【精品】hypoxia 山东大学医学院病理生理学教研室

hypoxia,王婧婧山东大学医学院病理生理学教研室,氧气的获得和利用:,Concept,运送氧或利用氧发生障碍时，机体发生功能、代谢、形态结构改变的病理过程.,Tissue cells cant obtain enough oxygen or cant fully utilize oxygen metabolic, functional and structural changes,Parameters of blood gas,1. Partial pressure of O2 （PO2）,2. O2 capacity （ CO2 max ）,3. O2 content（CO2）,4. O2 saturation （ SO2 ）,1. Partial pressure of O2（PO2）,溶解在血液中的氧所产生的张力。The pressure or tension produced by physically dissolved O2 in the blood.,Normal: PaO2: 100 mmHg,吸入气氧分压,Influenced by: the oxygen pressure in the inhalied air extra-respiration,Normal: PvO2: 40 mmHg,Influenced by intra-respiration,2. O2 capacity （CO2 max）,100 ml 血液中的Hb被氧充分饱和时的最大携氧量 Maximum amount of O2 that can be combined chemically with the Hb in 100 ml blood.,Normal: 20 ml/dl (15g Hb/100 ml blood ),Influenced by the amount of quality and quantity of Hb,100 ml Hb的实际携氧量 The concentration of O2 in a blood sample,Normal: CaO2: 19 ml/dl, CvO2: 14 ml/dl,3. O2 content （CO2）,Influenced by the PO2 and CO2 max,The difference between CaO2 and CvO2动静脉血氧差: 动脉血氧含量 - 静脉血氧含量,19ml/dl,14ml/dl,5ml/dl,A,V,CaO2 - CvO2Reflect the oxygen consumption rate of the tissue.,4. O2 saturation （ SO2 ）,Normal： SaO2 95% SvO2 75%,Influenced by the PO2,指Hb结合氧的百分数Amount of oxygen actually combined with Hb, expressed as a percentage of oxygen capacity.,CO2 O2 of physical solutionCO2 max,100%,=,2,3-DPG,2,3-DPG,P50,Hypoxia,IntroductionClassification, etiology and pathogenesisFunctional and metabolic changesFactors involved in tolerance to hypoxiaOxygen treatment and oxygen toxicity,Air,Gas transport+Hb circulation,Tissue cells,External respiration,Classification,低张性缺氧Hypotonic hypoxia,血液性缺氧Hemic hypoxia,1. Hypotonic hypoxia PaO2,Causes : 1) PiO2: high altitude (30004000m),海拔高度 大气压 PiO2 PAO2 SO2 (m) (mmHg) (mmHg) (mmHg) %海平面 760 159 105 951000 680 140 90 942000 600 125 70 923000 530 110 62 905000 405 85 45 75 366 74 40 708000 270 56 30 50,氧分压与氧饱和度的关系 氧离曲线,氧饱和度%,氧分压 (mmHg),pH2,3-DPGTemp NO ,Hypoventilation,2) Dysfunction of external respiration,Normal lung bronchial asthma,Bronchioles normalPAO2 normalPaO2 normal,Bronchioles constrictedPAO2 lowPaO2 low,肺泡,血液,内皮细胞,上皮细胞,基膜,gas exchange disorders,Diffusion disorders,Ventilation-perfusion mismatching,Normal lung pulmonary edema,Bronchioles normalPAO2 normalPaO2 normal,PAO2 normalIncreased diffusion distancePaO2 low,阻塞性睡眠呼吸暂停综合征Obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS,睡时上气道塌陷阻塞引起的呼吸暂停和通气不足、伴有打鼾、睡眠结构紊乱、频繁发生血氧饱和度下降、白天嗜睡等病征。