正常情況下，體內氧的儲備量十分有限，每升氧氣，僅夠人體消耗3～4min。因此，人體必須從體外不斷地獲得氧氣。氧氣由呼吸道吸入，進入肺內，與肺毛細血管中的血液進行氣體交換后，再由血液運輸至機體的各個臟器和組織、細胞水平，以維持機體各臟器的正常功能。缺氧時，氧療則是解除組織缺氧綜合治療的方法之一。

一、正常和危重狀況下的氧輸送、氧利用和生理調節(jié)

維持細胞足夠的氧供和有效的氧利用對于人體正常的生命功能活動至關重要，因為人體一系列生物學活動皆有賴于高能磷酸鹽三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）提供能量，而ATP的合成恰恰是生物氧化的過程。如果氧供不足就會使營養(yǎng)物質氧化和ATP合成的過程受阻，從而導致機體供能危機，輕者造成器官功能不全，重者可導致病人死亡。

危重病人往往存在一系列損害氧輸送和氧利用的因素，如休克、呼吸衰竭、低容量血癥、組織水腫、細胞中毒等。不僅如此，在伴有上述氧輸送和氧利用障礙的某些病理狀態(tài)中，如創(chuàng)傷、感染、膿毒癥等，氧的需求還會成倍增加。這兩方面的共同作用往往難以避免地置危重病人于“氧債”（oxygen debt）的危險境地。目前在臨床上治療非常棘手、死亡率很高的多器官功能不全綜合征（multiple organ dysfunction syndrom，MODS）很可能就是由于過度的炎癥反應最終導致細胞缺氧和能量代謝衰竭的結果。根據(jù)Shoemaker所提供的一組臨床資料分析顯示，在存活且無器官并發(fā)癥的外科病人中最大氧債為8．0±1．5L／m2，存活但伴有器官衰竭者最大氧債為26．8± 7．0L／m2，而死亡病例最大氧債高達32．5±8．1L／m2且全部并發(fā)器官衰竭?？梢姡鮽拇笮』蛘哒f缺氧的輕重與病人預后有十分直接和密切的關系，因此，對危重病人的治療始終要把預防和糾正細胞缺氧置于最優(yōu)先考慮的位置。

機體對氧利用主要包括攝取、輸送和消耗3個環(huán)節(jié)。氧攝取通過肺臟進行，流經(jīng)肺臟的混合靜脈血正常時可以獲得13．3kPa（100mmHg）的氧分壓（oxygen partial pressure，PO2）。老年人肺臟攝氧能力會隨年齡增加而降低，但最低不應在8．0kPa（60mmHg）以下。血中的氧主要是以與血紅蛋白結合的形式存在，溶解的氧量非常少，臨床上常忽略不計。1g血紅蛋白在完全飽和情況下可以結合1．34ml的氧，但這種結合能力受很多因素影響，其中最重要的是PO2。在正常的情況下，8．0kPa（60mmHg）以上的PO2便可使血紅蛋白結合氧的能力達到90%以上，即氧飽和度（oxygen saturation，SO2）＞90%。若PO2＜8．0kPa則結合氧的能力迅速下降。因此，8．0kPa不僅是臨床上診斷呼吸衰竭的PO2標準，也是治療要求的最低限。PO2超過8．0kPa后血紅蛋白結合氧能力僅在10%的范圍內變化，因此對于糾正呼吸衰竭來說并無追求太高PO2的必要，而且在嚴重呼吸衰竭病人為追求高的PO2往往需付出很大的代價。PO2與SO2的關系可以在氧解離曲線上得到清楚的反映。氧解離曲線是可以移動的。PO2對應于SO2為50%的數(shù)值稱作P50，正常P50為3．0kPa（22．5mmHg），如果P50＜3．0kPa則稱為氧解離曲線左移，表示血紅蛋白對氧的親和力增加，可見于堿血癥、低溫、低碳酸血癥等狀態(tài)。反之，如果P50＞3．0kPa則稱為氧解離曲線右移，可見于酸血癥、發(fā)熱和高碳酸血癥等狀態(tài)，表示血紅蛋白與氧的親和力下降。決定血紅蛋白與氧親和力的直接因素是紅細胞內2，3－二磷酸甘油酸濃度，其含量變化與血紅蛋白結合氧的能力成反比。了解氧解離曲線的移動性有助于指導臨床治療，即當組織缺氧與酸堿平衡紊亂并存時，為糾正組織缺氧，究竟是使血液酸一些好，還是堿一些好，不難做出選擇。

