临床医学专业八年制卫生部规划教材临床医学专业八年制卫生部规划教材病理生理学 第2版nHypoxiaHypoxia 第十章第十章 缺氧缺氧1.掌握缺氧的概念2.掌握各种类型缺氧的原因和主要特点3.熟悉缺氧时机体的主要机制和代谢变化4.了解影响机体缺氧耐受性的因素5.了解缺氧的治疗原那么和氧中毒目的要求目的要求 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。l l氧气的运输与利用氧气的运输与利用氧气的运输与利用氧气的运输与利用氧的供给氧的供给氧的供给氧的供给呼吸功能呼吸功能呼吸功能呼吸功能血红蛋白血红蛋白血红蛋白血红蛋白血液循环血液循环血液循环血液循环细胞摄取氧细胞摄取氧细胞摄取氧细胞摄取氧线粒体功能线粒体功能线粒体功能线粒体功能缺氧的概念缺氧的概念 由于组织供氧缺乏或用氧障碍导致机体产生由于组织供氧缺乏或用氧障碍导致机体产生相应的功能、代谢和形态改变，这一病理过程称相应的功能、代谢和形态改变，这一病理过程称为缺氧为缺氧hypoxia Hypoxia: every day in your life!学习内容第一节 常用的血氧指标第二节 缺氧的类型、原因和发病机制第三节 缺氧对机体的影响第四节 影响机体缺氧耐受性的因素第五节 缺氧治疗病理生理学根底第一节 常用血氧指标 血氧分压 血氧容量 血氧含量 动-静脉血氧差 血氧饱和度血氧分压partial pressure of oxygen, PO2概念：是指物理溶解于血液中的氧所产生的张力，又称血氧张力oxygen tension。正常值：动脉血氧分压PaO2约为100mmHg (13.3kPa)静脉血氧分压PvO2约为40mmHg(5.32kPa)血氧容量(oxygen binding capacity, CO2max)概念：氧分压为150mmHg，二氧化碳分压为40mmHg，温度38时，体外100ml血液内血红蛋白，所结合氧的最大毫升数。此时，每克Hb可结合1.34 ml氧正常值：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 ml血液中实际含有的氧量，包括物理溶解的和与Hb结合的氧量正常值：动脉血氧含量(CaO2)约190ml/L(19ml%)静脉血氧含量(CvO2)约140ml/L(14ml%)影响因素：血氧分压血氧容量:Hb的质和量动-静脉血氧含量差(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%)血氧饱和度oxygen saturation, SO2概念： 指Hb结合氧的百分数。SO2(氧含量-溶解氧量)/氧容量血氧含量/血氧容量正常值：动脉血氧饱和度(SaO2)约9398静脉血氧饱和度(SvO2)约7075影响因素：取决于氧分压的上下氧解离曲线oxygen dissociation curve 0204060801000204060801002,3-DPGpHCO2温度温度2,3-DPG pH CO2 温度温度 氧分压氧分压 (mmHg)氧饱和度氧饱和度 (%)血氧分压与血氧饱和度的关系血氧分压与血氧饱和度的关系氧解离曲线氧解离曲线血红蛋白在标准状态下的氧解离曲线及其影响因素血红蛋白在标准状态下的氧解离曲线及其影响因素缺氧缺氧供氧不足供氧不足用氧障碍用氧障碍低张性缺氧低张性缺氧血液性缺氧血液性缺氧循环性缺氧循环性缺氧组织性缺氧组织性缺氧通气、换气功能障碍通气、换气功能障碍肺吸入气中氧分压降低肺吸入气中氧分压降低静脉血分流入动脉静脉血分流入动脉血红蛋白含量减少血红蛋白含量减少血红蛋白结构、功能异常血红蛋白结构、功能异常全身循环功能障碍全身循环功能障碍局部循环功能障碍局部循环功能障碍呼吸酶合成减少呼吸酶合成减少线粒体损伤线粒体损伤线粒体功能受抑制线粒体功能受抑制第二节 缺氧的类型、原因和发病机制 由于肺泡氧分压降低，或静脉血分流入动脉，以致PaO2降低，动脉血氧含量减少，组织供氧缺乏，又称乏氧性缺氧hypoxic hypoxia 一、低张性缺氧一、低张性缺氧 hypotonic hypoxiahypotonic hypoxia1.