作业帮急性呼吸性碱中毒引起中枢神经系统功能障碍的机制是什么
来源：学生作业帮 编辑：作业帮 分类：综合作业 时间：2024/11/08 03:34:56
急性呼吸性碱中毒引起中枢神经系统功能障碍的机制是什么
大脑缺氧十分钟即可死亡.
机体吸入氧,并通过血液运输到达组织,最终被细胞所感受和利用.因此,缺氧的本质是细胞对低氧状态的一种反应和适应性改变.当急性严重缺氧时细胞变化以线粒体能量代谢障碍为主（包括组织中毒性缺氧）；慢性轻度缺氧细胞以氧感受器的代偿性调节为主.
代偿性变化
1、缺氧时细胞能量代谢变化
(1) 无氧酵解增强： 当 Pa O2 降低时,线粒体周围的 P O2 低于 0.04 ～ 0.07kPa 时,氧作为有氧氧化过程的最终的电子接受者出现缺额,线粒体的有氧代谢发生障碍, ATP 生成减少,胞浆内 ADP 增加.胞浆内 ADP 增高可使磷酸果糖激酶、糖酵解过程加强,并在一定的程度上可补偿细胞的能量不足,但酸性产物增加.
(2) 利用氧的能力增强：长期慢性和轻度缺氧时,细胞内线粒体数量增多,生物氧化还原酶（如琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶）活性增强和含量增多,使细胞利用氧的能力增强.
2、细胞的氧敏感调节与适应性变化
(1) 化学感受器兴奋
(2) 血红素蛋白（ hemeprotein ）感受调节：血色素蛋白是指含有卟啉环配体的一类蛋白质,如血红蛋白、细胞色素aa3 、P450、含细胞色素 b 558 的辅酶 Ⅱ （ NADPH ）氧化酶等.感受调节方式有两种：
①构象改变 当 O2 结合于血红素分子中央的Fe2 ,引起Fe2 转位到卟啉环平面上,反之相反.这种构象的变化可能影响血红素蛋白的功能.例如： CO 与氧化型细胞色素氧化酶 aa 的Fe2 结合,使氧化型细胞色素氧化酶失去了传递电子的作用.
②信使分子 NADPH 氧化酶可与细胞周围环境中 O2 结合,并把 O2 转变为 O2- ,再生成 H2O2 . H2O2 经过 Feton 反应转变为羟自由基（ OH- ）进行氧信号的传导.正常时,细胞内 H2O2 浓度相对较高,抑制低氧敏感基因的表达.低氧时,细胞内 H2O2 和 OH- 生成减少,还原型谷光甘肽（ GSH ）氧化转变成氧化型谷光甘肽（ GSSG ）受到抑制,导致某些蛋白巯基还原型增加,从而使一些转录因子的构象发生改变,促进低氧敏感基因的转录表达.
3、HIF-1 感受调节
近年研究认为, HIF-1 （ hypoxia induced factor-1 ）是受控于氧浓度变化的一个至关重要的转录因子.细胞核内 HIF-1 作为低氧敏感基因的启动子与靶基因的低氧反应元件（ HRE,5-RCGTG-3 ）结合,启动基因转录和蛋白质翻译.
4、红细胞适应性增多
在高原居住的人和长期慢性缺氧的人,红细胞可以增加到 6×106/㎜ 3 , Hb达21g/dl .其增加机制是,当缺氧时,低氧血可以刺激近球细胞,使其生成促红细胞生成素（ erythropoiesis-stimulating factor, EPO ）增加. EPO可以刺激RBC系单向干细胞分化为原 RBC 和增殖、成熟.另外. EPO 可促使 Hb 合成和网织红细胞进入血液,血中红细胞和 Hb 增加,提高了血液中血氧容量.最终提高了血液携带氧的能力使氧含量增加,从而增强对组织器官的 O2 供应.
5、肌红蛋白（ Mb ）增加
由于 Mb 与氧的亲和力比 Hb 的大,如氧分压降为 10mmHg 时, Hb 的氧饱和度约为 10% ,而 Mb 的氧饱和度可达 70% ,因此,当运动员进行剧烈运动使肌组织氧分压进一步降低时, Mb 可释放出大量的氧供组织、细胞利用. Mb 增加可能具有储存氧的作用.
细胞损伤
缺氧性细胞损伤（ hypoxic cell damage ）常为严重缺氧时出现的一种失代偿性变化.其主要表现为细胞膜、线粒体及溶酶体的损伤.
1、细胞膜变化
细胞膜电位降低常先于细胞内ATP含量的减少,膜电位降低的原因为细胞膜对离子的通透性增高,导致离子顺浓度差通过细胞膜,继而出现钠内流、钾外流、钙内流和细胞水肿等一系列改变.
