第一节氧疗概述

正常情况下，体内氧的储备量十分有限，每升氧气，仅够人体消耗3～4min。因此，人体必须从体外不断地获得氧气。氧气由呼吸道吸入，进入肺内，与肺毛细血管中的血液进行气体交换后，再由血液运输至机体的各个脏器和组织、细胞水平，以维持机体各脏器的正常功能。缺氧时，氧疗则是解除组织缺氧综合治疗的方法之一。

一、正常和危重状况下的氧输送、氧利用和生理调节

维持细胞足够的氧供和有效的氧利用对于人体正常的生命功能活动至关重要，因为人体一系列生物学活动皆有赖于高能磷酸盐三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）提供能量，而ATP的合成恰恰是生物氧化的过程。如果氧供不足就会使营养物质氧化和ATP合成的过程受阻，从而导致机体供能危机，轻者造成器官功能不全，重者可导致病人死亡。

危重病人往往存在一系列损害氧输送和氧利用的因素，如休克、呼吸衰竭、低容量血症、组织水肿、细胞中毒等。不仅如此，在伴有上述氧输送和氧利用障碍的某些病理状态中，如创伤、感染、脓毒症等，氧的需求还会成倍增加。这两方面的共同作用往往难以避免地置危重病人于“氧债”（oxygen debt）的危险境地。目前在临床上治疗非常棘手、死亡率很高的多器官功能不全综合征（multiple organ dysfunction syndrom，MODS）很可能就是由于过度的炎症反应最终导致细胞缺氧和能量代谢衰竭的结果。根据Shoemaker所提供的一组临床资料分析显示，在存活且无器官并发症的外科病人中最大氧债为8．0±1．5L／m2，存活但伴有器官衰竭者最大氧债为26．8± 7．0L／m2，而死亡病例最大氧债高达32．5±8．1L／m2且全部并发器官衰竭。可见，氧债的大小或者说缺氧的轻重与病人预后有十分直接和密切的关系，因此，对危重病人的治疗始终要把预防和纠正细胞缺氧置于最优先考虑的位置。

机体对氧利用主要包括摄取、输送和消耗3个环节。氧摄取通过肺脏进行，流经肺脏的混合静脉血正常时可以获得13．3kPa（100mmHg）的氧分压（oxygen partial pressure，PO2）。老年人肺脏摄氧能力会随年龄增加而降低，但最低不应在8．0kPa（60mmHg）以下。血中的氧主要是以与血红蛋白结合的形式存在，溶解的氧量非常少，临床上常忽略不计。1g血红蛋白在完全饱和情况下可以结合1．34ml的氧，但这种结合能力受很多因素影响，其中最重要的是PO2。在正常的情况下，8．0kPa（60mmHg）以上的PO2便可使血红蛋白结合氧的能力达到90%以上，即氧饱和度（oxygen saturation，SO2）＞90%。若PO2＜8．0kPa则结合氧的能力迅速下降。因此，8．0kPa不仅是临床上诊断呼吸衰竭的PO2标准，也是治疗要求的最低限。PO2超过8．0kPa后血红蛋白结合氧能力仅在10%的范围内变化，因此对于纠正呼吸衰竭来说并无追求太高PO2的必要，而且在严重呼吸衰竭病人为追求高的PO2往往需付出很大的代价。PO2与SO2的关系可以在氧解离曲线上得到清楚的反映。氧解离曲线是可以移动的。PO2对应于SO2为50%的数值称作P50，正常P50为3．0kPa（22．5mmHg），如果P50＜3．0kPa则称为氧解离曲线左移，表示血红蛋白对氧的亲和力增加，可见于碱血症、低温、低碳酸血症等状态。反之，如果P50＞3．0kPa则称为氧解离曲线右移，可见于酸血症、发热和高碳酸血症等状态，表示血红蛋白与氧的亲和力下降。决定血红蛋白与氧亲和力的直接因素是红细胞内2，3－二磷酸甘油酸浓度，其含量变化与血红蛋白结合氧的能力成反比。了解氧解离曲线的移动性有助于指导临床治疗，即当组织缺氧与酸碱平衡紊乱并存时，为纠正组织缺氧，究竟是使血液酸一些好，还是碱一些好，不难做出选择。

