第三节 缺氧时机体的功能代谢变化

缺氧对机体的影响，取决于缺氧发生的速度、程度、持续时间和机体的功能、代谢状态。Www.Pinwenba.Com 吧轻度缺氧时主要表现出机体的代偿性反应，急性或严重缺氧则可因来不及代偿或代偿不全而导致代谢与功能障碍，甚者可致死亡，或留有不可逆损伤。各种类型缺氧所引起的变化既有相似之处，又各具特点。以下主要以低张性缺氧为例说明缺氧对机体的影响。

1.缺氧时机体的代偿性反应

（1）呼吸系统的代偿性反应 呼吸系统的代偿反应因缺氧的类型和持续的时间不同而异。肺通气量增加是对急性低张性缺氧的最重要代偿反应，但反应的强弱存在明显的个体差异。当PaO2降低（＜8 kPa）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，使肺泡通气量增加，肺泡气PO2升高，PaO2也随之升高，从而达到代偿目的。此外，胸廓呼吸运动的增强尚可使胸内负压增大，促进静脉回流，增加心排血量和肺血流量，有利于氧的摄取和运输。但过度通气可因PCO2降低，减轻对延髓的中枢化学感受器的刺激，而使过度通气反应受到限制。

血液性缺氧和组织性缺氧，由于PaO2正常，一般没有呼吸加强反应。循环性缺氧由于心排血量减少或腔静脉右心房淤血通过压力感受器可反射性地引起呼吸加强。

（2）循环系统的代偿性反应 低张性缺氧引起的代偿性心血管反应主要表现为心排血量增加、血流重新分布、肺血管收缩与毛细血管增生。

1）心排血量增加：主要是心率加快、心肌收缩性增强和静脉回流量增加的综合作用，其发生机制分别为：①心率加快，通气增加所致肺膨胀对肺牵张感受器的刺激，可反射性地通过交感神经引起心率加快。但呼吸运动过深反可通过反射致心率减慢。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α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，均可导致静脉回流量增加。

2）血流重新分布：交感神经兴奋可引起血管收缩；局部组织的代谢产物，如乳酸、腺苷、PGI2等则可使血管扩张。这两种作用的平衡关系决定该器官的血管舒缩和血流量的增减。急性缺氧时，皮肤、腹腔器官因交感神经纤维密度较高，缩血管作用占优势，使血管收缩，而心、脑组织因代谢旺盛，主要受局部组织代谢产物扩血管作用的影响，使血流增加。这种血流分布的改变对于保证生命重要器官供氧是有利的。

3）肺血管收缩：肺泡PO2降低或混合静脉血的PO2降低都可引起局部的肺小动脉收缩。其代偿意义在于维持肺泡通气与血流的适当比例，使通气良好的肺泡局部有更多的血流，从而维持较高的PaO2。

4）毛细血管增生：长期缺氧可使毛细血管密度增加，尤其是心、脑和骨骼肌毛细血管增生明显。其机制与血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）等基因表达增加有关。毛细血管密度增加可提高组织细胞的血液灌流量，缩短氧的弥散距离，扩大氧的弥散面积，增加对细胞的供氧量。

（3）血液系统的代偿反应 缺氧可使血液红细胞增多及血红蛋白与氧亲和力降低，增加氧的运输和血红蛋白释放氧的能力。

1）红细胞增多：急性缺氧时，血液中红细胞迅速增加，这是由于血液浓缩和肝、脾释放红细胞的结果。慢性缺氧所致红细胞增多主要是骨髓造血功能增强。低氧血流经肾时，可刺激肾小管旁间质细胞生成并释放红细胞生成素（erythropoietin, EPO），后者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，促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，从而增加对组织的供氧量。

2）红细胞向组织释放氧的能力增强：缺氧时（除组织中毒性缺氧），红细胞内糖酵解增强，其中间代谢产物2，3-DPG增多，使氧离曲线右移，Hb与氧的亲和力降低，易于释放氧供组织利用。

（4）组织、细胞的代偿性反应 供氧不足时，组织细胞可通过提高利用氧的能力和增强无氧糖酵解，以获取维持生命活动所必需的能量。

1）提高细胞利用氧的能力：慢性缺氧时，细胞线粒体的数目和膜的表面积增加可加强对氧的摄取，是组织细胞对缺氧适应的一种重要方式。此外，线粒体呼吸链中的酶，如琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶增加，使线粒体氧化磷酸化功能增强，可相对增加能量的生成，从而弥补缺氧所致能量供应不足。

2）增强糖的无氧酵解：短暂缺氧时，通过代谢产物的调节可快速增高糖酵解过程的限速酶活性，使糖酵解增强，在一定程度上可补偿能量的不足。

3）肌红蛋白增加：久居高原的人，骨骼肌中肌红蛋白含量增多。肌红蛋白与血红蛋白的结构相似，但对氧的亲和力远大于血红蛋白。当PO2为10 mmHg时，Hb的氧饱和度约为10%，而肌红蛋白的氧饱和度可达70%。因而，即使在PO2很低时，肌红蛋白也能迅速被氧饱和，贮存一定量的氧。当PO2进一步降低时，即可释出贮存的氧供细胞利用。慢性缺氧可使肌肉中肌红蛋白含量增多，有利于氧的贮备释放和传送。