原因吸入气氧分压低 吸入气氧分压低，PaO2随之降低。外呼吸功能障碍 肺通气和/或换气功能降低，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，又称呼吸性缺氧respiratory hypoxia。静脉血分流入动脉静脉血掺杂右心的静脉血可局部经室缺处流入左心。肺动静脉血功能性或解剖性分流增加。阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS概念：是指睡眠时上气道塌陷、阻塞，引起呼吸暂停和通气缺乏。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。2.血氧变化特点u动脉血氧分压动脉血氧分压 u血氧容量血氧容量u动动- -静脉血氧含量差静脉血氧含量差紫绀紫绀u皮肤黏膜皮肤黏膜降低降低正常正常慢性缺氧时，单位容积血液内红细胞数和慢性缺氧时，单位容积血液内红细胞数和血红蛋白量增多，氧容量增加血红蛋白量增多，氧容量增加正常或降低正常或降低 u静脉血氧分压、氧饱和度和氧含静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量量降低降低u动脉血氧饱和度动脉血氧饱和度u动脉血氧含量动脉血氧含量降低降低降低降低发绀 (cyanosis) 概念：毛细血管血液中复原血红蛋白浓度到达或超过5g/dl时，可使皮肤和黏膜呈青紫色，称为发绀。缺氧不一定有发绀，发绀不一定有缺氧。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。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，血红蛋白可降至重度贫血患者，血红蛋白可降至50g/L(5g/dl)以下，以下，出现严重缺氧，但不会发生紫绀。出现严重缺氧，但不会发生紫绀。红细胞增多时红细胞增多时 ，血中复原血红蛋白超过，血中复原血红蛋白超过50g/L(5g/dl)，出现发绀，但可无缺氧病症。，出现发绀，但可无缺氧病症。“ “紫娃紫娃紫娃紫娃高原高原高原高原5100m5100m先天性心脏病先天性心脏病先天性心脏病先天性心脏病二、血液性缺氧hemic hypoxia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而导致的缺氧。由于以物理状态溶解在血液内的氧不受血红蛋白的影响，因此动脉血氧分压正常，故又称为等张性缺氧isotonic hypoxia。1. 原因血红蛋白数量减少：贫血anemia一氧化碳中毒 Hb+COHb+COCO-Hb CO-Hb 亲和力亲和力亲和力亲和力 Hb-O Hb-O2 2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, 导致高铁血红蛋白血症肠源性发绀enterogenous cyanosis：当血液中HbFe3+OH到达1.5 g/dl时，皮肤、黏膜可出现青紫颜色，称为肠源性紫绀。HbFe2+ HbFe3+OH氧化剂氧化剂氧化剂氧化剂 亚硝酸盐亚硝酸盐亚硝酸盐亚硝酸盐FeFe3+3+不能携氧不能携氧不能携氧不能携氧 Fe Fe2+2+-O-O2 2不易解离不易解离不易解离不易解离 高铁血红蛋白血症高铁血红蛋白血症血红蛋白与氧的亲合力异常增高 输入大量库存血：输入大量库存血：输入大量库存血：输入大量库存血：RBC 2,3-DPGRBC 2,3-DPG输入大量碱性液体：输入大量碱性液体：输入大量碱性液体：输入大量碱性液体： (pH升高通过升高通过Bohr效应效应增强增强Hb与与O2的亲和力的亲和力)Hb-OHb-O2 2亲和力异常亲和力异常亲和力异常亲和力异常 ：氧离曲线左移，氧不易释出：氧离曲线左移，氧不易释出：氧离曲线左移，氧不易释出：氧离曲线左移，氧不易释出 0204060801000204060801002,3-DPGpHCO2温度2,3-DPG pH CO2 温度氧分压氧分压(mmHg)氧饱和度氧饱和度(%)-血红蛋白在标准状态下的氧离曲线及其影响因素血红蛋白在标准状态下的氧离曲线及其影响因素2. 