病理生理---缺氧

,缺氧hypoxia,济宁医学院病理生理学教研室PathophysiologyDepartmentofJiNingMedicaluniversity,正常人体氧的摄取、运输和利用,大气,气道,肺泡,血液,细胞利用,肺通气,肺换气,循环系统,呼吸膜,外呼吸,气体运输,内呼吸,肺部摄氧,血液携氧,循环运氧,组织用氧,概念,缺氧（hypoxia）,因组织供氧减少或利用氧障碍，引起细胞代谢、功能和形态结构异常变化的病理过程。,第一节常用的血氧指标及意义,血氧分压（partialpressureofoxygen,PO2）血氧容量(oxygenbindingcapacity,CO2max)血氧含量(oxygencontent,CO2)血红蛋白氧饱和度(oxygensaturationofHb,SO2)动静脉血氧含量差(A-VdO2),（一）血氧分压(PartialPressureofOxygen,PO2),定义：物理溶解于血液中的氧产生的张力。,PaO2100mmHgPvO240mmHg,（内呼吸的状况）,组织摄氧和用氧的能力,吸入气PO2,外呼吸功能,（二）血氧容量(OxygenbindingCapacity，CO2max),1.34ml/g,测定条件（PO2为150mmHg、PCO2为40mmHg，温度为38）,影响因素：,反映血液携带氧的能力,15g/dl,20ml/dl,Hb的质（与氧结合的能力）和量,100ml血液中的血红蛋白被氧充分饱和时最大携氧量。,(三）血氧含量(OxygenContent，CO2),定义：体内100ml血液的实际携氧量。血氧含量=Hb结合的氧+溶解于血浆的氧（0.3ml/dl),影响因素：,PO2；CO2max,CaO2：19ml/dl,CvO2:14ml/dl,（四）动静脉血氧含量差(A-VdO2),定义：动脉血氧含量-静脉血氧含量,19ml/dl,14ml/dl,A,V,取决于组织细胞从单位容积血液中摄取氧的能力.,5ml/dl,(五)血红蛋白氧饱和度(OxygenSaturationofHb,SO2),定义：指Hb与氧结合的百分数,血氧含量-溶解的氧量血氧容量,100%,=,影响因素：,SaO2:95-97%；SvO2:75%,PO2,血氧分压与血氧饱和度的关系,血氧饱和度%,血氧分压(mmHg),PCO2H+2,3DPG温度,PCO2H+2,3DPG温度,氧合血红蛋白解离曲线（oxygendissociationcurve,ODS),50,常用的血氧指标,血氧分压（partialpressureofoxygen,PO2）血氧容量(oxygenbindingcapacity,CO2max)血氧含量(oxygencontent,CO2)血氧饱和度(oxygensaturation,SO2)动静脉血氧含量差(A-VdO2),第二节缺氧的类型、原因和发病机制,缺氧的类型,血液性缺氧Hemichypoxia,循环性缺氧Circulatoryhypoxia,乏氧性缺氧Hypoxichypoxia,组织性缺氧Histogenoushypoxia,肺部摄氧,血液携氧,循环运氧,组织用氧,一、乏氧性缺氧(hypoxichypoxia),PaO2,组织供氧不足,低张性缺氧,(一)原因和机制：,外呼吸功能障碍；,外环境PO2过低；,静脉血流入动脉血,乏氧性缺氧,海拔高度大气压大气PO2PAO2(m)(mmHg)(mmHg)(mmHg)海平面76015910510006801409020006001257030005301106250004058545366744080002705630,外呼吸,肺通气,肺换气,肺泡气PO2,经肺泡扩散到血液中的氧,法洛四联症,低张性缺氧,（二）血氧变化特点:,N,(orN),(or),慢性缺氧,慢性缺氧,毛细血管血液中脱氧血红蛋白的浓度超过5g/dl，使皮肤、粘膜呈青紫色。,发绀(cyanosis),HbO2,HHb,2.6g/ml,正常,二、血液性缺氧（HemicHypoxia）,Hb数量减少或性质改变，以致血液携带氧的能力降低或Hb结合的O2不易释出所引起的缺氧。,PaO2正常，又称等张性缺氧。,血液性缺氧,(一)原因和机制：,1.贫血,2.CO中毒,3.高铁血红蛋白血症,1.贫血,血液性缺氧,Hb含量减少，血液携带氧量降低，以致细胞的供氧不足。,贫血性缺氧(anemichypoxia)最常见,血液性缺氧,2.CO中毒,煤气中毒,Hb,CO,O2,O2,O2,CO与Hb的亲和力是O2的210倍，形成HbCO，失去携氧能力CO与Hb一个血红素结合后，将增加其余3个血红素对氧的亲和力，不利于氧的释放CO抑制糖酵解，2,3-DPG生成减少，氧离曲线左移,血液性缺氧,樱桃红色,CO中毒患者接受氧疗,高压氧舱,血液性缺氧,3.