第 八 章 缺 氧（Hypoxia） 教学目的 明确缺氧等的概念，了解缺氧在疾病发生中的意义，作掌握缺氧发生的原因、机制和对机体的影响。 教学时间 2学时。 教学方法 复习氧对机体的作用和外呼吸、气体运输、内呼吸等有关生理内容，对照生理机制导入新课。 教学重点、难点 1、缺氧的原因；2、缺氧的类型；3、缺氧对机体的影响。 教学内容 一、概述 （一）机体对氧的需要与供氧 氧是维持动物生命活动必不可少的物质，若氧供应或利用不足，会导致缺氧，并迅速引起一系列机能或代谢变化，甚至危及生命。 如人在静息状态下，需氧量250ml(min，一天耗氧量为360L，而体内贮存氧仅1.5L，即使全部利用也只够组织器官消耗4～6分钟，故人和动物必须从外界摄取氧排出CO2这样才能维持正常生命活动。 此外体内的营养物质的氧化分解，机体的能量来源等都离不开氧。 氧的供应——是一个复杂过程，包括与利用。 O2呼吸道肺——→左心—→全身血循环—→组织呼吸 CO2 右心 外呼吸 气体运输 内呼吸 （口、鼻、肺） （血液） （组织细胞） 提高流经肺 将O2输送到全身 利用O2进行生 泡血液Po2和 物氧化产生能 O2含量，使血 量，维持生命 液动脉化 活动 以上过程任何一个环节出现问题，都会引起机体缺氧。 缺氧是临床极常见的病理过程，是很多疾病引起死亡的最重要的原因。 1、血氧 组织供氧量(动脉血氧含量×组织血流量 组织耗氧量(（肺动脉血氧含量－静脉血氧含量）×组织血流量 血氧——反映组织的供氧量与耗氧量的重要指标。 2、常用血氧指标 ⑴氧分压（partial pressure of oxygen， PO2） 是溶解于血液的氧所产生的张力。 ①动脉血氧分压（PaO2）， 为100mmHg（13.3KPa）。取决于吸入气体的氧分压和肺的呼吸功能。 ②静脉氧分压（PvO2），为40mmHg（⒌33KPa）。反映内呼吸状况。 ⑵氧容量（oxygen binding eapacity， CO2max） 为100ml血液中Hb为氧充分饱和时的最大带氧量。 氧容量(1.34（ml∕g）×Hb（g∕dl） 取决于血液中Hb的质（与氧结合能力）和量。 血氧容量的大小反映血液携氧能力。正常为20ml(dl。 ⑶氧含量（oxygen content CO2） 是100ml血液实际带氧量，主要是Hb实际结合的氧和极小量溶于血浆的氧。正常是0.3ml(dl。 取决于氧分压和氧含量。 ①动脉血氧含量（CaO2）为19ml∕dl。 ②静脉血氧含量（CvO2）为14ml∕dl。 ⑷氧饱和度（oxygen saturetion， SO2） 指Hb的氧饱和度。 血氧含量－溶解的氧量 SO2＝ ×100% 血氧容量 SO2取决于氧分压。 ⑸P50 指血液在38℃、PH7.4、PCO2为5.32kPa（40mmhg）的条件下，使血氧饱和度达到50%时的氧分压。此指标反映血红蛋白与氧亲合力的高低。正常人P50约为3.6kPa（27mmhg）， P50值增大则表明氧和血红蛋白的亲合力降低，反之则亲合力增强。 ⑹动静脉血氧差 指动脉血氧含量减去静脉血氧含量所得的毫升数。它说明组织对氧的消耗量。