缺氧(病理生理)

1、缺氧(病理生理)教學(xué)要求掌握缺氧的概念，各類型缺氧的原因和主要特點，發(fā)紺的概念及臨床意義熟悉缺氧時機(jī)體的主要機(jī)能和代謝變化，氧中毒的概念及發(fā)生機(jī)制缺氧概述氧的運(yùn)輸與利用缺氧的概念常用的血氧指標(biāo)缺氧的原因與機(jī)制機(jī)能代謝變化氧療與氧中毒氣體交換示意圖 概 述(1)氧氣的運(yùn)輸與利用外呼吸血液循環(huán)組織供氧用氧概 述(2)缺氧的概念與類型外呼吸血液循環(huán)組織乏氧性血液性循環(huán)性組織性供氧用氧缺氧缺氧的概念hypoxia ：概念：由于組織氧供給減少或是對氧的利用障礙，而引起機(jī)體代謝、機(jī)能、以至形態(tài)構(gòu)造變化的病理過程稱為缺氧。Hypoxia: absence of oxygen in tissues.Anoxi

2、a: relatively complete absence of oxygen in tissues.Hypoxemia: a deficiency of oxygen in the blood-無氧-低氧血癥-缺氧概 述(3)血氧指標(biāo)1.氧分壓PO22.氧容量CO2 max3.氧含量CO2 4.氧飽和度 SO2 概 述(3)1.氧分壓PO2物理溶解的 O2 產(chǎn)生的張力(氧張力)正常值PaO213.3kPa (100 mmHg) 吸入氣 PO2 外呼吸功能PvO25.33kPa (40 mmHg)內(nèi)呼吸狀態(tài)正常氧分壓“梯度示意圖概 述(3)2.氧容量CO2 max100 ml Hb的實際攜氧

3、量 正常值動脈血 19 ml/dl; 靜脈血 14 ml/dl取決于 氧分壓與 氧容量3.氧含量CO2100 ml Hb的最大攜氧量 正常值 20 ml/dl 取決于 Hb 的質(zhì)與量概 述(3)4. 氧飽和度 SO2 正常值動脈血 95%; 靜脈血 75%取決于 氧分壓 Hb. O2 (氧含量)Hb(總) (氧容量) 不同海拔高度下，大氣壓、吸入氣與肺泡氣氧分壓、動脈血氧飽和度的變化海拔高度(m)大氣壓(kPa)吸入氣壓分壓(kPa)肺泡氣氧分壓(kPa)SaO2(%)093.1019.9513.9795100090.4418.6211.9794200079.8016.639.31923000

4、70.4914.638.2590400061.1813.036.6585500053.8711.315.9975600047.229.845.3270700041.238.654.6660800035.917.453.9950900030.596.383.332040氧分壓與氧飽和度的關(guān)系 氧離曲線2040608010020406080100氧飽和度%氧分壓 (mmHg)pH2,3DPGP50是指在38、pH7.40的條件下，50%的血紅蛋白為氧所飽和時的血氧分壓P50的變化，反映了血紅蛋白與氧親和力的變化。P50增大，表示血紅蛋白于氧的親和力?。籔50變小，那么表示兩者的親和力大。5.動-靜

5、脈血氧含量差(CaO2-CvO2)概念：即動脈血氧含量減去靜脈血氧含量所得的毫升數(shù)。反映組織對氧的消耗量。正常值： DA-VO2=CAO2-CVO2=19-14=5 ml/dl影響因素：組織從單位容積血液內(nèi)攝取氧的多少。PaO2Hb和氧的親合力細(xì)胞利用氧的能力缺氧概述缺氧的原因與機(jī)制機(jī)能代謝變化氧療與氧中毒第二節(jié)缺氧的原因和類型缺氧供氧缺乏用氧障礙乏氧性缺氧血液性缺氧循環(huán)性缺氧組織性缺氧通氣、換氣功能障礙肺吸入氣中氧分壓降低靜脈血分流入動脈血紅蛋白含量減少血紅蛋白構(gòu)造、功能異常缺血性淤血性呼吸酶合成減少線粒體損傷 線粒體功能受抑制. hypotonic hypoxia缺氧特征PaO2 減少乏氧

