病理生理學(xué):第三節(jié)　缺氧時(shí)機(jī)體的機(jī)能代謝變化

缺氧時(shí)機(jī)體的機(jī)能代謝變化，包括機(jī)體對(duì)缺氧的代償性反應(yīng)和由缺氧引起的代謝與機(jī)能障礙。輕度缺氧主要引起機(jī)體代償性反應(yīng)；嚴(yán)重缺氧而機(jī)體代償不全時(shí)，出現(xiàn)的變化以代謝機(jī)能障礙為主。機(jī)體在急性缺氧時(shí)與慢性缺氧時(shí)的代償性反應(yīng)也有區(qū)別。急性缺氧是由于機(jī)體來(lái)不及代償而較易發(fā)生代謝的機(jī)能障礙。各種類(lèi)型的缺氧所引起的變化，既有相似之處，又各具特點(diǎn)，以下主要以低張性缺氧為例，說(shuō)明缺氧對(duì)機(jī)體的影響。

一、代償性反應(yīng)

動(dòng)脈血氧分壓一般要降至8kPa(60mmHg)以下，才會(huì)使組織缺氧，才引起機(jī)體的代償反應(yīng)，包括增強(qiáng)呼吸血液循環(huán)，增加血液運(yùn)送氧和組織利用氧的功能等。

（一)呼吸系統(tǒng)

PaO2降低（低于8kPa)可刺激頸動(dòng)脈體和主動(dòng)脈體化學(xué)感受器。反射性地引起呼吸加深加快，從而使肺泡通氣量增加，肺泡氣氧分壓升高，PaO2也隨之升高。吸入10％氧時(shí)，通氣量可增加50％；吸入5％氧可使通氣量增加3倍。胸廓呼吸運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)使胸內(nèi)負(fù)壓增大，還可促進(jìn)靜脈回流，增加心輸出量和肺血流量，有利于氧的攝取和運(yùn)輸。但過(guò)度通氣使PaO2降低，減低了CO2對(duì)延髓的中樞化學(xué)感受器的刺激，可限制肺通氣的增強(qiáng)。

圖3－2 各型缺氧的血氧變化特點(diǎn)

A動(dòng)脈V靜脈圖中kPa相當(dāng)于mmHg的數(shù)值

低張性缺氧所引起的肺通氣變化與缺氧持續(xù)的時(shí)間有關(guān)。如人達(dá)到400m高原后，肺通氣量立即增加，但僅比在海平面高65％。數(shù)日后，肺通氣量可高達(dá)在海平面的5～7倍。但久居高原,肺通氣量逐漸回降，至僅比海平面者高15％左右。在急性缺氧早期肺通氣增加較少，可能因過(guò)度通氣形成的低碳酸血癥和呼吸性堿中毒對(duì)呼吸中樞的抑制作用，使肺通氣的增加受限。2～3日后，通過(guò)腎臟代償性地排出HCO3－，腦脊液內(nèi)的HCO3－也逐漸通過(guò)血腦屏障進(jìn)入血液，使腦組織中pH逐漸恢復(fù)正常，此時(shí)方能充分顯示缺氧興奮缺氧的作用。久居高原肺氣量回降，可能與外周化學(xué)感受器對(duì)缺氧的敏感性降低有關(guān)。據(jù)觀(guān)察，世居高原者之頸動(dòng)脈體的平均體積比世居海平面者大6.7倍，患慢性阻塞性肺病的病人的頸動(dòng)脈比正常人大一倍以上。電鏡觀(guān)察表明，在慢性低張性缺氧的早期，頸動(dòng)脈體增大，其中I型細(xì)胞增多，因I型細(xì)胞中嗜鋨體含兒茶酚胺類(lèi)神經(jīng)介質(zhì)，其增多可能具代償意義。但在缺氧晚期，在增大的頸動(dòng)脈體中嗜鋨體的中心（core)縮小、暈輪（halo)加寬，有時(shí)整個(gè)嗜鋨體為空泡所取代。這可能是頸動(dòng)脈化學(xué)感受器敏感性降低的原因。長(zhǎng)期缺氧使肺通氣反應(yīng)減弱，這也是一種慢性適應(yīng)性反應(yīng)。因?yàn)榉瓮�氣每增�?L，呼吸肌耗氧增加0.5ml，可能加劇機(jī)體氧的供求矛盾，故長(zhǎng)期呼吸運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)顯然是對(duì)機(jī)體不利的。

