病理生理學(xué) 7- 缺氧

1第七章缺氧

Hypoxia

氧是人體進行新陳代謝的關(guān)鍵物質(zhì)，是人體生命活動的第一需要。氧氣的運輸與利用氧的供應(yīng)呼吸功能血紅蛋白血液循環(huán)細胞攝取氧線粒體功能缺氧的概念

由于組織供氧不足或用氧障礙導(dǎo)致機體產(chǎn)生相應(yīng)的功能、代謝和形態(tài)改變，這一病理過程稱為缺氧（hypoxia）

第一節(jié)常用的血氧指標(biāo)第二節(jié)缺氧的類型、原因和發(fā)病機制第三節(jié)缺氧對機體的影響第四節(jié)影響機體缺氧耐受性的因素第五節(jié)缺氧治療病理生理學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)內(nèi)容

血氧分壓血氧容量血氧含量動-靜脈血氧差血氧飽和度第一節(jié)常用血氧指標(biāo)概念：是指物理溶解于血液中的氧所產(chǎn)生的張力，又稱血氧張力（oxygentension）。正常值：動脈血氧分壓（PaO2）約為100mmHg(13.3kPa)靜脈血氧分壓（PvO2）約為40mmHg(5.32kPa)血氧分壓（partialpressureofoxygen,PO2）影響因素：吸入氣PO2

外呼吸功能

概念：氧分壓為150mmHg，二氧化碳分壓為40mmHg，溫度38℃時，體外100ml血液內(nèi)血紅蛋白，所結(jié)合氧的最大毫升數(shù)。此時，每克Hb可結(jié)合1.34ml氧正常值：動脈血和靜脈血氧容量約200ml/L(20ml%)影響因素：血液中Hb的質(zhì)(與O2結(jié)合的能力)和量血氧容量(oxygenbindingcapacity,CO2max)概念：指100ml血液中實際含有的氧量，包括物理溶解的和與Hb結(jié)合的氧量正常值：動脈血氧含量(CaO2)約190ml/L(19ml%)靜脈血氧含量(CvO2)約140ml/L(14ml%)影響因素：血氧分壓血氧容量:Hb的質(zhì)和量血氧含量(oxygencontent,CO2)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：50ml/L(5ml%)動-靜脈血氧含量差(CaO2-CvO2)概念：

指Hb結(jié)合氧的百分?jǐn)?shù)。SO2＝(氧含量-溶解氧量)/氧容量≌血氧含量/血氧容量正常值：動脈血氧飽和度(SaO2)約93％～98％靜脈血氧飽和度(SvO2)約70％～75％影響因素：取決于氧分壓的高低氧解離曲線（oxygendissociationcurve）

血氧飽和度（oxygensaturation,SO2）0204060801000204060801002,3-DPG↓pH↑CO2↓溫度↓2,3-DPG↑pH↓CO2↑溫度↑氧分壓(mmHg)氧飽和度(%)血氧分壓與血氧飽和度的關(guān)系—氧解離曲線血紅蛋白在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氧解離曲線及其影響因素P50：血氧飽和度為50%時的氧分壓正常：26～27mmHg反映Hb與氧的親和力缺氧供氧不足用氧障礙低張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結(jié)構(gòu)、功能異常全身循環(huán)功能障礙局部循環(huán)功能障礙呼吸酶合成減少線粒體損傷線粒體功能受抑制第二節(jié)缺氧的類型、原因和發(fā)病機制病例患者男，77歲，反復(fù)咳嗽、咳痰、喘憋20年，加重伴發(fā)熱3天。體檢：口唇、指尖部皮膚發(fā)紺。T38.9℃,P120次/分,R28次/分。胸廓略呈桶狀，肋間隙稍增寬，雙肺呼吸音粗并可聞大量痰鳴音，雙下肢可凹性水腫。實驗室檢查：WBC13.9×109/L，pH7.14,PaO242mmHg，PaCO280mmHg胸片示：雙肺紋理加重，右下肺片絮狀陰影，右心擴大。一、低張性缺氧（hypotonichypoxia）

