第三节 缺氧时机体的功能和代谢变化

缺氧对机体的影响取决于缺氧发生的原因、速度、持续时间、缺氧的范围和机体的功能代谢状态等。大剂量氰化物中毒时生物氧化过程迅速受阻，可在几分钟内导致中毒者死亡。而在海拔3700 m的高原地区，适应良好的个体可正常工作和生活，一般情况下可不出现明显的缺氧症状。CO中毒时，当半数血红蛋白与CO结合失去携氧能力时，可立即危及生命；而慢性贫血时，即使血红蛋白减少一半，患者仍可正常生活。这是因为前者发病的速度快，机体代偿功能未能充分发挥，后者发病的速度较慢，可通过机体的代偿作用，增加组织细胞的氧供和提高组织细胞对氧的利用。总的来说，缺氧时机体功能和代谢等改变有的具有损伤的性质，有的则具有代偿的作用。如轻度缺氧以激发机体的代偿反应为主，而重度缺氧则可造成细胞的功能和代谢障碍，甚至组织结构破坏。急性缺氧时机体往往来不及充分发挥代偿作用，以损伤表现为主，而慢性缺氧时机体的代偿反应和损伤作用并存。此外，各型缺氧引起的改变虽有相同或相似之处，但又各具特点，以下主要以低张性缺氧为例，阐述缺氧对机体的影响。

一、呼吸系统的变化

PaO2降低（一般须低于8 kPa）可刺激颈动脉体和主动脉体外周化学感受器，反射性兴奋呼吸中枢，引起呼吸加深、加快，从而增加肺泡通气量。缺氧时呼吸系统的这种变化具有重要的代偿意义。一方面，通气增加有利于机体从外界摄取更多的氧，以提高肺泡气氧分压，继而提高PaO2；另一方面，呼吸增强时还可因胸腔负压增大，促进静脉回流，使回心血量增加，肺血流量和心排血量也随之增加，从而有利于氧的摄取和运送。但若通气过度，使PaCO2降低，减低了CO2对延髓中枢化学感受器的刺激，可限制肺通气的增强。因此，缺氧时肺通气量的变化，取决于上述两个方面的综合刺激效应。

低张性缺氧所引起的肺通气量变化与缺氧持续的时间有关，常表现以下的时间经过：在急性低张性缺氧的早期，如人初到4000 m的高原，肺通气量的增加一般仅超过正常的65%，数日后通气量达最大限度，相当于正常的5～7倍。但久居高原后肺通气量又逐渐下降，一般只比正常居住在海平面者高出15%左右。产生这种时相变化的机制可能是在急性缺氧早期，由于动脉血氧分压降低，反射性引起肺通气量增加。一旦通气过度，血液中二氧化碳迅速减少，会产生低碳酸血症，此时脑脊液中pH值升高，中枢化学感受器受到抑制，部分抵消了缺氧对外周化学感受器的刺激，因而仅出现一定程度的代偿性通气增加。2～3天后由于脑脊液中的HCO3-已逐渐向组织液转移，并由肾排出，脑组织中pH值逐渐恢复正常，此时才充分显示缺氧刺激外周化学感受器所产生的代偿性通气过度效应。久居高原的人和一些慢性低张性缺氧的患者，肺通气量回降，可能与外周化学感受器对缺氧的敏感性降低有关。由于通气量每增加1 L，呼吸肌耗氧量即增加0.5 ml，从而加剧机体对氧的供需矛盾。故长期呼吸运动增强，耗氧量增加，显然对机体不利。

低张性缺氧时，呼吸增强、肺通气量增加具有重要的代偿意义。而血液性缺氧和组织中毒性缺氧因PaO2不低，故呼吸一般不增强。循环性缺氧如累及肺循环（如心力衰竭引起肺淤血、水肿时），可使呼吸加快。

