呼吸性酸中毒
病例 1：一名 32 岁女性，患有 1 型糖尿病，表现为嗜睡。入院前五天，她出现急性腹泻和呕吐，并伴有多尿和烦渴。入院体检时值得注意的是血压为 110/70 mmHg（仰卧位）和 90/60 mmHg（坐位）。呼吸频率为每分钟 24 次呼吸。除了觉醒能力下降外，其余检查均无异常。她在急诊室的前 4 小时内接受了 3 L 生理盐水和静脉注射胰岛素。入院时及12小时后的实验室数据如下：
问题 2：以下哪项最能解释酸血症恶化？
(a) 给与生理盐水溶液引起的稀释性酸中毒
(b) 呼吸肌麻痹导致通气量减少
(c) 乳酸性酸中毒
呼吸性酸中毒是由体液二氧化碳张力初次增加引发的酸碱紊乱。该疾病应与继发性高碳酸血症相鉴别，继发性高碳酸血症是原发性代谢性碱中毒的补偿。血气分析中 PaCO2 水平 >45 mm Hg 表明原发性高碳酸血症。然而，如果 VA 不能有效抵消原发性代谢性酸中毒，低 PaCO2 水平（<45 mm Hg）仍然可能表明呼吸性酸中毒。类似的情况也可能发生在心输出量急剧和严重减少的情况下。肺灌注减少与相对保留的肺通气相结合，可能会引起动脉高碳酸血症甚至低碳酸血症，同时体液中二氧化碳的净滞留反映为静脉高碳酸血症。
病例1的患者出现继发于糖尿病酮症酸中毒的阴离子间隙增加的代谢性酸中毒。入院时PaCO2为10 mm Hg，低于预期代偿值17 mm Hg，表明存在呼吸性碱中毒的额外成分。施用胰岛素诱导的 K+ 细胞移动和代谢性酸中毒的改善揭示了体内 K+ 总量的严重减少，这是导致 12 小时呼吸肌麻痹和急性呼吸性酸中毒发生的原因，因此选择 (b) 为正确答案。尿液中 HCO3 − 的间接损失以及生理盐水溶液中含有的 Cl− 会导致高氯性酸中毒的发生；然而，12 小时血浆 HCO3− 浓度的改善使得选择 (a) 和 (c) 不正确。
高碳酸血症的机制
对急性或慢性呼吸性酸中毒患者的治疗应重点关注是否存在以下一种或多种病理过程：二氧化碳产生增加、肺毛细血管气体交换紊乱、胸壁和呼吸肌功能异常以及神经系统疾病。影响延髓呼吸中枢的疾病（框 1）。在本节中，我们将讨论引起这些疾病的潜在机制。
二氧化碳产生增加
生理和病理生理条件可导致二氧化碳产生增加。这些情况包括发热、颤抖、体力活动增加、甲状腺功能亢进和癫痫状态延长。然而，在这些情况下很少出现高碳酸血症，因为髓质的化学敏感区域对二氧化碳水平升高引起的间质pH值变化做出反应，从而导致通气量增加。大多数患者的通气储备足以应对二氧化碳产生的任何增加，避免出现高碳酸血症。相反，当通气量固定时，如接受控制通气的患者，二氧化碳产生量的增加可导致呼吸性酸中毒。
接受机械通气的患者摄入大量碳水化合物会导致二氧化碳产生增加，尤其是在糖原供应充足的情况下。过量的葡萄糖热量会导致脂肪生成，从而显著增加呼吸商 (RQ)。该因子反映了细胞产生二氧化碳的速率相对于消耗氧气的速率，随着脂肪酸代谢量的增加而减少到 0.7，而当碳水化合物代谢占主导地位时则增加到大于 1。葡萄糖的 RQ 为 1.0，脂肪的 RQ 为 0.7，但脂肪生成或脂肪生成的 RQ 约为 8.0，这说明二氧化碳生成量相对于氧气消耗量大幅增加。正常受试者由于通气量相应增加而避免高碳酸血症。相比之下，通气状态有限的患者（例如慢性阻塞性肺病）或由于呼吸肌较弱而每分钟通气量固定的患者可能无法适当增加通气量。这些患者出现高碳酸血症会导致呼吸窘迫或急性呼吸衰竭，并使机械通气脱机更加困难。
肺毛细血管气体交换紊乱
此类疾病由于通气/灌注不匹配导致死腔通气增加而导致高碳酸血症。当肺泡保持通气但不再灌注或肺部区域的通气量相对于灌注量过多时，就会发生这种情况。在这两种情况下，VA/Q 都会增加。当每分钟通气量保持恒定时，随着死腔通气相对量的增加，就会出现高碳酸血症。