动、静脉血氧差变化取决于组织从单位容积血液内摄取氧多少。由于各组织器官耗氧量不同，各器官动、静脉血氧差很不相同，正常动脉与混合静脉血氧差约为6～8ml∕dl。 （二）影响氧弥散的因素 1、氧的张力 指血液和组织中Po2。 Po2由吸入氧到组织细胞的各运送阶段中逐渐递减。 2、肺内影响氧弥散的因素 ⑴肺泡气与肺毛细血管血液中的Po2差； ⑵弥散膜的通透性（肺泡呼吸膜）； ⑶进行有效呼吸的肺泡表面积； ⑷肺血流量，血流量↑弥散量↑。 3、氧在血液中的状态 正常体温下，只有少数以物理溶解状态（1.5%～2%）溶于血液中，大量的是与Hb呈可逆性结合。 4、氧的运送与组织、器官的血流量有关 这受心输出量、血流速度、血流分布等的影响。 5、HbO2的携氧能力、Hb的质量和数量。 二、缺氧 由于对组织细胞的氧供应不足，或组织利用氧能力↓，而发生呼吸、循环等机能障碍和物质代谢异常的一系列变化。 机体组织器官出现氧供应不足，或其利用氧的过程发生障碍。 第 一 节 缺 氧 的 类 型 与 特 点 一、低张性缺氧（hypotonic hypoxia） 乏氧性缺氧、呼吸性缺氧。 （一）原因 主要是因为氧吸人不足（环境中Po2↓，肺换气能力↓） 1、呼吸机能障碍 ⑴上呼吸道阻塞 喉头水肿、肿瘤压迫等。 ⑵肺脏疾病 肺炎、肺水肿、肺气肿——气体交换面积减少，有效通气量下降。 ⑶呼吸麻痹以及呼吸中枢抑制 由于通气困难 肺泡呼吸面积减少 肺内Po2↓ 血液中氧含量↓ 缺氧 2、环境空气中氧含量不足 高原环境，或拥挤不堪、通气不良的厩舍或车箱中，空气中Po2↓，含氧量↓ 氧吸人不足 呼吸性缺氧。 高原环境可引起高山反应。 窒息——是组织内氧进入不足，CO2蓄积过多的状态。其特点是：PaO2、血氧含量、血氧饱和度均↓，CO2量和Pco2均↑，动物黏膜发绀。 （二）特点 PaO2↓，血氧含量和血氧饱合度降低；血液CO2含量与Pco2升高，还原性Hb↑。 表现：动物可视黏膜发绀，呼吸中枢兴奋，代偿性呼吸加强。 二、血液性缺氧（hemic hypoxia） 等张性低血氧症（isotonic hypoxemia）、贫血性缺氧（anemic hypoxia）。 主要是因为血液质和量改变——Hb量减少，或Hb变性，携氧能力↓。 （一）原因 1、血液内红细胞和Hb含量不足 高度贫血——如造血机能障碍，失血后贫血，营养不良性贫血等。 血液中红细胞数、Hb的含量↓ 单位体积的摄氧量↓，血氧含量、血氧容量↓ 组织缺氧 但PaO2不变，HbO2饱和度不变，故不引起患病动物代偿性呼吸兴奋，血液中还原Hb不增加，在临床上不出现可视黏膜发绀症状。 循环代偿明显——血液加快（因血液粘度↓），外周血管扩张阻力减小，回心血量增多，心输出量增大。 2、Hb失去携氧能力 亚硝酸盐、苯胺、磺胺类、CO中毒时： ⑴CO中毒——由于CO于Hb结合力比O2于Hb大300倍；Hb-CO的离解度又比HbO2离解慢2100倍，故Hb失去携氧能力。Hb-CO呈樱桃色。 由于损伤呼吸中枢，临床上常见呼吸困难，呼吸抑制。 ⑵亚硝酸盐等中毒 血红素中的Fe＋2 Fe＋3。