病理生理学缺氧

病理生理学缺氧概述缺氧的类型、原因与机制缺氧对机体的影响影响机体缺氧耐受性的因素氧疗和氧中毒2020/11/32第一节概述GeneralIntroduction2020/11/33

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。2H＋2H＋2H＋2H＋FMNH2NADHNAD＋2eNADH脱氢酶CoQH2eCytb-c1CoQH2eCytb1Cytc1CytcCyt氧化酶2eCyca-a32O-XADPPiATP2020/11/34外呼吸血液组织供氧用氧循环2020/11/35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、代谢和形态结构改变的病理过程称为缺氧（hypoxia）

2020/11/36低张性缺氧血液性缺氧循环性缺氧组织性缺氧供氧↓用氧↓缺氧2020/11/37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2020/11/38血氧分压

（partialpressureofoxygen,PO2）概念：物理溶解于血液中的氧所产生的张力，又称血氧张力（oxygentension）。正常值：PaO213.3kPa(100mmHg)吸入气氧分压外呼吸的功能PvO25.

33kPa(40mmHg)内呼吸状态2020/11/39正常氧分压梯度示意图2020/11/310血氧容量

(oxygenbindingcapacity,C-O2max)概念：100ml血液中Hb被氧充分饱和时的最大带氧量。体外标准条件：

PO2150mmHg、CO240mmHg、38℃

正常值：1.34ml/gx15g/dl=20ml/dl影响因素：血液中Hb的质(与O2结合的能力)和量2020/11/311血氧含量(oxygencontent,C-O2)概念：100ml血液中实际含有的氧量。包括物理溶解的氧（0.3ml/dl)和与Hb结合的氧量正常值：CaO219ml/dlCvO214ml/dl影响因素：Hb的质和量PO22020/11/31219ml/dl14ml/dl5ml/dlO2O2O2O2O2AV

动脉血氧含量-静脉血氧含量，反映组织对氧的摄取和利用能力。动静脉血氧差(CaO2-CvO2)2020/11/313血氧饱和度（oxygensaturation,SO2）概念：Hb结合氧占氧容量的百分数。正常值：SaO293％～98％SvO270％～75％影响因素：PO2

（与SO2的关系曲线，称为氧离曲线）H＋

(pH)，2,3-DPG，PaCO2，温度血氧含量-溶解的氧量血氧容量100%=SO22020/11/314血红蛋白在标准状态下的氧离曲线及其影响因素血氧分压与血氧饱和度的关系——氧离曲线Oxygendissociationcurve0204060801000204060801002,3-DPG↓H＋↓CO2↓温度↓2,3-DPG↑H＋↑CO2↑温度↑

氧分压(mmHg)氧饱和度(%)2020/11/315肺：PO2100mmHg.Hb>95％氧合

组织：PO2：40mmHg.Hb75%

氧饱和度

25%的O2

被组织利用

P50：

SO2为50%时的氧分压,反映Hb与O2的亲和力

正常为26-27mmHg2020/11/316缺氧供氧不足用氧障碍低张性缺氧血液性缺氧循环性缺氧组织性缺氧通气、换气功能障碍肺吸入气中氧分压降低静脉血分流入动脉血红蛋白含量减少血红蛋白结构、功能异常全身循环功能障碍局部循环功能障碍线粒体损伤线粒体功能受抑制第二节缺氧的类型、原因和发病机制2020/11/317低张性缺氧血液性缺氧循环性缺氧组织性缺氧供氧↓用氧↓缺氧2020/11/318

PaO2降低，动脉血氧含量减少，导致组织供氧不足，又称乏氧性缺氧（hypoxichypoxia）

一、低张性缺氧hypotonichypoxia2020/11/319(一)原因吸入气氧分压过低

高原、高空、通风不良的矿井、坑道吸入低氧混合气外呼吸功能障碍

肺通气和/或换气功能障碍，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，称呼吸性缺氧(respiratoryhypoxia)静脉血分流入动脉先天性心脏病，右向左分流，静脉血掺入动脉血肺动静脉血功能性或解剖性分流增加2020/11/320海拔高度

大气压

大气PO2

肺泡内PO2(m)(mmHg)(mmHg)(mmHg)海平面760159105100068014090200060012570300053011062500040585453667440800027056302020/11/321阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructivesleepapnea-hypopneasyndrome,OSAS）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。2020/11/322室间隔缺损伴肺动脉高压正常静脉血分流法洛四联症

2020/11/323（二）血氧变化特点2020/11/324

各型缺氧血氧变化的特点CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)缺氧类型低张性2020/11/325发绀(cyanosis)

