缺氧时组织、细胞可出现一系列功能、代谢和结构的改变。其中有的起代偿作用医学招聘网,有的是缺氧所致的损害性改变。
(一)ATP生成减少,无氧酵解增强
缺氧时,ATP生成减少,ATP/ADP比值降低,使磷酸果糖激酶活性增强。该酶是控制糖酵解过程中的限速酶,其活性增强可促使糖酵解过程加强,在一定程度上可补偿能量的不足。
(二)线粒体的改变
慢性缺氧可使线粒体数量增多,表面积增大,从而有利于氧的弥散和利用。在慢性缺氧的适应过程中,线粒体中呼吸链的酶(如细胞色素氧化酶)含量增多,琥珀酸脱氢酶的活性增强,可起—定代偿作用。但严重缺氧可引起线粒体变形、肿胀、嵴断裂,甚至外膜破裂,基质外溢,加之线粒体内Ca2+聚集,使ATP产生进一步减少。
(三)细胞膜的变化
缺氧时由于ATP生成减少,供给膜上“钠泵”(Na+—K+—ATP酶)的能量不足;同时细胞内乳酸增多,pH降低,使细胞膜通透性升高,因而细胞内Na+增多,K+减少;由于细胞内渗透压升高,可发生细胞水肿。严重缺氧时,细胞膜对Ca2+的通透性增高,Ca2+内流增多,同时由于ATP减少影响Ca2+的外流和摄取,使胞质Ca2+浓度增加。Ca2+可抑制线粒体的呼吸功能,激活磷脂酶,使膜磷脂分解。此外,Ca2+还可激活蛋白酶,促使黄嘌呤脱氢酶转变为黄嘌呤氧化酶,从而增加氧自由基的形成,加重细胞的损伤。
(四)溶酶体的变化
严重缺氧时ATP生成减少,细胞内酸中毒,可使溶酶体膜稳定性降低,通透性升高,甚至破裂,溶酶体酶(如酸性磷酸酶、组织蛋白酶、β葡萄糖醛酸酶等)逸出,引起细胞自溶。
(五)肌红蛋白增加
久居高原的人或动物,骨骼肌组织中的肌红蛋白含量增加。由于肌红蛋白在体内的总量较多,它与氧的亲和力又大于血红蛋白(当氧分压为10 mmHg时,血红蛋白的氧饱和度为10%,而肌红蛋白的氧饱和度为70%)(图4—7),因而肌红蛋白增加可自血液中摄取更多的氧,成为机体一个重要的储氧库。另外,肌红蛋白增多还可加快氧在组织中的弥散。
缺氧可引起细胞的各种反应,包括代偿性和损伤性改变。有关细胞对缺氧反应的机制,目前认为,细胞中含有氧感受器,缺氧时,氧感受器感受到P02的降低,通过信号转导途径引起缺氧诱导因子—1(hypoxia induciblefactor—1,
HIP—1)等转录因子的活化,引起一系列缺氧相关基因的转录和蛋白质合成,进而引起组织、细胞的代偿性或损伤性改变。例如,当细胞感受缺氧刺激时,胞质的HIF—1活性增高,进入核内与EPO基因的3’端增强子结合,从而增强该基因表达,使EPO增多,促进血红蛋白的合成及红细胞的生成。