低氧对机体的影响

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1、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陈代谢的必要条件，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谢、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,脑组织的代谢以有氧代谢为主 ,几乎没有无氧 代谢能力，对氧的需求最高。同时脑组织中的氧和ATP的储

2、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.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。缺氧直接扩张脑血管,增加脑血流量和脑毛细血管内压,组织液生成增多;长期低氧可显

3、著抑制线粒体内膜腺苷酸转运体(ANT ) 转运活性，使脑内自由基增加、膜脂质过氧化、内源性抑制剂增多， 进而影响细胞能量代谢8。脑内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,缺氧致代谢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; 急性吸入含氧量低空气同样可使脑脊液压力升高,引起颅内高压11,缺氧致ATP生成 减少, 细胞膜钠泵功能障碍,细胞内钠水潴留;脑充血和脑水肿使颅内压 增高, 脑压高又可压迫脑血管加重脑缺血和脑缺氧12。低氧导致细胞内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

4、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, 补偿细胞内降低了的氧含量, 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 张, 增加冠状动脉的血流, 并可通过促进内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

5、。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

6、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,

7、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3

8、03.2 低氧对肺的影响缺氧诱导因子1a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、血管内皮细胞功能紊乱、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、内膜增厚、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

9、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内毛细血管内皮细胞肿胀，肾小管上 皮细胞浑浊肿胀及水样变性，间质内血管数目增多、扩张充血，血管 壁明显增厚等39。慢性低氧可诱

10、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P1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，进而导致肾小球内皮 细胞凋亡43,低氧使体内抗利尿激素、儿茶酚胺分泌增高，促使肾素 释放，继而血管紧张素口形成，导致肾动脉收缩、肾血流灌注减少，进一步加重肾缺血缺氧，肾小球滤过率及尿量下降，肾小球及肾 小管均受损44。为适应外界低氧环境，RBC和Hb增加，敖强国等45研

11、究推 测肾脏毛细血管系统应该有最适Hb浓度，过高的Hb可能导致局部 凝血系统障碍、微血栓形成影响肾脏功能。这些病理改变均可以导致肾功能下降，即肌酐、尿素氮升高，肾 小球滤过率下降以及尿生化异常改变。5. 低氧对消化系统的影响5.1 低氧对消化中枢影响低氧条件下, 机体常出现食欲降低、恶心、呕吐、腹痛、腹泻等一 系列消化系统功能障碍的症状, 严重时甚至会引起能量衰竭46,47,新 近研究表明：低氧引起下丘脑食欲调节中枢的mRNA表达明显降低， 直接抑制食欲中枢，引起食欲下降48。5.2 低氧对胃肠的影响在低氧条件下, 机体会优先利用葡萄糖作为首要的能源物质,食物中 的主要碳水化合物淀粉，在小肠中

12、经淀粉酶(AMS)、双糖酶等消化酶的 分解形成葡萄糖，然后由肠黏膜吸收细胞上的葡萄糖转运蛋白(GLUT )转 运至吸收细胞内, 通过肝门静脉进入全身血液循环供机体组织细胞利用. 实验研究49低氧早期(24h内)，碳水化合物消化吸收相关的酶活性和 GLUTmRNA表达水平明显下降，进而导致碳水化合物消化吸收功能障碍，并证实低氧条件下小肠组织存在氧化应激 损伤，即小肠组织超氧化物歧化酶(SOD )活性及谷胱甘肽(GSH) 含量在低氧处理3h后也明显降低;自由基产物MDA含量在低氧24h时 显著升高。毛钊等50研究证实,MDA的堆积以及SOD的减少能够导 致老年牙周炎；阿祥仁等52发现高原地区消化性

13、溃疡患者体内 SOD 和GSH活性均显著降低 同时伴有MDA含量明显升高，这种现象可导 致胃肠黏膜损伤, 更加剧了消化性溃疡的发生、发展。低氧影响胃酸分 泌，使胃分泌减少，总酸度下降，PH升高52，同时低氧抑制了消化 间期胃肠移行性复合运动54及餐后胃窦和十二指肠的收缩运动 53, 影响餐后胃排空和小肠推进运动55,Ma nukhi na等发现缺氧血中NO浓度升高，进而 减弱胃肠蠕动。严重缺氧可致胃肠粘膜上皮细胞细胞坏死和细胞凋亡 56。5.3 低氧对其他消化器官的影响低氧导致星状细胞(HSC )活化57,进而产生、分泌细胞外基质 (ECM)，同时通过影响ECM降解的基质金属蛋白酶(MMP)的

14、量及 活化程度, 最终导致肝内 ECM 大量沉积, 发展为肝纤维化58。低氧造 成组织自由基大量增加,导致脂质过氧化反应加强以及引起细胞内游离 钙离子超载，容易导致胰腺腺泡细胞损伤和死亡59。6. 低氧对血液系统的影响低氧环境刺激交感神经，肝脾收缩释放大量储备血液和红细胞进 入血循环, 故循环血液中红细胞、血红蛋白量及红细胞压积迅速增加，慢性缺氧时,肾红细胞生成刺激素产生增多,使骨髓红细胞成熟 加速, 出现代偿性红细胞增多。低氧导致血管内皮细胞损伤,暴露组织因子,从而激活外源性 凝血途径; 另外, 低氧环境能刺激巨噬细胞和血管平滑肌细胞表达 组织因子, 也能激活外源性凝血途径60。低氧使凝血纤

15、溶功能 出现异常，血管内皮细胞损伤加重，致使内源性凝血系统启动，纤维 蛋白原释放增加，血小板粘附和聚集增强.从而加重微循环郁滞、充血 出血和组织缺氧等61。损伤的内皮细胞激活凝血网络，引起凝血及 纤溶系统紊乱，并可能最终导致DIC 62,63。1. 辛晓明，王远丽，王浩，等杜仲总多糖对小鼠低氧能力的影 响J.医药导报，2009 , 28(2):160-162 .2. 王端荣.高原病的分型及临床病理变化J.人民军 医,1992,(3):9.3. 高文祥,柳君泽,罗德成,等.急性缺氧对大鼠脑线粒体能量代谢的 影响J.高原医学杂志1999,9(3):13.4. 黄远桂，吴声伶.临床脑电图学M.西安：陕西科学技术出版 社，1984：88-935. 王基野低温低氧对学习记忆的应急药物防护研究D .2013,61.6. 杨国愉,冯正直，汪涛.高原缺氧对心理功能的影响及防护J.中国 行为医学科学, 2003,12(4):31-32 .7. Arzy S, Ide l M, Landis T, et al.Why revelations have occurredon mountains Linking my stical experiences and cognitive neuroscience