病理生理学 第十章 缺氧

Hypoxia,第十章 缺氧,1.掌握缺氧的概念2.掌握各种类型缺氧的原因和主要特点3.熟悉缺氧时机体的主要机制和代谢变化4.了解影响机体缺氧耐受性的因素5.了解缺氧的治疗原则和氧中毒,目的要求,氧是人体进行新陈代谢的关键物质，是人体生命活动的第一需要。,氧气的运输与利用,氧的供应呼吸功能,血红蛋白血液循环,细胞摄取氧,线粒体功能,缺氧的概念,由于组织供氧不足或用氧障碍导致机体产生相应的功能、代谢和形态改变，这一病理过程称为缺氧（hypoxia） Hypoxia: every day in your life!,学习内容,第一节 常用的血氧指标第二节 缺氧的类型、原因和发病机制第三节 缺氧对机体的影响第四节 影响机体缺氧耐受性的因素第五节 缺氧治疗病理生理学基础,第一节 常用血氧指标,血氧分压 血氧容量 血氧含量 动-静脉血氧差 血氧饱和度,血氧分压（partial pressure of oxygen, PO2）,概念：是指物理溶解于血液中的氧所产生的张力，又称血氧张力（oxygen tension）。正常值：动脉血氧分压（PaO2）约为100mmHg (13.3kPa)静脉血氧分压（PvO2）约为40mmHg(5.32kPa),血氧容量(oxygen binding capacity, CO2max),概念：氧分压为150mmHg，二氧化碳分压为40mmHg，温度38时，体外100ml血液内血红蛋白，所结合氧的最大毫升数。此时，每克Hb可结合1.34 ml氧正常值：动脉血和静脉血氧容量约200ml/L(20ml%)影响因素：血液中Hb的质(与O2结合的能力)和量,血氧含量(oxygen content, CO2),概念：指100 ml血液中实际含有的氧量，包括物理溶解的和与Hb结合的氧量正常值：动脉血氧含量(CaO2)约190ml/L(19ml%)静脉血氧含量(CvO2)约140ml/L(14ml%)影响因素：血氧分压血氧容量:Hb的质和量,动-静脉血氧含量差(CaO2-CvO2),概念：即动脉血氧含量减去静脉血氧含量所得的毫升数反映组织对氧的消耗量正常值：50ml/L(5ml%),血氧饱和度（oxygen saturation, SO2）,概念： 指Hb结合氧的百分数。SO2(氧含量-溶解氧量)/氧容量血氧含量/血氧容量正常值：动脉血氧饱和度(SaO2)约9398静脉血氧饱和度(SvO2)约7075影响因素：取决于氧分压的高低氧解离曲线（oxygen dissociation curve）,血氧分压与血氧饱和度的关系氧解离曲线,血红蛋白在标准状态下的氧解离曲线及其影响因素,第二节 缺氧的类型、原因和发病机制,由于肺泡氧分压降低，或静脉血分流入动脉，以致PaO2降低，动脉血氧含量减少，组织供氧不足，又称乏氧性缺氧（hypoxic hypoxia）,一、低张性缺氧 hypotonic hypoxia,1.原因,吸入气氧分压低 吸入气氧分压低，PaO2随之降低。外呼吸功能障碍 肺通气和/或换气功能降低，血液通过肺摄取的氧减少，PaO2和CaO2降低。由呼吸功能障碍而引起的缺氧，又称呼吸性缺氧（respiratory hypoxia）。静脉血分流入动脉（静脉血掺杂）右心的静脉血可部分经室缺处流入左心。肺动静脉血功能性或解剖性分流增加。,阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS）,概念：是指睡眠时上气道塌陷、阻塞，引起呼吸暂停和通气不足。表现：患者睡眠时严重打鼾，出现反复的呼吸暂停、血氧饱和度降低、高碳酸血症和睡眠结构紊乱。危害：白天嗜睡、心脑肺血管并发症乃至多脏器损害，严重影响患者的生活质量。,2.血氧变化特点,动脉血氧分压,血氧容量,动-静脉血氧含量差,紫绀,皮肤黏膜,降低,正常,慢性缺氧时，单位容积血液内红细胞数和血红蛋白量增多，氧容量增加,正常或降低,静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量,降低,动脉血氧饱和度,动脉血氧含量,降低,降低,发绀 (cyanosis),概念：毛细血管血液中还原血红蛋白浓度达到或超过5g/dl时，可使皮肤和黏膜呈青紫色，称为发绀。,缺氧不一定有发绀，发绀不一定有缺氧。血红蛋白过多或过少时，发绀与缺氧常不一致。重度贫血患者，血红蛋白可降至50g/L(5g/dl)以下，出现严重缺氧，但不会发生紫绀。红细胞增多时 ，血中还原血红蛋白超过50g/L(5g/dl)，出现发绀，但可无缺氧症状。,“紫娃”,高原5100m,先天性心脏病,二、血液性缺氧（hemic hypoxia）,是指由于红细胞数量和血红蛋白含量减少，或血红蛋白的性质发生改变，致血液携氧能力降低，血氧含量减少，或血红蛋白结合的氧不易释出而导致的缺氧。由于以物理状态溶解在血液内的氧不受血红蛋白的影响，因此动脉血氧分压正常，故又称为等张性缺氧（isotonic hypoxia）。,1. 原因,血红蛋白数量减少：贫血（anemia）一氧化碳中毒,Hb+CO,CO-Hb 亲和力 Hb-O2,高铁血红蛋白血症（methemoglobinemia）,亚硝酸盐、过氯酸盐及磺胺衍生物等氧化剂可使血红素中的二价铁氧化成三价铁，形成高铁血红蛋白（methemoglobin, HbFe3+OH）, 导致高铁血红蛋白血症肠源性发绀（enterogenous cyanosis）：当血液中HbFe3+OH达到1.5 g/dl时，皮肤、黏膜可出现青紫颜色，称为肠源性紫绀。,Fe3+不能携氧,Fe2+-O2不易解离,高铁血红蛋白血症,血红蛋白与氧的亲合力异常增高,输入大量库存血：RBC 2,3-DPG输入大量碱性液体： (pH升高通过Bohr效应增强Hb与O2的亲和力),Hb-O2亲和力异常：氧离曲线左移，氧不易释出,2. 血液性缺氧血氧变化特点,动脉血氧分压,血氧容量,动-静脉血氧含量差,皮肤黏膜,正常,正常,降低,正常或降低,动脉氧饱和度,动脉血氧含量,降低,降低,降低,苍白,咖啡色,樱桃红色,三、循环性缺氧（circulatory hypoxia）,由于血流速度减慢，血流量减少，单位时间内供给组织的氧量减少而引起的缺氧，又称低血流性缺氧（hypokinetic hypoxia）分类：局部性的：如血管狭窄或阻塞全身性的：如心力衰竭、休克缺血性缺氧（ischemic hypoxia）淤血性缺氧（stagnant hypoxia）,1.原因,缺血性缺氧因动脉血液灌流不足引起的缺氧局部性如动脉血栓形成、动脉粥样硬化以及血管痉挛等，全身性血液循环障碍常见于休克淤血性缺氧静脉回流障碍引起的组织器官血液淤滞而导致的缺氧见于静脉栓塞或受压(局部性)和心力衰竭,2. 