以上代偿机制的发生，在不同缺氧类型可能有所不同。急性缺氧时一般以发生较快的呼吸系统和循环系统的代偿反应为主，但这些代偿功能活动本身消耗较多的氧和能量，一般难以持久。慢性缺氧时，则主要借助于增加血液运输氧的能力和组织、细胞利用氧的能力，虽需要较长的时间，但为较经济的代偿方式。

2.缺氧所致的损伤性变化

（1）呼吸功能障碍

1）高原肺水肿：急性低张性缺氧，如快速进入海拔4000 m以上高原时，少数人可在1～4日内发生肺水肿，称高原肺水肿。表现为头痛、胸闷、呼吸困难、发绀、咳嗽、咳出大量白色或粉红色泡沫样痰，甚至神志不清。肺部听诊有湿啰音。发病机制不明，一旦发生，将明显加重机体缺氧，不及时抢救常致死亡；如能及时给氧或离开高原，肺水肿可很快缓解。

2）中枢性呼吸衰竭：当PaO2过低（＜30 mmHg），缺氧极为严重可直接抑制呼吸中枢，使肺通气量减少，导致中枢性呼吸衰竭。

（2）循环功能障碍

1）肺动脉高压：缺氧可使肺血管收缩，这是导致肺动脉高压的重要原因。慢性缺氧因使肺小动脉长期处于收缩状态，引起平滑肌及弹力纤维和胶原纤维增生，导致肺血管壁中层增厚，从而使肺血管阻力持续增高。此外，缺氧所致的红细胞增多，使血液黏度增高，也可增加肺血流阻力。肺动脉高压可增加右心室的后负荷，导致右心室肥大，甚至心力衰竭。

2）心排血量减少：严重缺氧所致的心排血量减少是由于心功能降低、心律失常以及静脉血回流减少等因素综合作用的结果。缺氧时，心肌细胞ATP生成减少、pH值降低等可引起心肌舒缩功能紊乱，甚至发生心肌变性、坏死。此外，缺氧所致的肺动脉高压还可增加心脏负荷。

3）心律失常：缺氧可致多种心律失常，包括窦性心动过缓、期前收缩、心室颤动等。心动过缓可能系PaO2严重降低，刺激颈动脉体化学感受器，反射性地兴奋迷走神经所致。期前收缩和心室颤动的发生则起因于心肌细胞内K+减少、Na+增加，使静息膜电位降低，心肌兴奋性、自律性和传导性改变。

4）静脉回流减少：主要与严重缺氧时呼吸中枢抑制使胸部运动减弱有关；全身性严重而持久的缺氧还可使体内产生大量乳酸、腺苷等代谢产物，导致外周血管扩张，大量血液淤滞在外周血管，从而使回心血量减少。

（3）中枢神经系统功能障碍 中枢神经系统特别是脑组织对氧需求很高。脑重仅为体重的2%左右，而脑血流量约占心排血量的15%，脑耗氧量约占总耗氧量的23%，所以脑对缺氧最敏感。缺氧患者可出现一系列中枢神经系统功能紊乱的症状。急性缺氧可有头痛，情绪激动，思维力、记忆力、判断力降低或丧失以及运动不协调等。慢性缺氧可有易疲劳、嗜睡、注意力不集中以及精神抑郁等。严重缺氧可导致烦躁不安、惊厥、昏迷，甚至死亡。正常人脑静脉血氧分压约为4.53 kPa（34 mmHg），当降至3.73 kPa（28 mmHg）以下可出现精神错乱，降至2.53 kPa（19 mmHg）以下可出现意识丧失，降至1.6 kPa（12 mmHg）时将危及生命。

（4）缺氧性细胞损伤

1）细胞膜的变化：缺氧时ATP生成减少，供给各种“泵”的能量不足；同时，糖酵解加强使细胞内乳酸增多，pH值降低，导致细胞膜的通透性增加，离子顺浓度差通过细胞膜，其结果为：①Na+内流，使细胞内Na+浓度增加，并促使水进入细胞，导致细胞水肿。血管内皮细胞肿胀可堵塞微血管，加重组织缺氧。②K+外流，使细胞内缺K+，以致细胞糖原、蛋白质等合成代谢障碍，酶活性降低，进一步影响ATP生成和离子泵的功能。③Ca2+内流，严重缺氧时，细胞膜对Ca2+的通透性增高，导致Ca2+内流增多，可激活磷脂酶，促进膜磷脂水解，造成细胞膜及细胞器膜进一步受损。

2）线粒体的变化：细胞内的氧有80%～90%在线粒体内用于氧化磷酸化生成ATP，仅有10%～20%在线粒体外用于生物合成、降解及生物转化作用等。严重缺氧首先影响线粒体对氧的利用，可使神经递质的生成和生物转化过程等降低。当线粒体部位PaO2降到临界点0.1 kPa（＜1 mmHg）时，呼吸酶活性下降，ATP生成减少，线粒体可出现肿胀、嵴崩解、外膜破裂和基质外溢等变化。

3）溶酶体的变化：严重缺氧时，ATP生成减少、pH值降低、Ca2+超负荷、自由基大量产生和磷脂酶激活等均可使溶酶体膜通透性增高，进而使溶酶体肿胀、破裂，大量溶酶体酶释出，导致细胞自溶及其周围组织的溶解、坏死。