缺氧從來都是個(gè)十分重要的臨床問題，與貧血、血管栓塞、腫瘤、高原反應(yīng)等許多疾病有關(guān)。2019年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了三位科學(xué)家，以表彰他們?cè)诶斫饧?xì)胞感知、適應(yīng)氧氣變化機(jī)制中的創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)。為幫助公眾更好理解缺氧與疾病的關(guān)系，本期我們特邀東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院院長、腎臟病研究所所長劉必成教授及其團(tuán)隊(duì)給大家介紹氧在維持生命活動(dòng)中的作用，特別是氧代謝紊亂與多種疾病的關(guān)系。
我們?yōu)槭裁茨敲葱枰?/strong>
氧氣是一種無色無味的氣體，在自然界分布廣泛，在空氣中含量約占21%。它看不見摸不著，卻為生物體生存所必須。生活中處處都有它的身影，人類的生存離不開氧氣，人可以在不飲水情況下生存數(shù)日，但若不呼吸，只需幾分鐘就會(huì)窒息而死。
我們?yōu)槭裁葱枰鯕饽兀?/strong>
人類活動(dòng)需要能量，而能量是靠有氧呼吸產(chǎn)生的。人們走路、說話、寫字和勞動(dòng)，都要消耗能量，即使人們休息時(shí)，心臟仍在跳動(dòng)，肺仍在呼吸，這些都需要能量。一般腦力勞動(dòng)者每天約需消耗2400千卡熱能，體力勞動(dòng)者每天約需消耗3000千卡以上的熱能。這些人體所需要的能量，都來源于人每天吃進(jìn)的食物。食物中的糖、脂肪和蛋白質(zhì)在生物酶的作用下，進(jìn)行一系列的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了大量的能量和人體所需的營養(yǎng)物。在這些生物體內(nèi)進(jìn)行的緩慢氧化反應(yīng)中，氧是必不可少的。例如，葡萄糖和血液輸送來的氧氣相互作用，產(chǎn)生二氧化碳和水，同時(shí)釋放大量的熱能。
當(dāng)氧氣被吸入后，由肺的主氣管經(jīng)支氣管到小氣管末端的肺泡。氧氣透過肺泡膜彌散入肺毛細(xì)血管，大部分和血液中紅細(xì)胞的血紅蛋白相結(jié)合，載滿氧氣的動(dòng)脈血液從肺部流出，流經(jīng)全身繼而被人體所利用，消耗細(xì)胞中的氧氣，排泄二氧化碳。細(xì)胞中積累起來的二氧化碳又隨著血液循環(huán)流回肺里，呼氣時(shí)釋放二氧化碳，重新結(jié)合氧氣，這一過程不斷重復(fù)進(jìn)行，使生命得以延續(xù)。
心臟、大腦的工作狀態(tài)與血氧的輸送量密切相關(guān)。如果沒有氧氣，人體的一切代謝活動(dòng)會(huì)馬上停止。細(xì)胞得不到營養(yǎng)，很快就會(huì)死亡，各個(gè)器官也會(huì)快速衰竭，因此，古人曾把氧氣稱為“養(yǎng)氣”。在人體中，中樞神經(jīng)（包括腦組織和脊髓）對(duì)缺氧最敏感。輕度缺氧會(huì)使人注意力不集中，智力減退；隨著缺氧的加重，就會(huì)煩躁不安，神志恍惚；如突然中斷供氧，只吸入純氮，二十秒內(nèi)可出現(xiàn)深昏迷和全身抽搐。還會(huì)引起腦水腫而壓迫血管，使血流量減少，供氧更加不足。一旦中樞神經(jīng)停止工作，生命也隨之結(jié)束。
缺氧的人有什么表現(xiàn)
缺氧引起的癥狀與缺氧的程度、速度和持續(xù)的時(shí)間有關(guān)。輕度缺氧癥狀可不明顯，重度缺氧則會(huì)引起機(jī)體一系列癥狀。
神經(jīng)系統(tǒng)
精神差、打哈欠、整天感覺疲倦、無力、記憶力變差、注意力不能集中、工作能力下降、失眠、頭暈、頭痛、耳鳴、眼花、四肢軟弱無力、意識(shí)不清、昏迷等。
心血管系統(tǒng)