肺通氣量增加是對(duì)急性低張性缺氧最重要的代償性反應(yīng)。此反應(yīng)的強(qiáng)弱存在顯著的個(gè)體差異，代償良好者肺通氣量增加較多，PaO2比代償不良者高。PaCO2也較低。

血液性缺氧和組織性缺氧因PaO2不低，故呼吸一般不增強(qiáng)；循環(huán)性缺氧如累及肺循環(huán)，如心力衰竭引起肺淤血、水腫時(shí)，可使呼吸加快。

（二)循環(huán)系統(tǒng)

低張性缺氧引起的代償性心血管反應(yīng)，主要表現(xiàn)為心輸出量增加、血流分布改變、肺血管收縮與毛細(xì)血管增生。

1、心輸出量增加 有報(bào)道進(jìn)入高原（6100m)30天的人，其心輸出量比平原居民高2～3倍。在高原久住后，心輸出量逐漸減少。心輸出量增加可提高全身組織的供氧量，故對(duì)急性缺氧有一定的代償意義。心輸出量增加主要是由于：

（1)心率加快：過(guò)去認(rèn)為心率加快是頸動(dòng)脈體和主動(dòng)脈體化學(xué)感受器刺激反射性地引起。但有人實(shí)驗(yàn)，在控制呼吸不變的情況下，缺氧刺激血管化學(xué)感受器卻使心率變慢。因此缺氧時(shí)心率加快很可能是通氣增加所致肺膨脹對(duì)肺牽張感受器的刺激，反射性地通過(guò)交感神經(jīng)引起的。

然而呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)深反而通過(guò)反射使心率減慢，外周血管擴(kuò)張和血壓下降。

（2)心收縮性增強(qiáng)：缺氧作為一種應(yīng)激原，可引起交感神經(jīng)興奮，作用于心臟β—腎上腺素能受體，使心收縮性增強(qiáng)。

（3)靜脈回流量增加：胸廓呼吸運(yùn)動(dòng)及心臟活動(dòng)增強(qiáng)，可導(dǎo)致靜脈回流量增加和心輸出量增多。

2、血流分布改變器官血流量取決于血液灌注的壓力（即動(dòng)、靜脈壓差)和器官血流的阻力。后者主要取決于開(kāi)放的血管數(shù)量與內(nèi)徑大小。缺氧時(shí)，一方面交感神經(jīng)興奮引起的血管收縮；另一方面局部組織因缺氧產(chǎn)生的乳酸、腺苷等代謝產(chǎn)物則使血管擴(kuò)張。這兩種作用的平衡關(guān)系決定器官的血管是收縮或擴(kuò)張，以及血流量是減少或增多。急性缺氧時(shí)，皮膚、腹腔內(nèi)臟交感神經(jīng)興奮，縮血管作用占優(yōu)勢(shì)，故血管收縮；而心、腦血管因以局部組織代謝的產(chǎn)物的擴(kuò)血管作用為主，故血管擴(kuò)張，血流增加。這種血流分布的改變顯然對(duì)于保證生命重要器官缺氧的供應(yīng)是有利的。

