Кислородное голодание тканей (гипоксия) - состояние, возникающее в организме человека или животных в результате нарушения как доставки кислорода к тканям, так и использования его в них.
Недостаточная доставка кислорода к тканям может быть обусловлена заболеваниями органов дыхания, кровообращения, системы крови или понижением парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. Нарушение использования кислорода в тканях зависит обычно от недостаточности дыхательных ферментов или замедления диффузии кислорода через клеточные мембраны.
Классификация типов гипоксий
В зависимости от причин, вызывающих гипоксию, принято различать два типа кислородной недостаточности:
- 1) в результате понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе и
- 2) при патологических процессах в организме.
Кислородная недостаточность при патологических процессах в свою очередь делится на следующие типы:
- 1) дыхательный (легочный);
- 2) сердечно-сосудистый (циркуляторный);
- 3) кровяной,
- 4) тканевый;
- 5) смешанный.
Дыхательный тип кислородной недостаточности возникает при заболеваниях легких (трахеи, бронхов, плевры) и нарушениях функции дыхательного центра (при некоторых отравлениях, инфекционных процессах, гипоксии продолговатого мозга и др.).
Сердечно-сосудистый тип гипоксии возникает при заболеваниях сердца и кровеносных сосудов и обусловлен в основном уменьшением минутного объема сердца и замедлением кровотока. При сосудистой недостаточности (шок, коллапс) причиной недостаточной доставки кислорода к тканям является уменьшение массы циркулирующей крови.
Кровяной тип гипоксии возникает после острых и хронических кровотечений, при пернициозной анемии, хлорозе, отравлении окисью углерода, т. е. или при уменьшении количества гемоглобина, или при инактивации его (образование карбоксигемоглобина, метгемоглобина).
Тканевый тип гипоксии возникает при отравлениях некоторыми ядами, например соединениями синильной кислоты, когда нарушаются окислительно-восстановительные процессы во всех клетках. Авитаминозы, некоторые виды гормональной недостаточности также могут приводить к подобным состояниям.
Смешанный тип гипоксии характеризуется одновременным нарушением функций двух или трех систем органов, обеспечивающих снабжение тканей кислородом. Например, при травматическом шоке одновременно с уменьшением массы циркулирующей крови (сердечно-сосудистый тип гипоксии) дыхание становится частым и поверхностным (дыхательный тип гипоксии), вследствие чего нарушается газообмен в альвеолах Если при шоке наряду с травмой имеется кровопотеря, возникает кровяной тип гипоксии.
При интоксикациях и отравлениях БОВ возможно одновременное возникновение легочной, сердечно-сосудистой и тканевой форм гипоксии. Нарушения легочного кровообращения при заболеваниях левого сердца могут привести как к уменьшению поглощения кислорода в легких, так и к нарушению транспорта кислорода кровью и отдачи его тканям.
Гипоксия от понижения парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе возникает главным образом при подъеме на высоту, где атмосфера разрежена и парциальное давление кислорода во вдыхаемом воздухе снижено, или в специальных барокамерах с регулируемым давлением.
Кислородная недостаточность может быть острой и хронической.
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.
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. Способность к выполнению физической работы понижена. Наблюдаются расстройства дыхания и кровообращения, головные боли, раздражительность. Могут возникнуть патологические (дегенеративные) изменения в тканях как результат длительного кислородного голодания, что также усугубляет течение хронической гипоксии.
Компенсаторные механизмы при гипоксии
Приспособительные явления при гипоксии осуществляются благодаря рефлекторному усилению дыхания, кровообращения, а также путем увеличения транспорта кислорода и изменений тканевого дыхания.
Дыхательные компенсаторные механизмы :
- а) увеличение легочной вентиляции (возникает рефлекторно за счет возбуждения хеморецепторов кровеносных сосудов недостатком кислорода);
- б) увеличение дыхательной поверхности легких, происходит за счет вентиляции дополнительных альвеол при углублении и учащении дыхательных движений (одышка).
Гемодинамические компенсаторные механизмы . Возникают также рефлекторно с хеморецепторов сосудов. К ним относятся:
- а) повышение минутного объема сердца вследствие увеличения ударного объема и тахикардии;
- б) повышение тонуса кровеносных сосудов и ускорение тока крови, что приводит к некоторому уменьшению артерио-венозной разницы по кислороду, т. е. количество его, отдаваемое тканям в капиллярах, уменьшается; однако увеличение минутного объема сердца вполне компенсирует неблагоприятные условия отдачи кислорода тканям;
- в) перераспределение крови в кровеносных сосудах при начинающейся гипоксии способствует усилению кровоснабжения головного мозга и других жизненно важных органов за счет уменьшения снабжения кровью поперечнополосатых мышц, кожи и других органов.
