病理生理学第五章

第第 五五 章章 缺缺 氧氧 由 于 组 织 氧 的 供 应 减 少 或 对 氧 的 利 用 障 碍 ， 而 引 起 代 谢 、 功 能 和 形 态 结 构 变 化 的 病 理 过 程 称 为 缺 氧 。 缺 氧 是 临 床 多 种 疾 病 共 有 的 病 理 过 程 ， 也 是 一 些 特 殊 环 境 （ 如 高 原 、 高 空 ） 所 必 有 的 现 象 ， 是 许 多 疾 病 引 起 死 亡 的 重 要 原 因 。 了 解 和 研 究 缺 氧 的 发 生 和 发 展 规 律 ， 对 临 床 防 治 缺 氧 、 增 强 机 体 代 偿 适 应 能 力 都 有 重 要 意 义 。 成 人 在 静 息 状 态 下 ， 每 分 钟 耗 氧 量 约 为 2 5 0 m l ， 剧 烈 运 动 时 可 增 加8 9 倍 。 正 常 人 体 内 氧 储 极 为 有 限 （ 约1 5 0 0 m l ）， 因 此 必 须 依 赖 呼 吸 、 血 液 循 环 等 功 能 的 协 调 ， 完 成 氧 的 交 换 和 运 输 ， 以 保 证 组 织 氧 的 供 应 ， 其 中 任 何 一 环 节 的 障 碍 均 可 导 致 缺 氧 。 正 常 情 况 下 ， 机 体 通 过 呼 吸 摄 取 大 气 中 的 氧 ， 氧 与 血 红 蛋 白 结 合 并 经 循 环 系 统 运 输 给 组 织 、 细 胞 利 用 。 吸 入 气 中 氧 的 多 少 ， 取 决 于 大 气 压 和 氧 含 量 。 气 体 进 入 肺 后 ， 肺 泡 气 中 的 氧 在 氧 分 压 差 的 驱 动 下 向 毛 细 血 管 弥 散 。 弥 散 入 血 的 氧 在 血 管 中 以 物 理 溶 解 和 与 血 红 蛋 白 （ H b ） 化 学 结 合 两 种 方 式 运 输 到 各 器 官 和 组 织 。 物 理 溶 解 氧 的 多 少 与 其 分 压 成 正 比 。 氧 分 压 为1 3 . 3 200 k P a （ 1 0 0 m m H g ） 时 ，1 0 0 m l 血 液 可 溶 解0 . 3 m l 氧 。 此 量 远 不 能 满 足 机 体 代 谢 需 要 。 与H b 结 合 是 氧 运 输 的 主 要 形 式 。 每 克H b 能 结 合 1 . 3 4 m l 氧 。 一 个 健 康 成 人 每1 0 0 m l 血 液 内 含 H b 1 5 g ， 最 多 可 结 合2 0 . 8 5 m l 氧 。H b 结 合 氧 的 多 少 取 决 于 血 液 中 的 氧 分 压 。 常常 用用 的的 血血 氧氧 指指 标标 血 氧 分 压 （partial pressure of oxygen, P O2） ： 为 溶 解 于 血 液 的 氧 分 子 所 产 生 的 张 力 ， 故 又 称 血 氧 张 力 （oxygen tension）。 动 脉 血 氧 分 压 （P a O2） 的 高 低 ， 主 要 取 决 于 吸 入 气 体 的 氧 分 压 和 外 呼 吸 的 功 能 状 态 ， 正 常 时 约 为1 3 . 3 k P a （ 1 0 0 m m H g ) 。 静 脉 血 氧 分 压 （P v O2） 正 常 约 为5 . 3 3 k P a （ 4 0 m m H g ）， 它 可 反 映 组 织 、 细 胞 的 内 呼 吸 状 态 。 血 氧 容 量 （oxygen binding capacity, C O 2 m a x ） ： 是 指1 0 0 m l 血 液 中 的 血 红 蛋 白 ， 在 氧 分 压 为1 3 . 3 k P a ( 1 0 0 m m H g ) ， 温 度 为3 8 时 ， 所 能 结 合 氧 的 最 大m l 数 ， 即1 0 0 m l 血 液 中H b 的 最 大 带 氧 量 ， 它 取 决 于 血 液 中H b 的 质 （ 与O2结 合 的 能 力 ） 和 量 。 成 人 正 常 血 氧 容 量 为2 0 m l % 。 201 血 氧 含 量 （oxygen content, C O 2 ） ： 指1 0 0 m l 血 液 中 实 际 含 有 的 氧 量 （m l 数 ） ， 包 括 物 理 溶 解 的 和 化 学 结 合 的 氧 量 ， 但 因 正 常 时 溶 解 的 氧 量 很 少 （0 . 3 m l % ）， 常 可 忽 略 不 计 。 氧 含 量 取 决 于 氧 分 压 和 氧 容 量 。 正 常 动 脉 血 氧 含 量 （C a O2） 约 为1 9 m l / d l ， 静 脉 血 氧 含 量 （C v O2） 约 为1 4 m l / d l 。 动- 静 脉 氧 含 量 差 （C a O2- C v O2） 约 为5 m l / d l 。 血 氧 饱 和 度 （oxygen saturation, S O 2 ） ： 指H b 的 氧 饱 和 度 ， 即H b 结 合 氧 的 百 分 数 ， 约 等 于 血 氧 含 量 和 血 氧 容 量 的 比 值 。 正 常 动 脉 血 氧 饱 和 度 （ S a O2） 为9 3 9 8 % ， 混 合 静 脉 血 氧 饱 和 度 （ S v O2） 为7 0 7 5 % 。 