血液中血红蛋白的量及其结合氧的能力决定了血氧含量（oxygen content，CO2），人体动脉血理想状态的CO2约为200ml／L。当这种血液经过心脏的泵的作用输向外周时，就是氧输送（oxygen delivery，DO2）。就组织而言，DO2就是组织在单位时间内能获取氧的量；就整个机体而言，DO2是通过心脏作功和血液携带而供给机体氧的含量，等于心排血量（cardiac output，CO）和动脉血氧含量（arterial oxygen content，CaO2）的乘积（DO2＝CO×CaO2×10）。成人理想的DO2约为1　000ml／min。

因此，在CaO2一定时，DO2是由CO决定的，CO又取决于每搏量（stroke volume，SV）和心率（heart rate，HR），HR在一定范围（＜120／min）内，HR与CO成正比（CO＝SV×HR）。而SV又进一步取决于心肌收缩力和心室的前、后负荷，前、后负荷则又分别与血容量及外周血管阻力有关。可见，在决定DO2上，循环系统的因素远比呼吸系统（由此决定血SO2）和血液系统（由此决定血红蛋白）复杂。

氧在大动脉内随血流分布到全身各部，因此组织器官的血流量便决定其氧供的多少，不同组织器官的血流量是不同的。一般来说，体重大的器官往往接受较多的灌注。但就单位重量而言，灌注量最高的，仍属那些代谢率最高的所谓“生命器官”，如心、脑。虽然皮肤和肾脏代谢率较低，而且也并非生命器官，但也接受较高的血流量，这与它们所执行的功能有关，即体温调节和排泄代谢产物。因此组织的氧供是与其代谢和功能需要相适应的。局部灌注压和血管阻力最终决定血流量。在生理范围内，外部环境和局部环境的变化就是通过调节灌注压和血管阻力维持局部灌注的相对稳定以使灌注与代谢相匹配的。在全身与局部调节两套机制中，后者看来更重要一些。灌注压降低、代谢产物蓄积等均可导致血管扩张而使血流量增加。但这种反应还受制于血管外的压力，如果组织水肿，血管外压力增加，正常血流调控的机制即受损害。

毛细血管是氧弥散的部位。毛细血管是单细胞结构，允许血管内的小分子物质沿浓度或压力梯度扩散。由于血管外组织氧分压低于毛细血管动脉端氧分压，因此，氧气离开毛细血管进入组织，并呈放射状进一步向细胞内弥散。线粒体内维持氧化反应的氧分压只有0．3～0．5kPa（2．25～3．76mmHg），与血中氧分压形成巨大的反差，表明氧在弥散过程中严重衰减。造成这种衰减的确切机制目前还不完全清楚，但至少说明线粒体获得氧的能力是比较脆弱的。一些损害氧弥散的病理因素，如组织水肿，可以造成单位体积中毛细血管密度降低和氧弥散距离增加，从而导致细胞摄氧量下降。

正常成人毛细血管的总容量约有7L，而血容量则仅占体重8%，如以体重为60kg计算，血容量仅约5L。事实上，并非所有毛细血管都同时处于开放状态，而是根据代谢需要交替地开放，平时仅占其总容量的10%左右。如果大量毛细血管同时开放，必然导致血液淤滞和有效循环血容量下降。毛细血管直径只有4μm，而红细胞直径却为8μm，因此红细胞通过毛细血管时，必须做变形运动。某些病理状态可以造成红细胞变形能力降低，使这些红细胞难以通过毛细血管从而失去释氧功能。此外，红细胞通过毛细血管的速度也影响氧输送和摄取，无论流动滞缓或过速均不利于氧交换，滞缓可造成氧输送量下降，而过速则造成组织氧摄取不完全，其总的结果均使组织摄氧量下降。

毛细血管静脉端的血液PO2与组织PO2基本平衡，因此可以反映该部组织的氧合情况。全身各组织PO2是不同的，各组织所引流的静脉血PO2也不同，因此监测身体不同部位静脉血的PO2和SO2有助于了解该部位组织的氧合和代谢情况，特别是对那些较重要的内脏器官。例如抽取颈内静脉血测定PO2和SO2即可了解脑组织的氧合和代谢情况。临床上通常抽取心房或肺动脉的静脉血（称混合静脉血）进行检测，其PO2和SO2是全身外周组织氧合和代谢情况总的体现，正常值分别是6．0kPa（45mmHg）和75%。但目前临床上很少能方便地获取其他器官的静脉血标本。

