第二节　出生后呼吸转换过程

一、首次呼吸的转换

触发首次呼吸的因素很多，分娩能触发胎儿解除中脑的呼吸抑制信号；皮肤的寒冷刺激也可以持续兴奋呼吸作用。如出生时未建立规律自主呼吸或合并窒息，新生儿复苏时，触觉、光照、疼痛等外周感受器的刺激，以及来自肺实质、肌肉、肌腱和关节等本体感受器的刺激信号传至延髓呼吸中枢，也可以导致呼吸中枢产生神经冲动，使呼吸肌发生收缩，产生首次呼吸。

分娩开始时会触发胎儿肺部的明显变化，肺表面活性物质通过在液-气界面形成单层膜来降低气道内的表面张力；分娩刺激了肺表面活性物质向胎儿肺部的分泌；开始通气的肺泡扩张后进一步增加了肺表面活性物质的分泌，肺表面活性物质的增加，使得肺部的表面张力降低，从而允许在较低压力下保持肺泡的膨胀。

胎儿自产道娩出时，胸廓受到9.2kPa（70mmHg）以上的压力，致使1/3以上的肺液通过挤压从气道排出。胸廓弹性回缩，吸入空气代替被挤压出来的肺液。第一次呼吸吸入20～80ml的空气，随后的呼气并未将等量的气体排出，残留在肺内的气体就形成了新生儿肺的功能残气量。

出生后，大多数足月和早产儿会自发呼吸，除非他们患有先天性疾病或严重的低氧血症，开始的自主呼吸被抑制。阴道分娩后，大多数婴儿的气体交换可在2分钟内稳定下来，并且心率的不断改善是通气成功的最佳临床指标。早产儿比足月儿肺容积小，且肺表面活性物质缺乏，肺泡Na⁺-K⁺-ATP酶活性不足，钠离子的回吸收降低，致肺液的吸收相对延迟。

气体交换有赖于肺泡和肺毛细血管的通气/血流比值（ventilation/perfusion ratio，V/Q），以及氧气和肺毛细血管血流充分接触。充气的肺泡气体量和功能残气量必须在出生时马上建立，并能够持续维持在正常范围内。超早产儿，出生后因为肺发育不成熟，以及肺表面活性物质合成不足，导致肺泡不能充分扩张，使之不能达到足够气体量，且不能维持适当的功能残气量（functional residual capacity，FRC），从而出现呼吸困难进行性加重。足月新生儿也易发生低氧血症，原因在于其功能残气量接近于气道闭合状态，生后刚建立自主呼吸，氧气储备不足，容易发生呼吸衰竭。表面活性物质含量较低的早产儿其基础残气量较低，容易发生肺泡塌陷，因此，给予适当的呼气末正压可以帮助早产儿建立更均匀的FRC。持续的气道正压会触发表面活性物质的产生和分泌，从而帮助早产儿快速适应宫外环境。一项对足月儿的观察性研究发现，健康新生儿在出生后平静呼吸室内空气后，氧饱和度直到出生后平均8分钟才达到90%，而动脉导管后的饱和度平均比动脉导管前的饱和度低8%。胎儿娩出后，呼吸中枢也需适应出生后的环境需求，新生儿容易出现呼吸不规则、周期性呼吸等；而威胁生命的呼吸暂停在早产儿中很常见，可能会出现持续性呼吸暂停超过20秒及以上，这与早产儿呼吸中枢发育不成熟有关。

二、首次呼吸的循环改变

最初的呼吸，使肺动脉氧分压增加、二氧化碳分压降低，导致肺血管扩张，肺血管阻力降低，动脉导管收缩闭合。生后，随着脐带的结扎，脐带血流停止，导致静脉导管逐渐关闭，循环血管阻力增加，左心压力增高，卵圆孔关闭。随着呼吸的开始，肺血流量发生显著变化，循环系统经历了从以体循环为主的胎儿循环转变为左右心室并行输出的新生儿出生后的循环系统，其中每个心室的心排血量为400ml/（kg·min）。由于右心室输出的增加，新生儿的肺血流量增加到100%。肺血流量的增加会引起直接的肺血管压力增加，但通过增加肺血管内一氧化氮的产生从而降低肺血管阻力，这些变化就使胎儿循环过渡到了生后的循环，从依赖胎盘供氧，到通过自主呼吸，肺循环得到有效氧供应。直到生后24小时，肺动脉压达到全身动脉压的1/2，在大多数正常新生儿中，肺动脉压可在2周时达到成人水平。

三、气体交换和氧气运输

呼吸系统最重要的生理功能是通气和换气功能。肺通气功能是肺通气动力和通气阻力的综合状态的反映，主要功能就是通过呼吸运动，肺组织不断地从周围环境中吸入氧气；肺换气是肺泡内氧气弥散入血，通过气体交换，由携氧的红细胞血红蛋白，经过循环系统，运送到全身各个器官、组织中，满足组织能量交换所需的氧代谢需要，以及血中二氧化碳弥散入肺泡，通过呼气排出体外的过程。