毛细血管血液中脱氧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，或紫绀。HbO2HHb2.6g/dl正常≥5g/dl缺氧2020/11/326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，血中脱氧血红蛋白超过50g/L(5g/dl)，出现发绀，但可无缺氧症状。2020/11/327二、血液性缺氧（Hemichypoxia）血液性缺氧是由于血红蛋白含量减少或性质改变，使血液携氧能力降低，血氧含量减少，或血红蛋白结合的氧不易释放而导致的组织缺氧。PaO2正常，故又称为等张性缺氧(isotonichypoxia)。

2020/11/328(一)原因Hb数量减少各种原因引起的严重贫血（anemia）Hb性质改变CO中毒高铁血红蛋白症Hb与O2的亲和力增高2020/11/329镰刀形红细胞贫血(SickleCellAnemia)谷氨酸缬氨酸皮肤、粘膜颜色苍白2020/11/330CO与Hb亲合力比O2高210倍CO抑制红细胞内糖酵解，使其2,3-DPG生成减少，氧离曲线左移皮肤、粘膜颜色HbCO

樱桃红色

CO中毒Hb＋CO—HbCO2020/11/331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）HbFe2+

HbFe3+OH氧化剂亚硝酸盐（咖啡色）HbFe3+OH>1.5g/dl时，皮肤、黏膜可出现咖啡色色，称为肠源性紫绀(enterogenouscyanosis)。2020/11/332Fe3+不能携氧

Fe2+-O2不能解离

高铁Hb血症HbFe3+OH2020/11/333血红蛋白与氧的亲合力异常增高

输入大量库存血：RBC2,3-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

0204060801000204060801002,3-DPG↓pH↑CO2↓温度↓2,3-DPG↑pH↓CO2↑温度↑氧分压(mmHg)氧饱和度(%)-血红蛋白在标准状态下的氧离曲线及其影响因素2020/11/334（二）血氧变化特点2020/11/335

各型缺氧血氧变化的特点CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)缺氧类型血液性低张性2020/11/336三、循环性缺氧（circulatoryhypoxia）血液循环发生障碍，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（hypokinetichypoxia）分类：全身性循环障碍：如心力衰竭、休克局部性循环障碍：如动脉硬化，血管炎，血栓形成，血管痉挛或受压等缺血性缺氧（ischemichypoxia）淤血性缺氧（stagnanthypoxia）

2020/11/337(一)原因

缺血:ischemichypoxia

淤血:stagnanthypoxia动脉静脉毛细血管内压↓动脉静脉毛细血管内压↑2020/11/33819ml/dl12ml/dl7ml/dlO2O2O2O2O2AVO2O2O2单位时间流经组织的总血量

总氧量机制2020/11/339

各型缺氧血氧变化的特点CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)缺氧类型血液性低张性循环性2020/11/340四、组织性缺氧（histogenoushypoxia）由于组织细胞利用氧能力障碍引起的缺氧称为组织性缺氧。2020/11/341(一)原因组织中毒氰化物、硫化物、砷化物、甲醇等毒物阻断呼吸链细胞线粒体损伤高温、放射线辐射和细菌毒素等可损伤线粒体呼吸酶合成减少VB1，VB2，VPP等维生素缺乏氰化物呼吸链酶活力↓用氧障碍2020/11/342→NADH琥珀酸FMNFAD→胍乙腚巴比妥鱼藤酮↓CoQcytbcytc1cytccytaa3O2→→→→→抗霉素A苯乙双胍8-氢-羟基喹啉萘醌↓氰化物一氧化碳硫化氢叠氮化合物↓阻断呼吸链的药物或毒物2020/11/343（二）血氧变化特点HbO2↑鲜红色皮肤、粘膜颜色2020/11/344

各型缺氧血氧变化的特点CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)缺氧类型血液性低张性循环性组织性2020/11/345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2020/11/346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2020/11/347一、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先代偿后障碍——低张性缺氧为例2020/11/348(一)代偿性反应（CompensatoryReaction）

意义：

提高PaO2

增加回心血量PaO2↓(<60mmHg)颈动脉体、主动脉体化学感受器呼吸运动↑肺泡通气量↑呼吸中枢兴奋2020/11/349(二)损伤性变化（InjuredManifestations）高原性肺水肿（highaltitudepulmonaryedema,HAPE

