第三節(jié)　缺氧時機體功能和代謝變化

由于缺氧發(fā)生的原因、程度及機體功能狀態(tài)不同，對機體的代謝功能的影響不盡相同，急性、輕度缺氧主要引起機體的代償反應，慢性、重度缺氧則引起組織細胞功能代謝障礙，嚴重者死亡。

一、呼吸系統(tǒng)的變化

（一）代償反應及機制

PaO₂下降至60mmHg（8．0kPa）以下發(fā)生急性輕度缺氧時，機體即可代償性出現(xiàn)呼吸加快、加深，肺泡通氣量增加。代償機制為：當PaO₂下降至60mmHg（8．0kPa）時可刺激頸動脈體和主動脈體的外周化學感受器，反射性引起呼吸加快加深，從外界攝氧增加，使肺泡通氣量增加，有利于升高PaO₂。此外，呼吸運動加快可使胸廓運動增強，胸腔負壓增大，回心血量增加，心輸出量及肺血流量增多，有利于血液攝取和運輸氧。

（二）呼吸功能障礙及機制

PaO₂下降至30mmHg（4．0kPa）以下發(fā)生急性重度缺氧時，可直接抑制呼吸中樞，出現(xiàn)呼吸不規(guī)則、呼吸減弱甚者呼吸停止，肺泡通氣量顯著減少。此外，當人登上海拔4　000m以上的高原后，出現(xiàn)頭痛、胸悶、咳嗽、咳血性泡沫痰、肺部濕性啰音、發(fā)紺、呼吸困難，甚至神志不清，即為高原肺水腫。發(fā)生機制可能為：急性嚴重缺氧使外周血管收縮，增加回心血量及肺血流量；嚴重缺氧時肺毛細血管收縮使肺循環(huán)阻力增加，肺毛細血管內(nèi)壓增加。

二、循環(huán)系統(tǒng)的變化

（一）代償反應及機制

1．心輸出量增加

心輸出量增加是急性輕度低張性缺氧的主要代償反應，可提高組織供氧量。代償機制如下。①心率加快：當氧分壓下降時，呼吸運動增強，肺泡通氣量增大刺激肺牽張感受器，反射性興奮交感神經(jīng)，引起心率加快，心輸出量增加。②心肌收縮力增強：氧分壓下降時交感神經(jīng)興奮，釋放兒茶酚胺作用心肌細胞β^－腎上腺素能受體，心肌收縮力增強，心輸出量增多。③靜脈回流增加：因胸廓運動增強，心率加快，促進靜脈的回流。

2．血流分布變化

急性缺氧時，因交感神經(jīng)興奮，效應器皮膚、腹腔器官等縮血管作用占優(yōu)勢，引起血管強烈收縮，而心、腦血管因受代謝產(chǎn)物乳酸、腺苷、PGI₂等擴血管物質(zhì)的作用，血流加快。通過血液的重新分布，保證生命重要器官的供血供氧。

3．肺血管收縮

缺氧時，因肺泡氧分壓降低可直接引起肺小動脈收縮，減少缺氧部位血流量，有利于維持肺泡通氣量與血流量的比值，提高PaO₂。肺血管收縮的機制可能如下。①交感神經(jīng)作用：缺氧引起交感神經(jīng)興奮，作用于肺血管α受體，引起肺小血管收縮。②體液因素：缺氧促使肺組織內(nèi)肥大細胞、肺泡巨噬細胞、血管內(nèi)皮細胞等釋放組胺、前列腺素和白細胞三烯等血管活性物質(zhì)，作用于肺血管，從而影響肺動脈的收縮和舒張?？s血管物質(zhì)釋放量多，作用大于舒血管作用時，引起肺動脈收縮。③缺氧直接對平滑肌的作用：缺氧可使肺血管平滑肌細胞膜對Na^＋、Ca^2＋的通透性增高，內(nèi)流增多，致肌細胞興奮性與收縮性增高。

4．毛細血管增生

長期慢性缺氧可使心、腦、骨骼肌毛細血管顯著增生，密度增加，縮短血氧彌散距離，氧的彌散速度加快，有利于組織供氧。

（二）循環(huán)功能障礙

慢性嚴重缺氧，可促使肺血管平滑肌細胞和成纖維細胞肥大、增生，血管硬化，形成肺動脈高壓。長期肺動脈高壓導致右心室肥大，甚至發(fā)生心力衰竭。此外，嚴重缺氧能直接破壞心肌細胞結(jié)構(gòu)及抑制呼吸中樞使胸廓運動減弱、靜脈的回流減少。

