1、Chapter Five (hypoxia ) 青藏高原 : 230万 km2， 平均 4500m Contents （掌握） （掌握、理解） （了解） （了解） General introductionSection （掌握） Etiology and mechanism and classificationSection （缺氧对机体的影响） Effects of hypoxia on the bodySection Factors affecting hypoxia-enduringSection Prevention and treatment against hypoxiaSecti
2、on （影响机体缺氧耐受性的因素） （缺氧治疗的病理生理基础） （缺氧的原因、机制和分类） （缺氧概述） General introduction Section （第一节 概述（含概念） 吸 入 气 肺 通 气 肺 换 气 红 细 胞 血 红 蛋 白 心 脏 血 管 线 粒 体 ATP 结构 功能 代谢 （外呼吸 ） （ 血液 ） （循环 ） （组织细胞） 肺部摄氧 血液携氧 循环运氧 组织用氧 乏氧性 缺氧 血液性缺氧 循环性缺氧 组织性缺氧 O2 供氧 用氧 一、 Concept or definition of hypoxia （缺氧的概念） 因 组织 供 氧 不足或 用 氧 障碍引起
3、细 胞 功能 、 代 谢 和 形态结 构 异常改变 的病理过程 。 A reduction in tissue oxygen supply or utilization. It leads to changes in function, metabolism and structure of cells and tissues of body. hypoxiaanoxiahypoxemia Hypoxia: 概念理解要点： 是基本 病理过程 ，不是独立的疾病； 缺氧是指 组织 而言； 原因：组织氧的 供 和 用 两个过程的障碍； 结果： 功能 、 代谢 和形态 结构 的异常变化。 缺氧涉及多个
4、医学领域 ! 组织供氧量 动脉血氧含量 组织血流量 （动脉血氧含量 -静脉血氧含量） 组织血流量 组织耗氧量 1.Partial pressure of oxygen in blood 正常值 ： PaO2 100mmHg PvO2 40mmHg 决定因素 吸入气氧分压 外呼吸 组织摄取和利用氧能力 二、 Parameters of blood oxygen （ 常用血氧指标 ) (血氧分压 ,PaO2) 物理溶解在血液中的氧所产生的张力。 血氧分压 Hb（ 质和量） 正常值 ： CaO 2 19ml/dl CvO2 14ml/dl Ca-vO2 5ml/dl 2. Oxygen conten
5、t in blood (血氧含量 ,CO2) 100ml血液中实际携带的氧量（主要是 Hb结合的氧量）。 Hb + O2 HbO2 Hb + O2 HbO2 温度： 38 PO2 150mmHg PCO2 40mmHg 20ml/dl （ 15g/dl1.34） Hb（ 质和量）决定因素 正常值 3. Oxygen binding capacity in blood (血氧容量 ,CO 2max) 在标准条件下， 100ml血液中的 Hb完全被 O2饱和 时的最大携氧量。 氧 容量 （ CO2max ） 氧 含量 （ CO2） 100% 正常值 SaO2 ： 95% 97% SvO2 ： 70
6、% 75% 决定（影响）因素 血氧分压 PO2 H+、 CO2、 2,3-DPG， 温度 HbO2 总 Hb 100%SO2 = 4. Oxygen saturation of Hb in blood (血氧饱和度 ,SO2) Hb与 O2结合的百分数。 Hb + O2 HbO2 Dissociation curve of HbO2 CO2 CO2 26-27mmHg P50 ： 常用血氧指标 血氧分压 血氧容量 血氧含量 血氧饱和度 P50 Etiology and mechanism and classification Section （第二节 缺氧的原因、机制和分类） 结构 功能 代谢
7、 乏氧性 缺氧 血液性缺氧 循环性缺氧 组织性缺氧 O2 Etiology and classification ATP （外呼吸 ） （ 血液 ） （循环 ） （组织细胞） (Hypoxic hypoxia) (Hemic hypoxia) (Circulatory hypoxia) (Histogenous hypoxia) 一、 Hypoxic hypoxia 低张性缺氧 低张性低氧血症 (hypotonic hypoxia) (hypotonic hypoxemia) PaO2 （乏氧性缺氧） 以 动脉血氧分压降低为特征的缺氧，称为 。 (1) Decreased pO2 of ins
