病理生理学缺氧课件

Hypoxia缺氧,ShiminChen,Professorsmchen2001DepartmentofPathophysiologyHainanMedicalCollegeSeptember1,2016,(3x40min),绝食,14天,绝水,7天,绝O2,数分钟,O2是人体的第一生命物质。,一、概述,国外教材Doyouknow“theRuleofThrees”?,Youcanlive3minuteswithoutair,3dayswithoutwater,3weekswithoutfood.,Why?,Glucose葡萄糖,Krebsscycle,O2,H2O,32ATP,Glucose葡萄糖,Pyruvate丙酮酸,Lactate乳酸,2ATP,CO2,Hypoxia缺氧Anaerobic无氧,Aerobicoxidationofglucose葡萄糖有氧氧化,(tricarboxylicacid(TCA)cycle)三羧酸循环,Glycolysis糖酵解,32ATP,有氧代谢,2ATP,无氧酵解,1分子葡萄糖,为什么说O2是人体的第一生命物质?,若细胞缺乏ATP,O2如此重要,机体可否有战略储备?,氧总储备量少O2storage-1500ml(1.5L)每分钟耗氧量多O2consumption-250ml/min,1500/250=6(min)O2storagesustainsalifeonlysixminutes氧储备量仅能维持生命6分钟,360Lofoxygenconsumptionperpersonperday,continuoussupplyofoxygenbybreathingisrequired.每人每天需要360升氧气,所以必须通过呼吸连续不断地供应氧气.,抢救病人要争分夺秒!,矛盾,Internalrespiration内呼吸,Gastransport气体运输,空气,肺泡,肺泡毛细血管,氧气和Hb结合,组织细胞,循环系统,呼吸的基本过程,Exchangeofoxygenandcarbondioxide氧气及二氧化碳的交换,Extrapulmonary肺外,intrapulmonary肺内,Contents教学内容,Conceptofhypoxia缺氧概念Parametersofbloodoxygen血氧指标Classificationofhypoxia缺氧分类Etiology,mechanismandcharacteristicsofhypoxia缺氧的病因、机制及特征Signsofhypoxia缺氧体征Functionalandmetabolicchangesofthebodyinhypoxia缺氧时机体功能代谢变化Factorsinvolvedintolerancetohypoxia影响机体对缺氧耐受性的因素Pathophysiologicalbasisofpreventionandtreatment缺氧防治的病生基础Supplementsforself-study补充材料（自学）,ConceptofHypoxia缺氧的概念,1.ConceptofHypoxia,Hypoxiaisapathologicalprocess.Itisdefinedasadeficiencyineitherthedeliveryortheutilizationofoxygenatthetissuelevel,whichcanleadtochangesinfunction,metabolismandevenstructureofthebody.,因组织供氧减少或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称为缺氧。,Hypoxiaisapathologicalprocess,notadisease.缺氧是一种病理过程，不是独立的疾病。Hypoxiaisalwaysdirectcausesofdeath.缺氧常常是死亡的直接原因。,Parametersofbloodoxygen血氧指标,常用血氧指标,Partialpressureofoxygen,PO2血氧分压Oxygenbindingcapacity,C-O2max血氧容量Oxygencontent,C-O2血氧含量Da-vO2动-静脉氧含量差Oxygensaturation,SO2血氧饱和度P50血氧饱和度为50%时的血氧分压,组织的供氧量=？组织耗氧量=？,血氧是反映组织的供氧量与耗氧量的重要指标。组织的供氧量=动脉血氧含量组织血流量组织的耗氧量=（动脉血氧含量-静脉血氧含量）组织血流量。,1.血氧分压(Partialpressureofoxygen，PO2）,PO2isthetensionproducedbyoxygenmoleculesphysicallydissolvedinplasma.PO2是指物理溶解于血浆中的氧分子所产生的张力.,【Normalvalue】正常值PaO2:13.3kPa(100mmHg)；PvO2:5.32kPa(40mmHg)。,PaO2:Thepartialpressureofoxygenintheplasmaphaseofarterialblood.动脉血氧分压,PvO2:Thepartialpressureofoxygenintheplasmaphaseofvenousblood.