缺氧(病理生理)

缺氧(病理生理)第一页，共124页。第二页，共124页。第三页，共124页。第四页，共124页。第五页，共124页。第六页，共124页。第七页，共124页。第八页，共124页。第九页，共124页。第十页，共124页。第十一页，共124页。第十二页，共124页。第十三页，共124页。第十四页，共124页。第十五页，共124页。第十六页，共124页。教学要求掌握缺氧的概念，各类型缺氧的原因和主要特点，发绀的概念及临床意义熟悉缺氧时机体的主要机能和代谢变化，氧中毒的概念及发生机制第十七页，共124页。缺氧概述氧的运输与利用缺氧的概念常用的血氧指标缺氧的原因与机制机能代谢变化氧疗与氧中毒第十八页，共124页。气体交换示意图

第十九页，共124页。第二十页，共124页。第二十一页，共124页。概述(1)氧气的运输与利用第二十二页，共124页。外呼吸血液循环组织供氧用氧第二十三页，共124页。概述(2)缺氧的概念与类型第二十四页，共124页。外呼吸血液循环组织第二十五页，共124页。乏氧性血液性循环性组织性供氧↓用氧↓缺氧第二十六页，共124页。缺氧的概念（hypoxia）：概念：由于组织氧供应减少或是对氧的利用障碍，而引起机体代谢、机能、以至形态结构变化的病理过程称为缺氧。

Hypoxia:

absenceofoxygenintissues.Anoxia:relativelycompleteabsenceofoxygenintissues.Hypoxemia:adeficiencyofoxygenintheblood----无氧----低氧血症----缺氧第二十七页，共124页。概述(3)血氧指标1.氧分压（PO2）2.氧容量（CO2max）3.氧含量（CO2）4.氧饱和度（SO2）5.动静脉氧差第二十八页，共124页。概述(3)1.氧分压（PO2）物理溶解的O2产生的张力(氧张力)正常值PaO213.3kPa(100mmHg)吸入气PO2外呼吸功能PvO25.33kPa(40mmHg)内呼吸状态第二十九页，共124页。正常氧分压“梯度”示意图第三十页，共124页。概述(3)2.氧容量（CO2max）100mlHb的实际携氧量

正常值动脉血19ml/dl;静脉血14ml/dl取决于氧分压与氧容量3.氧含量（CO2）100mlHb的最大携氧量

正常值20ml/dl取决于Hb的质与量第三十一页，共124页。概述(3)4.氧饱和度（SO2）正常值动脉血95%;静脉血75%取决于氧分压

Hb.O2(氧含量)Hb(总)(氧容量)第三十二页，共124页。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)吸入气压分压(kPa)肺泡气氧分压(kPa)SaO2(%)093.1019.9513.9795100090.4418.6211.9794200079.8016.639.3192300070.4914.638.2590400061.1813.036.6585500053.8711.315.9975600047.229.845.3270700041.238.654.6660800035.917.453.9950900030.596.38＜3.3320~40第三十三页，共124页。氧分压与氧饱和度的关系——氧离曲线2040608010020406080100氧饱和度%氧分压(mmHg)pH↓2,3DPG↑第三十四页，共124页。P50是指在38℃、pH7.40的条件下，50%的血红蛋白为氧所饱和时的血氧分压P50的变化，反映了血红蛋白与氧亲和力的变化。P50增大，表示血红蛋白于氧的亲和力小；P50变小，则表示两者的亲和力大。第三十五页，共124页。5.动-静脉血氧含量差(CaO2-CvO2)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：DA-VO2=CAO2-CVO2=19-14=5ml/dl影响因素：组织从单位容积血液内摄取氧的多少。PaO2Hb和氧的亲合力细胞利用氧的能力第三十六页，共124页。缺氧概述缺氧的原因与机制机能代谢变化氧疗与氧中毒第三十七页，共124页。第二节缺氧的原因和类型缺氧供氧不足用氧障碍乏氧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、功能异常缺血性淤血性呼吸酶合成减少线粒体损伤线粒体功能受抑制第三十八页，共124页。Ⅰ.hypotonichypoxia缺氧Ⅰ特征PaO2减少乏氧性缺氧1.原因与机制(1)吸入气氧分压过低(2)外呼吸功能障碍(3)静脉血分流入动脉室间隔缺损伴肺动脉高压右向左分流第三十九页，共124页。第四十页，共124页。第四十一页，共124页。第四十二页，共124页。缺氧Ⅰ2.血氧变化的特点组织缺氧的机制PaO2↓毛细血管PO2↓向细胞弥散速度↓A-V氧含量差第四十三页，共124页。紫绀(cyanosis)

