Цель занятия: изучить проявления и механизм развития различных типов гипоксии.

Цель обучения: Студент должен:

Усвоить понятия гипоксии, привести классификацию гипоксических состояний;

Знать причины и механизм возникновения отдельных видов гипоксии;

Охарактеризовать механизмы компенсации, экстренной и долгосрочной адаптации организма к гипоксии;

Базисные знания:

Анатомия и физиология органов дыхания;

Роль реактивности организма в развитии патологии;

Биохимические основы биологического окисления;

Основные вопросы

1. Определение гипоксии.

2. Классификация видов гипоксии.

3. Патогенез гипоксии: компенсаторные приспособительные механизмы организма, механизмы адаптации к гипоксии.

4. Патологические нарушения при гипоксии.

Информационный материал

ГИПОКСИЯ - кислородное голодание тканей - это типический патологический процесс, возникающий в результате недостаточного снабжения тканей кислородом или нарушения использования его тканями.

Классификация типов гипоксии

В зависимости от причин, вызывающих гипоксию, принято различать два типа кислородной недостаточности:

I. В результате понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.

II. При патологических процессах в организме.

I. Гипоксия от понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе называется гипоксической, или экзогенной, развивается при подъеме на высоту, где атмосфера разрежена, и парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе снижено (например, горная болезнь). В эксперименте гипоксиче-ская гипоксия моделируется при помощи барокамеры, а также с использованием дыхательных смесей, бедных кислородом.

II. Гипоксия при патологических процессах в организме.

1. Дыхательная гипоксия, или респираторная гипоксия, возникает при заболеваниях легких в результате нарушения внешнего дыхания, в частности нарушения легочной вентиляции, кровоснабжения легких или диффузии в них кислорода, при которых страдает оксигинация артериальной крови, при нарушениях функции дыхательного центра - при некоторых отравлениях, инфекционных процессах.

2. Кровяная гипоксия, или гемическая, возникает после острых и хронических кровотечений, анемий, отравлений окисью углерода и нитритами.

Гемическая гипоксия подразделяется на анемическую гипоксию и гипоксию вследствие инактивации гемоглобина.

В патологических условиях возможно образование таких соединений гемоглобина, которые не могут выполнять дыхательную функцию. Таким является карбоксигемоглобин - соединение гемоглобина с окисью углерода (СО), сродство которого к СО в 300 раз выше, чем к кислороду, что обуславливает высокую ядовитость угарного газа; отравление наступает при ничтожных концентрациях СО в воздухе. При отравлении нитритами, анилином образуется метгемоглобин, в котором трехвалентное железо не присоединяет кислород.

3. Циркуляторная гипоксия возникает при заболеваниях сердца и кровеносных сосудов и обусловлена в основном уменьшением минутного объема сердца и замедлением кровотока. При сосудистой недостаточности (шок, коллапс) причиной недостаточности доставки кислорода к тканям является уменьшение массы циркулирующей крови.

В циркуляторной гипоксии можно выделить ишемическую и застойную формы.

Циркуляторная гипоксия может быть вызвана не только абсолютной, но и относительной недостаточностью кровообращения, когда потребность тканей в кислороде превышает его доставку. Такое состояние может возникнуть, например, в сердечной мышце при эмоциональных напряжениях, сопровождающихся выделением адреналина, действие которого хотя и вызывает расширение венечных артерий, но в то же время значительно повышает потребность миокарда в кислороде.

К этому виду гипоксии относится кислородное голодание тканей в результате нарушения микроциркуляции (капиллярный крово- и лимфоток).

4. Тканевая гипоксия возникает при отравлениях некоторыми ядами, при авитаминозах и при некоторых видах гормональной недостаточности и представляет собой нарушения в системе утилизации кислорода. При этом виде ги

поксии страдает биологическое окисление на фоне достаточного снабжения тканей кислородом.

Причинами тканевой гипоксии являются снижение количества или активности дыхательных ферментов, разобщение окисления и фосфорилирования.

Примером тканевой гипоксии является отравление цианидами и монойод-ацетатом. При этом происходит инактивация дыхательных ферментов, в частности, цитохромоксидазы - конечного фермента дыхательной цепи.

В возникновении тканевой гипоксии может иметь значение активация пере-кисного свободнорадикального окисления, при котором органические вещества подвергаются неферментативному окислению молекулярным кислородом. Перекиси липидов вызывают дестабилизацию мембран, в частности, митохондрий и лизосом. Активация свободнорадикального окисления, а, следовательно, и тканевой гипоксии, наблюдается при дефиците его естественных ингибиторов / токоферолов, рутина, убихинона, глутатиона, серотонина, некоторых стероидных гормонов, при действии ионизирующего излучения, при повышении атмосферного давления.

5. Смешанная гипоксия характеризуется одновременным нарушением функций двух или трёх систем органов, обеспечивающих снабжение тканей кислородом. Например, при травматическом шоке одновременно с уменьшением массы циркулирующей крови / циркуляторная гипоксия / дыхание становится частым и поверхностным / дыхательная гипоксия /, вследствие чего нарушается газообмен в альвеолах. Если при шоке наряду с травмой имеется кровопотеря, возникает кровяная гипоксия.

При интоксикациях и отравлениях БОВ возможно одновременное возникновение дыхательной, циркуляторной и тканевой форм гипоксии.

6. Гипоксия нагрузки развивается на фоне достаточного или даже повышенного снабжения тканей кислородом. Однако повышенное функционирование органа и значительно возросшая потребность в кислороде могут привести к неадекватному кислородному снабжению и развитию метаболических нарушений, характерных для истинной кислородной недостаточности. Примером могут служить чрезмерные нагрузки в спорте, интенсивная мышечная работа.

Острая и хроническая гипоксия

1. Острая гипоксия возникает чрезвычайно быстро и может быть вызвана вдыханием таких физиологически инертных газов, как азот, метан и гелий. Экспериментальные животные при дыхании этими газами погибают через 45-90 секунд, если не возобновляется подача кислорода.

При острой гипоксии возникают такие симптомы, как одышка, тахикардия, головные боли, тошнота, рвота, психические расстройства, нарушения координации движений, цианоз, иногда расстройства зрения и слуха. Из всех функциональных систем организма к действию острой гипоксии наиболее чувствительны центральная нервная система, системы дыхания и кровообращения.

2.Хроническая гипоксия возникает при заболеваниях крови, сердечной и дыхательной недостаточности, после длительного нахождения высоко в горах или под влиянием неоднократного пребывания в условиях недостаточного снабжения кислородом.

Симптомы хронической гипоксии в определенной степени напоминают утомление как умственное, так и физическое. Одышка при выполнении физической работы на большой высоте может отмечаться даже у акклиматизированных к высоте людей. Наблюдаются расстройства дыхания и кровообращения, головные боли, раздражительность.

Патогенез

Основным патогенетическим звеном любой формы гипоксии являются нарушения на молекулярном уровне, связанные с процессом энергообразования.

При гипоксии в клетке в результате недостатка кислорода нарушается процесс взаимного окисления - восстановления переносчиков электронов в дыхательной цепи митохондрий. Катализаторы дыхательной цепи не могут служить акцепторами электронов от восстановленных коферментов, так как сами находятся в восстановленном состоянии. В итоге снижается или полностью прекращается перенос электронов в дыхательном процессе, в тканях увеличивается количество восстановленных форм коферментов и значительно возрастает отно-

НАД Н НАДФ Н „

шение-и-. Вслед за этим снижаются процессы окислительно-

го фосфорилирования, энергообразования и аккумуляция энергии в макроэрги-ческих связях АТФ и креатинфосфата.

Снижение интенсивности движения электронов в дыхательной цепи определяется и изменением активности ферментов: цитохромоксидазы, сукцинатдегид-рогеназы, малатдегидрогеназы и др.

Все это, в свою очередь, приводит к закономерным изменениям в гликолити-ческой цепи Эмбдена-Мейергофа-Парнаса, следствием чего является повышение активности альфа-глюканфосфорилазы, гексокиназы, глюкозо-6-фосфатазы, лак-татдегидрогена и др. В результате активирования ферментов гликолиза значительно возрастает скорость распада углеводов, поэтому увеличивается концентрация молочной и пировиноградной кислот в тканях.

Изменения белкового, жирового и углеводного обмена сводится к накоплению в клетках промежуточных продуктов обмена, которые обуславливают развитие метаболического ацидоза.

Вследствие кислородного голодания изменяются возбудимость и проницаемость клеточных мембран, что приводит к нарушению ионного равновесия и освобождению активных ферментов, как из внутриклеточных структур, так и из клеток. Чаще всего этот процесс заканчивается разрушением митохондрий и других структур клетки.

Компенсаторные приспособления при гипоксии

При гипоксии различают компенсаторные приспособления в системах транспорта и утилизации кислорода.

1.Компенсаторные приспособления в системе транспорта.

Увеличение лёгочной вентиляции как одна из компенсаторных реакций при гипоксии происходит в результате рефлекторного возбуждения дыхательного центра импульсами с хеморецепторов сосудистого русла. При гипоксической гипоксии патогенез одышки несколько иной - раздражение хеморецепторов происходит в ответ на снижение в крови парциального давления кислорода. Гипервентиляция является, несомненно, положительной реакцией организма на высоту, но имеет и отрицательное действие, поскольку осложняется выделением углекислоты и снижением содержания ее в крови.

Мобилизация функции системы кровообращения направлена на усиление доставки кислорода тканям (гиперфункция сердца, увеличение скорости кровотока, раскрытие нефункционирующих капиллярных сосудов). Не менее важной характеристикой кровообращения в условиях гипоксии является перераспределение крови в сторону преимущественного кровоснабжения жизненно важных органов и поддержание оптимального кровотока в лёгких, сердце, головном мозге за счет уменьшения кровоснабжения кожи, селезенки, мышц, кишок, которые в данных обстоятельствах играют роль депо крови. Перечисленные изменения кровообращения регулируются рефлекторными и гормональными механизмами. Кроме того, продукты нарушенного обмена (гистамин, адениновые нуклеотиды, молочная кислота), оказывая сосудорасширяющее действие, действуя на тонус сосудов, также являются тканевыми факторами приспособительного перераспределения крови.

Повышение количества эритроцитов и гемоглобина увеличивает кислородную емкость крови. Выброс крови из депо может обеспечить экстренное, но непродолжительное приспособление к гипоксии. При более длительной гипоксии

усиливается эритропоэз в костном мозге. В качестве стимуляторов эритропоэза при гипоксии выступают эритропоэтины почек. Они стимулируют пролиферацию клеток эритробластического ряда костного мозга.

2. Компенсаторные приспособления в системе утилизации кислорода.

Изменения кривой диссоциации оксигемоглобина связаны с повышением способности молекулы гемоглобина присоединять кислород в легких и отдавать его тканям. Сдвиг кривой диссоциации в области верхней инфлексии влево свидетельствует о повышении способности НЬ поглощать кислород при более низком парциальном давлении его во вдыхаемом воздухе. Сдвиг вправо в области нижней инфлексии влево указывает на снижение сродства НЬ к кислороду при низких величинах р02; т.е. в тканях. При этом ткани могут получать больше кислорода из крови.

Механизмы адаптации к гипоксии

В системах, ответственных за транспорт кислорода, развиваются явления гипертрофии и гиперплазии. Увеличивается масса дыхательных мышц, легочных альвеол, миокарда, нейронов дыхательного центра; усиливается кровоснабжение этих органов за счет увеличения количества функционирующих капиллярных сосудов и их гипертрофии /увеличение диаметра и длины/. Гиперплазию костного мозга тоже можно рассматривать как пластическое обеспечение гиперфункции системы крови.