Hb变性形成MHb（高铁Hb）。 正常情况下，在细胞色素氧化酶作用下，Fe＋2 Fe＋3。 （二）特点 贫血性缺氧 动脉血氧含量↓，血氧容量↓，血氧饱和度、Po2正常。 静脉血液血氧含量、血氧容量、血氧饱和度、Po2↓。 Hb变性——动脉血氧和氧饱和度↓，其余同上。 三、循环性缺氧 （circulatory hypoxia） 低血流性缺氧（hypokinetic hypoxia）、低动力性缺氧。 可分为缺血性缺氧（ischemic hypoxia），是由于动脉压降低或动脉阻塞使 毛细血管床灌流量减少； 瘀血性缺氧（congestive hypoxia），是由于静脉压升高，使血液回流受阻，导致毛细血管床瘀血所致。 主要由于血循障碍，动脉血流入不足，或静脉回流障碍。可分为全身循环 性缺氧和局部性缺氧。 常见——休克、心功能不全、局部血管痉挛、栓塞、瘀血。 造成血液循环量↓，血液运氧减慢，单位时间内流经组织的血量减少 缺氧。 特点： 由于肺换气量和呼吸面积正常，因此PaO2、血氧含量、血氧容量正常。 由于循环障碍，每分钟供给组织的血流量↓，组织细胞的氧量减少。 由于血流缓慢，血液在毛细血管中停留时间少，组织细胞可充分摄取血液中的氧。 由于血循障碍，组织中CO2与酸性代谢产物在血液中增加，促使HbO2离解。 PaO2与PvO2差大，血液中HbCO2↓，患病动物可视黏膜发绀，酸中毒，组织细胞变性坏死。 四、组织性缺氧（histogenous hypoxia） 氧利用障碍性缺氧（dysoxidative hypoxia）, 细胞中毒性缺氧。 主要是由于组织细胞利用氧障碍，即组织内呼吸障碍，细胞呼吸受干扰。 （一）原因 1、氧在组织内弥散障碍 多见于组织水肿，因为组织间隙充满液体而增宽，使氧在向细胞内弥散时困难，细胞利用氧减少。 2、生物氧化过程障碍 ⑴细胞色素氧化酶机能破坏 如氰化物中毒时，极易进入细胞内，并与细胞色素氧化酶、过氧化物酶等氧化酶类结合，从而破坏了细胞氧化能力，使 Fe＋2 Fe＋3，氧化酶类失去传递有子的能力，生物氧化障碍，细胞内窒息。 由于呼吸中枢的神经细胞对缺氧极为敏感，动物的死亡原因是呼吸功能障碍。 ⑵维生素缺乏 它们是氧化酶类的辅酶，缺少时缺氧。 如VitPP——NAD脱氢酶之辅酶 B2——FMN脱氢酶之辅酶 B1————羧化酶成分 （二）血液携O2、摄O2、运O2功能正常，PaO2、血氧含量、Hb氧饱和度正常，由于组织利用O2的能力↓，PaO2与PvO2的差缩小。 此外，发热也会引起缺氧、体温升高1℃，氧耗增加工厂10%，还有甲亢等。 各类缺氧，它们可相互影响、互相联系，在临床上要具体分析，找出主导环节，作出正确处理。 第 二 节 缺 氧 对 机 体 的 影 响 一、中枢神经系统的变化 脑是需能多、耗氧大的器官，脑血流量占心输出量的15%，耗氧量约占机体总耗氧量的20%～23%，尤其是大脑灰质耗氧量为白质的3～5倍，所以脑组织对缺氧最敏感。 脑贮存糖原、ATP少，其能量主要来源是从血液中摄取葡萄糖进行生物氧化而获得。 中枢神经系统一般能在缺氧情况下工作8分钟，10分钟后就会出现生物学死亡，故中枢神经耐受缺氧的能力差。 