：概念：毛细血管血液中还原血红蛋白浓度达到或超过50g/L时，可使皮肤和粘膜呈青紫色，称为紫绀。缺氧不一定有发绀，发绀不一定有缺氧。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50g/L(5g/dl)以下，出现严重缺氧，但不会发生紫绀。红细胞增多病患者，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。第四十四页，共124页。第四十五页，共124页。

各型缺氧血氧变化的特点低张性CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)第四十六页，共124页。Ⅱ.hemichypoxia缺氧Ⅱ特征Hb量减少，质改变isotonichypoxemiaPaO2正常第四十七页，共124页。缺氧Ⅱ1.原因与机制(1)Hb量↓——贫血(2)Hb质改变----CO中毒、亚硝酸盐中毒等CO中毒Hb+CO碳氧Hb亲和力>>Hb-O2第四十八页，共124页。缺氧Ⅱ1.原因与机制高铁Hb血症HbFe2+HbFe3+OH氧化剂亚硝酸盐肠源性紫绀第四十九页，共124页。Fe3+不能携氧Fe2+-O2不能解离高铁Hb血症HbFe3+OH第五十页，共124页。缺氧Ⅱ1.原因与机制(1)Hb量↓——贫血(2)Hb质改变CO中毒高铁Hb血症Hb-O2亲和力异常↑氧离曲线左移：第五十一页，共124页。2.血氧变化的特点血氧特点缺氧Ⅱ第五十二页，共124页。

各型缺氧血氧变化的特点低张性CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)血液性第五十三页，共124页。2.血氧变化的特点组织缺氧的机制AV100ml/min缺氧Ⅱ20ml10ml正常氧含量10ml第五十四页，共124页。AV100ml/min2.血氧变化的特点组织缺氧的机制缺氧Ⅱ20ml10ml正常贫血10ml5ml5ml组织缺氧A-V氧含量差↓Hb与O2亲和力增强的血液性缺氧，O2不易释出！第五十五页，共124页。2.血氧变化的特点皮肤颜色缺氧Ⅱ贫血——苍白Hb-CO——樱桃红HbFe+3-OH——咖啡色第五十六页，共124页。Ⅲ.circulatoryhypoxia缺氧Ⅲ特征组织血流↓1.原因与机制(1)全身性血循环障碍:休克、心力衰竭等。(2)局部性血循环障碍：栓塞、血栓形成、血管病变。2.组织缺氧机制：单位时间流经组织血量，氧供血氧特点皮肤颜色发绀3.皮肤颜色及血氧变化第五十七页，共124页。

各型缺氧血氧变化的特点低张性CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)血液性循环性第五十八页，共124页。Ⅳ.histogenoushypoxia缺氧Ⅳ特征细胞利用氧异常1.原因与机制(1)组织中毒:氰化物呼吸链酶活力↓用氧障碍(2)细胞线粒体损伤:(3)呼吸酶合成↓:vitamin缺乏(4)组织需氧过多:第五十九页，共124页。3.血氧变化的特点血氧特点皮肤颜色HbO2↑→玫瑰色缺氧Ⅳ2.缺氧机制：组织用氧障碍。第六十页，共124页。

各型缺氧血氧变化的特点低张性CO2maxPaO2CaO2SaO2CO2(a-v)血液性循环性组织性第六十一页，共124页。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六十二页，共124页。缺氧概述缺氧的原因与机制机能代谢变化氧疗与氧中毒（自学）第六十三页，共124页。第三节缺氧时机体的机能代谢变化特点：缺氧对机体的影响取决于缺氧发生的程度、速度、持续时间和机体的机能代谢状态。代偿反应：轻、短。机能代谢障碍：重、长，代偿不全急性缺氧是由于机体来不及代偿而较易发生代谢的机能障碍。各种类型的缺氧，既有相似之处，又各具特点，

第六十四页，共124页。一、代偿性反应以低张性缺氧为例呼吸系统循环系统血液系统组织细胞的适应第六十五页，共124页。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代偿红细胞增多糖酵解增强毛细血管增生肺血管收缩颈动脉体第六十六页，共124页。（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↑→→慢性缺氧使之钝化肾脏排出HCO3-→CSFHCO3-↓→CSFpH↑2-3天之后：－PaO2↓久居高原者较世居平原人颈动脉体大6.7倍；慢阻肺比正常人大1倍；慢性低张性缺氧早期，颈动脉体增大，嗜锇小体的中心缩小，晕轮加宽，有时整个嗜锇小体被空泡所取代；第六十七页，共124页。特点：肺通气量增加是对急性缺氧最重要的代偿性反应肺通气量增加的强弱存在个体差异；血液性缺氧和组织性缺氧因PaO2不低，故呼吸一般不增强；循环性缺氧如累及肺循环，如心力衰竭引起肺淤血、水肿时，可使呼吸加快。