S O2主 要 取 决 于 P O2， P O2与S O2之 间 的 关 系 曲 线 呈S 形 ， 称 为 氧 离 曲 线 （oxygen dissociation curve）（ 图5 - 1 ）。 此 外 ， S O2还 与 血 液p H 、 温 度 、C O2分 压 ， 以 及 红 细 胞 内 2 ， 3 - 二 磷 酸 甘 油 酸 （2,3,-diphosphoglycerate, 2 , 3 - D P G ） 的 变 化 有 关 。 血 液p H 下 降 、 温 度 升 高 、C O2分 压 升 高 或 红 细 胞 内 2 , 3 - D P G 增 多 时 ， 血 氧 饱 和 度 变 小 ， 氧 离 曲 线 右 移 ； 反 之 ， 氧 离 曲 线 左 移 ， 血 氧 饱 和 度 增 大 。 202 P5 0为 反 映H b 与O2的 亲 和 力 的 指 标 ， 是 指 血 红 蛋 白 氧 饱 和 度 为5 0 % 时 的 血 氧 分 压 ， 正 常 为 3 . 4 7 3 . 6 k P a （ 2 6 2 7 m m H g ）。 影 响 氧 离 曲 线 左 （ 或 右 ） 移 的 因 素 均 可 使P5 0减 小 （ 或 增 大 ） （ 图5 - 1 ）。 图5 - 1 氧 离 曲 线 第第 一一 节节缺缺 氧氧 的的 原原 因因 、 分分 类类 和和 血血 氧氧 变变 化化 特特 点点 根 据 缺 氧 的 原 因 和 血 氧 变 化 的 特 点 ， 一 般 可 分 为 以 下 四 种 类 型 ： 肺通气、换气功能障碍 碍 吸入气中氧分压降低 缺氧性缺氧 静脉血分流入动脉 线粒体损伤 血红蛋白含量减少 血红蛋白结构、功能异常 局部循环功能障碍 全身循环功能障碍 线粒体功能受抑制 呼吸酶合成减少 血液性缺氧 循环性缺氧 组织性缺氧用氧障碍 供氧不足 缺氧 203 图 5-2 缺氧的病因和分类 一一 、乏乏 氧氧 性性 缺缺 氧氧 乏 氧 性 缺 氧 （hypoxic hypoxia） 主 要 表 现 为 动 脉 血 氧 分 压 降 低 ， 氧 含 量 减 少 ， 组 织 供 氧 不 足 ， 又 称 低 张 性 缺 氧 （ hypotensive hypoxia） 或 缺 氧 性 缺 氧 。 （ 一一 ）原原 因因 1 、吸吸 入入 气气 氧氧 分分 压压 过过 低低 多 发 生 于 海 拔 3 0 0 0 m 以 上 的 高 原 、 高 空 ， 或 通 风 不 良 的 坑 道 、 矿 井 作 业 ， 或 吸 入 低 氧 混 合 气 体 及 被 惰 性 气 体 或 麻 醉 剂 过 度 稀 释 的 空 气 。 体 内 供 氧 的 多 少 ， 首 先 取 决 于 大 气 氧 分 压 的 高 低 （ 大 气 氧 分 压= 大 气 压 氧 含 量 ）。 随 着 海 拔 的 升 高 ， 大 气 压 下 降 ， 氧 分 压 也 相 应 降 低 （ 表5 - 1 ）。 表 5-1 不同海拔高度下，大气压、吸入气与肺泡气氧分压、动脉血氧饱和度的变化 海拔高度 （m） 大气压 （kPa） 吸入气氧分压 （kPa） 肺泡气氧分压 （kPa） 动脉血氧饱 和度（%） 0101.319.9513.9795 1 00090.4418.6211.9794 2 00079.8016.639.3192 3 00070.4914.638.2590 4 00061.1813.036.6585 5 00053.8711.315.9975 6 00047.229.845.3270 7 00041.238.654.6660 8 00035.917.453.9950 9 00030.596.383.332040 204 2 、 外外 呼呼 吸吸 功功 能能 障障 碍碍 肺 的 通 气 和/ 或 换 气 功 能 障 碍 ， 可 致 动 脉 血 氧 分 压 和 血 氧 含 量 降 低 而 发 生 缺 氧 ， 又 称 呼 吸 性 缺 氧 （respiratory hypoxia）。 3 、 静静 脉脉 血血 分分 流流 入入 动动 脉脉 多 见 于 某 些 先 天 性 心 脏 病 ， 如 房 间 隔 或 室 间 隔 缺 损 伴 有 肺 动 脉 狭 窄 或 肺 动 脉 高 压 ， 或 法 乐 氏 （Fallots） 四 联 症 等 ， 由 于 右 心 的 压 力 高 于 左 心 ， 出 现 右 向 左 的 分 流 。 （ 二二 ）血血 氧氧 变变 化化 的的 特特 点点 动 脉 血 的 氧 分 压 、 氧 含 量 及 血 红 蛋 白 的 氧 饱 和 度 均 降 低 。 由 于 氧 分 压 在8 k P a ( 6 0 m m H g ) 以 上 时 ， 氧 合 血 红 蛋 白 解 离 曲 线 近 似 水 平 线 ， 只 有 当P a O2 降 至8 k P a 以 下 才 会 使S a O2及C a O2显 著 减 少 ， 导 致 组 织 缺 氧 。 此 时 组 织 对 氧 的 利 用 代 偿 性 加 强 ， 因 此 静 脉 血 氧 分 压 、 氧 含 量 也 相 应 减 少 ， 动- 静 脉 氧 含 量 差 接 近 于 正 常 或 减 少 。 