血液中血紅蛋白的量及其結合氧的能力決定了血氧含量（oxygen content，CO2），人體動脈血理想狀態(tài)的CO2約為200ml／L。當這種血液經(jīng)過心臟的泵的作用輸向外周時，就是氧輸送（oxygen delivery，DO2）。就組織而言，DO2就是組織在單位時間內能獲取氧的量；就整個機體而言，DO2是通過心臟作功和血液攜帶而供給機體氧的含量，等于心排血量（cardiac output，CO）和動脈血氧含量（arterial oxygen content，CaO2）的乘積（DO2＝CO×CaO2×10）。成人理想的DO2約為1　000ml／min。

因此，在CaO2一定時，DO2是由CO決定的，CO又取決于每搏量（stroke volume，SV）和心率（heart rate，HR），HR在一定范圍（＜120／min）內，HR與CO成正比（CO＝SV×HR）。而SV又進一步取決于心肌收縮力和心室的前、后負荷，前、后負荷則又分別與血容量及外周血管阻力有關?？梢姡跊Q定DO2上，循環(huán)系統(tǒng)的因素遠比呼吸系統(tǒng)（由此決定血SO2）和血液系統(tǒng)（由此決定血紅蛋白）復雜。

氧在大動脈內隨血流分布到全身各部，因此組織器官的血流量便決定其氧供的多少，不同組織器官的血流量是不同的。一般來說，體重大的器官往往接受較多的灌注。但就單位重量而言，灌注量最高的，仍屬那些代謝率最高的所謂“生命器官”，如心、腦。雖然皮膚和腎臟代謝率較低，而且也并非生命器官，但也接受較高的血流量，這與它們所執(zhí)行的功能有關，即體溫調節(jié)和排泄代謝產(chǎn)物。因此組織的氧供是與其代謝和功能需要相適應的。局部灌注壓和血管阻力最終決定血流量。在生理范圍內，外部環(huán)境和局部環(huán)境的變化就是通過調節(jié)灌注壓和血管阻力維持局部灌注的相對穩(wěn)定以使灌注與代謝相匹配的。在全身與局部調節(jié)兩套機制中，后者看來更重要一些。灌注壓降低、代謝產(chǎn)物蓄積等均可導致血管擴張而使血流量增加。但這種反應還受制于血管外的壓力，如果組織水腫，血管外壓力增加，正常血流調控的機制即受損害。

毛細血管是氧彌散的部位。毛細血管是單細胞結構，允許血管內的小分子物質沿濃度或壓力梯度擴散。由于血管外組織氧分壓低于毛細血管動脈端氧分壓，因此，氧氣離開毛細血管進入組織，并呈放射狀進一步向細胞內彌散。線粒體內維持氧化反應的氧分壓只有0．3～0．5kPa（2．25～3．76mmHg），與血中氧分壓形成巨大的反差，表明氧在彌散過程中嚴重衰減。造成這種衰減的確切機制目前還不完全清楚，但至少說明線粒體獲得氧的能力是比較脆弱的。一些損害氧彌散的病理因素，如組織水腫，可以造成單位體積中毛細血管密度降低和氧彌散距離增加，從而導致細胞攝氧量下降。

