组织细胞的代偿性反应
轻、中度缺氧，组织、细胞产生代偿性反应，表现在增加氧供应、提高氧利用能力及节约用氧等方面。
携氧蛋白表达增多，细胞对氧的摄取和储存能力增强
细胞中存在携氧蛋白（oxygen carrying protein），它们与氧的亲和力高于血红蛋白，可有效地促进氧分子向细胞内转移，增强细胞对氧的摄取能力。在细胞氧供-需求不平衡时，携氧蛋白释放结合的氧供细胞利用。肌红蛋白（myoglobin，Mb）是最早在肌肉组织中发现的携氧蛋白，它是单分子氧结合血红素蛋白，肌红蛋白与氧的亲和力比血红蛋白高。脑红蛋白（neuroglobin，NGb）是另一种携氧蛋白，与氧的亲和力比血红蛋白高，但低于肌红蛋白。此外，机体组织、细胞内广泛存在有胞红蛋白（cytoglobin，CGb），又称组红蛋白（histoglobin，HGb），也是一种携氧蛋白，与氧有很高的亲和力，与肌红蛋白相似。
慢性缺氧可使细胞肌红蛋白、脑红蛋白及组红蛋白含量增多，组织、细胞对氧的摄取和储存能力增强，提高细胞的耐缺氧能力。例如，缺氧时脑红蛋白表达增加，有助于氧通过血脑屏障，提高脑组织摄氧能力，在脑缺氧损伤/保护性反应过程中起重要保护作用。
1.细胞对氧的利用能力增强
慢性缺氧时，细胞内线粒体数目增多，线粒体膜表面积增大，呼吸链中的酶如琥珀酸脱氢酶、细胞色素氧化酶含量增多、活性增高、对氧的利用能力增强。此外，慢性缺氧还可促使细胞色素C氧化酶亚基Ⅳ（COX 4）1亚型（COX 4-1）向2亚型（COX 4-2）转换，使细胞色素C氧化酶活性增强，提高细胞对氧的利用能力。
2.组织、细胞对氧的消耗减少，节约用氧(https://www.daowen.com)
（1）糖酵解增强。缺氧可导致ATP生成减少，ATP/ADP比值下降，糖酵解过程中的主要限速酶磷酸果糖激酶活性增强，糖酵解过程加强。糖酵解通过底物水平磷酸化，在不消耗氧的条件下，生成ATP，补偿能量不足。因此，糖酵解加强，在一定程度上可减少氧消耗，节约用氧。
（2）低代谢状态。缺氧时ATP生成减少，细胞耗能过程从总体上受到抑制，糖和绝大部分蛋白质合成减少，离子泵功能抑制等，此时细胞处于低代谢状态，节约能量，用于维持细胞生存基本需要的生命活动，有利于细胞生存。引起细胞低代谢状态的机制尚不清楚，酸中毒可能是合成代谢降低的原因之一，细胞对缺氧代偿适应性反应是机体对缺氧整体适应的基础。
3.细胞缺氧代偿性反应的分子机制
机体所有细胞均能感知氧分压的变化，并作出相应反应。细胞对氧分压变化感知是通过氧感受器（oxygen sensor）实现的。有关氧感受器的本质至今未完全阐明，目前认为具有氧感受器功能的物质包括某些含血红素的蛋白，还原型辅酶Ⅱ（NADPH）氧化酶，氧敏感的钾离子通道，活性氧（reactive oxygen species，ROS）和脯氨酸羟化酶等。不同细胞对氧分压变化敏感程度不同，感知氧的机制也不相同。下面以脯氨酸羟化酶氧感受器为例，阐述细胞对缺氧的感知和反应机制。
HIF-1是缺氧基因表达调控中重要的转录因子，由HIF-1α和HIF-1β两个亚基组成。常氧时，脯氨酸-4-羟化酶使HIF-1α的第402位和第564位脯氨酸羟化。肿瘤抑制蛋白（von Hippel lindau tumor suppressor protein，pVHL）能特异性地介导羟化修饰后的HIF-1α经泛素化途径降解，从而抑制HIF-1α功能。另外，天冬酰氨羟化酶使HIF-1α的第803位天冬酰胺羟化，阻碍HIF-1α转录活性。缺氧时，脯氨酸-4-羟化酶和天冬酰胺羟化酶的羟化作用减弱，HIF-1α降解减少，HIF-1α进入细胞核与HIF-1β形成二聚体，成为有活性的转录因子。HIF-1与缺氧反应相关基因上的缺氧反应元件（hypoxia reaction element，HRE）结合，在多种辅助因子的协助下，增强多种基因的表达，从而引起细胞代谢、功能变化。目前发现的HIF-1靶基因已有近百种，如EPO、血管内皮生长因子、磷酸果糖激酶-L、乳酸脱氢酶A、葡萄糖激酶等，这些基因表达产物可通过促进血管增生、红细胞生成、糖酵解、葡萄糖转运等，增强细胞对缺氧的适应性反应（见图3-5）。
图3-5 HIF-1α的靶基因