低氧对机体的影响

1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]。2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];急性吸入含氧量低的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3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。43.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5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Ⅱ形成，导致肾动脉收缩、肾血流灌注减少，6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7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],Manukhina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8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，1984：88-93．5.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.ArzyS,IdelM,LandisT,etal.Whyrevelationshaveoccurred9onmountainsLinkingmysticalexperiencesandcognitiveneuroscience.MedHypotheses,2005,65(5):840-841.8.陈丽芬,柳君泽,李兵.低压缺氧对大鼠脑线粒体腺苷酸转运体特性的影响[J].生理学报,2006,58(1):29-33.9.RosenkrantzTS,KubinJ,MishraOP,etal.BraincellmembraneNa+,K+-ATPaseactivityfollowingseverehypoxicinjuryinthenewbornpiglet[J].rainRes,1996,730(1-2):52-57.10.上海医学大学《实用内科学》编委会编，实用内科学.第九版.北京:人民卫生出版社,1993：483。11.HartigG，HackettP．Cerebralspin