心肌活動(dòng)消耗的能量主要來(lái)自有氧代謝。心臟重量約占體重之0.4～0.5%，靜息時(shí)冠脈流量約占心輸出量之4～5%，其動(dòng)—靜脈血氧含量差約為12ml%，表明心肌耗氧量大，由單位容積血液攝取的氧量多。心肌缺氧時(shí)，進(jìn)一步提高對(duì)單位容積血液中氧的攝取率很有限，主要依靠擴(kuò)張冠狀血管以增加心肌的供氧。冠脈擴(kuò)張由局部代謝產(chǎn)物（腺苷、H＋、K+、PGI2等)與冠脈平滑肌中β—腎上腺能受體占優(yōu)勢(shì)所致，其中腺苷的作用最為重要。當(dāng)心肌細(xì)胞缺氧時(shí)，由ATP、ADP生成的AMP增多，AMP在5—核苷酸酶的作用下，脫去磷酸，形成腺苷。腺苷易透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入組織液，作用于冠狀血管，使之?dāng)U張。通常組織液中的腺苷大部分進(jìn)入細(xì)胞，重新磷酸化生成AMP，一部分被腺苷脫氨酶滅活。缺氧時(shí)，腺苷脫氨酶活性可能降低，這也是局部腺苷增多的一個(gè)原因。

3、肺血管收縮肺血管直接對(duì)缺氧的反應(yīng)與體血管相反。肺泡缺氧及混合靜脈血的氧分壓降低都引起肺小動(dòng)脈收縮，從而使缺氧的肺泡的血流量減少。如果是由肺泡通氣量減少引起的肺泡缺氧，則肺血管的收縮反應(yīng)有利于維持肺泡通氣與血流的適當(dāng)比例，使流經(jīng)這部分肺泡的血液仍能獲得較充分的氧，從而可維持較高的PaO2。此外，正常情況下由于重力作用，通過(guò)肺尖部的肺泡通氣量與血流量的比值過(guò)大，肺泡氣中氧不能充分地被血液運(yùn)走。當(dāng)缺氧引起較廣泛的肺血管收縮,導(dǎo)致肺動(dòng)脈壓升高時(shí)，肺上部的血流增加，肺上部的肺泡通氣能得到更充分的利用。

缺氧引起肺血管收縮的機(jī)制較復(fù)雜，尚未完全闡明，研究結(jié)果也有矛盾。當(dāng)前具傾向性的觀(guān)點(diǎn)：①交感神經(jīng)作用：缺氧所致交感神經(jīng)興奮可作用于肺血管的α受體引起血管收縮反應(yīng)。②體液因素作用：缺氧可促使肺組織內(nèi)肥大細(xì)胞、肺泡巨噬細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞等釋放組胺、前列腺素和白三烯等血管活性物質(zhì)，其中有的能收縮肺血管，如白三烯（leukotriene,LTs)、血栓素A2（thromboxane A2、TXA2)、前列腺素F2a（prostaglandin F2a，PGF2a)等，有的擴(kuò)張血管，如前列環(huán)素（prostacyclin,PGI2)、前列腺素E1（prostaglandin E1 PGE1)等。在肺血管收縮反應(yīng)中，縮血管物質(zhì)生成與釋放增加，起介導(dǎo)作用；擴(kuò)血管物質(zhì)的生成與釋放也可增加，起調(diào)節(jié)作用。兩者力量對(duì)比決定肺血管收縮反應(yīng)的強(qiáng)度。組胺作用于H1受體使肺血管收縮，作用于H2受體則使之?dāng)U張。在缺氧性肺血管收縮反應(yīng)中，組胺釋放增多，主要作用于H2受體以限制肺血管的收縮。③缺氧直接對(duì)血管平滑肌作用：缺氧使平滑肌細(xì)胞膜對(duì)Na+、Ca2+的通透性增高，促使Na+、Ca2+的通透性增高，促使Na+、Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致肌細(xì)胞興奮性與收縮性增高。這一觀(guān)點(diǎn)還有待進(jìn)一步證實(shí)�？磥�(lái)缺氧性肺血管收縮反應(yīng)是多因素綜合作用的結(jié)果。

