低氧对机体的影响

低氧对机体的影响

氧气是机体进行正常新代的必要条件，在低氧情况下，如果机体不能够适应这种低氧的环境，则会引起一系列的病理生理上的反应。在低氧的情况下组织的代、机能、形态结构都会发生异常变化，过强的低氧应激反应将导致机体各种功能出现衰竭，机体的神经系统、循环系统、呼吸系统等均会受到不同程度的损伤，最终导致脑、心、肺等重要脏器因能量供应不足而死亡［1］。

1.低氧对中枢神经系统的影响

中枢神经对缺氧最为敏感,氧耗最高,占全身体重2%的大脑组织,

氧耗占全身氧耗的20%[2],脑组织的代以有氧代为主,几乎没有无氧代能力,对氧的需求最高。同时脑组织中的氧和ATP的储备很少,因而对缺氧的耐受性差,是机体对缺氧最敏感的组织[3].

低氧对中枢神经系统功能的影响导致睡眠结构的改变，引起失眠、睡眠质量下降，其结果会加重中枢神经功能的紊乱[4]。低氧显著影响学习记忆能力，包括瞬时∕延迟记忆、短期记忆和工作记忆能力等[5].慢性缺氧易出现疲劳、嗜睡、注意力不集中、记忆力下降等症状，引起的脑功能损害主要表现为反应时间延长, 动作协调性和准确性

降低, 劳动功效降低。缺氧进一步加重出现脑功能的改变为:兴奋、欣快感、定向力障碍, 而后出现运动不协调、头痛、乏力等,甚至出现意识障碍或死亡[6,7]。

缺氧直接扩脑血管,增加脑血流量和脑毛细血管压,组织液生成增多;长期低氧可显著抑制线粒体膜腺苷酸转运体（ANT ）转运活性，使脑自由基增加、膜脂质过氧化、源性抑制剂增多，进而影响细胞能量代[8]。脑乳酸和氧自由基与脂质过氧化物生成增加，抗氧化系统减弱，血脑屏障受损[9],缺氧致代性酸中毒使脑部血管痉挛和通透性增加,造成间质性脑水肿[10]; 急性吸入含氧量低的空气同样可使脑脊液压力升高,引起颅高压[11],缺氧致ATP生成减少, 细胞膜钠泵功能障碍,细胞钠水潴留;脑充血和脑水肿使颅压增高, 脑压高又可压迫脑血管加重脑缺血和脑缺氧[12]。

低氧导致细胞Ca2+超载导致神经元坏死[13],动物实验[14]表明,慢性低氧能够引起脑组织结构损害和神经细胞凋亡, 并指出间断低氧更易诱导神经细胞凋亡。

2.低氧对心血管的影响

轻度低氧时，机体通过神经反射和高层次神经中枢的调节、控制作用增加心输出量和循环血容量, 补偿细胞降低了的氧含量, 从而提高耐受缺氧的能力, 适应恶劣的低氧环境, 以维持正常的生命活动。间歇性低氧适应或长期高原低氧适应可增强心肌对缺血损伤的耐受性，限制心肌梗死面积大小，抗细胞凋亡，促进缺血-再灌注心脏收缩功能的恢复，以及抗心律失常等，低氧使冠状动脉显著扩, 增加冠状动脉的血流, 并可通过促进皮生长因子等血管生长因子的形成和释放, 刺激心肌毛细血管生长、侧支循环增加, 从而改善心肌血供.对

心脏具有明显的保护作用[15,16,17]。

低压低氧环境可以使交感神经、副交感神经活动显著减弱，二者的调节功能受到广泛抑制，交感神经相对占优势并逐渐增强，引起心率和血压改变[18]。急性低氧引起心率和血压增加,也造成静息和运动状态下心输出量的增加[19]。而长期低氧的直接后果是产生低氧性肺动脉高压,及因循环阻力增加引起右心室负荷改变所致的右心室肥厚、增大,导致肺心病[20]，进而损害心肌的收缩功能,心输出量降低[21]。

