hypoxia缺氧【病理生理】.ppt

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Oxygen consumption=Ca-vO,2,X tissue blood flow,氧的获得和利用,Concept of hypoxia,Hypoxia refers to a deficiency of oxygen in either,the delivery,or,the utilization,at the tissue level,which can lead to changes in function,，,metabolism and even structure of the body.,指,组织,供氧减少,或,用氧障碍,，从而引起其代谢、功能以致形态结构发生异常变化的病理过程。,第一节,常用血氧指标及其意义,1.血氧分压,(partial pressure of oxygen,PO,2,),Oxygen dissolved in plasma form an oxygen tension,物理溶解的,O,2,产生的张力(氧张力),正常值,PaO,2:,100 mmHg,吸入气,P,A,O,2,外呼吸功能,PvO,2:,40 mmHg,组织摄氧和用氧的能力,影响因素,4.,oxygen saturation,SaO,2,（氧饱和度,）,正常值,动脉血,93-98%;,静脉血,70-75%,取决于 氧分压,两者的关系可用氧解离曲线表示,(,血,氧含量,溶解的氧量,),血,氧容量,SaO,2,(%),100%,C,O2max,氧分压与氧饱和度的关系,氧解离曲线,20,40,60,80,100,20,40,60,80,100,氧,饱,和,度,%,氧分压,(mmHg),pH,2,3DPG,CO2,T,pH,2,3DPG,CO2,T,P50:,反映,Hb,与氧亲和力的指标。,SO2,为,50%,时的,PO2,。,P50,增大，,Hb,与氧的亲和力减小。,P50,表.氧 解 离 曲 线 的 特 点,PO,2,SO,2,(%),线形 意义 部位 特点,上段 60100 9097.4 平坦,Hb,与,O,2,结合 肺,PO,2,变化,对,SO,2,影响不大,中段 4060 7590 较陡,HbO,2,释放02 安静,PO,2,100,40,组织,100,ml,血液释放,O,2,5,ml,下段 15 40 22 75 陡,Hb,与,O,2,解离 活动增,PO,2,略降,SO,2,强组织 供给组织足够,的,O,2,Blood Oxygen is important index reflexing supply of O2 to tissue and tissue,s consumption of O2,PaO,2,:,partial pressure of blood,oxygen,CO,2max:,oxygen binding capacity,CaO,2,:,oxygen content,SaO,2,:,oxygen saturation,D(,CaO,2,-,CvO,2,):the arterio-venous difference,capacity,第二节 缺氧的类型、原因和发病机制 （重点）,（一）低张性缺氧,(hypotonic hypoxia),（二）血液性缺氧,(hemic hypoxia),（三）循环性缺氧,(circulatory hypoxia),（四）组织性缺氧,(histogenous hypoxia),Classification of hypoxia (,缺氧的类型),O,2,CaO,2,Hb,O,2,CaO,2,供氧过程,利用氧,低张性缺氧,血液性缺氧,循环性缺氧,组织性缺氧,CvO,2,Blood,血,肺,v.,主,a.,腔,v.,肺,a.,CvO,2,PaO,2,一、乏氧性缺氧,（,hypoxic hypoxia),概念：以动脉血氧分压（,Pa,O2,）降低为基本特征的缺氧称为乏氧性缺氧，又称低张性缺氧（,Hypotonic Hypoxia,）。,hypotonic hypoxia refers to decreased PaO,2,making CaO,2,reduced and causing an inadequate supply of O,2,to tissue.,由于动脉血氧分压降低，使氧含量减少，组织供氧不足,Hypoxia=?=hypoxemia,Hypoxemia:PaO2,60,mmHg,1.,原因与机制,(1),外环境氧分压过低,decreased PO,2,in inspired air:,见于登上高山等、通气不良的矿井等,(2),外呼吸功能障碍,external respiratory dysfunction:,见于肺通气功能障碍、肺换气功能障碍,(3),静脉血分流入动脉,shunting of venous into arterial blood:,见于有右向左分流的心脏病,室间隔缺损,伴肺动脉高压,右向左分流,Altitude air pressure PairO,2,P,A,O,2,(m)(mmHg)(mmHg)(mmHg),Sea level 760 159 105,1000 680 140 