病理生理学 7- 缺氧

1第七章缺氧

Hypoxia

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。氧气的运输与利用氧的供应呼吸功能血红蛋白血液循环细胞摄取氧线粒体功能缺氧的概念

由于组织供氧不足或用氧障碍导致机体产生相应的功能、代谢和形态改变，这一病理过程称为缺氧（hypoxia）

第一节常用的血氧指标第二节缺氧的类型、原因和发病机制第三节缺氧对机体的影响第四节影响机体缺氧耐受性的因素第五节缺氧治疗病理生理学基础学习内容

血氧分压血氧容量血氧含量动-静脉血氧差血氧饱和度第一节常用血氧指标概念：是指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：动脉血氧分压（PaO2）约为100mmHg(13.3kPa)静脉血氧分压（PvO2）约为40mmHg(5.32kPa)血氧分压（partialpressureofoxygen,PO2）影响因素：吸入气PO2

外呼吸功能

概念：氧分压为150mmHg，二氧化碳分压为40mmHg，温度38℃时，体外100ml血液内血红蛋白，所结合氧的最大毫升数。此时，每克Hb可结合1.34ml氧正常值：动脉血和静脉血氧容量约200ml/L(20ml%)影响因素：血液中Hb的质(与O2结合的能力)和量血氧容量(oxygenbindingcapacity,CO2max)概念：指100ml血液中实际含有的氧量，包括物理溶解的和与Hb结合的氧量正常值：动脉血氧含量(CaO2)约190ml/L(19ml%)静脉血氧含量(CvO2)约140ml/L(14ml%)影响因素：血氧分压血氧容量:Hb的质和量血氧含量(oxygencontent,CO2)概念：即动脉血氧含量减去静脉血氧含量所得的毫升数反映组织对氧的消耗量正常值：50ml/L(5ml%)动-静脉血氧含量差(CaO2-CvO2)概念：

指Hb结合氧的百分数。SO2＝(氧含量-溶解氧量)/氧容量≌血氧含量/血氧容量正常值：动脉血氧饱和度(SaO2)约93％～98％静脉血氧饱和度(SvO2)约70％～75％影响因素：取决于氧分压的高低氧解离曲线（oxygendissociationcurve）

血氧饱和度（oxygensaturation,SO2）0204060801000204060801002,3-DPG↓pH↑CO2↓温度↓2,3-DPG↑pH↓CO2↑温度↑氧分压(mmHg)氧饱和度(%)血氧分压与血氧饱和度的关系—氧解离曲线血红蛋白在标准状态下的氧解离曲线及其影响因素P50：血氧饱和度为50%时的氧分压正常：26～27mmHg反映Hb与氧的亲和力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呼吸酶合成减少线粒体损伤线粒体功能受抑制第二节缺氧的类型、原因和发病机制病例患者男，77岁，反复咳嗽、咳痰、喘憋20年，加重伴发热3天。体检：口唇、指尖部皮肤发绀。T38.9℃,P120次/分,R28次/分。胸廓略呈桶状，肋间隙稍增宽，双肺呼吸音粗并可闻大量痰鸣音，双下肢可凹性水肿。实验室检查：WBC13.9×109/L，pH7.14,PaO242mmHg，PaCO280mmHg胸片示：双肺纹理加重，右下肺片絮状阴影，右心扩大。一、低张性缺氧（hypotonichypoxia）

由于肺泡氧分压降低，或静脉血分流入动脉，以致PaO2降低，动脉血氧含量减少，组织供氧不足，又称乏氧性缺氧（hypoxichypoxia）吸入气氧分压低

吸入气氧分压低，PaO2随之降低。外呼吸功能障碍

肺通气和/或换气功能降低，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，又称呼吸性缺氧（respiratoryhypoxia）。静脉血分流入动脉（静脉血掺杂）右心的静脉血可部分经室缺处流入左心。肺动静脉血功能性或解剖性分流增加。1.原因海拔高度（m）大气压（mmHg）吸入气氧分压（mmHg）肺泡气氧分压（mmHg）动脉血氧饱和度（%）07601591059510006801409094200060012570923000530110629040004609850855000405854575600035574407070003106535608000270563050900023048＜2520～40呼吸性缺氧海姆立克急救法：施救者站在伤者后面,一手拳头(大拇指侧与食指侧)对准肚脐与剑突之间的腹部,另一手置于拳头上并紧握。快速向上方压挤，横隔膜突然向上压迫肺部,使阻塞气管的异物喷出。果冻钵仔糕等胶状物，少给孩子吃!