高铁血红蛋白血症,氧化,Fe2+,Fe2+,Fe2+,Fe2+,正常Hb,Fe2+,Fe3+,Fe2+,Fe2+,高铁血红蛋白,亚硝酸盐、过氯酸盐,肠源性青紫（enterogenouscyanosis),氧化,Fe2+,Fe2+,Fe2+,Fe2+,正常,Fe2+,Fe3+,Fe2+,Fe2+,高铁血红蛋白,还原,亚硝酸盐、过氯酸盐,亚甲蓝，维生素C,（二）血氧变化特点:,血液性缺氧,N,(orN),N,贫血：苍白CO中毒：樱桃红色高铁血红蛋白血症：咖啡色,贫血，高铁血红蛋白血症,CO中毒,三、循环性缺氧(CirculatoryHypoxia),组织血流量组织供氧不足,低动力性缺氧（hypokinetichypoxia),(一)原因和机制：,1.全身性循环障碍,2.局部性循环障碍,休克、心力衰竭,栓塞、血管病变,循环性缺氧,（二）血氧变化特点:,循环性缺氧,N,N,N,N,19ml/ml,12ml/dl,7ml/dl,A,V,单位时间流经组织的总血量总氧量,循环性缺氧,四、组织性缺氧(HistogenousHypoxia）,在组织供氧正常的情况下,因细胞不能有效的利用氧而导致的缺氧。,氧利用障碍性缺氧,(一)原因和机制：,组织中毒:氰化物、硫化物、,3.线粒体损伤:细菌毒素、放射线、组织严重供氧不足,砷化物,组织性缺氧,2.维生素缺乏:VitB1,VitB2,VitPP,（二）血氧变化特点:,组织性缺氧,缺氧的病因分类,第三节缺氧时机体功能和代谢变化EffectsofHypoxia,代偿适应性变化,损害性变化,（以低张性缺氧为例）,(一)代偿适应性变化,意义：提高PaO2增加回心血量,PaO2(60mmHg),呼吸运动肺泡通气量,呼吸中枢兴奋,一、呼吸系统变化,肺泡通气量增加是急性低张性缺氧的最重要代偿方式。,(1)高原性肺水肿,机制：,(二)损伤性变化,PaO230mmHg抑制呼吸中枢,(2)中枢性呼吸衰竭,PaO2,化学感受器,兴奋呼吸中枢,呼吸浅慢,肺泡通气量,呼吸系统变化,急性低张性缺氧,与肺动脉高压有关,(一)代偿适应性变化,心输出量增加2)肺血管收缩3)血流重新分布4)组织毛细血管密度增加,二、循环系统变化,1.心输出量增加,心率加快：通气增加，肺泡膨胀刺激肺牵张感受器，反射性地兴奋交感神经引起的。,心肌收缩力增强：缺氧引起交感神经兴奋，儿茶酚胺释放增多，作用于心脏-肾上腺能受体，引起正性肌力作用,回心血量增加：胸廓呼吸运动增强可导致静脉回流量增加，心输出量增多。,循环系统变化,2.肺血管收缩,(1)缺氧对血管平滑肌直接作用。缺氧使膜电位下降，引发膜去极化，电压依赖性钙通道开放，Ca2+内流增加，促进血管收缩。(2)体液因素：缺氧使肺组织内产生多种血管活性物质,缩血管物质增多占优势；(3)交感神经兴奋作用于肺血管-受体引起收缩；,机制：,循环系统变化,3.血流重新分布,这种血流分布的改变对保证心脑生命重要器官氧的供应是有利的。,循环系统变化,缺氧时心和脑组织供血量增多，皮肤、内脏、骨骼肌和肾的血流量减少。,(1)器官物质代谢的不同：心、脑代谢旺盛，产生扩血管物质(2)器官血管反应性不同：心、脑血管SMC的KCa和KATP开放(3)器官血管-受体密度不同：皮肤骨骼肌肾血管-受体密度高,4.组织毛细血管密度增加,长期慢性缺氧促使毛细血管增生。,循环系统变化,其意义是：毛细血管密度增加可缩短血氧弥散至细胞的距离，增加对细胞的供氧量。,长期缺氧,HIF-1,VEGF基因高表达,缺氧组织内cap增生，密度增加,（二）损伤性变化,（1）肺动脉高压（Pulmonaryarterialhypertension),循环系统变化,（4）回心血量减少（Decreasedvenousreturn）,（2）心肌舒缩功能降低（Decreaseofmyocardialcontractility）,（3）心律失常（Arrhythmia）,(1)红细胞和血红蛋白增多,（一）代偿性反应,三、血液系统变化,慢性缺氧：,骨髓造血加强,HIF-1活性增高,EPO基因表达,HIF-1与EPO基因3端增强子结合,急性缺氧：交感神经兴奋，血液重分布肝、脾储血释放,(2)2,3-DPG增多，红细胞释氧能力增强,机制：2，3-DPG可与脱氧Hb结合，稳定其空间构型，使之不易与氧结合。2，3-DPG是有机酸可降低红细胞内的pH，使Hb与氧的亲和力降低(Bohr效应)。,血液系统变化,缺氧时红细胞内糖酵解增强，2,3-DPG生成增多，可使氧合血红蛋白解离曲线右移，Hb与O2亲和力降低，O2容易释出。,脑对缺氧十分敏感，缺氧可直接损害CNS的功能。,四、中枢神经系统变化,脑水肿,(一)代偿性反应,1.组织细胞利用氧能力加强：慢性缺氧时，线粒体增多，功能加强，呼吸链中的酶增加，内呼吸增强；,2.糖酵解增强：磷酸果糖激酶活性增加（糖酵解限速酶）,3.肌红蛋白增多：Mb携带更多氧（慢性缺氧）,4.低代谢状态：各种耗能过程减弱，利于低氧时生存。,五、组织细胞变化,代偿性反应的分子机制：,缺氧诱导多种基因所编码的蛋白质的表达：,DNA结合蛋白：HIF-1,NFB,参与代偿反应的细胞因子：EPO,VEGF,ET-1,糖酵解相关的酶类：PFK,PK,LDH,其他酶：TH,SOD,NOS,AK,（二）损伤性变化,1.细胞膜的损伤,Na+内流增多：导致细胞水肿。K+外流加快：细胞内缺钾，使合成代谢障碍，进一步影响ATP生成和离子泵功能。Ca2+内流增多：Ca2+增多可抑制线粒体的呼吸功能、激活