90,2000 600 125 70,3000 530 110,62,5000 405 85 45,366 74 40,8000 270 56 30,外环境氧分压过低,left-toright shunt,right-to-left shunt,Ventricular,septal,defect,Ventricular,septal,defect with pulmonary artery constriction,ventricle,atrium,aorta,3.,血氧指标的变化,2,组织缺氧的机制,PaO,2,毛细血管,PO,2,向细胞弥散速度,A-V,氧含量差,PaO,2,CaO,2,SaO,2,CO,2max,D(CaO,2,-CvO,2,),4.,皮肤粘膜:,发绀,Concept of Cyanosis (,发绀),Average deoxygenated,Hb(HHb,),in the blood capillary,is increased by,more than 5g/dl,(gram/deciliter),which make the,skin and mucosa,such as lips,nailbeds,appear,bluish,discoloration.,毛细血管中的脱氧,Hb,平均浓度超过5,g/dl,皮肤粘膜青紫色,The relationship between hypoxia and cyanosis,1.Cyanosis is an appearance of hypotonic and circulatory hypoxia,2.Severe anemia does not appear cyanosis,3.A person with polycythemia(,红细胞增多症),or in cold environment may have cyanosis though hypoxia is absent at this time,二 血液性缺氧,（,hemic hypoxia,）,概念：由于血红蛋白数量减少或性质改变，以致血液携带氧的能力降低或血红蛋白结合的氧不易释出而引起的缺氧称血液性缺氧（,hemic hypoxia).,hemic hypoxia refers to the altered quantity/quality （the affinity for O,2,）of hemoglobin(Hb),resulting in tissue hypoxia.,血液性缺氧的特征性血氧变化是血氧容量降低。,1,血红蛋白（,Hb,）是由两对珠蛋白肽链和,4,个亚铁血红素构成。珠蛋白,4,条肽链（,、,链）；亚铁血红素：原卟啉、铁。,2,特点：（,1,）正常情况下，,99%Hb,为还原,Hb,（,HbA,），,1%,为高铁,Hb,（,HbF,）。（,2,）只有,Fe2+,状态的,Hb,才能与氧结合，称为氧和血红蛋白。,原因与机制,:,The decreased quanity of Hb:,The altered quality of Hb:,anemia,CO poisoning,CO,中毒,Methemoglobinemia,高铁血红蛋白血症,The hypoxic mechanisms of CO poisoning,The affinity of,Hb,for CO is much higher than its,Affinity for O,2,(,Hb,与,CO,的亲和力比,O,2,高,210,倍,),CO induce the HbO,2,dissociation curve shifting,to the left because CO inhibit,glycolysis,within,RBC,which reduce the production of,2,3,DPG,therefore impaired ability to unload O,2,in the tissue,CO,能抑制红细胞内糖酵解，使,2,3,DPG,减少，,氧解离曲线左移,.,The hypoxic mechanisms of Methemoglobinemia,Fe,3+,不能携氧,Fe,2+,-O,2,不能解离,HbFe,3+,OH,1.,HbFe,3+,OH lose the ability of Hb carrying O2 because the Fe,3+,in Hb combine with OH tightly.,2.,HbFe,3+,OH make the HbO2 dissociation curve shift to the left,therefore impaired the ability to unload O2 in the tissue.,高铁血红蛋白血症,（,Methemoglobinemia,MHb,）,HbFe,2+,HbFe,3+,OH,氧化剂,亚硝酸盐,肠源性发绀,高铁血红蛋白血症最常见于亚硝酸盐中毒，如食用大量含硝酸盐的腌菜后，硝酸盐在肠道细菌作用下还原为亚硝酸盐，大量吸收入血后，导致高铁血红蛋白血症。,若因进食导致大量血红蛋白氧化而引起的高铁血红蛋白血症，,皮肤、粘膜可出现青紫颜色，,又称肠源性发绀,enterogenous cyanosis,。