（ 1 ） Na 内流：使细胞内 Na 浓度增多并激活 Na -K 泵,在泵出胞内 Na 同时又过多消耗 ATP , ATP 消耗又将促进线粒体氧化磷酸化过程和加重细胞缺氧.细胞内 Na 浓度过高必然伴随水进入胞内增加引起细胞水肿.细胞水肿是线粒体、溶酶体肿胀的基础.
（ 2 ） K 外流：由于Na -K 泵功能障碍,细胞外K 不能被泵到胞浆内,细胞内缺 K 导致合成代谢障碍,各种酶的生成减少并进一步影响 ATP 的生成和离子泵的功能.
（ 3 ） Ca2 内流：细胞内外 Ca2 浓度相差约 1000 倍,细胞内低 Ca2 浓度的维持依赖膜上 Ca2 泵功能.严重缺氧时,由于 ATP 生成减少,膜上 Ca2 泵功能降低,胞浆内 Ca2 外流和肌浆网摄取 Ca2 障碍,使胞浆内 Ca2 浓度增高.细胞内 Ca2 增多并进入线粒体内抑制了呼吸链功能； Ca2 和钙调蛋白（ calmodulin ）激活磷脂酶,使膜磷脂分解,引起溶酶体损伤及其水解酶的释放,细胞自溶；胞浆内 Ca2 浓度过高可以使黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶,增加自由基形成,加重细胞损伤.
2、线粒体的变化
缺氧可损伤线粒体,线粒体损伤又可导致缺氧,两者互为因果.缺氧引起线粒体受损的原因是严重缺氧可明显抑制线粒体呼吸功能和氧化磷酸化过程,使 ATP 生成更减少；持续较长时间严重缺氧,可以使线粒体的基质颗粒减少或消失,基质电子密度增加,脊内腔扩张,脊肿胀、崩解,外膜破裂等.
3、溶酶体的变化
缺氧时因糖酵解增强使乳酸生成增多和脂肪氧化不全使酮体增多,导致酸中毒. pH 降低和胞浆内钙增加使磷脂酶活性增高,使溶酶体膜的磷脂被分解,膜通透性增高,溶酶体肿胀、破裂和释出大量溶酶体酶,进而导致细胞及其周围组织的溶解、坏死.细胞内水肿、自由基的作用也参加溶酶体损伤机制.
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.
呼吸系统的变化
（一）代偿性反应
1、呼吸加深加快
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.
（二）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.
循环系统的变化
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.目前认为,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.
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.
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、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.
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.
1、红细胞增多
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.
3、血红蛋白表型重建
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.
机体吸入氧,并通过血液运输到达组织,最终被细胞所感受和利用.因此,缺氧的本质是细胞对低氧状态的一种反应和适应性改变.当急性严重缺氧时细胞变化以线粒体能量代谢障碍为主（包括组织中毒性缺氧）；慢性轻度缺氧细胞以氧感受器的代偿性调节为主.
代偿性变化
1、缺氧时细胞能量代谢变化
(1) 无氧酵解增强： 当 Pa O2 降低时,线粒体周围的 P O2 低于 0.04 ～ 0.07kPa 时,氧作为有氧氧化过程的最终的电子接受者出现缺额,线粒体的有氧代谢发生障碍, ATP 生成减少,胞浆内 ADP 增加.胞浆内 ADP 增高可使磷酸果糖激酶、糖酵解过程加强,并在一定的程度上可补偿细胞的能量不足,但酸性产物增加.
(2) 利用氧的能力增强：长期慢性和轻度缺氧时,细胞内线粒体数量增多,生物氧化还原酶（如琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶）活性增强和含量增多,使细胞利用氧的能力增强.
2、细胞的氧敏感调节与适应性变化
(1) 化学感受器兴奋
(2) 血红素蛋白（ hemeprotein ）感受调节：血色素蛋白是指含有卟啉环配体的一类蛋白质,如血红蛋白、细胞色素aa3 、P450、含细胞色素 b 558 的辅酶 Ⅱ （ NADPH ）氧化酶等.感受调节方式有两种：
①构象改变 当 O2 结合于血红素分子中央的Fe2 ,引起Fe2 转位到卟啉环平面上,反之相反.这种构象的变化可能影响血红素蛋白的功能.例如： CO 与氧化型细胞色素氧化酶 aa 的Fe2 结合,使氧化型细胞色素氧化酶失去了传递电子的作用.
②信使分子 NADPH 氧化酶可与细胞周围环境中 O2 结合,并把 O2 转变为 O2- ,再生成 H2O2 . H2O2 经过 Feton 反应转变为羟自由基（ OH- ）进行氧信号的传导.正常时,细胞内 H2O2 浓度相对较高,抑制低氧敏感基因的表达.低氧时,细胞内 H2O2 和 OH- 生成减少,还原型谷光甘肽（ GSH ）氧化转变成氧化型谷光甘肽（ GSSG ）受到抑制,导致某些蛋白巯基还原型增加,从而使一些转录因子的构象发生改变,促进低氧敏感基因的转录表达.