正常成人毛細血管的總容量約有7L，而血容量則僅占體重8%，如以體重為60kg計算，血容量僅約5L。事實上，并非所有毛細血管都同時處于開放狀態(tài)，而是根據(jù)代謝需要交替地開放，平時僅占其總容量的10%左右。如果大量毛細血管同時開放，必然導致血液淤滯和有效循環(huán)血容量下降。毛細血管直徑只有4μm，而紅細胞直徑卻為8μm，因此紅細胞通過毛細血管時，必須做變形運動。某些病理狀態(tài)可以造成紅細胞變形能力降低，使這些紅細胞難以通過毛細血管從而失去釋氧功能。此外，紅細胞通過毛細血管的速度也影響氧輸送和攝取，無論流動滯緩或過速均不利于氧交換，滯緩可造成氧輸送量下降，而過速則造成組織氧攝取不完全，其總的結果均使組織攝氧量下降。

毛細血管靜脈端的血液PO2與組織PO2基本平衡，因此可以反映該部組織的氧合情況。全身各組織PO2是不同的，各組織所引流的靜脈血PO2也不同，因此監(jiān)測身體不同部位靜脈血的PO2和SO2有助于了解該部位組織的氧合和代謝情況，特別是對那些較重要的內臟器官。例如抽取頸內靜脈血測定PO2和SO2即可了解腦組織的氧合和代謝情況。臨床上通常抽取心房或肺動脈的靜脈血（稱混合靜脈血）進行檢測，其PO2和SO2是全身外周組織氧合和代謝情況總的體現(xiàn)，正常值分別是6．0kPa（45mmHg）和75%。但目前臨床上很少能方便地獲取其他器官的靜脈血標本。

機體利用氧的主要場所是細胞內的線粒體。在線粒體內的生物氧化過程中，氧消耗以合成能源物質ATP，營養(yǎng)物質首先進行脫氫氧化反應，脫掉的氫經(jīng)過一系列由各種復合酶組成的細胞色素順序傳遞，最后被氧分子所接受，并被氧化成水。在水生成過程中可以釋放出大量的能量，其中50%以上用以將二磷酸腺苷（ADP）和無機磷（Pi）合成可儲備的能源物質ATP。ATP合成后以主動轉運或被動彌散的方式被輸送到細胞耗能的部位以提供能量，如細胞膜上的離子泵。最有效的合成能量物質的途徑是生物氧化，例如1mol葡萄糖完全氧化可以生成38mol的ATP，在機體供氧充足的情況下，生物氧化是機體能量的主要來源。但在病理情況下，如供氧障礙或代謝率增加使氧需求增加等，均可以造成機體絕對或相對缺氧。在這種情況下，機體將強化下列途徑以獲取能量。

1．糖酵解　糖酵解可以在無氧參與的情況下產(chǎn)生ATP，但產(chǎn)能效率很低，1mol葡萄糖只能產(chǎn)生2mol ATP，此過程的最終產(chǎn)物是丙酮酸。事實上，葡萄糖有氧氧化的開始階段也首先經(jīng)歷糖酵解過程。所不同的是，有氧氧化在生成丙酮酸后，在丙酮酸脫氫酶作用下，先氧化脫羥為乙酰輔酶A，然后進入三羧酸循環(huán)進一步氧化。而在缺氧情況下，丙酮酸則還原為乳酸。缺氧時糖酵解過程加速以產(chǎn)生更多的能量，從而導致乳酸產(chǎn)生增加，如果超過肝臟等其他器官的利用能力，則造成乳酸堆積，并表現(xiàn)為高乳酸血癥，故高乳酸血癥是機體缺氧的重要標志。

2．肌酐激酶反應　該反應主要存在于心、腦、骨骼肌等代謝率較高的組織器官，是在無氧條件下合成ATP的另一種形式。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）