正 常 毛 细 血 管 血 液 中 还 原 血 红 蛋 白 浓 度 约 为2 . 6 g / d l 。 缺 氧 性 缺 氧 时 ， 动 、 静 脉 血 中 的 还 原 血 红 蛋 白 浓 度 增 高 。 当 毛 细 血 管 血 液 中 还 原 血 红 蛋 白 浓 度 达 到 或 超 过5 g / d l 时 ， 可 使 皮 肤 和 粘 膜 呈 青 紫 色 ， 称 为 紫 绀 （cyanosis）。 205 在 血 红 蛋 白 含 量 正 常 的 人 ， 发 绀 与 缺 氧 同 时 存 在 ， 可 根 据 发 绀 的 程 度 大 致 估 计 缺 氧 的 程 度 。 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5 g / d l 以 下 ， 出 现 严 重 缺 氧 ， 但 不 会 发 生 紫 绀 。 红 细 胞 增 多 症 患 者 ， 血 中 还 原 血 红 蛋 白 超 过5 g / d l ， 出 现 发 绀 ， 但 可 无 缺 氧 症 状 。 二二 、血血 液液 性性 缺缺 氧氧 血 液 性 缺 氧 （hemic hypoxia） 是 由 于 红 细 胞 数 量 和 血 红 蛋 白 含 量 减 少 ， 或 血 红 蛋 白 性 质 改 变 ， 使 血 液 携 氧 能 力 降 低 ， 血 氧 含 量 减 少 或 与 血 红 蛋 白 结 合 的 氧 不 易 释 放 ， 而 导 致 组 织 缺 氧 。 此 时 动 脉 血 的 氧 分 压 和 氧 饱 和 度 均 正 常 ， 故 又 称 等 张 性 低 氧 血 症 （isotonic hypoxemia）。 （ 一一 ）原原 因因 1 、血 红 蛋 白 含 量 减 少 见 于 各 种 原 因 引 起 的 严 重 贫 血 ， 使 血 红 蛋 白 含 量 减 少 。 虽 然 血 氧 分 压 和 氧 饱 和 度 正 常 ， 但 氧 容 量 降 低 ， 氧 含 量 也 随 之 减 少 。 由 于 红 细 胞 数 目 减 少 ， 血 液 粘 滞 度 降 低 ， 血 流 速 度 加 快 ， 使 单 位 时 间 内 对 组 织 运 送 的 氧 不 致 减 少 过 多 。 一 般 当 贫 血 使 红 细 胞 压 积 低 于2 0 % 时 ， 才 会 引 起 对 组 织 的 供 氧 不 足 。 2 、 血血 红红 蛋蛋 白白 性性 质质 改改 变变 亚 硝 酸 盐 、 过 氯 酸 206 盐 及 磺 胺 衍 生 物 等 可 使 血 红 素 中 二 价 铁 氧 化 成 三 价 铁 ， 形 成 高 铁 血 红 蛋 白 （methemoglobin, H b F e 3 + O H ）， 导 致 高 铁 血 红 蛋 白 血 症 （methemoglobinemia）。 高 铁 血 红 蛋 白 中 的 三 价 铁 因 与 羟 基 结 合 牢 固 ， 失 去 结 合 氧 的 能 力 ， 或 者 血 红 蛋 白 分 子 中 的 四 个 二 价 铁 中 有 部 分 氧 化 成 三 价 铁 ， 剩 余 的 二 价 铁 虽 能 结 合 氧 ， 但 不 易 解 离 ， 导 致 氧 离 曲 线 左 移 ， 使 组 织 缺 氧 。 生 理 情 况 下 ， 血 液 中 不 断 形 成 极 少 量 的 高 铁 血 红 蛋 白 ， 又 不 断 被 血 液 中 的N A D H 、 抗 坏 血 酸 、 还 原 型 谷 胱 甘 肽 等 还 原 剂 还 原 为 二 价 铁 。 所 以 正 常 成 人 血 液 中 的 还 原 血 红 蛋 白 含 量 不 超 过 血 红 蛋 白 总 量 的 1 % 2 % 。 当 亚 硝 酸 盐 等 氧 化 剂 中 毒 时 ， 如 高 铁 血 红 蛋 白 含 量 超 过 血 红 蛋 白 总 量 的1 0 % ， 就 可 出 现 缺 氧 表 现 。 达 到3 0 % 5 0 % ， 则 发 生 严 重 缺 氧 ， 全 身 青 紫 、 头 痛 、 精 神 恍 惚 、 意 识 不 清 以 至 昏 迷 。 高 铁 血 红 蛋 白 血 症 最 常 见 于 亚 硝 酸 盐 中 毒 ， 如 食 用 大 量 含 硝 酸 盐 的 腌 菜 后 ， 硝 酸 盐 经 肠 道 细 菌 作 用 还 原 为 亚 硝 酸 盐 ， 大 量 吸 收 入 血 后 ， 导 致 高 铁 血 红 蛋 白 血 症 。 当 血 液 中H b F e 3 + O H 达 到1 . 5 g / d l 时 ， 皮 肤 、 粘 膜 可 出 现 青 紫 颜 色 ， 称 为 肠 源 性 紫 绀（enterogenous cyanosis） 。 3 、 一一 氧氧 化化 碳碳 中中 毒毒 一 氧 化 碳 （C O ） 与 血 红 207 蛋 白 的 亲 和 力 比 氧 与 血 红 蛋 白 的 亲 合 力 高2 1 0 倍 ， 当 吸 入 气 中 含 有0 . 1 % 的C O 时 ， 血 液 中 的 血 红 蛋 白 可 能 有5 0 % 为 碳 氧 血 红 蛋 白 （carboxyhemoglobin, H b C O ）。 