缺氧時(shí)機(jī)體的代償性反應(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)。
圖中kPa相當(dāng)于mmHg的數(shù)值
| kPa | mmHg |
| 2.67 | 20 |
| 5.33 | 40 |
| 8.0 | 60 |
| 10.7 | 80 |
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)榉瓮饷吭黾?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)。看來(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)脱跹鹘?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?/span>
①低張性缺氧者氧合血紅蛋白（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。
2，3―DPG增多使氧離曲線(xiàn)右移，是因?yàn)椋?/span>
①2，3―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。
（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。
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