4、毛細(xì)血管增生長(zhǎng)期慢性缺氧可促使毛細(xì)血管增生。尤其是腦、心臟和骨骼肌的毛細(xì)血管增生更顯著。毛細(xì)血管的密度增加可縮短血氧彌散至細(xì)胞的距離，增加對(duì)細(xì)胞的供氧量。

（三)血液系統(tǒng)

缺氧可使骨髓造血增強(qiáng)及氧合血紅蛋白解離曲線(xiàn)右移，從而增加氧的運(yùn)輸和釋放。

1、紅細(xì)胞增多 移居到3600m高原的男性居民紅細(xì)胞計(jì)數(shù)通常約為6×1012/L(6×106/mm3),Hb為210g/L(21g/dl)左右。慢性缺氧所致紅細(xì)胞增多主要是骨髓造血增強(qiáng)所致。當(dāng)?shù)脱跹�流�?jīng)腎臟近球小體時(shí)，能刺激近球細(xì)胞，使其中顆粒增多，生成并釋放促紅細(xì)胞生成素（erythropoietin)，促紅細(xì)胞生成素能促使紅細(xì)胞系單向干細(xì)胞分化為原紅細(xì)胞,并促進(jìn)其分化、增殖和成熟，加速Hb的合成和使骨髓內(nèi)的網(wǎng)織紅細(xì)胞和紅細(xì)胞釋放入血液。當(dāng)血漿中促紅細(xì)胞生成素增高到一定水平時(shí)，可因紅細(xì)胞增多使缺氧緩解，腎臟促紅細(xì)胞生成素的產(chǎn)生因而減少，通過(guò)這種反饋機(jī)制控制著血漿促紅細(xì)胞生成素的含量。紅細(xì)胞增多可增加血液的氧容量和氧含量，從而增加組織的供氧量。

2、氧合血紅蛋白解離曲線(xiàn)右移缺氧時(shí)，紅細(xì)胞內(nèi)2，3—DPG增加，導(dǎo)致氧離曲線(xiàn)右移，即血紅蛋白與氧的親和力降低，易于將結(jié)合的氧釋出供組織利用。但是，如果PaO2低于8kPa，則氧離曲線(xiàn)的右移將使血液通過(guò)肺泡時(shí)結(jié)合的氧量減少，使之失去代償意義。

2，3—DPG是紅細(xì)胞內(nèi)糖酵解過(guò)程的中間產(chǎn)物。缺氧時(shí)紅細(xì)胞中生成的2，3—DPG增多是因?yàn)椋孩俚蛷埿匀毖跽哐鹾涎�紅蛋白（HbO2)減少，脫氧血紅蛋白（Hb)增多，前者中央孔穴小，不能結(jié)合2，3—DPG；后者中央孔穴較大，可結(jié)合2，3—DPG。故當(dāng)脫氧血紅蛋白增多，紅細(xì)胞內(nèi)游離的2，3—DPG減少，使2，3—DPG對(duì)二磷酸甘油酶變位酶（diphosphoglycerate mutase, DPGM)及磷酸果糖激酶的抑制作用減弱，從而使糖酵解增強(qiáng)及2，3—DPG的生成增多；②低張性缺氧時(shí)出現(xiàn)的代償性肺過(guò)度通氣所致呼吸性堿中毒，以及由于脫氧血紅蛋白稍偏堿性，致使pH增高，pH增高能激活磷酸果糖激酶使糖酵解增強(qiáng)，2，3—DPG合成增加，另一方面，pH增高還能抑制2，3—DPG磷酸酶（2，3—DPg phosphatase, 2，3—DPG)的活性，使2，3—DPG的分解減少（圖3－3，圖3－4)。