H b C O 不 能 与O2结 合 ， 同 时 还 可 抑 制 红 细 胞 的 糖 酵 解 ， 使2 ， 3 - D P G 生 成 减 少 ， 氧 离 曲 线 左 移 ， H b O2中 的O2不 易 释 放 ， 从 而 加 重 组 织 缺 氧 。 当 血 液 中 的H b C O 增 至1 0 % 2 0 % 时 ， 可 出 现 头 痛 、 乏 力 、 眩 晕 、 恶 心 和 呕 吐 等 症 状 ； 增 至5 0 % 时 ， 可 迅 速 出 现 痉 挛 、 呼 吸 困 难 、 昏 迷 ， 甚 至 死 亡 。 此 时 ， 病 人 的 动 脉 血 氧 分 压 不 降 低 ， 其 皮 肤 、 粘 膜 呈H b C O 的 樱 桃 红 色 。 4 、 血血 红红 蛋蛋 白白 与与 氧氧 的的 亲亲 和和 力力 异异 常常 增增 高高 某 些 因 素 可 增 强 氧 与 血 红 蛋 白 的 亲 和 力 ， 氧 离 曲 线 左 移 ， 氧 不 易 释 放 。 如 输 入 大 量 库 存 血 （ 库 存 血 中 2 ， 3 - D P G 含 量 降 低 ）， 或 输 入 大 量 碱 性 液 体 （ p H 升 高 通 过B o h r 效 应 增 强H b 与O2的 亲 和 力 ） ； 此 外 ， 已 发 现3 0 多 种 血 红 蛋 白 病 ， 由 于 肽 链 中 存 在 氨 基 酸 替 代 ， 例 如 链 第9 2 位 的 精 氨 酸 被 亮 氨 酸 取 代 ， 以 致H b 与O2的 亲 和 力 比 正 常 的H b 高 几 倍 ， 从 而 使 组 织 缺 氧 ， 并 有 代 偿 性 的 红 细 胞 增 多 。 （ 二 ）血血 氧氧 变变 化化 的的 特特 点点 208 血 液 性 缺 氧 时 ， 由 于 血 红 蛋 白 数 量 减 少 或 性 质 改 变 ， 使 血 氧 容 量 降 低 ， 动 脉 血 氧 含 量 也 随 之 降 低 （ H b 与O2亲 和 力 增 强 引 起 的 血 液 性 缺 氧 例 外 ， 其 血 氧 容 量 和 血 氧 含 量 可 不 低 ）； 由 于 外 呼 吸 功 能 正 常 ， 动 脉 血 氧 分 压 和 氧 饱 和 度 正 常 ； 由 于O2与H b 的 亲 和 性 增 高 ， 氧 不 易 释 放 ， 使 动- 静 脉 氧 含 量 差 减 小 ； 贫 血 病 人 的 动 脉 血 氧 分 压 正 常 ， 但 毛 细 血 管 床 中 的 平 均 血 氧 分 压 较 低 ， 血 管- 组 织 间 的 氧 分 压 差 减 小 ， 氧 向 组 织 弥 散 的 驱 动 力 减 小 ， 使 动- 静 脉 氧 含 量 差 减 小 。 单 纯 贫 血 时 ， 患 者 皮 肤 、 粘 膜 呈 苍 白 色 ； C O 中 毒 时 ， 病 人 皮 肤 、 粘 膜 呈 樱 桃 红 色 ；O2 与H b 的 亲 和 性 增 高 时 ， 皮 肤 、 粘 膜 呈 鲜 红 色 ； 高 铁 血 红 蛋 白 血 症 患 者 ， 皮 肤 、 粘 膜 呈 棕 褐 色 （ 咖 啡 色 ） 或 类 似 发 绀 的 颜 色 ， 称 为 肠 源 性 紫 绀 。 三三 、循循 环环 性性 缺缺 氧氧 循 环 性 缺 氧 （circulatory hypoxia） 是 指 因 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 为 低 血 流 性 缺 氧 或 低 动 力 性 缺 氧 （hypokinetic hypoxia）。 209 在 循 环 性 缺 氧 中 ， 因 动 脉 血 灌 流 不 足 引 起 的 缺 氧 称 为 缺 血 性 缺 氧 （ischemic hypoxia）， 因 静 脉 血 回 流 障 碍 引 起 的 缺 氧 称 为 淤 血 性 缺 氧 （congestive hypoxia）。 （ 一一 ）原原 因因 1 、 全全 身身 性性 循循 环环 障障 碍碍 见 于 心 力 衰 竭 和 休 克 。 心 力 衰 竭 病 人 心 输 出 量 减 少 ， 向 全 身 各 组 织 器 官 运 送 的 氧 量 减 少 ， 同 时 又 可 因 静 脉 回 流 受 阻 ， 引 起 组 织 淤 血 和 缺 氧 。 全 身 性 循 环 障 碍 引 起 的 缺 氧 ， 易 致 酸 性 代 谢 产 物 蓄 积 ， 发 生 酸 中 毒 ， 使 心 肌 收 缩 力 进 一 步 减 弱 ， 心 输 出 量 降 低 ， 加 重 循 环 性 缺 氧 ， 形 成 恶 性 循 环 ， 病 人 可 死 于 因 心 、 脑 、 肾 的 重 要 器 官 严 重 缺 氧 而 发 生 的 功 能 衰 竭 。 2 、 局局 部部 性性 循循 环环 障障 碍碍 见 于 动 脉 硬 化 、 血 管 炎 、 血 栓 形 成 和 栓 塞 、 血 管 痉 挛 或 受 压 等 。 因 血 管 阻 塞 或 受 压 ， 引 起 局 部 组 织 缺 血 性 或 淤 血 性 缺 氧 。 （ 二二 ）血血 氧氧 变变 化化 的的 特特 点点 循 环 性 缺 氧 时 ， 动 脉 血 氧 分 压 、 氧 容 量 、 氧 含 量 和 氧 饱 和 度 均 正 常 。 