由于肺泡氧分壓降低，或靜脈血分流入動脈，以致PaO2降低，動脈血氧含量減少，組織供氧不足，又稱乏氧性缺氧（hypoxichypoxia）吸入氣氧分壓低

吸入氣氧分壓低，PaO2隨之降低。外呼吸功能障礙

肺通氣和/或換氣功能降低，血液通過肺攝取的氧減少，PaO2和CaO2降低。由呼吸功能障礙而引起的缺氧，又稱呼吸性缺氧（respiratoryhypoxia）。靜脈血分流入動脈（靜脈血摻雜）右心的靜脈血可部分經(jīng)室缺處流入左心。肺動靜脈血功能性或解剖性分流增加。1.原因海拔高度（m）大氣壓（mmHg）吸入氣氧分壓（mmHg）肺泡氣氧分壓（mmHg）動脈血氧飽和度（%）07601591059510006801409094200060012570923000530110629040004609850855000405854575600035574407070003106535608000270563050900023048＜2520～40呼吸性缺氧海姆立克急救法：施救者站在傷者后面,一手拳頭(大拇指側(cè)與食指側(cè))對準(zhǔn)肚臍與劍突之間的腹部,另一手置于拳頭上并緊握?？焖傧蛏戏綁簲D，橫隔膜突然向上壓迫肺部,使阻塞氣管的異物噴出。果凍缽仔糕等膠狀物，少給孩子吃!

兒童：倒立，猛拍后背，用胸腔的壓力把果凍擠出來。靜脈血分流入動脈20靜脈血分流入動脈概念：是指睡眠時上氣道塌陷、阻塞，引起呼吸暫停和通氣不足。表現(xiàn)：患者睡眠時嚴(yán)重打鼾，出現(xiàn)反復(fù)的呼吸暫停、血氧飽和度降低、高碳酸血癥和睡眠結(jié)構(gòu)紊亂。危害：白天嗜睡、心腦肺血管并發(fā)癥乃至多臟器損害，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量。

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（obstructivesleepapnea-hypopneasyndrome,OSAHS）動脈血氧分壓降低動脈血氧飽和度降低血氧容量正常慢性缺氧時，單位容積血液內(nèi)紅細胞數(shù)和血紅蛋白量增多，氧容量增加動脈血氧含量降低靜脈血氧分壓、氧飽和度和氧含量降低動-靜脈血氧含量差正?；蚪档?/p>

皮膚黏膜紫紺2.血氧變化特點缺氧不一定有發(fā)紺，發(fā)紺不一定有缺氧。血紅蛋白過多或過少時，發(fā)紺與缺氧常不一致。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。紅細胞增多時，血中還原血紅蛋白超過50g/L(5g/dl)，出現(xiàn)發(fā)紺，但可無缺氧癥狀。發(fā)紺

(cyanosis)概念：毛細血管血液中還原血紅蛋白濃度達到或超過5g/dl時，可使皮膚和黏膜呈青紫色，稱為發(fā)紺。皮膚黏膜呈青紫色“紫娃”高原5100m先天性心臟病二、血液性缺氧（hemichypoxia）是指由于紅細胞數(shù)量和血紅蛋白含量減少，或血紅蛋白的性質(zhì)發(fā)生改變，致血液攜氧能力降低，血氧含量減少，或血紅蛋白結(jié)合的氧不易釋出而導(dǎo)致的缺氧。由于以物理狀態(tài)溶解在血液內(nèi)的氧不受血紅蛋白的影響，因此動脈血氧分壓正常，故又稱為等張性缺氧（isotonichypoxia）。

Hb+COCO-Hb親和力>>Hb-O21.原因血紅蛋白數(shù)量減少：貧血（anemia）一氧化碳中毒

HbFe2+

HbFe3+OH氧化劑

亞硝酸鹽高鐵血紅蛋白血癥（methemoglobinemia）亞硝酸鹽、過氯酸鹽及磺胺衍生物等氧化劑可使血紅素中的二價鐵氧化成三價鐵，形成高鐵血紅蛋白（methemoglobin,HbFe3+OH）,導(dǎo)致高鐵血紅蛋白血癥腸源性發(fā)紺（enterogenouscyanosis）：當(dāng)血液中HbFe3+OH達到1.5g/dl時，皮膚、黏膜可出現(xiàn)青紫顏色，稱為腸源性紫紺。Fe3+不能攜氧Fe2+-O2不易解離

高鐵血紅蛋白血癥輸入大量庫存血：RBC2,3-DPG↓輸入大量堿性液體：(pH升高通過Bohr效應(yīng)增強Hb與O2的親和力)Hb-O2親和力異?！貉蹼x曲線左移，氧不易釋出