血液性缺氧血氧变化特点动脉血氧分压动脉血氧分压血氧容量血氧容量动动- -静脉血氧含量静脉血氧含量差差皮肤黏膜皮肤黏膜正常正常正常正常降低降低正常或降低正常或降低动脉氧饱和度动脉氧饱和度动脉血氧含量动脉血氧含量贫血性缺氧贫血性缺氧碳氧血红蛋白血症，高铁血红蛋白血症碳氧血红蛋白血症，高铁血红蛋白血症降低降低降低降低降低降低贫血性缺氧贫血性缺氧高铁血红蛋白血症高铁血红蛋白血症碳氧血红蛋白血症碳氧血红蛋白血症苍白苍白咖啡色咖啡色樱桃红色樱桃红色贫血性缺氧贫血性缺氧高铁血红蛋白血症、碳氧血红蛋白血症高铁血红蛋白血症、碳氧血红蛋白血症三、循环性缺氧circulatory hypoxia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淤血性缺氧stagnant hypoxia1.原因缺血性缺氧因动脉血液灌流缺乏引起的缺氧局部性如动脉血栓形成、动脉粥样硬化以及血管痉挛等，全身性血液循环障碍常见于休克淤血性缺氧静脉回流障碍引起的组织器官血液淤滞而导致的缺氧见于静脉栓塞或受压(局部性)和心力衰竭2. 血氧变化特点动脉血氧分压动脉血氧分压血氧容量血氧容量动动- -静脉血氧含量差静脉血氧含量差皮肤黏膜皮肤黏膜正常正常增高增高正常正常动脉氧饱和度动脉氧饱和度动脉血氧含量动脉血氧含量正常正常正常正常易出现发绀易出现发绀静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量降低降低四、组织性缺氧histogenous anoxia由于组织细胞利用氧的能力缺乏而引起的缺氧称为组织性缺氧。1. 原因线粒体功能受抑制：某些药物或毒物阻断呼吸链。呼吸酶合成减少：辅酶缺乏：VB1，VB2，VPP线粒体损伤：高温、放射线、细菌毒素NADH琥珀酸琥珀酸FMNFAD胍乙腚胍乙腚巴比妥巴比妥鱼藤酮鱼藤酮CoQcyt bcyt c1cyt ccyt aa3O2抗霉素抗霉素A苯乙双胍苯乙双胍8-氢氢-羟基喹啉羟基喹啉萘醌萘醌氰化物氰化物一氧化碳一氧化碳硫化氢硫化氢叠氮化合物叠氮化合物NADH琥珀酸琥珀酸FMNFAD胍乙腚胍乙腚巴比妥巴比妥鱼藤酮鱼藤酮CoQcyt bcyt c1cyt ccyt aa3O2抗霉素抗霉素A苯乙双胍苯乙双胍8-氢氢-羟基喹啉羟基喹啉萘醌萘醌氰化物氰化物一氧化碳一氧化碳硫化氢硫化氢叠氮化合物叠氮化合物2. 血氧变化特点动脉血氧分压动脉血氧分压血氧容量血氧容量动动-静脉血氧含量差静脉血氧含量差皮肤黏膜皮肤黏膜正常正常降低降低正常正常动脉氧饱和度动脉氧饱和度动脉血氧含量动脉血氧含量正常正常正常正常鲜红鲜红静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量增高增高各型缺氧的血氧和皮肤黏膜改变缺氧缺氧类型类型PaO2SaO2血氧血氧容量容量血氧血氧含量含量动静脉血动静脉血氧含量差氧含量差皮肤黏膜皮肤黏膜乏氧性乏氧性缺氧缺氧NN或或发绀发绀血液性血液性缺氧缺氧NN或或N或或或或N 苍白苍白,咖啡咖啡,樱桃红樱桃红循环性循环性缺氧缺氧NNNN苍白苍白发绀发绀组织性组织性缺氧缺氧NNNN鲜红色鲜红色临床上常为混合性缺氧失失血血性性休休克克失血失血失血失血循环障碍循环障碍循环障碍循环障碍肺功能衰竭肺功能衰竭肺功能衰竭肺功能衰竭内毒素血症内毒素血症内毒素血症内毒素血症血液性缺氧血液性缺氧血液性缺氧血液性缺氧循环性缺氧循环性缺氧循环性缺氧循环性缺氧低张性缺氧低张性缺氧低张性缺氧低张性缺氧组织性缺氧组织性缺氧组织性缺氧组织性缺氧第三节缺氧时对机体的影响代偿变化代偿变化代偿变化代偿变化损伤表现损伤表现损伤表现损伤表现呼吸系统呼吸系统呼吸系统呼吸系统循环系统循环系统循环系统循环系统血液系统血液系统血液系统血液系统中枢神经系统中枢神经系统中枢神经系统中枢神经系统组织细胞组织细胞组织细胞组织细胞一、呼吸系统一、呼吸系统早期早期早期早期PaOPaOPaOPaO2 