第五部分缺氧Hypoxia教学课件.ppt
第五章 缺 氧 Hypoxia,第一节 常用血氧指标 (Parameters of Blood Oxygen),血氧分压 血氧容量 血氧含量 动-静脉血氧差 血氧饱和度,血氧分压,(partial pressure of oxygen, PO2) 概念: 指以物理状态溶解在血浆内的氧分子所产生的张力(故又称氧张力)。 正常值: 动脉血氧分压(PaO2)约为13.3kPa(100mmHg); 静脉血氧分压(PvO2)约为5.32kPa(40mmHg)。 影响因素: 吸入气氧分压 呼吸功能:肺通气、肺换气 动-静脉血分流,血氧容量,(oxygen binding capacity, CO2max) 概念: 氧分压为19.95kPa(150mmHg),二氧化碳分压为5.32kPa( 40mmHg),温度38,在体外100毫升血液内血红蛋白,所结合氧的最大毫升数。 反映血液中Hb的最大带氧能力 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。,血氧含量(oxygen content, CO2),概念: 指100毫升血液内所含的氧毫升数,包括实际与血红蛋白结合的氧和溶解在血浆内的氧。 正常值: 动脉血氧含量(CaO2)约190ml/L(19ml/dl) 静脉血氧含量(CvO2)约140ml/L(14ml/dl) 影响因素: 氧分压 氧容量,血氧饱和度(oxygen saturation, SO2),概念: Hb的氧饱和度,即Hb结合氧的百分数,约等于血氧含量和血氧容量的比值。 氧饱和度()(氧含量-溶解氧量)/氧容量=氧含量/氧容量 正常值: 动脉血氧饱和度(SaO2)约9398% 静脉血氧饱和度(SvO2)约70 75。 影响因素: 取决于氧分压的高低 氧离曲线,氧离曲线,动-静脉血氧差(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: 50ml/L(5ml%) 影响因素: 组织从单位容积血液内摄取氧的多少。 PaO2 流经真毛细血管的血量 血液流变性 细胞利用氧的能力,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,不能满足机体需要,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。,1,第二节 缺氧的原因和类型 (Classification of Etiology),【病例5-1】某男性患者,77岁,咳嗽,痰多,喘憋加重伴发热3天入院。患者20年前开始反复发作咳嗽、咳痰并有时伴喘憋,上述症状逐年加重。本次于入院前3天受凉后出现发热,畏寒,咳嗽,咳脓痰,喘憋加重并且夜间不能平卧,来院就诊。 体格检查:口唇、指尖部皮肤出现发绀。体温 38.9 ,脉搏 120次/分,呼吸 28次/分。胸廓略呈桶状,肋间隙增宽,双肺呼吸音粗并可闻大量痰鸣音,右下肺呼吸音低。 辅助检查:动脉血气分析结果:pH 7.14 ,PaO2 42mmHg, PaCO2 80mmHg。 【思考题】 该患者缺氧原因是什么?属何种类型缺氧?为什么? 该患者为何发生呼吸心跳加快? 该患者发绀的机制是什么?,一、乏氧性缺氧(Hypoxic Hypoxia),概念: 乏氧性缺氧是指由于肺泡氧分压降低,或静脉血分流入动脉,血液从肺摄取的氧减少,以致PaO2 降低,动脉血氧含量减少,组织供氧不足,又称低张性低氧血症(hypotonic hypoxemia)。,(一)原因(causes),吸入气氧分压低 由于吸入气氧分压低,PAO2和PaO2随之降低。 外呼吸功能障碍 静脉血分流入动脉(静脉血掺杂)增多,(二)血氧变化特点(characteristics of blood oxygen),动脉血氧分压,血氧容量,动-静脉血氧差,紫绀,皮肤粘膜,降低,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,降低或正常,静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量,降低,动脉血氧饱和度,动脉血氧含量,降低,降低,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,血红蛋白可降低,出现严重缺氧,但还原血红蛋白不会降至50g/L(5g/dl)以下,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。,【案例5-2】 某男性患者,因头痛、头晕、恶心、呕吐30min入院。入院前中午烧菜时不慎将白色粉末状物当盐撒入菜中,半小时后患者突觉恶心、呕吐。入院查体:体温36.8,脉搏90次/min,呼吸23次/min,血压115/80mmHg,神志清,口唇、四肢青紫。心脏(-),呼吸急促,双肺可闻及少许干性啰音,全腹无压痛;实验室检查,血常规:Hb 125g/L,N 0.70,L 0.30,抽血查高铁血红蛋白定性试验(+),吸氧紫绀无明显改善。给予洗胃,输入维生素C,亚甲蓝60mg、50%GS 40ml缓慢静注,约30min紫绀减轻,2h后重复应用1次,紫绀消失,消化道症状明显改善;继续住院观察2天,患者无异常,痊愈出院。 【思考题】 该患者发生何种类型缺氧?机制是什么? 为何吸氧紫绀无明显改善?,【案例5-3】 某男性患者,因当日清晨4时在蔬菜温室内为火炉添煤时,昏倒在温室台阶上,4h后被发现,急诊入院。患者既往健康。体检:体温37.5,呼吸24次/min,脉搏110次/min,血压100/70mmHg。神志不清,口唇呈樱桃红色,其他无异常。实验室检查:PaO295mmHg, HbCO 30%,血浆HCO3-13.5mmol/L。入院后立即吸氧,不久渐醒,给于纠酸补液等处理后,病情迅速好转。 【思考题】 1讨论引起该患者昏倒的原因和机制。 2该患者属何种类型缺氧? 3该患者为何会有血浆HCO3-降低?为什么会有呼吸和心率加快?,二、血液性缺氧(Hemic Hypoxia),概念: 血液性缺氧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所引起的缺氧,而导致组织缺氧。