呼吸暂停是指睡眠过程中口鼻气流停止10s. 打鼾（打呼噜）打鼾是睡眠期间上呼吸道气流通过时冲击咽部粘膜边缘和粘膜表面分泌物引起振动而产生的声音；其部位始至鼻咽直至下咽，包括软腭、悬雍垂、扁桃体及腭咽弓、腭舌弓、舌根、咽部的肌肉和粘膜，超过60分贝以上称为鼾症，伴有不同程度的缺氧症状时也就是睡眠呼吸暂停综合征。治疗：减肥（超重可以引起胸壁的肥厚和腹部横膈向下运动的阻力，肥胖者的粗颈还可以增加气道的阻力）戒酒（饮酒后上呼吸道的肌肉会放松）防止平卧位（重力使舌根后坠阻塞呼吸道）使用齿具（抬高软腭，将舌根向前推，将下腭向前推）手术等。,3) Shunt 静脉血分流入动脉,肺动脉流出道狭窄；室间隔膜部巨大缺损主动脉右移，骑跨于室间隔缺损上方右心室高度肥大及扩张,Fallot 四联症,发绀活动时喜欢蹲踞,HbO2,HHb,2.6g/dl,正常,发绀 (cyanosis) 毛细血管中脱氧血红蛋白5 g/dl，使皮肤、粘膜呈青紫色.,发绀 (cyanosis),缺氧不一定有发绀，发绀不一定有缺氧。当血红蛋白过多或过少 时，发绀与缺氧常不一致。例如重度贫血患者，血红蛋白可降至50 g/L(5 g/dl)以下，出现严重缺氧，但不会发生紫绀。红细胞增多病患者，血中还原血红蛋白超过50 g/L (5 g/dl)，出现发绀，但可无缺氧症状。,紫绀 与 缺氧的关系,Characteristics of blood oxygen,发绀,慢性代偿,60mmHg,慢性代偿,. hemic hypoxia,isotonic hypoxemia,1. Causes :,(1)Hb量 anemia anemic hypoxia,(2)Hb质改变- carboxyhemoglobinemia,CO 中毒,Hb + CO,Hb-CO,PaO2 SaO2正常,1/10,1/2100,O2,a.,b. CO抑制RBC内糖酵解2，3-DPG生成氧解离曲线左移Hb + CO Hb和O2的亲和力释放O2,樱桃红色,Fe3+不能携氧,Fe2+-O2不能解离,HbFe3+OH,高铁血红蛋白血症（methemoglobinemia),肠源性紫绀(enterogenous cyanosis),咖啡色, P50：Hb与O2的亲和力异常,transfusion of depot blood 2，3-DPGOH-pH,RBC内2,3-DPG含量第七天可由4.8g/ml降至1.2g/ml,Characteristics of blood oxygen,CO， P50 HbFe3+OH,P50,Color of skin,anemia pale,Hb-CO 樱桃红,HbFe+3-OH 咖啡色,肠源性紫绀(enterogenous cyanosis),无发绀,. circulatory hypoxia,circulation “hypokinetic hypoxia”血液循环发生障碍，组织供血量 引起的缺氧.,Generalized circulatory deficiency: shock, heart failureLocal circulatory deficiency: embolism, AS, thrombosisIschemic hypoxia :Congestive hypoxia:,缺血: ischemic hypoxia,淤血: Congestive hypoxia,color of skin: pale,color of skin: cyanosis,19ml/dl,12ml/dl,7ml/dl,A,V,缺血，淤血血流缓慢血液流经cap的时间细胞摄氧 CO2a-v单位时间流经组织的总血量 弥散入细胞的总氧量 氧供,Characteristics of blood oxygen,. histogenous hypoxia,Causes：,(1) “Histotoxic hypoxia” 抑制细胞氧化磷酸化:,CN-与线粒体中氧化型细胞色素氧化酶上Fe3+结合，使其不能还原，失去传递电子的功能，呼吸链中断砷化物抑制细胞色素氧化酶、呼吸链酶复合物、丙酮酸氧化酶甲醇通过其氧化产物甲醛与细胞色素氧化酶结合，导致呼吸链中断,(2) Mitochondria injury: endotoxin, radioactive substances, OFR,(3) Vitamin deficiency: VitB1, VitPP,Result : CvO2 CO2a-v,Color of skin:,HbO2玫瑰色,Characteristics of blood oxygen,失血性休克,肺淤血、水肿,临床上常为混合性缺氧,Hypoxia,IntroductionClassification, etiology and pathogenesisFunctional and metabolic changesFactors involved in tolerance to hypoxiaOxygen treatment and oxygen toxicity,Hypotonic hypoxia,1.Respiratory systemCompensatory response