急性缺氧对机体机能影响的研究进展〔关键词〕急性缺氧；机体；机能；进展缺氧（hypoxia）是许多疾病所共有的一个基本病理过程。

例如休克、呼吸功能不全、心功能不全、贫血等，都可以引起缺氧。

缺氧在军事医学中也是个非常重要的课题，例如高原适应不全症主要是缺氧的问题，高空飞行、潜水作业等，如果处理不当或发生意外，均可发生缺氧。

所以研究缺氧（特别是急性缺氧或急性低压缺氧）发生和发展的规律以及缺氧所引起的病理、生理变化，对于潜水航空医学缺氧的防治，具有重要意义。

1 急性缺氧对机体免疫功能的影响：1.1 对淋巴细胞功能的影响低氧刺激诱导产生炎症反应，致使淋巴细胞丝条断裂及DNA氧化。

Zuckerberg 等⑴，用纯化的鼠T细胞系低氧培养15min~ 90min,结果发现短暂低氧对T细胞功能的影响是长久的。

Naldini等⑵用外周血单核细胞在低氧条件下培养16h~40h，结果发现IL-2、IL-4、IL-6、IFN-γ分泌增加，IL-10分泌下降。

已知IL-2刺激T细胞增殖，IL-10抑制T细胞增殖；但低氧后，T细胞增殖反应下降，细胞周期延迟，大多数细胞停留在G1期，不能进入S期。

低氧对免疫功能的影响存在性别差异，Knoferl MW等⑶研究发现低氧使雄鼠IL-10水平增加（抑制细胞免疫），INF-γ下降，脾淋巴细胞扩增下降，引起明显的免疫抑制，而雌鼠无特殊变化；用雌二醇注射低氧条件下的鼠，发现鼠的细胞免疫功能得到提高，说明雄激素有一定的免疫抑制，而雌激素则能提高细胞免疫功能。

B细胞的主要功能是受抗原刺激后分泌抗体，参与体液免疫。

Biselli等⑷于海拔5500m，用PsA和PsC免疫10只近交系鼠30天，结果发现其抗体效价与海平面对照组的抗体效价无显著差异。

说明高原缺氧状态对机体B细胞功能影响不显著。

1.2 对中性粒细胞功能的影响低氧条件下多形中性粒细胞对血管内皮粘附性增加，渗出增多，炎性反应发生。

其中，缺氧程度与PMNs的粘附性密切相关，O2<2.5%时诱导稳定粘附，在2.5%~4.0%时诱导滚动粘附。

此外，低氧对PMNs的吞噬功能也有影响。

低氧血症即使在很短的时间，也能使全血PMNs吞噬功能增加并伴随表面受体CD16,CD32W和CD35表达增加，且此效应需要细胞内Ca2+库动员和蛋白激酶C的激活。

Tamura DY等⑸发现急性低氧后，粘附分子表达上调，中性粒细胞凋亡将延迟，TNF-α、IL-1、IL-6与IL-8无明显改变，但能明显增强中性粒细胞的细胞毒性作用，促进炎症反应；而缺氧/复氧却使得细胞吞噬功能下降。

2 对肾脏功能结构的影响:2.1 动物整体实验及体外培养研究资料对大鼠进行急性低压缺氧实验⑹，光镜下可见肾血管舒张，线粒体、上皮细胞有病理变化。

电镜下可见肾小球足细胞线粒体肿胀，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。

结果表明急性低压缺氧对肾功能和肾脏结构均有损害。

缺氧引起肾小管细胞损伤的机制主要是通过能量代谢和膜转运系统功能变化、自由基增多、肾小管细胞内损伤性酶释放及细胞骨架的损伤等产生的⑺。

2.2 人体研究资料对于人体，急性低压缺氧同样对肾脏有着不同程度的损害。

崔建华等⑻研究慢性高原病（CMS）患者肾功能的变化，可见CMS引起肾功能指标异常，提示CMS伴有肾脏损伤。

其机制可能是由于低压缺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、使肾血管灌注减少，肾脏发生缺血缺氧，肾小球过滤及尿量下降，肾小球及肾小管受损。

