缺氧時機體的代償性反應
動脈血氧分壓一般要降至8kPa(60mmHg)以下，才會使組織缺氧，才引起機體的代償反應，包括增強呼吸血液循環，增加血液運送氧和組織利用氧的功能等。
（一）呼吸系統
PaO2降低（低于8kPa）可刺激頸動脈體和主動脈體化學感受器。反射性地引起呼吸加深加快，從而使肺泡通氣量增加，肺泡氣氧分壓升高，PaO2也隨之升高。吸入10％氧時，通氣量可增加50％；吸入5％氧可使通氣量增加3倍。胸廓呼吸運動的增強使胸內負壓增大，還可促進靜脈回流，增加心輸出量和肺血流量，有利于氧的攝取和運輸。但過度通氣使PaO2降低，減低了CO2對延髓的中樞化學感受器的刺激，可限制肺通氣的增強。
圖中kPa相當于mmHg的數值
| kPa | mmHg |
| 2.67 | 20 |
| 5.33 | 40 |
| 8.0 | 60 |
| 10.7 | 80 |
低張性缺氧所引起的肺通氣變化與缺氧持續的時間有關。
如人達到400m高原后，肺通氣量立即增加，但僅比在海平面高65％。
數日后，肺通氣量可高達在海平面的5～7倍。但久居高原,肺通氣量逐漸回降，至僅比海平面者高15％左右。
在急性缺氧早期肺通氣增加較少，可能因過度通氣形成的低碳酸血癥和呼吸性堿中毒對呼吸中樞的抑制作用，使肺通氣的增加受限。
2～3日后，通過腎臟代償性地排出HCO3－，腦脊液內的HCO3－也逐漸通過血腦屏障進入血液，使腦組織中pH逐漸恢復正常，此時方能充分顯示缺氧興奮缺氧的作用。
久居高原肺氣量回降，可能與外周化學感受器對缺氧的敏感性降低有關。
據觀察，世居高原者之頸動脈體的平均體積比世居海平面者大6.7倍，患慢性阻塞性肺病的病人的頸動脈比正常人大一倍以上。
電鏡觀察表明，在慢性低張性缺氧的早期，頸動脈體增大，其中I型細胞增多，因I型細胞中嗜鋨體含兒茶酚胺類神經介質，其增多可能具代償意義。
但在缺氧晚期，在增大的頸動脈體中嗜鋨體的中心（core）縮小、暈輪（halo）加寬，有時整個嗜鋨體為空泡所取代。
這可能是頸動脈化學感受器敏感性降低的原因。
長期缺氧使肺通氣反應減弱，這也是一種慢性適應性反應。
因為肺通氣每增加1L，呼吸肌耗氧增加0.5ml，可能加劇機體氧的供求矛盾，故長期呼吸運動增強顯然是對機體不利的。
肺通氣量增加是對急性低張性缺氧最重要的代償性反應。
此反應的強弱存在顯著的個體差異，代償良好者肺通氣量增加較多，PaO2比代償不良者高。PaCO2也較低。
血液性缺氧和組織性缺氧因PaO2不低，故呼吸一般不增強；循環性缺氧如累及肺循環，如心力衰竭引起肺淤血、水腫時，可使呼吸加快。
（二）循環系統
低張性缺氧引起的代償性心血管反應，主要表現為心輸出量增加、血流分布改變、肺血管收縮與毛細血管增生。
1、心輸出量增加 有報道進入高原（6100m）30天的人，其心輸出量比平原居民高2～3倍。在高原久住后，心輸出量逐漸減少。心輸出量增加可提高全身組織的供氧量，故對急性缺氧有一定的代償意義。心輸出量增加主要是由于：
（1）心率加快：過去認為心率加快是頸動脈體和主動脈體化學感受器刺激反射性地引起。但有人實驗，在控制呼吸不變的情況下，缺氧刺激血管化學感受器卻使心率變慢。因此缺氧時心率加快很可能是通氣增加所致肺膨脹對肺牽張感受器的刺激，反射性地通過交感神經引起的。
然而呼吸運動過深反而通過反射使心率減慢，外周血管擴張和血壓下降。
（2）心收縮性增強：缺氧作為一種應激原，可引起交感神經興奮，作用于心臟β―腎上腺素能受體，使心收縮性增強。
（3）靜脈回流量增加：胸廓呼吸運動及心臟活動增強，可導致靜脈回流量增加和心輸出量增多。
2、血流分布改變器官血流量取決于血液灌注的壓力（即動、靜脈壓差）和器官血流的阻力。后者主要取決于開放的血管數量與內徑大小。缺氧時，一方面交感神經興奮引起的血管收縮；另一方面局部組織因缺氧產生的乳酸、腺苷等代謝產物則使血管擴張。
