课件：病理生理学五.ppt

第五章 缺 氧 Hypoxia,第一节 常用血氧指标 (Parameters of Blood Oxygen),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： 指以物理状态溶解在血浆内的氧分子所产生的张力（故又称氧张力）。 正常值： 动脉血氧分压（PaO2）约为13.3kPa(100mmHg)； 静脉血氧分压（PvO2）约为5.32kPa(40mmHg)。 影响因素： 吸入气氧分压 呼吸功能：肺通气、肺换气 动-静脉血分流,血氧容量,(oxygen binding capacity, CO2max) 概念： 氧分压为19.95kPa（150mmHg），二氧化碳分压为5.32kPa（ 40mmHg），温度38，在体外100毫升血液内血红蛋白，所结合氧的最大毫升数。 反映血液中Hb的最大带氧能力 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毫升血液内所含的氧毫升数，包括实际与血红蛋白结合的氧和溶解在血浆内的氧。 正常值： 动脉血氧含量(CaO2)约190ml/L(19ml/dl) 静脉血氧含量(CvO2)约140ml/L(14ml/dl) 影响因素： 氧分压 氧容量,血氧饱和度（oxygen saturation, SO2）,概念： Hb的氧饱和度，即Hb结合氧的百分数，约等于血氧含量和血氧容量的比值。 氧饱和度（）(氧含量-溶解氧量)/氧容量=氧含量/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70 75。 影响因素： 取决于氧分压的高低 氧离曲线,氧离曲线,动-静脉血氧差(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%) 影响因素： 组织从单位容积血液内摄取氧的多少。 PaO2 流经真毛细血管的血量 血液流变性 细胞利用氧的能力,缺氧的概念（hypoxia） ：,概念：由于组织氧供应减少或是对氧的利用障碍，不能满足机体需要，而引起机体代谢、机能、以至形态结构变化的病理过程称为缺氧。,1,第二节 缺氧的原因和类型 (Classification of Etiology),【病例5-1】某男性患者，77岁，咳嗽，痰多，喘憋加重伴发热3天入院。患者20年前开始反复发作咳嗽、咳痰并有时伴喘憋，上述症状逐年加重。本次于入院前3天受凉后出现发热，畏寒，咳嗽，咳脓痰，喘憋加重并且夜间不能平卧，来院就诊。 体格检查：口唇、指尖部皮肤出现发绀。体温 38.9 ,脉搏 120次/分，呼吸 28次/分。胸廓略呈桶状，肋间隙增宽，双肺呼吸音粗并可闻大量痰鸣音，右下肺呼吸音低。 辅助检查：动脉血气分析结果：pH 7.14 ,PaO2 42mmHg, PaCO2 80mmHg。 【思考题】 该患者缺氧原因是什么？属何种类型缺氧？为什么？ 该患者为何发生呼吸心跳加快？ 该患者发绀的机制是什么？,一、乏氧性缺氧（Hypoxic Hypoxia）,概念： 乏氧性缺氧是指由于肺泡氧分压降低，或静脉血分流入动脉，血液从肺摄取的氧减少，以致PaO2 降低，动脉血氧含量减少，组织供氧不足，又称低张性低氧血症（hypotonic hypoxemia）。,（一）原因(causes),吸入气氧分压低 由于吸入气氧分压低，PAO2和PaO2随之降低。 外呼吸功能障碍 静脉血分流入动脉（静脉血掺杂）增多,（二）血氧变化特点(characteristics of blood oxygen),动脉血氧分压,血氧容量,动-静脉血氧差,紫绀,皮肤粘膜,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,降低或正常,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,紫绀 (cyanosis) ：,概念： 毛细血管血液中还原血红蛋白浓度达到或超过50g/L时，可使皮肤和粘膜呈青紫色，称为紫绀。