缺氧的缺氧时器官的功能和代谢变化
缺氧对器官的影响，取决于缺氧发生的程度、速度持续时间和机体的功能代谢状态。慢性轻度缺氧主要引起器官代偿性反应；急性严重的缺氧，器官常出现代偿不全和功能障碍，甚至引起重要器官产生不可逆损伤，导致机体的死亡。
4.1 呼吸系统的变化 4.1.1 代偿性反应
4.1.1.1 呼吸加深加快
4.1.1.2 胸廓呼吸运动增加
主要是低氧血症引起的呼吸运动增加使胸内负压增大，促进了静脉回流增加，增加心输出量和肺血流量，有利于氧的摄取和运输。
低张性缺氧所引起的肺通气变化与缺氧持续的时间有关。
4000m 高原的空气 PO2 为 100mmHg ，肺泡气 P O2 为 55mmHg 左右。因此，在化学感受器的低氧感受下，肺通气量立即增加，由于空气稀薄， PCO2 也低， CO2 呼出增加（发生呼吸性碱中毒和低氧血症）， PaCO2降低，减低了对延髓的中枢化学感受器的刺激，限制肺的通气量增加，所以，早期肺通气量只比海平面高65% ；数日后，通过肾代偿性排除 HCO3- ，脑脊液内的HCO3-也通过血脑屏障进入血液使脑组织中pH逐渐恢复正常，对延髓的中枢化学感受器的刺激抑制逐渐解除，肺的通气量可增加至海平面的5-7 倍；长期居住者肺通气量逐渐回落，至仅比海平面高 15% ，这可能与外周化学感受器对低氧的敏感性降低有关。这也是一种慢性适应过程，因为肺通气每增加 1L ，呼吸肌耗氧增加 0.5ml ，所以长期呼吸运动增加显然对机体不利。
4.1.2 呼吸功能障碍
高原肺水肿（high altitude pulmonary edema,HAPE），表现为呼吸困难、咳嗽、血性泡沫痰、肺部有湿性罗音，皮肤粘膜发绀等。其发病机制与以下因素有关：
①缺氧引起外周血管收缩，回心血量增加和肺血量增多，加上缺氧性肺血管收缩反应使肺血流阻力增加，导致肺动脉高压。
②肺血管收缩强度不一使肺血流分布不均，在肺血管收缩较轻或不发生收缩的部位，肺泡毛细血管血流增加、流体静压增高，引起压力性肺水肿。
③肺内血压高和流速快对微血管的切应力（流动血液作用于血管的力在管壁平行方向的分力）增高。
④肺的微血管壁通透性增高，例如，补体 C3a 、 LTB4 和 TXB2 等血管活性物质可能导致微血管内皮细胞损伤和通透性增高。
肺水肿影响肺的换气功能，可使PaO2 进一步下降，加重缺氧。PaO2 过低可直接抑制呼吸中枢，使呼吸抑制，肺通气量减少，导致呼吸衰竭。
4.2 循环系统的变化 4.2.1 心输出量增加
导致心输出量增加的主要机制是：
①心率加快：当吸入含 8%O2 的空气时，心率可增加一倍。认为，心率加快很可能是通气增加所至肺膨胀对肺牵张感受器的刺激，反射性抑制迷走神经对心脏的效应；但呼吸运动过深产生过度牵张刺激使心率减慢和血压下降。
②心肌收缩性增强：缺氧作为一种应激原，可使交感神经兴奋和儿茶酚胺释放增多，作用心脏β- 肾上腺素能受体，使心率加快，心肌收缩性增强。
③静脉回流增加：缺氧时胸廓运动和心脏活动增强，胸腔内负压增大，静脉回流增加和心输出量增加。
4.2.2 血液重分布
急性缺氧时，皮肤、腹腔内脏因交感神经兴奋，缩血管作用占优势，使血管收缩；而脑血管收缩不明显；冠脉血管在局部代谢产物（如 CO2 、 H+ 、 K+ 、磷酸盐、腺苷及 PGI 2 等）的扩血管作用下血流增加。这种全身性血流分布的改变，显然对于保证生命重要器官氧的供应是有利的。
4.2.3 肺血管收缩（肺血管对缺氧的反应与体血管相反）
①交感神经兴奋作用使肺血管收缩 急性缺氧时所致交感神经兴奋性可作用于肺血管的α1 受体引起血管收缩反应。慢性低氧时肺内血管平滑肌出现受体分布的改变：α1 受体增加，β受体密度降低，导致肺血管收缩增强。
②体液因子的作用使肺血管收缩。肺组织内肥大细胞、肺泡巨噬细胞、血管内皮细胞以及血管平滑肌细胞等能释放各种血管活性物质，如：肥大细胞脱颗粒释放组胺、 VEC 释放 PGI 2 、 ET 增加引起肺血管收缩。在血管收缩过程中，缩血管物质增加起主导作用，扩血管物质的增加起反馈调节作用。