急性低张性缺氧，如快速登上海拔4000 m以上的高原时，一部分人可出现一系列不适反应。轻者表现为头昏、头痛、乏力、肢体麻木等，重者可在1～4天内发生高原性肺水肿（high altitude pulmonary edema, HAPE），表现为呼吸困难、咳嗽、咳粉红色或白色泡沫痰、肺部有湿啰音、皮肤和黏膜发绀等。因HAPE的动物模型难以复制成功，故其发病机制至今尚不十分清楚，可能与肺动脉高压有关。目前关于高原性肺水肿的发生机制有以下几种观点：①急性缺氧使外周血管收缩，回心血量和肺血流量增加。②缺氧性肺血管收缩使肺循环阻力增加，导致肺动脉高压、毛细血管内压增加，引起肺水肿。③由于缺氧性肺动脉收缩的强度不均一，局部小动脉严重痉挛的区域，血流量减少，而其他肺血管收缩较轻的区域血流量增加，其结果使毛细血管内压增高，出现非炎性漏出而引起间质性肺水肿和肺泡水肿。④一些严重或晚期高原肺水肿个体可出现继发性炎症反应，局部致炎性细胞因子增多，使肺泡-毛细血管膜通透性增加，血浆蛋白和红细胞渗出到肺泡腔内，加重肺水肿。肺水肿一旦形成，可引起氧的弥散障碍，使动脉血氧分压进一步下降。

需要指出的是，严重缺氧可直接抑制呼吸中枢，导致中枢性呼吸衰竭。当动脉血氧分压低于4.0 kPa（30 mmHg）时，缺氧对呼吸中枢的直接抑制作用超过了其对外周化学感受器的兴奋作用，患者呼吸频率减慢、呼吸变浅，节律异常，甚至呼吸停止。例如，浅而慢的呼吸或呼吸加强与减弱减慢交替出现，称为周期性呼吸（periodic breathing）；如果呼吸逐渐增强、增快、再逐渐减弱、减慢，与呼吸暂停交替出现，称为潮式呼吸或称陈-施呼吸（Cheyne-Stokes respiration）；如果在一次或多次强呼吸后，继以长时间呼吸停止，之后再次出现数次强的呼吸，称为间停呼吸或比奥呼吸（Biot, s breathing）。

二、循环系统的变化

（一）心功能的变化

缺氧时，机体心功能的代偿适应反应强度与缺氧的程度有关，急性轻度或中度缺氧时主要表现为心率加快，心肌收缩力增强，心排血量增加。如血氧饱和度为80%时，心率增加10%，心排血量有所增加；当血氧饱和度降低至72%时，心率增快30%，心排血量增加20%以上。但严重的缺氧，动脉血氧饱和度低于50%时，可使心肌收缩力降低、心率减慢和心排血量下降。

1．心功能代偿性加强

缺氧引起心功能代偿性加强的机制尚未完全明了，可能是由于：①动脉血氧分压降低引起代偿性肺通气增加，可刺激肺的牵张感受器，反射性兴奋交感神经引起心率增快，心肌收缩力增强。②缺氧作为一种应激原，可引起交感神经中枢兴奋性增强，兴奋心脏β肾上腺素能受体（β受体），使心率加快，心肌收缩力增强。③缺氧时呼吸加深加快，胸腔内负压增加，静脉回流增加，心排血量增加。

2．心肌舒缩功能障碍

严重缺氧可损伤心肌的收缩和舒张功能。长期的低张性缺氧因同时存在肺动脉高压，患者首先表现为右心衰竭，严重时出现全心衰竭。缺氧时心肌舒缩功能障碍的发病机制是：①缺氧使心肌ATP生成减少，能量供应不足。②ATP不足引起心肌细胞膜和肌浆网Ca+转运功能障碍，使得Ca+分布异常。③慢性缺氧时，红细胞代偿性增多，血液黏稠度增高，心肌射血阻力增大。④严重的心肌缺氧可造成心肌收缩蛋白的破坏、心肌痉挛或断裂，使心肌舒缩功能降低。

3．心律失常

严重的动脉血氧分压降低可经颈动脉体反射性兴奋迷走神经，导致窦性心动过缓。缺氧使细胞内外离子分布异常，心肌细胞内K+减少，Na+增加，心肌兴奋性和自律性增高，传导性降低，易发生异位心律和传导阻滞。

4．回心血量减少

缺氧时细胞可生成大量乳酸和腺苷等扩血管物质，后者可使血液淤滞于外周血管。严重缺氧可直接抑制呼吸中枢，胸廓运动减弱，回心血量减少。回心血量减少又进一步降低心排血量，使组织的供血供氧量减少。

高原居民、患贫血或慢性阻塞性肺疾病者由于长期缺氧可出现心脏的结构改变，即心肌肥厚、心脏体积增大。这些变化可使心功能在相当长的时间内维持稳定状态，但过度的心肌肥大易于发生心力衰竭。高原缺氧和慢性阻塞性肺疾病中出现的肺血管收缩、肺小动脉和微动脉平滑肌增生所致的管腔狭窄及管壁顺应性下降，以及慢性阻塞性肺疾病引起的毛细血管床减少都可导致肺循环阻力增加和肺动脉高压形成。右心负荷长期增加可引起右心肥大与衰竭。