在受肺栓塞影响的肺部区域，VA/Q 的不匹配会大大增加，但在大多数情况下，患者会出现缺氧和低碳酸血症。尽管死腔通气增加，但没有出现高碳酸血症，这是由多种原因造成的。首先，在这种情况下，由于肺部刺激物和邻近毛细血管传感器的激活而刺激呼吸中枢，因此每分钟通气量增加。其次，由于肺泡 CO2 分压低导致受影响区域的支气管收缩，预计因停止灌注而导致的 VA/Q 不匹配会减弱。第三，由于全血携带的 CO2 量与 PCO2 的函数之间存在无饱和点的线性关系，因此未受影响的肺区域保持了高 CO2 消除能力。这一特性不同于全血中 O2 含量与当前 O2 分压 (PO2) 之间的 S 形关系，即血液在生理 PO2 水平上限范围内被 O2 完全饱和（图 3）。这些机制之一的失败会导致高碳酸血症。例如，呼吸中枢抑制的患者或接受机械通气模式设置为“受控”的患者将无法显著增加每分钟通气量。影响肺部非栓塞部分的肺部疾病和混合静脉 PCO2 已经增加的低心输出量状态是发生高碳酸血症的其他危险因素。
通气与血流不匹配是COPD患者发生呼吸性酸中毒的主要机制。 毛细血管的破坏、导致过度充气的气流阻塞以及肺顺应性的降低导致死腔通气增加。 在疾病的早期阶段，每分钟通气量的增加可以补偿这些病理变化，从而维持正常的二氧化碳浓度。然而，随着疾病的进展，通气量的增加不再能够补偿二氧化碳排泄效率低下的情况。VA/Q 不匹配。 当高碳酸血症变成慢性时，与二氧化碳正常的 COPD 患者相比，呼吸模式趋于浅而快。如前所述，这种低潮气量呼吸模式进一步增加了解剖死腔。 当气道阻力由于支气管痉挛或水肿、分泌物潴留或由于维持每分钟通气量增加所需的高工作量而导致肌肉疲劳而导致气道阻力急剧增加时，就会发生临床代偿失调。
慢性阻塞性肺病病情进展的患者对二氧化碳的敏感性会减弱，他们越来越依赖低氧血症来驱动通气。 由于通气的低氧驱动力被消除，高流量的补充氧气可能导致 VA 减少和高碳酸血症恶化。 在这种情况下，高碳酸血症的一个更大原因是由于 VA/Q 不匹配恶化导致死腔通气增加。 缺氧会导致肺血管收缩，将血流从通气不良的肺部区域重新引导到通气良好的区域，从而导致通气和血流之间更好的匹配，并减少生理死腔。 缺氧性肺血管收缩可通过补充氧气消除，导致死腔通气增加，这种效应在低动脉氧分压 (PaO2) 患者中最为明显。 解释高碳酸血症恶化的第三个机制是氧合后血红蛋白对二氧化碳的亲和力降低，这种现象称为霍尔丹效应。 当氧气从血红蛋白中置换出二氧化碳时，血液中溶解的二氧化碳量增加，导致 PaCO2 增加。 这种效应在 PaO2 为 20 至 60 mm Hg 之间最为明显，该范围对应于氧-血红蛋白解离曲线的陡峭部分。
呼吸肌和胸壁疾病
呼吸肌（包括胸壁的肌肉和吸气肌）的疾病，当肌肉无法充分推动空气通过传导气道时，可能会导致高碳酸血症。在这些疾病中，呼吸驱动不能充分转化为有效通气。脊髓损伤、重症肌无力、吉兰-巴利综合征、脊髓灰质炎、肌萎缩侧索硬化症和多发性硬化症等神经系统疾病是呼吸肌无力导致高碳酸血症的原因。肌肉无力是营养状况不佳或身体缺陷的潜在并发症。电解质，如严重低钾血症或低磷血症。低心输出量、贫血和氧饱和度降低导致的肌肉能量供应减少也可能起到一定的作用。
胸壁顺应性降低和呼吸肌力学受损会导致强直性脊柱炎、脊柱后凸和漏斗胸等胸壁疾病的慢性高碳酸血症。慢性阻塞性肺病患者的过度充气和肺阻力增加会增加工作量，并使吸气肌产生压力的机械优势降低。例如，膈肌变平会增加其曲率半径，从而根据拉普拉斯定律，任何程度的收缩所产生的压力都会降低。如果严重扁平化，收缩实际上可能会导致肺收缩，导致吸气时下肋骨向内移动，这种现象称为胡佛征。