Адаптационные изменения в системе утилизации кислорода:

1) усиление способности тканевых ферментов утилизировать кислород, поддерживать достаточно высокий уровень окислительных процессов и осуществлять вопреки гипоксемии нормальный синтез АТФ;

2) более эффективное использование энергии окислительных процессов (в частности, в ткани головного мозга установлено повышение интенсивности окислительного фосфорилирования за счет большего сопряжения этого процесса с окислением);

3) усиление процессов бескислородного освобождение энергии при помощи гликолиза (последний активизируется продуктами распада АТФ и освобождением ингибирующего влияния АТФ на ключевые ферменты гликолиза).

Патологические нарушения при гипоксии

При недостатке 02 происходит нарушение обмена веществ и накопление продуктов неполного окисления, многие из которых являются токсическими. В печени и мышцах, например, уменьшается количество гликогена, а образующаяся глюкоза не окисляется до конца. Молочная кислота, которая при этом накап

ливается, может изменять кислотно-основное равновесие в сторону ацидоза. Обмен жиров также происходит с накоплением промежуточных продуктов - ацетона, ацетоуксусной и - гидроксимасляной кислот. Накапливаются промежуточные продукты белкового обмена. Увеличивается содержание аммиака, снижается содержание глутамина, нарушается обмен фосфопротеидов и фосфолипидов, устанавливается отрицательный азотистый баланс. Изменения электролитного обмена заключаются в нарушении активного транспорта ионов через биологические мембраны, снижении количества внутриклеточного калия. Нарушается синтез нервных медиаторов.

В тяжелых случаях гипоксии снижается температура тела, что объясняется понижением обмена веществ и нарушением терморегуляции.

В самых неблагоприятных условиях находится нервная система, и это объясняет, почему первыми признаками кислородного голодания являются нарушения нервной деятельности. Еще до появления грозных симптомов кислородного голодания возникает эйфория. Это состояние характеризуется эмоциональным и двигательным возбуждением, ощущением самодовольства и собственной силы, а иногда, наоборот, потерей интереса к окружающему, неадекватностью поведения. Причина этих явлений лежит в нарушении процессов внутреннего торможения. При длительной гипоксии наблюдаются более тяжелые обменные и функциональные нарушения в центральной нервной системе: развивается торможение, нарушается рефлекторная деятельность, расстраивается регуляция дыхания и кровообращения, возможны потеря сознания, судороги.

По чувствительности к кислородному голоданию второе место после нервной системы занимает сердечная мышца. Нарушения возбудимости, проводимости и сократимости миокарда клинически проявляются тахикардией и аритмией. Недостаточность сердца, а также снижение тонуса сосудов в результате нарушения деятельности вазомоторного центра приводят к гипотензии и общему нарушению кровообращения.

Нарушение внешнего дыхания заключается в нарушении легочной вентиляции. Изменение ритма дыхания часто приобретает характер периодического дыхания.

В пищеварительной системе наблюдается угнетение моторики, снижение секреции пищеварительных соков желудка, кишок и поджелудочной железы.

Первоначальная полиурия сменяется нарушением фильтрационной способности почек.

Переносимость гипоксии зависит от многих причин, в том числе от возраста, от уровня развития центральной нервной системы, от температуры окружающей среды.

Переносимость гипоксии можно повысить искусственно. Первый способ заключается в снижении реактивности организма и его потребности в кислороде (наркоз, гипотермия), второй - в тренировке, укреплении и более полном развитии приспособительных реакций в условиях барокамеры или высокогорья.

Тренировка к гипоксии повышает устойчивость организма не только к данному воздействию, но и ко многим другим неблагоприятным факторам, в частности, к физической нагрузке, изменению температуры внешней среды, к инфекции, отравлениям, воздействию ускорения, ионизирующего излучения.

Таким образом, тренировка к гипоксии повышает общую неспецифическую резистентность организма.

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Г и п о к с и я - типовой патологический процесс, возникающий в результате недостаточного поступления кислорода в организм или неполной его утилизации тканями.

Г и п о к с е м и я - недостаточное содержание кислорода в крови.

Т а х и к а р д и я - учащенное сердцебиение.

У т и л и з а ц и я - использование, усвоение.

Э й ф о р и я - неадекватно поднятое, благодушное настроение.

З а д а н и е 1. Укажите, какие из названных причин могут привести к развитию гипоксической гипоксии (А), гемической (Б), циркуляторной (В), дыхательной (Г), тканевой (Д). Совместите в ответе буквенные индексы (А, Б...) с цифровыми.

Индекс Причины гипоксии

1 Уменьшение доставки кислорода тканям (при заболеваниях сердечной мышцы).

2 Уменьшение активности дыхательных ферментов (например,при отравлении синильной кислотой).

3 Нарушение внешнего дыхания.

4 Уменьшение кислородной емкости крови (например, при отравлении нитритами).

5 Недостаточное содержание кислорода во вдыхаемом воздухе (например, при подъеме в горы).

З а д а н и е 2. Укажите, какое соединение гемоглобина образуется при отравлении нитритом натрия (А). Совместите в ответе буквенный индекс (А) с цифровым.

Индекс Соединение гемоглобина

1 Карбоксигемоглобин.

2 Метгемоглобин.

3 Оксигемоглобин.

4 Карбгемоглобин.

З а д а н и е 3. Определите, какой тип гипоксии развивается при нарушении доставки кислорода к тканям (А). Совместите в ответе буквенный индекс (А) с цифровым.

Индекс Тип гипоксии

З а д а н и е 4. Укажите, какой вид гипоксии характерен для острой кровопотери (А). Совместите в ответе буквенный индекс (А) с цифровым.

Индекс Тип гипоксии

1 Циркуляторная.

2 Гипоксическая.

3 Гемическая (кровяная).

4 Тканевая.

5 Смешанная.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ Задание 1. Изучить особенности течения и исхода гипоксической гипоксии у животных различных видов и классов.

Ход работы: поместите животных (белую крысу, белую мышь и лягушку) в камеру, соединенную с монометром и насосом Комовского. Создайте с помощью насоса в барокамере разреженный воздух под контролем высотометра. Уровень кислорода в камере определите путем вычитания давления по показателям монометра от величины фактического атмосферного давления (112 кПа, или 760 мм рт.ст.) По табл. вычислите высоту над уровнем моря, парциальное давление кислорода (РО2) и его содержание в воздухе (в процентах), которые соответствуют величине давления в барокамере).

Через каждый километр «подъема на высоту» исследуйте у подопытных животных такие показатели как двигательная активность, поза, частота и характер дыхания, окраска кожи и видимых слизистых оболочек, наличие непроизвольного мочеиспускания и дефекации. Сравните течение и исходы гипоксии у различных видов и классов животных, сделайте выводы.

Задание 2. Изучить особенности течения гемической гипоксии. Ход работы: Введите подкожно 1\% раствор азотистого кислого натрия из расчета 0,1 мл на 1г массы тела животного. Поместите белую мышь под стеклянную воронку и наблюдайте изменения за динамикой развития нарушений внешнего дыхания, поведением, окраской кожных покровов и слизистых оболочек по мере увеличения значений кислородного голодания. После гибели животное перенесите в эмалированный лоток и вскройте. Объясните изменение окраски крови, кожных покровов, внутренних органов, серозных оболочек. Сделайте вывод.

Выяснение исходного уровня знаний

З а д а н и е 1. Укажите, какие из перечисленных механизмов адаптации при гипоксии относятся к аварийным (А) и долговременным (Б). Совместите в ответе буквенные индексы с цифровыми.

Индекс Механизм адаптации

1 Мобилизация функции органов кровообращения.

2 Усиление способности тканевых ферментов утилизировать кислород.

3 Усиление вентиляции легких.

4 Выбрасывание крови из депо.

5 Усиление процессов анаэробного гликолиза.

6 Изменение кривой диссоциации оксигемоглобина.

7 Экономное использование энергии окислительных процессов.

8 Гипертрофия дыхательных мышц, легочных альвеол, миокарда, нейронов дыхательного центра.

9 Гиперплазия костного мозга.

З а д а н и е 2. Укажите, какие из перечисленных определений характеризуют понятия гипоксии (А), гипоксемии (Б), гиперкапнии (В). Совместите в ответе буквенные индексы с цифровыми.

Индекс Определение

1 Отсутствие кислорода в тканях.

2 Недостаток кислорода и избыток углекислого газа в организме.

3 Уменьшение содержания кислорода в крови.

4 Уменьшение содержания кислорода в тканях.

З а д а н и е 3. Укажите, при воздействии каких из перечисленных факторов развивается: гипоксическая (А), циркуляторная (Б), кровяная (В), дыхательная (Г), тканевая (Д) гипоксии. Совместите в ответе буквенные индексы с цифровыми.

Индекс Вид гипоксии

Задача 1. При подъеме в горы на высоту 3000м у одного из альпинистов неожиданно появилось радостное настроение, которое выражалось эмоциональным и двигательным возбуждением, чувством самодовольства. Назовите причину этого состояния альпиниста. Объясните механизм развития.

Задача 2. После повреждения бедренной артерии и большой кровопотери (около 2 л) пострадавший потерял сознание, у него снизилось артериальное и венозное давление, участился пульс, побледнели кожные покровы, участилось и стало поверхностным дыхание. Определите, какой вид гипоксии развился в данном случае; объясните механизм развития.

Задача 3. В одном из детских учреждений для приготовления пищи вместо поваренной соли был использован нитрит натрия. 17 детей были доставлены в токсикологический центр с симптомами отравления. В крови у детей отмечалось высокое содержание метгемоглобина и снижение содержания оксигемоглобина. Какой вид гипоксии наблюдался у детей?

ЛИТЕРАТУРА

1. Патологическая физиология Березнякова А.И. - Х.: Изд-во НФАУ, 2000. -448 с.

2. Патологическая физиология (под ред. Н.Н.Зайко). - Киев: Вища школа, 1985.

3. Патологическая физиология (под ред. А.Д. Адо и Л.М. Ишимовой). - М.: Медицина, 1980.

1. Дыхательная недостаточность, ее формы и причины.

2. Формы нарушения альвеолярной вентиляции. Гиповентиляция: причины возникновения и влияние на газовый состав крови.

3. Альвеолярная гипервентиляция, неравномерная альвеолярная вентиляция. Причины возникновения и влияние на газовый состав крови.

4. Возникновение дыхательной недостаточности при нарушениях легочной микроциркуляции и вентиляционно-перфузионных отношений.

5. Возникновение дыхательной недостаточности при изменении газового состава вдыхаемого воздуха и диффузионной способности альвеолярно-капиллярного барьера.

6. Влияние нарушений метаболической функции легких на гемодинамику и систему гемостаза. Причины и механизмы возникновения респираторного дистресс-синдрома.

7. Роль нарушений сурфактантной системы в патологии легких.

8. Одышка, ее причины и механизмы.

9. Патогенез изменений внешнего дыхания при нарушении проходимости верхних отделов дыхательных путей.

10. Патогенез изменений внешнего дыхания при нарушении проходимости нижних отделов дыхательных путей и эмфиземе легких.

11. Патогенез изменений внешнего дыхания при пневмониях, отеке легких и поражениях плевры.

12. Патогенез изменений внешнего дыхания при право- и левожелудочковой сердечной недостаточности.

13. Гипоксия: классификация, причины возникновения и характеристика. Асфиксия, причины, стадии развития (лекция, уч. А. Д. Адо 1994г., 354-357; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с. 528-533).

