病理生理學,缺氧

1、病理生理學病理生理學,缺氧缺氧成員及分工組長：劉爽主講：許敏PPT：李爽答疑：符詩云 呂洋洋 秦肆輝 缺氧時機體的機能代謝變化，包括機體對缺氧的代償性反應和由缺氧引起的代謝與機能障礙。輕度缺氧主要引起機體代償性反應；嚴重缺氧而機體代償不全時，出現(xiàn)的變化以代謝機能障礙為主。機體在急性缺氧時與慢性缺氧時的代償性反應也有區(qū)別。急性缺氧是由于機體來不及代償而較易發(fā)生代謝的機能障礙。各種類型的缺氧所引起的變化，既有相似之處，又各具特點，以下主要以低張性缺氧為例，說明缺氧對機體的影響。缺氧時機體的功能和代謝變化缺氧時機體的功能和代謝變化缺氧時機體的功能和代謝變化（二）血液系統(tǒng)的變化（三）中樞神經(jīng)系統(tǒng)的變化

2、（四）組織細胞的變化（一）循環(huán)系統(tǒng)的變化 低張性缺氧引起的代償性心血管反應，主要表現(xiàn)為心輸出量增加、血流分布改變、肺血管收縮與毛細血管增生。 心輸出量增加 可提高全身組織的供氧量，故對急性缺氧有一定的代償意義。（一）循環(huán)系統(tǒng)的變化（一）循環(huán)系統(tǒng)的變化（1）心輸出量增加（1）心率加快：缺氧時心率加快是通氣增加所致肺膨脹對肺牽張感受器的刺激，反射性地通過交感神經(jīng)引起的。呼吸運動過深反而通過反射使心率減慢，外周血管擴張和血壓下降。（2）心收縮性增強：缺氧作為一種應激原，可引起交感神經(jīng)興奮，作用于心臟腎上腺素能受體，使心收縮性增強。（3）靜脈回流量增加：胸廓呼吸運動及心臟活動增強，可導致靜脈回流量增加

3、和心輸出量增多。 血流分布改變器官血流量取決于血液灌注的壓力（即動、靜脈壓差）和器官血流的阻力。后者主要取決于開放的血管數(shù)量與內(nèi)徑大小。缺氧時，交感神經(jīng)興奮引起血管收縮；局部組織因缺氧產(chǎn)生乳酸、腺苷等代謝產(chǎn)物使血管擴張。這兩種作用的平衡關系決定器官的血管是收縮或擴張，以及血流量是減少或增多。急性缺氧時，皮膚、腹腔內(nèi)臟交感神經(jīng)興奮，縮血管作用占優(yōu)勢，故血管收縮；而心、腦血管因以局部組織代謝的產(chǎn)物的擴血管作用為主，故血管擴張，血流增加。這種血流分布的改變顯然對于保證生命重要器官缺氧的供應是有利的。（2）血流分布改變 肺血管收縮肺血管直接對缺氧的反應與體血管相反。肺泡缺氧及混合靜脈血的氧分壓降低都引

4、起肺小動脈收縮，從而使缺氧的肺泡的血流量減少。如果是由肺泡通氣量減少引起的肺泡缺氧，則肺血管的收縮反應有利于維持肺泡通氣與血流的適當比例，使流經(jīng)這部分肺泡的血液仍能獲得較充分的氧，從而可維持較高的PaO2。此外，正常情況下由于重力作用，通過肺尖部的肺泡通氣量與血流量的比值過大，肺泡氣中氧不能充分地被血液運走。當缺氧引起較廣泛的肺血管收縮,導致肺動脈壓升高時，肺上部的血流增加，肺上部的肺泡通氣能得到更充分的利用（3）肺血管收縮 長期慢性缺氧可促使缺氧組織內(nèi)毛細血管增生，尤其是腦、心臟和骨骼肌的毛細血管增生更顯著，毛細血管的密度增加可縮短血氧彌散面積，縮短氧至細胞的彌散距離，增加對細胞的供氧量。（

5、4）毛細血管增生 嚴重缺氧可引起循環(huán)系統(tǒng)障礙，導致心臟的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，發(fā)生高原性心臟病，肺源性心臟病，貧血性心臟病等，進而導致心力衰竭。缺氧所致的循環(huán)障礙機制與下列因素有關： （1）肺動脈高壓 （2）心肌收縮功能降低 （3）心律失常 （4）靜脈回流減少循環(huán)功能障礙循環(huán)功能障礙 肺動脈高壓使右心房后負荷增加，導致右心室肥大，肺源性心臟病甚至心力衰竭。慢性缺氧可引起縮血管物質(zhì)增多，增加肺循環(huán)阻力，導致肺動脈高壓。長期缺氧會加重肺血管收縮和管壁硬化。（1）肺動脈高壓）肺動脈高壓缺氧缺氧 急性 慢性 Kv通道功能K+外流膜去極化電壓依賴性鈣通道開放Ca2+內(nèi)流血管重構(gòu)肺血管收縮肺動脈高壓抑制NO和