6、性缺氧1. 原因與機(jī)制(1)吸入氣氧分壓過低(2)外呼吸功能障礙(3)靜脈血分流入動脈室間隔缺損伴肺動脈高壓右向左分流缺氧2. 血氧變化的特點組織缺氧的機(jī)制PaO2毛細(xì)血管 PO2向細(xì)胞彌散速度A-V氧含量差紫紺 (cyanosis) ：概念：毛細(xì)血管血液中復(fù)原血紅蛋白濃度到達(dá)或超過50g/L時，可使皮膚和粘膜呈青紫色，稱為紫紺。缺氧不一定有發(fā)紺，發(fā)紺不一定有缺氧。當(dāng)血紅蛋白過多或過少 時，發(fā)紺與缺氧常不一致。例如重度貧血患者，血紅蛋白可降至50g/L(5g/dl)以下，出現(xiàn)嚴(yán)重缺氧，但不會發(fā)生紫紺。紅細(xì)胞增多病患者，血中復(fù)原血紅蛋白超過50g/L(5g/dl)，出現(xiàn)發(fā)紺，但可無缺氧病癥。 各

7、型缺氧血氧變化的特點低張性 CO2maxPaO2CaO2 SaO2CO2(a-v). hemic hypoxia缺氧特征Hb量減少，質(zhì)改變isotonic hypoxemiaPaO2正常缺氧1. 原因與機(jī)制(1)Hb量 貧血(2)Hb質(zhì)改變-CO中毒、亞硝酸鹽中毒等 CO 中毒Hb+CO碳氧Hb 親和力 Hb-O2缺氧1. 原因與機(jī)制 高鐵Hb 血癥HbFe2+ HbFe3+OH氧化劑 亞硝酸鹽腸源性紫紺Fe3+不能攜氧 Fe2+-O2不能解離 高鐵Hb 血癥 HbFe3+OH缺氧1. 原因與機(jī)制(1)Hb量 貧血(2)Hb質(zhì)改變 CO 中毒 高鐵Hb 血癥 Hb-O2親和力異常氧離曲線左移：

8、2. 血氧變化的特點血氧特點缺氧 各型缺氧血氧變化的特點低張性 CO2maxPaO2CaO2 SaO2CO2(a-v)血液性2. 血氧變化的特點組織缺氧的機(jī)制AV100 ml/min缺氧20 ml10 ml正常氧含量10 mlAV100 ml/min2. 血氧變化的特點組織缺氧的機(jī)制缺氧20 ml10 ml正常貧血10 ml5 ml5 ml組織缺氧A-V氧含量差Hb與O2親和力增強(qiáng)的血液性缺氧，O2不易釋出！2. 血氧變化的特點皮膚顏色缺氧貧血 蒼白 Hb-CO 櫻桃紅HbFe+3-OH 咖啡色. circulatory hypoxia缺氧特征組織血流1. 原因與機(jī)制(1) 全身性血循環(huán)障礙:

9、休克、心力衰竭等。(2) 局部性血循環(huán)障礙：栓塞、血栓形成、血管病變。2. 組織缺氧機(jī)制：單位時間流經(jīng)組織血量，氧供血氧特點皮膚顏色發(fā)紺 各型缺氧血氧變化的特點低張性 CO2maxPaO2CaO2 SaO2CO2(a-v)血液性循環(huán)性. histogenous hypoxia缺氧特征細(xì)胞利用氧異常1. 原因與機(jī)制(1) 組織中毒: 氰化物呼吸鏈酶活力用氧障礙(2) 細(xì)胞線粒體損傷: (3) 呼吸酶合成: vitamin缺乏(4) 組織需氧過多: 3. 血氧變化的特點血氧特點皮膚顏色HbO2玫瑰色缺氧2.缺氧機(jī)制：組織用氧障礙。 各型缺氧血氧變化的特點低張性 CO2maxPaO2CaO2 SaO

10、2CO2(a-v)血液性循環(huán)性組織性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循環(huán)性缺氧低張性缺氧組織性缺氧缺氧概述缺氧的原因與機(jī)制機(jī)能代謝變化氧療與氧中毒 自學(xué)第三節(jié)缺氧時機(jī)體的機(jī)能代謝變化特點：缺氧對機(jī)體的影響取決于缺氧發(fā)生的程度、速度、持續(xù)時間和機(jī)體的機(jī)能代謝狀態(tài)。代償反響：輕、短。機(jī)能代謝障礙：重、長，代償不全急性缺氧是由于機(jī)體來不及代償而較易發(fā)生代謝的機(jī)能障礙。各種類型的缺氧，既有相似之處，又各具特點，一、代償性反響以低張性缺氧為例呼吸系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)血液系統(tǒng)組織細(xì)胞的適應(yīng)O2O2O2O2HIF-1頸動脈體肺血管血管內(nèi)皮特定的氧感受細(xì)胞代謝酶類肺通氣循環(huán)代償