但 因 血 流 缓 慢 ， 血 液 通 过 毛 细 血 管 的 时 间 延 长 ， 组 织 、 细 胞 从 血 液 中 摄 取 的 氧 量 相 对 较 多 ， 同 时 由 于 血 流 淤 滞 ， 二 氧 化 碳 含 量 增 加 ， 促 使 氧 离 曲 线 右 移 ， 释 氧 增 加 ， 致 使 静 脉 血 氧 分 压 和 氧 含 量 降 低 ， 因 而 动- 静 脉 210 氧 含 量 差 增 大 。 缺 血 性 缺 氧 时 ， 组 织 器 官 苍 白 。 淤 血 性 缺 氧 时 ， 组 织 从 血 液 中 摄 取 的 氧 量 增 多 ， 毛 细 血 管 中 还 原 血 红 蛋 白 含 量 增 加 ， 易 出 现 发 绀 。 四四 、组组 织织 性性 缺缺 氧氧 组 织 性 缺 氧 是 指 因 组 织 、 细 胞 利 用 氧 的 能 力 减 弱 而 引 起 的 缺 氧 。 （ 一一 ）原原 因因 1 、线线 粒粒 体体 功功 能能 受受 抑抑 制制 生 物 氧 化 过 程 中 产 生 的 部 分 （ 约5 0 % ） 能 量 用 于A D P 的 磷 酸 化 ， 合 成A T P 。 氧 化 磷 酸 化 是 细 胞 生 成A T P 的 主 要 途 径 ， 而 线 粒 体 是 氧 化 磷 酸 化 的 主 要 场 所 。 任 何 影 响 线 粒 体 呼 吸 或 氧 化 磷 酸 化 的 因 素 都 可 引 起 组 织 性 缺 氧 。 氧 化 磷 酸 化 受 抑 制 某 些药 物 或 毒 物 可 抑 制 或 阻 断 呼 吸 链 中 某 一 部 位 的 电 子 传 递 ， 使 氧 化 磷 酸 化 过 程 受 阻 ， 引 起 组 织 性 缺 氧 ，A T P 生 成 减 少 （ 图5 - 3 ）。 例 如 ， 氰 化 物 中 毒 时 ，C N 与 细 胞 色 素a a3铁 原 子 中 的 配 位 键 结 合 ， 形 成 氰 化 高 铁c y t a a3， 使 细 胞 色 素 氧 化 酶 不 能 还 原 ， 失 去 传 递 电 子 的 功 能 ， 呼 吸 链 中 断 ， 生 物 氧 化 受 阻 ； 氧 化 磷 酸 化 解 偶 联 寡 霉 素 和 2 ， 4 - 二 硝 基 酚 等 虽 不 抑 制 呼 吸 链 的 电 子 传 递 ， 但 可 使 作 211 用 物 氧 化 产 生 的 能 量 不 能 用 于A D P 的 磷 酸 化 ， 使 氧 化 磷 酸 化 解 偶 联 ，A T P 生 成 减 少 。 胍乙啶 抗霉素 A 氰化物 巴比妥 苯乙双胍 一氧化碳 鱼藤酮 8-氢-羟基喹啉 硫化氢 柰醌 叠氮化合物 NADHFMN CoQcyt bcyt c1cyt ccyt aa3O2 琥珀酸FAD 图 5-3 呼吸链及氧化磷酸化抑制剂作用环节示意图 2 、呼呼 吸吸 酶酶 合合 成成 减减 少少 维 生 素B1是 丙 酮 酸 氧 化 脱 羧 所 需 辅 酶 的 组 成 成 分 ， 维 生 素B2（ 核 黄 素 ） 是F M N 和F A D 的 组 成 成 分 ， 维 生 素P P （ 烟 酰 胺 ） 是N A D + 的 组 成 成 分 ， 这 些 维 生 素 的 严 重 缺 乏 可 影 响 氧 化 磷 酸 化 过 程 。 3 、线线 粒粒 体体 损损 伤伤 高 温 、 大 量 放 射 线 辐 射 和 细 菌 毒 素 等 可 损 伤 线 粒 体 ， 引 起 线 粒 体 功 能 障 碍 ，A T P 生 成 减 少 。 （ 二二 ）血血 氧氧 变变 化化 的的 特特 点点 212 动 脉 血 氧 分 压 、 血 氧 含 量 、 血 氧 容 量 和 血 氧 饱 和 度 均 正 常 。 此 时 组 织 利 用 氧 减 少 ， 静 脉 血 氧 分 压 、 血 氧 含 量 和 氧 饱 和 度 都 高 于 正 常 ， 动- 静 脉 血 氧 含 量 差 降 低 。 虽 然 可 将 缺 氧 分 为 上 述 四 种 类 型 ， 但 实 际 常 见 的 缺 氧 多 为 两 种 或 多 种 缺 氧 混 合 存 在 ， 如 失 血 性 休 克 病 人 ， 即 有 循 环 性 缺 氧 ， 又 可 因 大 量 失 血 加 上 复 苏 过 程 中 大 量 输 液 使 血 液 过 度 稀 释 ， 引 起 血 液 性 缺 氧 ， 若 并 发 肺 功 能 障 碍 ， 则 又 可 出 现 乏 氧 性 缺 氧 。 各 种 类 型 缺 氧 的 特 点 见 表5 - 2 。 表 5-2 各型缺氧的原因和血氧特点 乏氧性缺氧血液性缺氧循环性缺氧组织性缺氧 原 因 吸入气氧分压过低 外呼吸功能障碍 静脉血分流入动脉 血红蛋白含量减少 血红蛋白性质改变 全身性循环障碍 局部性循环障碍 线粒体功能受抑制 呼吸酶合成减少 线粒体损伤 动脉血氧分压 NNN 动脉血氧含量 NN 动脉血氧容量 NNN 动脉血氧饱和度 NNN 血 氧 特 点 动-静脉氧差N 或 第第 二二 节节 缺缺 氧氧 时时 机机 体体 的的 机机 能能 与与 代代 谢谢 变变 化化 机 体 对 缺 氧 的 反 应 ， 取 决 于 缺 氧 发 生 的 速 度 、 程 度 、 部 位 、 持 续 的 时 间 以 及 机 体 的 机 能 代 谢 状 态 。 