hypoxia缺氧病理生理

1、Questions,1）How long will you live if there is no food, but plenty of water? （2）How long will you live if there is no food no water? （3）How long will you live if there is no oxygen,Oxygen is vital to life,O2,CaO2,Hb,O2,CaO2,供氧過(guò)程,利用氧,CvO2,CvO2,Blood,blood flow,PaO2,肺v,主a,肺a,腔v,Oxygen supply =CaO2 X t

2、issue blood flow Oxygen consumption =Ca-vO2 X tissue blood flow,氧的獲得和利用,Concept of hypoxia,Hypoxia refers to a deficiency of oxygen in either the delivery or the utilization at the tissue level, which can lead to changes in function，metabolism and even structure of the body. 指組織 供氧減少或用氧障礙，從而引起其代謝、功能

3、以致形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生異常變化的病理過(guò)程,第一節(jié),常用血氧指標(biāo)及其意義,1. 血氧分壓 (partial pressure of oxygen, PO2,Oxygen dissolved in plasma form an oxygen tension 物理溶解的 O2 產(chǎn)生的張力(氧張力,正常值,吸入氣 PAO2,外呼吸功能,組織攝氧和用氧的能力,影響因素,指100ml血液中的血紅蛋白，在氧分壓為150mmHg 、二氧化碳分壓為40mmHg、溫度為38時(shí)，所能結(jié)合氧的最大毫升數(shù)，即100ml血液中血紅蛋白（Hb）的最大帶氧量,正常值,1g Hb可結(jié)合1.34ml O2 15g Hb 20 ml O

4、2,取決于 Hb 的質(zhì)與量 Hb的質(zhì): 與氧結(jié)合的能力 Hb的量: 每100ml血所含Hb的數(shù)量,2. Oxygen binding capacity, CO2 max（氧容量,3. O2 content, CaO2（氧含量,指100ml血液中實(shí)際含有的氧量(ml數(shù))，包括物理溶解的和化學(xué)結(jié)合的氧量，但因正常時(shí)物理溶解的氧量很少(0.3ml/dl)，?？珊雎圆挥?jì),正常值,動(dòng)脈血 19 ml/dl; 靜脈血 14 ml/dl,取決于 氧分壓與 氧容量,4. oxygen saturation, SaO2（氧飽和度,正常值,動(dòng)脈血 93-98%; 靜脈血 70-75,取決于 氧分壓, 兩者的關(guān)系可

5、用氧解離曲線表示,血氧含量溶解的氧量,血氧容量,SaO2 (%),100,CO2max,氧分壓與氧飽和度的關(guān)系 氧解離曲線,氧 飽 和 度 ,氧分壓 (mmHg,pH 2,3DPG CO2 T,pH 2,3DPG CO2 T,P50: 反映Hb與氧親和力的指標(biāo)。SO2為50%時(shí)的PO2。P50增大，Hb與氧的親和力減小,P50,表. 氧 解 離 曲 線 的 特 點(diǎn),PO2 SO2(%) 線形 意義 部位 特點(diǎn) 上段 60100 9097.4 平坦 Hb與O2結(jié)合 肺 PO2變化 對(duì)SO2影響不大 中段 4060 7590 較陡 HbO2釋放02 安靜 PO2 100 40 組織 100ml血液

6、釋放 O25ml 下段 15 40 22 75 陡 Hb與O2解離 活動(dòng)增 PO2略降 SO2 強(qiáng)組織 供給組織足夠 的O2,Blood Oxygen is important index reflexing supply of O2 to tissue and tissues consumption of O2,PaO2 : partial pressure of blood oxygen CO2max :oxygen binding capacity CaO2 : oxygen content SaO2 : oxygen saturation D(CaO2-CvO2): the arter