11、紅細(xì)胞增多糖酵解增強(qiáng)毛細(xì)血管增生肺血管收縮頸動脈體一呼吸系統(tǒng)主動脈體頸動脈體肺通氣肺泡通氣量PaO2PAO2PaCO2CO2 對中感器肺血流量心輸出量胸廓運(yùn)動胸內(nèi)負(fù)壓靜脈回流氧攝取氧運(yùn)輸參與呼吸的肺泡數(shù)呼吸面積氧彌散肺血管收縮局部血流量肺動脈壓肺上部血流通氣/血流慢性缺氧使之鈍化腎臟排出HCO3-CSF HCO3-CSF pH2-3天之后：PaO2久居高原者較世居平原人頸動脈體大6.7倍；慢阻肺比正常人大1倍；慢性低張性缺氧早期，頸動脈體增大，嗜鋨小體的中心縮小，暈輪加寬，有時整個嗜鋨小體被空泡所取代；特點：肺通氣量增加是對急性缺氧最重要的代償性反響肺通氣量增加的強(qiáng)弱存在個體差異；血液性缺氧和

12、組織性缺氧因PaO2不低，故呼吸一般不增強(qiáng)；循環(huán)性缺氧如累及肺循環(huán)，如心力衰竭引起肺淤血、水腫時，可使呼吸加快。呼吸功能障礙急性肺水腫呼吸困難，咳嗽，血性泡沫痰肺部有濕羅音，紫紺缺氧引起血管收縮，回心血量增加，肺血量急劇增加，肺毛細(xì)血管壓力升高中樞性呼吸功能衰竭呼吸抑制，通氣量減少PaO2過低二循環(huán)系統(tǒng)低張性缺氧引起的代償性心血管反響，主要表現(xiàn)為： 心輸出量增加血流分布改變肺血管收縮毛細(xì)血管增生1、心輸出量增加 PaO2化學(xué)感受器呼吸運(yùn)動肺牽張反射交感N迷走N心血管中樞-受體血管擴(kuò)張血壓下降壓力感受器心率心收縮性靜脈回流量CO藍(lán)斑兒茶酚胺2、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、

13、腺苷等代謝產(chǎn)物堆積血管擴(kuò)張皮膚、腹腔內(nèi)臟心、腦細(xì)胞外液pH下降；缺氧時PO2下降刺激頸動脈體和主動脈體化學(xué)感受器反射性引起腦血管擴(kuò)張；代謝產(chǎn)物的作用。腦血管擴(kuò)張，腦血流量增加2、冠脈血流量增加1) 交感神經(jīng)興奮心肌收縮力增強(qiáng)，心室內(nèi)壓升高，主動脈壓增高，冠狀血管灌流壓增高；以-腎上腺素能受體占優(yōu)勢的小冠狀動脈擴(kuò)張；2)局部代謝產(chǎn)物的擴(kuò)張作用：缺氧ATP腺苷腺苷脫氨酶活性 腺苷3、肺血管收縮 主動脈體頸動脈體肺血管收縮局部血流量肺動脈壓肺上部血流通氣/血流PaO2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PaO2O2O2PO2 PaO2 O2PO2 PaO2 PaO2 PO2 PaO2 交

14、感神經(jīng)，體液因素，缺氧的直接作用O2缺氧引起肺血管收縮的機(jī)制肥大細(xì)胞肺泡巨噬細(xì)胞血管內(nèi)皮細(xì)胞交感神經(jīng)受體縮血管組胺-H1、白三烯、TXA2、PGF2a組胺-H2、PGI2、PGE1擴(kuò)血管細(xì)胞膜對Na+、Ca2+通透性Na+、Ca2+內(nèi)流興奮性收縮性4、毛細(xì)血管增生尤其是腦、心臟和骨骼肌?？s短彌散距離。缺氧時毛細(xì)血管增生的機(jī)制:目前還不清楚腺苷。血管內(nèi)皮生長因子細(xì)胞粘附分子VEGF表達(dá)受到HIF-1的調(diào)控VEGF的構(gòu)造及其信號途徑啟動血管形成的分子根底血管形成過程血管形成三血液系統(tǒng)紅細(xì)胞增多氧合血紅蛋白解離曲線右移機(jī)能代謝改變(3)血液系統(tǒng)1. 紅細(xì)胞骨髓造血慢性缺氧促紅素攜氧血液粘滯機(jī)能代謝改

