第一节　氧的感受机制

机体对氧的感受分为两个方面：颈动脉体与主动脉体化学感受器和细胞对氧的感知。在颈总动脉分叉处有颈动脉体，在主动脉和肺动脉之间的组织中有分散的主动脉体，均为直径12mm的球形小体。颈动脉体的传入纤维走行于窦神经中，加入舌咽神经，进入延髓后在孤束核换元。主动脉体的传入纤维在迷走神经中，进入延髓后也在孤束核换元。细胞水平的氧感受器为脯氨酸羟化酶（prolyl hydroxylase，PHD）与缺氧诱导因子的抑制因子（FIH），下面分别简要介绍。

一、颈动脉体与主动脉体化学感受器

颈动脉体和主动脉体对动脉血液化学成分的变化（缺氧、二氧化碳分压升高和H+浓度升高等）敏感而发生兴奋，引起冲动发放，因此称为化学感受器。正常条件下，人体动脉血氧分压维持在100mmHg，化学感受器发放的神经冲动较少；当动脉血氧分压维持降至60～80mmHg时，化学感受器发放的神经冲动明显增加。在实验条件下，人为地保持呼吸频率和深度不变，刺激颈动脉体化学感受器可引起心率减慢、心输出量减少、冠状动脉舒张、骨骼肌、腹腔内脏及肾脏的血管收缩、肾上腺髓质分泌肾上腺素增加。但在自然呼吸条件下，刺激颈动脉体化学感受器会引起呼吸中枢兴奋，呼吸运动加深加快，以致造成过度通气，加之肺牵张感受器的传入冲动增多，使心迷走中枢抑制，反射性地引起呼吸、心率加快；另一方面，血液中氧含量降低以及儿茶酚胺浓度升高，又可直接使血管平滑肌收缩。因此，在完整机体内，颈动脉体化学感受器兴奋引起的心血管反射效应总的结果是：心率加快、心输出量增加，脑和心脏的血流量增加，而腹腔内脏和肾脏的血流量减少血压升高。刺激主动脉体化学感受器引起的反应与上述颈动脉体化学感受性反射的表现相似，但其呼吸反应较弱而心血管反应较强。

一般认为，颈动脉体和主动脉体化学感受性反射的生理意义主要是调节呼吸运动，在正常情况下对心血管活动无明显的调节作用，只有在低氧、窒息、动脉血压过低（低于60mmHg）或酸中毒等病理情况下才发生作用。化学感受性反射对心血管活动的调节，主要是对心脏输出的血量进行重新分配：内脏、静息肌肉等处的血管收缩，血流量减少；心、脑等重要器官的血流量并不减少或反而有所增多，以在缺氧等情况下血液首先供应最重要的器官，如心、脑等。总之，颈动脉体与主动脉体化学感受器是机体在整体水平感受氧与其他重要化学物质变化的感受器。

二、细胞对氧的感知

除颈动脉体与主动脉体化学感受器外，细胞本身亦能感知氧的变化，并具备精密的调节机制。细胞水平的氧感受器为脯氨酸羟化酶（prolyl hydroxylase，PHD）与缺氧诱导因子的抑制因子（FIH），他们感知氧的变化而调节下游执行分子缺氧诱导因子（HIF）表达水平，从而实现对细胞的保护作用。

缺氧诱导因子（HIF）有三种异构体：HIF-1α、HIF-2α与HIF-3α。目前对HIF-3α的作用研究较少，HIF-1α与HIF-2α具有高度同源性，在急性缺氧期（＜24h），以HIF-1α表达增加与活性升高为主，慢性缺氧时HIF-2α表达与活性升高。HIF-1是一种异源二聚体，主要由120kD的HIF-1α和91～94kD的HIF-1β两个亚单位组成。HIF-1β亚基在细胞质中稳定表达，而HIF-1α亚基在翻译后即被泛素-蛋白酶水解复合体降解。因此，在正常氧饱和度下的细胞中基本检测不到HIF-1α亚基的表达，而在缺氧状态下，HIF-1α亚基的降解被抑制，1α和β亚基形成有活性的HIF-1，转移到细胞核内调节多种基因的转录。

生理条件下HIF-1α与HIF-2α蛋白含量较低的原因，是HIF-1α的第402/564位或HIF-2α的第405/531位脯氨酸被羟化酶（PHDs）羟基化，能被pVHL（von Hippel-Lindau）蛋白识别而结合，与pVHL相连接的E3泛素连接酶引起泛素化，最终被蛋白酶体降解。为了防止少量向核内转位的HIF-1α与HIF-2α激活转录，HIF抑制因子（FIH）可羟基化HIF第803位的天冬酰胺，阻止HIF-1/2α与核内HIF-1β结合形成异二聚体而启动缺氧响应元素（HRE），引起转录激活。PHDs与FIH均为氧感受器，当氧分压降低时，两类酶活性均被抑制，使HIF-1/2α不能被正常降解而集聚，并向核内转位，此时因转录抑制被解除，能与核内HIF-1β结合形成异二聚体激活转录。HIF-1/2α下游的靶基因多达百余个，在缺氧条件下，这些靶基因表达后的作用主要包括促进向无氧代谢转化、有利于调节细胞内pH值、促血管生成与阻止细胞凋亡等，对细胞发挥多方面的保护作用。William G.Kaelin Jr、Sir Peter J.Ratcliffe和Gregg L.Semenza因发现了细胞如何感知和适应氧气的可用性，获2019年度诺贝尔生理学或医学奖。