8、pired air 高原 /高空 坑道 /矿井 大气性缺氧 （ atmospheric hypoxia ）(2) External respiratory dysfunction 肺 通气 肺 换气 呼吸性缺氧 （ respiratory hypoxia） (3) Venous-to-arterial shunts 法洛氏四联症 1.Causes and mechanism (原因和机制 ) (吸入气氧分压 ) （外呼吸障碍） （静脉血入动脉） PaO2 CO2max CaO2 正常 Ca-vO2 （慢性： ） （慢性：正常） （慢性：正常 ,因 CvO2 ） SaO2 2.Character
9、istics of change in blood oxygen (血氧变化特点 ) Hb + O2HbO 2 发绀（紫绀） 当 毛细血管中还原血红蛋白的量超过 5g/dl时，皮肤、黏膜呈青紫色 。 （ cyanosis） 发绀 缺氧？ 二、 Hemic hypoxia 等张性缺氧 (isotonic hypoxia) PaO2 SaO2 正常 等张性低氧血症 (isotonic hypoxemia) （血液性缺氧） 由于 Hb量 或 质 的改变，以致血液携 O2能力 或释 放 O2障碍所引起的缺氧，称为 。 贫血性缺氧 (anemic hypoxia)Hb 樱桃红 1.Causes and
10、mechanism (原因和机制 ) (1) Anemia (贫血 ) Hb+ COHb -CO (carboxy hemoglobin) (oxyhemoglobin)Hb + O2HbO 2 (2) Carbon monoxide poisoning (CO中毒 ) (3) Methemoglobin (高铁 Hb) 咖啡色、青石板色 (methemoglobin,MHb) 高铁血红蛋白 /甲基血红蛋白Hb-Fe+2Hb-Fe +3-OH 氧化剂 （亚硝酸盐 ） 腌菜、剩菜 肠源性 青紫 CO毒性 ： （ 1）与 Hb亲和力比 O2大 210倍； （ 2）使 Hb与 O2亲和力 （氧离曲线
11、左移）； （ 3）抑制糖酵解 2,3-DPG （ 氧离曲线左移）； Hb-Fe+3-OH毒性 （ 1） 无携 O2能力（不能与 O2结合）； （ 2）使 Hb中其余 Fe+2与 O2亲和力 （ 氧离曲线左移）； PaO2 CO2max 正常 CaO2 Ca-vO2 SaO2 正常 2.Characteristics of change in blood oxygen (血氧变化特点 ) 三、 Circulatory hypoxia 低动力性缺氧 (hypokinetic hypoxia) （循环性缺氧） 因组织 血流不足 导致组织的供氧不足，称为 。 动脉 静脉 炎症、栓塞、血栓、硬化、压迫
12、休克 心衰 1.Causes and mechanism (原因和机制 ) (1) Local circulatory disorder (局部循环障碍 ) (2) Generalized circulatory disorder (全身循环障碍 ) PaO2 CO2max CaO2 Ca-vO2 SaO2 正常 正常 正常 正常 CvO2 可有 发绀 2.Characteristics of change in blood oxygen (血氧变化特点 ) 四、 Histogenous hypoxia 用氧障碍性缺氧 (dysoxidative hypoxia) （氧化） 组织中毒性缺氧 (
13、histotoxic hypoxia) （组织性缺氧） 组织供氧正常，但细胞不能有效利 用 O2， 称为 。 毒素、钙超载、射线、高压氧 维生素 B1、 B2、 PP 氰化物 砷化物：细胞色素氧化酶等蛋白中的 -SH 甲醇： 甲醛 细胞色素氧化酶 硫化物 呼吸链 氧化磷酸化 1.Causes and mechanism (原因和机制 ) (1) Mitochondria injury (线粒体损伤 ) (2) Vitamin deficiency (维生素缺乏 ) (组织中毒 )(3) Histogenous poisoning 氰化物中毒机制 细胞色素 aa3-Fe3+ （ 氧化型） 细胞色
14、素 aa3-Fe2+ （ 还原型） 细胞色素 aa3-Fe3+ -CN -CN + （ 氰化高铁细胞色素氧化酶） PaO2 CO2max CaO2 Ca-vO2 SaO2 正常 正常 正常 正常 CvO2 2.Characteristics of change in blood oxygen (血氧变化特点 ) CO2maxPaO2 CaO2 SaO2 Ca-vO2 低张性 血液性 循环性 组织性 小节 （第三节 缺氧对机体的影响） Effects of hypoxia on the body Section 损害 抗损害 缺氧 损害性改变 代偿性改变 轻度缺氧 慢性缺氧 重度缺氧 急性缺氧