15、變(3)血液系統(tǒng)原因 2,3-DPG2,3-DPG葡萄糖3-P-甘油醛1,3-P-甘油酸3-P-甘油酸2-P-甘油酸乳酸（）DPGM - 二磷酸甘油酸變位酶DPGP - 二磷酸甘油酸磷酸酶 - pH增高時促進(jìn)反響 - - pH增高時抑制反響DPGM(+)DPGP(-)DPGP(-)葡萄糖3-P-甘油醛1,3-P-甘油酸3-P-甘油酸2-P-甘油酸乳酸2,3-DPG缺氧Hb-2,3-DPG缺氧 pHDPGM(+)DPGP(-)DPGP(-)1122HbO21122HHb2,3-DPG不能結(jié)合2,3-DPG結(jié)合部位2,3-DPG結(jié)合于HHb中央空穴葡萄糖3-P-甘油醛1,3-P-甘油酸3-P-甘油

16、酸2-P-甘油酸2,3-DPG乳酸缺氧 pH缺氧Hb-2,3-DPGDPGM(+)DPGP(-)DPGP(-)機(jī)能代謝改變(3)血液系統(tǒng)原因 2,3-DPG缺氧糖酵解HHb結(jié)合 2,3-DPG 游離 糖酵解抑制旁路產(chǎn)物2,3-DPG機(jī)能代謝改變(3)血液系統(tǒng) 2,3-DPG與HHb結(jié)合穩(wěn)定Hb構(gòu)型Hb-O2RBC pH氧離曲線右移2,3-DPG增多使氧離曲線右移： 2,3-DPG與脫氧血紅蛋白結(jié)合，可穩(wěn)定后者的空間構(gòu)型，使之不易與氧結(jié)合； 2,3-DPG是一種不能透出紅細(xì)胞的有機(jī)酸四中樞神經(jīng)系統(tǒng)急性缺氧：頭痛，煩躁，記憶力下降，運(yùn)動不協(xié)調(diào)慢性缺氧：疲勞，嗜睡，注意力不集中，抑郁嚴(yán)重缺氧：不安，

17、驚厥，昏迷，死亡機(jī)制：神經(jīng)細(xì)胞膜電位降低，神經(jīng)介質(zhì)合成減少，ATP生成缺乏，酸中毒，細(xì)胞損傷五組織和細(xì)胞的適應(yīng)代謝調(diào)整組織細(xì)胞利用氧的能力增強(qiáng)無氧酵解增強(qiáng)肌紅蛋白增加1、代謝調(diào)整葡萄糖代謝能力加強(qiáng)，節(jié)約用氧脂代謝減弱，缺氧后期增強(qiáng)減少能量消耗：海龜、留鳥糖攝取能力的貯備反響能力plasma membraneGLUTGLUT-GeneHIF-1mRNAAUUA660bp480bpmRNAAUUAHuRGLUTGLUTHypoxia葡萄糖PRPPRPGHuR2、組織細(xì)胞利用氧能力增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)線粒體的數(shù)目和膜外表積呼吸鏈中的酶表達(dá)量增加，活性增強(qiáng)。3、肌紅蛋白增加肌紅蛋白和氧的親和力較大肌紅蛋白的增加

18、可能具有儲存氧的作用。 肺通氣及心臟活動的增強(qiáng)可在缺氧時立即發(fā)生。但這些代償功能活動本身消耗能量和氧，紅細(xì)胞的增生和組織利用氧能力的增強(qiáng)需較長的時間，但為較經(jīng)濟(jì)的代償方式。急性缺氧時以呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)的代償反響為主；慢性缺氧者，如世居高原的居民，主要靠增加組織利用氧和血液運(yùn)送氧的能力以適應(yīng)慢性缺氧。二、缺氧時機(jī)體的機(jī)能代謝障礙缺氧性細(xì)胞損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)能障礙外呼吸功能障礙循環(huán)功能障礙缺氧性細(xì)胞損傷1細(xì)胞膜ATP鈉鉀泵Na+內(nèi)流細(xì)胞水腫K+外流代謝障礙鈣泵Ca+內(nèi)流組織損傷細(xì)胞膜的變化膜電位下降，能量缺乏NaH2O KCa2細(xì)胞腫脹離子泵運(yùn)轉(zhuǎn)加速能量消耗增加細(xì)胞內(nèi)代謝障礙ATP生成減少離子

