中枢神经系统的变化

学习目标

◆熟记缺氧及四种类型缺氧的概念。

◆比较四种缺氧的原因和血氧变化特点。

◆简述缺氧时机体主要系统的代偿性变化及失代偿表现。

◆认识影响机体对缺氧耐受性的因素。

◆叙述氧疗原则，防止氧中毒。

【资料】

PaO2为100mmHg时100mL血液溶解氧约为0．3mL，血液中溶解氧量虽少，但对血液携带氧功能极为重要，因为只有溶解在血浆中的氧才能被血红蛋白（Hb）结合，与Hb结合的氧要释放入组织也必须先从结合状态解离，变成溶解状态才能释放入组织内被利用。

氧为无色无味的气体，是人类及许多生物进行新陈代谢并赖以生存的重要物质。缺氧（hypoxia）是指由于组织的供氧不足或利用氧障碍，导致组织的代谢、功能以致形态结构发生异常变化的病理过程。缺氧是疾病中极为常见的病理过程，是导致患者死亡的直接原因，一直是生命科学研究的重要课题。吸入肺内的空气是机体氧的唯一来源，正常人体内的氧储量极为有限，只有约1．5L，呼吸停止后仅够组织、细胞数分钟消耗。因此，机体必须不断从外界吸入氧，供机体代谢需要。

1．氧分压（PO2）　指溶解在血中的氧产生的张力。动脉血氧分压（PaO2）正常值约为13．3kPa（100mmHg），静脉血氧分压（PvO2）正常值约为5．33kPa（40mmHg）。影响动脉血氧分压的因素有：①吸入气体氧分压；②外呼吸（肺）功能状态；③静脉血分流入动脉（静脉血掺杂）。

2．氧容量　指1升血液中被氧充分饱和时的最大携带氧量，正常值约为200mL／L。它取决于血液中Hb的浓度（量）及Hb与O2结合的能力（质）。其大小反映血液携氧的能力。

3．氧含量　指1升血液中的实际含氧量，包括Hb实际结合的氧量和极小量溶解于血浆的氧（约3mL／L）。它取决于氧分压和氧容量。正常值：动脉血氧含量约为190mL／L，静脉血氧含量约为140mL／L。

4．氧饱和度　指Hb被氧饱和的程度，它主要取决于氧分压，其值以氧含量与氧容量之比计算，正常值动脉血氧饱和度约为95%，静脉血氧饱和度约为70%。

氧饱和度与氧分压之间呈“S”形氧离曲线关系（图14－1）。氧离曲线呈“S”形，上段较平坦，当氧分压从100mmHg降至80mmHg，血氧饱和度仅下降2%左右。这就使得人在缺氧环境下（如高原地区等）即使空气中氧气减少1／3，血红蛋白仍能结合较多的氧气，以满足组织的需要。曲线中段坡度较大，氧分压从40mmHg降至20mmHg，血氧饱和度从60%降至30%。这就保证了血液流经组织时，氧分压的下降较少，氧合血红蛋白也能释放出较多的氧气供组织利用。血液温度升高、pH降低、CO2增加、红细胞内2，3－二磷酸甘油酸（2，3－DPG）增多，可使Hb与O2的亲和力降低，氧离曲线右移，反之则左移。

图14－1　氧合血红蛋白解离曲线及其影响因素

5．动－静脉血氧含量差　指动脉血氧含量减静脉血氧含量的差值，它反映组织从单位容积血液中摄取的氧量。取决血流速度、Hb与O2的亲和力和组织摄氧能力，正常值约为50mL／L。

6．组织的供氧量＝动脉血血氧含量×组织血流量

7．组织耗氧量＝（动脉血血氧含量－静脉血血氧含量）×组织血流量

机体对氧的获得利用包括外呼吸、气体运输、内呼吸三个过程，涉及机体从外界摄取氧、血液携带氧、循环运输氧、组织利用氧四个环节。其中任何一个或几个环节出现障碍都可引起缺氧。据此可将缺氧分为低张性缺氧、血液性缺氧、循环性缺氧、组织性缺氧（组织中毒性缺氧）四种类型。