14. Влияние на организм повышения и понижения барометрического давления. Патологическое дыхание (уч. А. Д. Адо 1994 г., с.31-32, с.349-350; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с.46-48, с.522-524).

15. Приспособительные механизмы при гипоксии (срочные и долговременные). Повреждающее действие гипоксии (уч. А. Д. Адо 1994г., стр. 357-361; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с.533-537).

3.3. Патофизиология системы крови (метод. пособие "Патофизиология кроветворной системы).

1. Изменения общего объема крови. Кровопотеря (уч.Адо, 1994г, с.268-272; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с. 404-407).

2. Регуляция гемопоэза и причины ее нарушения.

3. Определение понятия "анемия". Признаки изменений эритропоэза и характеристики анемий.

4. Патогенетическая классификация анемий.

5. Причины уменьшения образования эритроцитов и характеристика анемий, возникающих в результате этого.

6. Причины нарушения дифференцировки эритроцитов и характеристика анемий, возникающих в результате этого.

7. Причины уменьшения синтеза гемоглобина и характеристика анемий, возникающих в результате этого.

8. Гемолитические анемии. Их причины и характеристика.

9. Патогенез острой постгеморрагической анемии и ее характеристика.

10. Патогенез лейкоцитозов и лейкопений, их виды. Лейкемоидные реакции.

11. Понятие о гемобластозах. Лейкозы, их классификация и изменения периферической крови, характерные для них.

12. Эритроцитозы и эритремии.

13. Лучевая болезнь: этиология, патогенез, формы, периоды, изменения крови (уч. А. Д. Адо, 1994 г. с.39-44; уч. В.В. Новицкого, 2001 г., с. 54-60 раздел 2.8)

Лекция №21

Гипоксия

Суточные потребности: 1 кг еды, 2 литра воды + 220 литров кислорода – пропустить 12000 литров воздуха.

Впервые о гипоксии заговорил Виктор Васильевич Пашутин (1845-1901) – один из основателей патофизиологии. Иван Михайлович Сеченов – роль системы крови как переносчика кислорода и Петр Михайлович Альбицкий – жил в Томске – разрабатывал вопросы по компенсации гипоксии.

Гипоксия – состояние, возникающее в результате недостаточного обеспечения тканей организма кислородом и /или нарушения его усвоения в ходе биологического окисления.

Гипоксия – типовой патологические процесс, развивающийся в результате недостаточности биологического окисления, приводящий к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме.

Гипоксемия – снижение, по сравнению с должным, уровней напряжения и содержания кислорода крови.

Типы гипоксии по этиологии:

Экзогенная - снижение кислорода в окружающем воздухе. Может быть гипобарической снижение атмосферного давления и снижение рО 2 (высотная болезнь и горная болезнь). Горная болезнь развивается в разных горах на разной высоте: на Кавказе, Альпах развитие горной болезни будет определяться 3 тысячами. Факторы, влияющие на возникновение горной болезни: ветер, солнечная радиация, влажность воздуха, наличие снега, высокий перепад ночных и дневных температур + индивидуальная чувствительность: пол, возраст, тип конституции, тренированность, прошлый высотный опыт, физическое и психическое состояние. Тяжелая физическая работа. Скорость набора высоты:

Нормобарическая;

Гипобарическая;

Эндогенная:

Дыхательная;

Циркуляторная;

Гемическая;

Тканевая (гистотоксическая);

Смешанная.

Местная (регионарная):

Циркуляторная;

Тканевая (гистотоксическая);

Смешанная.

Нормобарическая гипоксия развивается при нормальном атмосферном давлении:

Замкнутое или плохо вентилируемое пространство;

Гиповентиляция при ИВЛ.

Критерии экзогенной гипоксии:

Снижение Нb O 2 (артериальной крови) – артериальная гипоксемия;

Снижение р а СО 2 (гипокапния) – при гипобарической гипоксии;

Повышение р а СО 2 (гиперкапния) в замкнутом пространстве.

Механизм экстренной адаптации организма к гипоксии. Острая гипоксия:

Системы кислородного бюджета организма;

Система внешнего дыхания: увеличен объема альвеолярной аентиляции, увеличение частоты и глубины дыхания;

ССС: увеличение МОС (увеличение ударного выброса и числа сокращений), централизация кровообращения (увеличение кровотока в жизненноважных органах).

Система красной крови: увеличение кислородной емкости крови (КЕК) за счет редепонирования крови и усиления диссоциации оксигемоглобина в тканях.

Тканевое дыхание: повышение эффективности биологического окисления – активация ферментов тканевого дыхания, стимуляция гликолиза, повышение сопряжения окисления и фосфорилирования.

Хроническая гипоксия: системы кислородного бюджета организма, эффекты, механизмы эффектов:

Система внешнего дыхания: увеличение степени оксигенации крови в легких – гипертрофия дыхательных мышц, гипертрофия легких.

ССС: увеличение МОС за счет гипертрофии миокарда, увеличение числа митохондрий в кардиомиоцитах, возрастания скорости взаимодействия актина и миозина, увеличения количества капилляров, повышение активности систем регуляции сердца, артериальная гиперемия в функционирующих органах и тканях.

Система красной крови: увеличение кислородной емкости крови за счет активации эритропоэза, увеличения 2,3-ДФГ в эритроцитах, усиление диссоциации оксигемоглобина в тканях;

Тканевое дыхание: увеличение эффективности биологического окисления – митохондриогенез, повышение сопряжения окисления и фосфорилирования, переход на оптимальный уровень функционирования, повышение эффективности метаболизма.

Эффекты дозированной гипоксии:

Уменьшение чувствительности организма к ионизирующей радиации;

Уменьшение токсических эффектов цитостатиков;

Уменьшение побочных эффектов рентгено-контрастных веществ, глюкокортикоидов;

Ослабление действия галлюциногенов и судорожных веществ.

Дозирвоанная гипоксия при беременности:

Коррекция фето-плацентарной недостаточности;

Профилактика гипотрофии плода;

Ускорение созревания плода:

Увеличение поверхности и веса плаценты, емкости её капиллярной сети;

Рост объемной скорости маточно-плацентарного кровотока;

Ускорение созревания ферментных систем печени;

Быстрая замена HbF и HbA.

Эндогенная

Дыхательная гипоксия – нарушение вентиляции, диффузии, перфузии – дыхательная недостаточность.

Критерии дыхательной гипоксии: артериальная гипоксемия, р а СО 2 в норме или гиперкапния.

Циркуляторная гипоксия:

Сердечная недостаточность – снижение скорости кровотока, увеличение времени контакта крови с окружающими тканями, у пациента венозная гипоксемия, а также увеличение артериовенозной разницы по кислороду;

Сосудистая недостаточность - снижение скорости кровотока, увеличение времени контакта крови с окружающими тканями, у пациента венозная гипоксемия, а также увеличение артериовенозной разницы по кислороду;

Сердечно-сосудистая недостаточность.

Гемическая гипоксия – развивается на фоне нарушения кровообразования, вследствие повышенного крвооразрушения, кровопотеря, анемия. А также, когда образуются патологические формы гемоглобина, которые не связывают или плохо связывающие кислород, т.е. нарушение транспорта гемоглобином кислорода.

Виды гемоглобина у взрослого человека:

HbA – альфа2 и бета 2 цепи – основной гемоглобин взрослого;

HbA2 – альфа 2, гамма 2

HbH – гомотетрамер, образуется при ингибировании синтеза альфа цепи. Транспорт О2 не эффективен.

HbM – группа аномальных гемоглобинов, у которых замещена 1 аминокислота, что способствует.

Hb Bart – гомотетрамер, встречающийся у раннего эмбриона и при альфа-талассемии, не эффективен как переносчик О2;

MetHb – метгемоглобин, содержит в гемме Fe3+; не переносит О2. Образуется при отравлениях сильными окислителями и при некоторых наследственных болезнях;

HbCO – карбоксигемоглобин.

Критерии гемической гипоксии. Один грамм чистого гемоглобина может связать 1,39 мл О2. Эта кислородная емкость зависит от количества и качества гемоглобина. При уменьшении количества гемоглобина или формы его, снижается КЕК. Норма 19-21. Компенсация за счет неповрежденных систем: одышка, учащение ЧСС, увеличение тканевого дыхания.

Гистотоксическая гипоксия развивается при блокаде разных звеньев биологического окисления. Это могут быть тканевые дыхательные ферменты, которые ингибируются барбитуратами, актиномицином А, цианиды. Тканевая гипоксия развивается при угнетении ферментов ЦТК (сульфиды, алкоголь, арсениты, сульфаниламидные препараты, малонат, авитаминозы).

При угнетении тканевого дыхания уровень венозного кислорода увеличвается и уменьшение артериовенозной разницы по кислороду.

Возможно разобщение окислительного фосфорилирования: 2,4-динитрофенол, дикумарины, грамицидин, тироксин, адреналин, СЖК, избыток Са2+, Н+, Токсины микроорганизмов, продукты перикисного окисления липидов. Венозная гипоксемия.

Этиология и патогенез смешанной гипоксии

При отравлении угарным газом. Связывается с гемоглобином – гемическая гипоксия, блок цитохромоксидазы – тканевая гипоксия. Компенсация за счет дыхания и работы сердца. Очень тяжелая гипоксия.

Отравление нитритами (удобрениями) – образование метгемоглобина – гемическая гипоксемия. Разобщение окислительного фосфорилирования – тканевая гипоксия.

Отравление барбитуратами: обладают центральным действием, угнетают дыхательный центр – дыхательная гипоксия; угнетение сосудо-двигательного центра – циркуляторная гипоксия; угнетение ферментов тканевого дыхания – тканевая гипоксия. Только одна компенсаторная система остается.

Левожелудочковая сердечная недостаточность. При сердечной недостаточность как тканевой ведет к развитию циркуляторной гипоксии.

Острая кровопотеря также сопровождается развитием гипоксии, снижение КЕК ведет к развитию гемической гипоксии, а уменьшение ОЦК и нарушение гемодинамики – циркуляторная гипоксия.

Гипоксия-гипоксий – шок, т.к. возможны все 4 формы гипоксии. При шоке нарушается гемодинамика (циркуляторная гипоксия); уменьшение ОЦК (гемическая гипоксия);

Развитие «шокового легкого» - дыхательная гипоксия; снижение активности тканевого дыхания – тканевая гипоксия.

Механизм нарушений обмена веществ

При гипоксии нарушается обмен веществ. При гипоксии формируется дефицит макроэргов и избыток АДФ и АМФ. В анаэробных условиях (голодание субстратное)активируется гликолиз, который дает мало АТФ и чтобы он поддерживал жизнь ему необходимы субстраты, поэтому активируется глюконеогенез (образование глюкозы из органических веществ) и развивается отрицательный азотистый баланс и гиперазотемии, а также гиперкетонемия. Конечный продукт гликолиза – молочная кислота, которая в норме сгорает в ЦТК или идет на синтез гликогена. Но ЦТК не работает в анаэробных условия и нарушается метаболизм или синтез лактата. В результате азотистых шлаков, кетоновых тел у пациента интоксикация и метаболический ацидоз, который способствует набуханию и дистрофии митохондрий, что усугубляет нарушение энергетики ещё в большей степени, увеличение внутриклеточного калия, метаболической ацидоз способствует вакуолизации лизосомальных мембран и повреждение клетки в конце концов. Метаболические нарушения обусловливают изменение нарушения функций органов и систем:

Нарушается высшая нервная деятельность:

Снижение критики;

Ощущение дискомфорта;

Дискоординация движений;

Нарушение логики мышления;

Расстройства сознания;

«Бульбарные расстройства»;

Система кровообращения:

Снижение сердечного выброса;

Коронарная недостаточность;

• Гипертензивные реакции;

  Расстройства микроциркуляции;

Внешнее дыхание:

Нарушение вентиляции, диффузии, перфузии;

Острая дыхательная недостаточность;

Система пищеварения:

Расстройство аппетита;

Снижение секреторной и моторной функции желудка и кишечника;

Язвы, эрозии слизистой оболочки;

Острая почечная недостаточность;

Острая печеночная недостаточность.

