3．肌红蛋白增加
肌红蛋白存在于骨骼肌和心肌细胞中，肌红蛋白与血红蛋白的氧离曲线不同，肌红蛋白和氧的亲和力明显高于血红蛋白和氧的亲和力。当氧分压为1．3kPa（10mmHg）时，血红蛋白的氧饱和度约为10%，而肌红蛋白氧饱和度可达70%，而有较大的储存氧的作用。当慢性缺氧时，肌细胞中的肌红蛋白含量增多，可从血液中摄取更多的氧储存。当氧分压继续下降时，储备氧便大量从肌红蛋白释出供细胞利用。因此，肌红蛋白增加具有代偿意义（图5‐3）。
二、组织、细胞的损伤
1．高能磷酸化合物生成减少
细胞利用氧进行生物氧化主要在线粒体内进行。如果线粒体内氧分压低于0．13kPa（1mmHg），氧化磷酸化过程将明显减慢；同时，因氧化磷酸化受阻，线粒体内还原型辅酶Ⅰ（NADH）不能经呼吸链氧化成辅酶Ⅰ（NAD＋），使NADH／NAD＋比值增高（NADH增加能抑制异柠檬酸脱氢酶的活性；NAD＋减少时，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A 的反应受阻），结果ATP 的生成减少。细胞的各种功能活动，如神经冲动传导，肌肉收缩，细胞内外Na＋、K＋浓度差的维持等都需要ATP。因此，缺氧时ATP 生成不足是机体一切功能障碍的基础。
2．糖酵解加强、乳酸生成增多
缺氧时ATP 生成减少，ATP／ADP 比值下降，促使磷酸果糖激酶，己糖激酶及丙酮酸激酶的活性增强，加速糖酵解过程，这可以在一定程度上补偿机体所需的能量不足；但因此乳酸生成增加，易发生代谢性酸中毒。
3．组织细胞变性、坏死
由于能量生成不足，细胞膜Na＋‐K＋泵运转失灵和酸中毒，使细胞内Na＋增多、K＋减少，细胞内渗透压升高，继而水分渗入细胞内，引起细胞水肿。严重时，线粒体也可肿胀，致使细胞利用氧的能力降低，更加重缺氧；溶酶体膜的稳定性降低、通透性升高，甚至破裂，溶酶体酶释放，可引起细胞变性、坏死。
慢性缺氧时，毛细血管与线粒体之间的氧分压差变小，氧向组织内弥散减少，组织细胞可出现的代偿适应性改变包括：①线粒体数目增加和某些氧化还原酶（如琥珀酸脱氢酶）活性增强，两者均能促进生物氧化，增加组织利用氧的能力。②肌红蛋白含量增加。肌红蛋白和氧的亲和力很大。当氧分压为1．3kPa（10mmHg）时，其氧饱和度可达70%，而有较大的储存氧的作用。当肌细胞缺氧时，储备氧便大量从肌红蛋白释出供细胞利用。因此，肌红蛋白增加具有代偿意义。
第四节 缺氧时机体和功能的代谢变化
缺氧时机体和功能的代谢变化，既包括机体克服和适应区域的代偿性变化，又包括缺氧导致机体的损害性变化。不同类型的缺氧引起的变化不尽相同，现主要以低张性缺氧为例说明缺氧时机体和功能的代谢变化。
一、呼吸系统变化
动脉血氧分压降低8.0kPa（60mmHg）可刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器，反射性地兴奋呼吸中枢，引起呼吸加快加深，增加通气量。同时呼吸加深使胸腔负压加大，可促使静脉回流，增加肺血流量，提高心输出量，维持肺通气与血流适当比例，促进氧弥散入血，提高动脉血氧分压。
正常呼吸活动增强时，呼吸肌作功稍增大，耗氧量增加亦不明显，即可获得较大的通气增强效应。但在通气功能障碍的情况下，即使加强呼吸运动，也不能相应增加肺泡通气量，结果因呼吸肌耗氧量的增加，反而加重缺氧。当缺氧进一步加深，氧分压下降低于4kPa（30mmHg）时，呼吸中枢由兴奋转入抑制，缺氧更加严重。
