【病因机制】
一、病因及分类
引起呼吸频率和节律异常的疾病繁多，通常可以分为肺源性、心源性、血液性、神经精神性和中毒性五类。
1.肺源性
(1)气道病变：常见于喉及气管内异物、肿瘤、水肿、会厌炎、咽后壁脓肿、喉白喉、气管支气管炎、吸入性损伤等上气道阻塞和慢性阻塞性肺疾病(COPD)、支气管哮喘、职业性哮喘等。
(2)肺实质疾病：常见于肺炎、肺结核、肺癌、肺水肿、肺间质纤维化、急性呼吸窘迫综合征、肺泡出血、尘肺、肺不张等。
(3)胸膜纵隔疾病：常见于胸腔积液、气胸、广泛胸膜增厚粘连、纵隔炎症、纵隔气肿和纵隔肿瘤等。
(4)肺血管疾病：常见于肺栓塞、肺动静脉畸形、原发性肺动脉高压、肺血管炎等。
(5)胸廓和呼吸肌疾病：常见于肋骨骨折、创伤、胸廓畸形、重症肌无力、呼吸肌麻痹、膈肌运动障碍(如膈肌麻痹、大量腹水、高度鼓肠、腹腔巨大肿瘤、胃扩张和妊娠末期)等。
2.心源性
(1)慢性心功能不全：常为高血压性心脏病、冠心病、二尖瓣或主动脉瓣疾病等所致。
(2)急性左心衰竭：常为急性心肌梗死、急性瓣膜反流、高血压危象、心律失常、输液过多过快等所致。
(3)急性右心衰竭：常为急性肺源性心脏病、急性风湿性或中毒性心肌炎、重度贫血性心脏病等所致。
(4)心包积液。
(5)缩窄性心包炎。
3.血液性
(1)严重出血。
(2)重度贫血。
(3)高铁血红蛋白血症。
(4)红细胞增多症。
(5)输血反应。
4.神经精神性
(1)中枢性：常见脑出血、脑外伤、脑肿瘤、脑炎、脑膜炎等。
(2)精神性：常见高通气综合征、癔症等。
5.中毒性
(1)代谢性酸中毒：常见糖尿病酮症酸中毒、尿毒症酸中毒、肾小管性酸中毒等。
(2)化学毒物中毒：常见有一氧化碳、氰化物、亚硝酸盐、苯胺等中毒。
(3)药物中毒：如吗啡、地西泮、苯巴比妥等镇痛、镇定、麻醉药品中毒。
二、发病机制
(一)呼吸节律的形成假说
呼吸节律的形成部位早已肯定在延髓，但其确切的部位并不清楚，近代的研究认为前包钦格复合体(面神经后核腹尾侧)是其关键部位。呼吸节律产生的机制也尚未完全阐明，目前主要有两种假说；起步细胞学说和神经元网络学说，其中以后者得到较多的学者认可。
1.起步细胞学说 节律性呼吸如窦房结起搏细胞的节律性一样，是由延髓内具有起步样活动的神经元的节律兴奋引起的。
2.神经网络学说 呼吸节律的形成依赖于延髓内呼吸神经元之间复杂的相互联系和相互作用。该模型认为，在延髓内存在具有中枢吸气活动发生器和吸气切断机制作用的神经元，中枢吸气活动发生器的活动引发吸气神经元兴奋。兴奋传至脊髓吸气肌运动神经元，产生吸气，肺扩张；吸气切断机制接受来自吸气神经元、脑桥背旁内侧核和肺牵张感受器的冲动。随着吸气相的进行，吸气切断机制的活动增强到一定阈值时，吸气切断机制兴奋，发出冲动到吸气神经元，以负反馈形式终止其活动，使吸气活动终止，转为呼气；吸气切断机制的活动减弱时。吸气活动再次发生。如此周而复始。脑桥呼吸调整中枢的活动和迷走神经肺牵张感受器传入活动可促进吸气切断机制的活动，从而使吸气转为呼气。因此，凡可影响中枢吸气活动发生器、吸气切断机制阈值或达到阈值所需时间的因素都可影响呼吸过程和呼吸节律。
(二)呼吸频率和节律的调控