0204060801000204060801002,3-DPG↓pH↑CO2↓溫度↓2,3-DPG↑pH↓CO2↑溫度↑氧分壓(mmHg)氧飽和度(%)-血紅蛋白在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氧離曲線及其影響因素血紅蛋白與氧的親合力異常增高動脈血氧分壓血氧容量動-靜脈血氧含量差皮膚黏膜正常正常降低正?；蚪档蛣用}氧飽和度動脈血氧含量貧血性缺氧碳氧血紅蛋白血癥，高鐵血紅蛋白血癥降低降低降低貧血性缺氧高鐵血紅蛋白血癥碳氧血紅蛋白血癥蒼白咖啡色櫻桃紅色貧血性缺氧高鐵血紅蛋白血癥、碳氧血紅蛋白血癥2.血液性缺氧血氧變化特點三、循環(huán)性缺氧（circulatoryhypoxia）由于血流速度減慢，血流量減少，單位時間內(nèi)供給組織的氧量減少而引起的缺氧，又稱低血流性缺氧（hypokinetichypoxia）分類：局部性的：如血管狹窄或阻塞全身性的：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:因動脈血液灌流不足引起局部性如動脈血栓形成、動脈粥樣硬化以及血管痙攣等全身性血液循環(huán)障礙常見于休克淤血性缺氧:靜脈回流障礙見于靜脈栓塞或受壓(局部性)和心力衰竭動脈血氧分壓正常動脈氧飽和度正常血氧容量正常動脈血氧含量正常靜脈血氧分壓、氧飽和度和氧含量降低動-靜脈血氧含量差增高皮膚黏膜易出現(xiàn)發(fā)紺2.血氧變化特點四、組織性缺氧（histogenousanoxia）由于組織細胞利用氧的能力不足而引起的缺氧稱為組織性缺氧。→NADH琥珀酸FMNFAD→胍乙腚巴比妥魚藤酮↓CoQcytbcytc1cytccytaa3O2→→→→→抗霉素A苯乙雙胍8-氫-羥基喹啉萘醌↓氰化物一氧化碳硫化氫疊氮化合物↓→NADH琥珀酸FMNFAD→胍乙腚巴比妥魚藤酮↓CoQcytbcytc1cytccytaa3O2→→→→→抗霉素A苯乙雙胍8-氫-羥基喹啉萘醌↓氰化物一氧化碳硫化氫疊氮化合物↓1.原因線粒體功能受抑制：某些藥物或毒物阻斷呼吸鏈。呼吸酶合成減少：輔酶缺乏：VB1，VB2，VPP線粒體損傷：高溫、放射線、細菌毒素動脈血氧分壓正常動脈氧飽和度正常血氧容量正常動脈血氧含量正常靜脈血氧分壓、氧飽和度和氧含量增高動-靜脈血氧含量差降低皮膚黏膜鮮紅2.血氧變化特點缺氧類型PaO2SaO2血氧容量血氧含量動靜脈血氧含量差皮膚黏膜乏氧性缺氧↓↓N↓N或↓發(fā)紺血液性缺氧NN或↓N或↓↓或N

↓蒼白,咖啡,櫻桃紅循環(huán)性缺氧NNNN↑蒼白發(fā)紺組織性缺氧NNNN↓鮮紅色各型缺氧的血氧和皮膚黏膜改變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臨床上常為混合性缺氧代償變化損傷表現(xiàn)呼吸系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)血液系統(tǒng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)組織細胞第三節(jié)缺氧時對機體的影響早期PaO2↓呼吸深快嚴(yán)重PaO2↓↓呼吸中樞↓慢性外周化學(xué)感受器對缺氧敏感性↓肺水腫急性代償失代償一、呼吸系統(tǒng)主動脈體頸動脈體肺通氣↑肺泡通氣量↑PaO2↑PaO2↑→PaCO2↓CO2

對中感器↓→肺血流量↑心輸出量↑→胸廓運動↑胸內(nèi)負壓↑靜脈回流↑氧攝取↑氧運輸↑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↑→→－PaO2↓低氧通氣反應(yīng)（hypoxicventilationreaction，HVR）01020304050020406080100肺泡氣氧分壓(mmHg)通氣量(L/min)肺泡氣氧分壓與肺通氣量之間的關(guān)系呼吸系統(tǒng)的損傷性變化中樞性呼吸衰竭