7、io-venous difference,capacity,第二節(jié) 缺氧的類型、原因和發(fā)病機(jī)制 （重點(diǎn),一）低張性缺氧 (hypotonic hypoxia) （二）血液性缺氧 (hemic hypoxia) （三）循環(huán)性缺氧 (circulatory hypoxia) （四）組織性缺氧 (histogenous hypoxia,Classification of hypoxia (缺氧的類型,O2,CaO2,Hb,O2,CaO2,供氧過(guò)程,利用氧,低張性缺氧,血液性缺氧,循環(huán)性缺氧,組織性缺氧,CvO2,Blood血,肺v,主a,腔v,肺a,CvO2,PaO2,一、乏氧性缺氧（hypoxic

8、 hypoxia,概念： 以動(dòng)脈血氧分壓（PaO2）降低為基本特征的缺氧稱為乏氧性缺氧，又稱低張性缺氧（ Hypotonic Hypoxia ）。 hypotonic hypoxia refers to decreased PaO2, making CaO2 reduced and causing an inadequate supply of O2 to tissue . 由于動(dòng)脈血氧分壓降低， 使氧含量減少，組織供氧不足,Hypoxia =?= hypoxemia,Hypoxemia: PaO260mmHg,1. 原因與機(jī)制,1)外環(huán)境氧分壓過(guò)低 decreased PO2 in insp

9、ired air : 見(jiàn)于登上高山等、通氣不良的礦井等,2)外呼吸功能障礙external respiratory dysfunction: 見(jiàn)于肺通氣功能障礙、肺換氣功能障礙,3)靜脈血分流入動(dòng)脈shunting of venous into arterial blood: 見(jiàn)于有右向左分流的心臟病,Altitude air pressure PairO2 PAO2 (m) (mmHg) (mmHg) (mmHg) Sea level 760 159 105 1000 680 140 90 2000 600 125 70 3000 530 110 62 5000 405 85 45 366

10、74 40 8000 270 56 30,外環(huán)境氧分壓過(guò)低,left -toright shunt right-to-left shunt,Ventricular septal defect Ventricular septal defect with pulmonary artery constriction,ventricle,atrium,aorta,3. 血氧指標(biāo)的變化,2 組織缺氧的機(jī)制,PaO2,毛細(xì)血管 PO2,PaO2 CaO2 SaO2 CO2max D(CaO2- CvO2 ) 4. 皮膚粘膜: 發(fā)紺,Concept of Cyanosis (發(fā)紺,Average deox

11、ygenated Hb(HHb) in the blood capillary is increased by more than 5g/dl (gram/deciliter), which make the skin and mucosa such as lips, nailbeds appear bluish discoloration. 毛細(xì)血管中的脫氧Hb平均濃度超過(guò)5g/dl, 皮膚粘膜青紫色,The relationship between hypoxia and cyanosis,1.Cyanosis is an appearance of hypotonic and circu

12、latory hypoxia 2.Severe anemia does not appear cyanosis 3.A person with polycythemia(紅細(xì)胞增多癥) or in cold environment may have cyanosis though hypoxia is absent at this time,二 血液性缺氧（hemic hypoxia,概念：由于血紅蛋白數(shù)量減少或性質(zhì)改變，以致血液攜帶氧的能力降低或血紅蛋白結(jié)合的氧不易釋出而引起的缺氧稱血液性缺氧（hemic hypoxia). hemic hypoxia refers to the alter

13、ed quantity/ quality （the affinity for O2 ）of hemoglobin (Hb), resulting in tissue hypoxia. 血液性缺氧的特征性血氧變化是血氧容量降低,1 血紅蛋白（Hb）是由兩對(duì)珠蛋白肽鏈和 4 個(gè)亞鐵血紅素構(gòu)成。珠蛋白 4條肽鏈（、鏈）；亞鐵血紅素：原卟啉、鐵。 2 特點(diǎn) ：（1）正常情況下，99%Hb為還原Hb（HbA），1%為高鐵Hb（HbF）。（2）只有Fe2+狀態(tài)的Hb才能與氧結(jié)合，稱為氧和血紅蛋白,原因與機(jī)制,The decreased quanity of Hb,The altered quality o