低张性缺氧（hypotonic hypoxia）的基本发病学特点是动脉血氧分压过低，使动脉血氧含量减少，组织供氧不足。

（一）原因

凡能使动脉血氧分压过低的因素都可成为低张性缺氧的原因

1．吸入气体的氧分压过低 发生在海拔3km以上的高山或高空，或通风不良的坑道、矿井、地窖，又称大气性缺氧。

2．外呼吸功能障碍 见于肺通气、肺换气功能障碍引起的缺氧，又称呼吸性缺氧。

3．静脉血分流入动脉 见于某些先天性心脏病，如室间隔缺损伴肺动脉高压时，右心室的静脉血向左心室的动脉血中分流。

（二）血氧变化特点

1．动脉血氧分压、氧含量、氧饱和度都降低，供氧不足。

2．动－静脉氧差减小或接近正常 由于PaO2过低，动脉血与组织氧分压差明显缩小，弥散到组织中的氧量减少，因此动－静脉氧差一般减小，但在慢性缺氧，组织利用氧的能力代偿性增强时，动－静脉氧差接近正常或正常。

3．氧容量正常或增加　因Hb的质和量无改变，故氧容量正常。但长期慢性缺氧体内Hb代偿性增多时，氧容量增加。

低张性缺氧时，毛细血管中的脱氧血红蛋白浓度增加到50g／L以上时，皮肤、黏膜呈青紫色，称为发绀（旧称紫绀）。

血液性缺氧（hemic hypoxia）的基本发病学特点是血红蛋白的数量减少或性质改变，使血液携氧能力降低所导致的缺氧；氧分压正常，又称等张性低氧血症。

（一）原因

1．血红蛋白数量减少　见于严重贫血和血液稀释，由于Hb数量明显减少使血液携氧量减少，而导致组织缺氧。当Hb浓度过低，即使加上低张性缺氧，毛细血管中Hb数仍低于50g／L，患者可不出现发绀。

2．血红蛋白性质改变

【资料】

CO俗称煤气，是含碳物质燃烧不完全而产生的有毒气体，凡是有明火燃烧场所，如果密闭或通风差，可因燃烧不完全而使空气中CO浓度大幅度增加，人们吸入后短期内就会发生急性CO中毒。CO中毒的基本病变就是缺氧，主要表现是大脑因缺氧而昏迷甚至死亡。

（1）一氧化碳中毒　CO与Hb的亲和力比O2大210倍，CO与Hb形成碳氧血红蛋白（HbCO），使Hb失去运氧能力，CO还能抑制红细胞内糖酵解，使2，3 －DPG生成减少，氧离曲线左移，使血红蛋白携带的O2不易释出，加重组织缺氧。皮肤黏膜呈樱桃红色。

（2）高铁血红蛋白血症（MHb）　由亚硝酸盐、硝基苯、磺胺类药等具有氧化作用的化学物质或药物引起。这些氧化剂使血红蛋白中的Fe2＋氧化成Fe3＋，形成高铁血红蛋白，Fe3＋与羟基牢固结合使血红蛋白失去携氧能力，而且还使血红蛋白中剩余的Fe2＋与氧亲和力增加，氧不易释出，从而导致缺氧。临床上常见因食用含较多硝酸盐的新腌制的咸菜或变质的剩菜后，经肠道细菌还原为亚硝酸盐，吸收后导致肠源性高铁血红蛋白血症，患者皮肤、黏膜呈棕褐色或咖啡色，称肠源性发绀。

