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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 ~ 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