抑制延髓呼吸中枢
麻醉剂、镇静剂和阿片类药物会降低呼吸动力，并可能引发高碳酸血症。呼吸驱动力下降加上胸壁和腹部顺应性改变导致肥胖低通气综合征中二氧化碳潴留。临床上重要的呼吸动力抑制也发生在脑炎、脑干疾病、体温过低和严重甲状腺功能减退症中。
呼吸性酸中毒的临床表现
急性呼吸性酸中毒表现为多种神经系统症状，其严重程度取决于高碳酸血症的程度和发展速度。低氧血症的程度也会影响临床表现，因为所有高碳酸血症患者在呼吸室内空气时都会表现出低氧血症。
高碳酸脑病是一种临床综合征，最初表现为烦躁、头痛、精神恍惚、冷漠、意识模糊、焦虑和烦躁，后来进展为扑翼样震颤、肌阵挛性抽搐、短暂性精神病、谵妄、嗜睡和昏迷。神经系统表现伴随着脑内谷氨酰胺和γ-氨基丁酸水平的升高以及谷氨酸和天冬氨酸水平的降低。脑血流量增加可引起视乳头水肿和颅内压增高的其他表现，这些表现统称为脑假瘤。高碳酸血症的心血管表现包括心肌收缩力降低、全身血管舒张以及内源性和外源性儿茶酚胺在受体水平上的作用减弱。这些影响可能会导致心血管不稳定、心律失常和死亡。
诊断
原发性呼吸性酸中毒的诊断是根据动脉血气分析中是否存在酸血症和高碳酸血症来进行的。区分急性和慢性高碳酸血症可能具有挑战性。详细的临床病史、体格检查和确定潜在病因有助于做出这种区分。急性呼吸性酸中毒通常比急性代谢性酸中毒症状更严重，因为 CO2 比 HCO3− 更快地穿过血脑屏障扩散和平衡，导致脑脊液和脑间质 pH 值更快下降。
血浆化学变化有助于诊断呼吸性酸中毒。原发性高碳酸血症通过多种机制，PCO2 每增加 10 mm Hg，血浆 HCO3− 立即增加 1 mmol/L。首先，pH 值降低导致 H+ 与白蛋白的结合增加，导致阴离子间隙减小，血浆 HCO3− 略有增加。其次，一些 H+ 进入细胞以交换 Na+ 和 K+，导致细胞外 HCO3− 小幅增加，血浆 Na+ 和 K+ 相应小幅增加。第三，CO2 立即进入红细胞，在碳酸酐酶的存在下，它转化为 H2CO3。酸解离成 H+，与血红蛋白结合，使细胞质中的 HCO3− 自由地离开细胞以交换血浆 Cl−，这一过程称为红细胞 HCO3−–Cl− 转变。这种急性适应的程度受到基线血浆 HCO3− 浓度的影响。先前存在的低碳酸氢盐血症，无论是代谢性酸中毒还是慢性呼吸性碱中毒，都会导致急性高碳酸血症后血浆 H+ 和 HCO3− 浓度比基线值更高（无论是代谢性碱中毒还是慢性呼吸性酸中毒）。
持续超过 24-48 小时的高碳酸血症会导致血浆 HCO3− 更大程度地增加，这是由于 CO2 滞留导致肾脏 H+ 分泌增加。在慢性呼吸性酸中毒中，PCO2 每增加 10 mm Hg，血浆 HCO3− 就会增加 3.5 mEq。这种反应减轻了酸血症的严重程度，但并不能完全纠正这种疾病。CO2 的慢性增加使近端肾小管细胞酸化，导致管腔 Na+/H+ 逆向转运蛋白和基底外侧 Na+-(HCO3−)3 协同转运蛋白的速率平行增加。由于 NaHCO3 的肾潴留，有效动脉血容量略有增加，导致尿液中 NaCl 的损失增加，以试图恢复正常血容量。净效应是血浆 HCO3− 增加和 Cl− 浓度降低（图 4）。血浆 HCO3− 浓度的变化超出预期的补偿水平表明存在混合性呼吸和代谢酸碱紊乱。
急慢性呼吸性酸中毒的治疗
病例 2：一名患有稳定型慢性阻塞性肺病 (COPD) 的 58 岁男性，因肺炎引发的呼吸衰竭而接受插管。他对广谱抗生素表现出反应，在住院第 10 天，他成功拔管，但仍处于昏昏欲睡状态，还不能吃饭。体格检查值得注意的是血压为108/72 mm Hg，无颈静脉怒张，无外周水肿。拔管前和拔管后 36 小时获得的实验室数据如下：