3、HIF-1 感受调节
近年研究认为, HIF-1 （ hypoxia induced factor-1 ）是受控于氧浓度变化的一个至关重要的转录因子.细胞核内 HIF-1 作为低氧敏感基因的启动子与靶基因的低氧反应元件（ HRE,5-RCGTG-3 ）结合,启动基因转录和蛋白质翻译.
4、红细胞适应性增多
在高原居住的人和长期慢性缺氧的人,红细胞可以增加到 6×106/㎜ 3 , Hb达21g/dl .其增加机制是,当缺氧时,低氧血可以刺激近球细胞,使其生成促红细胞生成素（ erythropoiesis-stimulating factor, EPO ）增加. EPO可以刺激RBC系单向干细胞分化为原 RBC 和增殖、成熟.另外. EPO 可促使 Hb 合成和网织红细胞进入血液,血中红细胞和 Hb 增加,提高了血液中血氧容量.最终提高了血液携带氧的能力使氧含量增加,从而增强对组织器官的 O2 供应.
5、肌红蛋白（ Mb ）增加
由于 Mb 与氧的亲和力比 Hb 的大,如氧分压降为 10mmHg 时, Hb 的氧饱和度约为 10% ,而 Mb 的氧饱和度可达 70% ,因此,当运动员进行剧烈运动使肌组织氧分压进一步降低时, Mb 可释放出大量的氧供组织、细胞利用. Mb 增加可能具有储存氧的作用.
细胞损伤
缺氧性细胞损伤（ hypoxic cell damage ）常为严重缺氧时出现的一种失代偿性变化.其主要表现为细胞膜、线粒体及溶酶体的损伤.
1、细胞膜变化
细胞膜电位降低常先于细胞内ATP含量的减少,膜电位降低的原因为细胞膜对离子的通透性增高,导致离子顺浓度差通过细胞膜,继而出现钠内流、钾外流、钙内流和细胞水肿等一系列改变.
（ 1 ） Na 内流：使细胞内 Na 浓度增多并激活 Na -K 泵,在泵出胞内 Na 同时又过多消耗 ATP , ATP 消耗又将促进线粒体氧化磷酸化过程和加重细胞缺氧.细胞内 Na 浓度过高必然伴随水进入胞内增加引起细胞水肿.细胞水肿是线粒体、溶酶体肿胀的基础.
（ 2 ） K 外流：由于Na -K 泵功能障碍,细胞外K 不能被泵到胞浆内,细胞内缺 K 导致合成代谢障碍,各种酶的生成减少并进一步影响 ATP 的生成和离子泵的功能.
（ 3 ） Ca2 内流：细胞内外 Ca2 浓度相差约 1000 倍,细胞内低 Ca2 浓度的维持依赖膜上 Ca2 泵功能.严重缺氧时,由于 ATP 生成减少,膜上 Ca2 泵功能降低,胞浆内 Ca2 外流和肌浆网摄取 Ca2 障碍,使胞浆内 Ca2 浓度增高.细胞内 Ca2 增多并进入线粒体内抑制了呼吸链功能； Ca2 和钙调蛋白（ calmodulin ）激活磷脂酶,使膜磷脂分解,引起溶酶体损伤及其水解酶的释放,细胞自溶；胞浆内 Ca2 浓度过高可以使黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶,增加自由基形成,加重细胞损伤.
2、线粒体的变化
缺氧可损伤线粒体,线粒体损伤又可导致缺氧,两者互为因果.缺氧引起线粒体受损的原因是严重缺氧可明显抑制线粒体呼吸功能和氧化磷酸化过程,使 ATP 生成更减少；持续较长时间严重缺氧,可以使线粒体的基质颗粒减少或消失,基质电子密度增加,脊内腔扩张,脊肿胀、崩解,外膜破裂等.
3、溶酶体的变化
缺氧时因糖酵解增强使乳酸生成增多和脂肪氧化不全使酮体增多,导致酸中毒. pH 降低和胞浆内钙增加使磷脂酶活性增高,使溶酶体膜的磷脂被分解,膜通透性增高,溶酶体肿胀、破裂和释出大量溶酶体酶,进而导致细胞及其周围组织的溶解、坏死.细胞内水肿、自由基的作用也参加溶酶体损伤机制.
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.
呼吸系统的变化
（一）代偿性反应
1、呼吸加深加快
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.
（二）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.
循环系统的变化
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.目前认为,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.
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.
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、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.
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.
1、红细胞增多
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.
3、血红蛋白表型重建
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.