血氧变化特点,动脉血氧分压,血氧容量,动-静脉血氧含量差,皮肤黏膜,正常,增高,正常,动脉氧饱和度,动脉血氧含量,正常,正常,易出现发绀,静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量,降低,四、组织性缺氧（histogenous anoxia）,由于组织细胞利用氧的能力不足而引起的缺氧称为组织性缺氧。,1. 原因,线粒体功能受抑制：某些药物或毒物阻断呼吸链。呼吸酶合成减少：辅酶缺乏：VB1，VB2，VPP线粒体损伤：高温、放射线、细菌毒素,2. 血氧变化特点,动脉血氧分压,血氧容量,动-静脉血氧含量差,皮肤黏膜,正常,降低,正常,动脉氧饱和度,动脉血氧含量,正常,正常,鲜红,静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量,增高,各型缺氧的血氧和皮肤黏膜改变,缺氧类型,PaO2,SaO2,血氧容量,血氧含量,动静脉血氧含量差,皮肤黏膜,乏氧性缺氧,N,N或,发绀,血液性缺氧,N,N或,N或,或N,苍白,咖啡,樱桃红,循环性缺氧,N,N,N,N,苍白发绀,组织性缺氧,N,N,N,N,鲜红色,临床上常为混合性缺氧,失血性休克,失血,循环障碍,肺功能衰竭,内毒素血症,血液性缺氧,循环性缺氧,低张性缺氧,组织性缺氧,第三节缺氧时对机体的影响,代偿变化损伤表现,呼吸系统循环系统血液系统中枢神经系统组织细胞,一、呼吸系统,早期,PaO2,呼吸深快,严重,PaO2,呼吸中枢,慢性,外周化学感受器对缺氧敏感性,肺水肿,急性,代偿,失代偿,低氧通气反应（hypoxic ventilation reaction，HVR）,主动脉体颈动脉体,肺通气,肺泡通气量,PaO2,PaO2,PaCO2,CO2 对中感器,肺血流量心输出量,胸廓运动胸内负压静脉回流,氧摄取氧运输,参与呼吸的肺泡数,呼吸面积,氧弥散,肺血管收缩,局部血流量,肺动脉压,肺上部血流,通气/血流,PaO2,肺泡气氧分压与肺通气量之间的关系,0,10,20,30,40,50,0,20,40,60,80,100,肺泡气氧分压 (mmHg),通气量 (L/min),呼吸系统的损伤性变化,中枢性呼吸衰竭 严重的急性缺氧可直接抑制呼吸中枢，出现周期性呼吸，呼吸减弱甚至呼吸停止。PaO2过低可直接抑制呼吸中枢。当PaO2210g/L，女性Hb190g/L)即为高原红细胞增多症，是常见的慢性高原病。多发生于海拔3500m以上地区，由于血液黏滞度异常增高、微循环障碍，组织严重缺氧，易导致血栓形成或局部组织坏死等各种并发症。,四、中枢神经系统,CNS耗氧量大，对缺氧不耐受，尤以灰质更敏感。,轻度缺氧或缺氧早期：血液重新分布保证脑组 织血供严重缺氧或长时间缺氧：神经系统功能障碍 脑水肿和脑细胞受损,缺氧对CNS的作用基本上表现为损伤,急性缺氧：头痛、情绪激动、思维力、记忆力、判断力降低或丧失以及运动不协调等。慢性缺氧：易疲劳、嗜睡、注意力不集中及精神抑郁等。严重缺氧：可导致烦躁不安、惊厥、昏迷甚而死亡。,ATP生成不足酸中毒脑血管扩张神经细胞膜电位降低神经递质合成减少细胞内钙超载溶酶体酶释放细胞水肿间质水肿血脑屏障受损,机制：,表现：,高原脑水肿,缺氧和酸中毒损伤脑血管内皮细胞，使血管壁通透性增高，血管内液体渗出，引起脑间质水肿。缺氧时，脑细胞能量生成减少，细胞膜钠泵功能障碍，导致细胞内钠水潴留，脑细胞水肿。,五、组织和细胞,代偿性反应携氧蛋白表达增加肌红蛋白、脑红蛋白、胞红蛋白增加组织细胞对氧利用的能力增强组织细胞对氧的消耗减少,1.