静脉血氧分压,【Influencefactors】影响因素(1)Partialpressureofinspiredoxygen（吸入气氧分压，PiO2）(2)externalrespiratoryfunction外呼吸功能(3)shuntingofblood静脉血分流入动脉,【Influencefactors】影响因素(1)PaO2动脉血氧分压(2)Functionofinternalrespiratory内呼吸功能(细胞利用氧能力),血氧分压(Partialpressureofoxygen，PO2）,【Normalvalue】正常值CO2max:8.92mmol/L(1.34ml/g15gHb%=20ml%)。,【Meaning】意义TheabilityofHbtocarryO2.反映血红蛋白携带氧的能力,【Influencefactors】影响因素Hbquantity,HbqualityoraffinitywithO2血红蛋白数量,血红蛋白质量或与氧的亲和力,【Meaning】意义CaO2:oxygensupplement氧供CvO2:oxygenconsumption氧耗,【Normalvalue】正常值CaO28.47mmol/L(19.3ml%)；CvO25.35mmol/L(14ml%)。,【Influencefactors】影响因素C-O2max,PaO2,4.动-静脉氧含量差(arteriovenousbloodoxygendifference,Da-vO2，CaO2-CvO2),19ml/dl,14ml/dl,5ml/dl,【Normalvalue】正常值5ml%,【Influencefactors】影响因素utilizationofoxygeninthetissue组织对氧的利用,5.血氧饱和度(Oxygensaturation,SO2)Thepercentageofhemoglobinpresentasoxyhemoglobin.氧合血红蛋白(HbO2)占总血红蛋白百分数.,【Meaning】意义Influenceoxygencontent影响血氧含量,【Normalvalue】正常值SaO2：93%98%；SvO2：70%75%。,【Influencefactors】影响因素(1)PO2,氧分压;(2)abilityofoxygencombinedwithHb氧和血红蛋白结合的能力(SO2isdeterminedbyPO2atnormalaffinity),PiO2（氧分压）,CO2max(氧容量),CO2(氧含量),PaO2（氧分压）,SO2(氧饱和度),氧-血红蛋白解离曲线Oxygenhaemoglobindissociationcurve,(增加亲和力),(减少亲和力),(H+),(H+),6.p50P50isthePO2atthe50%SO2P50指血红蛋白氧合饱和度为50%时的血氧分压.,【Normalvalue】正常值3.473.6kPa(2627mmHg)。,【Significance】意义TheP50indicatesaffinityofhemoglobinforoxygen血红蛋白与氧的亲和力,【Influencefactors】影响因素H+,CO2,temperature,2、3-DPG,吸入气体氧分压外呼吸功能,血氧分压（PaO2）,血液中Hb的质血液中Hb的量,血氧容量（CO2max）,血氧含量（CO2）,血氧饱和度,各种血氧指标间的相互关系,三、缺氧的类型、病因、发病机制及特点Classification,etiology,pathogenesisandcharacteristicsofhypoxia,发生缺氧的基本环节,HemicHypoxia血液性缺氧,HypoxicHypoxia乏氧性缺氧,CirculatoryHypoxia循环性缺氧,HistogenousHypoxia组织性缺氧,缺氧类型,HemicHypoxia血液性缺氧,HypoxicHypoxia乏氧性缺氧,CirculatoryHypoxia循环性缺氧,HistogenousHypoxia组织性缺氧,病因(etiology):(1)吸入气氧分压低DecreasedPO2ofinspiredairAtmospherichypoxia（大气性缺氧）Plateau（高原性缺氧)(2)外呼吸功能障碍Externalrespiratorydysfunction(3)静脉血分流入动脉Venous-to-arterialshunt,乏氧性缺氧(HypoxicHypoxia)（低张性缺氧,Hypotonichypoxia）,Oxygentensioninarterialbloodislowerthannormal,whichresultedinlackofoxygenfrombloodtotissues.,各种原因使PaO2，以致血氧含量，组织供氧不足而引起的缺氧。,(1)吸入气氧分压降低(DecreasedPO2ofinspiredair),Altitude3700m(TibetLhasaPotalaPalace)布达拉宫,Altitude1532m(yellowmountain)黄山,Altitude8848m(TheHimalayas)喜马拉雅山,(2)外呼吸功能障碍：respiratoryhypoxia（呼吸性缺氧）,(3)静脉血分流入动脉：tetralogyofFallot(法洛氏四联症),心室间隔缺损，肺动脉狭窄，右心室向心性肥厚。