病理生理學(xué)~缺氧

1、缺 氧Hypoxia,基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)教研室韓松,概述缺氧的類型、原因與機制缺氧對機體的影響影響機體缺氧耐受性的因素氧療和氧中毒,第一節(jié) 概述,General Introduction,氧是人體進行新陳代謝的關(guān)鍵物質(zhì)，是人體生命活動的第一需要。,,,,外呼吸,,,血液,,組織,,供氧,用氧,,,,,,,,,,,,循環(huán),,缺氧的概念,由于組織供氧不足或用氧障礙導(dǎo)致機體產(chǎn)生相應(yīng)的功能、代謝和形態(tài)結(jié)構(gòu)改變的病理過程稱為缺氧（

2、hypoxia）,,,,,,,,,,,,低張性缺氧,,,血液性缺氧,,循環(huán)性缺氧,,組織性缺氧,,,,供氧↓,用氧↓,缺氧,,,常用血氧指標,血氧分壓 血氧容量 血氧含量 動-靜脈血氧差 血氧飽和度,血氧分壓（partial pressure of oxygen, PO2）,概念：物理溶解于血液中的氧所產(chǎn)生的張力，又稱血氧張力（oxygen tension）。正常值：,PaO2 13.3kPa(100mmHg),,,

3、吸入氣氧分壓,外呼吸的功能,,,PvO2 5. 33kPa(40mmHg),,內(nèi)呼吸狀態(tài),正常氧分壓梯度示意圖,血氧容量(oxygen binding capacity, C-O2max),概念：100 ml血液中Hb被氧充分飽和時的最大帶氧量。體外標準條件： PO2 150 mmHg、CO2 40 mmHg 、 38 ℃ 正常值：1.34ml/g x 15g/dl = 20ml/dl影響因素

4、：血液中Hb的質(zhì)(與O2結(jié)合的能力)和量,血氧含量(oxygen content, C-O2),概念：100 ml血液中實際含有的氧量。 包括物理溶解的氧（0.3ml/dl) 和與Hb結(jié)合的氧量正常值：CaO2 19ml/dlCvO2 14ml/dl影響因素：Hb的質(zhì)和量PO2,,,動脈血氧含量 - 靜脈血氧含量，反映組織對氧的攝取和利用能力。,動靜脈血氧差(CaO2-CvO2),血氧飽和度（oxygen satu

5、ration, SO2）,概念：Hb結(jié)合氧占氧容量的百分數(shù)。正常值：SaO2 93％～98％SvO2 70％～75％影響因素：PO2 （與SO2的關(guān)系曲線，稱為氧離曲線）H＋ (pH)，2,3-DPG，PaCO2 ，溫度,SO2,血紅蛋白在標準狀態(tài)下的氧離曲線及其影響因素,血氧分壓與血氧飽和度的關(guān)系——氧離曲線Oxygen dissociation curve,肺： PO2 100 mmHg. Hb&g

6、t;95％氧合組織：PO2：40mmHg. Hb 75% 氧飽和度 25% 的O2 被組織利用P50： SO2為50%時的氧分壓,反映Hb與O2的親和力 正常為26-27mmHg,第二節(jié) 缺氧的類型、原因和發(fā)病機制,,,,,,,,,,,,低張性缺氧,,,血液性缺氧,,循環(huán)性缺氧,,組織性缺氧,,,,供氧↓,用氧↓,缺氧,,,PaO2降低，動脈血氧含量減少，導(dǎo)致組織供氧不足，又稱乏氧

7、性缺氧（hypoxic hypoxia）,一、低張性缺氧 hypotonic hypoxia,(一)原因,吸入氣氧分壓過低 高原、高空、通風(fēng)不良的礦井、坑道吸入低氧混合氣外呼吸功能障礙 肺通氣和/或換氣功能障礙，血液通過肺攝取的氧減少，PaO2和CaO2降低由呼吸功能障礙而引起的缺氧，稱呼吸性缺氧(respiratory hypoxia)靜脈血分流入動脈 先天性心臟病，右向左分流，靜脈血摻入動脈血肺動靜脈血功能性或解剖性

8、分流增加,海拔高度 大氣壓 大氣PO2 肺泡內(nèi)PO2 (m) (mmHg) (mmHg) (mmHg)海平面 760 159 1051000 680 140

9、 902000 600 125 703000 530 110 625000 405 85 45

10、 366 74 408000 270 56 30,,阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAS）,概念：是指睡眠時上氣道塌陷、阻塞，引起呼吸