2，3—DPG增多使氧離曲線(xiàn)右移，是因?yàn)椋孩?，3—DPG與脫氧血紅蛋白結(jié)合，可穩(wěn)定后者的空間構(gòu)型，使之不易與氧結(jié)合；②2，3—DPG是一種不能透出紅細(xì)胞的有機(jī)酸，增多時(shí)能降低紅細(xì)胞內(nèi)pH，而pH下降通過(guò)Bohr效應(yīng)可使血紅蛋白與氧的親和力降低。（Bohr效應(yīng)系指H＋和Pco2對(duì)Hb與O2親和力的影響，當(dāng)H＋濃度或Pco2增高時(shí)，Hb與O2的親和力降低，氧離曲線(xiàn)右移)。

P50為反映Hb與O2的親和力的指標(biāo)，指的是血紅蛋白氧飽和度為50％時(shí)的氧分壓，正常為3.47～3.6kPa(26～27mmHg)。紅細(xì)胞內(nèi)2，3—DPg 濃度每增高1μm/gHb，P50將升高約0.1kPa。

圖3－3，2，3—DPG的生成與分解

DPGM二磷酸甘油酸變位酶；

DPGP二磷酸甘油酸磷酸酶；

（＋)pH增高時(shí)促進(jìn)反應(yīng)；

（－)PH增高時(shí)抑制反應(yīng)

圖3-4　2，3-DPG結(jié)合于HHb分子的中央空穴示意圖

（四)組織細(xì)胞的適應(yīng)

在供氧不足的情況下，組織細(xì)胞可通過(guò)增強(qiáng)利用氧的能力和增強(qiáng)無(wú)氧酵解過(guò)以獲取維持生命活動(dòng)所必須的能量。

1、組織細(xì)胞利用氧的能力增強(qiáng)　慢性缺氧時(shí)，細(xì)胞內(nèi)線(xiàn)粒體的數(shù)目和膜的表面積均增加，呼吸鏈中的酶如琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素氧化酶可增加，使細(xì)胞的內(nèi)呼吸功能增強(qiáng)。如胎兒在母體內(nèi)處于相對(duì)缺氧的環(huán)境，其細(xì)胞線(xiàn)粒體的呼吸功能為成年動(dòng)物的3倍，至出生后10～14天，線(xiàn)粒體呼吸功能才降至成年動(dòng)物水平。

2、無(wú)氧酵解增強(qiáng)發(fā)　嚴(yán)重缺氧時(shí)，ATP生成減少，ATP／ADP比值下降，以致磷酸果糖激酶活性增強(qiáng)，該酶是控制糖酵解過(guò)程最主要的限速酶，其活性增強(qiáng)可促使糖酵解過(guò)程加強(qiáng)，在一定的程度上可補(bǔ)償能量的不足。

3、肌紅蛋白增加 慢性缺氧可使肌肉中肌紅細(xì)胞蛋白含量增多。肌紅蛋白和氧的親和力較大，當(dāng)氧分壓為1.33kPa（10mmHg)時(shí)，血紅蛋白的氧飽和度約為10％，而肌紅蛋白的氧飽和度可達(dá)70％，當(dāng)氧分壓進(jìn)一步降低時(shí)，肌紅蛋白可釋出大量的氧供細(xì)胞利用。肌紅蛋白的增加可能具有儲(chǔ)存氧的作用。

肺通氣及心臟活動(dòng)的增強(qiáng)可在缺氧時(shí)立即發(fā)生。但這些代償功能活動(dòng)本身消耗能量和氧，紅細(xì)胞的增生和組織利用氧能力的增強(qiáng)需較長(zhǎng)的時(shí)間，但為較經(jīng)濟(jì)的代償方式。急性缺氧時(shí)以呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)的代償反應(yīng)為主；慢性缺氧者，如世居高原的居民，主要靠增加組織利用氧和血液運(yùn)送氧的能力以適應(yīng)慢性缺氧。其肺通氣量、心率及輸出量并不多于居住海平面者。