三、血液系統(tǒng)的變化

（一）紅細胞增多

1．急性缺氧

急性缺氧可興奮交感神經(jīng)，使肝、脾等儲血器官收縮，血液進入體循環(huán)，使血液中的紅細胞與血紅蛋白含量增加，提高血氧含量及氧容量。

2．慢性缺氧

缺氧時的低氧血癥能刺激腎小球球旁細胞釋放促紅細胞生成素（EPO），促進骨髓干細胞分化，加速紅細胞成熟。雖然，紅細胞增多可增加血氧含量及氧容量，但過度增加，反而增加了血液的黏稠度，從而增加血流阻力，加重缺氧。

（二）氧解離曲線右移

缺氧時糖酵解增強，紅細胞內(nèi)2，3－DPG增加，氧解離曲線右移，血紅蛋白與氧的親和力降低，有利氧釋放出供給組織利用。

四、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的變化

腦是對缺氧最敏感的重要生命器官。因腦的重量僅占體重的2%，腦血流量約占心輸出量的15%，腦內(nèi)氧、糖原和ATP的儲存極少，能量來源主要依靠葡萄糖的生物氧化，所以腦尤其是大腦皮質(zhì)對缺氧甚為敏感。缺氧可直接損傷中樞神經(jīng)系統(tǒng)，引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，出現(xiàn)不同表現(xiàn)。急性缺氧可出現(xiàn)頭痛、情緒激動、思維能力、記憶力、判斷力降低以及運動不協(xié)調(diào)等。慢性缺氧出現(xiàn)易疲勞、嗜睡、注意力不集中及精神抑郁等。嚴重缺氧導致煩躁不安、驚厥、昏迷甚至危及生命。中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙發(fā)生機制主要為：缺氧時腦細胞ATP生成減少，神經(jīng)膜電位降低、神經(jīng)遞質(zhì)合成減少，神經(jīng)沖動傳導受阻。神經(jīng)細胞膜鈉泵功能障礙，細胞水腫。酸中毒使腦血管壁通透性增高，加重腦水腫。

五、組織與細胞的變化

（一）代償反應及機制

1．組織細胞用氧能力增強

通常在慢性缺氧時，細胞內(nèi)線粒體膜表面積增多和數(shù)目增多，某些酶如細胞色素氧化酶、琥珀酸脫氫酶增加，增強細胞內(nèi)呼吸功能，攝氧增多。

2．糖酵解增強

由于缺氧時ATP生成減少，ATP/ADP比值下降，致使控制糖酵解過程最重要的限速酶（磷酸果糖激酶）活性增強，促進糖酵解，一定程度上補償能量不足。

3．肌紅蛋白增加

慢性缺氧能使肌肉中的肌紅蛋白含量增加，有利于儲備氧。肌紅蛋白與氧的親和力大于Hb，能攝取更多氧儲存，氧分壓進一步下降時，肌紅蛋白可釋放大量氧供細胞利用，也加快了氧的彌散速度。

4．低代謝狀態(tài)

缺氧時細胞內(nèi)酸中毒，能抑制細胞的各種合成代謝及離子泵功能，降低耗能，細胞處于低代謝狀態(tài)，有利于機體在缺氧環(huán)境中生存。

（二）細胞損傷及機理

1．細胞膜的變化

缺氧可使細胞代謝障礙，ATP生成不足，Na^＋－K^＋泵功能障礙，細胞膜對離子的通透性增高。Na^＋內(nèi)流，促進水進入細胞內(nèi)發(fā)生細胞水腫；K^＋外流，細胞內(nèi)缺鉀，導致K^＋對蛋白質(zhì)、酶類合成代謝障礙，進一步影響細胞代謝；Ca^2＋內(nèi)流，細胞內(nèi)Ca^2＋濃度增高，可抑制線粒體的呼吸功能，激活磷脂酶，使膜磷脂分解，引起溶酶體損傷并釋放出水解酶，進一步加重細胞損傷。

2．細胞器的改變

（1）線粒體的變化：細胞內(nèi)80%～90%的氧在線粒體進行氧化磷酸化產(chǎn)生ATP，10%～20%的氧在線粒體外具有生物合成、降解及生物轉(zhuǎn)化作用。輕度缺氧能使線粒體的生物氧化功能減弱，ATP生成減少。嚴重缺氧影響線粒體外氧的利用，甚至損傷線粒體結(jié)構(gòu)導致線粒體水腫、嵴崩解、膜破碎基質(zhì)外流等。

（2）溶酶體的變化：由于ATP生成減少，細胞內(nèi)酸中毒，使溶酶體膜磷脂分解，膜通透性增高，溶酶體發(fā)生腫脹、破裂，釋放大量溶酶體酶，引起細胞組織溶解、壞死。