14、f Hb,anemia,CO poisoning CO中毒,Methemoglobinemia 高鐵血紅蛋白血癥,The hypoxic mechanisms of CO poisoning,The affinity of Hb for CO is much higher than its Affinity for O2, (Hb與CO的親和力比O2高210倍) CO induce the HbO2 dissociation curve shifting to the left because CO inhibit glycolysis within RBC, which reduce the

15、 production of 2,3 DPG, therefore impaired ability to unload O2 in the tissue CO能抑制紅細(xì)胞內(nèi)糖酵解，使2,3 DPG減少， 氧解離曲線左移,The hypoxic mechanisms of Methemoglobinemia,Fe3+不能攜氧,Fe2+-O2不能解離,HbFe3+OH,1. HbFe3+OH lose the ability of Hb carrying O2 because the Fe3+ in Hb combine with OH tightly. 2. HbFe3+OH make the

16、 HbO2 dissociation curve shift to the left, therefore impaired the ability to unload O2 in the tissue,高鐵血紅蛋白血癥 （Methemoglobinemia, MHb,HbFe2,HbFe3+OH,氧化劑,亞硝酸鹽,腸源性發(fā)紺,高鐵血紅蛋白血癥最常見(jiàn)于亞硝酸鹽中毒，如食用大量含硝酸鹽的腌菜后，硝酸鹽在腸道細(xì)菌作用下還原為亞硝酸鹽，大量吸收入血后，導(dǎo)致高鐵血紅蛋白血癥。 若因進(jìn)食導(dǎo)致大量血紅蛋白氧化而引起的高鐵血紅蛋白血癥，皮膚、粘膜可出現(xiàn)青紫顏色，又稱腸源性發(fā)紺enterogenous cya

17、nosis,2 組織缺氧的機(jī)制,組織缺氧,A-V氧含量差,Hb與O2親和力增強(qiáng)，O2不易釋出,貧血,PaO2,CaO2,N,氧分壓降低快,毛細(xì)血管血液和組織細(xì)胞氧分壓梯度,PaO2 CO2max CaO2 SaO2 D(CaO2 -CvO2,3 血氧指標(biāo)的變化,4 皮膚顏色,貧血 蒼白,CO poisoning Cherry color 櫻桃紅色,MethemoglobinemiaCoffee color,概念 ：因組織血流量減少引起的組織供氧不足稱為循環(huán)性缺氧,又稱為低動(dòng)力性缺氧。 circulatory hypoxia (hypokinetic hypoxia) is due to the

18、 inadequate blood flow, causing the decreased O2 supply to tissue . 特征性的血氧變化是靜脈血氧含量降低，動(dòng)-靜脈血氧含量差增大,三 循環(huán)性缺氧Circulatory hypoxia,循環(huán)性缺氧還可分為缺血性缺氧和淤血性缺氧,缺血性缺氧：由于動(dòng)脈壓降低或動(dòng)脈阻塞造成的組織 灌流量不足。 淤血性缺氧：靜脈壓升高使血液回流受阻，毛細(xì)血管床 淤血造成的組織缺氧,Causes,generalized (全身性血液循環(huán)障礙) ：心力衰竭、休克 localized (局部性血液循環(huán)障礙) ：栓塞、血栓形成、血管病變,3 血氧變化特點(diǎn),4 皮

19、膚顏色,缺血的組織蒼白 淤血的組織發(fā)紺,2 組織缺氧機(jī)制：?jiǎn)挝粫r(shí)間流經(jīng)組織血量 、氧供,動(dòng)脈血氧指標(biāo)正常， 靜脈血氧含量降低， 動(dòng)-靜脈血氧含量差增大,PaO2 CaO2 SaO2 CO2max D(CaO2- CvO2,四 組織性缺氧 (histogenous hypoxia,概念：在組織供氧正常的情況下，因細(xì)胞不能有效地利用氧而導(dǎo)致的缺氧稱為組織性缺氧。 histogenous hypoxia results from the inability of cells to utilize the O2 being delivered to the cells,Cyanide poisonin