,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，血红蛋白可降低，出现严重缺氧，但还原血红蛋白不会降至50g/L(5g/dl)以下，不会发生紫绀。 红细胞增多病患者，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。,【案例5-2】 某男性患者，因头痛、头晕、恶心、呕吐30min入院。入院前中午烧菜时不慎将白色粉末状物当盐撒入菜中，半小时后患者突觉恶心、呕吐。入院查体：体温36.8，脉搏90次/min，呼吸23次/min，血压115/80mmHg，神志清，口唇、四肢青紫。心脏（-），呼吸急促，双肺可闻及少许干性啰音，全腹无压痛；实验室检查，血常规：Hb 125g/L，N 0.70，L 0.30，抽血查高铁血红蛋白定性试验（+），吸氧紫绀无明显改善。给予洗胃，输入维生素C，亚甲蓝60mg、50%GS 40ml缓慢静注，约30min紫绀减轻，2h后重复应用1次，紫绀消失，消化道症状明显改善；继续住院观察2天，患者无异常，痊愈出院。 【思考题】 该患者发生何种类型缺氧？机制是什么？ 为何吸氧紫绀无明显改善？,【案例5-3】 某男性患者，因当日清晨4时在蔬菜温室内为火炉添煤时，昏倒在温室台阶上，4h后被发现,急诊入院。患者既往健康。体检：体温37.5，呼吸24次/min，脉搏110次/min,血压100/70mmHg。神志不清，口唇呈樱桃红色，其他无异常。实验室检查：PaO295mmHg, HbCO 30%,血浆HCO3-13.5mmol/L。入院后立即吸氧，不久渐醒，给于纠酸补液等处理后，病情迅速好转。 【思考题】 1讨论引起该患者昏倒的原因和机制。 2该患者属何种类型缺氧？ 3该患者为何会有血浆HCO3-降低？为什么会有呼吸和心率加快？,二、血液性缺氧（Hemic Hypoxia）,概念： 血液性缺氧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所引起的缺氧，而导致组织缺氧。,（一）原因(causes),血液性缺氧最主要的原因是由于红细胞数量和血红蛋白含量减少 贫血（anemia） 单位容积血液内红细胞数和血红蛋白量减少 氧容量降低，氧含量随之减少。 高铁血红蛋白血症（methemoglobinemia） 血红蛋白的二价铁，在氧化剂的作用下，可氧化成三价铁，形成高铁血红蛋白（methemoglobin,HbFe3+OH），也称变性血红蛋白或羟化血红蛋白。 高铁血红蛋白与氧的亲和力增高，导致氧离曲线左移，使组织缺氧。 较常见的是食用大量含硝酸盐的腌菜后，经肠道细菌将硝酸盐还原为亚硝酸盐，吸收后形成高铁血红蛋白血症，当血液中HbFe3+OH达到15g/L时，皮肤、粘膜可出现青紫色，称为“肠源性发绀”（enterogenous cyanosis）。,碳氧血红蛋白血症（carboxyhemoglobinemia, HbCO） 特点1.CO与氧的亲和力比Hb与氧的亲和力大 210倍. 2.HbCO无携带氧的能力. 3. CO抑制红细胞糖酵解，2，3-DPG减少,血红蛋白与氧的亲和力异常增高 见于碱中毒；输入大量库存血,（二）血氧变化特点 (characteristics of blood oxygen),动脉血氧分压,血氧容量,动-静脉血氧差,皮肤粘膜,正常,降低,正常,动脉氧饱和度,动脉血氧含量,降低或正常,降低,苍白,咖啡色,樱桃红色,三、循环性缺氧（Circulatory Hypoxia）,概念： 循环性缺氧是指由于血流速度减慢，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）；,（一）原因(causes),全身性循环障碍 局部性循环障碍,（二）血氧变化特点 (characteristics of blood oxygen),动脉血氧分压,血氧容量,动-静脉血氧差,皮肤粘膜,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）,概念： 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。