11、暫停和通氣不足。表現(xiàn)：患者睡眠時嚴重打鼾，出現(xiàn)反復(fù)的呼吸暫停、血氧飽和度降低、高碳酸血癥和睡眠結(jié)構(gòu)紊亂。危害：白天嗜睡、心腦肺血管并發(fā)癥乃至多臟器損害，嚴重影響患者的生活質(zhì)量。,室間隔缺損伴肺動脈高壓,正常,靜脈血分流,,法洛四聯(lián)癥,（二）血氧變化特點,,各型缺氧血氧變化的特點,CO2max,PaO2,CaO2,SaO2,CO2(a-v),缺氧類型,發(fā)紺 (cyanosis),毛細血管血液中脫氧血紅蛋白濃度達到或超過5g/dl時，

12、可使皮膚和黏膜呈青紫色，稱為發(fā)紺，或紫紺。,缺氧不一定有發(fā)紺，發(fā)紺不一定有缺氧。血紅蛋白過多或過少時，發(fā)紺與缺氧常不一致。重度貧血患者，血紅蛋白可降至50g/L(5g/dl)以下，出現(xiàn)嚴重缺氧，但不會發(fā)生紫紺。紅細胞增多時 ，血中脫氧血紅蛋白超過50g/L(5g/dl)，出現(xiàn)發(fā)紺，但可無缺氧癥狀。,二、血液性缺氧（Hemic hypoxia）,血液性缺氧是由于血紅蛋白含量減少或性質(zhì)改變，使血液攜氧能力降低，血氧含量減少，或血紅蛋白

13、結(jié)合的氧不易釋放而導(dǎo)致的組織缺氧。PaO2正常，故又稱為等張性缺氧(isotonic hypoxia)。,(一)原因,Hb數(shù)量減少各種原因引起的嚴重貧血（anemia）Hb性質(zhì)改變CO中毒高鐵血紅蛋白癥Hb與O2的親和力增高,鐮刀形紅細胞貧血(Sickle Cell Anemia),谷氨酸 纈氨酸,,皮膚、粘膜顏色 蒼白,,CO與Hb親合力比O2高210倍CO抑制紅細胞內(nèi)糖酵解

14、，使其2,3-DPG生成減少，氧離曲線左移皮膚、粘膜顏色 HbCO 櫻桃紅色,CO中毒,Hb＋CO—HbCO,,,,,,,,高鐵血紅蛋白血癥（methemoglobinemia）,亞硝酸鹽、過氯酸鹽及磺胺衍生物等氧化劑可使血紅素中的二價鐵氧化成三價鐵，形成高鐵血紅蛋白（methemoglobin, HbFe3+OH）,（咖啡色）,HbFe3+OH > 1.5 g/dl時，皮膚、黏膜可出現(xiàn)咖啡色色，稱為腸源性紫紺(e

15、nterogenous cyanosis)。,亞硝酸鹽,,,,,,,,,,,,Fe3+不能攜氧,Fe2+-O2不能解離,高鐵Hb血癥,HbFe3+OH,血紅蛋白與氧的親合力異常增高,輸入大量庫存血：RBC 2,3-DPG↓輸入大量堿性液體： (pH升高通過Bohr效應(yīng)增強Hb與O2的親和力),Hb-O2親和力異?！貉蹼x曲線左移，氧不易釋出,（二）血氧變化特點,,各型缺氧血氧變化的特點,CO2max,PaO2,CaO2,S

16、aO2,CO2(a-v),缺氧類型,,三、循環(huán)性缺氧（circulatory hypoxia）,血液循環(huán)發(fā)生障礙，血流量減少，單位時間內(nèi)供給組織的氧量減少而引起的缺氧，又稱低血流性缺氧（hypokinetic hypoxia）分類：全身性循環(huán)障礙：如心力衰竭、休克局部性循環(huán)障礙：如動脈硬化，血管炎，血栓形成，血管痙攣或受壓等缺血性缺氧（ischemic hypoxia）淤血性缺氧（stagnant hypoxia）,(一)原

17、因,,,缺血: ischemic hypoxia,淤血: stagnant hypoxia,19ml/dl,12ml/dl,7ml/dl,,A,V,,單位時間流經(jīng)組織的總血量? ?總氧量?,機制,,各型缺氧血氧變化的特點,CO2max,PaO2,CaO2,SaO2,CO2(a-v),缺氧類型,,四、組織性缺氧（histogenous hypoxia）,由于組織細胞利用氧能力障礙引起的缺氧稱為組織性缺氧。,(一)原因,組織中毒氰化物、

