病理生理学第五章

199第五章缺氧由于组织氧的供应减少或对氧的利用障碍，而引起代谢、功能和形态结构变化的病理过程称为缺氧。缺氧是临床多种疾病共有的病理过程，也是一些特殊环境（如高原、高空）所必有的现象，是许多疾病引起死亡的重要原因。了解和研究缺氧的发生和发展规律，对临床防治缺氧、增强机体代偿适应能力都有重要意义。成人在静息状态下，每分钟耗氧量约为250ml，剧烈运动时可增加8~9倍。正常人体内氧储极为有限（约1500ml），因此必须依赖呼吸、血液循环等功能的协调，完成氧的交换和运输，以保证组织氧的供应，其中任何一环节的障碍均可导致缺氧。正常情况下，机体通过呼吸摄取大气中的氧，氧与血红蛋白结合并经循环系统运输给组织、细胞利用。吸入气中氧的多少，取决于大气压和氧含量。气体进入肺后，肺泡气中的氧在氧分压差的驱动下向毛细血管弥散。弥散入血的氧200在血管中以物理溶解和与血红蛋白（Hb）化学结合两种方式运输到各器官和组织。物理溶解氧的多少与其分压成正比。氧分压为13.3kPa（100mmHg）时，100ml血液可溶解0.3ml氧。此量远不能满足机体代谢需要。与Hb结合是氧运输的主要形式。每克Hb能结合1.34ml氧。一个健康成人每100ml血液内含Hb15g，最多可结合20.85ml氧。Hb结合氧的多少取决于血液中的氧分压。常用的血氧指标血氧分压（partialpressureofoxygen,PO2）：为溶解于血液的氧分子所产生的张力，故又称血氧张力（oxygentension）。动脉血氧分压（PaO2）的高低，主要取决于吸入气体的氧分压和外呼吸的功能状态，正常时约为13.3kPa（100mmHg)。静脉血氧分压（PvO2）正常约为5.33kPa（40mmHg），它可反映组织、细胞的内呼吸状态。血氧容量（oxygenbindingcapacity,CO2max）：是指100ml血液中的血红蛋白，在氧分压为13.3kPa(100mmHg)，温度为38℃时，所能结合氧的最201大ml数，即100ml血液中Hb的最大带氧量，它取决于血液中Hb的质（与O2结合的能力）和量。成人正常血氧容量为20ml%。血氧含量（oxygencontent,CO2）：指100ml血液中实际含有的氧量（ml数），包括物理溶解的和化学结合的氧量，但因正常时溶解的氧量很少（0.3ml%），常可忽略不计。氧含量取决于氧分压和氧容量。正常动脉血氧含量（CaO2）约为19ml/dl，静脉血氧含量（CvO2）约为14ml/dl。动-静脉氧含量差（CaO2-CvO2）约为5ml/dl。血氧饱和度（oxygensaturation,SO2）：指Hb的氧饱和度，即Hb结合氧的百分数，约等于血氧含量和血氧容量的比值。正常动脉血氧饱和度（SaO2）为93~98%，混合静脉血氧饱和度（SvO2）为70~75%。SO2主要取决于PO2，PO2与SO2之间的关系曲线呈S形，称为氧离曲线（oxygendissociationcurve）（图5-1）。此外，SO2还与血液pH、温度、CO2分压，以及红细胞内2，3-二磷酸甘油酸（2,3,-diphosphoglycerate,2,3-DPG）的变化有关。血液pH下降、温度升高、CO2分压升高或红细202胞内2,3-DPG增多时，血氧饱和度变小，氧离曲线右移；反之，氧离曲线左移，血氧饱和度增大。P50为反映Hb与O2的亲和力的指标，是指血红蛋白氧饱和度为50%时的血氧分压，正常为3.47~3.6kPa（26~27mmHg）。影响氧离曲线左（或右）移的因素均可使P50减小（或增大）（图5-1）。图5-1氧离曲线第一节缺氧的原因、分类和血氧变化特点根据缺氧的原因和血氧变化的特点，一般可203分为以下四种类型：图5-2缺氧的病因和分类一、乏氧性缺氧乏氧性缺氧（hypoxichypoxia）主要表现为动脉血氧分压降低，氧含量减少，组织供氧不足，又称低张性缺氧（hypotensivehypoxia）或缺氧性缺氧。