动脉血氧分压-缺氧.pdf

第五章缺氧 Hypoxia主要内容第一节氧的摄取、利用与调节第二节常用的血氧指标第三节缺氧的类型、原因和发病机制 第四节缺氧时机体的机能代谢变化 第五节影响机体对缺氧耐受性的因素 第六节氧疗与氧中毒教学要求 掌握：缺氧的概念，各类型缺氧的原因和 主要特点，发组的概念及临床意义；熟悉：缺氧时机体的主要机能和代谢变化,氧中毒的概念及发生机制的；了解：氧感受的途径、缺氧耐受性的主要 影响因素。第一节(Part 1)氧的摄取、利用与调节Intak e、Utilization and Regulation of Oxygen一、氧的摄取(Intak e of Oxygen)氧是机体所必需的:静息时需氧量 250ml/min体内贮氧量1.5L氧从体外进入血液:-呼吸运动-氧分子自由弥散鼻二、氧在机体内的运输 炉(Transport and Delivery of Oxygen)氧在血液循环中的运输：氧的装载：Hb,红细胞氧的运输：Hb,血管 氧的卸载：Hb,局部酸性 环境 氧分子在细胞内的运输、与贮备 组红蛋白（胞红蛋白）脑红蛋白 肌j红蛋白血红蛋白吸呼(carry and transport oxygen of hemoglobin)Deoxyhemoglobin家三、氧在机体内的利用(Utilization of Oxygen)线粒体(mitochondria):-呼吸链未端得电子，生成H2。，产生ATP 参与氧化：微粒体四、氧感受及信号途径-血红素蛋白学说 氨基酸羟化酶学说 离子通道学说血红素蛋白学说血、肌、脑、组红蛋白 血红素氧化酶：co 鸟甘酸环化酶：CGMP NO合酶：NONADPH氧化酶：ROS-HIF-1 线粒体细胞色素：ROS细胞膜NADPH氧化酶3氨基酸羟化学说Prolyl hydroxylase(EGLN)Asparaginyl hydroxylase(FIH1)Hypoxia responseDegradation via proteasome季HIFa与氧感受HYPOXIAQXYGENSENSINGNORMOXIAGrowth factorImulin IGF-1/2 EGF FGF-2 NOTNF-a LIB Angll Thrombin POGFPro-ond Asn-hydroxylosesHIF-1a23ogk/taro 怆HIF-laOxyqefvreQulatX QeeesnuctousHIF-latXCH PAS ODDTA IAPhosotxxvtatlon2-oxogiularale analogues iron chelation 1 CoCHLY294OO2Xhs/RCt-MMEK2)约为5.32k Pa(40mmHg)。影响因素：-吸入气氧分压呼吸功能：肺通气、肺换气、通气/血流比动-静脉血分流血氧容量(oxygen binding capacity,CO2max)概念：氧分压为19.95k Pa(150mmHg),二氧化碳分压为 5.32k Pa(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。2结合的能力)和量。血氧含量(oxygen content,CO2)概念：-指ioo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-氧容量动-静脉血氧差(CaO2CvO2)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：匚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（Sa。2）约9398%静脉血氧饱和度（SvC）2）约70 75%o影响因素：-取决于氧分压的高低氧离曲线氧离曲线pH DPG Temp1009080706050403020co%).EqoBOEEAX。O50 60 70 80 90 100(mmHg)0 10第三节缺氧的原因和类型(Classification of Etiology)1一乏氧性缺氧一一肺吸入气中氧分压降低通气、换气功能障碍 一静脉血分流入动脉 血红蛋白含量减少-供氧不足一血液性缺氧一L血红蛋白结构、功能异常P全身循环功能障碍循环性缺氧一局部循环功能障碍P 呼吸酶合成减少-用氧障碍 组织性缺氧 线粒体损伤线粒体功能受抑制缺氧的相%念（hypoxia）:概念：一干组织氧供应减少或供对氧的利用障 碍，不能满足机体需要，而引起机体代谢、机 能、以至形态结构组化的病理过程称为缺氧C工 Hypoxia:absence of oxygen in tissues.Anoxia:relatively complete absence of oxygen in tissues.Hypoxemia:a deficiency of oxygen in theblood缺氧无氧-低氧血症 一、乏氧性缺氧(HypoxicHypoxia)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，以致维2隆低，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)o（一）原因（causes）吸入气氧分压低-由于吸入气氧分压低，PAO2和Pa。2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 动脉血氧饱和度 血氧容量降低 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 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 正常或降低 皮肤粘膜 紫组(cyaiiosi概念：毛细血管血液中还原血红雷白浓度达到或超 过皿L时，可使皮肤和粘膜呈青紫色，称为 紫纵 缺氧不一定有发绢.发绢不一定有缺氧。当血红蛋白过多或过少时，发组与缺氧常不一致。例如 重度贫血患者，血红蛋白可降至50g/L(5g/dl)以下,出现严重缺氧，但不会发生紫组。红细胞增多病患者，血中还原血红蛋白超过 50g/L(5g/dl),出现发组，但可无缺氧症状。、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，或加纤串白结合的氧不易释中所 引起的缺氧，而导致组织缺氧。