（二）血氧变化特点

1．由血红蛋白的数量减少所致的缺氧，氧容量及氧含量均减少。由血液性质改变所致的缺氧，氧容量正常，但实际体内的氧容量降低，氧含量减少。

2．因吸入气体的氧分压及外呼吸功能正常，故动脉血氧分压和氧饱和度正常。

3．动－静脉血氧含量差减少：因动脉血氧含量降低，血液流经毛细血管时，血氧分压降低的速度加快，导致氧向组织弥散速度迅速减慢，供给组织的氧减少，使动－静脉血氧含量差减少。

循环性缺氧（circulatory hypoxia）的基本发病学特点是组织血液灌流量减少，又称低血流性缺氧。组织血液灌流量减少可由动脉血灌流减少（缺血性缺氧）或静脉回流障碍（淤血性缺氧）引起。

（一）原因

1．全身性循环性缺氧　多见于休克和心力衰竭。

2．局部性循环性缺氧　多见于局部动脉血栓形成、栓塞、动脉粥样硬化等引起的动脉阻塞，也可因局部静脉回流受阻引起。

（二）血氧变化特点

单纯性循环性缺氧时，动脉血的氧分压、氧容量、氧含量、氧饱和度均正常。由于组织血液灌流量减少，血流缓慢，组织摄取氧增多，静脉血氧含量明显降低，动－静脉血氧含量差增大，但单位时间内流经毛细血管的血量减少，导致组织的供氧量减少而缺氧。淤血性缺氧时毛细血管中脱氧血红蛋白增多，易出现发绀；而缺血性缺氧患者因毛细血管血量减少，组织器官呈苍白色。

【想一想】

某些水果，如苹果、杏、桃等种子呈苦味，是因为其中含有氰化物的成分，尤以苹果的种子最容易为人所疏忽，多食将引起组织性缺氧。

组织性缺氧（histogenous hypoxia）的基本发病学特点是组织、细胞生物氧化障碍，不能利用氧，又称组织中毒性缺氧。

（一）原因

1．组织中毒　如氰化物、硫化物、砷等可抑制或破坏氧化还原酶系统，使组织、细胞的生物氧化不能正常进行。

2．维生素缺乏　维生素B1、维生素B2、维生素B12、维生素PP等是呼吸链中许多氧化还原酶的辅酶成分，严重缺乏时，细胞生物氧化障碍。

3．细胞损伤　如大量放射线照射、细菌毒素作用等可损伤线粒体，使其生物氧化作用受阻，引起氧利用障碍。

（二）血氧变化特点

动脉血的氧分压、氧容量、氧含量、氧饱和度均正常。因组织不能利用氧，故静脉血的氧含量、氧分压、氧饱和度均增高，动－静脉血氧含量差减小。毛细血管中氧合血红蛋白增多，皮肤、黏膜呈玫瑰红色。

必须指出，临床所见的缺氧常常是由两种或多种因素相继或同时引起的混合性缺氧，要根据具体情况进行分析判断。如心力衰竭患者，因循环障碍引起循环性缺氧，若伴有肺水肿和细菌感染，则可合并低张性缺氧和组织性缺氧。

四种类型缺氧的血氧变化特点见图14－2。

图14－2　四种类型缺氧的血氧变化特点

A示动脉　V示静脉

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机能与代谢障碍。一般规律是，轻度缺氧时机体首先出现一系列代偿性变化，以增加氧的供应，提高组织利用氧的能力，严重缺氧时则出现组织器官的代谢障碍和机能紊乱。以下以低张性缺氧为例进行说明。

肺泡通气量代偿性增加是急性低张性缺氧最为重要的代偿性反应。PaO2降低到8kPa（60mmHg）以下时，刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器，反射性引起呼吸加深加快，增加肺泡通气量。但严重缺氧使PaO2过低时，又可直接抑制呼吸中枢，导致中枢性呼吸衰竭，呼吸变浅变慢、不规则甚至停止。