上述反應是雙向的，即當缺氧導致酸中毒和H＋增加時，促進反應向右進行；而當ATP增加時，則反應向左進行。

3．腺苷激酶反應　在能量不足時，細胞內增加的ADP還可以刺激第三條無氧產(chǎn)能途徑，即

MgADP＋MgADP→MgATP＋MgAMP（3－2）

綜上所述，細胞對氧的利用主要是為了進行生物氧化以合成能源物質ATP。在氧供不足時，即造成能源危機，并迫使機體強化非需氧的合成能源途徑。在此過程中產(chǎn)生一系列代謝副產(chǎn)物，如乳酸等，其在體內蓄積和含量增加常是組織缺氧的重要標志。

二、缺氧概述

任何原因所致的機體組織細胞得不到充分的氧供或組織細胞不能很好地利用氧進行代謝活動，均稱缺氧（anoxia）。

（一）缺氧類型

產(chǎn)生缺氧的原因很多，按照缺氧發(fā)生的機制和環(huán)節(jié)不同，可將缺氧分為以下幾種類型。

1．缺氧型缺氧　指各種原因所致的動脈血氧分壓減少引起的缺氧。

（1）大氣性缺氧：常指由于吸入氣中的氧含量不足所致的缺氧，如高空飛行、登山、潛水，由于空氣稀薄、氣壓低，吸入氣中氧含量減少。

（2）肺性缺氧：多指由于呼吸器官功能障礙，如肺的通氣與換氣功能障礙所致的缺氧。臨床較有代表性的是慢性阻塞性肺疾患（COPD）病人的通氣障礙，各種原因肺水腫、肺炎、肺間質性纖維化所致的彌散功能障礙，肺不張、急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）時肺內靜－動脈分流增加所致的缺氧，肺血管痙攣所致肺內無效通氣，胸腔積液或氣胸所致的肺組織受壓，肺內氣體交換面積減少所致的缺氧等，均屬于肺性缺氧。

（3）肺外因素性缺氧：如中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病和神經(jīng)肌肉系統(tǒng)疾病造成呼吸節(jié)律、頻率改變和呼吸肌功能障礙所致的缺氧，各種藥物中毒、電解質紊亂使呼吸中樞抑制、呼吸肌麻痹及長時間過度通氣、營養(yǎng)不良等所致的呼吸肌疲勞產(chǎn)生的缺氧，也屬于此種類型。

（4）心臟解剖學畸形或異常：如先天性心臟病引起的心臟內血液右－左分流所致的缺氧。

2．貧血型缺氧　當血紅蛋白減少或變性，使氧的運輸發(fā)生障礙，組織和器官得不到充分氧供引起的缺氧，此時動脈血液中的氧含量未必減少。嚴重貧血、一氧化碳中毒及各種病因可引起血紅蛋白異常和變性，如一氧化碳與血紅蛋白的親和力是O2的200倍，當一氧化碳中毒時，血紅蛋白被其占據(jù)，無法攜氧。各種異常血紅蛋白癥時，血紅蛋白發(fā)生變性，可造成氧氣的運輸障礙。

3．循環(huán)淤滯型缺氧　當循環(huán)功能發(fā)生障礙，造成全身器官或局部的血流緩慢或淤滯，使組織和器官氧供減少。如心衰與各種原因所致的休克，由于泵衰竭和微循環(huán)障礙，使末梢循環(huán)血流灌注減少或血流緩慢、血液淤滯，均可引起不同程度的局部或全身臟器和組織的缺氧。同樣，這種類型的缺氧，動脈血液中的氧含量也未必減少。

4．組織中毒型缺氧　指動脈血液中氧含量正常，但由于某種特殊物質中毒，使組織和細胞利用氧的能力降低或障礙產(chǎn)生的缺氧。如氰化物中毒時，組織細胞酶系統(tǒng)受抑制，生物氧化過程發(fā)生障礙引起組織缺氧。

