全控制通气时，潮气量或气道压力不足(呼吸频率恒定时)可引起VE减少，导致co2不能及时排出体外；当呼吸频率设置不当，如吸气时间过长、呼气时间过短、吸呼时间比不当(反比通气)时，亦影响co2的排出。
    临床上应用呼气末正压(PEEP)也是引起PaCO2升高的原因之一，PEEP的主要目的是增加肺容积、提高平均气道压力、改善氧合，但PEEP能增加功能残气量，过高的PEEP亦可引起CO2潴留，PaCO2升高。(4)允许性高碳酸血症：在某些情况下，如ARDS，则由于应用呼吸机小潮气量通气策略，不可避免引起CO2潴留，PaCO2升高。
3．对机体的影响：CO2潴留可引起脑血管舒张，脑血流量增加，因此呼吸性酸中毒时，可引起患者出现持续性头痛，并以夜间和早上明显。严重者可影响中枢神经系统，引起精神错乱、嗜睡、甚至昏迷，即肺性脑病。另一方面，呼吸性酸中毒亦可引起机体电解质代谢紊乱，如慢性呼吸性酸中毒时，co2潴留发展缓慢，为不使pH值明显降低，肾脏减少Hco3-排出，当HCO3-增加时Cl-可相应降低，产生低氯血症。此时如果迅速纠正酸中毒，将出现更为严重的电解质紊乱，导致心律失常、肢体抽动等脏器活动异常。
4．处理策略：
(1)应用呼吸机前，根据患者体重、基础状况、初始血气分析结果评估患者上机后所需的合适VT和VE。容量控制模式时，可初始设定VT为8～12mL／kg，如可能存在ARDS，则应用小潮气量通气(6～8mL／kg)以避免加重肺损伤。压力控制模式时，气道压根据气道阻力和肺顺应性而定。
要获得合适的VT，上机后根据实测VT调整气道压，但要注意监测气道峰压，以防气压伤发生。设置合适的呼吸频率(12～1 6次min)、吸呼比(1：2～3以上)也是防止co2潴留的一个重要措施。如患者呼吸频率过快，则容易导致吸气及呼气时间均不足，必要时可应用镇静药物以打断患者本身的呼吸节律。上机后30-60min，有必要复查血气以适时调整呼吸机参数。
如果PaC02进行性升高，在排除气道堵塞等因素后，可通过增加VE，如增加潮气量(容量控制)或气道压(压力控制)或延长呼气时间。控制过高的外源性PEEP，在能维持合适的氧合下，可逐渐下调外源性PEEP。对于ARDS，可采用允许性高碳酸性血症，但建议PaC02≤65～75 mmHg(1 mm Hg=O．133kPa)，pH值≥7•3。
    对于慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺)慢性呼吸衰竭患者，机械通气期间需注意维持适当的高碳酸血症，避免PaCO2下降过快，PaCO2，可略高于本次发病前的水平，同时补充电解质。(2)加强气道的护理，保持气道通畅。应用湿化器可有效补充气道水分，减少痰栓。同时也要及时清理呼吸道痰液。每日检查呼吸滤器，定期更换。
(二)呼吸性碱中毒
1．发生机制：任何因素引起VE增大，可导致CO2排出增加，PaCO2下降，血pH值降低，引起呼吸性碱中毒。
2．影响因素：
(1)不恰当的呼吸机应用：在完全控制通气时，潮气量过大或吸气压力过高，可引起VE增加，CO2呼出增多；在容量控制模式通气时，如设置吸气时间过短、呼气时间过长，可导致CO2排出增加，引起PaCO2下降。此外，某些疾病(如新生儿肺透明膜病)在应用呼吸机的初期，为防止肺泡萎陷，改善氧合，会给予较高的压力，然而随着病程进展，肺内病变恢复，肺顺应性增大，通气改善，而呼吸机未能及时调整，则可导致通气过度，引起呼吸性碱中毒。