血液性缺氧、循环性缺氧和组织性缺氧因PaO2正常，呼吸一般不增强，但循环性缺氧如累及肺循环导致肺淤血、肺水肿时，则有呼吸加快。

1．心功能变化　缺氧引起的代偿反应表现为心率加快、心肌收缩力增强、心输出量增加，这与缺氧兴奋交感－肾上腺髓质系统，儿茶酚胺释放增多；通气增强刺激肺牵张反射等机制有关。但持续而严重的缺氧，则明显降低心肌舒缩功能，甚至发生心肌变性、坏死，使心输出量减少，出现心律失常，甚至心力衰竭。

2．血流重新分布　急性缺氧时，皮肤、肺及腹腔内脏的小血管收缩，心、脑血管扩张，血流增加。这种血流重新分布现象有利于生命重要器官的氧供给。严重而持续的缺氧，乳酸、腺苷、前列腺环素（PGI2）等扩血管物质增加，直接舒张外周血管，血压下降，甚至循环衰竭。

3．肺血管收缩　缺氧引起肺小动脉收缩，使肺泡血流量减少以维持肺泡与血流比，慢性缺氧使肺小动脉持续收缩，肺血管硬化，引起肺动脉高压，使右心后负荷加重，导致右心肥大，甚至右心衰竭。

急性低张性缺氧可引起肺水肿，其发生机制可能与缺氧引起外周血管收缩使回心血量和肺血量增加，以及缺氧性肺血管收缩反应使肺循环阻力增加、肺动脉高压、肺血管内皮损伤、血管壁通透性增高有关。

4．毛细血管增生　慢性缺氧可使血管内皮生长因子（VEGF）等基因表达增强，毛细血管增生、密度增加，使血氧弥散到细胞的距离缩短，这一现象在脑、心和骨骼肌尤为明显。

1．红细胞增多　急性缺氧时，交感神经兴奋，脾、肝等储血器官收缩，使血液中红细胞迅速增多；慢性缺氧刺激肾脏生成并释放促红细胞生成素增多，骨髓造血增强，使血液中红细胞和血红蛋白增加，氧含量和氧容量增高，携氧能力增强。但体内红细胞增多，也使血液黏度高，外周血管阻力增高，心脏负担加重，引起或加重心力衰竭，还容易诱发脑血栓。长期严重的缺氧可抑制骨髓造血，血中红细胞反而减少。

【议一议】

发绀是缺氧的表现，但缺氧不一定有发绀，如严重贫血患者；发绀也不一定有缺氧，如红细胞增多症患者。中心性发绀是由于心、肺疾病，致动脉血氧饱和度降低而引起，发绀的特点为全身性，除四肢与颜面外，发绀还同时出现在身体温暖部位，如舌头。而周围性发绀是由于周围循环血流障碍，组织从毛细血管中摄取氧增多所致，其特点是常出现在肢体的末梢与下垂部位。

2．氧离曲线右移　缺氧时，红细胞内糖酵解增强，其中间产物2，3－DPG增加，导致氧离曲线右移，血红蛋白与氧的亲和力降低，易于将结合的氧释出供组织利用。但是，如果PaO2低于8kPa （60mmHg），则氧离曲线的右移将使血液通过肺泡时结合的氧量减少，从而失去代偿意义。

中枢神经系统对缺氧极度敏感，其表现与缺氧程度有关。ATP生成不足、酸中毒、细胞内游离Ca2＋增多、神经介质合成减少、溶酶体酶释放以及细胞水肿等，均可导致神经系统的功能障碍，甚至神经细胞结构的破坏。轻度缺氧可发生注意力不集中，记忆力、判断力下降，思维减退及定向力障碍等；严重缺氧可导致烦躁不安、谵语、惊厥、昏迷甚而死亡。缺氧引起脑组织的形态学变化主要是脑细胞变性（脑细胞肿胀）、坏死及脑水肿。