1.肺通气功能主要评估指标

包括每分通气量（minute ventilation，MV）、肺泡通气量（alveolar ventilation，V_A）、无效腔（dead space，V_D）等。

2.肺换气功能

是指肺内气体的弥散，影响因素主要包括：气体的物理特性、弥散膜厚度和面积、气体与血液接触时间、通气/血流比值、血红蛋白浓度、弥散膜两侧的压力差等。

3.通气/血流比值（V/Q）

肺内气体交换发生在肺泡及其周围毛细血管网构成的肺单位内，肺泡通气量与肺毛细血管灌注量是实现肺内气体交换的必要条件。正常情况下，吸入的气体和相应的血液均匀地分布在每个肺泡，成人V/Q比为0.8，受重力作用，肺上部气体较多，血流分布较少，而下部气体较少，血流分布较多，因此肺上部V/Q>0.8，肺下部V/Q<0.8。如果V/Q增加，说明有一部分气体未发生交换，肺泡无效腔增大，称为无效腔样通气；V/Q降低，说明通气不足，常见于气道部分或完全阻塞，肺不张，肺膨胀不全、肺泡萎陷，产生的效果和动静脉分流一样，称为动静脉分流样效应。临床上V/Q失调主要表现为缺氧。二氧化碳解离曲线为线性，而氧解离曲线为S形，V/Q失调时肺通气量代偿性增加，能排出较多的二氧化碳，但不能摄取更多的氧气。新生儿气体交换能力有赖于吸入氧分压、通气/血流比值、血红蛋白浓度和结合力、心排血量和血容量。氧气运输到组织，有赖于血液、线粒体和压力阶差等的多重因素影响。较高的吸入氧气浓度不但会抑制新生儿的通气，对于早产儿，由于抗氧化系统未发育成熟，还可能导致视网膜病和支气管肺发育不良。相反，给予适当低浓度的氧气会刺激新生儿呼吸，减少早产儿视网膜病和支气管肺发育不良的发生。早产儿对高碳酸血症的反应较差，不像足月儿、大龄儿童和成人可通过增加潮气量和呼吸频率做出反应。

4.气体交换

人体所有的细胞都需要有氧代谢来维持其正常的生理功能，氧从大气到器官的运输过程，包括对流、弥散、与血红蛋白结合。氧气通过吸气过程，进入肺泡，通过弥散的方式进入血流，然后可逆地与血红蛋白结合。结合到血红蛋白的氧再通过血液流动运输到组织，在组织内氧从血红蛋白上解离，并进入细胞，最终到达线粒体。动脉血氧分压（arterial partial pressure of oxygen，PaO₂）反映了呼吸器官所吸入的氧气，是通过肺泡毛细血管膜（呼吸膜）进入血液中的氧所产生的压力，正常值为80～100mmHg。氧通过肺泡毛细血管膜后，以物理溶解或化学溶解两种方式存在于血液中。每100ml血液中的血红蛋白所能结合的最大氧量，称为血红蛋白氧容量；血红蛋白实际结合的氧量，称为血红蛋白氧含量。血液中溶解的氧极少，血红蛋白氧含量、氧容量及氧饱和度可分别代替血液的氧含量、氧容量、氧饱和度。常见缺氧原因：PaO₂下降，可引起低氧血症，主要是肺换气和/或通气功能障碍引起。心排血量下降或外周循环衰竭，可导致缺血性缺氧；血红蛋白量减少，可导致贫血性缺氧；组织细胞中毒，不能摄入氧气，是细胞性组织缺氧。

因此，保证足够的氧供应，必须有正常的通气换气功能、血红蛋白量和心排血量。肺通气换气功能、通气/血流比值的改善，临床上可以选择氧疗、无创呼吸机辅助通气、有创通气等策略。临床上常用的增加心排血量的方法包括：补液、保证有效循环量、血管活性药的使用。维持合适的血红蛋白可按照输血指征，补充血液成分。

