氧气是人类生存不可或缺的要素。若个体在排除睡眠不足等因素后，仍长期感到精神萎靡、倦怠嗜睡，则需警惕血液中可能存在的缺氧状态。血液在体内循环，承担着运输能量、代谢废物等多项重要功能，但其最核心的功能之一无疑是氧气的运输与供应。当血液携氧能力不足，严重时可引发器官功能障碍乃至病变，其中以心肌梗死（心梗）和脑梗死（脑梗）最为常见。近年来，低氧（Hypoxic） 环境对生物机体及细胞所产生的生理效应及其内在的分子调控机制，日益成为医学科研领域的热点研究方向。

低氧培养模型：研究缺血缺氧性疾病的核心工具

细胞作为生命体结构与功能的基本单元，其缺氧状态是众多缺血缺氧性疾病（如心梗、脑梗、外周动脉疾病等）发病机制中的关键环节。因此，在体外建立可靠的细胞缺（低）氧模型，是从细胞和分子层面动态解析此类疾病发生发展过程、筛选潜在治疗靶点的重要实验手段。经过多年发展，多种有效的细胞缺氧模型已被成功建立，为深入研究缺血缺氧性疾病奠定了坚实的实验基础。

细胞是生物体结构和功能的基本单位，细胞缺氧是缺血缺氧性疾病发病机制的关键环节，所以建立细胞缺(低)氧模型是从细胞水平及分子水平动态研究该类疾病的重要方法。目前，已经建立了许多细胞缺氧模型，为缺血缺氧性疾病的研究打下了坚实的基础。

体外细胞缺氧模型构建方法

在标准的体外细胞培养条件下，细胞通常置于5% CO₂ 与 95% 空气（约含21% O₂）的恒温恒湿环境中。要模拟体内的缺氧状态进行实验研究，主要思路在于降低培养环境的氧分压或人为制造细胞利用氧气的障碍。目前，主流的体外细胞缺氧模型构建方法可分为物理性缺氧法、化学性缺氧法以及联合缺氧法。

物理性缺氧法：模拟低张性缺氧

• 原理：通过直接降低培养环境中氧气的物理分压来实现缺氧，模拟临床常见的低张性缺氧（如高原环境、呼吸系统疾病导致的氧吸入不足）。
• 实施：通常利用细胞缺氧培养系统（如三气培养箱或缺氧工作站）。这类设备能精确控制培养环境内的气体成分，将细胞置于设定好的低氧混合气体环境中（例如：1% O₂、5% CO₂、94% N₂；具体浓度根据实验需求调整）。该系统能稳定维持低氧环境，减少氧气的渗入，是研究低氧生理病理效应的首选方法，其优势在于不引入外源性化学物质，更接近生理/病理状态。

化学性缺氧法：制造用氧障碍或耗竭氧气

• 原理：在培养基中加入特定的化学物质，这些物质能够阻碍细胞对氧气的利用或快速消耗掉培养基中的溶解氧，从而诱导细胞发生缺氧反应。这种方法操作相对简单，无需特殊设备。
• 常用试剂及机制：
• 氰化物（如氰化钠 NaCN）：其中的氰离子（CN⁻）能迅速与细胞线粒体呼吸链末端的氧化型细胞色素氧化酶（Cyt a₃³⁺） 结合，形成稳定的氰化高铁细胞色素氧化酶复合物，阻止其还原（Cyt a₃²⁺），导致电子传递链中断。这不仅造成细胞用氧障碍（组织性缺氧），还阻断了线粒体氧化磷酸化过程（通过抑制细胞色素C氧化酶），最终导致细胞能量（ATP）合成严重受损。
• 连二亚硫酸钠（Na₂S₂O₄，俗称保险粉）：这是一种强还原剂，作为氧结合剂/清除剂，能迅速与培养基中的溶解氧发生反应，将其消耗殆尽，从而在常氧培养环境下短时间内制造出低张性缺氧状态。
• 其他试剂： 如氯化钴（CoCl₂）等也被用于模拟缺氧，其作用机制常涉及稳定缺氧诱导因子（HIF）等途径，间接模拟缺氧效应。
• 局限性：化学物质本身可能改变培养基的理化性质（如pH、渗透压），且对细胞具有直接的细胞毒性作用（如氰化物是剧毒物，连二亚硫酸钠分解可能产生酸性物质）。这些因素可能成为实验结果的混杂变量（Confounding factors），因此在实验设计、结果解读和试剂选择上需要格外谨慎，并设置严格的对照。

联合缺氧法：增强缺氧效果与稳定性

• 原理：将物理法和化学法结合使用，以达到更显著、更稳定或更快速的缺氧效果。
• 实施示例：一种典型的联合策略是：首先在培养基中加入连二亚硫酸钠，快速耗尽培养基中的溶解氧；随后立即将培养容器（如培养皿/瓶）转移至一个充满95% N₂ + 5% CO₂ 的密闭容器（如厌氧罐）中。这样，连二亚硫酸钠清除了内部氧气源，无氧外环境则阻止了外部氧气的渗入，共同作用形成并维持一个高度稳定且深度的细胞缺氧环境。这种方法尤其适用于需要快速达到深度缺氧且维持较长时间的场景。

选择合适的体外细胞缺氧模型对于深入研究缺氧在疾病发生发展中的作用机制至关重要。物理性缺氧法（通过缺氧培养系统）能更精确、更生理/病理相关地模拟低氧环境，是基础研究的优选。化学性缺氧法操作简便，在特定快速或高通量筛选实验中具有一定优势，但需严格控制其潜在的细胞毒性和混杂效应。联合缺氧法则综合了两者的优势，在特定实验需求下能提供更强的缺氧刺激和稳定性。研究者应根据具体的研究目的、细胞类型和实验条件，审慎选择并优化最合适的缺氧模型构建方法。