导图社区 病理生理学6:缺氧思维导图
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编辑于2022-01-15 22:07:44缺氧
概述
缺氧定义
细胞组织氧供减少或者不能利用氧,而导致的代谢、功能、结构异常改变的病理过程
平静时人体需氧250ml/min,运动时可升高8-9倍,机体储氧量1500ml
常用的血氧指标
血氧分压PO2
定义
物理溶解与血液中的氧气所产生的张力,又称为血氧张力
正常值
动脉血:100mmHg
取决于吸入气的氧分压以及肺的通气与弥散功能
静脉血:40mmHg
取决于细胞和组织对氧的摄取和利用状态
血氧容量CO2max
定义
氧分压150mmHg
二氧化碳分压40mmHg
温度38℃
体外100ml血液中的Hb结合的氧气量
正常值
取决于血液中Hb的含量以及与氧气的结合能力
1gHb结合1.34ml氧气,正常成人的Hb含量为15g/dl,正常人血氧容量为20ml/dl
血氧含量CO2
定义
体内100ml血液实际结合的氧气量
取决于血氧容量和血氧分压
正常值
CaO2:19ml/dl
CvO2:14ml/dl
动静脉氧含量差CaO2-CvO2:5ml/dl
反应组织的摄氧能力,正常时为5ml/dl
血氧饱和度SO2
定义
血液中氧合血红蛋白占据总血红蛋白的百分数,约等于血氧含量与血氧容量的比值
主要受到氧分压的影响,二者之间的关系曲线为S形,称为氧离曲线
氧离曲线的影响因素:PH,温度,二氧化碳分压,红细胞内2,3-DPG
P50
表示SO2为50%时的氧分压
正常值
动脉血:95-98%
静脉血:70-75%
P50正常值:26-27mmHg
缺氧的原因、分类以及血氧变化的特点
供氧不足
低张性缺氧、乏氧性缺氧
定义
动脉血氧分压过低、血氧含量下降为特征的缺氧
原因
吸入气氧分压过低
高原、高空
通气不良的坑道、矿井等
吸入混合低氧气体
外呼吸功能障碍(呼吸性缺氧)
肺通气障碍
肺换气障碍
静脉血分流入动脉
先心病患者多见
血氧变化的特点以及缺氧的机制
动脉血氧分压降低
动脉血氧含量降低
动脉血氧容量不变或增高
急性低张性缺氧通常不变,慢性时由于红细胞和血红蛋白代偿性增多可出现增高
动脉血氧饱和度降低
低于60mmHg时会出现明显组织缺氧,SO2明显下降
动静脉氧分压差值减小或不变
急性低张性缺氧通常下降,慢性时由于组织利用氧的能力增强可以出现不变
血液性缺氧、等张性缺氧
定义
血红蛋白含量减少或者血红蛋白性质改变,导致携带氧量下降或者释放氧的能力下降,从而导致的缺氧
原因
血红蛋白含量减少
严重贫血
一氧化碳中毒
一氧化碳与血红蛋白的亲和力是氧气的200倍
一氧化碳与血红蛋白的一个亚基结合以后,可以增加其他三个亚基对氧气的亲和力,使得氧气更不容易释放
一氧化碳可以抑制红细胞内的糖酵解,使得2,3-DPG生成减少
高铁血红蛋白血症
发病原因
先天性常染色体隐性遗传病:先天缺乏NADH-高铁血红蛋白还原酶
肠源性发绀
食用大量含有硝酸盐的腌菜以后,硝酸盐会被肠道细菌转化为亚硝酸盐,亚硝酸盐吸收入血以后会导致皮肤、黏膜青紫色
磺胺类药物、过氯酸盐等
结果
正常血液中的高铁血红蛋白不超过2%,处于氧化还原的动态平衡中
病理状态下,当达到10%时出现缺氧症状,30-50%则严重缺氧