儿童：倒立，猛拍后背，用胸腔的压力把果冻挤出来。静脉血分流入动脉20静脉血分流入动脉概念：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。

阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructivesleepapnea-hypopneasyndrome,OSAHS）动脉血氧分压降低动脉血氧饱和度降低血氧容量正常慢性缺氧时，单位容积血液内红细胞数和血红蛋白量增多，氧容量增加动脉血氧含量降低静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量降低动-静脉血氧含量差正常或降低

皮肤黏膜紫绀2.血氧变化特点缺氧不一定有发绀，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，血中还原血红蛋白超过50g/L(5g/dl)，出现发绀，但可无缺氧症状。发绀

(cyanosis)概念：毛细血管血液中还原血红蛋白浓度达到或超过5g/dl时，可使皮肤和黏膜呈青紫色，称为发绀。皮肤黏膜呈青紫色“紫娃”高原5100m先天性心脏病二、血液性缺氧（hemichypoxia）是指由于红细胞数量和血红蛋白含量减少，或血红蛋白的性质发生改变，致血液携氧能力降低，血氧含量减少，或血红蛋白结合的氧不易释出而导致的缺氧。由于以物理状态溶解在血液内的氧不受血红蛋白的影响，因此动脉血氧分压正常，故又称为等张性缺氧（isotonichypoxia）。

Hb+COCO-Hb亲和力>>Hb-O21.原因血红蛋白数量减少：贫血（anemia）一氧化碳中毒

HbFe2+

HbFe3+OH氧化剂

亚硝酸盐高铁血红蛋白血症（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）,导致高铁血红蛋白血症肠源性发绀（enterogenouscyanosis）：当血液中HbFe3+OH达到1.5g/dl时，皮肤、黏膜可出现青紫颜色，称为肠源性紫绀。Fe3+不能携氧Fe2+-O2不易解离

高铁血红蛋白血症输入大量库存血：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血红蛋白与氧的亲合力异常增高动脉血氧分压血氧容量动-静脉血氧含量差皮肤黏膜正常正常降低正常或降低动脉氧饱和度动脉血氧含量贫血性缺氧碳氧血红蛋白血症，高铁血红蛋白血症降低降低降低贫血性缺氧高铁血红蛋白血症碳氧血红蛋白血症苍白咖啡色樱桃红色贫血性缺氧高铁血红蛋白血症、碳氧血红蛋白血症2.血液性缺氧血氧变化特点三、循环性缺氧（circulatoryhypoxia）由于血流速度减慢，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，又称低血流性缺氧（hypokinetichypoxia）分类：局部性的：如血管狭窄或阻塞全身性的：如心力衰竭、休克缺血性缺氧（ischemichypoxia）淤血性缺氧（stagnanthypoxia）

1.原因缺血性缺氧:因动脉血液灌流不足引起局部性如动脉血栓形成、动脉粥样硬化以及血管痉挛等全身性血液循环障碍常见于休克淤血性缺氧:静脉回流障碍见于静脉栓塞或受压(局部性)和心力衰竭动脉血氧分压正常动脉氧饱和度正常血氧容量正常动脉血氧含量正常静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量降低动-静脉血氧含量差增高皮肤黏膜易出现发绀2.血氧变化特点四、组织性缺氧（histogenousanoxia）由于组织细胞利用氧的能力不足而引起的缺氧称为组织性缺氧。→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↓→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↓1.原因线粒体功能受抑制：某些药物或毒物阻断呼吸链。呼吸酶合成减少：辅酶缺乏：VB1，VB2，VPP线粒体损伤：高温、放射线、细菌毒素动脉血氧分压正常动脉氧饱和度正常血氧容量正常动脉血氧含量正常静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量增高动-静脉血氧含量差降低皮肤黏膜鲜红2.血氧变化特点缺氧类型PaO2SaO2血氧容量血氧含量动静脉血氧含量差皮肤黏膜乏氧性缺氧↓↓N↓N或↓发绀血液性缺氧NN或↓N或↓↓或N

↓苍白,咖啡,樱桃红循环性缺氧NNNN↑苍白发绀组织性缺氧NNNN↓鲜红色各型缺氧的血氧和皮肤黏膜改变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临床上常为混合性缺氧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第三节缺氧时对机体的影响早期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一、呼吸系统主动脉体颈动脉体肺通气↑肺泡通气量↑PaO2↑PaO2↑→PaCO2↓CO2