组织、细胞的代偿性变化发展较为缓慢，在急性缺氧时表现不明显。慢性缺氧时，细胞内线粒体数目增多，氧化还原酶活性增强，使组织利用氧能力增强，肌肉中肌红蛋白增多。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%，故肌红蛋白的增加具有储存氧及增加组织氧供应的作用。严重缺氧时，细胞膜、线粒体、溶酶体受损及功能障碍，细胞有氧氧化减弱，氧化不全产物增多，糖酵解增强，乳酸、酮体生成增多，ATP生成减少，Na＋－K＋泵运转失常，导致代谢性酸中毒、细胞水肿及功能失常甚至发生变性、坏死。

年龄、机体的机能状态、营养、锻炼、气候等许多因素都可影响机体对缺氧的耐受性，这些因素可以归纳为两点，即代谢耗氧率与机体的代偿能力。

代谢耗氧率高的组织、细胞对缺氧的耐受性差。神经细胞代谢耗氧率高，对缺氧最敏感，耐受性最差，以缺血为例，脑组织缺血5～10分钟神经细胞便会坏死，其次是心肌、肝、肾实质细胞，结缔组织中的成纤维细胞耐受性最大。

任何使机体代谢耗氧率增高的因素都能降低机体对缺氧耐受性，如发热、机体过热或甲状腺功能亢进的病人，寒冷、体力活动、情绪激动等都使机体耗氧率增高，对缺氧耐受性降低。

降低代谢耗氧率则使机体对缺氧的耐受性增高。低温麻醉使体温降低、神经系统的抑制，代谢耗氧率降低，故可用于心脏外科手术，以延长手术所必需阻断血流的时间。

机体通过呼吸、循环和血液系统的代偿性反应能增加组织的供氧。通过组织细胞的代偿性反应能提高利用氧的能力。这些代偿性反应存在显著的个体差异，年轻身体健壮者对缺氧耐受性高，有心、肺疾病及血液病者对缺氧耐受性低，老年人因肺和心脏的功能储备降低、骨髓的造血干细胞减少、外周血液红细胞数减少以及细胞某些呼吸酶活性降低等原因，均可导致对缺氧的耐受性下降。

轻度的缺氧刺激可调动机体的代偿能力。慢性贫血的病人血红蛋白即使很低仍能维持正常活动，而急性失血使血红蛋白减少到同等程度就可能引起严重的代谢功能障碍。通过锻炼可以提高心、肺功能，增强造血功能和氧化酶活性，从而提高机体的对缺氧的代偿能力。

无论何种原因引起的缺氧都是继发性改变，所以各类缺氧的治疗原则是：①首先治疗引起缺氧的原发病，如休克、贫血、肺部感染等；②吸氧，但氧疗的效果因缺氧的类型而异。

吸氧可提高肺泡气氧分压，使PaO2及动脉氧饱和度（SaO2）增高，从而增加对组织的供氧。吸氧对吸入气体的氧分压过低及外呼吸功能障碍所致的低张性缺氧的效果最好，但对由静脉血分流入动脉引起的低张性缺氧，因分流的血液未经肺泡直接掺入动脉血，故吸氧对改善缺氧的作用不大。对血液性缺氧、循环性缺氧和组织缺氧者，PaO2及SaO2正常，一般常规吸氧几乎无效，但吸入高浓度氧或高压氧可使血浆中溶解氧量增加，提高血浆与组织之间的氧分压梯度，以促进氧的弥散，改善组织的供氧。一氧化碳中毒者吸入纯氧，使血液的氧分压升高，氧可与CO竞争与血红蛋白结合，从而加速HbCO的解离，促进CO的排出，故氧疗效果较好。

对慢性阻塞肺疾病患者，既有缺氧，又伴有二氧化碳潴留，此时呼吸中枢对二氧化碳的敏感性降低，主要依靠缺氧来勉强维持其兴奋性，如无控制地吸入高浓度氧，将会抑制呼吸中枢。因此，应采用持续低流量、低浓度吸氧。