高铁血红蛋白的铁离子被氧化为三价铁,导致铁离子与羟基的结合变得更强,结合氧气的能力下降
同时,当某个亚基的铁离子被氧化以后,其他亚基的铁离子对氧气的亲和力增强,不利于血红蛋白释放出氧气
血红蛋白与氧的亲和力异常增加
输入大量库存血,库存血中2,3-DPG含量下降,导致与氧气结合力增强
输入大量碱性液体
血红蛋白病
血氧变化的特点以及缺氧的机制
特点
血氧容量下降是关键特点
血氧分压正常
血氧饱和度正常或者降低
当贫血或者血红蛋白与氧气亲和力增强时,血氧饱和度正常
一氧化碳中毒和高铁血红蛋白血症引起缺氧时,血氧饱和度降低
血氧含量减少
贫血患者动脉平均血氧分压下降,从而使得向组织的扩散力下降,动静脉氧含量差减少
血红蛋白与氧气亲和力增强引起的血液性缺氧较为特殊,其动脉血氧容量和氧含量可不降低,但是由于血红蛋白与氧气亲和力增强引起的血液性缺氧较为特殊,其动脉血氧容量差可小于正常
皮肤颜色
贫血——苍白色
CO中毒——樱桃红色
Hb与O2亲和力异常增高——鲜红色
高铁血红蛋白血症——棕褐色(咖啡色)或者类似发绀的颜色
循环性缺氧、低血流性缺氧、低动力性缺氧
定义
组织血流量减少使得组织供氧量减少而导致的缺氧
分类
动脉血灌流不足——缺血性缺氧
静脉血回流障碍——淤血性缺氧
原因
全身性循环障碍
心力衰竭和休克
局部性循环障碍
动脉硬化、血管炎、血栓形成和栓塞、血管痉挛或受压等
血氧变化的特点和缺氧的机制
血氧分压正常,动脉血氧饱和度正常
血氧容量和血氧含量正常
血液流经毛细血管的时间较短,因此动静脉血氧含量差增大,但是单位时间流经毛细血管的血流量减少,因此组织实际获得的氧是减少的,因而组织细胞缺氧
缺血性缺氧时,细胞组织苍白
淤血性缺氧时,细胞组织暗红色
用氧障碍
组织性缺氧
定义
在组织供氧正常的情况下,由于组织利用氧能力下降,而导致缺氧
原因
药物对氧化磷酸化的抑制
氰化物可以抑制细胞色素cyt aa3
2,4-DNP可以电子传递过程中泵出的质子不能经过ATP合酶的F0质子通道回流,而是通过细胞膜其他部位回流,从而导致膜电位的消除
呼吸酶合成减少
维生素B1是丙酮酸脱氢酶的辅助成分
维生素B2是黄素酶的组成成分
维生素B6是辅酶I和辅酶II的组成成分
线粒体损伤
高温、大剂量反射线照射、细菌毒素可损伤线粒体,引起线粒体功能障碍,ATP合成障碍
血样变化的特点及缺氧机制
动脉指标全部正常,静脉指标全部上升,动静脉氧含量差减小
患者皮肤可呈红色或玫红色
缺氧时机体的功能与代谢变化 (以低张性缺氧为例)
呼吸系统的变化
肺通气量增大
HVR:低氧通气反应
这是对急性缺氧最重要的代偿反应
机制
缺氧激活了化学感受器,进而兴奋呼吸运动
意义
可以把没有参加交换的肺泡调动起来,增大呼吸面积,提高氧气弥散
胸腔活动增大,负压增加,有利于回心血量增加,有助于气体交换和氧气在血液内的运输
进入高原以后肺通气量先增大再逐渐减小
初入高原,低氧刺激促进通气
通气后导致呼碱和低碳酸血症,抑制通气
肾脏逐渐排除多余的碳酸氢根,达到一个平衡,通气量增大
长此以往,外周化学感受器对低氧的刺激降低,通气反应逐渐减弱,这也是一种慢性的适应反应,因为通气量过大可加大呼吸肌对氧气的消耗
高原肺水肿HAPE
定义
少数人在进入2500m以上高原的时候,可因低压缺氧而发生一种高原特发性疾病,高原肺水肿,临床表现为呼吸困难、严重发绀、咳粉红色泡沫痰或白色泡沫痰,肺部有湿啰音等