第六十八页，共124页。呼吸功能障碍急性肺水肿呼吸困难，咳嗽，血性泡沫痰肺部有湿罗音，紫绀缺氧引起血管收缩，回心血量增加，肺血量急剧增加，肺毛细血管压力升高中枢性呼吸功能衰竭呼吸抑制，通气量减少PaO2过低第六十九页，共124页。（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：心输出量增加血流分布改变肺血管收缩毛细血管增生

第七十页，共124页。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↑CO↑蓝斑儿茶酚胺↑第七十一页，共124页。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、脑第七十二页，共124页。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。脑血管扩张，脑血流量增加第七十三页，共124页。2、冠脉血流量增加1)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；2)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↑第七十四页，共124页。3、肺血管收缩主动脉体颈动脉体肺血管收缩局部血流量↓肺动脉压↑肺上部血流↑通气/血流↑→→PaO2↓第七十五页，共124页。肺血管收缩调整肺内血流与通气量的比例，获得较高的PaO2O2O2PO2PaO2O2PO2PaO2

PaO2PO2PaO2V/Q＝0.8V/Q＜0.8V/Q＝0.8交感神经，体液因素，缺氧的直接作用O2第七十六页，共124页。缺氧引起肺血管收缩的机制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↑第七十七页，共124页。4、毛细血管增生尤其是脑、心脏和骨骼肌。缩短弥散距离。缺氧时毛细血管增生的机制:目前还不清楚腺苷。血管内皮生长因子细胞粘附分子第七十八页，共124页。VEGF表达受到HIF-1的调控第七十九页，共124页。VEGF的结构及其信号途径第八十页，共124页。启动血管形成的分子基础第八十一页，共124页。血管形成过程第八十二页，共124页。血管形成第八十三页，共124页。（三）血液系统红细胞增多氧合血红蛋白解离曲线右移

第八十四页，共124页。机能代谢改变(3)血液系统1.红细胞↑骨髓造血↑慢性缺氧促红素↑携氧↑血液粘滞↑第八十五页，共124页。机能代谢改变(3)血液系统2.氧离曲线右移原因——2,3-DPG↑第八十六页，共124页。2,3-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-二磷酸甘油酸变位酶DPGP-二磷酸甘油酸磷酸酶（＋）-pH增高时促进反应（-）-pH增高时抑制反应DPGM(+)DPGP(-)DPGP(-)第八十七页，共124页。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(-)第八十八页，共124页。1122HbO21122HHb2,3-DPG不能结合2,3-DPG结合部位2,3-DPG结合于HHb中央空穴第八十九页，共124页。葡萄糖3-P-甘油醛1,3-P-甘油酸3-P-甘油酸2-P-甘油酸2,3-DPG↑乳酸（－）缺氧

pH缺氧Hb-2,3-DPGDPGM(+)DPGP(-)DPGP(-)第九十页，共124页。机能代谢改变(3)血液系统2.氧离曲线右移原因——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↑第九十一页，共124页。机能代谢改变(3)血液系统2.氧离曲线右移2,3-DPG↑与HHb结合稳定Hb构型Hb-O2↓RBCpH↓氧离曲线右移第九十二页，共124页。2,3-DPG增多使氧离曲线右移：①2,3-DPG与脱氧血红蛋白结合，可稳定后者的空间构型，使之不易与氧结合；②2,3-DPG是一种不能透出红细胞的有机酸

第九十三页，共124页。（四）中枢神经系统急性缺氧：头痛，烦躁，记忆力下降，运动不协调慢性缺氧：疲劳，嗜睡，注意力不集中，抑郁严重缺氧：不安，惊厥，昏迷，死亡机制：神经细胞膜电位降低，神经介质合成减少，ATP生成不足，酸中毒，细胞损伤第九十四页，共124页。（五）组织和细胞的适应代谢调整组织细胞利用氧的能力增强无氧酵解增强肌红蛋白增加

第九十五页，共124页。1、代谢调整葡萄糖代谢能力加强，节约用氧脂代谢减弱，缺氧后期增强减少能量消耗：海龟、候鸟第九十六页，共124页。糖摄取能力的贮备反应能力plasmamembraneGLUTGLUT-GeneHIF-1mRNAAUUA660bp480bpmRNAAUUAHuRGLUTGLUTHypoxia葡萄糖PRPPRPGHuR第九十七页，共124页。2、组织细胞利用氧能力增强细胞内线粒体的数目和膜表面积呼吸链中的酶表达量增加，活性增强。