（二）重要器官血流量的变化

缺氧时，各器官血流量出现重新分布，具体表现为皮肤和腹腔内器官的血管收缩，血流量减少，而心、脑血流量增加。这种血流重新分布对保证重要生命器官的血氧供应具有重要的代偿意义。其机制主要与各器官血管平滑肌上的受体、钾通道及局部血管活性物质生成的差异有关。但严重缺氧时由于组织中大量酸性产物堆积，血液淤滞，使有效循环血量减少，最终导致循环衰竭。

1．冠脉血流量的变化

心肌细胞的能量供应主要依靠有氧氧化。正常人在静息状态下供应心肌的血液占心排血量的3%～4%，心肌的摄氧率高达65%～70%，冠状动静脉血氧含量差达120 ml/L，因而心肌再从单位血液中摄取氧的潜力较小。所以当心肌缺氧时，主要依靠扩张冠状血管，增加冠状动脉血流量以满足组织代谢的需要。冠状动脉血管具有丰富的α受体和β受体，且后者占优势。β受体兴奋时冠状动脉扩张，心率增快，心肌收缩力增强。此外，缺氧引起的冠状血管扩张还与局部代谢产物如腺苷、前列环素（prostacyclin, PGI2）、NO、H+、K+、磷酸盐等的扩血管作用有关，其中腺苷及PGI2的作用更为重要。缺氧时，高能磷酸化合物合成减少，ATP分解为ADP和AMP，增多的AMP在5′核苷酸酶作用下脱磷酸而形成腺苷。腺苷作用于心肌细胞周围的小动脉，使其扩张。冠状动脉内皮细胞可合成PGI2，此物质具有强烈的舒血管作用，并可抑制血小板聚集。心肌缺氧时，可刺激PGI2的合成与释放，也使冠状血管扩张。

2．脑循环血流量的变化

当PaO2低于6.7 kPa（50 mmHg）时，脑血管扩张、脑血流量增加。其发生机制可能与下列因素有关：脑血管含α肾上腺素能受体较少；缺氧产生的腺苷、乳酸、PGI2等具有显著的扩血管效应；脑血管血管平滑肌的钾通道在缺氧时出现钾外流增加，促进膜电位的超极化，兴奋性降低，故轻度缺氧时脑血管舒张。如果动脉血氧分压降低同时伴有动脉血二氧化碳分压升高，则使脑血管更为扩张，脑血管扩张严重时可导致脑水肿、颅内压升高；如果动脉血氧分压降低同时伴有动脉血二氧化碳分压降低，则可使脑血管收缩，脑血流减少，进一步加重脑缺氧。

3．肺循环血流量的变化

缺氧可使肺血管收缩，这是导致肺动脉高压及肺源性心脏病的重要原因。无论是肺泡氧分压降低还是动脉血氧分压降低，均可引起肺血管收缩。前者可使肺终末细小动脉及小静脉收缩，后者多引起较近端的肺动脉收缩。这种缺氧引起的肺循环血流量的变化具有重要的代偿意义。肺泡通气量减少引起的局部肺血管收缩反应可使肺泡通气与血流比例维持在正常比值（约为0.8），流经这部分肺泡的血液仍能获得较充分的氧，从而维持较高的PaO2。急性缺氧引起肺血管收缩的机制尚未完全阐明。一般认为可能有以下几方面的原因：

（1）神经因素的作用：缺氧可通过兴奋交感神经作用于肺血管α受体，从而使肺血管收缩。应用α受体阻断剂可使缺氧引起的肺血管收缩反应减弱。

（2）体液因素的作用：缺氧时，肺血管平滑肌附近的内皮细胞、肥大细胞、巨噬细胞等可释放一些血管活性物质，这些血管活性物质中有的具有收缩肺血管的作用，如内皮素（endothelin, ET）、组胺、白三烯（leukotriene, LTs）、血栓素A2（thromboxane A2, TXA2）；而有的则具有舒张肺血管的作用，如PGI2、NO等。两者的力量对比决定肺血管收缩反应的强度。其中最受人们重视的有组胺和前列腺素类物质。

许多动物的肺血管周围，存在大量肥大细胞，肥大细胞中含有组胺等生物活性物质。缺氧时，肺小动脉周围的肥大细胞释放组胺增多，作用于肺血管壁上的组胺H1受体而使肺血管收缩。用抗组胺药物如氯苯那敏（扑尔敏）能减轻或防止由缺氧而引起的肺血管收缩反应。