问题 3：以下哪一项是纠正此时血浆 HCO3− 升高的最合适的治疗方法？
(a) 乙酰唑胺
(b) 生理盐水溶液（0.9%氯化钠）
(c) 0.45%氯化钠
识别并及时消除根本原因是治疗急性呼吸性酸中毒的第一步。应集中精力建立和确保呼吸道通畅，以提供充足的氧合，因为低氧血症对生存构成最大风险，而不是高碳酸血症或酸血症。应向所有患者提供高吸入氧压，因为没有证据表明该措施会进一步抑制通气。对于呼吸暂停、心脏骤停或因一氧化碳中毒而失去知觉的患者来说，确保最大 PaO2 水平尤为紧迫。对于昏迷、严重迟钝、极度高碳酸血症（PaCO2 >80 mm Hg）或严重酸血症（血液 pH <7.10）的患者，需要立即开始辅助通气。
对于急性呼吸性酸中毒，没有迹象表明 NaHCO3 可以作为简单的酸碱平衡紊乱来治疗。潜在的并发症包括 CO2 产生增加，继发于 HCO3− 分解的高碳酸血症恶化，继发于容量超负荷的肺泡气体交换受损，以及 pH 介导的呼吸抑制。当同时存在代谢性酸中毒或需要允许的高碳酸血症时，碱疗法是有用的。在后一种情况下，在 PCO2 无法快速校正的情况下，施用 NaHCO3 可以部分校正 pH 值。哮喘持续状态有时需要允许性高碳酸血症，其中故意规定较低的通气频率和峰值吸气压力，以尽量减少对肺部的气压损伤，但代价是持续较高的 PCO2。
慢性呼吸性酸中毒患者的潜在疾病很少能得到纠正。这些患者的主要治疗目标是确保足够的氧合；然而，与急性呼吸性酸中毒不同，吸氧时应谨慎，并且应逐渐降低 PaCO2。
如前所述，过量供氧可导致 CO2 潴留，继发于低氧呼吸驱动力的消除、VA/Q 不匹配恶化导致死腔通气增加以及血红蛋白卸载 CO2。一般来说，只要 PaO2 不超过 60 mm Hg，就可以避免高碳酸血症恶化。通过鼻导管以 2 L/min 的氧气流量提供 23%-28% 的吸入氧浓度，并将许多慢性呼吸衰竭患者的 PaO2 值提高至 50-60 mm Hg 的水平。临床医生在处方药物时也应小心，这可能会抑制中枢通气驱动。
对于病例2中的患者，正确答案是给予正常生理盐水，即选择(b)。没有证据显示容量超负荷，因此选择(a)不正确，也没有证据显示脱水需要补充游离水，因此选择(c)不正确。
慢性呼吸性酸中毒患者在肺功能急性恶化期间出现高碳酸血症和缺氧加重，有时需要机械通气。应注意缓慢降低 PaCO2，以尽量减少因血浆 HCO3− 过高而导致“过度”碱血症的风险。在有效动脉血容量减少的情况下，当 PaCO2 减少时，肾脏排泄 HCO3− 就会减弱。这种情况在肝硬化和充血性心力衰竭等钠过多状态下或在利尿治疗和限制饮食盐摄入后很常见。这种慢性呼吸性酸中毒向代谢性碱中毒的转变称为高碳酸血症后代谢性碱中毒。中枢神经系统的高 pH 值可能会引发癫痫和昏迷等神经系统症状。
肠外给予含Cl-溶液并停用袢利尿剂可有效纠正叠加的代谢性碱中毒。对于这种方法不可行的失代偿性心力衰竭患者，乙酰唑胺可用于纠正碱中毒。该药物通过抑制管腔碳酸酐酶来抑制近端 HCO3− 重吸收。由于腔内碳酸浓度的增加，这种效应对 H+ 的进一步分泌产生了不利的浓度梯度。该药物还抑制细胞内碳酸酐酶，从而减少可用于分泌的 H+ 的供应（图 4）。两种机制都会减少过滤后的 HCO3− 的重吸收，并至少部分纠正代谢性碱中毒。碳酸氢盐的大小与血浆浓度直接相关。随着 HCO3− 浓度降低，药物的临床疗效也相应降低。
肺部疾病患者接受乙酰唑胺治疗的一个并发症是高碳酸血症恶化。抑制红细胞中的碳酸酐酶可阻止红细胞吸收外周组织中的CO2，并可阻止肺中CO2的释放。在肺部正常的患者中，呼吸增加可防止动脉血PCO2增加。但是，肺部疾病患者无法做出适当反应，并面临动脉PCO2和组织PCO2进一步升高的风险。