二、缺氧時(shí)機(jī)體的機(jī)能代謝障礙

嚴(yán)重缺氧，如低張性缺氧者PaO2低于4kPa(30mmHg)時(shí)，組織細(xì)胞可發(fā)生嚴(yán)重的缺氧性損傷，器官可發(fā)生功能障礙甚而功能衰竭。

（一)缺氧性細(xì)胞損傷

缺氧性細(xì)損傷（hypoxic cell damage)主要為細(xì)胞膜、線(xiàn)粒體溶酶體的變化。

1、細(xì)胞膜的變化 在細(xì)胞內(nèi)ATP含量減少以前，細(xì)胞膜電位已開(kāi)始下降。其原因?yàn)榧?xì)胞膜對(duì)離子的通透性增高，導(dǎo)致離子順濃度差透過(guò)細(xì)胞膜。

（1)鈉離子內(nèi)流：Na+內(nèi)流使細(xì)胞內(nèi)Na+濃度增加，可激活Na+－K＋泵以泵出Na+,從而消耗ATP。ATP消耗量增多可促使線(xiàn)粒體氧化磷酸化過(guò)程增強(qiáng)，嚴(yán)重缺氧時(shí)，線(xiàn)粒體呼吸功能降低使ATP生成減少，以至Na+－K＋泵不能充分運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)一步使細(xì)胞內(nèi)Na+增多。細(xì)胞內(nèi)Na+的增多促使水進(jìn)入細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞水腫。血管內(nèi)皮細(xì)胞腫脹可堵塞微血管，加重微循環(huán)缺氧。

（2)鉀離子外流：K＋外流使細(xì)胞內(nèi)缺K＋。而K＋為蛋白質(zhì)包括酶等合成代謝所必需。細(xì)胞內(nèi)缺鉀將導(dǎo)致合成代謝障礙，酶的生成減少，將進(jìn)一步影響ATP的生成和離子泵的功能。

（3)鈣離子的內(nèi)流：細(xì)胞外Ca2+濃度比胞漿中游離Ca2+高1000倍以上。細(xì)胞內(nèi)Ca2+逆濃度外流和肌漿網(wǎng)、線(xiàn)粒體逆濃度差攝Ca2+均為耗能過(guò)程。當(dāng)嚴(yán)重缺氧時(shí)使細(xì)胞膜對(duì)Ca2+的對(duì)通透性增高量Ca2+內(nèi)流將增加；ATP減少將影響Ca2+的外流和攝取，使胞漿Ca2+濃度增高。Ca2+增多可抑制線(xiàn)粒體的呼吸功能；可激活磷脂酶，使膜磷脂分解，引起溶酶體的損傷及其水解酶釋出；還可激活一種蛋白酶，使黃嘌呤脫氫酶（D型)轉(zhuǎn)變?yōu)辄S嘌呤氧化酶（O型)。由此增加自由基的形成，加重細(xì)胞的損傷。

2、線(xiàn)粒體的變化 細(xì)胞內(nèi)的氧約有80－90％在線(xiàn)粒體內(nèi)用于氧化磷酸化生成ATP，僅10～20%在線(xiàn)粒體外用于生物合成、降解及生物轉(zhuǎn)化（解毒)作用等。輕度缺氧或缺氧早期線(xiàn)粒體呼吸功能是增強(qiáng)的。嚴(yán)重缺氧首先影響線(xiàn)粒體外氧的作用，使神經(jīng)介質(zhì)的生成和生物轉(zhuǎn)化過(guò)程等降低，當(dāng)線(xiàn)粒體部位氧分壓降到監(jiān)界點(diǎn)0.1kPa(＜1mmHg)時(shí)，可降低線(xiàn)粒休的呼吸功能，使ATP生成減少。呼吸功能降低主要因脫氫酶活性下降，嚴(yán)重時(shí)線(xiàn)粒體可出現(xiàn)腫脹、嵴崩解、外膜破裂和基質(zhì)外溢等病變。