嚴(yán)重的急性缺氧可直接抑制呼吸中樞，出現(xiàn)周期性呼吸，呼吸減弱甚至呼吸停止。PaO2過低可直接抑制呼吸中樞。當(dāng)PaO2<30mmHg時，缺氧對呼吸中樞的直接抑制作用超過PaO2降低對外周化學(xué)感受器的興奮作用，發(fā)生中樞性呼吸衰竭，表現(xiàn)為呼吸抑制、呼吸節(jié)律不規(guī)則、通氣量減少。高原肺水腫（highaltitudepulmonaryedema,HAPE），少數(shù)人從平原快速進入3000m以上高原時，發(fā)生高原肺水腫。發(fā)病率1％左右。表現(xiàn)為呼吸困難，發(fā)紺，咳嗽，咳白色或粉紅色泡沫痰，肺部出現(xiàn)濕羅音等。發(fā)病高峰在進入高原后48～72小時，多于夜間發(fā)病。寒冷、勞累、肺部感染、過量吸煙飲酒、精神緊張等可誘發(fā)高原肺水腫。發(fā)病機制缺氧引起肺內(nèi)小動脈不均勻收縮，局部肺毛細血管內(nèi)壓過高肺血管內(nèi)皮細胞通透性增強，液體滲出與VEGF、IL-1、TNF-α等增多有關(guān)交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)興奮性增強，外周血管收縮，肺血流量增多肺水清除障礙,肺泡上皮的鈉水主動轉(zhuǎn)運功能降低液體漏出、滲出增多，清除減少，引起肺水腫二、循環(huán)系統(tǒng)低張性缺氧引起的代償性心血管反應(yīng)，主要表現(xiàn)為：

1.輸出量增加

2.血流分布改變

3.肺血管收縮

4.毛細血管增生PaO2↓化學(xué)感受器呼吸運動↑肺牽張反射交感N＋迷走N－心血管中樞β受體血管擴張血壓下降壓力感受器心率↑心收縮性靜脈回流量↑CO2↑藍斑兒茶酚胺↑1.心輸出量增加缺氧交感神經(jīng)興奮血管收縮局部組織乳酸、腺苷等代謝產(chǎn)物堆積血管擴張皮膚、腹腔內(nèi)臟心、腦2.血流分布改變腦血管擴張，腦血流量增加機制：細胞外液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張代謝產(chǎn)物的作用冠脈血流量增加機制：交感神經(jīng)興奮心肌收縮力增強，心室內(nèi)壓升高，主動脈壓增高，冠狀血管灌流壓增高以β-腎上腺素能受體占優(yōu)勢的小冠狀動脈擴張局部代謝產(chǎn)物的擴張作用缺氧→ATP↓→腺苷↑→腺苷脫氨酶活性↓→腺苷↑肥大細胞肺泡巨噬細胞血管內(nèi)皮細胞交感神經(jīng)α受體縮血管組胺-H1、白三烯、TXA2、PGF2a組胺-H2、PGI2、PGE1擴血管細胞膜對Na+、Ca2+通透性Na+、Ca2+內(nèi)流興奮性收縮性↑3.缺氧性肺血管收縮（hypoxicpulmonaryvasoconstriction，HPV）4.毛細血管增生長期慢性缺氧可促使毛細血管增生，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至細胞的距離，增加對細胞的供氧量，具有代償意義。機制：腺苷可刺激血管生成缺氧時ATP生成減少，腺苷形成增多血管內(nèi)皮生長因子產(chǎn)生和釋放缺氧時循環(huán)系統(tǒng)的損傷性變化主要表現(xiàn)為：缺氧性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.肺動脈高壓機制：①肺泡缺氧→肺血管收縮。②慢性缺氧→肺小動脈長期處于收縮狀態(tài)→肺血管中膜平滑肌肥大，血管硬化，形成穩(wěn)定的肺動脈高壓。③紅細胞增多→血液黏度增高→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。缺氧性肺動脈高壓的發(fā)生機制細胞因子血管活性物質(zhì)細胞外基質(zhì)↑缺氧肺血管改建肺血管收縮肺動脈高壓Kv↓[Ca2+]i↑成纖維細胞增殖內(nèi)皮細胞ROS↑增殖收縮平滑肌細胞其他細胞NOXAMP/ATP↑AMPKRhoA/ROCKROS↑Ca2+cADPRHIF1RyR鈣通道H2O2↑MLC-P↑紅細胞增多血液粘度增加ATP減少心肌細胞損傷外周阻力增大2.心肌收縮與舒張功能降低心肌缺氧可降低心肌的舒縮功能，甚而使心肌發(fā)生變性、壞死。3.心律失常嚴(yán)重缺氧可引起竇性心動過緩、期前收縮、甚至室顫致死。機制：影響心肌自律細胞功能的穩(wěn)定性增加異常的自律性活動傳導(dǎo)阻滯復(fù)極化不一致