這兩種作用的平衡關系決定器官的血管是收縮或擴張，以及血流量是減少或增多。
急性缺氧時，皮膚、腹腔內臟交感神經興奮，縮血管作用占優勢，故血管收縮；而心、腦血管因以局部組織代謝的產物的擴血管作用為主，故血管擴張，血流增加。
這種血流分布的改變顯然對于保證生命重要器官缺氧的供應是有利的。
心肌活動消耗的能量主要來自有氧代謝。
心臟重量約占體重之0.4～0.5%，靜息時冠脈流量約占心輸出量之4～5%，其動―靜脈血氧含量差約為12ml%，表明心肌耗氧量大，由單位容積血液攝取的氧量多。
心肌缺氧時，進一步提高對單位容積血液中氧的攝取率很有限，主要依靠擴張冠狀血管以增加心肌的供氧。
冠脈擴張由局部代謝產物（腺苷、H＋、K+、PGI2等）與冠脈平滑肌中β―腎上腺能受體占優勢所致，其中腺苷的作用最為重要。
當心肌細胞缺氧時，由ATP、ADP生成的AMP增多，AMP在5―核苷酸酶的作用下，脫去磷酸，形成腺苷。
腺苷易透過細胞膜進入組織液，作用于冠狀血管，使之擴張。通常組織液中的腺苷大部分進入細胞，重新磷酸化生成AMP，一部分被腺苷脫氨酶滅活。缺氧時，腺苷脫氨酶活性可能降低，這也是局部腺苷增多的一個原因。
3、肺血管收縮肺血管直接對缺氧的反應與體血管相反。
肺泡缺氧及混合靜脈血的氧分壓降低都引起肺小動脈收縮，從而使缺氧的肺泡的血流量減少。
如果是由肺泡通氣量減少引起的肺泡缺氧，則肺血管的收縮反應有利于維持肺泡通氣與血流的適當比例，使流經這部分肺泡的血液仍能獲得較充分的氧，從而可維持較高的PaO2。
此外，正常情況下由于重力作用，通過肺尖部的肺泡通氣量與血流量的比值過大，肺泡氣中氧不能充分地被血液運走。
當缺氧引起較廣泛的肺血管收縮,導致肺動脈壓升高時，肺上部的血流增加，肺上部的肺泡通氣能得到更充分的利用。
缺氧引起肺血管收縮的機制較復雜，尚未完全闡明，研究結果也有矛盾。當前具傾向性的觀點：
①交感神經作用：缺氧所致交感神經興奮可作用于肺血管的α受體引起血管收縮反應。
②體液因素作用：缺氧可促使肺組織內肥大細胞、肺泡巨噬細胞、血管內皮細胞等釋放組胺、前列腺素和白三烯等血管活性物質，其中有的能收縮肺血管，如白三烯（leukotriene,LTs）、血栓素A2（thromboxane A2、TXA2）、前列腺素F2a（prostaglandin F2a，PGF2a）等，有的擴張血管，如前列環素（prostacyclin,PGI2）、前列腺素E1（prostaglandin E1 PGE1）等。在肺血管收縮反應中，縮血管物質生成與釋放增加，起介導作用；擴血管物質的生成與釋放也可增加，起調節作用。兩者力量對比決定肺血管收縮反應的強度。組胺作用于H1受體使肺血管收縮，作用于H2受體則使之擴張。在缺氧性肺血管收縮反應中，組胺釋放增多，主要作用于H2受體以限制肺血管的收縮。
③缺氧直接對血管平滑肌作用：缺氧使平滑肌細胞膜對Na+、Ca2+的通透性增高，促使Na+、Ca2+的通透性增高，促使Na+、Ca2+內流，導致肌細胞興奮性與收縮性增高。這一觀點還有待進一步證實。看來缺氧性肺血管收縮反應是多因素綜合作用的結果。
4、毛細血管增生長期慢性缺氧可促使毛細血管增生。尤其是腦、心臟和骨骼肌的毛細血管增生更顯著。毛細血管的密度增加可縮短血氧彌散至細胞的距離，增加對細胞的供氧量。
（三）血液系統
缺氧可使骨髓造血增強及氧合血紅蛋白解離曲線右移，從而增加氧的運輸和釋放。
1、紅細胞增多 移居到3600m高原的男性居民紅細胞計數通常約為6×1012/L(6×106/mm3),Hb為210g/L(21g/dl)左右。慢性缺氧所致紅細胞增多主要是骨髓造血增強所致。當低氧血流經腎臟近球小體時，能刺激近球細胞，使其中顆粒增多，生成并釋放促紅細胞生成素（erythropoietin），促紅細胞生成素能促使紅細胞系單向干細胞分化為原紅細胞,并促進其分化、增殖和成熟，加速Hb的合成和使骨髓內的網織紅細胞和紅細胞釋放入血液。