升主动脉开口向右侧偏移,Mechanisms:PaO2CO2SaO2inadequatesupplyO2totissue,机制:动脉血氧分压血氧含量血氧饱和度对组织供氧不足,血氧指标变化,If,N,N,a.PaO2PvO2b.CaO2CvO2c.CO2max=Nd.SaO2e.(CaO2-CvO2)orN,血氧变化特征Characteristicsofbloodoxygen:,注:N=normal=正常,其它变化：1.centralcyanosis中枢性紫绀2.Respiratorycompensation呼吸代偿明显,紫绀【Cyanosis】,Thebluishcolorofskin,nails,lipsandmucousmembraneswhenthedeoxyhemoglobin(脱氧血红蛋白,还原型血红蛋白)concentrationofthebloodinthecapillariesismorethan5g/dl。,HHb5g时，皮肤粘膜呈青紫色的现象.,紫绀,缺氧,Hb5g/dlSevereanemia严重贫血,Hb20g/dlpolycythemia红细胞增多症,紫绀【Cyanosis】,?,+,+,(2)血液性缺氧Hemichypoxia等张性缺氧(isotonichypoxia),HemichypoxiareferstothealteredaffinityofHbforoxygenordecreaseinamountofHbintheblood,Hb数量减少,Hb性质改变,血液携带氧能力下降或不易释放氧,缺氧,血液性缺氧,病因:（1）贫血（Anemia）最常见的血液性缺氧（2）一氧化碳中毒（Carbonmonoxidepoisoning）（3）高铁血红蛋白血症（Methemoglobinemia,MHb）（4）血红蛋白和氧亲和力过高（HigheraffinityofHbtooxygen）,Mechanisms:a.CO2maxCO2affordO2totissueb.CO2maxNorbutaffinityO2releaseddisorderaffordO2totissue,机制:血氧容量血氧含量对组织供氧不足。或血氧容量正常，但血红蛋白与氧亲和力增加，对组织释放氧减少。,血氧指标变化,If,N,N,N,a.PaO2=N,PvO2=Nb.CaO2CvO2c.CO2max(excepthigheraffinity)d.SaO2:贫血anemia=N中毒intoxication高亲和力higheraffinitye.(CaO2-CvO2),血氧变化特征Characteristicsofbloodoxygen:,其它变化：1.无紫绀nocyanosis（肠源性紫绀除外exceptenterogenouscyanosis）2.无呼吸代偿norespiratorycompensation,血红蛋白与氧亲和力增加HighaffinityofHbforO2输入碱性液体(AlkalinesolutionshiftstheODCtotheleft)输入大量库存血(Depotblood),1)贫血Anemia,Skincolour(Severeanemia)pallor苍白,Normal,2)一氧化碳中毒Carbonmonoxidepoisoning,CO与Hb的亲和力比O2大210倍，当吸入的气体内含有0.1%CO时，血液中的血红蛋白可能有50%转为HbCO。,机制(Possiblemechanismsoftoxicityinclude)：血红蛋白携带氧能力降低减少2,3-DPG产生，使氧离曲线左移抑制细胞呼吸结合肌红蛋白，影响心肌和骨骼肌功能,Skincolor:樱桃红cherryred,Table.COHbLevelsandSymptomatology,3)肠源性紫绀Enterogenouscyanosis,Whenalotofpickledvegetables（咸菜，泡菜）containingnitrate（硝酸盐）aretaken,thereabsorbednitrite(亚硝酸盐)reactswithHbFe2+toformHbFe3+.,Theskinappearstocoffeeorchocolatecolor（皮肤呈咖啡色、巧克力色或石板色）whileHbFe3+OH1.5g/dl.Thisphenomenoniscalledenterogenouscyanosis（肠源性紫绀）.,Coffeebean,Enterogenouscyanosis肠源性紫绀,chocolate,(3)循环性缺氧Circulatoryhypoxia(低动力性缺氧,hypokinetichypoxia),Circulatoryhypoxiareferstoinadequatebloodflowleadingtoinadequateoxygenationofthetissues,whichisalsocalledhypokinetichypoxia.由于组织血流量减少,使组织供氧量减少所引起的缺氧。,病因:a.全身性循环障碍（Generalcirculatorydysfunction）-如休克、心衰（e.g.shock;heartfailure.）b.局部性循环障碍（Localcirculatorydeficiency）-如血管狭窄、闭塞、血栓形成（e.g.stenosis;occlusion;thrombosis.）,机制Mechanisms:组织血液灌流减少（Reducedtissueperfusion）：a.缺血性缺氧（ischemiahypoxia）b.