机体利用氧的主要场所是细胞内的线粒体。在线粒体内的生物氧化过程中，氧消耗以合成能源物质ATP，营养物质首先进行脱氢氧化反应，脱掉的氢经过一系列由各种复合酶组成的细胞色素顺序传递，最后被氧分子所接受，并被氧化成水。在水生成过程中可以释放出大量的能量，其中50%以上用以将二磷酸腺苷（ADP）和无机磷（Pi）合成可储备的能源物质ATP。ATP合成后以主动转运或被动弥散的方式被输送到细胞耗能的部位以提供能量，如细胞膜上的离子泵。最有效的合成能量物质的途径是生物氧化，例如1mol葡萄糖完全氧化可以生成38mol的ATP，在机体供氧充足的情况下，生物氧化是机体能量的主要来源。但在病理情况下，如供氧障碍或代谢率增加使氧需求增加等，均可以造成机体绝对或相对缺氧。在这种情况下，机体将强化下列途径以获取能量。

1．糖酵解　糖酵解可以在无氧参与的情况下产生ATP，但产能效率很低，1mol葡萄糖只能产生2mol ATP，此过程的最终产物是丙酮酸。事实上，葡萄糖有氧氧化的开始阶段也首先经历糖酵解过程。所不同的是，有氧氧化在生成丙酮酸后，在丙酮酸脱氢酶作用下，先氧化脱羟为乙酰辅酶A，然后进入三羧酸循环进一步氧化。而在缺氧情况下，丙酮酸则还原为乳酸。缺氧时糖酵解过程加速以产生更多的能量，从而导致乳酸产生增加，如果超过肝脏等其他器官的利用能力，则造成乳酸堆积，并表现为高乳酸血症，故高乳酸血症是机体缺氧的重要标志。

2．肌酐激酶反应　该反应主要存在于心、脑、骨骼肌等代谢率较高的组织器官，是在无氧条件下合成ATP的另一种形式。在肌酐磷酸酶的作用下，ATP可以由磷酸肌酐和ADP合成。

PCr＋MgATP＋H＋MgATP＋Cr（3－1）

上述反应是双向的，即当缺氧导致酸中毒和H＋增加时，促进反应向右进行；而当ATP增加时，则反应向左进行。

3．腺苷激酶反应　在能量不足时，细胞内增加的ADP还可以刺激第三条无氧产能途径，即

MgADP＋MgADP→MgATP＋MgAMP（3－2）

综上所述，细胞对氧的利用主要是为了进行生物氧化以合成能源物质ATP。在氧供不足时，即造成能源危机，并迫使机体强化非需氧的合成能源途径。在此过程中产生一系列代谢副产物，如乳酸等，其在体内蓄积和含量增加常是组织缺氧的重要标志。

二、缺氧概述

任何原因所致的机体组织细胞得不到充分的氧供或组织细胞不能很好地利用氧进行代谢活动，均称缺氧（anoxia）。

（一）缺氧类型

产生缺氧的原因很多，按照缺氧发生的机制和环节不同，可将缺氧分为以下几种类型。

1．缺氧型缺氧　指各种原因所致的动脉血氧分压减少引起的缺氧。

（1）大气性缺氧：常指由于吸入气中的氧含量不足所致的缺氧，如高空飞行、登山、潜水，由于空气稀薄、气压低，吸入气中氧含量减少。

（2）肺性缺氧：多指由于呼吸器官功能障碍，如肺的通气与换气功能障碍所致的缺氧。临床较有代表性的是慢性阻塞性肺疾患（COPD）病人的通气障碍，各种原因肺水肿、肺炎、肺间质性纤维化所致的弥散功能障碍，肺不张、急性呼吸窘迫综合征（ARDS）时肺内静－动脉分流增加所致的缺氧，肺血管痉挛所致肺内无效通气，胸腔积液或气胸所致的肺组织受压，肺内气体交换面积减少所致的缺氧等，均属于肺性缺氧。

（3）肺外因素性缺氧：如中枢神经系统疾病和神经肌肉系统疾病造成呼吸节律、频率改变和呼吸肌功能障碍所致的缺氧，各种药物中毒、电解质紊乱使呼吸中枢抑制、呼吸肌麻痹及长时间过度通气、营养不良等所致的呼吸肌疲劳产生的缺氧，也属于此种类型。

（4）心脏解剖学畸形或异常：如先天性心脏病引起的心脏内血液右－左分流所致的缺氧。

2．贫血型缺氧　当血红蛋白减少或变性，使氧的运输发生障碍，组织和器官得不到充分氧供引起的缺氧，此时动脉血液中的氧含量未必减少。严重贫血、一氧化碳中毒及各种病因可引起血红蛋白异常和变性，如一氧化碳与血红蛋白的亲和力是O2的200倍，当一氧化碳中毒时，血红蛋白被其占据，无法携氧。各种异常血红蛋白症时，血红蛋白发生变性，可造成氧气的运输障碍。

