第四节　缺氧时机体的功能代谢变化

缺氧时机体的功能、代谢变化，包括机体对缺氧的代偿性反应和由缺氧引起的代谢与功能障碍。轻度缺氧主要引起机体代偿性反应，严重缺氧而机体代偿不全时出现的变化以代谢功能障碍为主。机体在急性缺氧与慢性缺氧时的代偿反应有区别，急性缺氧时机体的代偿以呼吸与循环系统代偿为主，慢性缺氧时，血液系统的改变在代偿中发挥重要作用。

一、呼吸系统变化

1.代偿性反应

（1）PaO2降低：

当动脉血氧分压低于60mmHg（8kPa）时，可刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器，反射性地引起呼吸加深加快，从而使肺泡通气量增加，肺泡气氧分压升高，PaO2也随之升高。胸廓呼吸运动的增强使胸内负压增大，还可促进静脉回流，增加心输出量和肺血流量，有利于氧的摄取和运输。但过度通气使PaCO2降低，减低了CO2对延髓中枢化学感受器的刺激，可限制肺通气的增强。

（2）缺氧性缺氧所引起的肺通气变化与缺氧持续的时间有关：

肺通气量增加是对急性缺氧最重要的代偿性反应。此反应的强弱存在显著的个体差异，代偿良好者肺通气增加较多，PaO2比代偿不良者高，PaCO2也较低。贫血性缺氧和组织中毒性缺氧因PaO2不降低，故呼吸一般不增强；循环停滞性缺氧如累及肺循环（如心力衰竭引起肺淤血和肺水肿时），可使呼吸加快。

2.呼吸功能障碍

急性高空缺氧，如快速登上4 000m以上的高原时，可在1～4d内发生肺水肿，表现为呼吸困难、咳嗽、血性泡沫痰、肺部有湿性啰音、皮肤黏膜发绀等。肺水肿影响肺的换气功能，可使PaO2进一步下降。PaO2过低可直接抑制呼吸中枢，使呼吸抑制，肺通气量减少，导致中枢性呼吸衰竭。

二、循环系统变化

1.代偿性反应

缺氧性缺氧引起的代偿性心血管反应主要表现为心输出量增加，血流分布改变，肺血管收缩与毛细血管增生。

（1）心输出血量增加：

可提高全身组织的供氧量，故对急性缺氧有一定的代偿意义。心输出量增加主要是由于：

1）心率加快：

缺氧时心率加快很可能是通气增加、肺膨胀对肺牵张感受器的刺激，反射性地兴奋交感神经引起的。

2）心肌收缩性增强：

缺氧作为一种应激原，可引起交感神经兴奋，作用于心脏β-肾上腺素受体，使心肌收缩性增强。

3）静脉回流量增加：

胸廓呼吸运动及心脏活动增强，可导致静脉回流量增加和心输出量增多。

（2）血流重新分布：

急性缺氧时，皮肤、腹腔器官因交感神经兴奋，缩血管作用占优势，使血管收缩；而心、脑血管因局部组织代谢产物的扩血管作用而出现血流量增加。这种血流分布的改变显然对于保证重要器官氧的供应是有利的。

（3）肺血管收缩：

肺血管对缺氧的反应与体血管相反。肺泡缺氧及混合静脉血的氧分压降低都引起肺小动脉收缩，从而使缺氧的肺泡血流量减少。由肺泡通气量减少引起的局部肺血管收缩反应有利于维持肺泡通气与血流的适当比例，使流经这部分肺泡的血液仍能获得较充分的氧，从而可维持较高的PaO2。

（4）毛细血管增生：

长期缺氧时，HIF-1α可促使血管内皮生长因子（VEGF）等基因表达增加，使毛细血管增生，尤其是脑、心和骨骼肌的毛细血管增生更显著。毛细血管的密度增加可缩短血氧弥散至细胞的距离，增加对细胞的供氧量。