轻 度 缺 氧 或 缺 氧 初 期 ， 机 体 各 系 统 出 现 一 系 列 代 偿 性 变 化 ， 以 增 加 氧 的 供 应 或 提 高 组 织 利 用 氧 的 能 力 。 严 重 缺 氧 而 机 体 代 偿 不 213 全 时 ， 可 导 致 组 织 代 谢 障 碍 和 各 系 统 功 能 紊 乱 ， 甚 至 引 起 死 亡 。 一一 、呼呼 吸吸 系系 统统 的的 变变 化化 动 脉 血 氧 分 压 降 低 ， 刺 激 颈 动 脉 体 和 主 动 脉 体 化 学 感 受 器 ， 反 射 性 兴 奋 呼 吸 中 枢 ， 使 呼 吸 加 深 加 快 ， 肺 泡 通 气 量 增 加 ， 这 是 对 急 性 缺 氧 最 重 要 的 代 偿 反 应 ， 其 意 义 在 于 ： 呼 吸 深 快 可 把 原 来 未 参 与 换 气 的 肺 泡 调 动 起 来 ， 以 增 大 呼 吸 面 积 ， 提 高 氧 的 弥 散 ， 使P a O2和 S a O2升 高 ； 呼 吸 深 快 使 更 多 的 新 鲜 空 气 进 入 肺 泡 ， 从 而 提 高 肺 泡 气 氧 分 压 ， 降 低 二 氧 化 碳 分 压 ； 呼 吸 深 快 时 胸 廓 动 度 增 大 ， 胸 腔 负 压 增 加 ， 促 进 静 脉 回 流 ， 回 心 血 量 增 多 ， 促 使 肺 血 流 量 和 心 输 出 量 增 加 ， 有 利 于 气 体 在 肺 内 的 交 换 和 氧 在 血 液 的 运 输 。 低 张 性 缺 氧 引 起 的 肺 泡 通 气 反 应 与 缺 氧 持 续 的 时 间 有 关 。 如 人 进 入 高 原 后 ， 立 即 发 生 轻 度 到 中 度 的 通 气 增 加 ， 4 7 天 后 通 气 增 加 达 到 高 峰 （ 可 达 在 平 原 的5 - 7 倍 ） ， 久 居 高 原 后 ， 肺 通 气 量 逐 渐 回 降 ， 仅 略 高 于 平 原 水 平 。 急 性 缺 氧 的 通 气 反 应 是 由 外 周 化 学 感 受 器 引 起 的 ， 但 此 时 的 过 度 通 气 可 导 致 低 碳 酸 血 症 ， 脑 积 液 中 C O2分 压 降 低 ， 对 脑 干 化 学 感 受 器 的 化 学 刺 激 减 弱 ， 抑 制 214 通 气 反 应 ， 部 分 抵 消 外 周 化 学 感 受 器 兴 奋 呼 吸 的 作 用 。 数 日 后 ， 通 过 肾 脏 代 偿 性 排 出H C O3 - ， 脑 积 液 中 的 H C O3 - 也 逐 渐 通 过 血 脑 屏 障 进 入 血 液 ， 使 脑 组 织 中p H 逐 渐 恢 复 正 常 ， 解 除 对 中 枢 化 学 感 受 器 的 抑 制 作 用 ， 使 外 周 化 学 感 受 器 的 作 用 得 以 充 分 发 挥 。 在 高 原 停 留 一 段 时 间 后 或 久 居 高 原 的 人 ， 通 气 反 应 逐 渐 减 弱 ， 这 可 能 是 由 于 外 周 化 学 感 受 器 对 低 氧 的 敏 感 性 降 低 所 致 。 据 观 察 ， 世 居 高 原 者 颈 动 脉 体 的 体 积 较 世 居 平 原 人 的 大6 . 7 倍 ， 慢 性 阻 塞 性 肺 疾 患 和 先 天 性 心 脏 病 患 者 的 颈 动 脉 体 也 增 大 ， 但 在 缺 氧 晚 期 ， 增 大 的 颈 动 脉 体 中 嗜 锇 体 的 中 心 缩 小 、 晕 轮 加 宽 ， 有 时 整 个 嗜 锇 体 为 空 泡 所 取 代 ， 这 可 能 是 颈 动 脉 体 化 学 感 受 器 敏 感 性 降 低 的 原 因 。 血 液 性 缺 氧 及 组 织 性 缺 氧 ， 由 于 动 脉 血 氧 分 压 正 常 ， 所 以 没 有 呼 吸 加 强 反 应 。 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 。 主 要 因 为 缺 氧 直 接 影 响 中 枢 神 经 系 统 的 能 量 代 谢 。 少 数 人 从 平 原 快 速 进 入3 0 0 0 m 以 上 高 原 时 ， 发 生 高 原 肺 水 肿 ， 表 现 为 呼 吸 困 难 ， 咳 粉 红 色 泡 沫 痰 或 白 色 泡 沫 痰 ， 肺 部 有 湿 罗 音 等 。 高 原 肺 水 肿 的 发 生 机 制 尚 不 十 分 明 了 ， 可 能 与 下 列 因 素 有 关 ： 缺 氧 导 致 肺 215 内 各 部 位 小 动 脉 不 均 匀 收 缩 ， 血 液 转 移 至 收 缩 弱 的 部 位 ， 使 其 毛 细 血 管 内 压 增 高 ， 液 体 渗 出 增 多 ； 缺 氧 直 接 或 间 接 引 起 肺 血 管 内 皮 细 胞 通 透 性 增 强 ， 液 体 渗 出 ； 缺 氧 导 致 交 感- 肾 上 腺 髓 质 系 统 兴 奋 性 增 强 ， 外 周 血 管 收 缩 ， 肺 血 流 量 增 多 ， 液 体 容 易 外 渗 。 寒 冷 、 劳 累 、 肺 部 感 染 、 过 量 吸 烟 饮 酒 、 精 神 紧 张 等 都 可 能 诱 发 高 原 肺 水 肿 。 高 原 肺 水 肿 一 旦 形 成 ， 将 明 显 加 重 机 体 缺 氧 。 