Принципы терапии гипоксии

При атрериальной гипоксемии до 90 и ниже показана оксигенация

Введение кислорода при HbO2 менее 90%

Нормобарическая;

Гипербарическая оксигенация;

Воздействие на системы транспорта О2 к тканям;

Антигипоксанты, улучшающие транспорт О2:

Повышают КЕК – переносчики О2;

Изменяющие сродство гемоглобина к О2: стимуляторы синтеза 2,3-ДФГ, фициновая кислота, В6.

Антишгипоксанты, сохраняющие энергетику в клетках при дефиците О2:

Глюкзо + инсулин + К+;

Никотинамид – источник НАД;

Янтарная кислота – индуктор окисления НАД;

Натрия оксибутират – восстановление фумарата в сукцинат – АТФ;

Активаторы гликолиза (гутимин) и глюконеогенез (ГКС).

Искусственные переносчики электронов:

Цитохром С;

Бензохиноны;

Антиоксиданты.

Гипоксии (Лекция № XIV).

1. Классификация и характеристика отдельных видов гипоксий.

2. Приспособительные и компенсаторные реакции при гипоксии.

3. Диагностика, терапия и профилактика гипоксий.

Гипоксия (hypoxia) - нарушение окислительных процессов в тканях, возникающее при недостаточном поступлении кислорода или нарушении его утилизации в процессе биологического окисления (кислородная недостаточность, голодание).

В зависимости от этиологического фактора, темпа нарастания и продолжительности гипоксического состояния, степени гипоксии, реактивности организма и т.д. проявление гипоксии может значительно варьировать. Возникающие в организме изменения представляют собой совокупность:

1) непосредственных последствий воздействия гипоксического фактора,

2) вторично возникающих нарушений,

3) развивающихся компенсаторных и приспособительных реакций. Эти явления находятся в тесной связи и не всегда подаются четкому разграничению.

Классификация основных типов гипоксий (1979):

1. гипоксическая

2. дыхательная

3. кровяная

4. циркуляторная

5. тканевая

6. гипербарическая

7. гипероксическая

8. гипоксия нагрузки

9. смешанная - сочетание различных видов гипоксий.

Классификация гипоксий по тяжести :

1) скрытая (выявляется только при нагрузке),

2) компенсированная - тканевой гипоксии в состоянии покоя нет за счет напряжения систем доставки кислорода,

3) выраженная - с явлениями декомпенсации (в покое - недостаточность кислорода в тканях),

4) некомпенсированная - выраженные нарушения обменных процессов с явлениями отравления,

5) терминальная - необратимая.

Классификация по течению : по темпу развития и продолжительности течения:

а) молниеносная - в течение нескольких десятков секунд,

б) острая - несколько минут или десятков минут (острая сердечная недостаточность),

в) подострая - несколько часов,

г) хроническая - недели, месяцы, годы.

Гипоксическая гипоксия - экзогенный тип развивается при уменьшении барометрического давления O 2 (высотная и горная болезнь) или при снижении парциального давления O 2 во вдыхаемом воздухе. При этом развивается гипоксемия (снижается pO 2 в артериальной крови, насыщение гемоглобина (Hb) кислородом (O 2) и общее содержание его в крови. Отрицательное влияние оказывает и гипокапния , развивающаяся в связи с компенсаторной гипервентиляцией легких. Гипокапния приводит к ухудшению кровоснабжения мозга и сердца, алкалозу, нарушению баланса электролитов во внутренней среде организма и повышению потребления тканями O 2 .

Дыхательный (легочный) тип гипоксии возникает в результате недостаточности газообмена в легких в связи с альвеолярной гиповентиляцией, нарушениями вентиляционно-перфузионных отношений, или при затруднении диффузии O 2 , нарушения проходимости дыхательных путей, либо расстройства центральной регуляции дыхания.

Уменьшается минутный объем вентиляции, снижается парциальное давление O 2 в альвеолярном воздухе и напряжение O 2 в крови и к гипоксии присоединяется гиперкапния.

Кровяная гипоксия (гемический тип) возникает как следствие уменьшения кислородной емкости крови при анемиях, гидремии и нарушении способности Hb связывать, транспортировать и отдавать тканям O 2 , при отравлении CO, при образовании метгемоглобина (MetHb) и некоторых аномалиях Hb. Для гемической гипоксии характерно сочетание нормального напряжения O 2 в артериальной крови с пониженным его содержанием в тяжелых случаях до 4-5 об%. При образовании карбоксигемоглобин (COHb) и MetHb насыщение оставшегося Hb и диссоциация оксиHb в тканях могут быть затруднены и поэтому напряжение O 2 в тканях и венозной крови оказывается значительно пониженным при одновременном уменьшении артерио-венозной разницы содержания кислорода.

Циркуляторная гипоксия (сердечно-сосудистый тип) возникает при нарушениях кровообращения, приводящих к недостаточному кровоснабжению органов и тканей при массивной кровопотере, обезвоживании организма, падении сердечно-сосудистой деятельности. Циркуляторная гипоксия сосудистого происхождения развивается при чрезмерном увеличении емкости сосудистого русла вследствие рефлекторных и центрогенных нарушений вазомоторной регуляции недостаточности глюкокортикоидов , при повышении вязкости крови и наличии других факторов, препятствующих нормальному продвижению крови через капиллярную сеть. Для газового состава крови характерно нормальное напряжение и содержание O 2 в артериальной крови, снижение их в венозной и высокая артерио-венозная разница по O 2 .

Тканевая гипоксия (гистотоксическая) возникает вследствие нарушения способности тканей поглощать O 2 из крови или в связи с уменьшением эффективности биологического окисления из-за резкого уменьшения сопряжения окисления и фосфорилирования из-за угнетения биологического окисления различными ингибиторами, нарушения синтеза ферментов или повреждения мембранных структур клетки, например, отравление цианидами , тяжелыми металлами, барбитуратами. При этом напряжение, насыщение и содержание O 2 в артериальной крови может до определенного момента быть нормальными, а в венозной крови значительно превышают нормальные величины. Уменьшение артерио-венозной разницы по O 2 характерно для нарушения тканевого дыхания.

Гипербарическая гипоксия (при лечении кислородом под повышенным давлением). При этом устранение нормальной гипоксической активности периферических хеморецепторов ведет к снижению возбудимости ДЦ и угнетение легочной вентиляции. Это ведет к повышению артериального pCO 2 , вызывающего расширение кровеносных сосудов мозга. Гиперкапния ведет к увеличению минутного объема дыхания и гипервентиляции. В результате pCO 2 в артериальной крови падает, сосуды мозга суживаются и pO 2 в тканях мозга уменьшается. Начальное токсическое действие O 2 на клетку связано с ингибицией дыхательных ферментов и с накоплением перекисей липидов, вызывающих повреждение клеточных структур (особенно SH ферментные группы), изменением метаболизма в цикле трикарбоновых кислот и нарушением синтеза высокоэнергетических фосфатных соединений и образованием свободных радикалов.

Гипероксическая гипоксия (в авиации, при кислородотерапии) - могут быть 2 формы кислородного отравления - легочная и судорожная. Патогенез легочной формы связывают с исчезновением "опорной" функции иннертного газа, токсическим действием O 2 на эндотелий сосудов легких - повышением их проницаемости, вымыванием сурфактанта, спадением альвеол и развитием ателектаза и отека легких. Судорожная форма связана с резким возбуждением всех отделов ЦНС, особенно ствола мозга + нарушение тканевого дыхания.

Смешанный тип гипоксии - наблюдается весьма часто и представляет сочетание 2-х или более основных типов гипоксии. Часто гипоксический фактор сам по себе влияет на несколько звеньев физиологических систем транспорта и утилизации O 2 . Угарный газ активно вступает в связь с 2-х валентным железом Hb, в повышенных концентрациях оказывает непосредственное токсическое действие на клетки, ингибируя цитохромэнзимную систему; барбитураты подавляют окислительные процессы в тканях и одновременно угнетают ДЦ, вызывая гиповентиляцию.

Изменения обмена веществ раньше всего возникает со стороны углеводного и энергетического обмена. Во всех случаях гипоксии первичным сдвигом является дефицит макроэргов . Усиливается гликолиз , это приводит к падению содержания гликогена, нарастанию пирувата и лактата . Избыток молочной, пировиноградной и других органических кислот способствует развитию метаболического ацидоза . Возникает отрицательный азотистый баланс. В результате расстройств липидного обмена развивается гиперкетонемия .

Нарушается обмен электролитов и в первую очередь процессы активного перемещения и распределения ионов на биологических мембранах, возрастает количество внеклеточного калия.

Последовательность изменений в клетке: повышение проницаемости клеточной мембраны → нарушение ионного равновесия → набухание митохондрий → стимуляция гликолиза → уменьшение гликогена → подавление синтеза и усиление распада белков → деструкция митохондрий → эргастоплазмы, внутриклеточного сетчатого аппарата → жировая декомпозиция клетки разрушение мембран лизосом → выход гидролитических ферментов - аутолиз и полный распад клетки .

Приспособительные и компенсаторные реакции.

При воздействии факторов, вызывающих гипоксию, сразу же включаются реакции, направленные на сохранение гомеостаза . Различают реакции, направленные на приспособление к относительно кратковременной острой гипоксии (возникают немедленно) и реакции, обеспечивающие приспособление к менее выраженной, но длительно существующей или повторяющейся гипоксии.

Реакции системы дыхания на гипоксию - это увеличение альвеолярной вентиляции за счет углубления и учащения дыхательных экскурсий и мобилизации резервных альвеол. Увеличение вентиляции сопровождается усилением легочного кровотока. Компенсаторная гипервентиляция может вызвать гипокапнию , которая в свою очередь компенсируется обменом ионов между плазмой и эритроцитами, усиленным выведением бикарбонатов и основных фосфатов с мочой.

Реакции системы кровообращения выражаются учащением сердечных сокращений, увеличением массы циркулирующей крови за счет опорожнения кровяных депо, увеличения венозного притока, ударного и минутного ОС, скорости кровотока и перераспределения крови в пользу мозга и сердца. При адаптации к длительной гипоксии может происходить образование новых капилляров. В связи с гиперфункцией сердца и изменениями нейро-эндокринной регуляции может наступить гипертрофия миокарда, имеющая компенсаторно-приспособительный характер.

Реакции системы крови проявляются повышением кислородной емкости крови за счет усиленного вымывания эритроцитов из костного мозга и активации эритропоэза за счет усиленного образования эритропоэтических факторов. Большое значение имеют свойства Hb связывать почти нормальное количество O 2 даже при значительном снижении парциального давления O 2 в альвеолярном воздухе и в крови легочных капилляров. Вместе с тем Hb способен отдавать большее количество O 2 даже при умеренном снижении pO 2 в тканевой жидкости. Усилению диссоциации O 2 Hb способствует ацидоз.