低张性缺氧过程中其通气量的变化常有一定的时期规律。在急性缺氧早期，由于动脉血氧分压下降，反射性引起通气量的增加。由于通气过度，造成低碳酸血症，CO2迅速从脑脊液通过血脑屏障进入血液，而HCO3－相对不易通过血脑屏障，因而提高脑脊液的pH，抑制中枢化学感受器，部分抵抗了缺氧对外周化学感受器的刺激效应，所以仅出现一定范围的代偿性通气增加。2～3天后，由于肾代偿排出HCO3－，脑脊液内的HCO3－逐渐通过血脑屏障进入血液，使脑组织pH 逐渐恢复正常，此时才充分显示缺氧兴奋呼吸中枢的作用。
慢性低张性缺氧患者，由于颈动脉体化学感受器对缺氧的敏感性下降，使肺通气反应减弱，加剧机体的耗氧量，加深缺氧程度。
二、循环系统变化
（一）心功能的变化
缺氧早期，由于通气增加对牵张感受器的刺激，反射性引起心率加快；低氧引起的交感神经兴奋，分泌儿茶酚胺作用于肾上腺素能β‐受体，促使心肌收缩性增加，以及胸廓呼吸运动增强，导致静脉回流和心输出量增加。心输出量的增加有利于提高全身组织的供氧量，使机体处于代偿适应性反应阶段。
严重缺氧，由于心肌缺氧，供能不足及酸中毒，使心肌细胞内K＋减少Na＋增多，静息膜电位降低，引起心肌兴奋性和自律性增高，传导性降低，而出现期前收缩和室颤等心律失常。
长期严重缺氧会发生心肌细胞变性坏死，导致心力衰竭。
（二）冠脉血流量的改变
心肌的能源主要来源生物氧化代谢。正常成人在静息状态下，冠脉血流量仅占心输出量的3%～4%，但冠状动静脉血氧差约为12ml／L，远远高于平均动静脉血氧差，这说明了心肌的耗氧量大，加之正常心肌摄氧率已高达65%～70%，再提高心肌摄氧率极为有限，主要通过扩张冠状血管，增加冠脉血流量来代偿。
缺氧引起冠脉舒张的机制是：缺氧时，心肌细胞内氧分压降低，而交感神经兴奋使心脏活动加强，心肌代谢亢进，使心肌细胞内氧分压进一步降低。心肌在缺血状态，ATP 分解为ADP 与AMP，AMP 通过细胞膜等部位与核苷酸酶的作用，脱去磷酸成为腺苷，再扩散到心脏细胞外，舒张冠状动脉，增加血流量。在正常情况下，形成的腺苷部分将重返心肌细胞，或经腺苷脱氨酶作用失去活性。缺氧时，心肌细胞内高能磷酸化合物形成减少，以至腺苷浓度增高，并可能伴有腺苷脱氨酶活性降低，使腺苷灭活减弱，因而腺苷对冠脉舒张作用持续加强，此外，组胺、前列环素及酸中毒等都具有舒张血管的作用。
当慢性长时间缺氧时，冠脉扩张代偿超过其限度时，将造成心肌的损伤。
（三）肺血管收缩
缺氧引起肺小血管收缩，使肺血流阻力增大，当肺动脉收缩压超过4．0kPa 或其平均压超过2．7kPa 时，称为肺动脉高压。是因为正常肺循环具有低压（体循环的1／6）、低阻（体循环的1／5～1／6）、高流量（相当于体循环的流量）的特点，故持续性肺泡低氧分压引起肺小血管广泛收缩，导致肺动脉高压的形成，甚至发生肺源性心脏病。
1．神经因素
血氧分压下降，反射性引起交感神经兴奋，释放的儿茶酚胺作用于肺血管α 受体引起肺血管收缩。
2．体液因素
肺泡缺氧促使肺肥大细胞、血管内皮细胞、肺泡巨噬细胞，甚至血管平滑肌细胞释放血管活性物质，包括收缩肺血管的白三烯（LTs）、血栓素A2（TXA2）、内皮素（ET）和舒张肺血管的前列环素（PGI2）、内皮源性舒张因子（EDRF）及组胺。在肺血管舒缩变化中，两者的力量对比决定肺血管口径收缩或舒张。在缺氧情况下，一般主要引起肺血管收缩。
3．肺血管平滑肌的直接作用
缺氧使血管平滑肌去极化，增加细胞膜对Ca2＋的通透性，使Ca2＋内流增多，促使肺血管平滑肌收缩。
缺氧引起肺血管收缩的生理意义在于维持肺泡通气与血流的适当比例，使流经这部分肺泡的血液仍能获取较充分的氧，从而提高PaO2，但是长期肺泡缺氧使肺血管持续性收缩，导致肺小动脉平滑肌肥大，管壁增厚，最终引发肺动脉高压与肺源性心脏病，甚至右心衰。