1.呼吸中枢 呼吸中枢是指中枢神经系统内产生和调节呼吸运动的神经细胞群。呼吸中枢广泛分布在大脑皮质、间脑、脑桥、延髓和脊髓等各级部位，它们在呼吸节律的产生和调节中起着各自不同的作用，只有在相互配合作用下才产生正常节律性呼吸运动。实验研究表明，脑桥上部有抑制吸气、促使吸气向呼气转换的中枢结构，称为呼吸调整中枢，位于脑桥的PBKF核群。PBKF分布有呼气神经元、吸气神经元和跨时相呼吸神经元，呈节律性放电并与呼吸周期相关。PBKF和延髓的呼吸神经核团之间存在双向联系，形成调控呼吸的神经元回路。此外，来自肺部的迷走神经传入冲动也有抑制吸气的作用。当延髓失去呼吸调整中枢和迷走神经的抑制作用后，吸气活动不能及时被中断，即出现长吸式呼吸。实验研究还表明呼吸节律的基本中枢位于延髓，延髓呼吸神经元主要位于背侧呼吸组和腹侧呼吸组。背侧呼吸组的神经元轴突交叉到对侧下行至脊髓颈段和胸段.支配膈肌和肋间外肌运动神经元。腹侧呼吸组的疑核神经元轴突由同侧舌咽神经和迷走神经传出。支配喉部呼吸肌；后疑核呼吸神经元绝大部分交叉下行至脊髓支配肋间内、外肌和腹肌的运动神经元；包氏复合体主要含呼气神经元。它们的轴突主要与背侧呼吸组的吸气神经元形成抑制性联系。此外，也有轴突支配脊髓的膈肌运动神经元。实验发现，毁损背侧呼吸组和腹侧呼吸组呼吸节律变化不明显，提示呼吸节律可能来源于多个部位，所以不易因局灶毁损而丧失呼吸节律。而既往认为的脑桥中下部兴奋吸气的吸气中枢则未能获得实验证实。呼吸还受大脑皮质、边缘系统、下丘脑的调节。大脑皮质对呼吸的调节是随意呼吸调节系统，下位脑于的呼吸调节系统是自主节律呼吸调节系统，二者的下行通路是分开的，所以临床有时候可以看到自主呼吸和随意呼吸分离的现象。如脊髓外侧索下行的自主呼吸通路受损后，自主呼吸节律受影响甚至停止，但仍可有随意呼吸，当入睡时，可能发生呼吸停止。
2.呼吸反射
自主节律性呼吸运动产生于呼吸中枢，同时接收来自呼吸肌、呼吸器官和其他器官感受器传入冲动的反射性调节。重要的反射性调节有肺牵张反射、呼吸肌本体感受性反射和防御性呼吸反射。
(1)肺牵张反射：又称黑一伯反射，是指肺扩张或缩小而引起呼吸的反射性变化，包括肺扩张引起吸气抑制和肺缩小引起吸气兴奋两种反射。该反射感受器位于从气管到细支气管的平滑肌中，属于牵张感受器，阈值低，适应慢。吸气时，肺扩张，牵拉支气管和细支气管引起感受器兴奋，达到阈值时，冲动经迷走神经传入延髓，通过吸气切断机制使吸气神经元抑制，结果吸气停止，转为呼气。呼气时，肺缩小，牵张感受器的放电频率降低，经迷走神经传入的冲动减少，对延髓吸气神经元的抑制解除，吸气神经元兴奋，转为吸气。肺牵张感受器反射的意义是阻止吸气过深过长，促使吸气转为呼气，与脑桥呼吸调整中枢共同调节着呼吸频率与深度。在人体，当潮气量达到800ml以上时才能引起肺扩张反射，所以平静呼吸时，肺牵张反射不参与人的呼吸调节。
(2)呼吸肌本体感受性反射：是指由呼吸肌本体感受器传入冲动所引起的反射性呼吸变化，感受器为肌梭和腱器官。当肌肉受牵张时，肌梭受刺激而兴奋，其冲动经背根传入脊髓中枢，反射性地引起受牵张的肌肉收缩。呼吸肌通过本体感受器反射，可使呼吸增强，但在平静呼吸时。这一反射活动不明显。呼吸肌本体感受器反射的意义在于随着呼吸肌负荷的增加而相应地加强呼吸运动，这在克服气道阻力上有重要作用。