对中感器↓→肺血流量↑心输出量↑→胸廓运动↑胸内负压↑静脉回流↑氧摄取↑氧运输↑参与呼吸的肺泡数→↑呼吸面积↑氧弥散↑→肺血管收缩局部血流量↓肺动脉压↑肺上部血流↑通气/血流↑→→－PaO2↓低氧通气反应（hypoxicventilationreaction，HVR）01020304050020406080100肺泡气氧分压(mmHg)通气量(L/min)肺泡气氧分压与肺通气量之间的关系呼吸系统的损伤性变化中枢性呼吸衰竭

严重的急性缺氧可直接抑制呼吸中枢，出现周期性呼吸，呼吸减弱甚至呼吸停止。PaO2过低可直接抑制呼吸中枢。当PaO2<30mmHg时，缺氧对呼吸中枢的直接抑制作用超过PaO2降低对外周化学感受器的兴奋作用，发生中枢性呼吸衰竭，表现为呼吸抑制、呼吸节律不规则、通气量减少。高原肺水肿（highaltitudepulmonaryedema,HAPE），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。表现为呼吸困难，发绀，咳嗽，咳白色或粉红色泡沫痰，肺部出现湿罗音等。发病高峰在进入高原后48～72小时，多于夜间发病。寒冷、劳累、肺部感染、过量吸烟饮酒、精神紧张等可诱发高原肺水肿。发病机制缺氧引起肺内小动脉不均匀收缩，局部肺毛细血管内压过高肺血管内皮细胞通透性增强，液体渗出与VEGF、IL-1、TNF-α等增多有关交感-肾上腺髓质系统兴奋性增强，外周血管收缩，肺血流量增多肺水清除障碍,肺泡上皮的钠水主动转运功能降低液体漏出、渗出增多，清除减少，引起肺水肿二、循环系统低张性缺氧引起的代偿性心血管反应，主要表现为：

1.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↑1.心输出量增加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2.血流分布改变脑血管扩张，脑血流量增加机制：细胞外液pH下降缺氧时PO2下降刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器反射性引起脑血管扩张代谢产物的作用冠脉血流量增加机制：交感神经兴奋心肌收缩力增强，心室内压升高，主动脉压增高，冠状血管灌流压增高以β-肾上腺素能受体占优势的小冠状动脉扩张局部代谢产物的扩张作用缺氧→ATP↓→腺苷↑→腺苷脱氨酶活性↓→腺苷↑肥大细胞肺泡巨噬细胞血管内皮细胞交感神经α受体缩血管组胺-H1、白三烯、TXA2、PGF2a组胺-H2、PGI2、PGE1扩血管细胞膜对Na+、Ca2+通透性Na+、Ca2+内流兴奋性收缩性↑3.缺氧性肺血管收缩（hypoxicpulmonaryvasoconstriction，HPV）4.毛细血管增生长期慢性缺氧可促使毛细血管增生，尤其是脑、心脏和骨骼肌的毛细血管增生更显著。毛细血管的密度增加可缩短血氧弥散至细胞的距离，增加对细胞的供氧量，具有代偿意义。机制：腺苷可刺激血管生成缺氧时ATP生成减少，腺苷形成增多血管内皮生长因子产生和释放缺氧时循环系统的损伤性变化主要表现为：缺氧性肺动脉高压心肌的收缩与舒张功能降低心律失常静脉回流减少1.肺动脉高压机制：①肺泡缺氧→肺血管收缩。②慢性缺氧→肺小动脉长期处于收缩状态→肺血管中膜平滑肌肥大，血管硬化，形成稳定的肺动脉高压。③红细胞增多→血液黏度增高→增加肺循环阻力。

肺动脉高压可导致右心室肥大，甚至心力衰竭。缺氧性肺动脉高压的发生机制细胞因子血管活性物质细胞外基质↑缺氧肺血管改建肺血管收缩肺动脉高压Kv↓[Ca2+]i↑成纤维细胞增殖内皮细胞ROS↑增殖收缩平滑肌细胞其他细胞NOXAMP/ATP↑AMPKRhoA/ROCKROS↑Ca2+cADPRHIF1RyR钙通道H2O2↑MLC-P↑红细胞增多血液粘度增加ATP减少心肌细胞损伤外周阻力增大2.心肌收缩与舒张功能降低心肌缺氧可降低心肌的舒缩功能，甚而使心肌发生变性、坏死。3.心律失常严重缺氧可引起窦性心动过缓、期前收缩、甚至室颤致死。机制：影响心肌自律细胞功能的稳定性增加异常的自律性活动传导阻滞复极化不一致