Гематогенные компенсаторные механизмы :
- а) эритроцитоз - увеличение содержания эритроцитов в периферической крови за счет мобилизации их из депо (относительный эритроцитоз в начальных фазах развития гипоксии) или усиления гемопоэза (абсолютный эритроцитоз) при хронической гипоксии;
- б) способность гемоглобина связывать почти нормальное количество кислорода даже при значительном уменьшении его напряжения в крови. Действительно, при парциальном давлении кислорода в 100 мм рт. сг. оксигемоглобин в артериальной крови составляет 95-97%, при давлении 80 мм рт. ст. гемоглобин артериальной крови насыщен на 90% и при давлении 50 мм почти на 80%. Лишь дальнейшее уменьшение напряжения кислорода сопровождается резким снижением насыщения им гемоглобина крови;
- в) увеличение диссоциации оксигемоглобина на кислород и гемоглобин при кислородном голодании возникает в связи с поступлением в кровь кислых продуктов обмена и увеличением содержания углекислого газа.
Тканевые компенсаторные механизмы :
- а) ткани более активно поглощают кислород из притекающей к ним крови;
- б) в тканях происходит перестройка обмена веществ, выражением чего является преобладание анаэробного распада.
При кислородном голодании сначала приходят в действие наиболее динамичные и эффективные приспособительные механизмы: дыхательные, гемодинамические и относительный эритроцитоз, возникающие рефлекторно. Несколько позднее усиливается функция костного мозга, благодаря чему происходит истинное увеличение числа эритроцитов.
Нарушения функций в организме при гипоксии
Гипоксия вызывает типичные нарушения функций и структуры разнообразных органов. Ткани, малочувствительные к гипоксии, могут сохранять продолжительное время жизнедеятельность даже при резком уменьшении снабжения кислородом, например кости, хрящи, соединительная ткань, поперечнополосатые мышцы.
Нервная система . Наиболее чувствительна к гипоксии центральная нервная система, но не все отделы ее одинаково поражаются при кислородном голодании. Более чувствительны филогенетические молодые образования (кора головного мозга), значительно менее чувствительны более древние образования (стволовой отдел мозга, продолговатый и спинной мозг). При полном прекращении снабжения кислородом в коре головного мозга и в мозжечке за 2,5-3 минуты возникают фокусы некроза, а в продолговатом мозге даже через 10-15 минут погибают лишь единичные клетки. Показателями кислородной недостаточности головного мозга являются вначале возбуждение (эйфория), затем торможение, сонливость, головная боль, нарушение координации и двигательной функции (атаксия).
Дыхание . При резкой степени кислородной недостаточности нарушается дыхание - оно становится частым, поверхностным, с явлениями гиповентиляции. Может возникать периодическое дыхание типа Чейн-Стокса.
Кровообращение . Острая гипоксия вызывает увеличение частоты сердечных сокращений (тахикардия), систолическое давление либо сохраняется, либо постепенно понижается, а пульсовое давление не изменяется или повышается. Увеличивается также минутный объем крови.
Коронарный кровоток при снижении количеству кислорода до 8-9% значительно возрастает, что происходит, по-видимому, в результате расширения коронарных сосудов и усиления венозного оттока вследствие повышения интенсивности сердечных сокращений.
Обмен веществ . Основной обмен вначале повышается, а затем при выраженной гипоксемии понижается. Уменьшается и дыхательный коэффициент. Наблюдается увеличение остаточного и, в частности, аминного азота крови в результате расстройства дезаминирования аминокислот. Нарушается также окисление жиров и выделение с мочой промежуточных продуктов жирового обмена (ацетон, ацетоуксусная кислота и бета-оксимасляная кислота). Содержание гликогена в печени уменьшается, гликогенолиз усиливается, но ресинтез гликогена понижается, в результате повышение содержания молочной кислоты в тканях и крови приводит к ацидозу.
ТЕРМИНОЛОГИЯ
Гипоксия - типовой патологический процесс, развивающийся в результате недостаточности биологического окисления. Приводит к нарушению энергетического обеспечения функций и пластических процессов в организме.
Гипоксия нередко сочетается с гипоксемией.
В эксперименте создают условия аноксии для отдельных органов, тканей, клеток или субклеточных структур, а также аноксемии в пределах небольших участков кровеносного русла (например, изолированного органа).
♦ Аноксия - прекращение процессов биологического окисления, как правило, при отсутствии кислорода в тканях.
♦ Аноксемия - отсутствие кислорода в крови.
В целостном живом организме формирование этих состояний невозможно.
КЛАССИФИКАЦИЯ
Гипоксии классифицируют с учётом этиологии, выраженности расстройств, скорости развития и длительности.