,2,组织缺氧的机制,组织缺氧,A-V,氧含量差,Hb,与,O,2,亲和力增强，,O,2,不易释出！,贫血,PaO2,CaO2,N,氧分压降低快,毛细血管血液和组织细胞氧分压梯度,PaO,2,CO,2max,CaO,2,SaO,2,D(CaO,2,-CvO,2,),3,血氧指标的变化：,4,皮肤颜色,贫血 苍白,CO poisoning,Cherry color,樱桃红色,Methemoglobinemia,Coffee color,概念：因组织血流量减少引起的组织供氧不足称为循环性缺氧,又称为低动力性缺氧。,circulatory hypoxia(,hypokinetic hypoxia,)is due to the inadequate blood flow,causing the decreased O,2,supply to tissue.,特征性的血氧变化是静脉血氧含量降低，动,-,静脉血氧含量差增大。,三 循环性缺氧,Circulatory hypoxia,循环性缺氧还可分为缺血性缺氧和淤血性缺氧。,缺血性缺氧：由于动脉压降低或动脉阻塞造成的组织,灌流量不足。,淤血性缺氧：静脉压升高使血液回流受阻，毛细血管床,淤血造成的组织缺氧。,Causes:,generalized,(全身性血液循环障碍,),：心力衰竭、休克,localized,(局部性血液循环障碍,),：栓塞、血栓形成、血管病变,。,3,血氧变化特点,4,皮肤颜色,缺血的组织苍白,淤血的组织发绀,2,组织缺氧机制：单位时间流经组织血量,、氧供,动脉血氧指标正常，,静脉血氧含量降低，,动,-,静脉血氧含量差增大。,PaO,2,CaO,2,SaO,2,CO,2max,D(CaO,2,-CvO,2,),四 组织性缺氧,(histogenous hypoxia),概念：在组织供氧正常的情况下，因细胞不能有效地利用氧而导致的缺氧称为组织性缺氧。,histogenous hypoxia results from the inability of cells to utilize the O,2,being delivered to the cells.,Cyanide poisoning,氰化物中毒,Histointoxiation,组织细胞中毒,Mitochondrial injury,线粒体损伤,Disordered synthesis of respiratory enzyme,呼吸酶合成障碍,CN,-,与线粒体中氧化型,细胞色素氧化酶上的,铁原子结合，使其不,能还原，失去传递电子,的功能，呼吸链中断,Serious deficiency of Vit B1,PP,某些维生素的严重缺乏,1.,原因与机制,呼吸链及氧化磷酸化抑制剂作用环节示意图,4.,血氧变化的特点,3.,皮肤颜色,HbO,2,鲜红色或玫瑰色,2.,缺氧机制：组织用氧障碍,静脉血氧含量增高，,动,-,静脉血氧含量差降低,PaO,2,CaO,2,SaO,2,CO,2,D(CaO,2,-CvO,2,),各型缺氧血氧变化的特点,CO,2max,PaO,2,CaO,2,SaO,2,CO,2,(a-v),血液性,N,N,N,N,N,低张性,循环性,N,N,N,N,N,N,N,N,组织性,It must be emphasized that hypoxia seen in clinics is usually a,mixed,hypoxia.,失,血,性,休,克,失血,循环障碍,shock lung,肺功能衰竭,内毒素血症,hemic hypoxia,circulatory h.,hypotonic h.,histogenous h.,bleeding,shock,在休克晚期，因严重缺氧、酸中毒和经肠道吸收的内毒素等均可损伤细胞线粒体的功能,第三节,缺氧对机体的影响,functional and metabolic changes,由于各种类型缺氧所引起的变化既相似，又各具特点.,先代偿后障碍低张性缺氧为例,说明缺氧对机体的影响。,缺氧对机体的影响取决于缺氧的,程度、速度、持续时间和机体的功能状态,。,In general,mild and moderate hypoxia are characterized by compensatory responses.In severe hypoxia with incomplete compensation,the main changes are organic dysfunction.,The bodys mains main compensatory response during acute hypoxia is characterized by respiratory and circulatory system.,轻中度缺氧、慢性缺氧、缺氧持续短及机体心肺功能正常可引起机体代偿性反应，反之，机体代偿不全或来不及代偿时易出现代谢功能障碍，甚至死亡,（一）,Alteration of respiratory system,呼吸系统,compensatory response,代偿反应,损伤性变化,The major,compensatory response,during mild and moderate