Тканевые приспособительные механизмы - ограничение функциональной активности органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении транспорта O 2 , увеличение сопряженности окисления и фосфорилирования, усиление анаэробного синтеза АТФ за счет активации гликолиза. Увеличивается синтез глюкокортикоидов, которые стабилизируют мембраны лизосом, активируют ферментные системы дыхательной цепи. Увеличивается количество митохондрий на единицу массы клетки.

Принципы диагностики.

Диагностика основывается на признаках поражения головного мозга и динамике неврологических расстройств, данных исследования гемодинамики (АД, ЭКГ, сердечный выброс), газообмена, определения O 2 во вдыхаемом воздухе, содержания газов в альвеолах, диффузии газов через мембрану альвеол; определение транспорта O 2 с кровью; определение pO 2 в крови и тканях, определение КЩР, буферных свойств крови, биохимических показателей (молочная и пировиноградная кислота, сахар и мочевина крови).

Терапия и профилактика.

В связи с тем, что в клинической практике обычно встречаются смешанные формы гипоксии, лечение ее должно быть комплексным, и связанным с причиной гипоксии в каждом конкретном случае.

Во всех случаях гипоксии - дыхательной, кровяной, циркуляторной универсальным приемом является гипербарическая оксигенация . Необходимо разорвать порочные круги при ишемиях, сердечной недостаточности. Так при давлении 3 атмосферы в плазме растворяется достаточное количество O 2 (6 объемных %) даже без участия эритроцитов, в ряде случаев бывает необходимо добавить 3-7 % CO 2 для стимуляции ДЦ, расширения сосудов мозга и сердца , предотвращения гипокапнии.

При циркуляторной гипоксии назначают сердечные и гипертензионные средства, переливание крови.

При гемическом типе:

● переливают кровь или эритромассу, стимулируют гемопоэз, применяют искусственные переносчики O 2 - субстраты перфоуглеводов (перфторан - "голубая кровь"),

● удаление продуктов метаболизма - гемосорбция, плазмофорез,

● борьба с осмотическим отеком - растворы с осмотическими веществами,

● при ишемии - антиоксиданты, стабилизаторы мембран, стероидные гормоны,

● введение субстратов, заменяющих функцию цитохромов - метиленовая синь, витамин С,

● повышение энергетического снабжения тканей - глюкоза .

УДК 612.273.2:616-008.64-092 (075.8) ББК 52.5 я 73 Л47

Рецензент: д-р мед. наук, проф. М.К. Недзведзь

Утверждено Научно-методическим советом университета в качестве учебно-методического пособия 27.03.02, протокол № 5

Леонова Е.В.

Л 47 Гипоксия. Патофизиологические аспекты: Учеб.-метод, пособие /Е.В. Леонова, Ф.И. Висмонт - Мн.: БГМУ, 2002. -14с.

ISBN 985-462-115-4

В кратком виде излагаются вопросы, касающиеся патофизиологии гипоксических состояний. Дается общая характеристика гипоксии как типового патологического процесса; обсуждаются проблемы этиологии и патогенеза различных видок гипоксии, компенсаторно-приспособительные реакции и нарушения функций, механизмы гипоксического некробиоза, адаптация к гипоксии и дизадаптация.

Предназначено для студентов всех факультетов.

ISBN 985-462-115-4

УДК 612.273.2:616-008.64-092 (075.8) ББК 52.5 я 73

© Белорусский государственный медицинский университет, 2002

МОТИВАЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕМЫ

Общее время занятий: 2 академических часа -для студентов стоматоло­гического факультета, 3 - для студентов лечебного, медико-профилактического и педиатрического факультетов

Учебно-методическое пособие разработано с целью оптимизации учебно­го процесса и предлагается для подготовки студентов к практическому занятию по данной теме. Она рассматривается в разделе «Типовые патологические про­цессы». Приведенные в пособии сведения отражают ее связь с другими темами предмета («Патофизиология системы внешнего дыхания», «Патофизиология сердечно-сосудистой системы», «Патофизиология системы крови», «Патофи­зиология обмена веществ», «Нарушения кислотно-основного состояния»).

Гипоксия является ключевым звеном патогенеза разнообразных заболе­ваний и патологических состояний. Явления гипоксии имеют место при любом патологическом процессе. Она играет важную роль в развитии повреждений при многих болезнях и сопровождает острую гибель организма, независимо от причин ее вызывающих. Однако в учебной литературе раздел «Гипоксия» изла­гается очень широко, с излишними подробностями, что затрудняет его воспри­ятие в особенности иностранными учащимися, которые в силу языкового барь­ера испытывают трудности при конспектировании лекций. Вышесказанное и явилось поводом для написания настоящего пособия. В нем даются определе­ние и общая характеристика гипоксии как типового патологического процесса, в краткой форме обсуждаются вопросы этиологии и патогенеза различных ее видов, компенсаторно-приспособительные реакции, нарушения функций и об­мена веществ, механизмы гипоксического некробиоза; дается представление об адаптации к гипоксии и дизадаптации.

цель занятия - изучить этиологию, патогенез различных видов гипок­сии, компенсаторно-приспособительные реакции, нарушения функций и обме­на веществ, механизмы гипоксического некробиоза, адаптации к гипоксии и дизадаптации.

задачи занятия - студент должен: 1. Знать:

определение понятия гипоксии, ее виды;

патогенетическую характеристику различных видов гипоксии;

компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксии, их виды, механизмы;

нарушения основных жизненных функций и обмена веществ при ги­ поксических состояниях;

механизмы повреждения и гибели клеток при гипоксии (механизмы гипоксического некробиоза);

Основные проявления дизбаризма (декомпрессии); - механизмы адаптации к гипоксии и дизадаптации.

Обосновывать заключение о наличии гипоксического состояния и ха­рактере гипоксии на основании анамнеза, клинической картины, газового со­става крови и показателей кислотно-основного состояния.

3. Ознакомиться с клиническими проявлениями гипоксических состоя­ ний.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО СМЕЖНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ

Кислородный гомеостаз, его сущность.

Система обеспечения организма кислородом, ее компоненты.

Структурно-функциональная характеристика дыхательного центра.

Кислородтранспортная система крови.

Газообмен в легких.

Кислотно-основное состояние организма, механизмы его регуляции.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ТЕМЕ ЗАНЯТИЯ

Определение гипоксии как типового патологического процесса.

Классификация гипоксии по: а) этиологии и патогенезу; б) распро­ страненности процесса; в) скорости развития и длительности; г) степени тяже­ сти.

Патогенетическая характеристика различных видов гипоксии.

Компенсаторно-приспособительные реакции при гипоксиях, их виды, механизмы возникновения.

Нарушения функций и обмена веществ при гипоксиях.

Механизмы гипоксического некробиоза.

Дизбаризм, его основные проявления.

Адаптация к гипоксии и дизадаптация, механизмы развития.

ГИПОКСИЯ

определение понятия. Виды гипоксии

Гипоксия (кислородное голодание) - типовой патологический процесс, возникающий в результате недостаточности биологического окисления и обу­словленной ею энергетической необеспеченности жизненных процессов.

В зависимости от причин и механизма развития гипоксии могут быть: - экзогенные (при изменениях содержания во вдыхаемом воздухе кисло­рода и/или общего барометрического давления, сказывающихся на системе обеспечения кислородом) - подразделяются на гипоксическую (гипо- и-нор-мобарическую) и гипероксическую (гипер- и-нормобарическую) формы гипок­сии;

дыхательная (респираторная);

циркуляторная (ишемическая и застойная);

- гемическая (анемическая и вследствие, инактивации гемоглобина);

- тканевая (при нарушении способности тканей поглощать кислород или при разобщении процессов биологического окисления и фосфорилирова- ния);

субстратная (при дефиците субстратов);

перегрузочная («гипоксия нагрузки»);

- смешанная. Различают также гипоксии:

по течению - молниеносную (длится несколько десятков секунд), ост­ рую (десятки минут), подострую (часы, десятки часов), хроническую (недели, месяцы, годы);

по распространенности - общую и регионарную;

по степени тяжести - - легкую, умеренную, тяжелую, критическую (смертельную).

Проявления и исход всех форм гипоксии зависят от природы этиологиче­ского фактора, индивидуальной реактивности организма, степени тяжести, ско­рости развития, от продолжительности процесса.

В начале этого подраздела приведем некоторые обозначения и нормативные величины.

Экзогенный тип гипоксии.

Этот тип гипоксии возникает вследствие уменьшения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе.

Гипобарическая гипоксия.

Данный тип гипоксии обусловлен общим снижением барометрического давления и наблюдается при подъеме в горы или в негерметичных летательных аппаратах без индивидуальных кислородных систем (горная, или высотная, болезнь).

Заметные нарушения обычно отмечаются при Ро примерно 100 мм рт.ст. (что соответствует высоте около 3 500 м): при 50-55 мм рт.ст. (8000-8 500 м) возникают тяжелые расстройства, несовместимые с жизнью. В специальных целях дозированную гипобарическую гипоксию вызывают путем постепенного откачивания воздуха из барокамер, в которых находятся испытуемые люди или экспериментальные животные, имитируя тем самым подъем на высоту.

Нормобарическая гипоксия.

Такой тип гипоксии развивается при нормальном общем барометрическом давлении, но сниженном парциальном давлении кислорода во вдыхаемом воздухе, например, при нахождении в замкнутых помещениях малого объема, работах в шахтах, при неисправностях систем кислородообеспечения в кабинах летательных аппаратов, подводных лодках, специальных защитных костюмах, а также при некоторых неисправностях или неправильном использовании наркозно-дыхательной аппаратуры.

Патогенетической основой экзогенного типа гипоксии во всех случаях является артериальная гипоксемия, т.е. уменьшение напряжения кислорода £ плазме артериальной крови, приводящее к недостаточному насыщению гемоглобина кислородом и общему со-держанию его в крови. Дополнительное отрицательное влияние на организм может оказывать гипокапния. нередко развивающаяся при экзогенной гипоксии в результате компенсаторной гипервентиляции легких и приводящая к ухудшению кровоснабжения мозга, сердца, нарушениям электролитного баланса и газовому алкалозу.

Дыхательный (респираторный) тип гипоксии.

Эта гипоксия возникает в результате недостаточности газообмена в легких в связи с альвеолярной гиповентиляцией, нарушениями легочного кровотока, вентиляционно-перфузионных соотношений, избыточным вне- и внутрилегочным шунтированием венозной крови пли при затруднении диффузии кислорода в легких. Патогенетической основой респираторной гипоксии, гак же как и экзогенной, является артериальная гипоксия, в большинстве случаев сочетающаяся с гиперкапнией. В отдельных случаях в связи с тем, что СО 2 диффундирует через альвеолокапиллярную мембрану примерно в 20 раз легче, чем О 2 , возможна гипоксемия без гиперкапнии.

Сердечно-сосудистый (циркуляторный) тип гипоксии.

Болезнь развивается при нарушениях кровообращения, приводящих к недостаточному кровоснабжению органов и тканей и, следовательно, к недостаточному их снабжению кислородом. Уменьшение количества крови, протекающей через капилляры в единицу времени, может быть обусловлено обшей гиповолемией, т.е. уменьшением объема крови в сосудистом русле (при массивной кровопотере или плазмопотере, обезвоживании организма) и нарушениями функций сердца и сосудов. Расстройства сердечной деятельности могут быть следствием повреждения миокарда, перегрузки сердца и нарушений экстракардиальной регуляции, приводящих к уменьшению минутного объема сердца. Циркуляторная гипоксия сосудистого происхождения может быть связана с чрезмерным увеличением емкости сосудистого русла и депонированной фракции крови вследствие пареза сосудистых стенок в результате экзо- и эндогенных токсических влияний, аллергических реакций, нарушений электролитного баланса, при недостаточности глюкокортикоидов. минералокортикоидов и некоторых других гормонов, а также при нарушениях рефлекторной и центрогенной вазомоторной регуляции и других патологических состояниях, сопровождающихся падением тонуса сосудов.