（一）原因1、吸入气氧分压过低多发生于海拔3000m以上的高原、高空，或通风不良的坑道、矿井作业，或吸入低氧混合气体及被惰性气体或麻醉剂过度稀释的空气。体内供氧的多少，首先肺通气、换气功能障碍碍吸入气中氧分压降低缺氧性缺氧静脉血分流入动脉线粒体损伤血红蛋白含量减少血红蛋白结构、功能异常局部循环功能障碍全身循环功能障碍线粒体功能受抑制呼吸酶合成减少血液性缺氧循环性缺氧组织性缺氧用氧障碍供氧不足缺氧204取决于大气氧分压的高低（大气氧分压=大气压×氧含量）。随着海拔的升高，大气压下降，氧分压也相应降低（表5-1）。表5-1不同海拔高度下，大气压、吸入气与肺泡气氧分压、动脉血氧饱和度的变化海拔高度（m）大气压（kPa）吸入气氧分压（kPa）肺泡气氧分压（kPa）动脉血氧饱和度（%）0101.319.9513.9795100090.4418.6211.9794200079.8016.639.3192300070.4914.638.2590400061.1813.036.6585500053.8711.315.9975600047.229.845.3270700041.238.654.6660800035.917.453.9950900030.596.383.3320~402、外呼吸功能障碍肺的通气和/或换气功能障碍，可致动脉血氧分压和血氧含量降低而发生缺氧，又称呼吸性缺氧（respiratoryhypoxia）。3、静脉血分流入动脉多见于某些先天性心脏病，如房间隔或室间隔缺损伴有肺动脉狭窄或肺动脉高压，或法乐氏（Fallot’s）四联症等，由于右心的压力高于左心，出现右向左的分流。（二）血氧变化的特点205动脉血的氧分压、氧含量及血红蛋白的氧饱和度均降低。由于氧分压在8kPa(60mmHg)以上时，氧合血红蛋白解离曲线近似水平线，只有当PaO2降至8kPa以下才会使SaO2及CaO2显著减少，导致组织缺氧。此时组织对氧的利用代偿性加强，因此静脉血氧分压、氧含量也相应减少，动-静脉氧含量差接近于正常或减少。正常毛细血管血液中还原血红蛋白浓度约为2.6g/dl。缺氧性缺氧时，动、静脉血中的还原血红蛋白浓度增高。当毛细血管血液中还原血红蛋白浓度达到或超过5g/dl时，可使皮肤和粘膜呈青紫色，称为紫绀（cyanosis）。在血红蛋白含量正常的人，发绀与缺氧同时存在，可根据发绀的程度大致估计缺氧的程度。当血红蛋白过多或过少时，发绀与缺氧常不一致。例如重度贫血患者，血红蛋白可降至5g/dl以下，出现严重缺氧，但不会发生紫绀。红细胞增多症患者，血中还原血红蛋白超过5g/dl，出现发绀，但可无缺氧症状。二、血液性缺氧206血液性缺氧（hemichypoxia）是由于红细胞数量和血红蛋白含量减少，或血红蛋白性质改变，使血液携氧能力降低，血氧含量减少或与血红蛋白结合的氧不易释放，而导致组织缺氧。此时动脉血的氧分压和氧饱和度均正常，故又称等张性低氧血症（isotonichypoxemia）。（一）原因1、血红蛋白含量减少见于各种原因引起的严重贫血，使血红蛋白含量减少。虽然血氧分压和氧饱和度正常，但氧容量降低，氧含量也随之减少。由于红细胞数目减少，血液粘滞度降低，血流速度加快，使单位时间内对组织运送的氧不致减少过多。一般当贫血使红细胞压积低于20%时，才会引起对组织的供氧不足。2、血红蛋白性质改变亚硝酸盐、过氯酸盐及磺胺衍生物等可使血红素中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（methemoglobinemia）。高铁血红蛋白中的三价铁因与羟基结合牢固，失去结合氧的能力，或者血红蛋207白分子中的四个二价铁中有部分氧化成三价铁，剩余的二价铁虽能结合氧，但不易解离，导致氧离曲线左移，使组织缺氧。生理情况下，血液中不断形成极少量的高铁血红蛋白，又不断被血液中的NADH、抗坏血酸、还原型谷胱甘肽等还原剂还原为二价铁。所以正常成人血液中的还原血红蛋白含量不超过血红蛋白总量的1%~2%。