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北京大学医学部病理生理教研室 杨吉春

第五章 缺氧. (Hypoxia). 北京大学医学部病理生理教研室 杨吉春. 杨 吉 春 1993 – 1997 北京大学生命科学学院 本科 生物化学和分子生物学 1997 – 2002 北京大学生命科学学院 博士 糖尿病转基因治疗研究 2003 – 2006 美国宾夕法尼亚大学（ UPenn ）医学院 博士后：糖尿病基础研究 2006.6 – 至今 基础医学院生理与病生理系 副教授 82805131 (O); yangj@bjmu.edu.cn. 第一节 概述.

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  1. 第五章 缺氧 (Hypoxia) 北京大学医学部病理生理教研室 杨吉春

  2. 杨 吉 春 1993 – 1997 北京大学生命科学学院 本科 生物化学和分子生物学 1997 – 2002 北京大学生命科学学院 博士 糖尿病转基因治疗研究 2003 – 2006 美国宾夕法尼亚大学（UPenn）医学院 博士后：糖尿病基础研究 2006.6 – 至今 基础医学院生理与病生理系 副教授 82805131 (O); yangj@bjmu.edu.cn

  3. 第一节 概述 (General introduction)

  4. 喀麦隆尼欧斯湖

  5. 喀麦隆尼欧斯湖 → Killer Laker • 1986年，温柔的尼欧斯湖露出了其凶悍的面目，在短短几个小时之内吞噬掉了1800条生命，以及无数的牲畜。一位目击者会议说：一位目击者回忆说：“当时我正往下面走，我要去尼欧斯湖。  可到了那里，才发现根本没有人了――他们全都死了！”另一人说：“我去了保健中心，可病房里哪还有活人？！”还有人说：“我只能站在死人堆中，因为房前屋后、里里外外都是死人，还有牛、狗……全是死的！我简直惊呆了，我数了一下，我们家56人中就死了53个！”

  6. 氧气的获得和利用 • 外呼吸 • 氧气在血液中运输 • 内呼吸 （组织利用氧）

  7. O2 CO2 O2 CO2 O2 CO2 肺换气 肺通气 外呼吸

  8. 组织细胞 左心室 O2 动脉 右心室 CO2 组织细胞 静脉 气体在血液中的运输

  9. O2 O2 CO2 CO2 内呼吸: 组织摄取氧的过程

  10. 缺氧的概念 组织从外界摄取氧过程中任何环节出现问题都可能导致供应组织的氧不足或组织利用氧障碍，会使机体发生功能、代谢、形态结构改变等病理变化。 供氧↓ 用氧↓ 缺氧

  11. 血氧指标 临床上常用来反映氧代谢的一些指标

  12. 100 mmHg PaO2 正常值 吸入气 PO2 外呼吸功能 一、血氧分压 (Partial pressure of oxygen, PO2) 定义: 溶解于血中的氧所产生的张力。 PaO2和PvO2。(Arterial， Vein） PO2＝ 21％ x 当地大气压

  13. 0.31 ml/dl 物理溶解量 Hb携氧容量 1.34 ml/g x 15g/dl = 20 ml/dl 血氧容量  影响因素: Hb携氧容量 Hb的质和量 二、血氧容量 (Oxygen capacity) 定义: 100 ml血液在最适条件下被氧充分饱和时的极限带氧量。（物理溶解＋Hb携带氧）体外最适条件：38C、150mmHg氧气和40mmHg CO2。

  14. 三、血氧含量 (Oxygen content) 定义: 正常情况下，血液的实际带氧量往往达不到其极限容量，所以就将体内100ml血液的实际带氧量定义为血氧含量 影响因素: Hb的质和量；PaO2

  15. O2 O2 O2 O2 O2 动静脉血氧差 定义: 动脉血氧含量-静脉血氧含量，反映组织对氧的摄取和利用能力。 19ml/dl 14ml/dl A V 5ml/dl

  16. 血氧含量-溶解的氧量 • 血氧容量 100% = 四、血氧饱和度 (Oxygen saturation) 定义: 指Hb （Hemoglobin）结合 氧的百分数 影响因素: PaO2 SaO2为95－97％，SvO2为75％

  17. 100 氧 饱 和 度 % 80 60 40 20 20 40 60 80 100 氧分压 (mmHg) 氧分压与氧饱和度的关系—— 氧离曲线 pH ↑ 2,3DPG ↓ Tem ↓ pH↓ 2,3DPG↑ Tem ↑

  18. 第二节 缺氧的原因和发生机制 (Causes and mechanisms of hypoxia)

  19. 缺氧的类型 1.低张性缺氧 2.血液性缺氧 3.循环性缺氧 4.组织性缺氧

  20. 一、低张性缺氧 Pilots and mountain-climbersare at the greatest risk! (Hypotonic hypoxia) 定义: PaO2↓,动脉血供应组织的O2不足 原因: • 吸入气中PO2过低 • 外呼吸功能障碍 • 静脉血分流入动脉

  21. Fallot四联症模式 肺动脉高压

  22. Military use of hypotonic hypoxia 当温压弹爆炸时，燃烧耗氧使爆心周围的氧分亚降低到正常值的1/3 (相当于海拔>8000m)，同时燃烧产生的CO等气体会共同促使人体极度缺氧，在数分钟内窒息死亡。

  23. 低张性缺氧血氧指标的变化 PaO2 血氧容量 血氧含量 SaO2 A-V血氧差 ↓ — or↑ ↓ ↓ ↓

  24. HbO2 HHb ≤2.6g/dl ≥5g/dl 正常 缺氧 发绀 (cyanosis) 毛细血管中脱氧血红蛋白≥5g/dl，使皮肤、粘膜呈青紫色

  25. 二、 血液性缺氧 (Hemic hypoxia) 定义: 由于Hb是氧气运输的主要载体， Hb数量↓或性质改变会导致的供氧不足 PaO2不变，又称等张性低氧血症