3．循环淤滞型缺氧　当循环功能发生障碍，造成全身器官或局部的血流缓慢或淤滞，使组织和器官氧供减少。如心衰与各种原因所致的休克，由于泵衰竭和微循环障碍，使末梢循环血流灌注减少或血流缓慢、血液淤滞，均可引起不同程度的局部或全身脏器和组织的缺氧。同样，这种类型的缺氧，动脉血液中的氧含量也未必减少。

4．组织中毒型缺氧　指动脉血液中氧含量正常，但由于某种特殊物质中毒，使组织和细胞利用氧的能力降低或障碍产生的缺氧。如氰化物中毒时，组织细胞酶系统受抑制，生物氧化过程发生障碍引起组织缺氧。

应注意低氧血症和组织细胞缺氧的概念并不完全相同，前者指的是动脉血氧分压（arterial partial pressure of oxygen，PaO2）降低，后者主要指组织、细胞内的缺氧。组织细胞缺氧的原因并不一定均是低氧血症，组织细胞本身利用氧的能力下降也是组织细胞缺氧常见的原因。因此，低氧血症一定合并不同程度的组织细胞缺氧，而组织细胞缺氧时却并不一定存在低氧血症，如休克时PaO2可以正常，但组织、细胞却可能因微循环障碍而存在一定程度的缺血和缺氧。

（二）缺氧的评估

缺氧的诊断并不困难，仅凭临床表现、症状和体征就可以诊断。

1．具有缺氧的病因　如上述的各种原因和因素。

2．具有呼吸急促或困难的临床表现　如呼吸频率异常增快（＞28～30／min），气喘、气促、端坐呼吸，伴或不伴呼吸困难，如张口呼吸、叹息、三凹征、潮式呼吸，甚至呼吸停止。

3．发绀　其形成的主要原因是血液中还原血红蛋白增多。正常人每100ml血液内含还原血红蛋白约2．0～2．5g，当还原血红蛋白增至5．0g时，临床就可能出现发绀。大部分缺氧均可出现不同程度的发绀，一般主要出现在口唇、甲床等末梢循环较丰富的体表部位，严重时也可出现在周身任何部位的皮肤和黏膜。必须注意的是，发绀与缺氧的程度并不一定成正比，有时单凭发绀诊断缺氧或判断组织缺氧的程度并不一定可靠。如严重贫血时，由于血液中血红蛋白含量明显减少，虽然已有严重缺氧，但临床仍可以不出现发绀。相反，当血红蛋白过度增多，如代偿性红细胞增多时，虽有明显发绀，仍可能氧合血红蛋白充足而无组织缺氧。因此，发绀不是诊断缺氧的惟一指标，应结合病史和必要的实验室检查综合分析。

4．动脉血气分析与脉氧饱和度（SpO2）监测　是目前诊断缺氧的最可靠依据，也是判断组织缺氧程度的主要方法。一般PaO2＜10．6kPa（80mmHg）或SpO2＜90%就提示缺氧，这两项指标降低得愈明显，提示缺氧的程度愈重。

（三）缺氧或低氧血症的程度判断

临床上缺氧与低氧血症并不是完全等同的定义，病人可能有缺氧，但并不一定有低氧血症。目前对低氧血症的程度判断，主要依据PaO2或SpO2，后者用以替代动脉血氧饱和度（SaO2）。依据这两项指标低氧血症可分为轻、中、重度：①轻度低氧血症：SaO2＞80%，PaO26．7～8．0kPa（50～60mmHg）（无发绀）；②中度低氧血症：SaO2 60%～80%，PaO25．3～6．7kPa（40～50mmHg）（有发绀）；③重度低氧血症SaO2＜60%，PaO2＜5．3kPa（40mmHg）（严重发绀）。

三、氧疗纠正缺氧的机制

氧疗是纠正缺氧最简便而有效的方法之一，临床应用十分普遍，但氧疗纠正缺氧的主要机制并不在于去除缺氧的原因，而仅仅是通过增加吸入气的氧浓度（inspired fraction of oxygen，FiO2）以提高氧在血液中的物理溶解度，间接提高血PO2纠正缺氧。因此，并不是所有类型的缺氧应用氧疗均有效。如对解剖性静－动分流和贫血、中毒等所致的血红蛋白减少和变性等引起的缺氧，氧疗的作用就十分有限。