15、各型 缺氧影响不尽相同 （以乏氧性缺氧为例） （功能和代谢） 缺氧 信号感知 信号转导 基因表达改变 细胞代谢改变 器官功能改变 （分子水平） （细胞水平） （器官水平） 信 号 感 知 与 传 递 缺 氧 效 应 Respiratory system Circulatory system Hemic system Central nerve system PaO2 外周化学感受器 呼吸中枢 窦 神经 迷走神经 代偿意义： 肺泡通气量和肺泡 PO2 PaO2 胸腔负压 静脉回硫 回心血量 心输出量 肺血流量 氧摄取、运输 pH CO2 一、 Alterations on organs and
16、systems during hypoxia Respiratory system 1.Compensatory response 高原通气改变的时间过程 ： 早期：快速 随后： （呼吸性碱中毒） 2-3日后： （脑脊液 HCO3-入 血， pH恢复，消除抑制） 长期缺氧： （外周感受器敏感性 ） 血液性缺氧和组织性缺氧呼吸代偿不明显！ (1)High altitude pulmonary edema 快速、 3000m以上高原、数天内条件 表现 机制 呼吸困难、紫绀、咳嗽、粉红色 泡沫痰、肺部有罗音等 肺动脉压 肺血流量 肺动脉收缩不均一 炎性反应 通透性 2.Injurious respo
17、nse 严重缺氧（ PaO2 30mmHg） 呼吸中枢抑制 (高原肺水肿 ) (2)Central respiratory failure (中枢性呼吸衰竭 ) 周期性呼吸 (浅慢呼吸 /浅慢 -深快交替 ) 潮式呼吸 (陈 -施氏呼吸 ) 间停呼吸 (Biots 呼吸 ) Compensatory responseInjurious response 心输出量 肺血管收缩 血流重分布 毛细血管增生 肺动脉高压 心衰 心律失常 回心血量 4. 提高组织供氧 通气 /血流比例 （缺氧性肺血管收缩） 缺氧 KvK + 外流 Ca2+内流 交感神经兴奋 肺血管 受体 缩血管物质（ TXA2、 LTS
18、、 ET、 NO等）释放 心、脑供血 心、脑血管 受体密度 心、脑血管 Ca2+内流 （ KCa、 KATP开放） 心、脑释放扩血管物质 缩短氧弥散距离 慢性缺氧： HIF-1VEGF 表达 1.Compensatory response Circulatory system (1)Cardiac output (2)Pulmonary vasoconstriction (3) Blood redistribution (血流重分布 ) (4) Capillary (组织毛细血管密度 ) 肺通气 肺牵张反射 交感神经兴奋 心率 交感神经兴奋 心肌收缩力 静脉回流 肺心病 右心衰 全心衰 收缩
19、（同前） 重塑（慢性缺氧肺血管壁 ） 2.Injurious response (1)Pulmonary hypertension (缺氧性肺动脉高压 ) (2)Heart failure (3)Arrhythmia (心律失常 ) (4)Blood returned to heart （回心血量 ）？ 促 红细胞生成素 （ erythopoietin,EPO） HIF-1-EPO3 端增强子 EPO 促进红系分化、增殖、成熟 促进网织和成熟红细胞释放 促进 Hb合成 1.Compensatory response Hemic system (1)RBC and Hb 缺氧 2,3-DPG H
20、b 与 O2亲和力 氧释放 ？ ？ PaO2 80mmHg有 代偿意义 （ 1）生成 缺氧 糖酵解 生成 脱氧 Hb 游离的 2,3-DPG 磷酸果糖激酶、二磷酸 甘油酸变位酶 生成 pH （ 呼碱、脱氧 Hb偏 碱） 磷酸果糖激酶 生成 （ 2）分解 ： pH 2,3-DPG 磷酸酶 还原 Hb中央空穴大， 易与 2,3-DPG结合，稳 定其构型 (2)Oxygen dissociation curve shift to right (氧离曲线右移 ) （ ） （ ） pH （ ） （ +） 血液黏度 循环阻力 2.Injurious response 轻度或早期：血流重分布保证脑组织血供；
21、 严重缺氧：障碍 记忆、思维、判断、情绪、意识 ATP 脑水肿 Central nerve system 线粒体、氧化酶 骨骼肌、心肌贮氧 节能 1.Compensatory response 二、 Alterations on cells and tissues (1)cellular capability for use O2 (细胞利用氧能力 ) (2) Anaerobic glycolysis (糖酵解 ) (3) Myoglobin (肌红蛋白 ) (4) Low metabolic states (低代谢状态 ) 通透性 、流动性 ；受体、离子泵障碍 Na+、 K+ 、 Ca2+