Гипоксия может возникать в связи с первичными расстройствами микроциркуляции: распространенными изменениями стенок микрососудов, агрегацией форменных элементов крови, повышением ее вязкости, свертываемости и другими факторами, затрудняющими продвижение крови через капиллярную сеть, вплоть до полного стаза. Причиной нарушений микроциркуляции может стать избыточное артериоловенулярное шунтирование крови, обусловленное спазмом прекапиллярных сфинктеров (например, при острой кровопотере).

Особое место занимает гипоксия, связанная с нарушением транспорта кислорода в клетки на внесосудистом участке микроциркуляторной системы: периваскулярном, межклеточном и внутриклеточном пространствах, базальной и клеточной мембранах. Такая форма гипоксии возникает при ухудшении проницаемости мембран для кислорода, при интерстициальном отеке, внутриклеточной гипергидратации и других патологических изменениях межклеточной среды.

Циркуляторная гипоксия может носить локальный характер при недостаточном притоке крови к отдельному органу или участку ткани или затруднении оттока крови при ишемии, венозной гиперемии.

Отдельные гемодинамические показатели в разных случаях циркуляторной гипоксии могут варьировать в широких пределах. Для газового состава крови в типичных случаях характерно нормальное напряжение и содержание кислорода в артериальной крови, снижение этих показателей в смешанной венозной крови и соответственно высокая артериовенозная разница по кислороду. Исключением могут стать случаи распространенного прекапиллярного шунтирования, когда значительная часть крови переходит из артериальной системы в венозную, минуя обменные микрососуды, в результате чего в венозной крови остается больше кислорода, и степень венозной гипоксемии не отражает реальную тяжесть гипоксии лишенных капиллярного кровотока органов и тканей.

Следовательно, для оценки генерализованной циркуляторной гипоксии такой интегральный показатель, как Р аО2 (при условии нормальных значений P аО2 , S аО2 и V аО2), должен использоваться с учетом возможных искажений его значения для реально существующей в организме ситуации.

Кровяной (гемический) тип гипоксии.

Данное состояние возникает в результате уменьшения эффективной кислородной емкости крови вследствие недостаточного содержания гемоглобина при анемиях (Гемический тип гипоксии иногда называют «анемическим», что неправильно. Анемическая гипоксия является лишь одной из многочисленных форм гемической гипоксии.), гидремии и при нарушении способности гемоглобина связывать, транспортировать и отдавать тканям кислород.

Выраженные анемии могут быть обусловлены подавлением костномозгового кроветворения в результате его истощения, повреждения токсическими факторами, ионизирующей радиацией, лейкозным процессом и метастазами опухолей, а также при дефиците компонентов, необходимых для нормального эритролоэза и синтеза гемоглобина (железа, витаминов, эритропоэтина и др.), и при усиленном гемолизе эритроцитов.

Кислородная емкость крови понижается при гемодилюции различного происхождения, например во второй стадии постгеморрагического периода, при вливании значительных объемов физиологического раствора, различных кровезаменителей.

Нарушения кислородтранспортных свойств крови могут развиваться при качественных изменениях гемоглобина.

Наиболее часто такая форма гемической гипоксии наблюдается при отравлении оксидом углерода (угарным газом), приводящем к образованию карбоксигемоглобина (НЬСО - комплекс ярко-красного цвета); метгемоглобинообразователями, при некоторых врожденных аномалиях гемоглобина, а также при нарушениях физико-химических свойств внутренней среды организма, влияющих на процессы его оксигенации в капиллярах легких и дезоксигенации в тканях.

Оксид углерода обладает чрезвычайно высоким сродством к гемоглобину, почти в 300 раз превосходя сродство к нему кислорода и образуя лишенный способности транспортировать и отдавать кислород карбоксигемоглобин,

Интоксикация оксидом углерода возможна в различных производственных условиях: металлургических цехах, на коксохимических, кирпичных и цементных заводах, различных химических производствах, а также в гаражах, на городских магистралях с интенсивным автотранспортным движением, особенно при значительном скоплении автотранспорта в безветренную погоду и т.п. Случаи отравления оксидом углерода нередки в жилых помещениях при неисправности газовых приборов или печного отопления, а также при пожарах. Даже при относительно небольших концентрациях оксида углерода в воздухе тяжелая гипоксия может наступить через несколько минут; при длительном вдыхании опасны даже минимальные концентрации оксида углерода. Так, при содержании примерно 0,005 % оксида углерода в воздухе до 30 % гемоглобина превращается в НbСО; при концентрации 0,01 % образуется около 70 % НbСО, что является смертельным. При устранении СО из вдыхаемого воздуха происходит медленная диссоциация НbСО и восстановление нормального гемоглобина.

Метгемоглобии - MtHb (окрашенный в темно-коричневый цвет) - отличается от нормального Нb тем, что железо гема в нем находится не в виде Fe 2+ , а окислено до Fe 3+ Таким образом, MtHb представляет собой «истинно» окисленную форму Нb, причем к дополнительной валентности железа в качестве лиганда обычно присоединяется ион гидроксила (ОН»). Вылолнять транспорт кислорода MtHb не способен. Небольшие «физиологические» количества метгемоглобина постоянно образуются в организме под воздействием активных форм кислорода; патологическая метгемоглобинемия возникает при воздействии большой группы веществ - так называемых метгемоглобинообразователей. К ним относятся нитраты и нитриты, оксиды азота, производные анилина, бензола, некоторые токсины инфекционного происхождения, лекарственные вещества (фенозепам, амидопирин, сульфаниламиды) и др. Значительные количества MtHb могут образоваться при накоплении в организме энлогенных пероксидов и других активных радикалов). При этом важно, что в каждом из четырех гемов молекулы гемоглобина атом железа окисляется практически независимо от других гемов той же молекулы. Возникающие в результате частично «искаженные» молекулы лишены нормального «гем-гем» взаимодействия, определяющего оптимальную способность гемоглобина связывать кислород в легких и отдавать его в тканях по закону S-образной кривой диссоциации оксигемоглобина. В связи с этим превращение, например, 40% НЬ в MtHb приводит к ухудшению снабжения организма кислородом в гораздо большей степени, чем, например, дефицит 40% гемоглобина при анемиях, гемодилюции и т.п.

Процесс образования MtHb носит обратимый характер, однако его восстановление в нормальный гемоглобин происходит относительно медленно в течение многих часов.

Кроме НbСО и MtHb при различных интоксикациях возможно образование и других соединений Нb, которые плохо переносят О 2: нитрокси-Нb , карбиламин-Hb и др.

Ухудшение транспортных свойств гемоглобина может быть обусловлено наследственными дефектами строения его молекулы. Такие патологические формы Нb могут обладать как пониженным, так и значительно повышенным сродством к O 2 , что сопровождается затруднением присоединения 0 2 в легких или его отдачи в тканях.

Неблагоприятное влияние на условия оксигенации и дезоксигенации НЬ могут оказывать некоторые сдвиги физико-химических свойств среды: pH, Р СОз, концентрации электролитов и др. Смещение кривой насыщения Нb может также возникать при гипероксии в результате повреждения системы гликолиза в эритроцитах и изменения содержания в них 2,3-дифосфоглицерата. Значительное ухудшение переноса и отдачи кровью 0 2 наступает также при изменениях физических свойств эритроцитов, их значительной агрегации и сладже.

Для гемической гипоксии характерно сочетание нормального напряжения кислорода в артериальной крови с пониженным его объемным содержанием. Напряжение и содержание О 2 в венозной крови понижены.

Тканевый (или первично-тканевый) тип гипоксии.

Развивается тканевый тип гипоксии вследствие нарушения способности клеток поглощать кислород (при нормальной его доставке в клетки) или в связи с уменьшением эффективности биологического окисления в результате разобщения окисления и фосфорилирования.

Утилизация О 2 тканями может затрудняться в результате действия различных ингибиторов ферментов биологического окисления, неблагоприятных изменений физико-химических условий их действия, нарушения синтеза ферментов и дезинтеграции биологических мембран клетки.

Ингибирование ферментов может происходить тремя основными путями:

1. специфическое связывание активных центров фермента, например, весьма активное связывание трехвалентного железа окисленной формы геминфермента ионом CN — при отравлении цианидами, подавление активных центров дыхательных ферментов ионом сульфида, некоторыми антибиотиками и др.;
2. связывание функциональных групп белковой части молекулы фермента (ионы тяжелых металлов, алкилирующие агенты);
3. конкурентное торможение путем блокады активного центра ферментов «псевдосубстрагами», например, ингибирование сукцинатдегидрогеназы малоновой и другими дикар-боновыми кислотами.

Отклонения физико-химических параметров внутренней среды организма : pH, температуры, концентрации электролитов, возникающие при разнообразных заболеваниях и патологических процессах, также могут существенно снижать активность ферментов биологического окисления.

Нарушение синтеза ферментов может возникать при дефиците специфических компонентов, необходимых для их образования: витаминов В 1 (тиамина), В 3 (РР, никотиновой кислоты) и других, а также при кахексии различного происхождения и других патологических состояниях, сопровождающихся грубыми нарушениями белкового обмена.

Дезинтеграция биологических мембран является одним из важнейших факторов, приводящих к нарушению утилизации О 2 . Такая дезинтеграция может быть обусловлена многочисленными патогенными воздействиями, вызывающими повреждения клетки: высокой и низкой температурой, экзогенными ядами и эндогенными продуктами нарушенного метаболизма, инфекционно-токсическими агентами, проникающей радиацией, свободными радикалами и др. Нередко повреждение мембран возникает как осложнение гипоксии респираторного, циркуляторного или гемического типа. Практически любое тяжелое состояние организма содержит элемент тканевой гипоксии такого рода.

Гипоксия разобщения представляет собой своеобразный вариант гипоксии тканевого типа, возникающий при резко выраженном уменьшении сопряженности окисления и фосфорилирования вдыхательной цепи. Потребление тканями 0 2 при этом обычно возрастает, однако значительное увеличение доли энергии, рассеиваемой в виде избыточно образующегося тепла приводит к энергетическому обесцениванию тканевого дыхания и его относительной недостаточности. Разобщающими свойствами обладают многие вещества экзо- и эндогенного происхождения: избыток ионов Н 4 и Са 24 , свободных жирных кислот, адреналина, тироксина и трийодтиронина, а также некоторые лекарственные вещества (дикумарин, грамицидин и др.). микробные токсины и другие агенты.

Инволюционная гипоксия , возникающая при старении организма, по своим механизмам также в значительной степени связана с процессами, приводящими к нарушению эффективной утилизации клетками кислорода. К таким процессам относятся: разрушение мембран митохондрий и разрыв цепи переноса электронов; увеличение внутриклеточного фонда свободных жирных кислот; перекрестное связывание макромолекул и их иммобилизация и ряд других процессов.

Газовый состав крови в типичных случаях тканевой гипоксии характеризуется нормальными параметрами клслорода в артериальной крови , значительным их повышением в венозной крови и соответственно уменьшением артериовенозной разницы по кислороду (при гипоксии разобщения могут складываться другие соотношения).