机制
肺血管收缩,毛细血管内压增大
外周血管收缩,肺血流量增大
肺血管通透性增强
肺水清除障碍
上皮细胞钠水主动转运系统相关蛋白表达量降低,导致肺泡内钠和水的清除能力降低
中枢性呼吸衰竭
定义
动脉血氧分压小于30mmHg时,严重影响中枢的能量代谢,直接抑制呼吸中枢,导致肺通气减少
表现为呼吸抑制、呼吸节律和频率不规则、出现周期性呼吸甚至停止
类型
潮式呼吸(陈施呼吸)
呼吸逐渐增强增快,再逐渐减慢减弱,然后停止一段时间,周而复始
比奥呼吸
呼吸频率和幅度一定,一段时间后停止较长的时间,周而复始
循环系统的变化
心脏功能和结构变化
心率
HVR增强,呼吸运动增强刺激肺牵张感受器,反射性兴奋交感神经,使得心率加快,是机体对缺氧的一种代偿反应
严重缺氧可直接抑制心血管运动中枢,并引起心肌能量代谢障碍,使得心率减慢
心肌收缩力
初期交感神经兴奋,β-NAR受到刺激,心肌收缩力加强
严重时中枢抑制,心肌收缩力减小
心输出量
初期,心输出量增加,久居高原以后逐渐回降(同呼吸运动有一定的关系)
严重缺氧可导致心率减慢、心肌收缩力减弱、回心血量减少,心输出量减少
心律
严重缺氧时,心肌细胞膜通透性增大,细胞内钠离子增多,细胞外钾离子增多,导致静息电位抬高,兴奋性和自律性增高,传导性下降,常容易引发传导阻滞和异位心律
氧分压严重下降时,可通过颈动脉体反射性兴奋迷走神经,导致窦性心动过缓
心脏结构改变
久居高原或者慢阻肺患者,由于持久的肺动脉高压和血液粘稠度增加,右心室负荷加重,右心室肥大,严重时可发生心力衰竭
血流分布改变
缺氧时,心脏和脑部的血流增多,其他部位如皮肤、内脏、肾脏的血流量减少
机制
β-肾上腺素能受体分布密度不同
缺氧时儿茶酚胺分泌增多,激活β-肾上腺素能受体,皮肤内脏肾脏的受体密度大,更容易被激活而导致血管收缩
局部代谢产物的影响
心肌和脑组织在缺氧时会产生大量的腺苷、PGI2、乳酸等代谢产物,可促使局部毛细血管开放
不同器官血管对缺氧的反应性不同
脑和心脏血管平滑肌在缺氧时钙离子依赖的钾通道和ATP敏感性钾通道激活从而导致超极化,难以收缩,血流增多
而肺血管则相反,缺氧时钾离子通道关闭,导致细胞去极化,血管收缩
意义
重要的代偿意义
但过度也会导致头痛等高原反应
肺循环的变化
急性缺氧引起肺血管收缩,慢性缺氧引起肺血管壁结构重建,肺动脉高压发生
缺氧性肺血管收缩
HPV低氧性肺血管收缩
意义
减少氧分压小的肺泡的通气量,将通气量转移到功能强的肺泡去,从而增加动脉血的氧分压
肺尖部的气体多血流少,可使得血流向肺尖部流动更多,从而使得肺尖部的肺泡也能得到充分利用
过强可导致HAPE
机制
缺氧抑制肺血管平滑肌的钾通道
通过使得电压依赖钾通道关闭而使得平滑肌细胞收缩
通过使得电压依赖钙通道开放而使得平滑肌细胞收缩
任何钾通道开放剂以及钙通道阻滞剂可以使得平滑肌细胞舒张
缺氧时平滑肌产生更多的ROS
ROS激活RYR受体,使得肌浆网释放更多的钙离子,促进血管收缩
缩血管物质增多,舒血管物质减少
缺氧时,TXA2、内皮素、血管紧张素、5-HT等物质增多;NO、前列环素、肾上腺髓质素、ANP等减少
交感神经兴奋
交感神经兴奋可激活肺小动脉表面的α-肾上腺素受体,导致小动脉收缩
缺氧性肺动脉高压
HPH缺氧性肺动脉高压