3、溶酶體的變化缺氧時(shí)因糖酵解增強(qiáng)，乳酸生成增多，和脂肪氧化不全使其中間代謝產(chǎn)物酮體增多。導(dǎo)致酸中毒。pH降低可引起磷脂酶活性增高，使溶酶體膜磷脂被分解，膜通透性增高，結(jié)果使溶酶體腫脹、破裂，和大量溶酶體酶的釋出，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞本身及其周?chē)�組織的溶解、壞死。

（二)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的機(jī)能障礙

腦重僅為體重為2％左右，而腦血流量約占心輸出量之15％，腦耗氧量約為總耗氧量的23％，所以腦對(duì)缺氧十分敏感。腦灰質(zhì)比白質(zhì)的耗氧量多5倍，對(duì)缺氧的耐受性更差。急性缺氧可引起頭痛、情緒激動(dòng)、思維力、記憶力、判斷力降低或喪失以及運(yùn)動(dòng)不協(xié)調(diào)等。慢性缺氧者則有易疲勞、思睡、注意力不集中及精神抑郁等癥狀。嚴(yán)重缺氧可導(dǎo)致煩躁不安、驚厥、昏迷甚而死亡。正常人腦靜脈血氧分壓約為4.53kPa(34mmHg)，當(dāng)降至3.73kPa(28mmHg)以下可出現(xiàn)神經(jīng)錯(cuò)亂等；降至2.53kPa(19mmHg)以下時(shí)可出現(xiàn)意識(shí)喪失；低達(dá)1.6kPa(12mmHg)時(shí)將危及生命。缺氧引起腦組織的形態(tài)學(xué)變化主要是腦細(xì)胞變性、壞死、腦細(xì)胞腫脹及腦水腫。

缺氧引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能障礙的機(jī)制較復(fù)雜。神經(jīng)細(xì)胞膜電位的降低、神經(jīng)介質(zhì)的合成減少、ATP的生成不足、酸中毒、細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+增多、溶酶體酶的釋放以及細(xì)胞水腫等，均可導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)的功能障礙，甚而神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞、當(dāng)PaO2低于6.67kPa(50mmHg)時(shí)，可使腦血管擴(kuò)張。缺氧與酸中毒還使腦微血管通透性增高，從而導(dǎo)致腦水腫（圖3－5)。腦血管擴(kuò)張、腦細(xì)胞及腦間質(zhì)水腫可使顱內(nèi)壓升高，由此引起頭痛、嘔吐等癥狀。

圖3-5 缺氧時(shí)腦水腫發(fā)生機(jī)理

（三)外呼吸功能障礙

急性低張性缺氧，如快速登上4000m以上的高原時(shí)，可在1－4天內(nèi)發(fā)生肺水腫，表現(xiàn)為呼吸困難、咳嗽、咳出血性泡沫痰、肺部有濕性羅音、皮膚粘膜發(fā)紺等。因高原肺水腫的動(dòng)物模型難以復(fù)制成功，故其發(fā)病機(jī)制至今尚不清楚。因?yàn)榉嗡�腫與肺動(dòng)脈高壓呈正相關(guān)，故有人強(qiáng)調(diào)肺毛細(xì)血管壓力增高的作用。可能缺氧所致外周血管收縮使回心血量增加。和肺血量增多；加上缺氧性肺血管收縮反應(yīng)使肺血流阻力增加，導(dǎo)致www.med126.com肺動(dòng)脈高壓。由于肺血管收縮強(qiáng)度不一，致使肺血流分布不均，在肺血管收縮較輕或不收縮的部位肺泡毛細(xì)血管血流增加，毛細(xì)血管壓力增高，從而引起壓力性肺水腫。也有人強(qiáng)調(diào)肺微血管通透性增高的作用。因?yàn)榛颊咧�氣管肺泡洗出液中蛋白質(zhì)含量較高，并有大量肺泡巨噬細(xì)胞，可測(cè)得補(bǔ)體C3a、LTB4、TXB2等；尸檢可見(jiàn)肺泡水腫、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)及透明膜形成。但高原性肺水腫不同于其它原因引起的成人呼吸窘迫綜合征，前者經(jīng)休息、氧療或下山后短期內(nèi)即可痊愈；而成人呼吸窘迫綜合征經(jīng)治療往往要數(shù)月后才能痊愈。肺內(nèi)血壓高和流速對(duì)微血管的切應(yīng)力（流動(dòng)的血液作用于血管壁的力與管壁平等方向的分力)可能是導(dǎo)致微血管內(nèi)皮損傷和血管通透性增高的一個(gè)因素。肺水腫影響肺的換氣功能，可使PaO2進(jìn)一步下降。

