呼吸衰竭的鑑別診斷

從呼吸生理最核心的功能開始，逐步釐清呼吸衰竭的診斷觀念。

什麼是第一性原理？

在科學和工程中，第一性原理是指從最基本、最原始的假設出發，而不依賴任何現有的理論、實驗數據或經驗。在這裡，我們可以理解為從呼吸生理最核心的功能開始，來理解呼吸衰竭。

核心觀念：呼吸系統的功能

呼吸系統最基本的功能是實現氣體交換，即將氧氣 (O2) 從外界環境傳送到血液中，並將二氧化碳 (CO2) 從血液中排出體外。

這個過程主要發生在肺泡 (alveoli) 和肺部微血管 (pulmonary capillaries) 之間。

• 氧氣的傳送： 空氣進入肺泡 → 氧氣從肺泡擴散到血液 → 血液將氧氣輸送到全身組織。
• 二氧化碳的排出： 組織產生二氧化碳 → 血液將二氧化碳帶回肺部 → 二氧化碳從血液擴散到肺泡 → 二氧化碳隨呼氣排出體外。

呼吸衰竭的定義

當呼吸系統無法有效地執行上述氣體交換功能，導致血液中的氧氣含量過低 (低氧血症) 或二氧化碳含量過高 (高碳酸血症)，甚至兩者兼有時，就稱為呼吸衰竭 (Respiratory Failure)。

呼吸衰竭可以分為兩種主要類型：

• Type I (第一型): 急性低氧血症性呼吸衰竭 (Acute Hypoxemic Respiratory Failure)
  • 主要問題是氧氣交換障礙。
  • 特徵：動脈血氧分壓 (PaO2) 下降。
  • 二氧化碳分壓 (PaCO2) 通常正常或偏低 (因為身體會嘗試增加換氣來代償)。
  • 這是由於氧氣無法有效地從肺泡進入血液。
• Type II (第二型): 急性高碳酸血症性呼吸衰竭 (Acute Hypercapnic Respiratory Failure)
  • 主要問題是二氧化碳排出障礙。
  • 特徵：動脈血二氧化碳分壓 (PaCO2) 上升。
  • 通常也伴隨低氧血症 (因為換氣不足導致整體氣體交換效率下降)。
  • 這是由於換氣不足，導致二氧化碳在體內積聚。

 

診斷呼吸衰竭的關鍵指標

要診斷呼吸衰竭，我們主要依靠動脈血氣分析 (Arterial Blood Gas, ABG)。

ABG 會測量以下幾個重要指標：

• PaO2 (動脈血氧分壓): 正常值約 80-100 mmHg。低於 60 mmHg 通常被認為是低氧血症。
• PaCO2 (動脈血二氧化碳分壓): 正常值約 35-45 mmHg。高於 45-50 mmHg 通常被認為是高碳酸血症。
• pH值: 反映血液的酸鹼度。PaCO2 升高會導致 pH 值下降 (呼吸性酸中毒)。

呼吸衰竭的鑑別診斷 (Differentiating Causes)

這部分是考試的重點。我們將透過一系列的判斷步驟來找出導致呼吸衰竭的具體原因。

鑑別診斷的思維流程：

步驟一：判斷是 Type I 還是 Type II 呼吸衰竭？ (看 PaCO2)

• 「是」 (PaCO2 升高): 這表示主要問題是換氣不足 (Hypoventilation)，屬於 Type II 呼吸衰竭。
  • 原因：
    1. 呼吸驅動能力下降 (Reduced ventilatory drive): 大腦或神經系統問題，例如：中樞神經系統抑制 (藥物過量、腦損傷)、睡眠呼吸中止症。
    2. 神經肌肉疾病 (Neuromuscular diseases): 影響呼吸肌肉的功能，例如：重症肌無力、吉蘭-巴雷綜合症 (Guillain-Barré Syndrome)。
  • 判斷依據： 如果是單純換氣不足，肺泡-動脈氧分壓差 (A-a gradient) 會是正常的。這是一個重要的鑑別點。
• 「否」 (PaCO2 正常或偏低): 這表示主要問題不是換氣不足，而是氧氣交換障礙，屬於 Type I 呼吸衰竭。接下來需要進一步分析。

步驟二：如果是 Type I 呼吸衰竭 (PaCO2 正常或偏低)，判斷是否存在「肺泡-動脈氧分壓差變大」？ (A-a gradient ↑?)

• 「否」 (A-a gradient 正常): 這說明肺部氣體交換本身沒有問題，而是吸入氧分壓不足 (Low inspired PO2) 導致的低氧。
  • 原因：
    1. 高海拔 (High Altitude): 大氣壓力下降，導致吸入氧分壓降低。
    2. 吸入氧濃度低下 (Low inspired O2 concentration): 例如吸入有毒氣體或密閉空間氧氣耗盡。
• 「是」 (A-a gradient 變大): 這說明肺部氣體交換存在問題，需要進一步區分是通氣/灌流失衡 (V/Q Mismatch) 還是分流 (Shunt)。

步驟三：區分 V/Q Mismatch 和 Shunt (針對 A-a gradient 變大且 PaCO2 正常/偏低的情況)