表现
无肌型小动脉肌化,动脉中层平滑肌增厚,管腔狭窄
肺血管中胶原纤维和弹性纤维增加,从而使得管壁变硬
由长期的收缩所导致,可造成右心室肥大和衰竭,是高原心脏病发生的中心环节
机制
长期缺氧可导致肺血管细胞中Kv的α亚单位表达下降,从蛋白水平上减少其开放,介导血管收缩;钙离子进入细胞增多还可以促进平滑肌细胞的增殖
ROS产生增多可激活RhoA和Rho激酶,增加肌球蛋白轻链的磷酸化水平,进而介导收缩,且RhoA可与HIF-1α一同上调多种基因的表达
缩血管物质增多,舒血管物质减少,除了收缩血管意外还可以导致平滑肌纤维增殖、ECM沉积德国
肺血管长期收缩可在细胞骨架水平上应力诱导细胞结构的重塑
组织毛细血管增生
尤其是心脏和脑增生更为显著
机制
HIF-1表达增多,启动VEGF转录,促进毛细血管增生
ATP生成减少,腺苷增多,刺激血管生成
血液系统的变化
红细胞和血红蛋白增多
缺氧刺激肾小管旁间质细胞产生更多的EPO
EPO通过调节红系的增生和分化,抑制前体细胞的凋亡来增加红细胞数量
高原红细胞增多症
红细胞和血红蛋白增多太多,可导致血液黏度增加,导致微循环障碍,加重组织细胞缺氧,从而容易导致血栓性形成等并发症,出现头痛、头晕、失眠等症状
红细胞内2,3-DPG增多,红细胞释放氧的能力增强
作用
2,3-DPG与脱氧血红蛋白结合,从而使其空间结构稳定,不容易结合氧气
2,3-DPG本身为酸性,增多可通过玻尔效应促进氧气释放
机制
2,3-DPG含量主要决定因素
糖酵解速度
DPGM和DPGP的活性
2,3-DPG与血红蛋白的结合量
生成增加
2,3-DPG更多结合于脱氧血红蛋白,游离减少,因此使得2,3-DPG对PFK和DPGM的活性抑制作用减弱
如果过度通气,可引起呼碱,只是PH增高,激活PFK和DPGM活性
分解减少
PH增高可抑制DPGP的活性,使得2,3-DPG分解减少
中枢神经系统的变化
急性缺氧时头痛、思维能力降低
慢性缺氧时注意力不集中等
形态变化
脑细胞水肿、间质水肿、变形坏死
机制
脑血管扩张
脑组织能量代谢紊乱
血管内皮细胞损伤
组织、细胞的变化
代偿适应性变化
细胞利用氧的能力增强
线粒体的改变
数量、表面积、酶
糖酵解增强
ATP减少,PFK活性增加
载氧蛋白表达增加
肌红蛋白、胞红蛋白、脑红蛋白等
低代谢状态
糖、蛋白质合成减弱,减少氧消耗
损伤性变化
细胞膜损伤
钠泵功能降低
水钠潴留,细胞水肿
细胞膜对钙离子通透性增高
钙离子可抑制线粒体呼吸功能,使得膜磷脂分解
激活钙离子依赖的蛋白水解酶,使得黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶,增加ROS生成
线粒体损伤
形态:肿胀、嵴断裂、外膜破裂、基质外溢
化学反应:ROS增多
钙超载,形成磷酸钙沉积,抑制ATP生成
溶酶体损伤
激活磷脂酶,分解膜磷脂
缺氧治疗的病理生理基础
防治原发病
氧疗
吸入氧分压较高的空气或纯氧的治疗方法
对各种类型缺氧都有一定的疗效
低张性缺氧
提高动脉血氧分压、提高肺泡气氧分压、提高血氧含量和氧饱和度
血液性缺氧、循环性缺氧
可提高动脉血氧分压
CO中毒还可以与CO竞争性结合HB
组织性缺氧
效果较差
防止氧中毒
长时间吸入氧分压过高的气体可引起组织、细胞损害,称为氧中毒
与ROS有关