）机制：肺动脉收缩，肺动脉压，肺毛细血管压肺血管内皮细胞通透性

交感-肾上腺髓质系统兴奋

少数人从平原快速进入3000m以上高原时，发生高原肺水肿。发病率1％左右。临床表现：呼吸困难，发绀，咳嗽，咳白色或粉红色泡沫痰，肺部出现湿罗音等。2020/11/350中枢性呼吸衰竭PaO2<30mmHg→抑制呼吸中枢→中枢性呼吸衰竭2020/11/351二、循环系统（一）代偿性心血管反应1.心输出量增加2.血流分布改变3.肺血管收缩4.毛细血管增生2020/11/3521.心输出量增加

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β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↑CO2↑蓝斑儿茶酚胺↑2020/11/3532.血流分布改变

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2020/11/3543.肺血管收缩

调整肺内血流与通气量的比例，获得较高的PaO2O2O2PO2PaO2O2PO2PaO2

PaO2PO2PaO2V/Q＝0.8V/Q＜0.8V/Q＝0.8O2使肺上部肺泡通气能得到充分的利用2020/11/355缺氧引起肺血管收缩的机制

缺氧对平滑肌的直接作用

体液因素：TXA2、ET

PGI2、NO

交感神经的作用2020/11/356毛细血管密度增加，缩短氧弥散至细胞的距离，增加供氧缺氧刺激血管内皮生长因子（VEGF）基因表达增加，促使毛细血管增生腺苷增多，可刺激血管生成脑，心，骨骼肌特点：慢性缺氧明显4.毛细血管增生

2020/11/357（二）损伤性变化1.缺氧性肺动脉高压：右心衰竭2.心肌的收缩与舒张功能降低：左右心肌功能障碍3.心律失常：迷走神经兴奋、细胞内外离子分布异常4.静脉回流减少：乳酸、腺苷等扩血管物质增多2020/11/358三、血液系统（一）代偿性反应1.红细胞增多2.氧离曲线右移2020/11/3591.RBC↑Hb↑急性缺氧：交感神经兴奋，血液重分布→肝、脾储血释放骨髓造血↑慢性缺氧EPO↑携氧↑血液黏滞↑代偿意义增加血氧容量和血氧含量不利影响增加血液粘滞度和血流阻力，加重心脏负担2020/11/3602.氧解离曲线右移→Hb释放O2↑2,3-DPG↑缺氧糖酵解↑HHb↑结合2,3-DPG↑游离↓糖酵解抑制↓旁路产物↑2,3-DPG↑2020/11/361G6-P-G6-P-F1,6-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PFKADPATP丙酮酸乳酸2,3-DPGDPGMDPGPDPGP脱氧Hb↑--2,3DPG-Hb↑-过度通气pH↑+DPGP-呼碱-

缺氧时红细胞2,3-DPG增多的机制2020/11/362PO2<60mmHg,Hb与O2结合受阻，SO2

,失去代偿意义。2020/11/363（二）损伤性变化红细胞↑

血液黏滞度和血流阻力↑红细胞内2，3-DPG过多肺内Hb与O2结合

动脉血氧饱和度

2020/11/364四、中枢神经系统CNS耗氧量大，对缺氧不耐受，尤以灰质更敏感。代偿：轻度缺氧或缺氧早期：血液重新分布保证脑组织血流供应失代偿：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2020/11/365缺氧的中枢神经系统表现急性缺氧：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：疲劳、嗜睡、注意力不集中及精神抑郁等症状严重缺氧：烦躁不安、惊厥、昏迷甚而死亡形态学变化：脑细胞变性、坏死、肿胀及脑水肿2020/11/366五、组织和细胞（一）代偿性反应

细胞利用氧能力↑:线粒体密度↑呼吸链中的酶↑

糖酵解↑低代谢状态肌红蛋白等携氧蛋白↑：与氧的亲和力高2020/11/3671.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体的3倍，至出生后10～14天，线粒体呼吸功能才降至成体水平。

2020/11/3682.糖酵解能力增强葡萄糖摄取增强，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，ATP／ADP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3.低代谢状态合成代谢

离子泵功能

2020/11/3694.携氧蛋白表达增加2020/11/3702020/11/371缺氧诱导因子-1（hypoxiainduciblefactor-1,HIF-1)是细胞在缺氧条件下产生的核蛋白。HIF-1的靶基因主要包括以下几种：①促红细胞生成素（EPO）编码基因②血管内皮生长因子（VEGF）编码基因③葡萄糖载体蛋白-1（GLUT-1）和糖酵解编码基因④血红素加氧酶（HO-1）和诱导型NO合酶（iNOS）编码基因细胞对缺氧反应的机制2020/11/372（二）损伤性变化

细胞膜损伤线粒体