()原因(causes)贫血(anemia)单位容积血液内红细胞数和血红蛋白量减少一 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达至l15g/L时，皮肤、粘膜可出现青紫色，称为“肠源性发组”(enterogenous cyanosis)o碳氧血红蛋白血症(carboxyhemoglobinemia)血红蛋白与氧的亲和力异常增高(-)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 血氧容量 贫血性缺氧 降低高铁血红蛋白血症、碳氧血红蛋白血症 正常,动脉血氧含量 贫血性缺氧 正常高铁血红蛋白血症、碳氧血红蛋白血症 降低 动-静脉血氧差 降低 皮肤粘膜 贫血性缺氧 苍白高铁血红蛋白血症 咖啡色碳氧血红蛋白血症 樱桃红色反 三、循环性缺氧(CirculatoryHypoxia)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(hypok inetic 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)。缺田11件缺氧(ischemic hypoxia);(一)原因(causes)-缺血性缺氧淤血性缺氧(二)血氧变化特点公仪(characteristics of blood oxygen)动脉血氧分压 正常 动脉氧饱和度 正常 血氧容量 正常 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 增高皮肤粘膜易出现发 组2 四、组织性缺氧(HistogenousAnoxia)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。M(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腑乙膑巴比妥 鱼藤酮抗霉素A 苯乙双月瓜8-氢-羟基唾惭 蔡岷富化物 一氧化碳 硫化氢 叠氮化合物NADHFMNCoQcyt b cyt cl cyt c cyt aa 02琥珀酸FAD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。夕？(二)血氧变化特点q反(characteristics of blood oxygen)动脉血氧分压 正常 动脉氧饱和度 正常 血氧容量 正常 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 皮肤粘膜 鲜红各型缺氧的血氧变化和皮肤粘膜改变缺氧类型动脉血 氧分压动脉血 氧饱和度血氧容量动脉血7=曰 司m里动-静脉 血氧差皮肤粘膜乏氧性 缺氧(NN或I紫组血液性 缺氧NN苍白 咖啡色 樱桃红色循环性 缺氧NNNNf白组 苍发组织性 缺氧NNNN鲜红色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。又如心力衰喝，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。20-2.87 539-C W.72 57 533 80533 8O 1。-7 1%5正常 近氧分压（kPa）滑环性缺乳乏氧性缺找100阶6Q-46200血-15鼠-5 m1%2.67工初80加7组织性缺氧（中正）血氧饱和度(%一血泄住块钝（贡血）各型缺氧的血氧变化特点GeneFunction of proteinRegulated at level of:Ref.Transcription factorsHIFAHIFAaPrincipal hypoxic transcription factor Binding partner of HEF,-l/JProtein stability 27APA junStress responsive transcription lactor Binding partner of fbs in AP-1Transcription,mRNA stability 28NFkBStress responsive transcription lactorRelease of IkB inhibitory unit 29TP53Transcription factoi;tumour suppressor,Protein production?30Growth factorsEPORegulator of hypoxia-induced apoptosisRegulator of red blood cell productionTranscription,mRNA stability 31,32VEGFPrincipal angiogenic growth factor inTranscription,mRNA stabilityPD-ECGF/TFtiiniours,regulator of vessel permeability Angiogenic growth factor,enzyme3”35Protein production?36NOSecNOSactivates 5-fluorouracil(5-FU)Messenger molecule,regulator of vasodilation,cytotoxic defence Regulator of blood flowTranscription?37iNOSRegulator of blood flow,cytotoxicConstitutive?38Transcription 39-41ETAdefenceVasoconstrictorTranscription 42复HIF-1A C 4 成人下 体内J 细胞3 在缺3,转宗因FHb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1-1P50是指Hb氧饱和度为50%时的氧分压。代表了Hb与氧的亲和力。正常值：氧容量及126-27mmHg氧饱和度芨目-P50及正常值，第四节缺氧时机体的机能代谢变化(Functional and Metabolic Changes of the Body in Hypoxia)特点：i.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。2.代偿反应：轻、短。3,机能代谢障碍：重、长，代偿不全4-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，一、缺氧时机体的代偿性反应(Compensatory Responses)糖酵解增强毛细血管增生代谢酶类血管内皮(0红细胞 增多特定的氧.感受细胞HIF-1肺血管肺血管A收缩颈动脉体颈动脉体循环代偿肺通气-2午.J久居高原者较世居平原人颈动脉体大一,6.7倍；-慢阻肺比正常人大1倍;co?对耳 慢性低张性缺氧早期，颈动脉体增大,嗜钺小体的中心缩小，晕轮加宽，有时 整个嗜钺小体被空泡所取代；慢性缺氧 使之钝化肺通主动脉体 颈动脉体甄运动t 胸内负压t 静脉回流t肺血流量t 一氧摄取t心输出量t 氧运输t肺血管收缩一局部血流量通气/血流t肺动脉压t肺上部血流t特点(characteristics):i.