20、g 氰化物中毒,Histointoxiation 組織細(xì)胞中毒,Mitochondrial injury 線粒體損傷,Disordered synthesis of respiratory enzyme 呼吸酶合成障礙,CN-與線粒體中氧化型 細(xì)胞色素氧化酶上的 鐵原子結(jié)合，使其不 能還原，失去傳遞電子 的功能，呼吸鏈中斷,Serious deficiency of Vit B1,PP 某些維生素的嚴(yán)重缺乏,1. 原因與機(jī)制,呼吸鏈及氧化磷酸化抑制劑作用環(huán)節(jié)示意圖,4. 血氧變化的特點(diǎn),3. 皮膚顏色,HbO2鮮紅色或玫瑰色,2. 缺氧機(jī)制：組織用氧障礙,靜脈血氧含量增高， 動(dòng)-靜脈血氧含量差

21、降低,PaO2 CaO2 SaO2 CO2 D(CaO2- CvO2,各型缺氧血氧變化的特點(diǎn),血液性,N,N,N,N,N,低張性,循環(huán)性,N,N,N,N,N,N,N,N,組織性,It must be emphasized that hypoxia seen in clinics is usually a mixed hypoxia,失 血 性 休 克,bleeding shock,在休克晚期，因嚴(yán)重缺氧、酸中毒和經(jīng)腸道吸收的內(nèi)毒素等均可損傷細(xì)胞線粒體的功能,第三節(jié) 缺氧對(duì)機(jī)體的影響functional and metabolic changes,由于各種類型缺氧所引起的變化既相似，又各具特點(diǎn).

22、 先代償后障礙低張性缺氧為例說(shuō)明缺氧對(duì)機(jī)體的影響,缺氧對(duì)機(jī)體的影響取決于缺氧的程度、 速度、持續(xù)時(shí)間和機(jī)體的功能狀態(tài)。 In general, mild and moderate hypoxia are characterized by compensatory responses. In severe hypoxia with incomplete compensation, the main changes are organic dysfunction. The bodys mains main compensatory response during acute hypoxia is

23、characterized by respiratory and circulatory system. 輕中度缺氧、慢性缺氧、缺氧持續(xù)短及機(jī)體心肺功能正?？梢饳C(jī)體代償性反應(yīng)，反之，機(jī)體代償不全或來(lái)不及代償時(shí)易出現(xiàn)代謝功能障礙，甚至死亡,一）Alteration of respiratory system 呼吸系統(tǒng),compensatory response 代償反應(yīng) 損傷性變化,The major compensatory response during mild and moderate hypotonic hypoxia is increase in pulmonary ventila

24、tion volume,呼吸深、快，肺通氣量增加，吸入氧增加,PaO2 60mmHg,頸動(dòng)脈體 主動(dòng)脈體 化學(xué)感受器,反射,呼吸 深、快,胸廓運(yùn)動(dòng) 胸腔負(fù)壓,特點(diǎn),急性缺氧有效，伴有PaO2降低者明顯,促進(jìn)靜脈回流 心排出量,PaO2 PaCO2,肺通氣量增加,保證重要器官的血液供應(yīng),慢性缺氧，外周化學(xué)感受器敏感性降低,PaO2 60mmHg,carotid aortic Chemoceptor,Reflexly excite Respiratory center,PAO2 PaO2 PaCO2,In favor of increasing in blood transportation of

25、 O2,hyperpnea,Alveolar hyperventilation,Thoracic movement Intrathoracic negative pressure,Mechanisms,Venous return Cardiac output Lung blood flow,損傷性變化,高原肺水腫：Acute hypotonic hypoxia results in high land edema. e.g. rapidly ascending to 4000m highland, acute lung edema may be occurred within 1-4 days