hypotonic hypoxia is increase in pulmonary ventilation volume.,呼吸深、快，,肺通气量增加,，吸入氧增加,PaO,2,60mmHg,颈动脉体,主动脉体,化学感受器,反射,呼吸,深、快,胸廓运动,胸腔负压,特点：,急性缺氧,有效，伴有,PaO,2,降低者明显,促进静脉回流,心排出量,PaO,2,PaCO,2,肺通气量增加,保证重要器官的血液供应,慢性缺氧，外周化学感受器敏感性降低,PaO,2,60mmHg,carotid,aortic,Chemoceptor,+,Reflexly excite,Respiratory center,P,A,O,2,PaO,2,PaCO,2,In favor of increasing in,blood transportation of O2,hyperpnea,Alveolar,hyperventilation,Thoracic movement,Intrathoracic negative pressure,Mechanisms,Venous return,Cardiac output,Lung blood flow,损伤性变化,高原肺水肿：,Acute hypotonic hypoxia results in high land edema.e.g.rapidly ascending to 4000m highland,acute lung edema may be occurred within 1-4 days.The patients appear,dyspnea,cough and cyanosis etc.,机制不清。,缺氧引起,容量,血管收缩，回心血量增加，肺血量急剧增加，肺毛细血管压力升高,缺氧血管内皮的损伤使毛细血管的通透性增加,肺动脉收缩,中枢性呼吸功能衰竭,PaO,2,过低30,mmHg,抑制呼吸中枢：呼吸抑制，呼吸节律和频率不规则，肺通气量减少,PaO230mmHg,抑制呼吸中枢中枢性呼吸衰竭,compensatory response,代偿反应,circulatory,dysfunction,（二）,Alteration of circulatory system,循环系统,compensatory response,循环系统的代偿反应,Increase cardiac output,，心输出量增加,Redistribution of blood flow,，血流分布改变,Pulmonary,vaso,-constriction,，肺血管收缩,Capillary hyperplasia developed during chronic hypoxia,毛细血管增生,1,）心输出量增加,(Increase of cardiac output),缺氧,交感神经兴奋,心率,心收缩力,呼吸,静脉回流,2.,血流重分布,Blood flow redistribution,缺氧,交感兴奋,代谢产物,皮肤内脏血管收缩,心、脑血管扩张,代偿意义：保证缺氧时心、脑的血氧供应。,Ca,2+,内流,3,）肺血管收缩,pulmonary vasoconstriction,缺,氧,交感兴奋,维持,V/Q,正常,肺动脉高压,缩血管物质,肺,血,管,收,缩,电压依赖性钾通道介导的细胞内钙升高,4,）,毛细血管增生,(capillary proliferation):,长期缺氧时，细胞生成缺氧诱导因子增多，诱导,VEGF,等基因高表达，毛细血管增生。,损伤性变化,injured manifestations,1.,肺动脉高压肺源性心脏病右心衰,（,Pulmonary arterial hypertension),2.,心肌舒缩功能障碍,（,Decrease of myocardial contractility,）,3.,心律失常Arrhythmia,）,4.,回心血量减少（,Reduced venous return,）,慢性肺源性心脏病,compensatory response,代偿反应,损伤性变化,（三）血液系统的变化,hematologic system,代偿性反应,compensatory response,1.,红细胞,Increase of RBC,骨髓,造血,RBC,慢性,缺氧,携氧,储血入循环,红细胞,不利：血液粘度增加，增加心脏负担,低氧血流经肾脏刺激肾小管旁间质细胞,生成促红细胞生成素,急性缺氧交感神经兴奋肝脾血管收缩,2.,氧离曲线右移，红细胞向组织释放氧的能力增强。