缺氧使线粒体氧化磷酸化功能受损，ATP生成减少[22], 使心肌细胞泵作用受到抑制和破坏, 从而加重心肌细胞的水肿, 是心肌炎发生的组织学基础[23]。低氧通过损害肌酸激酶与糖分解系统阻断了钙泵的能量供应, 从而导致电平衡与心肌收缩功能的破坏。低氧情况下,Na十-K十-ATP酶、Ca十-ATP酶活性都下降,使心肌细胞静息电位下降，最终导致电平衡的破坏和心律失常的产生[24]。低氧下心肌自由基过量产生[25],自由基引起的脂质过氧化损害使细胞膜结构和功能都受到损害，进而影响离子交换，进一步加重对心功能的影响[26]。长期持续低氧刺激则可能诱发心肌广泛性变性和灶性坏死[27]。

低氧引起的心电图改变: 主要表现是缺血性ST段/T波改变、左室高电压、右室高电压、肺性P波、不完全性右束支传导阻滞、左前分支传导阻滞、左后分支传导阻滞、窦性心动过速、窦性心动过缓、室性早搏[28]。

慢性缺氧产生继发性红细胞增多症, 血液黏度增加, 血流阻力加大, 进一步加重心脏负荷。

3. 低氧对呼吸系统的影响

3.1 低氧对呼吸中枢的影响

低氧分压作用于颈动脉体和主动脉体的化学感受器，可反射性兴奋呼吸中枢，增强呼吸运动，使呼吸频率增快甚至出现呼吸窘迫，当缺氧程度缓慢加重时，这种反射性兴奋呼吸中枢的作用将变得迟钝，此时缺氧对呼吸中枢的直接作用是抑制作用。机体对低氧的环境逐渐适应,低氧反应的敏感性下降, 反应阈值适应性升高, 这种现象称为钝化。睡眠状态下呼吸中枢对低氧及(或)高CO2 刺激的反应减弱可以诱发呼吸紊乱、延迟患者的觉醒、延长呼吸暂停的持续时间, 从而加重低氧血症[29]，长期反复低氧血症可能会直接损伤患者的呼吸中枢神经元[30]。

3.2 低氧对肺的影响

缺氧诱导因子1α是机体缺氧反应中关键的转录激活因子，它参与了血管生成、炎症反应、细胞凋亡等一系列重要的病理生理学过程［31］低氧环境下，正常肺组织表现为蛋白质和脂质的氧化破坏，引起细胞凋亡增加[32]。

低氧引起早期的低氧性肺血管收缩以及后期的肺血管重塑[33]，长期缺氧导致肺血管壁细胞增殖、血管皮细胞功能紊乱、细胞外基质沉积引起缺氧性肺血管结构重建［34］。其肺血管结构的重建主要特征为肺动脉平滑肌细胞增生、管壁增厚、管腔狭窄[35]。

低氧可以通过多种途径导致肺血管舒缩平衡失调、膜增厚、中层

平滑肌增生肥大并向远端小血管延伸、中层与外膜层间质细胞与细胞外基质增多，同时肺小血管肌化程度增强、非肌型动脉肌型化以及细胞外基质沉淀增多等，最终导致血管重构和肺动脉高压[36]。

肺处于缺氧状态，肺泡上皮细胞由于应激因素以及缺氧的损伤激活了机体的炎症反应链，而炎症反应的迅速失控使得巨噬细胞、炎症细胞大量聚集，最终使得毛细血管通透性增加伴微血栓形成，肺泡膜损伤，肺泡渗出增多并形成肺水肿，缺氧后期肺泡细胞则会反应性增生并发生肺纤维化[37]。

4.低氧对肾功能的影响

目前有研究者提出慢性低氧是肾脏疾病进展的原因之一[38]，肾脏缺氧的主要病理表现为肾小球毛细血管皮细胞肿胀，肾小管上皮细胞浑浊肿胀及水样变性，间质血管数目增多、扩充血，血管壁明显增厚等［39］。

慢性低氧可诱导肾小球系膜细胞增殖和细胞外基质产生增多[40]，并诱导肾小管上皮细胞转化生长因子β1表达上调, 引起基质金属蛋

白酶下调和金属蛋白酶组织抑制因子上调，导致细胞外基质的堆积，进一步作用于肾间质成纤维细胞,参与肾间质纤维化[41,42］。

低氧引起肾小球细胞线粒体肿胀，基质灶性水肿；肾小管上皮细胞微绒毛短缩、稀少、胞浆水肿、线粒体肿胀，进而导致肾小球皮细胞凋亡[43],低氧使体抗利尿激素、儿茶酚胺分泌增高，促使肾素释放，继而血管紧素Ⅱ形成，导致肾动脉收缩、肾血流灌注减少，进一步