3对心肌结构的影响:许多研究表明，急性缺氧时，耗氧量较大的心脏会发生不同程度的损伤。

刘红刚和王扬宗⑼为明确早期缺氧对大鼠心肌结构的影响，对大鼠心肌组织的光、电镜标本进行观察。

实验发现，大鼠心肌细胞出现损伤，在光镜下集中表现为轻重不等的浊肿、空泡变性、溶解坏死及间质水肿等；右室壁及室中隔的病变明显要比左室壁严重，电镜下表现为线粒体高度肿胀，肌原纤维排列紊乱及大片溶解，核染色质高度凝结、边聚，糖原颗粒减少，细胞内及间质重度水肿，肌膜破裂，线粒体等溢出细胞外，间质毛细血管⑿低气压使大鼠及其心肌处于明显的低压性缺氧状态，有氧代谢受到明显抑制，能量代谢出现紊乱，再加上无氧代谢产物的积聚及电解质平衡紊乱等损害因素的综合作用，从而导致了全心性损伤。

4 对脑功能及结构的影响：4.1 急性低压缺氧对区域性脑血流量分配的影响PAGANI等⑽利用单光子发射计算机体层摄影术和放射性药物研究了在实验室低压缺氧环境下6名处于静息状态下的健康受试者局部脑血流量的分配情况，分析了在额叶、顶叶、颞叶、枕叶皮质，海马区，基底核和其他大脑中枢结构等有双侧功能影响的12个脑区的CBF分配。

虽然缺氧很严重，但仍未有任何一个主要脑区CBF发生再分配。

另外，在静息状态、低压性缺氧40min后，受试者运动神经皮质和基底核血流量的比例增加，提示为这些大脑功能区域的一种先期的代偿机制。

4.2 急性高空缺氧时大白鼠脑组织腺苷三磷酸酶活性的分析腺苷三磷酸酶（ATPase）是机体能量代谢的关键酶，主要功能是分解三磷酸腺苷，直接向机体各项生理机能供给能量。

因此，在急性缺氧时，ATPase活性改变对消耗能量高的脑组织的功能、代谢有重要的病理、生理意义。

刘俊英等⑾模拟在3000、5000、8000、10000m高空缺氧条件下，观察大鼠急性缺氧时脑组织中ATPase活性的改变。

结果显示，在顶叶皮层，随高度增加ATPase活性呈逐渐下降趋势，10000m高度时各脑区ATPase的活性均显著下降。

脑组织的ATPase活性变化直接影响能量代谢及离子交换，导致大脑发生生理功能的改变。

总之,在急性缺氧时,脑组织中ATPase 活性降低,生成的能量明显减少,而无氧代谢产生的ATP 又无法维持脑组织的正常生理代谢,引发了一系列的机体功能紊乱。

但是,SELVA 等实验表结果表明,缺氧30 min 后,小鼠大脑海马区突触功能发生了不可逆的丧失;视神经和胼胝体(大脑的2 个白质区域) 在2 h 的缺氧过程中功能基本正常。

而且,在缺氧2 h之后的恢复阶段,将近半数的神经轴突被激活。

胼胝体含有大量无髓鞘神经轴突,但视神经轴突全部是有髓鞘的。

从而可知,中枢神经系统的结构使各区域在缺氧状态下维持功能和生存的能力上存在很大差异。

哺乳动物的白质区域轴突不受有无髓鞘结构的限制,对缺氧有显著的耐受能力,这意味着其中枢神经系统的神经轴突通过厌氧性能量代谢能够产生足够的ATP 来维持功能⑿。

4.3 急性缺氧引发的大鼠脑海马回MAP2 免疫反应和神经细胞形态学变化大脑缺血导致主要神经细胞形态改变是不是直接由缺氧引起的, 现在还没有明确。

STEPHANIEKWEI 等⒀检测了缺氧诱发的微管相关蛋白Ⅱ(MAP2 ) 和大脑海马区域细胞形态的改变,在恢复供氧2 h 后,缺氧诱发的树突状MAP2 免疫反应缺失和海马区域神经细胞水肿仍很明显。

CA1和CA3 区域的神经细胞病变较严重;而齿状脑回的神经细胞病变相对较轻。

定量分析显示,缺氧10 min 时树突状MAP2 免疫反应缺失30 % ,至缺氧30 min 时缺失程度可急剧升至70 % ,同时可分别观察到CA1和CA3 区域体积增加了约200 % 。