,（一）原因(causes),组织中毒 线粒体功能受抑制 呼吸酶合成减少 线粒体损伤,组织水肿 组织间液和细胞内液的异常增多，使气体弥散距离增大，引起内呼吸障碍。 组织需氧过多 如冠状动脉硬化的病人运动或情绪激动时，心肌耗氧量增加可诱发心绞痛。,（二）血氧变化特点 (characteristics of blood oxygen),动脉血氧分压,血氧容量,动静脉血氧差,皮肤粘膜,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,各型缺氧的血氧变化和皮肤粘膜改变,缺氧虽分为上述四型，但在实际情况中所见的，往往是混合型。例如失血性休克，既有血红蛋白减少所致的血液性缺氧，又有有微循环障碍所致的循环性缺氧。又如心力衰竭，既有循环障碍引起的循环性缺氧，又可继发肺淤血、水肿而引起呼吸性缺氧。,第三节 缺氧时机体的机能代谢变化(Functional and Metabolic Changes of the Body in Hypoxia),特点： 缺氧对机体的影响取决于缺氧发生的程度、速度、持续时间和机体的机能代谢状态。 代偿反应：轻、短。 机能代谢障碍：重、长，代偿不全 急性缺氧是由于机体来不及代偿而较易发生代谢的机能障碍。 各种类型的缺氧，既有相似之处，又各具特点，,O2,O2,O2,O2,HIF-1,一、缺氧时机体的代偿性反应 (Compensatory Responses),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,（一）呼吸系统,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,慢性缺氧 使之钝化,PaO2,久居高原者较世居平原人颈动脉体大6.7倍； 慢阻肺比正常人大1倍； 慢性低张性缺氧早期，颈动脉体增大，嗜锇小体的中心缩小，晕轮加宽，有时整个嗜锇小体被空泡所取代；,特点(characteristics)：,肺通气量增加是对急性缺氧最重要的代偿性反应 肺通气量增加的强弱存在个体差异； 血液性缺氧和组织性缺氧因PaO2不低，故呼吸一般不增强； 循环性缺氧如累及肺循环，如心力衰竭引起肺淤血、水肿时，可使呼吸加快。,（二）循环系统(Circulatory System),低张性缺氧引起的代偿性心血管反应，主要表现为： 心输出量增加 血流分布改变 肺血管收缩 毛细血管增生,1、心输出量增加 (Increase of cardiac output),PaO2,化学感受器,呼吸运动,肺牵张反射,交感N 迷走N,心血管中枢,-受体,血管扩张 血压下降,压力感受器,心率,心收缩性,静脉回流量,CO,蓝斑,儿茶酚胺,2、血流分布改变(Blood redistribution in systemic circulation),缺氧,交感神经兴奋,血管收缩,局部组织乳酸、腺苷 等代谢产物堆积,血管扩张,皮肤、腹腔内脏,心、脑,(1)细胞外液pH下降； (2)缺氧时PO2下降刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器反射性引起脑血管扩张； (3)代谢产物的作用。,1)脑血管扩张，脑血流量增加,2)冠脉血流量增加,(1) 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； 以-肾上腺素能受体占优势的小冠状动脉扩张； (2)局部代谢产物的扩张作用： 缺氧 ATP 腺苷 腺苷脱氨酶活性 腺苷,3、肺血管收缩 (Pulmonary vasoconstriction),主动脉体 颈动脉体,肺血管收缩,局部血流量,肺动脉压,肺上部血流,通气/血流,PaO2,2019/8/30,43,可编辑,缺氧引起肺血管收缩的机制,肥大细胞 肺泡巨噬细胞 血管内皮细胞,交感神经,受体,缩血管,组胺-H1、白三烯、TXA2、PGF2a,组胺-H2、PGI2、PGE1,扩血管,细胞膜对Na+、Ca2+通透性,Na+、Ca2+内流,兴奋性 收缩性,4、毛细血管增生 (Capillary proliferation),尤其是脑、心脏和骨骼肌。