第九十八页，共124页。3、肌红蛋白增加肌红蛋白和氧的亲和力较大肌红蛋白的增加可能具有储存氧的作用。第九十九页，共124页。肺通气及心脏活动的增强可在缺氧时立即发生。但这些代偿功能活动本身消耗能量和氧，红细胞的增生和组织利用氧能力的增强需较长的时间，但为较经济的代偿方式。急性缺氧时以呼吸系统和循环系统的代偿反应为主；慢性缺氧者，如世居高原的居民，主要靠增加组织利用氧和血液运送氧的能力以适应慢性缺氧。

第一百页，共124页。二、缺氧时机体的机能代谢障碍缺氧性细胞损伤中枢神经系统的机能障碍外呼吸功能障碍循环功能障碍

第一百零一页，共124页。缺氧性细胞损伤（1）细胞膜ATP↓钠钾泵↓Na+内流细胞水肿K+外流代谢障碍钙泵↓Ca++内流组织损伤第一百零二页，共124页。细胞膜的变化膜电位下降，能量不足Na＋H2OK＋Ca2＋细胞肿胀离子泵运转加速能量消耗增加细胞内代谢障碍ATP生成减少离子泵功能下降抑制线粒体呼吸功能激活磷脂酶，促使自由基生成，膜磷脂降解，细胞损伤加重第一百零三页，共124页。缺氧性组织细胞损伤（2）线粒体呼吸功能↓（3）溶酶体破裂（1）细胞膜损伤第一百零四页，共124页。线粒体的变化轻度缺氧或缺氧早期线粒体呼吸功能是增强的。严重缺氧首先影响线粒体外氧的作用，使神经介质的生成和生物转化过程等降低，当线粒体部位氧分压降到监界点0.1kPa(＜1mmHg)时，可降低线粒休的呼吸功能，使ATP生成减少。呼吸功能降低主要因脱氢酶活性下降，严重时线粒体可出现肿胀、嵴崩解、外膜破裂和基质外溢等病变。第一百零五页，共124页。溶酶体的变化缺氧时因糖酵解增强，乳酸生成增多，和脂肪氧化不全使其中间代谢产物酮体增多，导致酸中毒。酸中毒可引起磷脂酶活性增高，使溶酶体膜磷脂被分解，膜通透性增高，结果使溶酶体肿胀、破裂，和大量溶酶体酶的释出，进而导致细胞本身及其周围组织的溶解、坏死。

第一百零六页，共124页。中枢神经系统CNS耗氧量大，对缺氧不耐受，尤以灰质更敏感。缺氧对CNS的作用基本上表现为损伤。急性：头痛、激动、记忆力下降等；慢性：疲劳、嗜睡、注意力不集中等；严重：烦躁、惊厥、昏迷、脑水肿、死亡。缺氧对CNS的损伤机制较复杂！第一百零七页，共124页。缺氧引起中枢神经系统机能障碍的机制：脑血管扩张脑细胞水肿脑间质水肿

第一百零八页，共124页。外呼吸功能障碍－高原肺水肿急性低张性缺氧，如快速登上4000m以上的高原时，可在1－4天内发生肺水肿，表现为呼吸困难、咳嗽、咳出血性泡沫痰、肺部有湿性罗音、皮肤粘膜发绀等。发病机制：缺氧导致肺内各小动脉不均匀收缩，血液转移至收缩弱的部位，毛细血管压力增高，从而引起压力性肺水肿。缺氧直接或间接引起肺血管内皮细胞通透性增高，液体容易外渗。PaO2过低可直接抑制呼吸中枢，使呼吸抑制，肺通气量减少，导致中枢性呼吸衰竭。

第一百零九页，共124页。循环功能障碍

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第一百一十页，共124页。1、肺动脉高压肺泡缺氧所致肺血管收缩反应可增加肺循环阻力慢性缺氧使肺小动脉长期处于收缩状态，可引起肺血管中膜平滑肌肥大，血管硬化缺氧导致红细胞增多，使血液粘度增高，也可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。

第一百一十一页，共124页。缺氧急性慢性Kv通道功能下降Kv通道功能下降钾外流减少NO,PGI2抑制内皮素增强膜去极化电压依赖性钙通道开放钙内流增加血管重构肺血管收缩肺动脉高压第一百一十二页，共124页。2、心肌的收缩与舒张功能降低心肌严重缺氧可降低心肌的舒缩功能，甚而使心肌发生变性、坏死。缺氧使ATP生成减少，能量供应不足ATP不足引起心肌钙转运和分布异常红细胞代偿性增多，血液粘滞度增大，心肌射血阻力增大严重缺氧使心肌收缩蛋白破坏第一百一十三页，共124页。3、心律失常严重缺氧可引起窦性心动过缓、期前收缩、甚至发生心室纤颤致死。持