病理生理学~缺氧

缺氧Hypoxia基础医学院病理生理学教研室韩松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氧疗和氧中毒第一节概述GeneralIntroduction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-XADPPiATP外呼吸血液组织供氧用氧循环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）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（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)内呼吸状态正常氧分压梯度示意图血氧容量(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PO219ml/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)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%=SO2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(%)肺：PO2100mmHg.Hb95％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26-27mmHg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hypotonichypoxia(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海拔高度大气压大气PO2肺泡内PO2(m)(mmHg)(mmHg)(mmHg)海平面760159105100068014090200060012570300053011062500040585456000366744080002705630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。室间隔缺损伴肺动脉高压正常静脉血分流法洛四联症低张性缺氧PO2SaO2CO2maxCO2Ca-vO2急性↓↓N↓↓慢性↓↓↑↓N（二）血氧变化特点各型缺氧血氧变化的特点皮肤粘膜发绀CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)缺氧类型低张性发绀(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。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)。(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的亲和力增高镰刀形红细胞贫血(SickleCellAnemia)谷氨酸缬氨酸皮肤、粘膜颜色苍白CO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—HbCO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+OH1.5g/dl时，皮肤、黏膜可出现咖啡色色，称为肠源性紫绀(enterogenouscyanosis)。亚硝酸盐Fe3+不能携氧Fe2+-O2不能解离高铁Hb血症HbFe3+OH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（二）血氧变化特点血液性缺氧PO2SaO2CO2maxCaO2Ca-vO2贫血NN↓↓↓CO中毒N↓N↓↓高铁HbNN↓↓↓Hb与O2亲和力增高NNNN↓各型缺氧血氧变化的特点皮肤粘膜发绀苍白咖啡色樱桃红CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)缺氧类型血液性低张性三、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）(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↑19ml/dl12ml/dl7ml/dlO2O2O2O2O2AVO2O2O2单位时间流经组织的总血量总氧量机制各型缺氧血氧变化的特点皮肤粘膜发绀苍白咖啡色樱桃红苍白，发绀CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)缺氧类型血液性低张性循环性四、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。(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→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（二）血氧变化特点HbO2↑鲜红色皮肤、粘膜颜色各型缺氧血氧变化的特点皮肤粘膜发绀苍白咖啡色樱桃红苍白，发绀鲜红色CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)缺氧类型血液性低张性循环性组织性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(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(二)损伤性变化（InjuredManifestations）高原性肺水肿（highaltitudepulmonaryedema,HAPE）机制：1.肺动脉收缩，肺动脉压，肺毛细血管压2.肺血管内皮细胞通透性3.交感-肾上腺髓质系统兴奋4.肺水清除障碍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。中枢性呼吸衰竭PaO230mmHg→抑制呼吸中枢→中枢性呼吸衰竭二、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1.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↑2.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3.肺血管收缩调整肺内血流与通气量的比例，获得较高的PaO2O2O2PO2PaO2O2PO2PaO2PaO2PO2PaO2V/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（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三、血液系统（一）代偿性反应1.红细胞增多2.氧离曲线右移1.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2.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