当亚硝酸盐等氧化剂中毒时，如高铁血红蛋白含量超过血红蛋白总量的10%，就可出现缺氧表现。达到30%~50%，则发生严重缺氧，全身青紫、头痛、精神恍惚、意识不清以至昏迷。高铁血红蛋白血症最常见于亚硝酸盐中毒，如食用大量含硝酸盐的腌菜后，硝酸盐经肠道细菌作用还原为亚硝酸盐，大量吸收入血后，导致高铁血红蛋白血症。当血液中HbFe3+OH达到1.5g/dl时，皮肤、粘膜可出现青紫颜色，称为肠源性紫绀（enterogenouscyanosis）。3、一氧化碳中毒一氧化碳（CO）与血红蛋白的亲和力比氧与血红蛋白的亲合力高210倍，当吸入气中含有0.1%的CO时，血液中208的血红蛋白可能有50%为碳氧血红蛋白（carboxyhemoglobin,HbCO）。HbCO不能与O2结合，同时还可抑制红细胞的糖酵解，使2，3-DPG生成减少，氧离曲线左移，HbO2中的O2不易释放，从而加重组织缺氧。当血液中的HbCO增至10%~20%时，可出现头痛、乏力、眩晕、恶心和呕吐等症状；增至50%时，可迅速出现痉挛、呼吸困难、昏迷，甚至死亡。此时，病人的动脉血氧分压不降低，其皮肤、粘膜呈HbCO的樱桃红色。4、血红蛋白与氧的亲和力异常增高某些因素可增强氧与血红蛋白的亲和力，氧离曲线左移，氧不易释放。如输入大量库存血（库存血中2，3-DPG含量降低），或输入大量碱性液体（pH升高通过Bohr效应增强Hb与O2的亲和力）；此外，已发现30多种血红蛋白病，由于肽链中存在氨基酸替代，例如α链第92位的精氨酸被亮氨酸取代，以致Hb与O2的亲和力比正常的Hb高几倍，从而使组织缺氧，并有代偿性的红细胞增多。209（二）血氧变化的特点血液性缺氧时，由于血红蛋白数量减少或性质改变，使血氧容量降低，动脉血氧含量也随之降低（Hb与O2亲和力增强引起的血液性缺氧例外，其血氧容量和血氧含量可不低）；由于外呼吸功能正常，动脉血氧分压和氧饱和度正常；由于O2与Hb的亲和性增高，氧不易释放，使动-静脉氧含量差减小；贫血病人的动脉血氧分压正常，但毛细血管床中的平均血氧分压较低，血管-组织间的氧分压差减小，氧向组织弥散的驱动力减小，使动-静脉氧含量差减小。单纯贫血时，患者皮肤、粘膜呈苍白色；CO中毒时，病人皮肤、粘膜呈樱桃红色；O2与Hb的亲和性增高时，皮肤、粘膜呈鲜红色；高铁血红蛋白血症患者，皮肤、粘膜呈棕褐色（咖啡色）或类似发绀的颜色，称为肠源性紫绀。三、循环性缺氧循环性缺氧（circulatoryhypoxia）是指因血流速度减慢，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，又称为低血流性缺氧或低动210力性缺氧（hypokinetichypoxia）。在循环性缺氧中，因动脉血灌流不足引起的缺氧称为缺血性缺氧（ischemichypoxia），因静脉血回流障碍引起的缺氧称为淤血性缺氧（congestivehypoxia）。（一）原因1、全身性循环障碍见于心力衰竭和休克。心力衰竭病人心输出量减少，向全身各组织器官运送的氧量减少，同时又可因静脉回流受阻，引起组织淤血和缺氧。全身性循环障碍引起的缺氧，易致酸性代谢产物蓄积，发生酸中毒，使心肌收缩力进一步减弱，心输出量降低，加重循环性缺氧，形成恶性循环，病人可死于因心、脑、肾的重要器官严重缺氧而发生的功能衰竭。2、局部性循环障碍见于动脉硬化、血管炎、血栓形成和栓塞、血管痉挛或受压等。因血管阻塞或受压，引起局部组织缺血性或淤血性缺氧。（二）血氧变化的特点循环性缺氧时，动脉血氧分压、氧容量、211氧含量和氧饱和度均正常。但因血流缓慢，血液通过毛细血管的时间延长，组织、细胞从血液中摄取的氧量相对较多，同时由于血流淤滞，二氧化碳含量增加，促使氧离曲线右移，释氧增加，致使静脉血氧分压和氧含量降低，因而动-静脉氧含量差增大。缺血性缺氧时，组织器官苍白。淤血性缺氧时，组织从血液中摄取的氧量增多，毛细血管中还原血红蛋白含量增加，易出现发绀。四、组织性缺氧组织