19、泵功能下降抑制線粒體呼吸功能激活磷脂酶，促使自由基生成，膜磷脂降解，細(xì)胞損傷加重缺氧性組織細(xì)胞損傷2線粒體呼吸功能3溶酶體破裂1細(xì)胞膜損傷線粒體的變化 輕度缺氧或缺氧早期線粒體呼吸功能是增強(qiáng)的。嚴(yán)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(dāng)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(yán)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。溶酶體的變化 缺氧時因糖酵解增強(qiáng)，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(dǎo)致酸中毒。 酸中毒可引起磷脂酶活性增高，使溶酶體膜磷

20、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(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞本身及其周圍組織的溶解、壞死。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。缺氧對CNS的作用根本上表現(xiàn)為損傷。急性：頭痛、沖動、記憶力下降等； 慢性：疲勞、嗜睡、注意力不集中等；嚴(yán)重：煩躁、驚厥、昏迷、腦水腫、死亡。缺氧對CNS的損傷機(jī)制較復(fù)雜！缺氧引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能障礙的機(jī)制：腦血管擴(kuò)張腦細(xì)胞水腫腦間質(zhì)水腫 外呼吸功能障礙高原肺水腫 急性低張性缺氧，如快速登上4000m以上的高原時，可在14天內(nèi)發(fā)生肺水腫，表現(xiàn)為呼吸困難、咳嗽、咳出血性泡沫痰、肺部有濕性羅音、皮膚粘膜發(fā)紺等。發(fā)病機(jī)制：缺氧導(dǎo)致肺

21、內(nèi)各小動脈不均勻收縮，血液轉(zhuǎn)移至收縮弱的部位，毛細(xì)血管壓力增高，從而引起壓力性肺水腫。缺氧直接或間接引起肺血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性增高，液體容易外滲。 PaO2過低可直接抑制呼吸中樞，使呼吸抑制，肺通氣量減少，導(dǎo)致中樞性呼吸衰竭。循環(huán)功能障礙肺動脈高壓心肌的收縮與舒張功能降低心律失常靜脈回流減少1、肺動脈高壓 肺泡缺氧所致肺血管收縮反響可增加肺循環(huán)阻力慢性缺氧使肺小動脈長期處于收縮狀態(tài)，可引起肺血管中膜平滑肌肥大，血管硬化缺氧導(dǎo)致紅細(xì)胞增多，使血液粘度增高， 也可增加肺循環(huán)阻力肺動脈高壓可導(dǎo)致右心室肥大，甚至心力衰竭。缺氧急性慢性Kv通道功能下降Kv通道功能下降鉀外流減少NO,PGI2抑制內(nèi)皮素增強(qiáng)

22、膜去極化電壓依賴性鈣通道開放鈣內(nèi)流增加血管重構(gòu)肺血管收縮肺動脈高壓2、心肌的收縮與舒張功能降低 心肌嚴(yán)重缺氧可降低心肌的舒縮功能，甚而使心肌發(fā)生變性、壞死。缺氧使ATP生成減少，能量供給缺乏ATP缺乏引起心肌鈣轉(zhuǎn)運(yùn)和分布異常紅細(xì)胞代償性增多，血液粘滯度增大，心肌射血阻力增大嚴(yán)重缺氧使心肌收縮蛋白破壞3、心律失常嚴(yán)重缺氧可引起竇性心動過緩、期前收縮、甚至發(fā)生心室纖顫致死。持久缺氧往往顯示副交感優(yōu)勢使心率變慢。心動過緩可能為嚴(yán)重的PaO2降低對頸動脈體化學(xué)感受器的刺激，反射性地興奮迷走神經(jīng)所致。期前收縮與室顫的發(fā)生與心肌細(xì)胞內(nèi)K+減少、Na+增加使靜息膜電位降低、心肌興奮性增高、和傳導(dǎo)性降低有關(guān)。缺氧部位的心肌靜息膜電位降低，使其與相鄰較完好的心肌之間形成電位差，從而產(chǎn)生“損傷電流，可成為異位沖動的起源，嚴(yán)重的心肌受損可導(dǎo)致完全的傳導(dǎo)阻滯。4、靜脈回流減少 腦嚴(yán)重缺氧