,主要原因,2,3-DPG,糖酵解,2,3-,DPG,乳酸,PH,Hb,与,O2,的亲和力,释放氧增加,氧离曲,线右,移,氧,缺,不利：肺内的气体交换，若,PAO,2,60mmHg,，,氧离,曲线右移使血液通过肺泡时结合的氧减少，失去代偿意义,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,ATP,磷酸果糖激酶（）,ADP,1,6-二磷酸果糖,磷酸二羟丙酮,3-磷酸甘油酸,1，3-二磷酸甘油酸,DPGM(,),2，3-,DPG,DPGP(,-,),3-磷酸甘油酸,DDPGP(,-,),2-磷酸甘油酸,丙酮酸,乳酸,（）,（）,1 HHb,2,缺氧,通气过度,呼碱,pH,(,),生成,分解,HbO,2,2，3-,DPG(2,3di-phospho-glyceric acid),bine with Hb,causing that Hb cannot combine with O2,b.reduce the pH within RBC,shifting O2Hb curve to the right,Hb-O,2,dissociation curve,(氧合血红蛋白解离曲线,),15,40,60,20,40,60,80,100,2,3-,DPG,H,CO,2,温度,2,3-,DPG,H,CO,2,温度,PO,2,mmHg,SO,2,%,Fig.,氧合血红蛋白解离曲线,P,50,means the O,2,pressure required to saturate 50%of the Hb.(26-28mmHg),The brain is extremely sensitive to hypoxia.,CNS,耗氧量大，对缺氧不耐受，尤以灰质更敏感,缺氧对,CNS,的作用基本上表现为损伤。,（四）,The effects of hypoxia on CNS,急性：头痛、激动、记忆力下降等；,慢性：疲劳、嗜睡、注意力不集中等；,严重：烦躁、惊厥、昏迷、脑水肿、死亡。,缺氧对,CNS,的损伤机制较复杂！,（五）,Changes in tissues and cells,compensatory response代偿反应,Hypoxic cellular damage,损伤性变化,Compensatory response,(,组织细胞的适应),组织细胞利用氧的能力增强,To enhance cell,s capability for use,of O,2,during chronic hypoxia,无氧酵解增强,To enhance anaerobic,glycolytic,process,肌红蛋白增加（储存氧）,to increase,Myoglobin,in muscles cells,细胞处低代谢状态,in,low metabolic states,以获取维持生命活动必须的能量,慢性缺氧时细胞内线粒体的数目和膜的表面积均增加,呼吸链中的酶如琥珀酸脱氢酶，细胞色素氧化酶可增加，使细胞的内呼吸功能增强,组织细胞,慢性,（1）线粒体密度,尽可能利用多一点氧。,（2）无氧酵解,尽可能产生多一点,ATP。,（3）肌红蛋白,尽可能储备多一点氧。,代偿性反应的细胞分子机制,缺氧诱导表达的基因,（转录因子,HIF-1a,、调节代偿反应的因子,EPO,、增强糖酵解的相关酶类、其他代谢酶类）,2.,缺氧诱导,基因表达的调控机制,低氧抑制细胞内脯氨酸残基的羟化作用，后者启动降解过程；,HIF-1a,被羟化酶的翻译后修饰被认为是细胞内受低氧调控的主要机制。,hypoxia-inducible factor-1(HIF-1)pathways,Hypoxic cellular injury,(,缺氧性细胞损伤),细胞膜,membrane,的变化,能量不足，膜电位下降,Na,H,2,O,K,Ca,2,Na,内流,Influx,，细胞肿胀,K,外流,efflux,，细胞内合成代谢障碍，酶生成减少，影响,ATP,和离子泵功能,缺氧，膜通透性增加，使,Ca,2,内流，抑制线粒体呼吸功能，激活磷脂酶促使自由基生成，膜磷脂降解，细胞损伤加重,轻度缺氧早期，线粒体功能加强,严重缺氧，线粒体外用氧障碍,进一步影响线粒体呼吸功能,线粒体,mitochondral,的变化,形态变化：肿胀，嵴崩解，外膜破碎，基质外溢,缺氧，酸中毒，胞内游离,Ca,2,增加，使磷脂酶活性增高，溶酶体膜损伤，肿胀，破裂，溶酶体酶释放，组织溶解，坏死,溶酶体,lysosomal,的变化,机能代谢改变,(4),组织细胞,严重 细胞损伤,（1）细胞膜,ATP,钠钾泵,Na,+,内流,细胞水肿,K,+,外流,代谢障碍,钙泵,Ca,+,内流,组织损伤,（2）线粒体呼吸功能,（3）溶酶体破裂,.,Factors involved in tolerance to hypoxia,影响机体对缺氧耐受性的因素,Metabolic consumption of O2,rate,MR,in the body,代谢耗氧率：基础代谢高，如发热，甲亢的患者，对缺氧的耐受性低。实际应用：低温麻醉，煤矿倒塌后,The body,s compensatory ability,机体的代偿能力：,代偿反应存在显著的个体差异-各人对缺氧的耐受性是不同的，有心肺疾病及血液病者对缺氧耐受性低,代偿能力是通过锻炼提高的-运动员，登山爱好者,第四节 缺氧治疗的病理生理学基础,主要是消除病因和纠正缺氧。,Oxygen therapy and Oxygen intoxication,氧疗与氧中毒,氧疗,对低张性缺氧效果好，但也可改善循环性缺氧等的表现,CO,中毒高压氧仓治疗效果也好。但是，治疗过程中要注意氧过量，发生氧中毒,氧中毒：0.5大气压以上的氧对细胞有毒性作用，引起氧中毒。,主要分两型：肺型和脑型氧中毒，而脑型氧中毒要注意与缺血性脑病区别。,氧中毒的发生主要取决于氧分压而不是氧浓度，但是长期高浓度的氧也致病，如新生儿视网膜病变引起失明。,一般认为：氧中毒时细胞受损的机制与活性氧的毒性作用有关。,