經(jīng)常頭暈、心慌、胸悶、憋氣、心跳加快、血壓不正常、面色灰暗、眼瞼或肢體水腫，全身皮膚、嘴唇、指甲青紫等。
呼吸系統(tǒng)
呼吸加深、加快，缺氧嚴(yán)重時(shí)呼吸困難。
胃腸系統(tǒng)
食欲變差、惡心、嘔吐、經(jīng)常便秘、胃脹痛等。
肌肉骨骼系統(tǒng)
乏力、抽筋、腰腿酸痛或關(guān)節(jié)痛。
皮膚黏膜
皮膚蒼白、紫紺、傷口不易愈合、口腔潰爛、咽喉發(fā)炎、牙齦出血、頭皮屑多。
正常人偶爾也會(huì)出現(xiàn)缺氧癥狀（如劇烈運(yùn)動(dòng)）。因?yàn)槿梭w對(duì)短時(shí)間的缺氧有一定耐受力，所以短暫缺氧并不可怕，但是對(duì)缺氧癥狀的頻繁出現(xiàn)甚至持續(xù)缺氧狀態(tài)就要提高警惕。氧是我們?nèi)梭w生命活動(dòng)不可缺少的元素，長期處于缺氧狀態(tài)的人首先免疫力降低，易感冒、運(yùn)動(dòng)耐力下降，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量并且?guī)砣毖跸嚓P(guān)的并發(fā)癥。
面對(duì)缺氧，我們的身體會(huì)隨時(shí)做出反應(yīng)以盡快適應(yīng)，如通過呼吸加深加快、心率加快等增加氧氣攝取和運(yùn)送；血液分布發(fā)生改變，心臟和腦部的血供增加，而皮膚和內(nèi)臟的血供減少，以保證重要生命器官氧的供應(yīng)；組織毛細(xì)血管增生，建立側(cè)支循環(huán)；促紅細(xì)胞生成素（EPO）升高，促進(jìn)骨髓的造血；氧合血紅蛋白解離曲線右移，增加氧的釋放；組織細(xì)胞也會(huì)主動(dòng)提高對(duì)氧的利用、增強(qiáng)糖酵解，并通過一系列調(diào)整機(jī)制使細(xì)胞的耗能過程減弱，如糖、脂、蛋白質(zhì)合成減弱等，減少氧的消耗，以維持氧的供需平衡。
拿高原反應(yīng)來說，我們?nèi)梭w在進(jìn)入海拔3000米以上高原或高山時(shí)，不僅會(huì)呼吸加深加快，也會(huì)感到心慌、胸悶、氣短等，而血液的重新分布會(huì)使腦血流量增多，這是我們常常感到頭痛的主要原因。隨著缺氧持續(xù)時(shí)間延長，紅細(xì)胞生成增多則成為人體適應(yīng)缺氧的最主要機(jī)制。28年前，美國科學(xué)家格雷格·塞門扎發(fā)現(xiàn)了一個(gè)叫作缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）的細(xì)胞因子。當(dāng)人體缺氧時(shí)， HIF-1α活性增高，促進(jìn)EPO基因表達(dá)，進(jìn)一步促進(jìn)紅細(xì)胞生成，增加血液中的氧容量和氧含量。大多數(shù)人進(jìn)入高原后紅細(xì)胞增加到一定程度后趨于穩(wěn)定，但少數(shù)人的紅細(xì)胞生成過多，使血流阻力和血液黏滯度增加，導(dǎo)致微循環(huán)障礙，反而加重組織細(xì)胞的缺氧，出現(xiàn)頭痛、頭暈、失眠等多種不適，嚴(yán)重的還可引起血栓形成等并發(fā)癥。
慢性病患者常常會(huì)缺氧
不只缺氧環(huán)境,很多疾病狀態(tài)也會(huì)導(dǎo)致患者全身或組織局部缺氧。
全身缺氧主要見于窒息、一氧化碳中毒、心功能衰竭、貧血等。
正常的氧代謝是從呼吸系統(tǒng)的通氣、氣體交換開始的，呼吸過程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生障礙，都會(huì)造成氣體交換不充分。例如氣道阻塞（見于機(jī)械壓迫或溺水等）、嚴(yán)重肺炎、肺水腫等均可造成氧氣供給障礙；CO中毒（最常見煤氣中毒，一氧化碳極易與血紅蛋白結(jié)合，形成碳氧血紅蛋白，剝奪正常血紅蛋白帶氧能力）、貧血等，均可造成全身缺氧。此時(shí)，人體先做出代償性的保護(hù)反應(yīng)，使呼吸深度增加，繼而呼吸頻率加快。如果代償性的反應(yīng)不能滿足機(jī)體的需要，就會(huì)出現(xiàn)缺氧。腦是人體各器官中對(duì)氧的需求最大的器官，腦組織對(duì)缺氧的耐受能力最低。腦組織輕度缺氧即可引發(fā)困倦、注意力分散、記憶力降低等癥狀，隨之出現(xiàn)意識(shí)障礙、驚厥、昏睡或昏迷，以至死亡。如果腦的供血供氧完全中斷，在8?15秒就會(huì)喪失知覺，6?10分鐘就會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷。