Перегрузочный тик гипоксии («гипоксия нагрузки»).

Такой тип гипоксии возникает при чрезмерно напряженной деятельности какого-либо органа или ткани, когда функциональные резервы систем транспорта и утилизации кислорода и субстратов даже без наличия в них патологических изменений оказываются недостаточными для обеспечения резко увеличенной потребности. Практическое значение эта форма гипоксии имеет в основном применительно к тяжелым нагрузкам на мышечные органы — скелетную мускулатуру и миокард.

При чрезмерной нагрузке на сердце возникают относительная коронарная недостаточность, циркуляторная гипоксия сердца и вторичная общая циркуляторная гипоксия. При чрезмерной мышечной работе наряду с гипоксией самой скелетной мускулатуры возникают конкурентные отношения в распределении кровотока, приводящие к ишемии других тканей и развитою распространенной циркуляторной гипоксии. Для гипоксии нагрузки характерны значительная кислородная «задолженность», венозная гипоксемия и гиперкапния.

Субстратный тип гипоксии.

В абсолютном большинстве случаев гипоксия связана с недостаточным транспортом или нарушением утилизации О 2 . В нормальных условиях запас субстратов биологического окисления в организме достаточно велик и немного превосходит резервы О 2 . Однако в некоторых случаях при нормальной доставке О 2 , нормальном состоянии мембран и ферментных систем возникает первичный дефицит субстратов, приводящий к нарушению работы всех взаимосвязанных звеньев биологического окисления. Почти в большинстве случаев такая гипоксия связана с дефицитом в клетках глюкозы. Так. прекращение поступления глюкозы в головной мозг уже через 5 - 8 мин (т.е. примерно через такой же срок, как после прекращения доставки О 2) ведет к гибели наиболее чувствительных нервных клеток. Углеводное голодание инсулинзависимых тканей возникает при некоторых формах сахарного диабета и других расстройствах углеводного обмена. Подобная форма гипоксии может развиться и при дефиците некоторых других субстратов (например, жирных кислот в миокарде, при общем тяжелом голодании и др.). Потребление кислорода при данной форме гипоксии в результате недостатка субстратов окисления также обычно снижено.

Смешанный тип гипоксии.

Этот тип гипоксии наблюдается наиболее часто и представляет собой сочетание двух и более основных ее типов.

В некоторых случаях гипоксический фактор сам по себе отрицательно влияет на несколько звеньев транспорта и утилизации О 2 (например, барбитураты подавляют окислительные процессы в клетках и одновременно угнетают дыхательный центр, вызывая легочную гиповентиляцию; нитриты наряду с образованием метгемоглоби-на могут выступать в качестве разобщающих агентов и т.п.). Аналогичные состояния возникают при одновременном действии на организм нескольких различных по точкам приложения гипоксических факторов.

Еще один часто встречающийся механизм смешанных форм гипоксии связан с тем, что первично возникающая гипоксия любого типа, достигнув определенной степени, вызывает нарушения других органов и систем, участвующих в обеспечении биологического окисления.

Во всех подобных случаях возникают гипоксические состояния смешанного типа: кровяного и тканевого, тканевого и дыхательного и т.д. Примерами могут служить травматический и другие виды шока, коматозные состояния различного происхождения и др.

Характеристика гипоксических состояний по различным критериям

По критерию распространенности принято различать местную и общую гипоксии.

Местная гипоксия чаще всего связана с локальными нарушениями кровоснабжения в виде ишемии, венозной гиперемии и локального стаза, т.е. относится к циркуляторному типу. В некоторых случаях может возникать местное нарушение утилизации кислорода и субстратов в результате локального повреждения клеточных мембран и подавления активности ферментов, вызванного каким-либо патологическим процессом (например воспалением). Другие участки аналогичной ткани гипоксию при этом не испытывают. Однако в таком случае обычно в области повреждения в той или иной степени страдает также сосудистая система и, следовательно, наблюдается смешанная форма гипоксии: тканевая и циркуляторная.

Общая гипоксия является более сложным понятием. Из названия вытекает, что данная форма гипоксии не имеет точных геометрических границ и носит распространенный характер.

Однако известно, что устойчивость различных органов и тканей к гипоксии неодинакова и достаточно сильно колеблется. Некоторые ткани (например, кости, хрящи, сухожилия) относительно малочувствительны к гипоксии и могут сохранять нормальную структуру и жизнеспособность в течение многих часов при полном прекращении снабжения кислородом; поперечнополосатые мышцы выдерживают аналогичную ситуацию около 2 ч; сердечная мышца 20 - 30 мин; почки, печень примерно столько же. Наиболее чувствительна к гипоксии нервная система. Различные ее отделы также отличаются неодинаковой чувствительностью к гипоксии, которая убывает в ряду: кора больших полушарий, мозжечок, зрительный бугор, гиппокамп, продолговатый мозг, спинной мозг, ганглии вегетативной нервной системы. При полном прекращении снабжения кислородом признаки повреждения в коре мозга обнаруживаются через 2,5-3 мин, в продолговатом мозге через 10-15 мин, в ганглиях симпатической нервной системы и нейронах кишечных сплетений более чем через 1 ч. При этом чем выше функциональная активность нервных структур, тем они более чувствительны к гипоксии. Так, отделы головного мозга, находящиеся в возбужденном состоянии, страдают в большей степени, чем неактивные.

Таким образом, строго говоря, при жизни организма действительно обшей гипоксии быть не может. В абсолютном большинстве случаев при любой ее тяжести различные органы и ткани находятся в разном состоянии, и некоторые из них гипоксии не испытывают. Однако учитывая исключительную важность мозга для жизнедеятельности организма, его весьма высокую потребность в кислороде (до 20% всего потребления О 2) и особенно выраженную ранимость при гипоксии, общее кислородное голодание организма часто отождествляют именно с гипоксией головного мозга.

По скорости развития, продолжительности и степени тяжести гипоксии точных объективных критериев для ее разграничения пока не существует. Однако в повседневной клинической практике обычно различают следующие ее виды: молниеносная гипоксия , развивающаяся до тяжелой или даже смертельной степени за секунды или немногие десятки секунд; острая гипоксия - в течение нескольких минут или десятков минут; подострая гипоксия - в течение нескольких часов или десятков часов; хроническая гипоксия развивается и продолжается неделями, месяцами и годами.

По тяжести градацию гипоксических состояний проводят по отдельным клиническим или лабораторным признакам, характеризующим нарушения той или иной физиологической системы или сдвиги параметров внутренней среды.

Защитно-приспособительные реакции при гипоксии

Экстренная адаптация.

Приспособительные реакции, направленные на предупреждение или устранение гипоксии и сохранение гомеостаза, возникают немедленно после начала воздействия этиологического фактора или вскоре после него. Эти реакции осуществляются на всех уровнях организма - от молекулярного до поведенческого и тесно связаны друг с другом.

Под влиянием гипоксического фактора у человека формируются специфические поведенческие акты различной сложности, направленные на выход из гипоксического состояния (например, выход из замкнутого пространства с малым содержанием кислорода, использование кислородных приборов, лекарств, ограничение физической активности, обращение за помощью и т. п.). В более простой форме подобные реакции наблюдаются и у животных.

Первостепенное значение в непосредственной экстренной адаптации организма к гипоксии имеет активация систем транспорта кислорода.

Система внешнего дыхания реагирует увеличением альвеолярной вентиляции за счет углубления и учащения дыхательных экскурсий и мобилизации резервных альвеол с одновременным адекватным увеличением легочного кровотока. В результате минутный объем вентиляции и перфузии может увеличиваться в 10-15 раз по сравнению со спокойным нормальным состоянием.

Реакции гемодинамической системы выражаются тахикардией, увеличением ударного и минутного объемов сердца, увеличением массы циркулирующей крови за счет опорожнения кровяных депо, а также перераспределением кровотока, направленным на преимущественное кровоснабжение мозга, сердца и усиленно работающих дыхательных мышц. Существенное значение имеют и регионарные сосудистые реакции, возникающие в результате непосредственного сосудорасширяющего действия продуктов распада АТФ (АДФ, АМФ, аденозина), которые закономерно накапливаются в испытывающих гипоксию тканях.

Приспособительные реакции системы крови прежде всего определяются свойствами гемоглобина, находящими выражение в S-образной кривой взаимоперехода его окси- и дезоксиформ в зависимости от Р O2 в плазме крови и тканевой среде, pH, Р CO2 и некоторых других физико-химических факторов. Это обеспечивает достаточное насыщение крови кислородом в легких даже при значительном его дефиците и более полное отщепление кислорода в испытывающих гипоксию тканях. Резервы кислорода в крови достаточно велики (в норме в венозной крови содержится до 60% оксигемоглобина), и кровь, проходя по капиллярам тканей, может отдать дополнительно значительные количества кислорода при умеренном уменьшении его фракции, растворенной в тканевой жидкости. Существенное значение может иметь также повышение кислородной емкости крови за счет усиленного вымывания эритроцитов из костного мозга.

Приспособительные механизмы на уровне систем утилизации кислорода проявляются в ограничении функциональной активности органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении биологического окисления, и тем самым повышается их устойчивость к гипоксии, а также увеличивается сопряженность окисления и фосфорилирования, усиливается анаэробный синтез АТФ за счет активации гликолиза.

Важное значение для метаболического обеспечения приспособительных реакций имеет возникающая при гипоксии общая неспецифическая реакция напряжения - «стресс». Активизация симпатико-адреналовой системы и коры надпочечников способствует мобилизации энергетических субстратов - глюкозы, жирных кислот, стабилизации мембран лизосом и других биомембран, активации некоторых ферментов дыхательной цепи и другим метаболическим эффектам приспособительного характера. Следует, однако, иметь в виду двойственность некоторых компонентов стресс-реакции. В частности, значительный избыток катехоламинов может увеличить потребность тканей в кислороде, усилить перекисное окисление липидов, вызвать дополнительное повреждение биомембран и т.д. В связи с этим приспособительная стресс-реакция при гипоксии может фактически иметь прямо противоположный результат (как это вообще нередко имеет место в патологии).

Долговременная адаптация.

Повторяющаяся гипоксия умеренной интенсивности способствует формированию состояния долговременной адаптации организма к гипоксии, в основе которой лежит повышение возможностей и оптимизация функций систем транспорта и утилизации кислорода.

Состояние долговременной адаптации к гипоксии характеризуется рядом метаболических, морфологических и функциональных особенностей.

Обмен веществ.

В адаптированном организме снижены основной обмен и потребность организма в кислороде за счет более экономного и эффективного его использования в тканях. Это может быть обусловлено увеличением числа митохондрий и их крист, повышением активности некоторых ферментов биологического окисления, возрастанием мощности и мобилизуем ости анаэробного синтеза АТФ. Повышенная активность — зависимой и Са 2+ -зависимой АТФазы способствует более полной утилизации АТФ. В органах, участвующих в адаптивных реакциях, происходит избирательная активизация синтеза нуклеиновых кислот и белков.

Дыхательная система.

Увеличивается емкость грудной клетки и мощность дыхательной мускулатуры, в легких возрастает число альвеол и общая дыхательная поверхность, увеличивается также число капилляров, возрастает диффузионная способность альвеолокапиллярных мембран. Более совершенной становится корреляция между легочной вентиляцией и перфузией.

Сердечно-сосудистая система.

Обычно развивается умеренная гипертрофия миокарда, сопровождающаяся увеличением числа функционирующих капилляров на единицу массы миокарда, В кардиомиоцитах увеличивается количество митохондрий и содержание белков, обеспечивающих транспорт субстратов; возрастает содержание миоглобина.