• 「是」 (給氧後 PaO2 能有效改善): 這通常是 通氣/灌流失衡 (V/Q Mismatch)。
  • 概念： V/Q Mismatch 是指肺部部分區域的通氣 (V) 和灌流 (Q) 比例不協調。
    • V/Q 增加 (死腔通氣): 肺泡有通氣但無血流 (如肺栓塞)，浪費了通氣。
    • V/Q 減少 (分流樣效應): 肺泡有血流但無通氣 (如肺炎、COPD)，部分血液未經氧合。
  • 原因：
    1. 呼吸道阻塞性疾病: COPD, 氣喘。
    2. 間質性肺病 (Interstitial lung diseases)。
    3. 肺泡疾病 (Alveolar diseases): 肺炎 (Pneumonia)。
    4. 肺血管阻塞 (Pulmonary vascular obstruction): 肺栓塞 (Pulmonary Embolism)。
  • 特點： 給予高濃度氧氣可以有效改善低氧血症。
• 「否」 (給氧後 PaO2 無法有效改善或改善不明顯): 這通常是 分流 (Shunt)。
  • 概念： 分流是指一部分血液未經氧合就直接從右心進入左心循環。這意味著即使你給再多氧氣，這些血液也無法被氧合。
  • 原因：
    1. 肺泡塌陷 (Alveolar collapse): 肺不張 (Atelectasis)。
    2. 肺泡內充滿液體或實質化 (Alveolar filling): 肺水腫 (Pulmonary Edema), 肺炎 (Pneumonia), 肺出血 (Pulmonary Hemorrhage)。
    3. 肺內分流 (Intrapulmonary shunt): 肺部動靜脈畸形 (AVM)。
    4. 心內分流 (Intracardiac shunt): 先天性心臟病，如卵圓孔未閉 (PFO)、心房中膈缺損 (ASD)、心室中膈缺損 (VSD)。
  • 特點： 對於給氧治療反應不佳。

Key Note：

1. 熟記定義和分類： Type I (低氧) 和 Type II (高碳酸)。
2. 掌握 ABG 關鍵指標： PaO2, PaCO2, pH 值，以及正常範圍。
3. 理解 A-a gradient 的意義： 為什麼它能幫助我們區分病因。
   • 計算公式： A-a gradient = $P_AO_2 - P_aO_2$
     • $P_AO_2$ (肺泡氧分壓) 可以近似計算為：$P_AO_2 = FiO_2 \times (P_{atm} - P_{H2O}) - (P_aCO_2 / R)$
     • $FiO_2$: 吸入氧濃度 (空氣中約 0.21)
     • $P_{atm}$: 大氣壓力 (約 760 mmHg at sea level)
     • $P_{H2O}$: 水蒸氣分壓 (約 47 mmHg)
     • $R$: 呼吸商 (約 0.8)
   • 正常 A-a gradient 的情況： Hypoventilation (Type II) 和 Low inspired PO2。
   • A-a gradient 增高的情況： V/Q Mismatch, Shunt, Diffusion Impairment (擴散障礙，圖中未詳述，但也是導致 A-a gradient 增高的原因之一)。
4. 死記硬背主要病因：
   • V/Q Mismatch： COPD, 氣喘, 肺炎, 肺栓塞, 間質性肺病。
   • Shunt： 肺不張, 肺水腫, 肺炎, AVM, 心內分流。
   • Hypoventilation： CNS 抑制, 神經肌肉疾病。
   • Low inspired PO2： 高海拔, 吸入有毒氣體or密閉空間氧氣耗盡。
5. 掌握給氧治療的反應： V/Q Mismatch 對氧氣反應良好，Shunt 對氧氣反應差。這是一個非常重要的鑑別點。

舉例說明 (Case練習)：

情境一：

病人出現呼吸急促，ABG 顯示：PaO2 55 mmHg, PaCO2 60 mmHg, pH 7.28。給予高濃度氧氣後，PaO2 提升至 65 mmHg，PaCO2 仍為 58 mmHg。

• 分析： PaCO2 升高且 pH 降低，提示高碳酸血症 (Type II)。給氧後 PaO2 略有改善但 PaCO2 仍高，說明主要問題是換氣不足。
• 可能診斷： 神經肌肉疾病 (例如漸凍症導致呼吸肌無力) 或藥物過量導致呼吸中樞抑制。此時 A-a gradient 應正常。

情境二：

病人呼吸困難，ABG 顯示：PaO2 50 mmHg, PaCO2 38 mmHg, pH 7.42。給予高濃度氧氣後，PaO2 提升至 90 mmHg。

• 分析： PaO2 降低但 PaCO2 正常，提示低氧血症 (Type I)。給氧後 PaO2 顯著改善，說明氧合障礙可以被糾正。
• 可能診斷： V/Q Mismatch，例如 COPD 急性發作或肺炎。此時 A-a gradient 應增高。

情境三：

病人嚴重呼吸衰竭，ABG 顯示：PaO2 45 mmHg, PaCO2 40 mmHg, pH 7.40。給予 100% 氧氣後，PaO2 僅提升至 55 mmHg。

• 分析： PaO2 嚴重降低但 PaCO2 正常，提示低氧血症 (Type I)。給予高濃度氧氣後 PaO2 改善不顯著，說明存在頑固性低氧血症。
• 可能診斷： Shunt，例如嚴重 ARDS (急性呼吸窘迫綜合症) 導致肺泡塌陷或嚴重肺水腫。此時 A-a gradient 應顯著增高。

Ref:重症醫學實證精要v2