,(一)原因(causes),血液性缺氧最主要的原因是由于红细胞数量和血红蛋白含量减少 贫血(anemia) 单位容积血液内红细胞数和血红蛋白量减少 氧容量降低,氧含量随之减少。 高铁血红蛋白血症(methemoglobinemia) 血红蛋白的二价铁,在氧化剂的作用下,可氧化成三价铁,形成高铁血红蛋白(methemoglobin,HbFe3+OH),也称变性血红蛋白或羟化血红蛋白。 高铁血红蛋白与氧的亲和力增高,导致氧离曲线左移,使组织缺氧。 较常见的是食用大量含硝酸盐的腌菜后,经肠道细菌将硝酸盐还原为亚硝酸盐,吸收后形成高铁血红蛋白血症,当血液中HbFe3+OH达到15g/L时,皮肤、粘膜可出现青紫色,称为“肠源性发绀”(enterogenous cyanosis)。,碳氧血红蛋白血症(carboxyhemoglobinemia, HbCO) 特点1.CO与氧的亲和力比Hb与氧的亲和力大 210倍. 2.HbCO无携带氧的能力. 3. CO抑制红细胞糖酵解,2,3-DPG减少,血红蛋白与氧的亲和力异常增高 见于碱中毒;输入大量库存血,(二)血氧变化特点 (characteristics of blood oxygen),动脉血氧分压,血氧容量,动-静脉血氧差,皮肤粘膜,正常,降低,正常,动脉氧饱和度,动脉血氧含量,降低或正常,降低,苍白,咖啡色,樱桃红色,三、循环性缺氧(Circulatory Hypoxia),概念: 循环性缺氧是指由于血流速度减慢,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(hypokinetic hypoxia)。 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(ischemic hypoxia);,(一)原因(causes),全身性循环障碍 局部性循环障碍,(二)血氧变化特点 (characteristics of blood oxygen),动脉血氧分压,血氧容量,动-静脉血氧差,皮肤粘膜,正常,增高,正常,动脉氧饱和度,动脉血氧含量,正常,正常,易出现发绀,静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量,降低,四、组织性缺氧(Histogenous Anoxia),概念: 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。,(一)原因(causes),组织中毒 线粒体功能受抑制 呼吸酶合成减少 线粒体损伤,组织水肿 组织间液和细胞内液的异常增多,使气体弥散距离增大,引起内呼吸障碍。 组织需氧过多 如冠状动脉硬化的病人运动或情绪激动时,心肌耗氧量增加可诱发心绞痛。,(二)血氧变化特点 (characteristics of blood oxygen),动脉血氧分压,血氧容量,动静脉血氧差,皮肤粘膜,正常,降低,正常,动脉氧饱和度,动脉血氧含量,正常,正常,鲜红,静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量,增高,各型缺氧的血氧变化和皮肤粘膜改变,缺氧虽分为上述四型,但在实际情况中所见的,往往是混合型。例如失血性休克,既有血红蛋白减少所致的血液性缺氧,又有有微循环障碍所致的循环性缺氧。又如心力衰竭,既有循环障碍引起的循环性缺氧,又可继发肺淤血、水肿而引起呼吸性缺氧。,第三节 缺氧时机体的机能代谢变化(Functional and Metabolic Changes of the Body in Hypoxia),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,,O2,O2,O2,O2,HIF-1,一、缺氧时机体的代偿性反应 (Compensatory Responses),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,(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,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;,特点(characteristics):,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。,(二)循环系统(Circulatory System),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,1、心输出量增加 (Increase of cardiac output),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,-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,2、血流分布改变(Blood redistribution in systemic circulation),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,(1)细胞外液pH下降; (2)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; (3)代谢产物的作用。,1)脑血管扩张,脑血流量增加,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-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,3、肺血管收缩 (Pulmonary vasoconstriction),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,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,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,4、毛细血管增生 (Capillary proliferation),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,VEGF表达受到HIF-1的调控,VEGF的结构及其信号途径,启动血管形成的分子基础,血管形成过程,血管形成,(三)血液系统(Hemic system),红细胞增多(increase of RBC) 氧合血红蛋白解离曲线右移(rightward shift of oxyhemoglobin dissociation),1、红细胞增多,移居到3600m高原的男性居民红细胞计数通常约为6×1012/L(6×106/mm3), Hb为210g/L(21g/dl)左右。 