應注意低氧血癥和組織細胞缺氧的概念并不完全相同，前者指的是動脈血氧分壓（arterial partial pressure of oxygen，PaO2）降低，后者主要指組織、細胞內的缺氧。組織細胞缺氧的原因并不一定均是低氧血癥，組織細胞本身利用氧的能力下降也是組織細胞缺氧常見的原因。因此，低氧血癥一定合并不同程度的組織細胞缺氧，而組織細胞缺氧時卻并不一定存在低氧血癥，如休克時PaO2可以正常，但組織、細胞卻可能因微循環(huán)障礙而存在一定程度的缺血和缺氧。

（二）缺氧的評估

缺氧的診斷并不困難，僅憑臨床表現(xiàn)、癥狀和體征就可以診斷。

1．具有缺氧的病因　如上述的各種原因和因素。

2．具有呼吸急促或困難的臨床表現(xiàn)　如呼吸頻率異常增快（＞28～30／min），氣喘、氣促、端坐呼吸，伴或不伴呼吸困難，如張口呼吸、嘆息、三凹征、潮式呼吸，甚至呼吸停止。

3．發(fā)紺　其形成的主要原因是血液中還原血紅蛋白增多。正常人每100ml血液內含還原血紅蛋白約2．0～2．5g，當還原血紅蛋白增至5．0g時，臨床就可能出現(xiàn)發(fā)紺。大部分缺氧均可出現(xiàn)不同程度的發(fā)紺，一般主要出現(xiàn)在口唇、甲床等末梢循環(huán)較豐富的體表部位，嚴重時也可出現(xiàn)在周身任何部位的皮膚和黏膜。必須注意的是，發(fā)紺與缺氧的程度并不一定成正比，有時單憑發(fā)紺診斷缺氧或判斷組織缺氧的程度并不一定可靠。如嚴重貧血時，由于血液中血紅蛋白含量明顯減少，雖然已有嚴重缺氧，但臨床仍可以不出現(xiàn)發(fā)紺。相反，當血紅蛋白過度增多，如代償性紅細胞增多時，雖有明顯發(fā)紺，仍可能氧合血紅蛋白充足而無組織缺氧。因此，發(fā)紺不是診斷缺氧的惟一指標，應結合病史和必要的實驗室檢查綜合分析。

4．動脈血氣分析與脈氧飽和度（SpO2）監(jiān)測　是目前診斷缺氧的最可靠依據(jù)，也是判斷組織缺氧程度的主要方法。一般PaO2＜10．6kPa（80mmHg）或SpO2＜90%就提示缺氧，這兩項指標降低得愈明顯，提示缺氧的程度愈重。

（三）缺氧或低氧血癥的程度判斷

臨床上缺氧與低氧血癥并不是完全等同的定義，病人可能有缺氧，但并不一定有低氧血癥。目前對低氧血癥的程度判斷，主要依據(jù)PaO2或SpO2，后者用以替代動脈血氧飽和度（SaO2）。依據(jù)這兩項指標低氧血癥可分為輕、中、重度：①輕度低氧血癥：SaO2＞80%，PaO26．7～8．0kPa（50～60mmHg）（無發(fā)紺）；②中度低氧血癥：SaO2 60%～80%，PaO25．3～6．7kPa（40～50mmHg）（有發(fā)紺）；③重度低氧血癥SaO2＜60%，PaO2＜5．3kPa（40mmHg）（嚴重發(fā)紺）。

三、氧療糾正缺氧的機制

氧療是糾正缺氧最簡便而有效的方法之一，臨床應用十分普遍，但氧療糾正缺氧的主要機制并不在于去除缺氧的原因，而僅僅是通過增加吸入氣的氧濃度（inspired fraction of oxygen，F(xiàn)iO2）以提高氧在血液中的物理溶解度，間接提高血PO2糾正缺氧。因此，并不是所有類型的缺氧應用氧療均有效。如對解剖性靜－動分流和貧血、中毒等所致的血紅蛋白減少和變性等引起的缺氧，氧療的作用就十分有限。