6、PGI2內(nèi)皮素增強 嚴重缺氧可損傷心肌的收縮和舒張功能，以及同時存在的肺動脈高壓，導致右心衰竭，缺氧使心肌ATP生成減少，能量供應不足，可使心肌細胞膜和即將忘改轉(zhuǎn)運功能障礙和分布異常。（2）心肌收縮功能降低）心肌收縮功能降低 嚴重缺氧時，PaO2降低刺激頸動脈體化學感受器，反射性的興奮迷走神經(jīng)，導致竇性心動過緩，缺氧可使心肌細胞內(nèi)的K+減少，Na+增加使靜息膜電位降低，心肌興奮及自律性增高和傳導性降低，可引起異位心律和傳導阻滯。（3）心律失常）心律失常 嚴重缺氧時可抑制呼吸中樞，使星胸廓運動減弱，導致靜脈回流減少。長期缺氧，體內(nèi)產(chǎn)生大量乳酸，腺苷等代謝產(chǎn)物，使末梢血管擴張，血液瘀滯于外周血管，

7、引起回心血量和心血輸出量減少，引起組織供血供氧減少。（4）靜脈回流減少）靜脈回流減少（1）代償性反應： 紅細胞增多紅細胞增多：急性缺氧時，交感神經(jīng)興奮，使肝，脾等器官血管收縮，儲存血進入有效循環(huán)，增加血液紅細胞數(shù)和血紅蛋白量。低氧血流經(jīng)腎臟能刺激腎臟近球細胞產(chǎn)生并釋放紅細胞生成素，使骨髓加速紅細胞成熟和釋放。 紅細胞內(nèi)紅細胞內(nèi)2,3-DGP增多增多:缺氧時，紅細胞內(nèi)2,3-DGP增多使氧離曲線右移，使氧與血紅蛋白親和力降低促進氧合血紅蛋白離解，使血液向組織中釋放較多的氧，供細胞利用。（二）血液系統(tǒng)的變化（二）血液系統(tǒng)的變化 血液黏膜粘滯度增高，血流阻力增大，心臟后負荷增大，這是缺氧引起心力衰竭

8、的重要原因之一，在嚴重缺氧時， 紅細胞內(nèi)2，3-DGP過度增加妨礙血液Hb與氧結(jié)合。（2） 損傷性變化 神經(jīng)細胞膜電位的降低、神經(jīng)介質(zhì)的合成減少、ATP的生成不足、酸中毒、細胞內(nèi)游離Ca2+增多、溶酶體酶的釋放以及細胞水腫等，均可導致神經(jīng)系統(tǒng)的功能障礙，甚而神經(jīng)細胞結(jié)構(gòu)的破壞、當PaO2低于6.67kPa(50mmHg)時，可使腦血管擴張。缺氧與酸中毒還使腦微血管通透性增高，從而導致腦水腫（圖35）。腦血管擴張、腦細胞及腦間質(zhì)水腫可使顱內(nèi)壓升高，由此引起頭痛、嘔吐等癥狀。（三）（三）中樞神經(jīng)系統(tǒng)的變化中樞神經(jīng)系統(tǒng)的變化 在供氧不足的情況下，組織細胞可通過增強利用氧的能力和增強無氧酵解過以獲取維

9、持生命活動所必須的能量。 1、組織細胞利用氧的能力增強 2、無氧酵解增強發(fā) 3、肌紅蛋白增加 4 、缺氧性細胞損傷（四）組織細胞的變化（四）組織細胞的變化 慢性缺氧時，細胞內(nèi)線粒體的數(shù)目和膜的表面積均增加，呼吸鏈中的酶如琥珀酸脫氫酶、細胞色素氧化酶可增加，使細胞的內(nèi)呼吸功能增強。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年動物的3倍，至出生后1014天，線粒體呼吸功能才降至成年動物水平。1、組織細胞利用氧的能力增強、組織細胞利用氧的能力增強 嚴重缺氧時，ATP生成減少，ATPADP比值下降，以致磷酸果糖激酶活性增強，該酶是控制糖酵解過程最主要的限速酶，其活性增強可促使糖酵解過