1、缺氧时的变化 1）能量产生不足，细胞膜K＋-Na＋泵失灵，神经介质合成障碍，神经冲动传导受阻；神经功能紊乱，严重时引起脑水肿、神经细胞变性坏死。 2）脑组织毛细血管周围神经胶质细胞和血管内皮细胞水肿 小血管管腔狭窄、阻塞 脑进一步缺氧、缺血 3）缺氧、酸中毒 血管通透性增大，血浆渗出 脑水肿加重 4）缺氧、CO2增多 脑血管麻痹 失去自我调节能力 5）脑水肿 颅内压增高 脑内血管受压 血流量减少 加重了脑缺氧缺血 2、表现 初期，动物兴奋不安，随后因缺氧加剧，大脑皮质由兴奋到抑制，运动失调。此后，倒地痉挛，反应性下降，感觉消失，昏迷、惊厥，最后因呼吸、心血管中枢麻痹而死亡。 二、呼吸系统变化 缺氧时，呼吸性适应机能的加强是最明显的，呼吸加深加快，增加通气量，增大呼吸表面积，有利于尽可能的将氧弥散入血和Hb结合。（详见教材） 另一种见解：当颈动脉体与主动脉化学感受器受低氧血刺激，反射性地引起肺通气量增大时，体内CO2被呼出，使血液中CO2迅速减少，同时脑脊髓液中CO2减少，使血液及脑脊髓液中PH上升，偏碱，可能出现呼吸性碱中毒。在一定程度上抑制了呼吸，因而抵销了缺氧兴奋化学感受器的反射效应。此后，脑脊髓液中HCO3－可弥散入血液中，脑脊髓液PH正常，血液中过多的HCO3-可弥散到血液中，脑脊髓液PH正常，血中过多的HCO3－通过肾排出，血液PH正常。 严重缺氧时，使大脑皮层机能处于抑制状态，并扩散至皮层下中枢，呼吸被抑制，出现周期性呼吸，呼吸运动减弱 窒息死亡。 三、循环系统变化 心脏活动的需氧量很大，但氧贮量只够供一次心跳需要，因此心肌对于缺氧的敏感性仅次于中枢神经系统。缺氧是主要是通过提高冠状循环血量，以加大供氧量。 1、心脏机能改变 缺氧时，常出现心率加快，心肌收缩力加强，以及每分钟输出血量增大的代偿适应性反应。 缺氧时，低氧血刺激颈动脉体 心动徐缓。 缺氧 心肌被抑制。 代偿： 1）缺氧时心率加快，是继发于缺氧引起的反射肺通气量增大，由于肺膨胀反射，抑制了心脏迷走神经过效应，并使交感性效应有所增强，从而发生心率加快。 2）中枢神经系统缺氧，可通过增强交感神经的活动，兴奋心脏的β－肾上腺能受体，使心率加快。 3）在伴有血管扩张、血压下降的缺氧时，通过压力感受器作用 心率加快。 4）缺氧时，心脏每分钟输出量增加 由于心率加快，心收缩力增强 呼吸艰深，胸腔负压增大，外周血管收缩、静脉回流增加所至。 缺氧对心脏的影响 心肌因氧供应不足 物质代谢障碍 肌膜上的K＋-Na＋泵不能正常 运转 心肌细胞膜电位降低 心收缩力降低、兴奋性、自律性上升 传导性下降 心律不齐，甚至骤停。 缺氧 心肌细胞内Ca＋2增多（尤在线粒体内） ATP生成受阻 细胞膜、线粒体受损伤 时久（16～25小时） 心肌肌原纤维损伤 凝固性坏死 收缩力减弱，心室颤动 心功能不全 缺氧 心率加快，耗氧增加 影响冠状血管灌流不足 ATP、磷酸肌酸减少 心机能不全 2、血管机能及器官血液循环改变 1）缺氧 低氧血刺激颈体和主动脉化学感受器 延髓加压区 皮肤、骨骼肌、内脏血管收缩 2）缺氧对冠状循环的影响 急性缺氧 开始 