淤血（充血）性缺氧（congestivehypoxia）,血氧指标变化,If,N,N,N,N,N,N,a.PaO2=NPvO2b.CaO2=NCvO2c.CO2max=Nd.SaO2=Ne.Da-vO2(CaO2-CvO2),血氧变化特征Characteristicsofbloodoxygen:,其它变化：1.外周性紫绀（peripheralcyanosis）2.有或无呼吸代偿（Respiratorycompensationornot）,(4)组织性缺氧HistogenousHypoxia(用氧障碍性缺氧dysoxidativehypoxia),Histogenoushypoxiareferstothetissuecellscannotmakeuseoftheoxygensuppliedtothem,thoughtheamountofoxygendeliveredtothemisadequate.组织细胞利用氧的能力下降所致的缺氧，即氧利用障碍.,病因:a.细胞中毒线粒体功能受损CellpoisoningdysfunctionofMitochondria:cyanidepoisoninghistotoxichypoxiab.线粒体损伤Mitochondriainjury:radiation;oxygenfreeradicalc.维生素缺乏呼吸酶不足deficiencyofvitaminB2orPP,机制Mechanisms:DisorderofbiologicaloxidationoroxidativephosphorylationfailuretoutilizationofoxygenATP.生物氧化和氧化磷酸化发生障碍，细胞不能利用氧ATP.,Themitochondrialrespiratorychainanditsinhibitors线粒体呼吸链及其抑制物,血氧指标变化,If,N,N,N,N,N,N,a.PaO2=N,PvO2b.CaO2=N,CvO2c.CO2max=Nd.SaO2=Ne.(CaO2-CvO2),血氧变化特征Characteristicsofbloodoxygen:,其它变化：1.无紫绀（Nocyanosis）2.无呼吸代偿（Norespiratorycompensation）,CO2max,PaO2,CaO2,SaO2,CO2(A-V),各型缺氧的原因和血氧特点,Brief,Types,Meansnormalvalue正常,乏氧性缺氧,血液性缺氧,循环性缺氧,组织性缺氧,小鼠缺氧时肝脏颜色变化,Livercolorchangesinmicehypoxia,Brief,混合性缺氧,临床所见缺氧的原因往往不是单一的，常为混合性缺氧。例如感染性休克时主要是循环性缺氧，内毒素还可引起组织利用氧的功能障碍而发生组织性缺氧，并发休克肺时可有呼吸性缺氧（低张性缺氧）。,四.缺氧体征Signsofhypoxia,Signsofhypoxia,Mildtomoderate,Severe,Tachypnea呼吸急促Paleness苍白Tachycardia心动过速Mildhypertension轻度高血压Restlessness烦躁不安Headache头痛Lassitude疲乏,Tachypnea呼吸急促Cyanosis紫绀Bradycardia心动过缓Arrhythmias心律失常Hypotension低血压Confusion思维混乱Impairedjudgement判断力减退,五、缺氧时机体的功能代谢变化Functionalandmetabolicchangesofthebodyinhypoxia,提问：缺氧对机体的影响范围？,全身性？,局部性？,急性严重缺氧时机体变化以失代偿和损伤为主；轻度缺氧时机体或细胞以代偿性调节为主。慢性缺氧时机体的代偿反应和缺氧性损伤并存。,缺氧时机体的功能代谢变化Changesoffunctionandmetabolism,呼吸系统的变化Respiratorysystem循环系统的变化Circulatorysystem血液系统的变化Hematologicsystem中枢神经系统的变化Centralnervoussystem组织和细胞变化Tissuesandcells,呼吸系统的变化【Respiratorysystem】,1.代偿反应Compensatoryresponse：PaO2(8Kpa,60mmHg)chemoreceptorsrespiratoryrateanddepthhyperventilation.,Severehypoxia(PaO230mmHg)depressingrespiratorycenterslowandperiodicorirregularbreathingstopofbreathing.,Kussmaulsrespiration,Normalrespiration,【Respiratorysystem】,2.失代偿反应Decompensatoryeffects:1）高原肺水肿Highaltitudepulmonaryedema2）中枢性呼吸衰竭Centralrespiratoryfailure,1）高原肺水肿（highaltitudepulmonaryedema,HAPE）进入4000m高原后14d内出现发病率：5.717.7临床表现：胸闷，咳嗽，发绀，呼吸困难，血性泡沫痰体征：肺部湿罗音,高原肺水肿发病机制,外周血管收缩，回心血量增加；缺氧性肺血管收缩，肺动脉高压；肺动脉收缩不均一引起超灌注非炎性漏出；肺毛细血管壁通透性增加。