携氧蛋白表达增加,细胞中存在携氧蛋白，它们与氧的亲和力高于血红蛋白，可有效地促进氧分子向细胞内转移，增强细胞对氧的摄取能力。在细胞氧供-需不平衡时，携氧蛋白释放所结合的氧供细胞利用。,肌红蛋白,慢性缺氧使肌肉中Mb增多。Mb和氧的亲和力较大。当PO2为10mmHg时，Hb的SaO2约为10，而肌红蛋白的氧饱和度可达70。氧分压进一步降低时，Mb释出大量的氧供细胞利用。肌红蛋白的增加可能具有储存氧的作用。,2.组织、细胞利用氧能力增强,细胞内线粒体的数目和膜的表面积增加呼吸链中的酶表达量增加，活性增强琥珀酸脱氢酶细胞色素氧化酶 如胎儿在母体内处于相对缺氧的环境，其细胞线粒体的呼吸功能为成年动物的3倍，至出生后1014天，线粒体呼吸功能才降至成年动物水平。,3.组织细胞对氧的消耗减少,葡萄糖代谢能力加强，节约用氧葡萄糖摄取增强，葡萄糖摄取能力贮备增强无氧酵解增强严重缺氧时，ATP生成减少，ATPADP比值下降，磷酸果糖激酶活性增强，糖酵解过程加强，在一定的程度上可补偿能量的不足。关键酶表达增强低代谢状态,代偿反应的分子机制,O2,O2,O2,O2,HIF-1,颈动脉体,肺血管,血管内皮,特定的氧感受细胞,代谢酶类,肺通气,循环代偿,红细胞增多,糖酵解增强,毛细血管增生,肺血管收缩,颈动脉体,组织和细胞的损伤性变化主要表现为,细胞膜损伤线粒体损伤溶酶体损伤细胞凋亡,细胞膜的变化,膜通透性,Na+i,Na+-K泵,ATP消耗,Mt呼吸,ATP生成,细胞水肿,堵塞微血管,加重微循环缺氧,ATPi,Na+外排,Na+内流,严重缺氧,K+外流,K+i,酶合成,钙超载,钙超载,mt钙摄取,钙外流,Ca2+增多可抑制线粒体的呼吸功能；可激活磷脂酶，使膜磷脂分解，溶酶体酶释出；增加自由基产生,线粒体的变化,细胞内的氧约有80%90%在线粒体内用于氧化磷酸化生成ATP，仅10%20%在线粒体外用于生物合成、降解及生物转化（解毒）作用等。轻度缺氧或缺氧早期线粒体呼吸功能是增强的。严重缺氧首先影响线粒体外氧的作用，使神经介质的生成和生物转化过程等降低。当线粒体部位氧分压降到临界点(1mmHg)时，可降低线粒休的呼吸功能，使ATP生成减少。严重时线粒体可出现肿胀、嵴崩解、外膜破裂和基质外溢等病变。,溶酶体的变化,缺氧时因糖酵解增强，乳酸生成增多，和脂肪氧化不全使其中间代谢产物酮体增多，导致酸中毒。pH降低可引起磷脂酶活性增高，使溶酶体膜磷脂被分解，膜通透性增高，结果使溶酶体肿胀、破裂，和大量溶酶体酶的释出，进而导致细胞本身及其周围组织的溶解、坏死。,细胞凋亡,第四节 影响机体缺氧耐受性的因素,机体对缺氧的耐受性与年龄有关 机体对缺氧的耐受性与机体的功能和代谢状态有关 机体对缺氧的耐受性存在个体和群体差异适应性锻炼和预缺氧可提高机体对缺氧的耐受性,第五节 氧疗和氧中毒,氧疗是治疗缺氧的基本措施吸入氧分压较高的空气或纯氧治疗各种缺氧性疾病的方法为氧疗（oxygen therapy）控制性氧疗(低流量、低浓度持续给氧)高浓度给氧高压氧疗氧疗对各种类型的缺氧均有一定的疗效 氧疗的机制提高肺泡气氧分压(PaO2)提高血氧弥散速度提高动脉血氧饱和度,氧疗时应防止氧中毒,吸入气氧分压过高、给氧时间过长，可引起细胞损害、器官功能障碍，称为氧中毒（oxygen intoxication）氧中毒的发生主要取决于吸入气氧分压