2.循环功能障碍

严重的全身性缺氧时，心脏可受累，如高原性心脏病、肺源性心脏病、贫血性心脏病等，甚而发生心力衰竭。

三、血液系统变化

缺氧可使骨髓造血增强及氧合血红蛋白解离曲线右移，从而增加氧的运输和Hb释放氧。

（1）红细胞增多：

慢性缺氧所致红细胞增多主要是骨髓造血增强所致。当低氧血流经肾时，能刺激肾小管旁间质细胞生成并释放促红细胞生成素，促使干细胞分化为原红细胞并促进其分化、增殖和成熟，加速Hb的合成，使骨髓内的网织红细胞和红细胞释放入血液。红细胞增多可增加血液的氧容量和氧含量，从而增加组织的供氧量。

（2）氧合血红蛋白解离曲线右移：

缺氧时，红细胞内2，3-DPG增加，导致氧解离曲线右移，即血红蛋白与氧的亲和力降低，易于将结合氧释出供组织利用。

四、中枢神经系统变化

脑重仅为体重的2%左右，而脑血流量约占心输出量的15%，脑耗氧量约为总耗氧量的23%，所以脑对缺氧十分敏感。脑灰质比白质的耗氧量多5倍，对缺氧的耐受性更差。急性缺氧可引起头痛，情绪激动，思维力、记忆力、判断力降低或丧失，运动不协调等。慢性缺氧者则有易疲劳、嗜睡、注意力不集中及抑郁等症状。严重缺氧可导致烦躁不安、惊厥、昏迷，甚至死亡。

五、组织细胞变化

1.代偿性反应

在供氧不足的情况下，组织细胞可通过增强利用氧的能力和增强无氧酵解过程以获取维持生命活动所必需的能量。

（1）细胞利用氧的能力增强：

慢性缺氧时，细胞内线粒体的数目和膜的表面积均增加，呼吸链中的酶，如琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶可增加，使细胞的内呼吸功能增强。

（2）无氧酵解增强：

缺氧时，ATP生成减少，ATP/ADP比值下降，以致磷酸果糖激酶活性增强，该酶是控制糖酵解过程最主要的限速酶，其活性增强可促使糖酵解过程加强，在一定程度上可补偿能量的不足。

（3）肌红蛋白增加：

慢性缺氧可使肌肉中肌红蛋白含量增多。肌红蛋白和氧的亲和力较大。肌红蛋白的增加可能具有储存氧的作用。

（4）低代谢状态：

缺氧可使细胞耗能过程减弱，如蛋白质合成、葡萄糖合成、尿素合成、离子泵功能等均降低，使细胞处于低代谢状态，有利于在缺氧环境下生存。细胞内酸中毒可能是合成代谢降低的原因之一。

急性缺氧时以呼吸系统和循环系统的代偿反应为主。慢性缺氧者，主要靠增加组织利用氧的能力和血液运送氧的能力以适应慢性缺氧。

2.细胞损伤

缺氧性细胞损伤主要为细胞膜、线粒体及溶酶体的变化。

（1）细胞膜的变化：

在细胞内ATP含量减少以前，细胞膜电位已开始下降，其原因为细胞膜对离子的通透性增高，导致离子顺浓度差通过细胞膜。

1）钠离子内流：

细胞内Na+的增多促使水进入细胞，导致细胞水肿。

2）钾离子外流：

细胞内缺钾将导致合成代谢障碍，酶的生成减少，将进一步影响ATP的生成和离子泵的功能。

3）钙离子内流：

当严重缺氧使细胞膜对Ca2+的通透性增高时，Ca2+内流将增加。Ca2+增多可抑制线粒体的呼吸功能；可激活磷脂酶，使膜磷脂分解，引起溶酶体的损伤及其水解酶的释出，从而增加自由基的生成，加重细胞的损伤。

（2）线粒体的变化：

严重缺氧首先影响线粒体外的氧利用，使神经递质的生成和生物转化过程等降低，当线粒体部位氧分压降到临界点＜1mmHg（0.1kPa）时，可降低线粒体的呼吸功能，使ATP生成更减少。

（3）溶酶体的变化：

缺氧时因糖酵解增强使乳酸生成增多、脂肪氧化不全，其中间代谢产物酮体增多，导致酸中毒。

除以上所述的神经、呼吸与循环系统功能障碍外，肝、肾、消化、内分泌等系统的功能均可因严重缺氧而受损害。

（余志斌）