氧中毒常由高压氧或高浓度氧治疗不当引起，氧中毒时细胞受损的机制与活性氧的毒性作用有关，患者出现肺水肿、肺不张等肺部病变（肺型氧中毒）或中枢神经系统功能障碍（脑型氧中毒）。目前对氧中毒尚无特殊治疗方法及药物，重在预防，氧疗时应严格掌握用高浓度氧、高压氧治疗的适应证及持续时间。

小　结

缺氧是指由于组织的供氧不足或利用氧障碍，导致组织的代谢、功能以致形态结构发生异常变化的病理过程。机体对氧的获得、利用涉及机体从外界摄取氧、血液携带氧、循环运输氧、组织利用氧四个环节。其中任何一个或几个环节出现障碍都可引起缺氧（表14－1）。

表14－1　缺氧的类型及其特点比较

↑示升高，↓示降低，N示正常。

淤血性缺氧、低张性缺氧易出现发绀；严重贫血及缺血性引起的缺氧，组织器官呈苍白色；CO中毒时，皮肤黏膜呈樱桃红色，高铁血红蛋白血症时，皮肤黏膜呈棕褐色；氰化物中毒时，皮肤黏膜呈玫瑰红色。

缺氧时机体的机能、代谢变化的一般规律是：轻度缺氧时机体首先出现一系列代偿性变化，以增加氧的供应，提高组织利用氧的能力，严重缺氧时则出现组织器官的代谢障碍和功能紊乱。

机体对缺氧的耐受性取决于代谢耗氧率与机体的代偿能力，神经细胞对缺氧的耐受性最差，其次是心肌、肝、肾实质细胞，成纤维细胞耐受性最大。

各类缺氧的治疗原则是：①首先治疗引起缺氧的原发病；②吸氧，但氧疗的效果因缺氧的类型而异。氧疗时应严格掌握用高浓度氧、高压氧治疗的适应证及持续时间，以防氧中毒。

病案讨论

病例摘要　患者，女，45岁，菜农。因于当日清晨4时在蔬菜温室为火炉添煤时，昏倒在温室里。2小时后被其丈夫发现，急诊入院。患者以往身体健康。体检：体温37．5℃，呼吸20次／min，脉搏110次／min，血压100／70mmHg，神志不清，口唇呈樱红色。其他无异常发现。实验室检查：PaO212．6kPa，血氧容量10．8mL%，动脉血氧饱和度95%，HbCO 30%。入院后立即吸O2，不久渐醒。给予纠酸、补液等处理后，病情迅速好转。

讨论：

1．致患者神志不清的原因是什么？简述发生机制。

2．缺氧类型是什么？有哪些血氧指标符合？

同步练习

一、选择题

1．循环性缺氧时血氧指标最具特征的变化是（ ）

A．动脉血氧分压正常

B．动脉血氧容量正常

C．动脉血氧含量正常

D．动、静脉氧差增大

2．引起“肠源性紫绀”的原因是（ ）

A．一氧化碳中毒

B．亚硝酸盐中毒

C．氰化物中毒

D．肠系膜血管痉挛

3．下列疾病中哪项不会出现血液性缺氧（ ）

A．高铁血红蛋白血症

B．蚕豆病

C．煤气中毒

D．肺炎

4．健康者进入高原地区或通风不良的矿井可发生缺氧的主要原因在于（ ）

A．吸入气的氧分压低

B．肺部气体交换差

C．肺循环血流量少

D．血液携氧能力低

5．对缺氧最敏感的组织是（ ）

A．脑灰质

B．脑白质

C．心肌

D．肾皮质

6．血氧容量取决于（ ）

A．血氧分压

B．血氧含量

C．血氧饱和度

D．Hb的质与量

二、名词解释

1．组织性缺氧　2．肠源性发绀　3．血氧分压　4．缺氧

三、简答题

1．试述发生血液性缺氧的原因与机制。

2．举例说明缺氧与发绀的关系。