10、程加強，在一定的程度上可補償能量的不足。2、無氧酵解增強發(fā)、無氧酵解增強發(fā) 慢性缺氧可使肌肉中肌紅細胞蛋白含量增多。肌紅蛋白和氧的親和力較大，當氧分壓為1.33kPa（10mmHg）時，血紅蛋白的氧飽和度約為10，而肌紅蛋白的氧飽和度可達70，當氧分壓進一步降低時，肌紅蛋白可釋出大量的氧供細胞利用。肌紅蛋白的增加可能具有儲存氧的作用。3、肌紅蛋白增加、肌紅蛋白增加 1、細胞膜的變化 在細胞內(nèi)ATP含量減少以前，細胞膜電位已開始下降。其原因為細胞膜對離子的通透性增高，導致離子順濃度差透過細胞膜。 2、線粒體的變化 細胞內(nèi)的氧約有8090在線粒體內(nèi)用于氧化磷酸化生成ATP，僅1020%在線粒體外用

11、于生物合成、降解及生物轉(zhuǎn)化（解毒）作用等。輕度缺氧或缺氧早期線粒體呼吸功能是增強的。嚴重缺氧首先影響線粒體外氧的作用，使神經(jīng)介質(zhì)的生成和生物轉(zhuǎn)化過程等降低，當線粒體部位氧分壓降到監(jiān)界點0.1kPa(1mmHg)時，可降低線粒休的呼吸功能，使ATP生成減少。呼吸功能降低主要因脫氫酶活性下降，嚴重時線粒體可出現(xiàn)腫脹、嵴崩解、外膜破裂和基質(zhì)外溢等病變。4 、缺氧性細胞損傷缺氧性細胞損傷 3、溶酶體的變化缺氧時因糖酵解增強，乳酸生成增多，和脂肪氧化不全使其中間代謝產(chǎn)物酮體增多。導致酸中毒。pH降低可引起磷脂酶活性增高，使溶酶體膜磷脂被分解，膜通透性增高，結(jié)果使溶酶體腫脹、破裂，和大量溶酶體酶的釋出，進

12、而導致細胞本身及其周圍組織的溶解、壞死。 機體對缺氧的耐受性除與缺氧的原因，程度，發(fā)生速度和持續(xù)時間有關外還受年齡機，體代償適應能力和代謝狀態(tài)等多種因素的影響。 1.年齡 2.機體的代謝和功能狀態(tài) 3.機體的代償適應能力 答疑環(huán)節(jié) 影響機體對缺氧耐受性的因素影響機體對缺氧耐受性的因素 不同年齡對缺氧的耐受性有很大差別，老年人缺氧耐受性一般較差，因全身血管逐漸硬化，血管阻力增加，血流速度變慢，同時由于肺組織纖維化和老年性肺氣腫，使肺泡通氣量較少，以致對缺氧耐受性較低，缺氧引起的損傷也更嚴重。1.年齡年齡 當機體代謝率增高或耗氧量增大時，對缺氧的耐受性低，中樞神經(jīng)系統(tǒng)是耗氧最多的系統(tǒng)，當興奮性增強

13、時，耗氧量顯著增加，疾病也可使耗氧量增加。反之，體溫降低，神經(jīng)系統(tǒng)抑制等能降低耗氧量而對缺氧耐受性升高。2.機體的代謝和功能狀態(tài)機體的代謝和功能狀態(tài) 機體對缺氧的代償有顯著地個體差異，心，肺疾病及血淋病患者，對缺氧的耐受性低。機體對缺氧的代償能力可以通過鍛煉得到提高。長期參加體育活動和體育鍛煉可使心肺能力得到增強。增強機體對缺氧的耐受性。3.機體的代償適應能力機體的代償適應能力 有疑問的同學可以舉手提問答疑環(huán)節(jié)答疑環(huán)節(jié)END RBC增多，血液粘滯度增高，心臟后負荷增大，可引起心力衰竭， 過多2，3-DGP過度增加妨礙血液Hb與氧結(jié)合。（二） 損傷性變化（二） 損傷性變化（失代償） 高原性心臟病

14、為例1.肺A高壓(1)缺氧可使肺血管收縮（重要原因）；(2)慢性缺氧肺血管壁中層增厚；(3)紅細胞增多使血液黏度增高。 肺A高壓 右心肥大右心心衰四，中樞神經(jīng)系統(tǒng)四，中樞神經(jīng)系統(tǒng) 腦對缺氧的耐受最敏感功能紊亂功能紊亂 急性缺氧 早期：興奮性增強 晚期：興奮抑制 表現(xiàn)：反應遲鈍，嗜睡甚至意識喪失，驚厥，最后因為心血管運動中樞和呼吸中樞麻痹而死亡 慢性缺氧：易疲勞，嗜睡，注意力不集中以及精神抑郁等。腦水腫腦水腫 1.缺氧直接擴張腦血管，流體靜壓增加 2.缺O(jiān)2和酸中毒cap.通透性增加間接性腦 3.缺O(jiān)2和酸中毒CAP生成減少鈉泵運轉(zhuǎn) C內(nèi)滲壓增大腦C水腫 4.鬧內(nèi)壓升高壓迫腦血管 5.神經(jīng)介質(zhì)合

