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1、缺氧时机体的功能和代谢变化,基础病理生理理论,黑龙江中医药大学2015级,成员及分工,组长：刘爽主讲：许敏PPT：李爽答疑：符诗云 吕洋洋 秦肆辉,缺氧时机体的机能代谢变化，包括机体对缺氧的代偿性反应和由缺氧引起的代谢与机能障碍。轻度缺氧主要引起机体代偿性反应；严重缺氧而机体代偿不全时，出现的变化以代谢机能障碍为主。机体在急性缺氧时与慢性缺氧时的代偿性反应也有区别。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。各种类型的缺氧所引起的变化，既有相似之处，又各具特点，以下主要以低张性缺氧为例，说明缺氧对机体的影响。,缺氧时机体的功能和代谢变化,低张性缺氧引起的代偿性心血管反应，主要表现为心
2、输出量增加、血流分布改变、肺血管收缩与毛细血管增生。心输出量增加 可提高全身组织的供氧量，故对急性缺氧有一定的代偿意义。,（一）循环系统的变化,（1）心输出量增加（1）心率加快：缺氧时心率加快是通气增加所致肺膨胀对肺牵张感受器的刺激，反射性地通过交感神经引起的。呼吸运动过深反而通过反射使心率减慢，外周血管扩张和血压下降。（2）心收缩性增强：缺氧作为一种应激原，可引起交感神经兴奋，作用于心脏肾上腺素能受体，使心收缩性增强。（3）静脉回流量增加：胸廓呼吸运动及心脏活动增强，可导致静脉回流量增加和心输出量增多。,血流分布改变器官血流量取决于血液灌注的压力（即动、静脉压差）和器官血流的阻力。后者主要取
3、决于开放的血管数量与内径大小。缺氧时，交感神经兴奋引起血管收缩；局部组织因缺氧产生乳酸、腺苷等代谢产物使血管扩张。这两种作用的平衡关系决定器官的血管是收缩或扩张，以及血流量是减少或增多。急性缺氧时，皮肤、腹腔内脏交感神经兴奋，缩血管作用占优势，故血管收缩；而心、脑血管因以局部组织代谢的产物的扩血管作用为主，故血管扩张，血流增加。这种血流分布的改变显然对于保证生命重要器官缺氧的供应是有利的。,（2）血流分布改变,肺血管收缩肺血管直接对缺氧的反应与体血管相反。肺泡缺氧及混合静脉血的氧分压降低都引起肺小动脉收缩，从而使缺氧的肺泡的血流量减少。如果是由肺泡通气量减少引起的肺泡缺氧，则肺血管的收缩反应有
4、利于维持肺泡通气与血流的适当比例，使流经这部分肺泡的血液仍能获得较充分的氧，从而可维持较高的PaO2。此外，正常情况下由于重力作用，通过肺尖部的肺泡通气量与血流量的比值过大，肺泡气中氧不能充分地被血液运走。当缺氧引起较广泛的肺血管收缩,导致肺动脉压升高时，肺上部的血流增加，肺上部的肺泡通气能得到更充分的利用,（3）肺血管收缩,长期慢性缺氧可促使缺氧组织内毛细血管增生，尤其是脑、心脏和骨骼肌的毛细血管增生更显著，毛细血管的密度增加可缩短血氧弥散面积，缩短氧至细胞的弥散距离，增加对细胞的供氧量。,（4）毛细血管增生,严重缺氧可引起循环系统障碍，导致心脏的形态结构发生改变，发生高原性心脏病，肺源性心
5、脏病，贫血性心脏病等，进而导致心力衰竭。缺氧所致的循环障碍机制与下列因素有关：（1）肺动脉高压（2）心肌收缩功能降低（3）心律失常（4）静脉回流减少,循环功能障碍,肺动脉高压使右心房后负荷增加，导致右心室肥大，肺源性心脏病甚至心力衰竭。慢性缺氧可引起缩血管物质增多，增加肺循环阻力，导致肺动脉高压。长期缺氧会加重肺血管收缩和管壁硬化。,（1）肺动脉高压,缺氧,急性 慢性,Kv通道功能,K+外流,膜去极化,电压依赖性钙通道开放,Ca2+内流,血管重构,肺血管收缩,肺动脉高压,抑制NO和PGI2,内皮素增强,严重缺氧可损伤心肌的收缩和舒张功能，以及同时存在的肺动脉高压，导致右心衰竭，缺氧使心肌ATP