  26. 原因: • Hb数量减少:贫血 • Hb性质改变: 1. CO 中毒 Hb + CO → HbCO Hb + O2 → HbO2 机制：①Hb与CO亲和力>>Hb与O2亲和力 ② CO能抑制红细胞内糖酵解→2，3- DPG生成↓→氧离曲线左移→HbO2 中的氧不易释出→组织缺氧

  27. Fe3+ Fe3+ Fe2+ Fe2+ 氧化 Fe3+ Hb-Fe2+ Fe3+ （棕褐色） HbFe3+OH Fe2+ Fe2+ 还原 Hb: 22 Hb: 22 2.高铁血红蛋白血症 （methemoglobinemia) 当高铁血红蛋白浓度达到3g/dl时，皮肤即出现明显的发绀现象。由于原因为服食的硝酸盐或亚硝酸盐所致，所以成为肠源性发绀。

  28. 血液性缺氧血氧指标的变化 SaO2 PaO2 血氧容量 血氧含量 A-V血氧差 — ↓ ↓ — ↓

  29. 三、循环性缺氧 (Circulatory hypoxia) 定义:血液循环发生障碍，组织供血量下降所引起的缺氧.

  30. 皮肤苍白 皮肤发绀 动脉 静脉 毛细血管供血不足 动脉 静脉 毛细血管内淤血 原因: • 缺血 • 淤血

  31. 19ml/dl 12ml/dl O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 O2 A V 7ml/dl 循环性缺氧血氧指标的变化 PaO2 血氧容量 血氧含量 SaO2 A-V血氧差 — — — — ↑ 供应组织血量不足，弥散到细胞中的总氧量仍不能满足需要而缺氧。 正常时供氧：5dl/min x 5ml/dl = 25 ml/min 循环缺氧时供氧：3dl/min x 7 ml/dl = 21 ml/min

  32. 四、组织性缺氧 (Histogenous hypoxia) 定义: 组织细胞利用氧障碍所引起的缺氧

  33. 原因: • 组织中毒:氰化物、硫化物 呼吸链受阻→组织不能利用氧 • 呼吸酶合成障碍: 维生素缺乏 • 线粒体损伤: 放射线、细菌毒素

  34. 四种缺氧类型血氧指标的变化比较  N or    N or  N    N N N  N N N  N N

  35. 失血 Hb 血液性缺氧 循环障碍 循环性缺氧 低张性缺氧 肺淤血、 水肿 组织性缺氧 内毒素血症 临床上常为混合性缺氧 失 血 性 休 克

  36. 喀麦隆尼欧斯湖

  37. 第三节 缺氧对机体的影响 (Effects of hypoxia)

  38. 一、对细胞代谢的影响 (Effects on the cellular metabolism)

  39. (一) 代偿性反应 • 细胞内呼吸功能↑ 线粒体↑ 呼吸酶 ↑ • 糖酵解↑ • 肌红蛋白↑ 与氧气的亲和力提高 缺氧→ATP↓→ATP／ADP↓→ 磷酸果糖激酶活性↑→糖酵解过程↑

  40. (二) 损伤性变化 • 有氧氧化↓，ATP↓ • 糖酵解↑，乳酸↑ • 细胞膜、线粒体、溶酶体损伤 • 钠泵功能障碍，细胞水肿

  41. Na+内流 细胞水肿 钠钾泵↓ K+外流 代谢障碍 ATP↓ 组织损伤 钙泵↓ Ca++内流 钠泵功能障碍导致细胞水肿

  42. 二、对呼吸系统的影响 (Effects on respiratory system)

  43. 8x7 8x6 8x5 8x4 8x3 8x2 8x1 肺泡每分通气量 颈动脉体、主动 脉体化学感受器 ←到达4000米高原 15% 呼吸中枢兴奋 65% 单位： L/分钟 时间 早期 数天后 久居 呼吸运动↑ 肺泡通气量↑ 肺通气量与时间的关系 (一) Compensatory Reaction PaO2↓ (<60mmHg) 意义： 提高PaO2 增加回心血量→增加心输出量→运送更多的氧

  44. (二)损伤性变化 急性低张性缺氧高原性肺水肿 机制： • 肺动脉收缩不均一引起超灌注。 • 肺毛细血管壁通透性增高 ； • 容量血管收缩，回心血量. PaO2<30mmHg→抑制呼吸中枢→中枢性呼吸衰竭

  45. 三、对心血管系统的影响 (Effects on the cardiovascular system)

  46. 1. 心输出量↑ • 代偿性反应： 心率↑ 交感神经兴奋↑ 心收缩力↑ 静脉回流↑ 呼吸↑ (一)代偿性反应 缺氧

  47. 皮肤内脏血管收缩 交感兴奋↑ 心、脑血管扩张 代谢产物↑ 2. 血液重分布 早期： 缺氧 代偿意义: 保证心脏、脑以及肺组织的氧需要。 请大家从这个角度上来分析一下为什么登山运动员的四肢、鼻子及耳朵等部位最容易冻伤？

  48. 3. 缺氧区肺血管收缩 有利方面：维持通气/血流正常比例 不利方面：导致肺动脉高压 4. 组织毛细血管密度增加 长期缺氧→血管内皮生长因子（ VEGF）等基因表达↑→毛细血管增生→毛细血管的密度↑→血氧弥散至细胞的距离↓→细胞的供氧量↑

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