由实验结果可知,缺氧可直接导致树枝状MAP2 免疫反应大量缺失和大脑海马回区域神经元细胞骨架结构的改变，而其严重程度与缺氧持续时间及在大脑海马区发生的位置直接相关。

4.4 急性全身性缺氧时自发性枕部脑电图( EEG) 的暂时和持久变化以往研究表明,在全身性缺氧期间,自发性EEG(闭眼状态) 的光谱功率除了α波降低外,其余均会增加。

SCHELLART 等⒁通过呼吸低氧气体诱发14 名健康受试者正常气压条件下的急性缺氧,得到实验结果:在最初闭眼状态的20 min 暴露时间内,动脉血氧饱和度(SaO2) 呈指数速度降低。

眼睛睁开后,频带功率呈短暂增加(110 %～160 %) 。

α和β波的这个短暂的频带功率增加的峰值时间(4. 5 min)比δ和θ波段的(7 min) 更短。

在这之后,脑波功率水平基本稳定,比对照值高65 %。

α波峰的频率减低了(0. 61 ±0. 16)Hz。

与闭眼状态相反,峰值增加了(41 ±12) %。

因而可知:在缺氧期间和睁眼状态下的许多自发性EEG特性与常氧条件下的情况是不同的,α波的特征改变非常大。

4.5 急性缺氧对脑干髓质化学敏感和非化学敏感区域个体神经细胞内pH 的影响CHAMBERS 等⒂使用荧光显微图像技术研究了急性缺氧暴露(10 min) 对于新生大鼠(出生后7～11 d) 脑干神经细胞内pH 值的影响。

实验研究了4 个髓质区域的神经元,2 个含有化学敏感的神经细胞的区域(孤束核,NTS 和延髓腹外侧区,VLM) 与2 个没有化学敏感的神经细胞的区域(舌下神经,Hyp 和下橄榄区, I0) 。

对于化学敏感区或非化学敏感区的神经元,急性缺氧导致的酸化作用是相似的。

在急性缺氧条件下, 阻断Na + / H+交换作用(NHE) 对神经元pH 值的影响,并没有减弱NTS 和VLM 区域的神经元的酸化程度,但却明显增强了Hyp 和I0 区域神经元的酸化程度(达到约0. 35 pH) 。

因此,缺氧诱导的细胞内酸化作用与神经细胞的来源没有明显的相关性, 不过NHE可以迟缓非化学敏感区域神经细胞的酸化作用。

另外,化学敏感区的脑干神经细胞适应缺氧的酸负荷程度比非化学敏感区的神经细胞要小。

5 氧化应激与细胞凋亡:活性氧簇与氮自由基是有氧代谢过程中必然产物，在生理学功能上调节氧化还原反应。

过多的活性氧簇与氮自由基堆积会导致氧化应激，引起脂质、蛋白及DNA的氧化损伤。

目前研究证明，活性氧簇与氮自由基在AMS中起重要作用，并介导HAPE和HACE[16 17 18]。

脂质过氧化水平在6000m增加23%，8848m增加74%，说明海拔与氧化应激反应正相关⒆；另外，Nakanishi⒇等研究发现，暴露于5500m大鼠肺、肝、心、肾及血清丙二醛水平升高。

在组织缺氧时，增高的氧自由基和用抗氧化剂降低氧自由基来减少急性高原病（AMS）发生的首次研究表明，氧自由基与AMS的病理生理机制有关。

缺氧等所致细胞凋亡，均首先发生线粒体跨膜电位裂解，释放物可导致核凋亡的发生，凋亡诱导因子如缺氧、钙离子、药物使线粒体通透性增高，其内钙离子等离子释放及质子渗漏，使钙离子超载，线粒体跨膜电位丧失及呼吸链裂ATP下降，活性氧过量生成，且激活凋亡执行的核心元件Caspase酶系等凋亡相关因子，线粒体跨膜电位崩解时释放出凋亡相关蛋白、凋亡诱导因子、细胞色素C诱导凋亡。

Bcl-2基因是研究最早的与凋亡有关的基因，Bcl-2蛋白位于核膜、粗面内质网和线粒体膜上。