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第五章 缺 氧 Hypoxia

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, PO 2 ） 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（ PaO 2 ）约为 13.3kPa(100mmHg) ； 静脉血氧分压（ PvO 2 ）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

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第五章 缺 氧 Hypoxia

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  1. 第五章 缺 氧Hypoxia

  2. 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

  3. 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

  4. 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。

  5. 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

  6. 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 • 氧离曲线

  7. 氧离曲线

  8. 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

  9. 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

  10. 肺吸入气中氧分压降低 乏氧性缺氧 通气、换气功能障碍 静脉血分流入动脉 血红蛋白含量减少 供氧不足 血液性缺氧 血红蛋白结构、功能异常 全身循环功能障碍 缺氧 循环性缺氧 局部循环功能障碍 组织中毒 用氧障碍 组织性缺氧 呼吸酶合成减少 线粒体损伤 线粒体功能受抑制 第二节　缺氧的原因和类型(Classification of Etiology)

  11. 【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。【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？

  12. 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）。

  13. （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

  14. （二）血氧变化特点(characteristics of blood oxygen) • 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-静脉血氧差 降低或正常 • 皮肤粘膜 紫绀

  15. 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。

  16. 【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？

  17. 【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？

  18. 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。

  19. （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）。

  20. 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

  21. 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

  22. 贫血性缺氧 高铁血红蛋白血症 碳氧血红蛋白血症 （二）血氧变化特点(characteristics of blood oxygen) • 动脉血氧分压 正常 • 动脉氧饱和度 正常 降低或正常 • 血氧容量 • 动脉血氧含量 降低 • 动-静脉血氧差 降低 • 皮肤粘膜 苍白 咖啡色 樱桃红色

  23. 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）；

  24. （一）原因(causes) • 全身性循环障碍 • 局部性循环障碍

  25. （二）血氧变化特点(characteristics of blood oxygen) • 动脉血氧分压 正常 • 动脉氧饱和度 正常 正常 • 血氧容量 • 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-静脉血氧差 增高 易出现发绀 • 皮肤粘膜

  26. 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。

  27. （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

  28. 胍乙腚 巴比妥 鱼藤酮 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 ↓ FMN NADH → ↓ ↓ CoQ cyt b cyt c1 cyt c cyt aa3 O2 → → → → → 琥珀酸 FAD →

  29. 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。

  30. （二）血氧变化特点(characteristics of blood oxygen) • 动脉血氧分压 正常 • 动脉氧饱和度 正常 正常 • 血氧容量 • 动脉血氧含量 正常 • 静脉血氧分压、氧饱和度和氧含量 增高 • 动静脉血氧差 降低 鲜红 • 皮肤粘膜

  31. 缺氧类型 动脉血 氧分压 动脉血 氧饱和度 血氧容量 动脉血 氧含量 动-静脉 血氧差 皮肤粘膜 乏氧性 缺氧 ↓ ↓ N ↓ ↓或N 紫绀 血液性 缺氧 N N ↓ ↓ ↓ 苍白 咖啡色 樱桃红色 循环性 缺氧 N N N N ↑ 苍白 发绀 组织性 缺氧 N N N N ↓ 鲜红色 各型缺氧的血氧变化和皮肤粘膜改变

  32. 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。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。

  33. 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，

  34. 一、缺氧时机体的代偿性反应 (Compensatory Responses) 毛细血管增生 糖酵解增强 血管内皮 代谢酶类 O2 O2 红细胞增多 特定的氧感受细胞 肺血管收缩 HIF-1 肺血管 O2 O2 颈动脉体 颈动脉体 肺通气 循环代偿

  35. 2-3天之后： 肾脏排 出HCO3- CSF pH↑ → CSF HCO3-↓ → （一）呼吸系统 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； PaCO2↓ CO2对中感器↓ 肺泡通气量↑ → PAO2↑ － 参与呼吸 的肺泡数 慢性缺氧 使之钝化 → 呼吸面积↑ → 氧弥散↑ ↑ 肺通气↑ 胸廓运动↑ 胸内负压↑ 静脉回流↑ 肺血流量↑ 心输出量↑ 氧摄取↑ 氧运输↑ PaO2↑ → → 主动脉体 颈动脉体 PaO2↓ 通气/血流↑ 局部血流量↓ → 肺血管收缩 → 肺动脉压↑ 肺上部血流↑

  36. 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。

  37. （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

  38. 1、心输出量增加(Increase of cardiac output) 化学感受器 呼吸运动↑ 静脉回流量↑ 肺牵张反射 心率↑ 儿茶酚胺 CO↑ β-受体 交感N＋ 迷走N－ 蓝斑 PaO2↓ 心收缩性 ↑ 心血管中枢 血管扩张 血压下降 压力感受器

  39. 2、血流分布改变(Blood redistribution in systemic circulation) 缺氧 局部组织乳酸、腺苷 等代谢产物堆积 交感神经兴奋 血管收缩 血管扩张 皮肤、腹腔内脏 心、脑

  40. 1)脑血管扩张，脑血流量增加 (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。

  41. 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↑

  42. 3、肺血管收缩(Pulmonary vasoconstriction) 主动脉体 颈动脉体 PaO2↓ 通气/血流↑ 局部血流量↓ → 肺血管收缩 → 肺动脉压↑ 肺上部血流↑

  43. 缺氧引起肺血管收缩的机制 α受体 交感神经 细胞膜对Na+、Ca2+通透性 Na+、Ca2+内流 兴奋性 收缩性 缩血管 ↑ 组胺-H1、白三烯、TXA2、PGF2a 肥大细胞 肺泡巨噬细胞 血管内皮细胞 扩血管 组胺-H2、PGI2、PGE1

  44. 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

  45. VEGF表达受到HIF-1的调控

  46. VEGF的结构及其信号途径

  47. 启动血管形成的分子基础

  48. 血管形成过程

  49. 血管形成

  50. （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)

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