(2)患者因素：人机不协调或患者呼吸驱动显著增强也是导致患者实际通气量增加并呼吸性碱中毒的常见原因。人机不协调除发生在呼吸机选择、通气模式和参数的选择与调节不当时，也可发生在清醒患者不耐受插管、心理紧张时。呼吸驱动增强可见于ARDS、肺水肿、中枢神经系统疾病(如脑血管障碍、脑外伤等)等，患者表现为呼吸频率增快，通气量增大，而此时机械通气不能抑制患者的呼吸。
3．对机体的影响：呼吸性碱中毒时可引起电解质紊乱，如低钾、低钙血症，可出现肢体乏力、四肢及口周感觉异常，甚至是意识障碍、抽搐。另外，低碳酸血症可引起脑血管收
缩，脑血流量减少致神经系统功能障碍。然而，在脑血管意外出现脑水肿时，适度的呼吸性碱中毒可由于脑血流量的减少而有利于减轻脑水肿。
4．处理策略：对于因人机对抗所导致的呼吸频率增快、通气量增加者，可短期内适当使用镇静药物，必要时可增加镇静药物的用量打断患者的自主呼吸。对于不存在人机对抗或已处于镇静状态的患者，可通过减少VE的方法：如在压力控制模式通气时，可减少吸气压；在容量控制通气时，则减少潮气量；或通过适当缩短呼气时间以减少CO2的排出，但吸呼时间比宜维持在1：1.5～2。此外，还可适当加用PEEP，但要注意其对血流动力学的影响或肺泡峰压过高。
(三)代谢性碱中毒
1．发生机制：在呼吸机通气期间，任何因素引起原发性HCO3-增多，导致pH值升高，可出现代谢性碱中毒。
2．影响因素：
(1)正压通气：在呼吸机通气时，由于是正压通气，因此吸气时胸腔内压增加，静脉回流减少，右心室输出量降低，从而左心室的前负荷降低，可引起心输出量减少、血压降低、肾血流灌注下降(尤其加用PEEP时更为明显)，并进而影响交感神经活动，使血中抗利尿激素、肾素和醛固酮水平升高。醛固酮可通过刺激肾集合管泌氢细胞的H+-ATP酶泵促进H+排泌，或通过保Na+排K+促进H+排泌，造成低钾性碱中毒。
(2) 应用PEEP：外源性PEEP使静脉血回流减少和心输出量降低的效应更为明显。这是由于PEEP使胸内压增加，静脉回流的阻力也增加，回心血量下降，右心室前负荷降低；另一方面，PEEP使肺容量增加，膨胀的肺组织压迫毛细血管前动脉，导致肺血管阻力增加，使右心室后负荷随之增加；右心前负荷和后负荷的变化可引起左心室舒张末容量和左心室舒张终末压降低，心输出量减少。
(3)基础疾病：慢阻肺患者由于存在慢性CO2潴留而多表现为慢性呼吸性酸中毒，此时机体能通过肾脏代偿调节：即PaCO2浓度升高，可增强肾小管上皮细胞内碳酸酐酶和线粒体中谷氨酰胺酶活性，促使小管上皮细胞排泌H+和NH4+，HCO3-重吸收亦增加。然而机械通气后，由于潮气量或VE增加，使原有的PaCO2在短期内迅速下降，而肾脏代偿性排出HCO3-；的功能不能在短时间内迅速发生，导致HCO3-相对增加，导致代谢性碱中毒。
研究结果显示，无论是无创机械通气还是有创机械通气，均会导致部分患者出现代谢性碱中毒。但有创通气出现代谢性碱中毒的时间会早于无创通气，无创通气者大多在通气3h后出现代谢性碱中毒，而有创通气者多在通气2h后即出现了代谢性碱中毒。