当低氧血近球小体近球细胞生成并释放(EPO) 骨髓造血能力 RBC , Hb (负反馈) EPORBC,缺氧缓解,肾脏EPO 红细胞增多可增加血液的氧容量和氧含量 对机体不利:可促使微血栓形成,EPO,2、氧离曲线右移,2,3-DPG增加 血红蛋白与氧的亲和力降低 但是8kPa,载氧减少,缺氧时红细胞2,3-DPG增多的机制,G,6-P-G,6-P-F,1,6-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,PFK,ADP,ATP,丙酮酸,乳酸,2,3-DPG,DPGM,DPGP,DPGP,脱氧Hb,-,-,2,3DPG-Hb,-,过度通气,pH,+,DPGP,-,呼碱,2,3-DPG增多使氧离曲线右移,稳定脱氧构型 pH,Bohr效应,2,3-DPG与Hb的结合,(四)组织和细胞的适应(Cellular adaptation),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,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,糖摄取,能力的贮备 反应能力,plasma membrane,GLUT,GLUT-Gene,HIF-1,mRNA,AUUA,660bp,480bp,mRNA,AUUA,HuR,GLUT,GLUT,葡萄糖,G,HuR,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。,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。,(一)缺氧性细胞损伤,细胞膜损伤 线粒体损伤 溶酶体损伤,1、细胞膜的变化,膜通透性,Na+i,Na+-K泵,ATP 消耗,Mt呼吸,ATP生成,细胞水肿,堵塞微血管,加重微循环缺氧,ATPi,Na+外排,Na+内流,严重缺氧,K+外流,K+i,酶合成,钙超载,钙超载,mt钙摄取,钙外流,2、线粒体的变化,轻度缺氧或缺氧早期线粒体呼吸功能增强 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 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。,3、溶酶体的变化,酮体增多,导致酸中毒。 pH降低可引起磷脂酶活性增高 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。,(二)CNS的机能障碍,脑重仅为体重的2左右, 脑血流量约占心输出量之15 脑耗氧量约为总耗氧量的23,脑对缺氧十分敏感。,表现与机理,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、思睡、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,缺氧引起脑组织的形态学变化,脑细胞变性 脑细胞坏死 脑细胞肿胀 脑水肿,(三)外呼吸功能障碍,肺水肿 发病机制: 1)不均匀收缩:压力性肺水肿 2)通透性增高:通透性肺水肿 3)肺血流量增多:交感-肾上腺髓质系统兴奋性增强。外周血管收缩,(四)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,1、肺动脉高压(Pulmonary arterial hypertention),机理: 肺血管收缩反应 平滑肌肥大,血管硬化 红细胞增多,使血液粘度增高,2、心肌收缩与舒张功能降低(Decrease of myocardial contractility and extensibility),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(Arrhythmia),心动过缓 期前收缩与室颤: 传导阻滞,4、静脉回流减少 (Decreased of venous return),呼吸中枢的抑制使胸廓运动减弱 代谢产物扩张外周血管 心输出量减少,而引起循环衰竭。,第四节 影响机体耐受缺氧的因素Factors Involved in Tolerance to Hypoxia),一、年龄 二、机体的代谢和机能状态 三、个体或群体差异:遗传特性 四、适应性运动,第五节 氧疗与氧中毒,一、氧疗(oxygen treatment) 二、氧中毒(oxygen toxicity),一、氧疗,吸入氧分压较高的空气或纯氧来治疗各种缺氧性疾病的方法,称为氧疗。 常用的临床治疗手段。,1、氧疗的基本原则,1)病因治疗: 针对缺氧的病因进行治疗。 2)纠正缺氧 只要PaO2低于8.0kPa均应及时氧疗。,2、氧疗的机制,1)提高肺泡气氧分压(PAO2) 2)提高血氧弥散速度 3)提高动脉血氧饱和度,3、氧疗的形式,1)控制性氧疗(低流量、低浓度持续给氧法) 2)高浓度给氧 3)高压氧疗 4)长期家庭氧疗,二、氧中毒,(oxygen intoxication) 指不合理过久吸入高浓度或高压氧所造成的组织细胞损害、器官功能障碍甚至神经症状的病理过程。,1、氧中毒时细胞受损的机制:,超氧阴离子 过氧化氢 羟自由基,2、氧中毒的分类、分型,分类: 1)急性氧中毒 2)慢性氧中毒 分型: 肺型氧中毒 脑型氧中毒: 注意鉴别: 缺氧性脑病:先昏迷后抽搐 脑型氧中毒:先抽搐后昏迷,3、氧中毒的防治,要是合理用氧: 吸入高浓度氧(60%)不要超过24h48h 必要时可口服抗氧化剂。,