2 2 2呼吸深快呼吸深快呼吸深快呼吸深快严重严重严重严重PaOPaOPaOPaO2 2 2 2呼吸中枢呼吸中枢呼吸中枢呼吸中枢慢性慢性慢性慢性外周化学感受器对缺氧敏感性外周化学感受器对缺氧敏感性外周化学感受器对缺氧敏感性外周化学感受器对缺氧敏感性肺水肿肺水肿肺水肿肺水肿急性急性急性急性代偿代偿代偿代偿失代偿失代偿失代偿失代偿低氧通气反响hypoxic ventilation reaction，HVR 主动脉体主动脉体颈动脉体颈动脉体肺通气肺通气肺泡通气量肺泡通气量PaO2PaO2PaCO2CO2 对中感器对中感器肺血流量肺血流量心输出量心输出量胸廓运动胸廓运动胸内负压胸内负压静脉回流静脉回流氧摄取氧摄取氧运输氧运输参与呼吸参与呼吸的肺泡数的肺泡数呼吸面积呼吸面积氧弥散氧弥散肺血管收缩肺血管收缩局部血流量局部血流量肺动脉压肺动脉压肺上部血流肺上部血流通气通气/ /血流血流PaO2肺泡气氧分压与肺通气量之间的关系01020304050020406080100肺泡气氧分压肺泡气氧分压 (mmHg)通气量通气量 (L/min)呼吸系统的损伤性变化中枢性呼吸衰竭 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。PaO2过低可直接抑制呼吸中枢。当PaO2210g/L，女性Hb190g/L)即为高原红细胞增多症，是常见的慢性高原病。多发生于海拔3500m以上地区，由于血液黏滞度异常增高、微循环障碍，组织严重缺氧，易导致血栓形成或局部组织坏死等各种并发症。四、中枢神经系统CNSCNSCNSCNS耗氧量大，对缺氧不耐受，尤以灰质更敏感。耗氧量大，对缺氧不耐受，尤以灰质更敏感。耗氧量大，对缺氧不耐受，尤以灰质更敏感。耗氧量大，对缺氧不耐受，尤以灰质更敏感。轻度缺氧或缺氧早期：血液重新分布保证脑组轻度缺氧或缺氧早期：血液重新分布保证脑组 织血供织血供严重缺氧或长时间缺氧：神经系统功能障碍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脑水肿和脑细胞受损缺氧对CNS的作用根本上表现为损伤急性缺氧：头痛、情绪冲动、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、嗜睡、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。ATPATP生成缺乏生成缺乏酸中毒酸中毒脑血管扩张脑血管扩张神经细胞膜电位降低神经细胞膜电位降低神经递质合成减少神经递质合成减少细胞内钙超载细胞内钙超载溶酶体酶释放溶酶体酶释放细胞水肿细胞水肿间质水肿间质水肿血脑屏障受损血脑屏障受损机制：机制：表现：表现：高原脑水肿缺氧和酸中毒损伤脑血管内皮细胞，使血管壁通透性增高，血管内液体渗出，引起脑间质水肿。缺氧时，脑细胞能量生成减少，细胞膜钠泵功能障碍，导致细胞内钠水潴留，脑细胞水肿。 五、组织和细胞代偿性反响携氧蛋白表达增加肌红蛋白、脑红蛋白、胞红蛋白增加组织细胞对氧利用的能力增强组织细胞对氧的消耗减少1.携氧蛋白表达增加 细胞中存在携氧蛋白，它们与氧的亲和力高于血红蛋白，可有效地促进氧分子向细胞内转移，增强细胞对氧的摄取能力。在细胞氧供-需不平衡时，携氧蛋白释放所结合的氧供细胞利用。 肌红蛋白慢性缺氧使肌肉中Mb增多。Mb和氧的亲和力较大。当PO2为10mmHg时，Hb的SaO2约为10，而肌红蛋白的氧饱和度可达70。氧分压进一步降低时，Mb释出大量的氧供细胞利用。肌红蛋白的增加可能具有储存氧的作用。2.