6、生成减少，能量供应不足，可使心肌细胞膜和即将忘改转运功能障碍和分布异常。,（2）心肌收缩功能降低,严重缺氧时，PaO2降低刺激颈动脉体化学感受器，反射性的兴奋迷走神经，导致窦性心动过缓，缺氧可使心肌细胞内的K+减少，Na+增加使静息膜电位降低，心肌兴奋及自律性增高和传导性降低，可引起异位心律和传导阻滞。,（3）心律失常,严重缺氧时可抑制呼吸中枢，使星胸廓运动减弱，导致静脉回流减少。长期缺氧，体内产生大量乳酸，腺苷等代谢产物，使末梢血管扩张，血液瘀滞于外周血管，引起回心血量和心血输出量减少，引起组织供血供氧减少。,（4）静脉回流减少,（1）代偿性反应：红细胞增多：急性缺氧时，交感神经兴奋，使肝，
7、脾等器官血管收缩，储存血进入有效循环，增加血液红细胞数和血红蛋白量。低氧血流经肾脏能刺激肾脏近球细胞产生并释放红细胞生成素，使骨髓加速红细胞成熟和释放。红细胞内2,3-DGP增多:缺氧时，红细胞内2,3-DGP增多使氧离曲线右移，使氧与血红蛋白亲和力降低促进氧合血红蛋白离解，使血液向组织中释放较多的氧，供细胞利用。,（二）血液系统的变化,血液黏膜粘滞度增高，血流阻力增大，心脏后负荷增大，这是缺氧引起心力衰竭的重要原因之一，在严重缺氧时，红细胞内2，3-DGP过度增加妨碍血液Hb与氧结合。,（2） 损伤性变化,神经细胞膜电位的降低、神经介质的合成减少、ATP的生成不足、酸中毒、细胞内游离Ca2+
8、增多、溶酶体酶的释放以及细胞水肿等，均可导致神经系统的功能障碍，甚而神经细胞结构的破坏、当PaO2低于6.67kPa(50mmHg)时，可使脑血管扩张。缺氧与酸中毒还使脑微血管通透性增高，从而导致脑水肿（图35）。脑血管扩张、脑细胞及脑间质水肿可使颅内压升高，由此引起头痛、呕吐等症状。,（三）中枢神经系统的变化,在供氧不足的情况下，组织细胞可通过增强利用氧的能力和增强无氧酵解过以获取维持生命活动所必须的能量。1、组织细胞利用氧的能力增强2、无氧酵解增强发3、肌红蛋白增加4 、缺氧性细胞损伤,（四）组织细胞的变化,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
9、色素氧化酶可增加，使细胞的内呼吸功能增强。如胎儿在母体内处于相对缺氧的环境，其细胞线粒体的呼吸功能为成年动物的3倍，至出生后1014天，线粒体呼吸功能才降至成年动物水平。,1、组织细胞利用氧的能力增强,严重缺氧时，ATP生成减少，ATPADP比值下降，以致磷酸果糖激酶活性增强，该酶是控制糖酵解过程最主要的限速酶，其活性增强可促使糖酵解过程加强，在一定的程度上可补偿能量的不足。,2、无氧酵解增强发,慢性缺氧可使肌肉中肌红细胞蛋白含量增多。肌红蛋白和氧的亲和力较大，当氧分压为1.33kPa（10mmHg）时，血红蛋白的氧饱和度约为10，而肌红蛋白的氧饱和度可达70，当氧分压进一步降低时，肌红蛋白可
10、释出大量的氧供细胞利用。肌红蛋白的增加可能具有储存氧的作用。,3、肌红蛋白增加,1、细胞膜的变化 在细胞内ATP含量减少以前，细胞膜电位已开始下降。其原因为细胞膜对离子的通透性增高，导致离子顺浓度差透过细胞膜。2、线粒体的变化 细胞内的氧约有8090在线粒体内用于氧化磷酸化生成ATP，仅1020%在线粒体外用于生物合成、降解及生物转化（解毒）作用等。轻度缺氧或缺氧早期线粒体呼吸功能是增强的。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，当线粒体部位氧分压降到监界点0.1kPa(1mmHg)时，可降低线粒休的呼吸功能，使ATP生成减少。呼吸功能降低主要因脱氢酶活性下降，
11、严重时线粒体可出现肿胀、嵴崩解、外膜破裂和基质外溢等病变。,4 、缺氧性细胞损伤,3、溶酶体的变化缺氧时因糖酵解增强，乳酸生成增多，和脂肪氧化不全使其中间代谢产物酮体增多。导致酸中毒。pH降低可引起磷脂酶活性增高，使溶酶体膜磷脂被分解，膜通透性增高，结果使溶酶体肿胀、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。,机体对缺氧的耐受性除与缺氧的原因，程度，发生速度和持续时间有关外还受年龄机，体代偿适应能力和代谢状态等多种因素的影响。1.年龄2.机体的代谢和功能状态3.机体的代偿适应能力答疑环节,影响机体对缺氧耐受性的因素,不同年龄对缺氧的耐受性有很大差别，老年人缺氧耐受性