肺是前列腺素（PG）代谢活跃的器官之一。根据其对血管的作用效应，PG分为两大类：收缩肺血管的PG主要有PGF2α、TXA2、PGG2、PGH2，扩张肺血管的PG有PGI2、PGA、PGE1。实验表明，缺氧时肺灌流的流出物中具有缩血管作用的PG样物质（特别是TXA2、PGF2α）的量增多，引起肺小动脉收缩。而PG合成抑制剂能减轻缺氧时肺血管的收缩反应。但目前前列腺素在缺氧中的缩血管作用还有争议。

（3）缺氧对血管的直接作用：实验表明，缺氧时，血管平滑肌细胞膜对Ca2+的通透性升高，导致细胞外的Ca2+进入细胞增多，细胞质内Ca2+含量增加，增强了肺血管平滑肌的兴奋收缩耦联效应，使肺血管收缩。应用钙拮抗剂如维拉帕米（异搏定）、尼群地平可以抑制缺氧引起的肺血管收缩效应。反之，应用钙离子通道增强剂则使缺氧性肺血管收缩反应增强。

总之，缺氧引起肺血管收缩的机制是复杂的，很可能是多种机制协同作用的结果。慢性缺氧除使肺血管收缩、阻力增高外，还可使肺小动脉和微动脉平滑肌细胞肥大、增生，细胞间质增多，肺血管壁中膜增厚；内膜弹力纤维及胶原纤维增生，使内膜增厚。这些肺血管结构的改变使血管壁硬化、管腔变窄，血流阻力增大，从而形成持续性肺动脉高压。持续吸氧数周后肥大的平滑肌可以逐渐复原，平滑肌肥大的这种可逆性变化为临床治疗肺动脉高压提供了理论依据。

（三）组织毛细血管密度增加

长期缺氧时，细胞生成低氧诱导因子-1（hypoxia inducible factor-1, HIF-1），可诱导血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）等基因高表达，促使缺氧组织内毛细血管增生，尤其是心、脑和骨骼肌的毛细血管增生更显著。毛细血管的密度增加可缩短血氧弥散至细胞的距离，增加细胞的供氧量。

三、血液系统的变化

缺氧可使骨髓造血功能增强及氧离曲线右移，从而增加氧的运输和血红蛋白释放氧。

（一）红细胞和血红蛋白增多

久居高原者红细胞和血红蛋白数量明显高于平原地区的居民，红细胞可达6×1012/L，血红蛋白可达210 g/L。慢性缺氧时红细胞数和血红蛋白量增加的机制是：当低氧血流经肾近球小体时，能刺激近球细胞，生成并释放红细胞生成素（erythropoietin, EPO）。EPO能促使红细胞系单向干细胞分化为原红细胞，并促进其进一步分化、增殖和成熟，加速血红蛋白的合成，使骨髓内的网织红细胞和红细胞释放入血液。

一定数量的红细胞及血红蛋白的增加，可提高血氧容量及血氧含量，增强血液的携氧能力，从而增加组织的供氧量，对缺氧具有一定的代偿意义。但若红细胞过度增加，使血细胞比容（红细胞压积）大于60%时，可使血液黏滞性增高，循环阻力增大，心脏的后负荷增加，这是缺氧时发生心力衰竭的重要原因之一。

（二）红细胞中2,3-二磷酸甘油酸增加

2,3二磷酸甘油酸（2,3 DPG）是红细胞内糖酵解过程中的中间产物，其合成与分解受红细胞内的糖酵解途径中的磷酸甘油酸旁路所控制。红细胞内2,3 DPG虽然也能供能，但主要是调节血红蛋白的运氧功能。红细胞内2,3 DPG增多时，氧离曲线右移，血红蛋白与氧的亲和力降低，结合的氧易于释出供给组织细胞利用，具有代偿意义。

缺氧时红细胞内生成的2,3-DPG增多是因为：①低张性缺氧时，氧合血红蛋白（HbO2）减少，脱氧血红蛋白（HHb）增多。前者中央孔穴小，不能结合2,3 DPG；后者中央孔穴大，可结合2,3 DPG。故当脱氧血红蛋白增多，红细胞内游离的2,3-DPG减少，使2,3 DPG对二磷酸甘油酸变位酶及磷酸果糖激酶的抑制作用减弱，从而使糖酵解增加及2,3 DPG增多。②低张性缺氧时可出现肺代偿通气，若通气过度可致呼吸性碱中毒；且脱氧血红蛋白稍偏碱性，致使pH值增高。pH值增高一方面能激活磷酸果糖激酶使糖酵解增强，2,3 DPG合成增加；另一方面，pH值增高还能抑制2,3-DPG磷酸酶的活性，使2,3 DPG的分解减少（图5-2）。