組織缺氧見于腫瘤、血管栓塞（心肌梗死、中風(fēng)）、慢性腎病、急性腎損傷等。
腫瘤
腫瘤細(xì)胞因其快速增殖、能量供應(yīng)不足，導(dǎo)致局部缺氧微環(huán)境的產(chǎn)生，腫瘤組織局部的缺氧，可通過HIF-1α水平增高，上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）等基因的表達(dá)，促進(jìn)新生血管的生成、腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移。另外，缺氧狀態(tài)下的腫瘤細(xì)胞對(duì)放療和大多數(shù)化療也有抵抗作用。
血管栓塞
多由動(dòng)脈粥樣硬化引起。由于動(dòng)脈血管堵塞，局部血流中斷，細(xì)胞缺血缺氧而壞死。不同組織對(duì)氧需求程度不同，因此對(duì)缺氧耐受程度也不一樣，大腦和心臟對(duì)缺氧耐受性最差，因此短暫缺氧即可造成致命性損害。
慢性腎臟?。–KD）
CKD患者腎小球硬化和毛細(xì)血管稀疏，可導(dǎo)致腎小管間質(zhì)區(qū)血流量減少，引起腎小管間質(zhì)供氧不足，腎小管間質(zhì)組織缺氧。研究發(fā)現(xiàn)，缺氧可抑制腎小管再生、增加細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生、促進(jìn)促纖維化因子釋放等，促進(jìn)腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生。
急性腎損傷
急性失血、休克等如不及時(shí)糾正，可以造成腎小管細(xì)胞因缺氧而壞死，從而引起急性腎功能衰竭。
養(yǎng)好習(xí)慣 提高缺氧耐受力
缺氧危害很多,好在通過一些生活習(xí)慣的改變,我們可以讓自己的身體對(duì)缺氧有更好的耐受力。
方法一：養(yǎng)成規(guī)律運(yùn)動(dòng)習(xí)慣
加強(qiáng)鍛煉，是預(yù)防缺氧的重要策略。運(yùn)動(dòng)能夠加速血液循環(huán)、改善器官供氧情況，加速代謝廢物排出。一些增強(qiáng)心肺功能的運(yùn)動(dòng)，比如快走、慢跑、健身操等，每周進(jìn)行3~5次，每次約半小時(shí)即可達(dá)到鍛煉目的。有慢性鼻炎、貧血、高血壓等基礎(chǔ)疾病者，建議咨詢醫(yī)生來選擇適合自己的運(yùn)動(dòng)方式。
方法二：食補(bǔ)
適當(dāng)多吃蛋白質(zhì)含量高的食物如淡水魚類、貝類、牛奶等。外源性補(bǔ)充蛋白質(zhì)可增加體內(nèi)血紅蛋白合成，從而增強(qiáng)紅細(xì)胞攜氧能力，并且有促進(jìn)腦細(xì)胞代謝、增加大腦供氧的作用。大腦是缺氧時(shí)最易受損的器官，保護(hù)腦功能尤為重要，因此可適當(dāng)多吃“優(yōu)質(zhì)脂類”食物。如玉米富含多種不飽和脂肪酸，有保護(hù)腦血管和降血脂的作用。如花生等堅(jiān)果富含卵磷脂，常食能改善血液循環(huán)、防止腦血栓形成、延緩腦功能衰退、增強(qiáng)大腦活力。適當(dāng)多吃富含維生素的食物，如菠菜、橘子、菠蘿等，其中豐富的維生素A、B、C可有效改善血液循環(huán)、保證腦供血充足，且此類堿性食物可消除酸性環(huán)境對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的損害。