胎儿出生时，氧需求量增加，胎儿血红蛋白携氧能力增加。新生儿后期，携氧能力迅速下降，到4～6个月达到成人水平。

四、肺表面活性物质

（一）肺表面活性物质的产生及分泌

肺的成熟是一个复杂的过程，需要建立高度分支的管道，而且需要产生一个能在生后支持呼吸功能的气体交换区。孕24周，在肺部形成小管-囊泡转换期，肺上皮细胞开始分化，然后利用糖原供给进行脂质合成。在囊泡期，肺的结构和肺的成熟不断进展，间质成纤维细胞和上皮细胞的相互作用导致了Ⅱ型肺泡上皮细胞的分化，生成板层小体，它是一种储存在肺表面活性物质的颗粒，肺表面活性物质由Ⅱ型肺泡上皮细胞合成及分泌，是磷脂、脂质、特异性蛋白的混合物，具有调节肺泡表面张力的作用。在正常肺组织，Ⅱ型肺泡上皮细胞分化在胎龄24～26周开始，如果此时使用皮质激素或是宫内感染，都可以诱导Ⅱ型肺泡上皮细胞分化早熟。Ⅱ型肺泡上皮细胞分化成熟的标志是富含磷酸卵磷脂和磷脂酰甘油的表面活性物质的脂质合成和储存增加。肺表面活性物质脂质和蛋白质被Ⅱ型肺泡上皮细胞分泌到胎儿气道中，能在羊水中检测到，是肺成熟的临床指标，主要包括卵磷脂与鞘磷脂比值（lecithin/sphingomyelin ratio，L/S）、二棕榈酰磷脂酰胆碱、饱和磷酸卵磷脂、表面活性物质蛋白（surfactant protein，SP）A和B，这些也是早产儿呼吸窘迫综合征（respiratory distress syndrome，RDS）的预测指标。在呼吸周期中，肺表面活性物质处于扩散和压缩交替进行中，快速的再扩散可以防止肺泡萎陷。妊娠34周以后，胎儿呼吸道内的液体中才出现肺表面活性物质；在早产儿，因肺发育不成熟，导致肺表面活性物质合成不足。当发生肺出血、水肿、胎粪吸入综合征、感染时，足月儿或晚期早产儿也可因为肺表面活性物质稀释或失活而引起呼吸窘迫。部分表面活性物质和蛋白被Ⅱ型肺泡上皮细胞摄取、降解、再循环，一部分肺表面活性物质被巨噬细胞清除。因此肺表面活性物质的稳态是一个复杂的过程，需要调控多种蛋白的表达。

（二）肺表面活性物质的组成及分类

在哺乳动物肺中，有四种肺表面活性物质蛋白成分：SP-A、SP-B、SP-C、SP-D，每一种都有不同的作用。肺表面活性物质的薄层主要由磷脂组成，其扩散和稳态需要表面活性物质蛋白SP-B、SP-C，缺乏可以引起肺不张、肺功能障碍、新生儿肺透明膜病［（又称新生儿呼吸窘迫综合征（neonatal respiratory distress syndrome，NRDS）］、急性呼吸窘迫综合征等。除此以外，临床中还可以见到遗传性SP-B缺陷、遗传性SP-C缺陷等疾病。

SP-A和SP-D是宿主防御蛋白胶原凝集家族的相关成员。SP-A在Ⅱ型肺泡上皮细胞、传导性气道的非纤毛细胞和气管-支气管腺体上皮细胞中合成，与磷酸卵磷脂密切相关。目前认为SP-A可能在宿主防御屏障的管状髓鞘形成中起重要作用，但对肺表面活性物质的功能及稳态不起关键作用。

SP-D在呼吸道上皮细胞中表达，但有些非肺组织也可以合成。SP-D与表面活性物质脂质关系较弱。而在宿主防御、表面活性物质稳态和肺部炎症调节中起重要作用，能结合内毒素、细菌、病毒等。SP-A和SP-D基因等位基因异质性与急性和慢性肺部疾病有关。

（三）产前糖皮质激素及生后肺表面活性物质的应用

产前使用糖皮质激素，可以减少24小时内早产儿RDS的发生率。产前糖皮质激素治疗与生后表面活性物质的替代治疗能减少肺损伤，并增加肺顺应性。呼气时，肺泡缩小使肺泡表面活性物质的密度升高，降低了肺表面张力，使肺泡不至于萎陷。早产儿，尤其是胎龄<32周的早产儿，由于表面活性物质合成不足，容易导致肺泡塌陷，引起新生儿呼吸窘迫综合征，继而引起呼吸衰竭。外源性注入肺表面活性物质的替代疗法，可以有效地治疗该疾病，帮助早产儿顺利通过早期的“呼吸关”。

肺表面活性物质的注入有快慢之分，存在争议，但一般认为注入时间超过15分钟以上，肺内分布变差，主要是因为通气良好的肺组织会获得更多的表面活性物质，该肺组织内肺血流也会增加，肺血流会自我调节将血液从通气不良的肺分流到通气良好的肺，导致通气不均匀更严重。雾化吸入肺表面活性物质时，其分布与肺通气情况相关，对扩张的肺泡分布更多，而不张的肺泡则分布较少，因此，效果并不理想。从气道快速注入并以合适的剂量给药，可以改善肺表面活性物质的分布，达到较好的治疗效果。