По этиологии выделяют две группы гипоксических состояний:
♦ экзогенные гипоксии (нормо- и гипобарическая);
♦ эндогенные гипоксии (тканевая, дыхательная, субстратная, сердечно-сосудистая, перегрузочная, кровяная).
По критерию выраженности расстройств жизнедеятельности различают лёгкую, среднюю (умеренную), тяжёлую и критическую (летальную) гипоксии.
По скорости возникновения и длительности выделяют несколько разновидностей гипоксии:
♦ Молниеносную (острейшую) гипоксию. Развивается в течение нескольких секунд (например, при разгерметизации летательных
аппаратов на высоте более 9 000 м или в результате быстрой массивной потери крови).
♦ Острую гипоксию. Развивается в течение первого часа после воздействия причины гипоксии (например, в результате острой кровопотери или острой дыхательной недостаточности).
♦ Подострую гипоксию. Формируется в течение одних суток (например, при попадании в организм нитратов, окислов азота, бензола).
♦ Хроническую гипоксию. Развивается и длится более чем несколько суток (недели, месяцы, годы), например, при хронической анемии, сердечной или дыхательной недостаточности.
ЭТИОЛОГИЯ И ПАТОГЕНЕЗ ГИПОКСИИ Экзогенный тип гипоксии
Этиология
Причина экзогенных гипоксий - недостаточное поступление кислорода с вдыхаемым воздухом.
Нормобарическая экзогенная гипоксия. Вызвана ограничением поступления в организм кислорода с воздухом в условиях нормального барометрического давления при:
♦ Нахождении людей в небольшом и недостаточно вентилируемом пространстве (например, в шахте, колодце, лифте).
♦ При нарушениях регенерации воздуха или подачи кислородной смеси для дыхания в летательных и глубинных аппаратах, автономных костюмах (космонавтов, лётчиков, водолазов, спасателей, пожарников).
♦ При несоблюдении методики ИВЛ.
Гипобарическая экзогенная гипоксия. Вызвана снижением барометрического давления при подъёме на высоту (более 3000-3500 м, где pO 2 воздуха ниже 100 мм рт.ст.) или в барокамере. В этих условиях возможно развитие либо горной, либо высотной, либо декомпрессионной болезни.
♦ Горная болезнь возникает при подъёме в горы, где организм подвергается постепенному уменьшению барометрического давления и pO 2 во вдыхаемом воздухе, а также охлаждению и повышенной инсоляции.
♦ Высотная болезнь развивается у людей, поднятых на большую высоту в открытых летательных аппаратах, а также при снижении давления в барокамере. В этих случаях на организм действует относительно быстрое снижение барометрического давления и pO 2 во вдыхаемом воздухе.
♦ Декомпрессионная болезнь наблюдается при резком снижении барометрического давления (например, в результате разгерметизации летательных аппаратов на высоте более 9 000 м).
Патогенез экзогенных гипоксий
К основным звеньям патогенеза экзогенной гипоксии (независимо от её причины) относятся: артериальная гипоксемия, гипокапния, газовый алкалоз и артериальная гипотензия.
♦ Артериальная гипоксемия - инициальное и главное звено экзогенной гипоксии. Гипоксемия ведёт к уменьшению поступления кислорода к тканям, что снижает интенсивность биологического окисления.
♦ Снижение напряжения в крови углекислого газа (гипокапния) возникает в результате компенсаторной гипервентиляции лёгких (в связи с гипоксемией).
♦ Газовый алкалоз является результатом гипокапнии.
♦ Снижение системного АД (артериальная гипотензия), сочетающееся с гипоперфузией тканей в значительной мере являются следствием гипокапнии. Выраженное снижение р а С0 2 является сигналом к сужению просвета артериол мозга и сердца.
Эндогенные типы гипоксии
Эндогенные типы гипоксии являются результатом многих патологических процессов и болезней, а также могут развиться при значительном увеличении потребности организма в энергии.
Дыхательный тип гипоксии
Причина - дыхательная недостаточность (недостаточность газообмена в лёгких, подробно описана в главе 23) может быть обусловлена:
♦ альвеолярной гиповентиляцией;
♦ сниженной перфузией кровью лёгких;
♦ нарушением диффузии кислорода через аэрогематический барьер;
♦ диссоциацией вентиляционно-перфузионного соотношения.
Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является артериальная гипоксемия, обычно сочетающаяся с гиперкапнией и ацидозом.
Снижаются p a 0 2 , pH, S a 0 2 , p v 0 2 , S v 0 2 , повышается p a C0 2 .
Циркуляторный (гемодинамический) тип гипоксии
Причина - недостаточность кровоснабжения тканей и органов. Выделяют несколько факторов, приводящих к недостаточности кровоснабжения:
♦ Гиповолемия.