3．对机体的影响：代谢性碱中毒主要的代偿是依靠肺和肾的调节。然而，在完全呼吸支持时肺的自身调节难以实施，即使在不完全呼吸支持时能通过变浅变慢的呼吸代偿反应使PaCO2升高以维持HCO3-／H2C03的比值接近正常，但这种代偿也是有限度的，因为当PaCO2上升达到60mmHg时即可刺激呼吸中枢，引起呼吸加深加快。肾脏则需3～5d才能发挥调节作用。由于细胞膜的半透膜作用和细胞内缺乏对碱性物质的代谢能力，细胞内pH值在较长时间内维持较高水平。脑组织由于存在血脑屏障和血脑脊液屏障，通透性更差，碱中毒的缓解缓慢，将严重抑制脑细胞代谢，抑制呼吸中枢。代谢性碱中毒还可引起血浆中游离钙降低、低钾血症，出现面部和肢体及肌肉抽动、抽搐、惊厥或肢体乏力、严重心律失常。除此之外，代谢性碱中毒的存在也会造成患者脱机困难。
4．处理策略：对于出现与呼吸机相关低血压患者，如无禁忌，可适当应用小剂量血管活性药物或适当补充晶体扩充细胞外液，补充Cl-能促进过多的HC03-经肾排出；还可以给予碳酸酐酶抑制剂乙酰唑胺以抑制肾小管上皮细胞内的碳酸酐酶活性，使肾排泌H+和重吸收HC03-减少；也可给予精氨酸纠正碱中毒。对于已存在高碳酸血症的慢性病患者，其机械通气的目标PaCO2应适当参考患者缓解期水平，同时PaCO2下降的速度不宜过快；一旦PaCO2下降过快、过多，发现严重碱中毒，必须迅速将通气量降低1／3～1／2，以降低呼吸频率为主。
(四)代谢性酸中毒
1．发生机制：在呼吸机通气期间，任何因素引起原发性HCO3-减少，pH值降低，可出现代谢性酸中毒。
2．影响因素：正压通气后未及时纠正的低血压，如正压通气后出现的低血压未被及时发现和处理，可引起组织有效灌注不足；而早期出现的碱中毒可使氧离解曲线左移，影响血红蛋白释放氧。以上因素可造成组织缺氧和糖酵解增强，乳酸生成增多。虽然乳酸能提供H+与细胞外HCO3-结合形成H2CO3，但如组织缺氧严重，则乳酸大量急剧增加亦可同时导致乳酸性酸中毒发生。另外，正压通气时肾血流量、肾小球滤过率和尿量可减少，尤其加用PEEP时更为明显。这与心输出量减少、肾交感神经活动增强有关，最终使得H+排出减少。
3．对机体的影响：严重代谢性酸中毒可引起致死性心律失常、心肌收缩力降低，以及血管对儿茶酚胺的反应性降低；也可引起中枢神经系统的代谢障碍，出现意识障碍、昏迷，甚至呼吸中枢和血管运动中枢麻痹而死亡。
4．处理策略：在呼吸机通气治疗期间，注意监测生命体征变化，如果低血压持续，可适当应用小剂量血管活性药物或适当补充晶体、胶体液扩充细胞外液，避免过高的外源性PEEP，以保持有效的组织灌注。
(五)混合性酸碱失衡
鉴于呼吸机相关的酸碱失衡涉及多种机制，因此在临床中可能存在混合性酸碱失衡。如果通气模式允许患者有自主呼吸(如自主呼吸模式、同步间歇指令通气模式等)，则机体可通过肺调节体内出现的代谢性酸碱失衡。
(1)若PaC02>50 mmHg，除可能是呼吸性酸中毒以外，亦可能是由于代谢性碱中毒时的PaCO2代偿性增高(一般不超过55 mmHg，因PaCO2的增加可使呼吸中枢兴奋性增高，CO2排出增多，因而使PaCO2的增加有一定的限度)。
（2)若PaCO2<35mmHg，除可能是由于原发性PaCO2下降的呼吸性碱中毒以外，亦可能是由于代谢性酸中毒时的代偿性降低，代谢性酸中毒时PaCO2的代偿极限值为10 mmHg。因此，要结合血气分析结果分析可能存在的混合性酸碱失衡，并进行相应处理。
三、小结
    呼吸机相关性酸碱平衡与呼吸机参数的设置以及气道的管理等因素有关，因此在上机后应密切监测血气及各项呼吸监测参数，加强气道和呼吸机管路的管理，及时发现酸碱失衡并给予相应的处理，才能使呼吸机成为真正有利于患者的治疗工具。

来源：中华结核和呼吸杂志
作者：曾勉