26、. The patients appear dyspnea, cough and cyanosis etc,機(jī)制不清。 缺氧引起容量血管收縮，回心血量增加，肺血量急劇增加，肺毛細(xì)血管壓力升高 缺氧血管內(nèi)皮的損傷使毛細(xì)血管的通透性增加 肺動(dòng)脈收縮,中樞性呼吸功能衰竭,PaO2過(guò)低30mmHg 抑制呼吸中樞： 呼吸抑制，呼吸節(jié)律和頻率不規(guī)則，肺通氣量減少,PaO230mmHg抑制呼吸中樞中樞性呼吸衰竭,compensatory response 代償反應(yīng) circulatory dysfunction,二） Alteration of circulatory system 循環(huán)系統(tǒng),compens

27、atory response 循環(huán)系統(tǒng)的代償反應(yīng),Increase cardiac output ，心輸出量增加 Redistribution of blood flow ，血流分布改變 Pulmonary vaso-constriction ，肺血管收縮 Capillary hyperplasia developed during chronic hypoxia, 毛細(xì)血管增生,1） 心輸出量增加(Increase of cardiac output,缺氧,2. 血流重分布 Blood flow redistribution,缺氧,代償意義：保證缺氧時(shí)心、腦的血氧供應(yīng),Ca2+內(nèi)流,3） 肺

28、血管收縮 pulmonary vasoconstriction,缺 氧,電壓依賴性鉀通道介導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鈣升高,4） 毛細(xì)血管增生(capillary proliferation): 長(zhǎng)期缺氧時(shí)，細(xì)胞生成缺氧誘導(dǎo)因子增多，誘導(dǎo)VEGF 等基因高表達(dá)，毛細(xì)血管增生,損傷性變化 injured manifestations,1. 肺動(dòng)脈高壓肺源性心臟病右心衰 （Pulmonary arterial hypertension ) 2. 心肌舒縮功能障礙 （Decrease of myocardial contractility ） 3. 心律失常（Arrhythmia） 4. 回心血量減少（ Reduc

29、ed venous return,慢性肺源性心臟病,compensatory response 代償反應(yīng) 損傷性變化,三）血液系統(tǒng)的變化 hematologic system,代償性反應(yīng) compensatory response,1. 紅細(xì)胞 Increase of RBC,骨髓 造血RBC,不利：血液粘度增加，增加心臟負(fù)擔(dān),低氧血流經(jīng)腎臟刺激腎小管旁間質(zhì)細(xì)胞生成促紅細(xì)胞生成素,急性缺氧交感神經(jīng)興奮肝脾血管收縮,2.氧離曲線右移，紅細(xì)胞向組織釋放氧的能力增強(qiáng),主要原因 2,3-DPG,氧離曲 線右移,氧,缺,不利：肺內(nèi)的氣體交換，若PAO2 60mmHg，氧離曲線右移使血液通過(guò)肺泡時(shí)結(jié)合的氧

30、減少，失去代償意義,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,ATP,磷酸果糖激酶（,ADP,1,6-二磷酸果糖,磷酸二羥丙酮,3-磷酸甘油酸,1，3-二磷酸甘油酸,DPGM(,2，3-DPG,DPGP(,3-磷酸甘油酸,DDPGP(,2-磷酸甘油酸,丙酮酸,乳酸,1 HHb,2 缺氧,通氣過(guò)度,呼堿,pH,生成,分解,HbO2,2，3-DPG (2,3-di-phospho-glyceric acid ) bine with Hb,causing that Hb cannot combine with O2 b.reduce the pH within RBC, shifting O2Hb cu

31、rve to the right,Hb-O2 dissociation curve (氧合血紅蛋白解離曲線,15,40,60,20,40,60,80,100,2,3-DPG H,CO2 溫度,2,3-DPG H,CO2 溫度,PO2 mmHg,SO2,Fig. 氧合血紅蛋白解離曲線,P50 means the O2 pressure required to saturate 50%of the Hb.( 26-28mmHg,The brain is extremely sensitive to hypoxia. CNS耗氧量大，對(duì)缺氧不耐受，尤以灰質(zhì)更敏感, 缺氧對(duì)CNS的作用基本上表現(xiàn)為損傷,四） The effects of hypoxia on CNS,急性：頭痛、激動(dòng)、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(duì)CNS的損傷機(jī)