方法三：放松心情、擁抱生活
長期伏案工作、焦慮緊張、用腦過度都會(huì)導(dǎo)致生理性缺氧，建議大家多開窗通風(fēng)，提高空氣中的含氧量，或?qū)W習(xí)工作半小時(shí)后至室外做擴(kuò)胸運(yùn)動(dòng)，深呼吸可增強(qiáng)肺泡對(duì)氧的吸收。轉(zhuǎn)換心情，勿長期處在情緒緊繃的狀態(tài)，保證睡眠質(zhì)量。
方法四：定期體檢、及時(shí)就醫(yī)
經(jīng)常出現(xiàn)頭暈、乏力等癥狀，要警惕病理性缺氧，如上所述心腦血管疾病、肺部疾病、血液系統(tǒng)疾病等都會(huì)引起缺氧，要學(xué)會(huì)及時(shí)識(shí)別機(jī)體發(fā)出的“缺氧警鐘”，及時(shí)就醫(yī)，找出病因才能解決根本問題。
方法五：增強(qiáng)機(jī)體對(duì)缺氧的預(yù)適應(yīng)能力
高海拔地區(qū)氧氣稀薄，超過了機(jī)體自身調(diào)節(jié)的限度，因此到達(dá)高原地區(qū)不要馬上活動(dòng)，最好保持坐位或半臥位，有利于呼吸順暢，減輕缺氧造成的腦水腫。適當(dāng)選擇緩解高原缺氧的藥物，如紅景天等。若休息和服藥后，缺氧仍持續(xù)或加重，應(yīng)及時(shí)吸氧或行高壓氧治療。
科學(xué)家為何熱衷研究缺氧
眾所周知，氧是所有生命體能量代謝必須的元素。實(shí)際上，氧不僅能給細(xì)胞提供能量，還可以調(diào)控眾多病理生理功能。但細(xì)胞對(duì)缺氧的反應(yīng)過程是如何精確感知和調(diào)節(jié)的，一直不十分清楚。
2019年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予三位科學(xué)家，以表彰他們“在理解細(xì)胞感知、適應(yīng)氧氣變化機(jī)制中的創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)”。三位科學(xué)家為期28年的研究，系統(tǒng)揭示了細(xì)胞適應(yīng)氧變化的調(diào)控機(jī)制：1992年，發(fā)現(xiàn)了缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）。1995年， 純化了HIF-1，發(fā)現(xiàn)了HIF的多種調(diào)控作用。1996 年，發(fā)現(xiàn)VHL蛋白可通過氧依賴的蛋白水解作用負(fù)性調(diào)節(jié)HIF-1。發(fā)現(xiàn)雙加氧酶（所謂的脯氨酰羥化酶，PHD）在VHL蛋白識(shí)別HIF-1的過程中發(fā)揮重要作用，HIF-1α的基因激活功能受氧氣依賴性羥基化作用的調(diào)節(jié)。
至此，三位科學(xué)家系統(tǒng)闡明了機(jī)體氧氣感應(yīng)和低氧適應(yīng)機(jī)制。這些發(fā)現(xiàn)，為人類尋找氧代謝紊亂相關(guān)性疾病治療策略鋪平了道路。
貧血
缺氧時(shí)，機(jī)體會(huì)促進(jìn)紅細(xì)胞生成來增加帶氧能力，該過程主要是通過HIF和PHD調(diào)節(jié)的EPO基因活化實(shí)現(xiàn)。因此，研發(fā)HIF-PHD抑制劑成為治療EPO缺乏相關(guān)疾病的重要策略。針對(duì)HIF-PHD的新藥羅沙司他已于2018年在我國上市，用于透析患者的腎性貧血治療。
腫瘤