12、一般较差，因全身血管逐渐硬化，血管阻力增加，血流速度变慢，同时由于肺组织纤维化和老年性肺气肿，使肺泡通气量较少，以致对缺氧耐受性较低，缺氧引起的损伤也更严重。,1.年龄,当机体代谢率增高或耗氧量增大时，对缺氧的耐受性低，中枢神经系统是耗氧最多的系统，当兴奋性增强时，耗氧量显著增加，疾病也可使耗氧量增加。反之，体温降低，神经系统抑制等能降低耗氧量而对缺氧耐受性升高。,2.机体的代谢和功能状态,机体对缺氧的代偿有显著地个体差异，心，肺疾病及血淋病患者，对缺氧的耐受性低。机体对缺氧的代偿能力可以通过锻炼得到提高。长期参加体育活动和体育锻炼可使心肺能力得到增强。增强机体对缺氧的耐受性。,3.机体的代偿
13、适应能力,有疑问的同学可以举手提问,答疑环节,感谢您的倾听,END,RBC增多，血液粘滞度增高，心脏后负荷增大，可引起心力衰竭，过多2，3-DGP过度增加妨碍血液Hb与氧结合。,（二） 损伤性变化,（二） 损伤性变化（失代偿）,高原性心脏病为例1.肺A高压(1)缺氧可使肺血管收缩（重要原因）；(2)慢性缺氧肺血管壁中层增厚；(3)红细胞增多使血液黏度增高。 肺A高压 右心肥大右心心衰,四，中枢神经系统,脑对缺氧的耐受最敏感,功能紊乱,急性缺氧 早期：兴奋性增强 晚期：兴奋抑制 表现：反应迟钝，嗜睡甚至意识丧失，惊厥，最后因为心血管运动中枢和呼吸中枢麻痹而死亡 慢性缺氧：易疲劳，嗜睡，注意力不集
14、中以及精神抑郁等。,脑水肿,1.缺氧直接扩张脑血管，流体静压增加2.缺O2和酸中毒cap.通透性增加间接性脑3.缺O2和酸中毒CAP生成减少钠泵运转 C内渗压增大脑C水肿4.闹内压升高压迫脑血管5.神经介质合成减少，能量代谢障碍,中枢神经系统变化,机制：缺氧引起：ATP生成减少、脑水肿、 细胞内游离钙增多等表现：1）急性缺氧以兴奋表现为主 2）慢性缺氧以抑制表现为主 3）严重时出现惊厥、昏迷甚至死亡。,损伤性变化,1）慢性缺氧肺动脉高压 机制：肺血管收缩，肺循环阻力增加2）心肌舒缩功能降低，心律失常、心力衰竭 机制： 缺氧直接抑制心血管运动中枢 所致酸中毒和高血钾抑制心肌 心肌肥大,（一）代偿
15、性反应,1.心输出量增加#心率加快： 肺通气上升，刺激牵张感受器交感N（+）#心肌收缩性增强#静脉回流增加,2.氧离曲线右移Hb释放O2增加,2，3-DGP增加PO2小于60mmHg，Hb与O2结合受阻SaO2减少，失去代偿意义 不利：曲线过度右移，影响肺泡毛细血管的交换,四，中枢神经系统的变化,急性缺氧：头痛，烦躁，记忆力下降，运动不谢衣袄慢性缺氧：疲劳，嗜睡，注意力不集中，抑郁严重缺氧：不安，惊厥，昏迷，死亡 机制： 神经细胞膜电位降低 神经介质合成减少 ATP生成成不足 酸中毒，细胞损伤,轻度缺氧或缺氧早期： 血流重新分布保证脑的血流供应重度缺氧或缺氧中，晚期： 功能障碍： 脑水肿 脑细
16、胞损伤,五，对细胞代谢的影响,Effects on the cellular metabolism,(一)代偿性反应,细胞利用氧能力上升： 线粒体+ ；呼吸酶+ 糖醇解+肌红蛋白+：与氧的亲和力高,（二）损伤性变化,有氧氧化-，ATP-乳酸酸中毒钠泵的功能障碍，细胞水肿细胞膜，线粒体，溶酶体损伤,细胞膜的变化,线粒体的变化,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，进一步影响线粒体的呼吸功能形态变化：肿胀，嵴崩解，外膜破碎，基质外溢溶酶体的变化： 缺氧，酸中毒，细胞内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。,4.毛细血管增生,长期缺氧血管内皮生长因子基因表达增加cap.增生，cao.密度增加，缩短弥散距离，扩大弥散面积C供氧量增加,