15、成減少，能量代謝障礙中樞神經(jīng)系統(tǒng)變化中樞神經(jīng)系統(tǒng)變化 機制：缺氧引起：機制：缺氧引起：ATP生成減少、腦水腫、生成減少、腦水腫、 細胞內(nèi)游離鈣增多等細胞內(nèi)游離鈣增多等 表現(xiàn)：表現(xiàn)：1）急性缺氧以興奮表現(xiàn)為主）急性缺氧以興奮表現(xiàn)為主 2）慢性缺氧以抑制表現(xiàn)為主）慢性缺氧以抑制表現(xiàn)為主 3）嚴重時出現(xiàn)驚厥、昏迷甚至死亡。）嚴重時出現(xiàn)驚厥、昏迷甚至死亡。損傷性變化 1）慢性缺氧）慢性缺氧肺動脈高壓肺動脈高壓 機制：肺血管收縮，肺循環(huán)阻力增加機制：肺血管收縮，肺循環(huán)阻力增加 2）心肌舒縮功能降低，心律失常、心力衰竭）心肌舒縮功能降低，心律失常、心力衰竭 機制：機制： 缺氧直接抑制心血管運動中樞缺氧直接

16、抑制心血管運動中樞 所致酸中毒和高血鉀抑制心肌所致酸中毒和高血鉀抑制心肌 心肌肥大心肌肥大（一）代償性反應（一）代償性反應 1.心輸出量增加 #心率加快： 肺通氣上升，刺激牽張感受器交感N（+）#心肌收縮性增強#靜脈回流增加2.氧離曲線右移氧離曲線右移Hb釋放釋放O2增加增加2，3-DGP增加PO2小于60mmHg，Hb與O2結(jié)合受阻SaO2減少，失去代償意義 不利：曲線過度右移，影響肺泡毛細血管的交換四，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的變化四，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的變化 急性缺氧：頭痛，煩躁，記憶力下降，運動不謝衣襖 慢性缺氧：疲勞，嗜睡，注意力不集中，抑郁 嚴重缺氧：不安，驚厥，昏迷，死亡 機制： 神經(jīng)細胞膜電位降

17、低 神經(jīng)介質(zhì)合成減少 ATP生成成不足 酸中毒，細胞損傷 輕度缺氧或缺氧早期： 血流重新分布保證腦的血流供應重度缺氧或缺氧中，晚期： 功能障礙： 腦水腫 腦細胞損傷五，對細胞代謝的影響五，對細胞代謝的影響 Effects on the cellular metabolism(一一)代償性反應代償性反應細胞利用氧能力上升： 線粒體+ ；呼吸酶+ 糖醇解+肌紅蛋白+：與氧的親和力高（二）損傷性變化（二）損傷性變化 有氧氧化-，ATP- 乳酸酸中毒 鈉泵的功能障礙，細胞水腫 細胞膜，線粒體，溶酶體損傷細胞膜的變化細胞膜的變化線粒體的變化線粒體的變化 輕度缺氧早期，線粒體功能加強 嚴重缺氧，線粒體外用

18、氧障礙，進一步影響線粒體的呼吸功能 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，細胞內(nèi)Ca+2+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。 4.毛細血管增生毛細血管增生 長期缺氧血管內(nèi)皮生長因子基因表達增加cap.增生，cao.密度增加，縮短彌散距離，擴大彌散面積C供氧量增加缺氧時機體的功能和代謝變化（二）血液系統(tǒng)的變化（三）中樞神經(jīng)系統(tǒng)的變化（四）組織細胞的變化（一）循環(huán)系統(tǒng)的變化（1）心輸出量增加（1）心率加快：缺氧時心率加快是通氣增加所致肺膨脹對肺牽張感受器的刺激，反射性地通過交感神經(jīng)引起的。呼吸運動過深反而通過反射使心率減慢，外周血管擴張和血壓下降。（2）心收縮性增強：缺氧作為一種應激原，可引起交感神經(jīng)興奮，作用于心臟腎上腺素能受體，使心收縮性增強。（3）靜脈回流量增加：胸廓呼吸運動及心臟活動增強，可導致靜脈回流量增加和心輸出量增多。缺氧缺氧 急性 慢性 Kv通道功能K+外流膜去極化電壓依賴性鈣通道開放Ca2+內(nèi)流血管重構(gòu)肺血管收縮肺動脈高壓抑制NO和PGI2內(nèi)皮素增強 3、溶酶體的變化缺氧時因糖酵解增強，乳酸生成增多，和脂肪氧化不全使其中間代謝產(chǎn)物酮體增多。導致酸中毒。pH降低可引起磷脂酶活性增高，使溶酶體膜磷脂被分解，膜通透性增高，結(jié)果使溶酶體腫脹、破裂，和大量溶酶體酶的釋出，進而導致細胞本身及其周圍