2,3 DPG增高是引起氧离曲线右移的主要原因，其机制为：①2,3-DPG和HHb的结合，可稳定血红蛋白的空间构型，使之不易与氧结合。②2,3-DPG是一种不易透过红细胞膜的有机酸，因此，当红细胞内的2,3 DPG浓度增高，将导致红细胞内pH值下降，如伴呼吸性酸中毒，pH值下降更明显。pH值下降，通过Bohr效应，使血红蛋白与O2亲和力降低。（Bohr效应是指H+和PCO2对Hb与O2亲和力的影响，当H+浓度或PCO2增高时，Hb与O2的亲和力降低，氧离曲线右移。）

缺氧时氧离曲线右移对机体的影响，取决于动脉血氧分压降低的程度。例如，当PaO2由13.3 kPa（100 mmHg）降为8.0 kPa（60 mmHg）时，其变动范围正处于氧离曲线平坦段，对动脉血氧饱和度影响不大，此时的氧离曲线右移，有利于血液向组织释放氧，具有重要的代偿意义；当PaO2降至8.0 kPa以下时，因已处于氧离曲线陡直部位，曲线右移，则血液通过肺泡时，血红蛋白与氧的结合明显减少，使动脉血氧饱和度降低，因而失去代偿意义。

四、中枢神经系统的变化

大脑是人体中对氧依赖性最大的器官，对缺氧十分敏感，这与脑组织的代谢特点有关。脑重仅为体重的2%～3%，而脑血流量约占心排血量的15%，脑耗氧量则占全身总耗氧量的20%～30%。大脑所需要能量的85%～95%均来自葡萄糖的有氧氧化。脑内氧、糖原及ATP储备较少，脑循环中断10秒，储备的氧即耗尽。此外，脑内不同部位的耗氧量也不一致，皮质比髓质的耗氧量多5倍，神经突触的耗氧量多于神经细胞体。耗氧越多的部位对缺氧的耐受性越差。急性缺氧表现为头痛，情绪激动，思维、记忆和判断能力降低，运动协调障碍等。慢性缺氧常致易疲劳、嗜睡、注意不集中及精神抑郁等。严重缺氧可出现烦躁不安、惊厥、昏迷以致死亡。正常人脑静脉血氧分压为4.5 kPa（34 mmHg），当降至3.7 kPa（28 mmHg）以下时，可出现精神错乱等；降至2.5 kPa（19 mmHg）以下时，可出现意识丧失；低达1.6 kPa（12 mmHg）时将危及生命。缺氧引起脑组织的形态学变化主要是脑细胞变性、坏死、肿胀及脑间质水肿。

缺氧导致神经系统功能和形态改变的机制可能有：①急性缺氧时交感神经兴奋，大脑灌注压增高，同时脑血管扩张，脑血流量增加，脑微循环内流体静压升高，容易引起脑水肿。②缺氧与酸中毒使脑血管内皮细胞受损，导致其通透性增加，液体渗出形成间质性脑水肿。③脑细胞缺氧，能量不足，细胞膜钠泵功能障碍，导致细胞内钠堆积，继而水分聚集形成脑细胞水肿。④脑细胞水肿和脑间质水肿都可致脑血流受阻，甚至缺血（动脉受压）和淤血（静脉受压），进一步加重脑缺氧和脑水肿，形成恶性循环。脑水肿可引起颅内高压，压迫中枢神经系统；此外，脑水肿还可影响心血管和呼吸中枢的功能，使心率减慢，呼吸慢、弱或不规则，重者形成枕骨大孔疝，压迫呼吸中枢和心血管中枢，导致呼吸和心脏搏动停止。

五、组织细胞的变化

（一）组织细胞的代偿性变化

在供氧不足的情况下，组织细胞可通过增强利用氧的能力和加快无氧酵解过程以获取维持生命活动所必需的能量。

1．组织细胞利用氧的能力增强

慢性缺氧时，细胞内线粒体的数目和膜的表面积均增加，呼吸链中的酶（如琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶）增加，使细胞内的呼吸功能增强。如胎儿期动物在母体内因处于相对缺氧的环境，其细胞线粒体的呼吸功能为成年动物的3倍，至出生后10～14天，线粒体呼吸功能才降至成年动物水平。