18、硫化物、砷化物、甲醇等毒物阻斷呼吸鏈細胞線粒體損傷高溫、放射線輻射和細菌毒素等可損傷線粒體呼吸酶合成減少VB1，VB2，VPP等維生素缺乏,阻斷呼吸鏈的藥物或毒物,（二）血氧變化特點,HbO2 ↑,,鮮紅色,皮膚、粘膜顏色,,各型缺氧血氧變化的特點,CO2max,PaO2,CaO2,SaO2,CO2(a-v),缺氧類型,,臨床上常為混合性缺氧,失血性休克,失血,,循環(huán)障礙,,肺功能衰竭,,內(nèi)毒素血癥,,血液性缺氧

19、,,循環(huán)性缺氧,,低張性缺氧,,組織性缺氧,,第三節(jié)　缺氧時對機體的影響,代償變化損傷表現(xiàn),呼吸系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)血液系統(tǒng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織細胞,,一、呼吸系統(tǒng),早期,PaO2↓,呼吸深快,嚴重,PaO2↓↓,呼吸中樞↓,慢性,外周化學(xué)感受器對缺氧敏感性↓,肺水腫,急性,代償,失代償,,,,,,先代償后障礙——低張性缺氧為例,(一) 代償性反應(yīng)（Compensatory Reaction）,意義： ?提高PaO2 ?增加回心血量,

20、PaO2↓(<60mmHg),(二)損傷性變化（Injured Manifestations）,高原性肺水腫（ high altitude pulmonary edema, HAPE ）,機制：,肺動脈收縮，肺動脈壓?，肺毛細血管壓?肺血管內(nèi)皮細胞通透性?交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)興奮?肺水清除障礙,少數(shù)人從平原快速進入3000 m以上高原時，發(fā)生高原肺水腫。發(fā)病率1％左右。臨床表現(xiàn)：呼吸困難，發(fā)紺，咳嗽，咳白色或粉紅色泡沫痰

21、，肺部出現(xiàn)濕羅音等。,中樞性呼吸衰竭,PaO2<30mmHg→抑制呼吸中樞→中樞性呼吸衰竭,二、循環(huán)系統(tǒng),（一）代償性心血管反應(yīng)1.心輸出量增加2.血流分布改變3.肺血管收縮4.毛細血管增生,1.心輸出量增加,PaO2↓,化學(xué)感受器,呼吸運動↑,肺牽張反射,交感N＋迷走N－,心血管中樞,β受體,血管擴張血壓下降,壓力感受器,心率↑,心收縮性,靜脈回流量↑,CO2↑,藍斑,兒茶酚胺,,,,,,,,,,,,,,,,,↑,2

22、. 血流分布改變,缺氧,交感神經(jīng)興奮,血管收縮,局部組織乳酸、腺苷等代謝產(chǎn)物堆積,血管擴張,皮膚、腹腔內(nèi)臟,心、腦,,,,,,,,,,3. 肺血管收縮,,調(diào)整肺內(nèi)血流與通氣量的比例，獲得較高的PaO2,,,,O2,,O2,PO2,PaO2,,,,,O2,PO2,PaO2,,PaO2,,,,,PO2,PaO2,,,V/Q＝0.8,V /Q＜0.8,,V /Q ＝ 0.8,,,,O2,使肺上部肺泡通氣能得到充分的利用,缺氧引起肺血管

23、收縮的機制?缺氧對平滑肌的直接作用?體液因素：TXA2、ET ? ? PGI2、NO ??交感神經(jīng)的作用,毛細血管密度增加，縮短氧彌散至細胞的距離，增加供氧,缺氧刺激血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）基因表達增加，促使毛細血管增生腺苷增多，可刺激血管生成,腦，心，骨骼肌,特點： 慢性缺氧明顯,4.毛細血管增生,（二）損傷性變化,1.缺氧性肺動脈高壓：右心衰竭2.心肌的收縮與舒張功能降低：左右心肌功能障礙3.心律失常：迷走神經(jīng)

24、興奮、細胞內(nèi)外離子分布異常4.靜脈回流減少：乳酸、腺苷等擴血管物質(zhì)增多,三、血液系統(tǒng),（一）代償性反應(yīng)1.紅細胞增多2.氧離曲線右移,1. RBC↑ Hb ↑,急性缺氧：交感神經(jīng)興奮，血液重分布→肝、脾儲血釋放,代償意義增加血氧容量和血氧含量不利影響增加血液粘滯度和血流阻力，加重心臟負擔(dān),2.氧解離曲線右移→Hb釋放O2↑,2,3-DPG↑,缺氧,,糖酵解↑,,PO2<60mmHg , Hb 與O2結(jié)合受阻，SO