當血漿中促紅細胞生成素增高到一定水平時，可因紅細胞增多使缺氧緩解，腎臟促紅細胞生成素的產生因而減少，通過這種反饋機制控制著血漿促紅細胞生成素的含量。紅細胞增多可增加血液的氧容量和氧含量，從而增加組織的供氧量。
2、氧合血紅蛋白解離曲線右移 缺氧時，紅細胞內2，3―DPG增加，導致氧離曲線右移，即血紅蛋白與氧的親和力降低，易于將結合的氧釋出供組織利用。但是，如果PaO2低于8kPa，則氧離曲線的右移將使血液通過肺泡時結合的氧量減少，使之失去代償意義。
2，3―DPG是紅細胞內糖酵解過程的中間產物。缺氧時紅細胞中生成的2，3―DPG增多是因為：
①低張性缺氧者氧合血紅蛋白（HbO2）減少，脫氧血紅蛋白（Hb）增多，前者中央孔穴小，不能結合2，3―DPG；后者中央孔穴較大，可結合2，3―DPG。故當脫氧血紅蛋白增多，紅細胞內游離的2，3―DPG減少，使2，3―DPG對二磷酸甘油酶變位酶（diphosphoglycerate mutase, DPGM）及磷酸果糖激酶的抑制作用減弱，從而使糖酵解增強及2，3―DPG的生成增多；
②低張性缺氧時出現的代償性肺過度通氣所致呼吸性堿中毒，以及由于脫氧血紅蛋白稍偏堿性，致使pH增高，pH增高能激活磷酸果糖激酶使糖酵解增強，2，3―DPG合成增加，另一方面，pH增高還能抑制2，3―DPG磷酸酶（2，3―DPg phosphatase, 2，3―DPG）的活性，使2，3―DPG的分解減少。
2，3―DPG增多使氧離曲線右移，是因為：
①2，3―DPG與脫氧血紅蛋白結合，可穩定后者的空間構型，使之不易與氧結合；
②2，3―DPG是一種不能透出紅細胞的有機酸，增多時能降低紅細胞內pH，而pH下降通過Bohr效應可使血紅蛋白與氧的親和力降低。（Bohr效應系指H＋和Pco2對Hb與O2親和力的影響，當H＋濃度或Pco2增高時，Hb與O2的親和力降低，氧離曲線右移）。
P50為反映Hb與O2的親和力的指標，指的是血紅蛋白氧飽和度為50％時的氧分壓，正常為3.47～3.6kPa(26～27mmHg)。紅細胞內2，3―DPg 濃度每增高1μm/gHb，P50將升高約0.1kPa。
（四）組織細胞的適應
在供氧不足的情況下，組織細胞可通過增強利用氧的能力和增強無氧酵解過以獲取維持生命活動所必須的能量。
1、組織細胞利用氧的能力增強 慢性缺氧時，細胞內線粒體的數目和膜的表面積均增加，呼吸鏈中的酶如琥珀酸脫氫酶、細胞色素氧化酶可增加，使細胞的內呼吸功能增強。如胎兒在母體內處于相對缺氧的環境，其細胞線粒體的呼吸功能為成年動物的3倍，至出生后10～14天，線粒體呼吸功能才降至成年動物水平。
2、無氧酵解增強發 嚴重缺氧時，ATP生成減少，ATP／ADP比值下降，以致磷酸果糖激酶活性增強，該酶是控制糖酵解過程最主要的限速酶，其活性增強可促使糖酵解過程加強，在一定的程度上可補償能量的不足。
3、肌紅蛋白增加 慢性缺氧可使肌肉中肌紅細胞蛋白含量增多。肌紅蛋白和氧的親和力較大，當氧分壓為1.33kPa（10mmHg）時，血紅蛋白的氧飽和度約為10％，而肌紅蛋白的氧飽和度可達70％，當氧分壓進一步降低時，肌紅蛋白可釋出大量的氧供細胞利用。肌紅蛋白的增加可能具有儲存氧的作用。
肺通氣及心臟活動的增強可在缺氧時立即發生。但這些代償功能活動本身消耗能量和氧，紅細胞的增生和組織利用氧能力的增強需較長的時間，但為較經濟的代償方式。急性缺氧時以呼吸系統和循環系統的代償反應為主；慢性缺氧者，如世居高原的居民，主要靠增加組織利用氧和血液運送氧的能力以適應慢性缺氧。其肺通氣量、心率及輸出量并不多于居住海平面者。
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