冠状血管扩张，血流量增加 慢性缺氧 冠状动脉间侧枝吻合 使冠状血管扩张的因素： ①交感神经兴奋 小冠状血管内β－肾上腺素受体占优势 总的是冠状血管收缩 大冠状血管内α－肾上腺素受体占优势 引起冠状血管扩张 心肌代谢增强 组织内代谢产物堆积 ②腺苷作用（即心肌内的AMP脱去磷酸 腺苷） 腺苷较易透过心肌细胞膜 进入 组织液 心肌细胞周围小血管扩张 （缺氧时心肌细胞内高能磷酸化合物减少，使腺苷生成增多并释放） ③血氧分压降低直接使冠状血管平滑肌松弛而扩张。 3）缺血对脑血管的影响 缺氧时脑血管扩张（与乳酸、腺苷等代谢产物蓄积、脑皮质酸中毒有关）； 由于呼吸功能不全 缺氧 CO2增加 刺激脑血管扩张；血管过度 扩张 颅内压升高和脑细胞受压。 4）缺氧对肺血管的影响 ①血氧分压下降，刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器 反射性通过交感神经兴奋 肺血管扩张 ②肺泡缺氧 肺泡壁及血管周围肥大细胞增生 肺血管扩张 直接刺激肥大细胞释放血管活性物质 ③肺泡缺氧时影响肺血管平滑肌的代谢，大量的Ca＋2内流，增强了平滑肌 的收缩反应，并伴有血管紧张素Ⅱ形成增多，加强血管的收缩反应。 四、血液的变化 1、急性缺氧，因交感-肾上腺系统兴奋，皮肤、肌肉、腹腔脏器，尤其是脾 脏的血管收缩，使循环血量增加。 2、慢性缺氧，肾产生并释放促红细胞生成酶增多，它使肝产生的促红细胞 生素原转变为促红细胞生成素增多，使骨髓造血机能增强，并将生成的红细胞 释放入血，外周血液中红细胞压积增高，这一代偿是有意义的。但红细胞太多 可造成粘滞性加大，血流阻力增大，易形成血栓，加重心脏的负担。 3、缺氧时，红细胞内2，3－二磷酸甘油酸增加，可与还原Hb结合而降低 Hb与O2的亲和力，利于缺氧时供给组织细胞较多的O2。 4、缺氧时常伴有血液内还原Hb增多，当超过5%时，患病动物可视黏膜发 绀，血液暗红。严重缺氧时，妨碍造血组织机能，造血被抑制。 五、组织和细胞变化 1、急性缺氧时，组织内开放的毛细血管增多，有利于血氧向组织细胞内弥 散。 2、慢性缺氧时，细胞线粒体数量增多，有氧代谢酶的活性增高，促进生物 氧化，这在一定限度内可增强组织的摄氧能力，肌肉内的肌红蛋白含量增加， 不仅使肌肉组织中贮氧量增加，而且能提高组织内氧的弥散速度，利于氧的供 应。 3、缺氧时，通过降低有氧代谢过程，增强无氧酵解，以满足氧不足时的代 谢供能。 4、严重缺氧时，组织内氧化酶类被抑制，氧化过程障碍 组织细胞变 性坏死。 细胞能量代谢障碍 细胞膜磷脂结构部分代谢障碍 膜的完整性被 破坏 通透性改变 细胞内K＋外移，Na＋、Ca＋2进入细胞内 细胞生 理功能障碍 线粒体肿胀 细胞变性坏死。 细胞受损程度取决于细胞对缺氧的敏感性和缺氧程度、缺氧持续时间。神 经细胞最敏感，依次是心肌、肝细胞、肾细胞等。 六、物质代谢变化 糖 缺氧，交感神经兴奋，肾上腺素分泌增多，糖原分解加强，血 糖增高，氧化酶活性降低，糖原无氧酵解增强，乳酸增多 高乳酸血症。 糖 缺氧，由于ATP形成减少，ADP与磷酸增多，促进了磷酸果糖 激酶原的活性，增强了组织内无氧酵解的途径，乳酸增多。 