氧在腫瘤形成和進(jìn)展過程中起到至關(guān)重要的作用。譬如，腎癌患者的VHL基因往往會(huì)發(fā)生突變，導(dǎo)致人體內(nèi)產(chǎn)生過量的VEGF（血管內(nèi)皮生長因子），進(jìn)而促進(jìn)血管和紅細(xì)胞的生成。因此，近年來，抗血管生成成為肺癌、乳腺癌和結(jié)直腸癌等多種腫瘤治療的途徑。既然腫瘤生成離不開新生血管，那么如果能降解HIF，便有望對(duì)抗惡性腫瘤?；谶@一原理，研發(fā)人員嘗試針對(duì)HIF-VEGF這一靶向通路研發(fā)新藥。目前，美國食品和藥品管理局已經(jīng)批準(zhǔn)了多種用于治療腎癌的VEGF抑制劑。同時(shí)，最近開發(fā)的特異性HIF-2α拮抗劑PT2399，治療腎癌有更好的效果和耐受性。
心腦血管疾病
缺血缺氧是引起心腦血管疾病的主要病因。當(dāng)發(fā)生腦梗死或心肌梗死后，HIF激活不僅可以促進(jìn)新生血管再生（側(cè)支循環(huán)形成），還能調(diào)整腦細(xì)胞和心肌細(xì)胞的能量代謝，緩解腦組織或心肌缺氧損傷。此外，還可以阻止動(dòng)脈斑塊形成，降低心腦血管疾病發(fā)生率。
視網(wǎng)膜退行性病變
雖然導(dǎo)致視網(wǎng)膜退行性病變的機(jī)制尚不完全清楚，但HIF引起的VEGF過度表達(dá)，使血管內(nèi)皮細(xì)胞遷移和微血管增生可能是主要致病機(jī)制之一。因此，調(diào)控HIF-VEGF通路的表達(dá)及活性已成為治療糖尿病視網(wǎng)膜病變的策略之一。
肌肉病
與高代謝相適應(yīng)，肌肉的血供豐富。因此，缺氧是引起肌肉病的重要原因。研究顯示，HIF穩(wěn)定劑干預(yù)可以通過促進(jìn)血管再生而改善肌肉損傷和肌肉萎縮，機(jī)制可能與促進(jìn)血管再生和調(diào)節(jié)線粒體功能有關(guān)。
總之，低氧信號(hào)通路的發(fā)現(xiàn)具有重要的理論價(jià)值和巨大的應(yīng)用潛力。
一方面，低氧適應(yīng)對(duì)機(jī)體具有重要的保護(hù)作用，為治療貧血、心腦血管疾病、肌肉病等提供依據(jù)。
另一方面，對(duì)低氧的適應(yīng)也可能促進(jìn)腫瘤的增生，因此，阻斷低氧適應(yīng)機(jī)制，讓腫瘤細(xì)胞斷氧，又可能成為腫瘤治療的新策略。
負(fù)氧離子更好吸收嗎
長久待在都市密閉房間內(nèi)，人們會(huì)覺得頭昏腦漲，當(dāng)來到森林海邊、瀑布等地方的時(shí)候，我們會(huì)覺得神清氣爽，這就是空氣負(fù)離子的作用。空氣負(fù)離子也叫負(fù)氧離子，是指獲得多余電子而帶負(fù)電荷的氧氣離子。負(fù)氧離子一般由多個(gè)帶負(fù)電荷的分子組成，這些負(fù)離子與20~30個(gè)水分子結(jié)合，形成CO3-(H2O)n、O-(H2O)n和O3-(H2O)n等負(fù)離子團(tuán)簇。
空氣負(fù)離子按其遷移距離和粒徑大小分為：大、中、小三種離子。醫(yī)學(xué)研究表明：對(duì)人體有醫(yī)療保健作用的是小粒徑負(fù)離子，也稱生態(tài)級(jí)負(fù)離子。
負(fù)氧離子在醫(yī)學(xué)界享有“維他氧”“空氣維生素”“長壽素”“空氣維他命”等美稱。小粒徑的負(fù)氧離子對(duì)人體有全面療養(yǎng)和凈化空氣的作用。世界五大長壽村的生態(tài)負(fù)氧離子含量約為1萬~2萬個(gè)每立方厘米，而被稱為最純凈空氣的張家界風(fēng)景區(qū)，其負(fù)氧離子含量能達(dá)到10萬個(gè)每立方厘米。
在臨床醫(yī)學(xué)方面，可用負(fù)氧離子來治療或改善呼吸系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管系統(tǒng)疾病，并能增強(qiáng)人體免疫的功能。此外，空氣負(fù)氧離子還對(duì)燒傷、潰瘍、外傷病人的治療恢復(fù)有促進(jìn)作用。
文：東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院腎臟科 江蘇省腎臟病臨床研究中心 劉必成 王彬 李作林 伍敏
編輯：管仲瑤
審核：曹政
聯(lián)系客服