25、2 ?, 失去代償意義。,（二）損傷性變化,紅細胞↑ 血液黏滯度和血流阻力↑紅細胞內(nèi)2，3-DPG過多 肺內(nèi)Hb與O2結(jié)合? 動脈血氧飽和度?,,,,四、中樞神經(jīng)系統(tǒng),CNS耗氧量大，對缺氧不耐受，尤以灰質(zhì)更敏感。,代償：輕度缺氧或缺氧早期：血液重新分布保證腦組織血流供應(yīng)失代償：嚴重缺氧或長時間缺氧： 神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙 腦水

26、腫和腦細胞受損,缺氧的中樞神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)急性缺氧：頭痛、情緒激動、思維力、記憶力、判斷力降低或喪失以及運動不協(xié)調(diào)等慢性缺氧：疲勞、嗜睡、注意力不集中及精神抑郁等癥狀嚴重缺氧：煩躁不安、驚厥、昏迷甚而死亡形態(tài)學(xué)變化：腦細胞變性、壞死、腫脹及腦水腫,五、組織和細胞,（一）代償性反應(yīng),細胞利用氧能力↑: 線粒體密度↑呼吸鏈中的酶↑ 糖酵解↑ 低代謝狀態(tài) 肌紅蛋白等攜氧蛋白↑：與氧的親和力高,1.組織、細胞利用氧能力增強,細胞內(nèi)

27、線粒體的數(shù)目和膜的表面積增加呼吸鏈中的酶表達量增加，活性增強琥珀酸脫氫酶細胞色素氧化酶 如胎兒在母體內(nèi)處于相對缺氧的環(huán)境，其細胞線粒體的呼吸功能為成體的3倍，至出生后10～14天，線粒體呼吸功能才降至成體水平。,2.糖酵解能力增強,葡萄糖攝取增強，葡萄糖攝取能力貯備增強無氧酵解增強嚴重缺氧時，ATP生成減少，ATP／ADP比值下降，磷酸果糖激酶活性增強，糖酵解過程加強，在一定的程度上可補償能量的不足。關(guān)鍵酶表達增強,

28、3.低代謝狀態(tài),合成代謝? 離子泵功能?,4.攜氧蛋白表達增加,缺氧誘導(dǎo)因子-1（hypoxia inducible factor-1,HIF-1),是細胞在缺氧條件下產(chǎn)生的核蛋白。 HIF-1的靶基因主要包括以下幾種： ①促紅細胞生成素（EPO）編碼基因 ②血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）編碼基因 ③葡萄糖載體蛋白-1（GLUT-1）和糖酵解編碼基因 ④血紅素加氧酶（HO-1）和誘導(dǎo)型NO

29、合酶（iNOS） 編碼基因,細胞對缺氧反應(yīng)的機制,（二）損傷性變化,細胞膜損傷 線粒體損傷 溶酶體損傷 細胞凋亡,,細胞膜的變化,嚴重缺氧，線粒體外用氧障礙進一步影響線粒體呼吸功能,線粒體的變化,輕度缺氧早期，線粒體功能加強,形態(tài)變化：,腫脹，嵴崩解，外膜破碎，基質(zhì)外溢,溶酶體的變化,缺氧，酸中毒，胞內(nèi)游離Ca2+ 增加，使磷脂酶活性增高，溶酶體膜損傷，腫脹，破裂，溶酶體酶釋放，組織溶解，壞死,細胞凋亡,,Na+、

30、Ca2+內(nèi)流，K+外流,細胞膜通透性?,線粒體損傷,溶酶體損傷,細胞凋亡,第四節(jié) 影響機體缺氧耐受性的因素,機體的功能和代謝狀態(tài)個體和群體差異適應(yīng)性鍛煉預(yù)缺氧刺激,第五節(jié) 氧療和氧中毒,一、治療原發(fā)病二、氧療（Oxygen treatment） 氧療是治療缺氧的基本措施,吸入氧分壓較高的空氣或高濃度 的氧來治療缺氧氧療形式：控制性氧療、高濃度給氧、高壓氧、長期家庭氧療氧療機制：提高肺泡氣氧分壓(PaO2)

31、、血氧彌散速度和動脈血氧飽和度,三、氧中毒,吸入氣氧分壓過高（>0.5個大氣壓的純氧）可引起的細胞損害、器官功能障礙，稱為氧中毒（oxygen intoxication）氧中毒的發(fā)生主要取決于吸入氣氧分壓 PiO2=(PB-47) ?FiO2分類急發(fā)型氧中毒：短時間吸入氣氧分壓2-3個大氣壓以上，以腦功能障礙為主 遲發(fā)型氧中毒：長時間吸入氣氧分壓1個大氣壓，肺損傷為主發(fā)生機制 超氧陰離子、過氧化氫和羥自由基導(dǎo)