二二 、循循 环环 系系 统统 的的 变变 化化 （ 一一 ） 心心 脏脏 功功 能能 变变 化化 1 、心心 率率 急 性 轻 度 或 中 度 缺 氧 时 ， 心 率 增 快 ， 其 原 因 可 能 为 ： 动 脉 血 氧 分 压 降 低 ， 兴 奋 颈 动 脉 体 和 主 动 脉 体 化 学 感 受 器 ， 反 射 性 引 起 心 率 加 快 ； 缺 氧 致 呼 吸 运 动 增 强 ， 经 肺 牵 张 反 射 抑 制 心 迷 走 神 经 ， 兴 奋 心 交 感 神 经 ， 心 率 加 快 ； 缺 氧 刺 激 心 血 管 运 动 中 枢 ， 增 强 交 感 神 经 活 动 ， 兴 奋 心 脏 - 肾 上 腺 素 能 受 体 ， 心 率 加 快 ； 缺 氧 患 者 如 伴 有 血 管 扩 张 ， 血 压 下 降 ， 还 可 通 过 压 力 感 受 器 的 作 用 ， 使 心 率 加 快 。 严 重 缺 氧 可 直 接 抑 制 心 血 管 运 动 中 枢 ， 并 引 起 心 肌 能 量 代 谢 障 碍 ， 而 使 心 率 减 慢 。 216 2 2 、 心心 肌肌 收收 缩缩 力力 缺 氧 初 期 ， 交 感 神 经 兴 奋 ， 作 用 于 心 脏 - 肾 上 腺 素 能 受 体 ， 使 心 肌 收 缩 力 增 强 。 以 后 ， 由 于 缺 氧 所 致 的 酸 中 毒 和 心 肌 抑 制 因 子 的 形 成 ， 能 抑 制 心 肌 ， 使 心 肌 收 缩 力 减 弱 。 极 严 重 的 缺 氧 可 直 接 抑 制 心 血 管 运 动 中 枢 和 心 肌 的 能 量 代 谢 障 碍 ， 使 心 肌 收 缩 力 减 弱 。 3 3 、 心心 输输 出出 量量 动 物 和 人 体 观 察 均 发 现 ， 在 进 入 高 原 的 初 期 ， 心 输 出 量 显 著 增 加 ， 久 居 高 原 后 ， 心 输 出 量 逐 渐 回 降 。 缺 氧 初 期 ， 心 输 出 量 的 增 加 是 由 于 交 感 神 经 兴 奋 使 心 率 加 快 、 心 肌 收 缩 力 增 强 ， 以 及 因 呼 吸 运 动 增 强 而 致 的 回 心 血 量 增 加 。 心 输 出 量 增 加 ， 使 器 官 供 血 得 以 改 善 ， 是 对 缺 氧 有 效 的 代 偿 。 极 严 重 的 缺 氧 可 因 心 率 减 慢 、 心 肌 收 缩 力 减 弱 ， 出 现 心 输 出 量 降 低 。 久 居 高 原 、 慢 性 阻 塞 性 肺 疾 病 和 先 天 性 心 脏 病 患 者 ， 由 于 肺 血 管 收 缩 、 肺 动 脉 压 升 高 ， 可 使 右 心 室 负 荷 加 重 ， 右 心 室 肥 大 ， 严 重 时 发 生 心 力 衰 竭 。 （ 二二 ） 器器 官官 血血 流流 量量 的的 变变 化化 急 性 缺 氧 时 ， 心 肌 和 脑 的 血 管 扩 张 ， 血 流 增 加 ， 而 皮 肤 和 其 它 内 脏 的 血 管 收 缩 ， 血 流 量 减 少 。 血 液 的 这 种 重 217 新 分 布 有 利 于 保 证 重 要 生 命 器 官 氧 的 供 应 ， 因 而 具 有 重 要 的 代 偿 意 义 。 1 1 、 脑脑 血血 流流 量量 的的 变变 化化 脑 的 代 谢 活 动 有 赖 于 脑 血 流 量 与 脑 的 氧 耗 量 之 间 的 动 态 平 衡 。 动 脉 血 氧 分 压 和 血 氧 含 量 降 低 可 引 起 脑 血 管 扩 张 、 脑 血 流 量 增 加 ， 以 保 证 脑 组 织 的 供 氧 相 对 稳 定 。 当 P a O2低 于6 . 6 5 7 . 9 8 k P a ( 5 0 6 0 m m H g ) 或 脑 静 脉 血 P O2低 于3 . 7 2 4 . 6 6 k P a ( 2 8 3 5 m m H g ) 时 ， 脑 血 管 扩 张 、 脑 血 流 量 明 显 增 加 。 脑 血 流 对 低 氧 的 反 应 与 低 氧 持 续 的 时 间 有 关 。 人 初 至 高 原 时 ， 脑 血 流 量 开 始 显 著 增 加 ， 以 后 逐 渐 降 低 。 缺 氧 引 起 脑 血 管 扩 张 、 脑 血 流 量 增 加 的 机 制 ， 尚 不 十 分 清 楚 ， 可 能 与 下 列 因 素 有 关 ： 细 胞 外 液 的 p H 下 降 有 实 验 证 明 缺 氧 伴 有 高 碳 酸 血 症 时 ， 脑 血 流 量 增 加 更 为 显 著 ， 并 与 脑 组 织p H 下 降 相 关 。 而 严 重 过 度 通 气 可 以 降 低 急 性 低 氧 下 的 脑 血 流 量 ； 缺 氧 可 反 射 性 引 起 脑 血 管 扩 张 ， 这 可 能 是P O2下 降 刺 激 颈 动 脉 体 和 主 动 脉 体 化 学 感 受 器 反 射 性 引 起 的 。 有 实 验 表 明 ， 动 脉 血 氧 含 量 减 少 比P O2降 低 所 导 致 的 脑 血 流 增 加 作 用 更 强 ， 其 机 制 不 清 楚 ； 代 谢 产 物 218 的 作 用 有 文 献 报 道 ， 缺 氧 时 脑 内 腺 苷 水 平 增 高1 0 0 1 0 0 0 倍 。 腺 苷 是 极 强 的 血 管 扩 张 物 质 。 