,2）中枢性呼吸衰竭（Centralrespiratoryfailure）Respiratoryinhibition,irregularrespiratoryrhythmandfrequency,hypoventilation,e.g.periodicbreathing,Cheyne-Stokerespiration(陈-施呼吸，又称潮式呼吸),Biotsbreathing.,spinalmeningitis,heartfailure,strokes,traumaticbraininjuriesandbraintumors,breathingisabsentforaperiodandthenrapidforaperiod,循环系统的变化【Circulatorysystem】,心输出量增加Cardiacoutput,-AdrenoceptorvasoconstrictionLocalmetabolitesvasodilation,保证心脑血液供应Toaffordbloodtoheartandbrain,(1)代偿反应Compensatoryeffect:,血液重分布Redistributionofblood,2.失代偿反应Decompensatoryeffect:肺动脉高压（Pulmonaryhypertension）：使得右室后负荷增加，引起右心室肥大代偿、失代偿、心力衰竭。心肌的收缩与舒张功能降低（Decreaseddiastolicandsystolicmyocardialfunction）：心肌缺氧和酸中毒心律失常（Arrhythmia）：窦性心动过缓、引起期前收缩和各种心律失常，包括引起心室纤维颤动致死。静脉回流减少（Decreaseinvenousreturntotheheart）：严重、持久的缺氧使得外周血管扩张，血液淤滞。,血液系统的变化【Hematologicsystem】,代偿反应Compensatoryresponse增加红细胞数和血红蛋白数（IncreaseintheamountofRBCsandHb）Moreerythropoietin(EPO)producedandreleasedbykidney改善红细胞释放氧能力（ImprovedRBCoxygenreleasecapability）（Rightwardshiftofoxyhemoglobindissociationcurve）More2,3-DPGproducedfromglycolysisprocess,1,1,2,2,HbO2,1,1,2,2,HHb,2,3-DPGunabletobind,2,3-DPGbindingsite,2,3-DPGbindstoHHbatthecentralcavity,2.失代偿反应Decompensatoryeffect:血浆粘滞度增高Plasmaviscosity,外周阻力（血流阻力）增大bloodflowresistance,心脏后负荷增高afterloadofheart当氧分压过低，2,3-DPG会引起动脉血氧含量降低。WhenPO2islowmarkedly,2,3-DPGwillcauseCaO2todecrease.,中枢神经系统的变化【Centralnervoussystem】,2%ofahumansbodyweightisbrain.15-20%ofthebloodinthebodyisusedbythebrain.20%ofalltheoxygenbreathedinisusedbythebrain.6%ofcerebraloxygenconsumptionbywhite.94%ofcerebraloxygenconsumptionbygraymatter.,Braincellsareextremelysensitivetohypoxia.脑细胞对缺氧非常敏感。,脑重仅为体重的2%左右，而脑血流量约占心输出量之15%，脑耗氧量约为总耗氧量的23%，所以脑对缺氧十分敏感。脑灰质比白质的耗氧量多5倍，对缺氧的耐受性更差。,中枢神经系统【Centralnervoussystem】,(1)急性缺氧Acutehypoxia:headache,agitation,poorabilityofmemory,inabilitytomakejudgment,depressorlossofcoordination(2)慢性缺氧Chronichypoxia:impairedconcentration,fatigue,drowsiness(3)脑水肿和神经元损伤Cerebraledemaandneuroninjury,脑功能障碍Dysfunction,急性缺氧、慢性缺氧、严重缺氧（PaO228mmHg)可以产生严重程度不同的CNS功能障碍,缺氧时CNS功能障碍的主要原因和机制：,神经细胞膜电位降低神经介质合成减少ATP生成不足酸中毒细胞水肿细胞内游离Ca2+增多溶酶体酶释放神经细胞的结构破坏等,机制：脑细胞水肿血脑屏障功能受损脑静脉内血栓形成,高原性脑水肿：重度高原反应并发症，CNS受损，颅内高压,组织、细胞的变化【Tissueandcellularalteration】,(1)代偿反应Compensantoryresponse1)增强细胞利用氧Enhancedcellabilitytouseoxygennumberandmembranesurfaceofmitochondriaactivityofsuccinicdehydro