缩短弥散距离。 缺氧时毛细血管增生的机制:目前还不清楚 腺苷 血管内皮生长因子 细胞粘附分子,VEGF表达受到HIF-1的调控,VEGF的结构及其信号途径,启动血管形成的分子基础,血管形成过程,血管形成,（三）血液系统(Hemic system),红细胞增多(increase of RBC) 氧合血红蛋白解离曲线右移(rightward shift of oxyhemoglobin dissociation),1、红细胞增多,移居到3600m高原的男性居民红细胞计数通常约为61012/L(6106/mm3), Hb为210g/L(21g/dl)左右。 当低氧血近球小体近球细胞生成并释放（EPO） 骨髓造血能力 RBC ， Hb (负反馈) EPORBC，缺氧缓解，肾脏EPO 红细胞增多可增加血液的氧容量和氧含量 对机体不利：可促使微血栓形成,EPO,2、氧离曲线右移,2,3-DPG增加 血红蛋白与氧的亲和力降低 但是8kPa，载氧减少,缺氧时红细胞2,3-DPG增多的机制,G,6-P-G,6-P-F,1,6-DPF,磷酸二羟丙酮,1,3-二磷酸甘油酸,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,2-磷酸烯醇式丙酮酸,3-磷酸甘油醛,PFK,ADP,ATP,丙酮酸,乳酸,2,3-DPG,DPGM,DPGP,DPGP,脱氧Hb,-,-,2,3DPG-Hb,-,过度通气,pH,+,DPGP,-,呼碱,2,3-DPG增多使氧离曲线右移,稳定脱氧构型 pH，Bohr效应,2,3-DPG与Hb的结合,（四）组织和细胞的适应(Cellular adaptation),代谢调整 组织细胞利用氧的能力增强 无氧酵解增强 肌红蛋白增加,1、代谢调整,葡萄糖代谢能力加强，节约用氧 脂代谢减弱，缺氧后期增强 减少能量消耗：海龟、候鸟,糖摄取,能力的贮备 反应能力,plasma membrane,GLUT,GLUT-Gene,HIF-1,mRNA,AUUA,660bp,480bp,mRNA,AUUA,HuR,GLUT,GLUT,葡萄糖,G,HuR,2、组织细胞利用氧能力增强,细胞内线粒体的数目和膜表面积 呼吸链中的酶表达量增加，活性增强。,3、肌红蛋白增加,肌红蛋白和氧的亲和力较大 肌红蛋白的增加可能具有储存氧的作用。,（一）缺氧性细胞损伤,细胞膜损伤 线粒体损伤 溶酶体损伤,1、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,2、线粒体的变化,轻度缺氧或缺氧早期线粒体呼吸功能增强 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 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。,3、溶酶体的变化,酮体增多，导致酸中毒。 pH降低可引起磷脂酶活性增高 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。,（二）CNS的机能障碍,脑重仅为体重的2左右， 脑血流量约占心输出量之15 脑耗氧量约为总耗氧量的23,脑对缺氧十分敏感。,表现与机理,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、思睡、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,缺氧引起脑组织的形态学变化,脑细胞变性 脑细胞坏死 脑细胞肿胀 脑水肿,（三）外呼吸功能障碍,肺水肿 发病机制： 1)不均匀收缩：压力性肺水肿 2)通透性增高：通透性肺水肿 3)肺血流量增多：交感-肾上腺髓质系统兴奋性增强。外周血管收缩,（四）循环功能障碍,肺动脉高压 心肌的收缩与舒张功能降低 心律失常 静脉回流减少,1、肺动脉高压(Pulmonary arterial hypertention),机理： 肺血管收缩反应 平滑肌肥大，血管硬化 红细胞增多，使血液粘度增高,2、心肌收缩与舒张功能降低(Decrease of myocardial co