(3)防御性呼吸反射：呼吸道黏膜存在的感受器是黏膜上皮的迷走传入种经末梢。当受机械或者化学刺激时，引起对人体有保护作用的呼吸反射，称为防御性呼吸反射，主要有咳嗽反射和喷嚏反射。咳嗽反射的感受器位于喉、气管和支气管的黏膜，大支气管以上部位的感受器对机械刺激敏感，二级点气管以下部位的感受器对化学刺激敏感，传入冲动经迷走神经传入延髓，触发一系列协调的反射反应，引起咳嗽反射。喷嚏反射与咳嗽反射类似，刺激作用于鼻黏膜感受器。经三叉神经传入延髓。反射性引起腭垂下降、舌压向软腭，呼出气主要从鼻腔喷出，以清除鼻腔中的刺激物。
(4)肺毛细血管旁感受器反射：肺泡毛细血管旁存在J感受器，在肺毛细血管充血、肺泡壁间质积液时受刺激，冲动经迷走神经无鞘c纤维传入延髓，引起反射性呼吸暂停，继之以浅快呼吸、血压降低、心率减慢。
3.化学因素对呼吸的调节 化学因素是指动脉血或脑脊液中的O2、CO2和H+。化学因素通过刺激化学感受器调节呼吸，也是一种反射性调节。机体通过呼吸调节血液中的O2、CO2和H+的水平，动脉血中的O2、CO2和H+水平的变化又能通过化学感受器反射性地调节呼吸运动，从而维持着内环境的相对稳定。
(1)化学感受器：参与调节呼吸的化学感受器按其所在部位分为外周化学感受器和中枢化学感受器。外周化学感受器是指颈动脉体和主动脉体，它在动脉血中POz降低、PCO2升高或H+浓度升高时产生兴奋，冲动经窦神经(舌咽神经分支，分布于颈动脉体)和主动脉神经(又称降压神经，迷走神经分支，分布于主动脉体)传入延髓。反射性地引起呼吸加深加快和血液循环的变化。其中颈动脉体对呼吸调节的作用强于主动脉体。中枢化学感受器位于延髓腹外侧浅表部位，它的生理刺激是脑脊液和局部细胞外液中的H-。血液巾的CO2能迅速通过血脑屏障，在脑脊液中碳酸酐酶的作用下，CO2与H2O形成H2CO3再解离出H+，从而刺激中枢化学感受器，再引起呼吸中枢兴奋。由于外周血中的H+不易通过血脑屏障，故外周血pH的变动对中枢化学感受器的作用不大。
(2)O2、CO2和H+对呼吸的词常：CO2是调节呼吸最重要的生理性化学因素，血液中一定浓度的CO2是维持呼吸中枢兴奋性所必需的。CO2兴奋呼吸是通过刺激中枢化学感受器和外周化学感受器两条途径来实现，以前者为主。动脉血H+浓度增高，可导致呼吸加深加快，肺通气量增加；H+浓度降低时。呼吸受到抑制。虽然中枢化学感受器对H+的敏感性较高，约为外周化学感受器的25倍，但由于H+不易通过血一脑屏障，因此血液H+对呼吸的影响主要通过外周化学感受器而实现的。但是脑脊液中H+是中枢化学感受器最有效的刺激。动脉血PO2下降到80mmHg以下时，肺通气才出现可觉察的增加，因此动脉血PO2对正常呼吸的调节作用不大。低O2对呼吸中枢的直接作用是抑制，但是低O2可通过对外周化学感受器的刺激而兴奋呼吸中枢，所以在一定程度上可以对抗低O2对中枢的直接抑制作用。低O2对呼吸的刺激作用完全是通过外周化学感受器实现的，在低O2时吸入纯O2，由于解除了外周化学感受器的低O2刺激，可能会引起呼吸暂停。当血液PaCO2升高、PaO2降低、H+浓度升高时，分别都有兴奋呼吸作用，尤以PaCO2的作用显著。但在整体情况下，往往是以上一种因素的改变会引起其余因素相继改变或几种因素同时改变，三者相互影响、相瓦作用，既可发生总和而加大，也可相互抵消而减弱。