PaO2 60mmHg peripheral chemoreceptor H+ central chemoreceptor alveolar ventilation PaO2 PaCO2 （limit) Respiratory rate and depth 胸内负压 静脉回流 心输出量和肺血流量 有利于氧的摄取和运输,低张性缺氧引起的肺通气变化与缺氧持续的时间有关4000m高原：当天：通气量仅增加65%（低碳酸血症，呼碱限制）2-3天：通气量增加5-7倍（呼碱肾代偿）久居：通气量增加15%（外周化学感受器的敏感性）肺通气量增加是急性缺氧最重要的代偿性反应但：肺通气 耗氧量,（2） Injured Manifestations）急性低张性缺氧高原性肺水肿 快速登上4000米以上的高原，可在14天发生肺水肿，表现为呼吸困难、咳嗽、血性泡沫痰、肺部有湿罗音、皮肤粘膜发绀、头痛等。男性发病率明显高于女性。缺氧、寒冷和劳累是主要诱因。轻微高原病症状如头疼、恶心及睡眠障碍等多在到达高原后的第二天至第四天出现。干咳是较早的表现，其发生可先于肺部罗音的出现。其它常见的临床表现有心动过速、低热、胸痛及白色泡沫痰甚至咯血。部分患者病情进行性恶化，出现严重的呼吸困难、精神淡漠等HAPE表现，严重者在数小时内即出现呼吸窘迫，发生急性呼吸衰竭甚至死亡。,“肺动脉高压” ：缺氧呼吸运动 胸内负压 缺氧外周血管收缩回心血量，肺血流量缺氧性肺血管收缩肺循环阻力 局部收缩较轻或不收缩非炎性漏出炎性因子肺泡毛细血管膜炎性渗出,肺动脉高压,cap内压,肺水肿,）中枢性呼吸衰竭PaO2 30mmHg 可直接抑制呼吸中枢 呼吸抑制，呼吸的节律和频率不规则。,2. circulatory system (1) Compensatory response CO 氧的运输a.心率(肺牵张SN兴奋）b. 心肌收缩性（缺氧 SN兴奋）c. 静脉回流量（呼吸 、心脏 ） pulmonary vasoconstriction “缺氧性肺血管收缩” 以调整肺内不同区域通气/血流比 氧的摄取 a.缺氧直接对VSMC作用：KV，KCa，KATP,缺氧 KV K+外流 细胞膜去极化电压依赖性Ca2+开放Ca2+内流 VSMC收缩血管收缩：肺小动脉胞浆游离Ca2+ Kca开放ATP KATP开放 b. 体液因素：缩血管物质（Ang，ET，TXA2）占优势。c. 交感神经作用：肺血管-肾上腺受体密度较高，交感神经兴奋时肺小动脉收缩。,K+外流 血管舒张：心、脑, blood redistribution 保证重要器官的氧供皮肤、腹腔脏器血流（交感兴奋，受体密度高）心、脑血流 （局部代谢产物，扩血管） 心脑血管平滑肌细胞膜的KCa和KATP开放,钾外向电流增加，细胞膜超极化，Ca2+内流 。 cajpillary proliferation 长期缺氧 缺氧诱导因子-1（HIF-1） 血管内皮生长因子（VEGF)基因表达，尤其是心、脑、骨骼肌毛细血管增生 氧弥散距离，供氧量,（2） Injured Manifestations Pulmonary arterial hypertension a. 慢性缺氧 肺血管收缩 肺循环阻力 肺动脉高压： 抑制肺动脉Kv通道mRNA和蛋白质的表达 Kv通道 钙内流 b.钙内流 肺血管重塑：血管平滑肌细胞和成纤维细胞肥大、增 生 血管硬化 持续的肺动脉高压右心肥大、右心衰, Decreased myocardial contractility and extensibility a.缺氧 ATP b.缺氧 ATP 心肌细胞膜和肌浆网钙转运功能障碍c. 慢性缺氧 RBC ，血粘度d. 严重缺氧心肌收缩蛋白破坏，心肌挛缩或断裂 Arrhythmia 严重缺氧 细胞内外离子分布异常心动过缓、期前收缩、室颤等, decreased venous return a. 严重缺氧 呼吸中枢受抑制 胸廓运动减弱 b. 严重而持久的缺氧乳酸、腺苷等扩血管产物积累 Hypertension OSAHS睡眠呼吸暂停综合征引起的高血压可达 45% 48% 儿茶酚胺，呼吸暂停，睡眠紊乱血压升高与 打鼾的严重程度和呼吸暂停时间呈正比关系；血压失去正常的昼夜节律性变化规律，出现夜间血压比白天高，早晨血压比入睡前高，优以舒张压升高为著，脉压差减小，白天活动后改善了缺氧状态，血压反而降低了；白天伴有嗜睡、头痛头晕、乏力、记忆力减退，夜尿增多等； 多见于中老年肥胖男性和更年期妇女； 单纯降压药物治疗很难奏效，必须有效治疗 鼾症后血压才可能降低或恢复正常。,3. Hemic system(1) Compensatory response（1） Increase of RBC and Hb 急性缺氧：交感神经兴奋，血液重分布肝、脾储血释放 慢性缺氧 肾脏分泌促红细胞生成素 RBC、 Hb 血液的CO2 max和CaO2 组织的供氧量（2）Rightward shift of oxyhemoglobin dissociation curve 缺氧 糖无氧酵解 2, 3-DPG 氧离曲线右移RBC向组织释放O2的能力 组织的供氧量,原因(1) 2,3-DPG生成,缺氧,糖酵解,HHb,结合 2,3-DPG ,游离 ,糖酵解抑制,2,3-DPG,原因(2) 2,3-DPG分解,pH 2,3-DPG磷酸酶 2,3-DPG分解,1,1,2,2,HbO2,1,1,2,2,HHb,2,3-DPG不能结合,2,3-DPG结合部位,（2） Injured Manifes