2．无氧酵解增强

严重缺氧时，ATP生成减少，ATP/ADP下降，以致磷酸果糖激酶活性增强。该酶是控制糖酵解过程中最重要的限速酶，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不足。

3．肌红蛋白增加

久居高原的人骨骼肌内肌红蛋白（myoglobin, Mb）含量增多。肌红蛋白与血红蛋白的结构相似，但肌红蛋白与氧的亲和力明显高于血红蛋白。当氧分压为1.3 kPa（10 mmHg）时，血红蛋白的氧饱和度约为10%，而肌红蛋白的氧饱和度可达70%。因此，肌红蛋白可从血液中摄取更多的氧，增加氧在体内的贮存。当氧分压进一步降低时，肌红蛋白可释出大量的氧供组织细胞利用。

4．低代谢状态

缺氧可抑制细胞耗能，如糖、蛋白质合成减少，离子泵功能抑制等，使细胞处于低代谢状态，减少能量的消耗，有利于人在缺氧时生存。

肺通气量及心排血量增加是急性缺氧时主要的代偿方式，但这些代偿活动自身也增加了能量和氧的消耗。红细胞增加和组织细胞利用氧的能力增强是慢性缺氧时的主要代偿方式，通过提高血液的携氧能力和更充分地利用氧，增加机体对缺氧的耐受性。这些代偿不增加氧耗，是较为经济的代偿方式。

（二）组织细胞的损伤性变化

严重缺氧，如低张性缺氧者PaO2低于4 kPa（30 mmHg）时，细胞、组织可发生严重的缺氧性损伤。缺氧性细胞损伤（hypoxic cell damage）主要表现为细胞膜、线粒体及溶酶体的变化。

1．细胞膜的变化

细胞膜对离子的通透性增强，导致离子顺浓度差透过细胞膜。

（1）Na+内流：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，导致钠泵功能障碍，细胞内Na+浓度增加，细胞内渗透压增高，进而促使水进入细胞内，导致细胞肿胀。血管内皮细胞肿胀可堵塞微血管，加重微循环缺氧。

（2）K+外流：K+外流使细胞内缺钾。而K+是蛋白质包括酶合成代谢所必需的物质。细胞内缺钾将导致合成代谢障碍，酶的生成减少，将进一步影响ATP的生成和离子泵的功能。

（3）Ca2+内流：细胞外Ca2+浓度远高于细胞质中游离Ca2+浓度。细胞内Ca2+逆浓度外流和肌浆网、线粒体逆浓度摄取Ca2+均为耗能过程。当严重缺氧使细胞膜对Ca2+的通透性增强时，Ca2+内流将增加；ATP减少将影响Ca2+的转运和肌浆网对Ca2+的摄取，使细胞质Ca2+浓度增高。Ca2+浓度增高可抑制线粒体的呼吸功能；激活磷脂酶，使膜磷脂分解，引起溶酶体的损伤及其水解酶的释放；还可使黄嘌呤脱氢酶转变成黄嘌呤氧化酶，增加自由基的形成，加重细胞的损伤。

2．线粒体的变化

细胞内绝大部分氧在线粒体内用于氧化磷酸化生成ATP，仅10%～20%的氧在线粒体用于生物合成、降解及生物转化（解毒）等作用。轻度缺氧或缺氧早期线粒体呼吸功能是增强的。严重缺氧时将首先影响线粒体外氧的利用，使神经递质的生成和生物转化过程等受阻。当线粒体部位氧分压降到临界点0.1 kPa（低于1 mmHg）时，可降低线粒体内脱氢酶的呼吸功能，使ATP生成减少。线粒体呼吸功能降低的主要原因是脱氢酶活性降低，严重时线粒体可出现肿胀、嵴断裂等改变。

3．溶酶体的变化

缺氧时因糖酵解增强，乳酸生成增多以及脂肪氧化不全使其中间代谢产物酮体增多，导致酸中毒。pH值降低不仅可引起磷脂酶活性增高，使溶酶体膜磷脂被分解，膜通透性增强；还可导致溶酶体肿胀、破裂和大量溶酶体酶的释出，最终导致细胞自溶。溶酶体酶进入血液循环可破坏多种细胞，造成更为广泛的组织损伤。