22、2.Injurious response (1) Cell membrane injury (细胞膜损伤 ) (2) Mitochondria injury (线粒体损伤 ) (溶酶体损伤 ) (3) Lysosome injury 三、 Molecular basis on alterations during hypoxia 细胞 O2 信号转导 细胞效应 基因表达 (缺氧对机体影响的分子基础 ) 细胞感知 （缺氧相关基因 ） HIF-1 GCCCTACGTGCTGTCT 5 3 EPO HIF-1 Hypoxia-inducible factors HIF-1 HIF-1 HIF-1 E
23、PO VEGF ET-1 ANP HO-1 GluT-1 iNOS TH 糖酵解酶SOD红细胞 生成 血管 增生 收缩 血管 水钠 代谢 儿茶酚胺 合成 葡萄糖 转运 NO合成 血红素 代谢 糖 酵解ROS代谢Hypoxia-inducible genes Factors affecting hypoxia-enduring Section （第四节 影响机体缺氧耐受性的因素） 一、 Metabolic oxygen consumption rate 二、 Compensatory capability of the body (机体的代偿能力 ) (代谢氧耗率 ) pathophysiolo
24、gical basis of Prevention and treatment against hypoxia Section （第五节 缺氧治疗的病理生理基础） 对乏氧性 效果好 高压氧治疗 Oxygen intoxication 一、 Eliminating causes 二、 Oxygen treatment (吸氧治疗 ) (对因治疗 ) (氧中毒 ) 当吸入氧分压 过高时，活性氧产生 ，反而引 起组织细胞损伤 小结 CO2max PO2 CO2 SO2 P50 缺氧 （原因和机制 ） 乏 氧 性 缺 氧 血 液 性 缺 氧 循 环 性 缺 氧 组 织 性 缺 氧 血氧 改变 损害 抗
25、损害 损害性反应 代偿性反应 器官水平 细胞水平 器官水平 循环系统 血液系统 神经系统 呼吸系统 1人类为什么需要氧？ 2为什么说缺氧是病理过程？缺氧涉及人医学哪 些领域？涉及到临床哪些个疾病？ 3缺氧和发绀是什么关系？ 4 实验设计： 根据缺氧的原因和分类，设计复制 出几种不同类型缺氧的动物模型。 思考题 临床病例 男， 58岁，患慢性阻塞性肺疾病 10余年，近 1周咳喘加重，发绀明显，烦躁 ，血气分析： pH7.39， PaO2 40mmHg， PaCO270mmHg。 问题： 该患者属于哪种类型缺氧？除 PaO2外其它血氧指标会有何改变？ 病例一： 分析： 该患者属于乏氧性缺氧（低张性
26、缺氧） 由于慢性阻塞性肺病引起的肺部炎症改变，导致肺的通气 /换气功 能障碍（外呼吸障碍），出现 呼吸衰竭（缺氧 +CO2潴留）。 血氧 指标改变： 动脉血氧分压 动脉血氧含量 动脉血氧饱和度 动 -静脉血氧含量差 动脉血氧容量 正常 病例二： 男， 30岁。因误服含氰化物的电镀液约 1 2口，服后约数分钟出现 神志不清，全身发抖，呼之不应，被急送入院。 体检：体温 35.8 ，脉搏 86次 /min， 呼吸 10次 /min， 血压 135/105mmHg； 深昏迷，瞳孔约 0.5cm， 对光反射消失，口唇、面色发绀 不明显，口中可闻及苦杏仁味，两肺闻及大量湿罗音。经积极抢救， 8.5h后神
27、志转清，两瞳孔 0.2cm， 对光反射存在，体温 38 ，脉搏 92次 /min， 自主呼吸 28次 /min， 血压 117/76mmHg。 17h后血氧分析 PaO2 109.3mmHg， PaCO2 32.6mmHg， 7d后痊愈出院。 问题： 1该患者存在哪些类型的缺氧？为何会出现呼吸减慢？ 2入院抢救同时做血气分析，血氧指标会有哪些改变？ 3吸氧对治疗是否有益？ 分析： 1、该患者是由于氰化物中毒引起的 组织性缺氧 合并呼吸、循环衰竭引 起的 乏氧性缺氧 和 循环性缺氧 。 呼吸减慢是由于氰化物中毒引起的中枢缺氧，导致呼吸中枢抑 制的结果；心血管中枢的抑制可能会导致心衰，出现心率加快、肺 部罗音（肺水肿）等。 2、由于复合几种类型的缺氧，血气检查结果比较复杂，但动脉血氧分 压、血氧含量、血氧饱和度均降低；血氧容量正常；动 -静脉氧含量 差由于存在乏氧性缺氧和组织性缺氧（均降低动 -静脉氧含量差）， 虽然有循环性缺氧可使动 -静脉氧含量差增加，但这时主要是以组织 性缺氧为主（并且呼吸抑制比较明显）。 3、应立即给予吸氧治疗，除了对纠正乏氧性缺氧有益外，对增加氧向 组织的弥散也有一定的好处。 生理学：体温的调节 复习