肺通气量增加是对急性缺氧最重要的代偿性反应2.肺通气量增加的强弱存在个体差异；3.血液性缺氧和组织性缺氧因Pa。?不低，故呼吸一般 不增强；4.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A肺血管收缩毛细血管增生1、心输出量增加(Increase of cardiac output)化学感受器PaO2；蓝斑a呼吸运动Tl肺牵张反射交感N+_ 迷走N-静脉回流量T血管扩张 血压下降心血管中枢t压力感受器儿茶酚胺心率To2、血流分布改变(Bloodredistribution in systemic circulation)缺氧交感神 局部组织乳酸、腺甘经兴奋 等代谢产物堆积（血管收缩,I血管扩张,A皮肤、腹腔内脏心、脑小1)脑血管扩张，脑血流量增加(1)细胞外液pH下降；(2)缺氧时P()2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。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s-肾上腺素能受体占优势的小冠状 动脉扩张；局部代谢产物的扩张作用：缺氧-ATP|一腺昔f一腺甘脱氨酶活性I 一腺背T院3、肺血管收缩谭(Pulmonary vasoconstriction)主动脉体 颈动脉体肺血管收缩一局部血流量 f通气/血流t肺动脉压t肺上部血流t:缺氧引起肺血管收缩的机制交感神经-k a受体细胞膜对Na+、一 Na Ca?十一兴奋性一缩血管CM+通透性 内流 收缩性T 组胺-H1、白三烯、一 TXA2、PGF2a 肥大细胞肺泡巨噬细胞血管内皮细胞 f 组胺H2、PGI2、PGE1 一 扩血管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-腺背 血管内皮生长因子-细胞粘附分子整VEGF表达受到HIF-1的调控季VEGF的结构及其信号途径Protein kin38cs Phospholipases Transcnption fa不启动血管形成的分子基础R 一 Sprouting Capillary EndotMlum WBCXAngiogenic Stimulus)Inflammatory Mediators血管形成过程VASCULOGENESISHemangioblast【三,Vk/(ematopoiesis Endothelial cell e爵Pnmary vascular plexus u AngiogencstsANGIOGENESISVEGMFG Jt.Proteolysis C11L22.Mbgtation Q、Proliferation3_，一-3南氤”DifferentteUon(pencyte/SMC 血管形成AB3(三)血液系统(Hemi c 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 6xlO12/L(6xl06/mm3),Hb为210g/L(21g/dl)左右。当低氧血一近球小体一近球细胞一生成并释放(EP0),-EPOf-RBCT,一缺氧缓解，肾脏一EPOJ-红细胞增多可增加血液的氧容量和氧含量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_ DPGP呼碱-pH t-t/.;2,3DPG-Hbt 3-磷酸甘油酸“2 磷酸甘油酸2-磷酸烯醇式丙酮酸一丙酮酸f 乳酸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His 2(NA2)t Arg Hb Deer Lodge t Gin Hb Okayamia t Tyr Hb KukuotuiHim I43(H2!)t Arg Hb Abruxxo t(；ln Hb UttJe Rock t Pro Hb SyracuseVai KNAl)Lys B2(KF6)t Thr Hb Rflhcre t Met Hb HelsinkiHk2(NA2)His 143 0121)Vail(NAU(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、候鸟糖摄取葡萄糖能力的贮备反应能力HuRHIF-1ItmRNAAUUA660bp480bpGene 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。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。会二、缺氧时的机能代谢障碍 个(Injurious Responses)缺氧性细胞损伤(cell membrane injury)中枢神经系统的机能障碍(dysfunction of CNS)外呼吸功能障碍(Dysfunction of respiration)彳盾不省邯章6导(Dysfunction of circulation)（一）缺氧性细胞损伤1.细胞膜损伤2.线粒体损伤3.溶酶体损伤1、细胞膜的变化钙超载严重缺氧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、啃崩解、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A 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A血脑屏障受损 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。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01、肺动脉高压(PulmonaryG 履 arterial hypertention)机理：1.肺血管收缩反应2.平滑肌肥大，血管硬化3.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。yJ第五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、适应性运动第六节氧疗与氧中毒一、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。i）病因治疗：针对缺氧的病因进行治疗。2）纠正缺氧只要Pa。2低于8.OkPa均应及时氧疗。2、氧疗的机制1）提高肺泡气氧分压氧。2）2）提高血氧弥散速度3）提高动脉血氧饱和度i 3、氧疗的形式_口控制性氧疗（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。2 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。