Система крови.

В адаптированном организме происходит стойкое усиление эритропоэза: содержание эритроцитов в периферической крови может возрастать до 6 -7 млн в 1 мкл, а содержание гемоглобина до 170-180 г/л и более. Соответственно увеличивается и кислородная емкость крови. Стимуляция эритропоэза и синтеза гемоглобина обусловлена усиленной выработкой в почках эритропоэтина под влиянием гипоксического сигнала, а на более поздних стадиях, возможно. и возрастанием чувствительности костномозгового кроветворения к действию эритропоэтина.

Нервная и эндокринная системы.

У адаптированных к гипоксии животных и человека наблюдается повышенная устойчивость нейронов высших отделов мозга и их связей к дефициту кислорода и энергии, а также гипертрофия ганглионарных нейронов вегетативной нервной системы и увеличение плотности их окончаний в сердце и некоторых других органах, более мощная и устойчивая к гипоксии система синтеза медиаторов. В научной литературе имеются данные об увеличении числа рецепторов на клеточных мембранах и соответственно повышении чувствительности к медиаторам. В результате указанных приспособительных механизмов обеспечивается лучшая и более экономная регуляция органов и ее устойчивость даже при тяжелой гипоксии.

Аналогичная по характеру перестройка происходит в эндокринной регуляции, в частности в гипофизарно-надпочечниковой системе.

Нарушения в организме при гипоксии

Характер, последовательность и выраженность метаболических, функциональных и структурных нарушений при гипоксии зависят от ее типа, этиологического фактора, скорости развития, степени, продолжительности, свойств организма. Вместе с тем гипоксии свойственна определенная совокупность наиболее существенных признаков, закономерно возникающих при самых различных ее вариантах. Далее будут рассмотрены наиболее общие типичные для гипоксии нарушения.

Нарушения метаболизма.

Наиболее ранние изменения возникают в сфере энергетического и тесно связанного с ним углеводного обмена. Они выражаются в уменьшении содержания в клетках АТФ при одновременном увеличении концентрации продуктов его распада - АДФ, АМФ, Ф н.

В некоторых тканях (особенно в головном мозге) еще более ранним признаком гипоксии является уменьшение содержания креатинфосфата. Так, после полного прекращения кровоснабжения мозговая ткань уже через несколько секунд теряет около 70 % креатинфосфата, а через 40-45 с он практически полностью исчезает; несколько медленнее, но также в очень короткие сроки снижается содержание АТФ. Возникающая вследствие указанных сдвигов активизация гликолиза приводит к падению содержания гликогена и увеличению концентрации пирувата и лактата. Последнему процессу способствует также замедленное включение пирувата и лактата в дальнейшие превращения в дыхательной цепи и затруднение ресинтеза гликогена, идущего с потреблением АТФ. Избыток молочной и пировиноградной кислот приводит к метаболическому ацидозу.

Замедляется биосинтез нуклеиновых кислот и белков наряду с усилением их распада, возникает отрицательный азотистый баланс, в тканях возрастает содержание аммиака.

При гипоксии угнетается ресинтез жиров и усиливается их распад, в результате развивается гиперкетонемия, способствующая усугублению ацидоза; с мочой выделяются ацетон, ацетоуксусная и β-оксимасляная кислоты.

Нарушается обмен электролитов и в первую очередь процессы активного перемещения и распределения ионов на биологических мембранах; возрастает, в частности, количество внеклеточного калия. Нарушаются процессы синтеза и ферментативного разрушения нейромедиаторов, их взаимодействие с рецепторами и ряд других энергозависимых метаболических процессов.

Возникают также вторичные нарушения обмена веществ, связанные с ацидозом, электролитными, гормональными и другими сдвигами, свойственными гипоксии. При дальнейшем ее углублении угнетается и гликолиз, усиливаются процессы деструкции и распада макромолекул, биологических мембран, клеточных органелл и клеток. Большое значение в повреждении мембран и повышении их пассивной проницаемости имеет свободнорадикальное окисление липидных компонентов, по-видимому, возникающее при гипоксии любого происхождения. Количество свободных радикалов при этом может возрастать примерно на 50%.

В основе усиления свободнорадикальных процессов при гипоксии лежит ряд механизмов: увеличение содержания субстрата перекисного окист ления липидов - неэтерифицированных жирных кислот, накопление в результате стрессорной реакции катехоламинов, обладающих прооксидантным действием, нарушение утилизации кислорода в процессе ферментативного окисления и др. Важное значение имеет одновременное снижение активности некоторых естественных антиоксидантов, в частности супероксиддисмутазы и глютатионпероксидазы.

Большинство метаболических и структурных нарушений до определенного предела носит обратимый характер. Однако при переходе за точку обратимости после прекращения действия гипоксического фактора происходит не обратное развитие, а прогрессирование тесно связанных друг с другом метаболических и мембранно-клеточных нарушений, вплоть до некроза клеток и их аутолиза.

Нарушения нервной системы.

Раньше всего страдает высшая нервная деятельность. Субъективно уже на ранних стадиях гипоксии возникают ощущения дискомфорта, вялость, тяжесть в голове, шум в ушах, головная боль. В некоторых случаях субъективные ощущения начинаются эйфорией, напоминающей алкогольное опьянение и сопровождающейся снижением способности адекватно оценивать окружающую обстановку и потерей самокритики. Возникают затруднения в осуществлении сложных логических операций, в принятии правильных решений. В дальнейшем прогрессивно нарушается способность выполнять все более простые задания вплоть до самых элементарных. По мере дальнейшего углубления гипоксии обычно нарастают тягостные ощущения, притупляется болевая чувствительность, возникают нарушения вегетативных функций.

Ранним признаком гипоксии является расстройство двигательных актов, требующих точной координации, в частности изменения почерка. В связи с этим так называемая писчая проба нередко используется при исследовании гипоксических состояний, например, в авиационной медицине. В заключительной стадии гипоксии сознание утрачено, возникает полная адинамия, которой нередко предшествуют судороги, развиваются грубые расстройства бульбарных функций и наступает смерть от прекращения сердечной деятельности и дыхания.

Современная реаниматология позволяет восстановить жизнедеятельность организма после 5 - 6 мин и более клинической смерти; однако высшие функции мозга могут при этом необратимо нарушаться, что определяет в таких случаях социальную неполноценность личности и накладывает определенные деонтологические ограничения на целесообразность реанимационных мероприятий.

Нарушения дыхания.

В типичных случаях острой нарастающей гипоксии наблюдаются несколько последовательных стадий изменения внешнего дыхания:

1. стадия активации , выражающаяся в увеличении глубины и частоты дыхательных движений;
2. диспноэтическая стадия , проявляющаяся нарушениями ритма и неравномерностью амплитуд дыхательных экскурсий; нередко в этой стадии наблюдаются так называемые патологические типы дыхания;
3. терминальная пауза в виде временной остановки дыхания;
4. терминальное (агональное) дыхание;
5. полное прекращение дыхания.

Нарушения сердечно-сосудистой системы вначале обычно выражаются в тахикардии, нарастающей параллельно с ослаблением сократительной деятельности сердца и уменьшением ударного объема вплоть до так называемого нитевидного пульса. В других случаях тахикардия сменяется резкой брадикардией («вагус-пульс»), сопровождающейся побледнением лица, похолоданием конечностей, холодным потом и обморочным состоянием. Часто наблюдаются изменения ЭКГ и развиваются расстройства сердечного ритма вплоть до фибрилляции предсердий и желудочков. Артериальное давление вначале имеет тенденцию к повышению, а затем прогрессивно снижается в результате падения сердечного выброса и тонуса сосудистых стенок, вплоть до развития коллапса.

Большое значение имеют также расстройства микроциркуляции, связанные с гипоксической альтерацией мельчайших сосудов, изменениями периваскулярных пространств и ухудшением реологических свойств крови.

Функция почек претерпевает при гипоксии сложные и неоднозначные изменения - от полиурии до полного прекращения образования мочи. Изменяется и качественный состав мочи. Эти изменения связаны с нарушением общей и локальной гемодинамики, гормональными влияниями на почки, сдвигами кислотно-основного и электролитного баланса и другими метаболическими расстройствами. При значительной гипоксической альтерации почек развивается недостаточность их функции вплоть до уремии.

Нарушения в системе пищеварения характеризуются потерей аппетита, ослаблением секреторной функции всех пищеварительных желез и моторной функции пищеварительного тракта.

Приведенные выше расстройства физиологических функций характерны в основном для остро- и подостро-развивающихся форм гипоксии. При так называемой молниеносной гипоксии, наступающей, например, при вдыхании различных газов (азот, метан, гелий), при полном отсутствии кислорода, вдыхании высоких концентраций синильной кислоты, фибрилляции или остановке сердца, большая часть описанных изменений отсутствует, очень быстро происходит потеря сознания и прекращение жизненно важных функций организма.

Гипоксия может оказывать влияние на состояние иммунной системы. Умеренная по выраженности и длительности гипоксия практически не изменяет процесса иммуногенеза или несколько активизирует его.

Так, устойчивость к инфекции при невысоких степенях разрежения воздуха может даже возрастать.

Острая и тяжелая гипоксия подавляет иммунную реактивность организма. При этом снижается содержание иммуноглобулинов, тормозится выработка антител и способность лимфоцитов трансформироваться в бластные формы, ослабляется функциональная активность Т-лимфоцитов, фагоцитарная активность нейтрофилов и макрофагов. Снижается также ряд показателей неспецифической резистентности: лизоцима, комплемента, β-лизинов. В итоге резистентность ко многим инфекционным агентам ослабевает.

Снижение иммунитета к чужеродным антигенам в условиях гипоксии может сопровождаться активизацией образования аутоантител в отношении различных органов и тканей, подвергшихся гипоксической альтерации. Возможно также нарушение барьеров, обеспечивающих в норме естественную иммунную толерантность с последующим поражением соответствующих органов и тканей (семенников, щитовидной железы и др.).

Некоторые принципы профилактики и терапии гипоксических состояний

Профилактика и лечение гипоксии зависят от вызвавшей ее причины и должны быть направлены на ее устранение или ослабление. В качестве общих мер применяют вспомогательное или искусственное дыхание, кислород под нормальным или повышенным давлением, электроимпульсную терапию нарушений сердечной деятельности, переливание крови, фармакологические средства. В последнее время получают распространение так называемые антиоксиданты - средства, направленные на подавление свободно-радикального окисления мембранных липидов, играющего существенную роль в гипоксическом повреждении тканей, и антигипоксанты, оказывающие непосредственное благоприятное действие на процессы биологического окисления.

Устойчивость к гипоксии может быть повышена специальными тренировками для работы в условиях высокогорья, в замкнутых помещениях и других специальных условиях.

В настоящее время получены данные о перспективности использования для профилактики и терапии различных заболеваний, содержащих гипоксический компонент, тренировку дозированной гипоксией по определенным схемам и выработку долговременной адаптации к ней.

Контрольные вопросы

1. Что такое гипоксия?
2. Как классифицируют гипоксии по причине и механизму развития, скорости развития, распространенности?
3. Назовите причины развития экзогенных гипоксии.
4. Каковы причины развития гемической гипоксии?
5. Перечислите причины дыхательной гипоксии.
6. Какие причины вызывают циркуляторную гипоксию?
7. Назовите причины цитотоксической гипоксии.
8. Какие срочные механизмы компенсации гипоксии вам известны?
9. Какие долговременные механизмы компенсации гипоксии вы знаете?