脂肪 缺氧，分解增强 血中游离脂肪酸、酮体增多 酮血 症。 蛋白质 氨基酸合成蛋白过程受干扰，氨基酸在体内蓄积。 非蛋白氮增加（NH3），氨基酸脱羧形成的胺等有毒物质产生， 肝解毒机能降低，可引起自体中毒。 ●机体酸碱平衡方面： 缺氧时，呼吸运动增强，CO2排出过多，血中HCO3－含量降低 呼吸性 碱中毒。 缺氧，由于乳酸、酮体、脂肪酸、氨基酸等酸性代谢产物增多 代谢性 酸中毒。 当通气障碍引起缺氧时，因气体交换不足，CO2在体内蓄积 呼吸性酸 中毒。 缺氧时机能障碍： 兴奋或不安，识别能力、听力降低，共济升调，感觉迟钝，肌无力，昏迷， 最后强直性痉挛，阵发性痉挛。随缺氧加剧，皮层抑制加深扩散，呼吸、心血管中枢抑制，呼吸浅表，频频，发绀，心搏减弱，血管紧张度下降，心跳停止。 七、影响机体对缺氧耐受力的因素 1、病程的轻重缓急，及持续时间的长短； 2、机体状况 1）神经系统的机能状态 一般下枢神经处于兴奋状态的动物，对缺氧较敏感，耐受力降低。 适当抑制中枢神经系统，可提高对缺氧的耐受性，如溴剂、人工低温、深 度麻醉。 2）动物种属与年龄 种属：不同的种属，对缺氧耐受力有差别，一般讲，动物进化程度愈高， 其中枢神经系统愈发达，对缺氧敏感性愈高，代偿适应机能也愈发达。 ②年龄：一般新生动物比成年动物对缺氧耐受力高。因为 幼年动物中枢神经系统代谢率低，利用ATP大约为成年动物的1╱10；某些新生动物心肌糖原含量较成年动物高，如羔羊心肌糖原为30mg╱克组织，成年羊则是 2～4mg╱克组织；新生动物缺氧时对脑组织内糖代谢转为无氧酵解能力强；新生动物血内凝血酶原的较成年动物少，在缺氧血液PH下降时，脑、心毛细血管内形成血栓可能性小。 3）营养状态、基础代谢及其它因素 营养不良、基础代谢病态提高的动物（如甲亢），对缺氧的耐受力下降； 过冷、过热、外伤等因素也可降低动物对缺氧的耐受力。 4）锻炼 是提高动物耐受缺氧的有力措施；可以锻炼神经、呼吸、循环、造血系统的代偿机能。 氧 疗 与 氧 中 毒 一、氧疗 吸入氧分压较高的空气或纯氧，用于治疗各种疾病方式。 此法对呼吸性缺氧疗效最好，可明显提高动脉PO2及氧含量。对其它型缺 氧是通过增加PO2和物理性溶解氧量，有一定的治疗作用。一般情况下，吸入含40%氧量的气体，作为氧疗较合适。 严重缺氧、休克急救时，可用高压氧（2～3个大气压的氧）。 高压氧疗原理： 1、提高肺泡PO2 提高血液PO2，血氧含量。如3个大气压纯氧，Hb与O2充分结合，使物理过溶解氧量由0.3ml%～6.3ml%； 2、增加组织的氧含量，氧储备； 3、提高血氧弥散度和增加组织内氧的有效弥散距离。 二、氧中毒 指不合理或过久吸入高压氧，造成组织细胞损伤，器官功能障碍，甚至出现神经症状的病理过程。 吸入过量的氧 抑制酶（尤是含-SH的酶如脱氢酶、辅酶）的活性 生物氧化障碍 组织内有过多的游离的氧产品成本生 组织损伤 高压氧 中枢神经系统紊乱 兴奋、惊厥、烦燥不安 吸入 肺泡壁水肿、增厚，支气管炎，血过胸水 动脉PO2、肺PO2增大 出现严重的低氧血症，造成治疗上的矛盾。