4.靜脈回流減少腦嚴(yán)重缺氧時，呼吸中樞的抑制使胸廓運動減弱，可導(dǎo)致靜脈回流減少乳酸、腺苷→擴張外周血管回心血量減少，使心輸出量減少，而引起循環(huán)衰竭三、血液系統(tǒng)缺氧時血液系統(tǒng)的代償性反應(yīng)主要有紅細胞增多和血紅蛋白氧解離曲線右移、向組織釋放氧的能力增強。紅細胞增多氧離曲線右移骨髓造血↑慢性缺氧EPO↑攜氧↑血液黏滯↑當(dāng)?shù)脱跹蛐◇w→近球細胞→生成并釋放促使紅細胞生成素促使紅細胞系單向干細胞分化為原紅細胞,并促進其分化、增殖和成熟加速Hb的合成促使骨髓內(nèi)的網(wǎng)織紅細胞和紅細胞釋放入血液。1.紅細胞增多2.氧解離曲線右移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↑G6-P-G6-P-F1,6-DPF磷酸二羥丙酮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脫氧Hb↑--2,3DPG-Hb↑-過度通氣pH↑+DPGP-呼堿-

缺氧時紅細胞2,3-DPG增多的機制血液系統(tǒng)的損傷性變化主要有血液黏滯度增高、血紅蛋白與氧的親和力降低紅細胞過度增多，可使血液黏滯度和血流阻力明顯增加，并加重心臟負擔(dān)，對機體不利。嚴(yán)重缺氧時，紅細胞內(nèi)2，3-DPG增多引起的氧解離曲線右移將減少血紅蛋白在肺中的氧合，使動脈血氧飽和度降低。久居高原者如紅細胞過度增多(男性Hb>210g/L，女性Hb>190g/L)即為高原紅細胞增多癥，是常見的慢性高原病。多發(fā)生于海拔3500m以上地區(qū)，由于血液黏滯度異常增高、微循環(huán)障礙，組織嚴(yán)重缺氧，易導(dǎo)致血栓形成或局部組織壞死等各種并發(fā)癥。CNS耗氧量大，對缺氧不耐受，尤以灰質(zhì)更敏感。輕度缺氧或缺氧早期：血液重新分布保證腦組織血供嚴(yán)重缺氧或長時間缺氧：神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙腦水腫和腦細胞受損四、中樞神經(jīng)系統(tǒng)急性缺氧：頭痛、情緒激動、思維力、記憶力、判斷力降低或喪失以及運動不協(xié)調(diào)等。慢性缺氧：易疲勞、嗜睡、注意力不集中及精神抑郁等。嚴(yán)重缺氧：可導(dǎo)致煩躁不安、驚厥、昏迷甚而死亡。ATP生成不足酸中毒腦血管擴張神經(jīng)細胞膜電位降低神經(jīng)遞質(zhì)合成減少細胞內(nèi)鈣超載溶酶體酶釋放細胞水腫間質(zhì)水腫血腦屏障受損機制：表現(xiàn)：缺氧對CNS的作用基本上表現(xiàn)為損傷缺氧和酸中毒損傷腦血管內(nèi)皮細胞，使血管壁通透性增高，血管內(nèi)液體滲出，引起腦間質(zhì)水腫。缺氧時，腦細胞能量生成減少，細胞膜鈉泵功能障礙，導(dǎo)致細胞內(nèi)鈉水潴留，腦細胞水腫。

高原腦水腫五、組織和細胞代償性反應(yīng)攜氧蛋白表達增加肌紅蛋白、腦紅蛋白、胞紅蛋白增加組織細胞對氧利用的能力增強組織細胞對氧的消耗減少1.攜氧蛋白表達增加細胞中存在攜氧蛋白，它們與氧的親和力高于血紅蛋白，可有效地促進氧分子向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，增強細胞對氧的攝取能力。在細胞氧供-需不平衡時，攜氧蛋白釋放所結(jié)合的氧供細胞利用。肌紅蛋白慢性缺氧使肌肉中Mb增多。Mb和氧的親和力較大。當(dāng)PO2為10mmHg時，Hb的SaO2約為10％，而肌紅蛋白的氧飽和度可達70％。氧分壓進一步降低時，Mb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。2.組織、細胞利用氧能力增強細胞內(nèi)線粒體的數(shù)目和膜的表面積增加呼吸鏈中的酶表達量增加，活性增強琥珀酸脫氫酶細胞色素氧化酶如胎兒在母體內(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10～14天，線粒體呼吸功能才降至成年動物水平。

3.組織細胞對氧的消耗減少葡萄糖代謝能力加強，節(jié)約用氧葡萄糖攝取增強，葡萄糖攝取能力貯備增強無氧酵解增強嚴(yán)重缺氧時，ATP生成減少，ATP／ADP比值下降，磷酸果糖激酶活性增強，糖酵解過程加強，在一定的程度上可補償能量的不足。關(guān)鍵酶表達增強低代謝狀態(tài)O2O2O2O2HIF-1頸動脈體肺血管血管內(nèi)皮特定的氧感受細胞代謝酶類肺通氣循環(huán)