PaO2過(guò)低可直接抑制呼吸中樞，使呼吸抑制，肺通氣量減少，導(dǎo)致中樞性呼吸衰竭。

（四)循環(huán)功能障礙

嚴(yán)重的全身性缺氧時(shí)，心臟可受累，如高原性心臟病、肺原性心臟病、貧血性心臟病等，甚而發(fā)生心力衰竭。今以高原性心臟病為例說(shuō)明缺氧引起循環(huán)障礙的機(jī)制。

1、肺動(dòng)脈高壓 肺泡缺氧所致肺血管收縮反應(yīng)可增加肺循環(huán)阻力，可導(dǎo)致嚴(yán)重的肺動(dòng)脈高壓。慢性缺氧使肺小動(dòng)脈長(zhǎng)期處于收縮狀態(tài)，可引起肺血管中膜平滑肌肥大，血管硬化，形成穩(wěn)定的肺動(dòng)脈高壓。肺動(dòng)脈高壓增加右室射血的阻力。另外，m.zxtf.net.cn/zhuyuan/缺氧所致紅細(xì)胞增多，使血液粘度增高，也可增加肺循環(huán)阻力。肺動(dòng)脈高壓可導(dǎo)致右心室肥大，甚至心力衰竭。

2、心肌的收縮與舒張功能降低心肌缺氧可降低心肌的舒縮功能，甚而使心肌發(fā)生變性、壞死。（參閱第十四章心血管系統(tǒng)病理生理學(xué))

3、心律失常 嚴(yán)重缺氧可引起竇性心動(dòng)過(guò)緩、期前收縮、甚至發(fā)生心室纖顫致死。心動(dòng)過(guò)緩可能為嚴(yán)重的PaO2降低對(duì)頸動(dòng)脈體化學(xué)感受器的刺激，反射性地興奮迷走神經(jīng)所致。此外，持久缺氧也往往顯示副交感優(yōu)勢(shì)使心率變慢。期前收縮與室顫的發(fā)生與心肌細(xì)胞內(nèi)K+減少、Na+增加使靜息膜電位降低、心肌興奮性增高、和傳導(dǎo)性降低有關(guān)。缺氧部位的心肌靜息膜電位降低，使其與相鄰較完好的心肌之間形成電位差，從而產(chǎn)生“損傷電流”，可成為異位激動(dòng)的起源，嚴(yán)重的心肌受損可導(dǎo)致完全的傳導(dǎo)阻滯。

4、靜脈回流減少 腦嚴(yán)重缺氧時(shí)，呼吸中樞的抑制使胸廓運(yùn)動(dòng)減弱，可導(dǎo)致靜脈回流減少，全身性極嚴(yán)重而持久的缺氧使體內(nèi)產(chǎn)生大量乳酸、腺苷等代謝產(chǎn)物，后者可直接擴(kuò)張外周血管，使外周血管床擴(kuò)大，大量血液淤積在外周，回心血量減少，使心輸出量減少，而引起循環(huán)循衰竭。

除以上所述神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸與循環(huán)系統(tǒng)機(jī)能障礙外，肝、腎、消化道、內(nèi)分泌等各系統(tǒng)的功能均可因嚴(yán)重缺氧而受損害。