③血管平滑肌对低氧的直接感受。正如缺氧时细胞的代谢和功能变化一节所述，缺氧可直接通过肺血管平滑肌细胞膜上对氧敏感的钾通道关闭，使细胞内 K+ 外流减少，膜电位下降，细胞兴奋性增高、极化加速和细胞外 Ca2+ 内流增强，最终导致了肺血管收缩。
慢性缺氧除了肺血管收缩导致肺动脉高压外，还有肺内血管壁中层平滑肌肥大、增厚以及弹力纤维和胶原纤维增生使血管的管径变小、血流阻力增加。
4.2.4 毛细血管增生
组织细胞的长期轻度缺氧，可通过 HIF-1a 的低氧感受使细胞合成与释放 VGEF 增多，毛细血管在缺氧的组织增生（见缺氧时细胞的代谢和功能变化）。这种现象在脑、肥大的心肌、实体肿瘤和骨骼肌中，毛细血管增生更加显著。
4.3 血液系统的变化 缺氧可使骨髓造血增强和氧合血红蛋白解离曲线右移。
4.3.1 红细胞增多
4.3.2 氧合血红蛋白解离曲线右移
缺氧时，红细胞内 2,3-DPG 增加，导致氧合 Hb 解离曲线右移， Hb 易将结合的氧释放出供组织利用。
（ 1 ）红细胞内生成 2,3-DPG 增多的原因有两个方面：
①低张性缺氧时氧合 Hb 减少，脱氧 Hb 增多，前者中央穴孔小，不能结合 2,3-DPG ；后者中央孔穴较大，可结合 2,3-DPG。当脱氧 Hb 增多时，红细胞内游离的 2,3-DPG 减少， 2,3-DPG 对磷酸果糖激酶及二磷酸甘油变位酶（ diphosphoglycerate mutase,DPGM ）的抑制作用减弱，从而使糖酵解增强， 2,3-DPG 生成增多。
②低张性缺氧因代偿性肺过度通气引起呼吸性碱中毒，以及缺氧时红细胞内存在的大量脱氧 Hb 稍偏碱性，使红细胞内 pH 增高，从而激活磷酸果糖激酶和抑制 2,3-DPG 磷酸酶（ 2,3-DPG phosphatase,2,3-DPGP ）活性。前者使糖酵解增强， 2,3-DPG 合成增加；后者使 2,3-DPG 的分解减少。
（ 2 ） 2,3-DPG 增多使氧合 Hb 解离曲线右移的机制是：
① 与 2,3-DPG 结合的脱氧 Hb 其空间构型较为稳定，不易于氧结合；
② 2,3-DPG 是一种不能透出红细胞的有机酸，其增多可降低红细胞内 pH ， pH 下降通过 Bohr 效应使氧合 Hb 解离曲线右移。但是，当 Pa O2 低于 8kPa 时，氧离曲线右移可明显影响肺部血液对氧的摄取。
4.3.3 血红蛋白表型重建
4.4 中枢神经系统的变化 中枢神经系统是对缺氧最为敏感的器官，因为脑对氧的需求非常高。脑重量仅为体重的 2% ，而脑血流占心输出量 15% ，脑耗氧量占总耗氧量 23% ，所以，脑对缺氧十分敏感，临床上脑完全缺氧 5-8min后可发生不可逆的损伤。
急性缺氧可引起头痛、情绪激动，思维力、记忆力、判断力下降或丧失以及运动不协调等。严重缺氧可使脑组织发生细胞肿胀、变性、坏死及脑间质水肿等形态学变化，这与缺氧及酸中毒使脑微血管通透性增高引起脑间质水肿有关。这些损伤常常在缺氧几分钟内发生。且不可逆。脑血管扩张、脑细胞及脑间质水肿可使颅内压增高，由此引起头痛、呕吐、烦躁不安、惊厥、昏迷，甚至死亡。慢性缺氧则易疲劳、嗜睡、注意力不集中等症状。
极严重缺氧可导致昏迷、死亡的发生机制是由于神经细胞膜电位降低，神经递质合成减少；脑细胞能量代谢障碍， ATP 减少，细胞膜通透性增加；酸中毒，细胞内游离 Ca2+ 增多，溶酶体酶的释放以及细胞水肿等因素导致引起中枢神经系统功能障碍。
所谓高原脑水肿（ high altitude cerebral edema,HACE ）发病机制除了缺氧引起脑血管扩张、脑血流增多外，可能还与下列因素有关。1 ）脑细胞水肿； 2 ）血脑屏障功能受损， 3 ）脑静脉内血栓形成，进一步加重脑水肿形成。