组织、细胞利用氧能力增强细胞内线粒体的数目和膜的外表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年动物的3倍，至出生后1014天，线粒体呼吸功能才降至成年动物水平。3.组织细胞对氧的消耗减少葡萄糖代谢能力加强，节约用氧葡萄糖摄取增强，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，ATPADP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缺乏。关键酶表达增强低代谢状态代偿反响的分子机制O O2 2O O2 2O O2 2O O2 2HIF-1HIF-1颈动脉体颈动脉体肺血管肺血管血管内皮血管内皮特定的氧特定的氧感受细胞感受细胞代谢酶类代谢酶类肺通气肺通气循环代偿循环代偿红细胞红细胞增多增多糖酵解增强糖酵解增强毛细血管增生毛细血管增生肺血管肺血管收缩收缩颈动脉体颈动脉体组织和细胞的损伤性变化主要表现为1.细胞膜损伤2.线粒体损伤3.溶酶体损伤4.细胞凋亡细胞膜的变化膜通透性膜通透性Na+iNa+-K泵泵ATP消耗消耗Mt呼吸呼吸ATP生生成成细胞水肿细胞水肿堵塞微血管堵塞微血管加重微循环缺氧加重微循环缺氧ATPiNa+外排外排Na+内流内流严严重重缺缺氧氧K+外流外流K+i酶合成酶合成钙超载钙超载mt钙摄取钙外流CaCa2+2+增多可抑制线增多可抑制线粒体的呼吸功能；粒体的呼吸功能；可激活磷脂酶，使可激活磷脂酶，使膜磷脂分解，溶酶膜磷脂分解，溶酶体酶释出；体酶释出；增加自由基产生增加自由基产生线粒体的变化细胞内的氧约有80%90%在线粒体内用于氧化磷酸化生成ATP，仅10%20%在线粒体外用于生物合成、降解及生物转化解毒作用等。轻度缺氧或缺氧早期线粒体呼吸功能是增强的。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。当线粒体部位氧分压降到临界点(1mmHg)时，可降低线粒休的呼吸功能，使ATP生成减少。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。溶酶体的变化缺氧时因糖酵解增强，乳酸生成增多，和脂肪氧化不全使其中间代谢产物酮体增多，导致酸中毒。pH降低可引起磷脂酶活性增高，使溶酶体膜磷脂被分解，膜通透性增高，结果使溶酶体肿胀、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。细胞凋亡第四节 影响机体缺氧耐受性的因素机体对缺氧的耐受性与年龄有关 机体对缺氧的耐受性与机体的功能和代谢状态有关 机体对缺氧的耐受性存在个体和群体差异适应性锻炼和预缺氧可提高机体对缺氧的耐受性 第五节 氧疗和氧中毒氧疗是治疗缺氧的根本措施吸入氧分压较高的空气或纯氧治疗各种缺氧性疾病的方法为氧疗oxygen therapy控制性氧疗(低流量、低浓度持续给氧)高浓度给氧高压氧疗氧疗对各种类型的缺氧均有一定的疗效 氧疗的机制提高肺泡气氧分压(PaO2)提高血氧弥散速度提高动脉血氧饱和度氧疗时应防止氧中毒吸入气氧分压过高、给氧时间过长，可引起细胞损害、器官功能障碍，称为氧中毒oxygen intoxication氧中毒的发生主要取决于吸入气氧分压而不是氧浓度吸入气的压力、氧浓度和给氧持续的时间不同，氧中毒的表现不同：急性氧中毒以脑功能障碍为主 慢性氧中毒以肺损伤为主 新生儿长期吸入高浓度氧可导致视网膜损害氧中毒的发生与活性氧的生成增多有关小结氧的摄取、运输和利用任一环节发生障碍都可引起缺氧缺氧是临床多种疾病的共同病理过程，常是导致病人死亡的重要原因缺氧可依发生原因和血氧变化特点分为低张性缺氧、血液性缺氧、循环性缺氧和组织性缺氧四种类型缺氧时机体发生一系列代谢、组织结构及功能的变化，包括代偿性反响和损伤性改变年龄、机体的功能代谢状态以及个体差异等都可影响机体对缺氧的耐受性氧疗对各种类型的缺氧均有一定的疗效，但应注意防止氧中毒