缺 氧 对 血 管 平 滑 肌 细 胞 的 直 接 作 用 缺 氧 可 激 活 脑 血 管 平 滑 肌 细 胞 膜 上 的K + 通 道 ，K + 外 流 ， 细 胞 膜 超 极 化 ， 血 管 舒 张 。 缺 氧 激 活K + 通 道 的 机 制 不 明 ， 可 能 与 内 皮 细 胞 产 生 的 超 极 化 因 子（ endothelium derived hyperpolarizing factor， E D H F ） 有 关 。 另 外 ， 局 部K + 增 高 ， 也 可 引 起 脑 血 管 扩 张 。 低 血 氧 下 脑 血 流 量 的 增 加 ， 可 使 脑 的 总 氧 量 增 加 1 7 % 。 但 由 于 脑 是 处 于 一 个 容 积 固 定 的 密 闭 颅 腔 内 ， 颅 内 脑 组 织 、 脑 脊 液 和 血 液 三 者 处 于 相 对 稳 定 状 态 ， 以 维 持 正 常 的 颅 内 压 力 。 脑 血 流 经 动 、 静 脉 与 颅 外 相 通 ， 颅 内 脑 血 流 是 唯 一 能 迅 速 变 化 的 成 分 ， 脑 血 流 的 变 化 直 接 影 响 颅 内 压 力 并 呈 正 相 关 。 低 氧 下 脑 血 流 明 显 升 高 与 急 性 高 原 病 有 关 。 2 2 、 冠冠 状状 血血 流流 量量 的的 变变 化化 心 肌 的 能 量 主 要 来 源 于 有 氧 代 谢 。 正 常 成 人 安 静 状 态 下 的 冠 脉 血 流 量 约 占 心 输 出 量 的4 % 。 正 常 心 肌 对 血 中 氧 摄 取 量 很 大 ， 可 高 达6 5 % 7 0 % ， 但 心 肌 对 氧 的 储 备 能 力 较 小 。 因 此 ， 在 缺 氧 时 心 肌 靠 增 加 摄 氧 量 219 来 纠 正 缺 氧 的 能 力 有 限 。 急 性 缺 氧 时 ， 只 能 通 过 冠 状 动 脉 扩 张 ， 增 加 冠 状 动 脉 血 流 量 来 提 高 心 肌 的 供 氧 量 。 冠 脉 血 流 量 增 加 的 机 制 主 要 为 ： 缺 氧 引 起 交 感 神 经 兴 奋 ， 心 肌 收 缩 力 增 强 ， 心 室 内 压 升 高 ， 主 动 脉 压 增 高 ， 冠 状 血 管 灌 流 压 增 高 ； 交 感 神 经 兴 奋 可 能 引 起 以 - 肾 上 腺 素 能 受 体 分 布 占 优 势 的 小 冠 状 动 脉 扩 张 ； 局 部 代 谢 产 物 对 冠 状 动 脉 的 扩 张 作 用 。 心 肌 缺 血 缺 氧 时 ， 心 肌 细 胞 的A T P 生 成 减 少 ， 其 降 解 产 物 腺 苷 产 生 增 多 ， 同 时 腺 苷 脱 氨 酶 活 性 降 低 ， 腺 苷 灭 活 减 少 ， 使 局 部 腺 苷 浓 度 增 加 。 腺 苷 对 冠 状 血 管 有 很 强 的 扩 张 作 用 ， 主 要 引 起 小 冠 状 动 脉 扩 张 ， 血 流 量 增 加 。 冠 状 血 管 内 皮 可 合 成 舒 血 管 作 用 很 强 的 前 列 腺 环 素 （P G I2）。 缺 氧 时 ，P G I2合 成 增 多 。 此 外 ， 心 肌 缺 氧 时 ， 局 部C O2 、 乳 酸 、K + 、 磷 、 缓 激 肽 、 组 胺 等 增 加 ， 都 可 致 冠 状 血 管 扩 张 。 慢 性 缺 氧 时 ， 心 肌 组 织 中 毛 细 血 管 增 生 ， 有 助 于 改 善 心 肌 供 氧 。 缺 氧 时 冠 状 血 管 的 扩 张 ， 有 重 要 的 代 偿 意 义 。 但 当 严 重 缺 氧 时 ， 虽 经 代 偿 ， 仍 不 能 保 证 心 肌 的 血 氧 供 应 ， 心 肌 可 出 现 功 能 紊 乱 ， 甚 至 变 性 坏 死 。 220 3 3 、 肺肺 循循 环环 的的 变变 化化 正 常 肺 循 环 具 有 以 下 特 点 ： 流 量 大 （ 相 当 于 体 循 环 的 血 流 量 ）； 压 力 低 （ 静 息 时 的 肺 动 脉 平 均 压 为1 . 6 - 2 . 0 k P a ， 仅 为 体 循 环 压 的1 / 6 ）； 阻 力 低 （ 约1 0 0 d y n e s c m - 5 ） ; 容 量 大 （ 肺 循 环 血 容 量 约 为4 5 0 m l ， 约 占 全 身 血 量 的9 % ）。 缺 氧 可 引 起 肺 动 脉 和 肺 静 脉 收 缩 ， 但 主 要 使 肺 小 动 脉 收 缩 ， 肺 动 脉 压 升 高 。 肺 血 管 收 缩 的 代 偿 意 义 在 于 改 变 肺 血 流 量 及 肺 内 的 血 液 分 布 ， 使 肺 泡 通 气- 灌 流 比 率 恢 复 平 衡 。 例 如 ， 在 高 原 缺 氧 时 ， 肺 血 管 收 缩 ， 肺 动 脉 压 升 高 ， 有 可 能 使 灌 流 不 足 的 肺 尖 或 肺 的 其 它 区 域 得 到 较 多 的 血 流 ， 从 而 提 高 氧 的 弥 散 。 缺 氧 引 起 肺 血 管 收 缩 的 机 制 尚 不 十 分 清 楚 ， 目 前 认 为 与 下 列 因 素 有 关 ： 缺 氧 对 平 滑 肌