4.静脉回流减少脑严重缺氧时，呼吸中枢的抑制使胸廓运动减弱，可导致静脉回流减少乳酸、腺苷→扩张外周血管回心血量减少，使心输出量减少，而引起循环衰竭三、血液系统缺氧时血液系统的代偿性反应主要有红细胞增多和血红蛋白氧解离曲线右移、向组织释放氧的能力增强。红细胞增多氧离曲线右移骨髓造血↑慢性缺氧EPO↑携氧↑血液黏滞↑当低氧血→近球小体→近球细胞→生成并释放促使红细胞生成素促使红细胞系单向干细胞分化为原红细胞,并促进其分化、增殖和成熟加速Hb的合成促使骨髓内的网织红细胞和红细胞释放入血液。1.红细胞增多2.氧解离曲线右移2,3-DPG↑缺氧糖酵解↑HHb↑结合2,3-DPG↑游离↓糖酵解抑制↓旁路产物↑2,3-DPG↑G6-P-G6-P-F1,6-DPF磷酸二羟丙酮1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸2-磷酸烯醇式丙酮酸3-磷酸甘油醛PFKADPATP丙酮酸乳酸2,3-DPGDPGMDPGPDPGP脱氧Hb↑--2,3DPG-Hb↑-过度通气pH↑+DPGP-呼碱-

缺氧时红细胞2,3-DPG增多的机制血液系统的损伤性变化主要有血液黏滞度增高、血红蛋白与氧的亲和力降低红细胞过度增多，可使血液黏滞度和血流阻力明显增加，并加重心脏负担，对机体不利。严重缺氧时，红细胞内2，3-DPG增多引起的氧解离曲线右移将减少血红蛋白在肺中的氧合，使动脉血氧饱和度降低。久居高原者如红细胞过度增多(男性Hb>210g/L，女性Hb>190g/L)即为高原红细胞增多症，是常见的慢性高原病。多发生于海拔3500m以上地区，由于血液黏滞度异常增高、微循环障碍，组织严重缺氧，易导致血栓形成或局部组织坏死等各种并发症。CNS耗氧量大，对缺氧不耐受，尤以灰质更敏感。轻度缺氧或缺氧早期：血液重新分布保证脑组织血供严重缺氧或长时间缺氧：神经系统功能障碍脑水肿和脑细胞受损四、中枢神经系统急性缺氧：头痛、情绪激动、思维力、记忆力、判断力降低或丧失以及运动不协调等。慢性缺氧：易疲劳、嗜睡、注意力不集中及精神抑郁等。严重缺氧：可导致烦躁不安、惊厥、昏迷甚而死亡。ATP生成不足酸中毒脑血管扩张神经细胞膜电位降低神经递质合成减少细胞内钙超载溶酶体酶释放细胞水肿间质水肿血脑屏障受损机制：表现：缺氧对CNS的作用基本上表现为损伤缺氧和酸中毒损伤脑血管内皮细胞，使血管壁通透性增高，血管内液体渗出，引起脑间质水肿。缺氧时，脑细胞能量生成减少，细胞膜钠泵功能障碍，导致细胞内钠水潴留，脑细胞水肿。

高原脑水肿五、组织和细胞代偿性反应携氧蛋白表达增加肌红蛋白、脑红蛋白、胞红蛋白增加组织细胞对氧利用的能力增强组织细胞对氧的消耗减少1.携氧蛋白表达增加细胞中存在携氧蛋白，它们与氧的亲和力高于血红蛋白，可有效地促进氧分子向细胞内转移，增强细胞对氧的摄取能力。在细胞氧供-需不平衡时，携氧蛋白释放所结合的氧供细胞利用。肌红蛋白慢性缺氧使肌肉中Mb增多。Mb和氧的亲和力较大。当PO2为10mmHg时，Hb的SaO2约为10％，而肌红蛋白的氧饱和度可达70％。氧分压进一步降低时，Mb释出大量的氧供细胞利用。肌红蛋白的增加可能具有储存氧的作用。2.组织、细胞利用氧能力增强细胞内线粒体的数目和膜的表面积增加呼吸链中的酶表达量增加，活性增强琥珀酸脱氢酶细胞色素氧化酶如胎儿在母体内处于相对缺氧的环境，其细胞线粒体的呼吸功能为成年动物的3倍，至出生后10～14天，线粒体呼吸功能才降至成年动物水平。

3.组织细胞对氧的消耗减少葡萄糖代谢能力加强，节约用氧葡萄糖摄取增强，葡萄糖摄取能力贮备增强无氧酵解增强严重缺氧时，ATP生成减少，ATP／ADP比值下降，磷酸果糖激酶活性增强，糖酵解过程加强，在一定的程度上可补偿能量的不足。关键酶表达增强低代谢状态O2O2O2O2HIF-1颈动脉体肺血管血管内皮特定的氧感受细胞代谢酶类肺通气循环