♦ Уменьшение МОК при сердечной недостаточности (см. главу 22), а также при снижении тонуса стенок сосудов (как артериальных, так и венозных).
♦ Расстройства микроциркуляции (см. главу 22).
♦ Нарушение диффузии кислорода через стенку сосудов (например, при воспалении сосудистой стенки - васкулите).
Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является нарушение транспорта насыщенной кислородом артериальной крови к тканям.
Виды циркуляторной гипоксии. Выделяют локальную и системную формы циркуляторной гипоксии.
♦ Локальная гипоксия обусловлена местными расстройствами кровообращения и диффузии кислорода из крови в ткани.
♦ Системная гипоксия развивается вследствие гиповолемии, сердечной недостаточности и снижении ОПСС.
Изменения газового состава и pH крови: снижаются pH, p v 0 2 , S v 0 2 , повышается показатель артерио-венозной разницы по кислороду.
Гемический (кровяной) тип гипоксии
Причина - снижение эффективной кислородной ёмкости крови и, следовательно, её транспортирующей кислород функции вследствие:
♦ Выраженной анемии, сопровождающейся снижением содержания Hb менее 60 г/л (см. главу 22).
♦ Нарушения транспортных свойств Hb (гемоглобинопатии). Оно обусловлено изменением его способности к оксигенации в капиллярах альвеол и дезоксигенации в капиллярах тканей. Эти изменения могут быть наследственными или приобретёнными.
❖ Наследственные гемоглобинопатии обусловлены мутациями генов, кодирующих аминокислотный состав глобинов.
❖ Приобретённые гемоглобинопатии чаще всего являются следствием воздействия на нормальный Hb окиси углерода, бензола или нитратов.
Патогенез. Инициальным патогенетическим звеном является неспособность Hb эритроцитов связывать кислород в капиллярах лёгких, транспортировать и отдавать оптимальное количество его в тканях.
Изменения газового состава и pH крови: снижаются V0 2 , pH, p v 0 2 , повышается показатель артерио-венозной разницы по кислороду и снижается V a 0 2 при норме p a 0 2 .
Тканевой тип гипоксии
Причины - факторы, снижающие эффективность утилизации кислорода клетками или сопряжения окисления и фосфорилирования:
♦ Ионы циана (CN), специфически ингибирующие ферменты, и ионы металлов (Ag 2 +, Hg 2 +, Cu 2 +), ведущие к ингибированию ферментов биологического окисления.
♦ Изменения физико-химических параметров в тканях (температуры, электролитного состава, pH, фазового состояния мембранных компонентов) в более или менее выраженной мере снижают эффективность биологического окисления.
♦ Голодание (особенно белковое), гипо- и дисвитаминозы, нарушения обмена некоторых минеральных веществ приводят к уменьшению синтеза ферментов биологического окисления.
♦ Разобщение процессов окисления и фосфорилирования, вызываемое многими эндогенными агентами (например, избытком Ca 2+ , H+, ВЖК, йодсодержащих гормонов щитовидной железы), а также экзогенными веществами (2,4-динитрофенолом, грамицидином и некоторыми другими).
Патогенез. Инициальным звеном патогенеза является неспособность систем биологического окисления утилизировать кислород с образованием макроэргических соединений.
Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH и артерио-венозной разницы по кислороду, повышаются показатели SvO2, pvO2, V v O2.
Субстратный тип гипоксии
Причина - дефицит в клетках субстратов биологического окисления в условиях нормальной доставки кислорода к тканям. В клинической практике наиболее часто вызывается недостатком глюкозы в клетках при сахарном диабете.
Патогенез. Инициальным звеном патогенеза является торможение биологического окисления вследствие отсутствия необходимых субстратов.
Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH и артерио-венозной разницы по кислороду, повышаются S v O 2 , p v O 2 ,
Перегрузочный тип гипоксии
Причина - значительная гиперфункция тканей, органов или их систем. Наиболее часто наблюдается при интенсивном функционировании скелетных мышц и миокарда.
Патогенез. Чрезмерная нагрузка на мышцу (скелетную или сердца) обусловливает относительную (по сравнению с требуемым при данном уровне функции) недостаточность кровоснабжения мышцы и дефицит кислорода в миоцитах.
Изменения газового состава и pH крови: снижаются показатели pH, S v O 2 , p v O 2 , повышаются показатели артерио-венозной разницы по кислороду и p v CO 2 .
Смешанный тип гипоксии
Смешанный тип гипоксии - результат сочетания нескольких разновидностей гипоксии.
Причина - факторы, нарушающие два и более механизмов доставки и использования кислорода и субстратов метаболизма в процессе биологического окисления.
♦ Наркотические вещества в высоких дозах способны угнетать функцию сердца, нейронов дыхательного центра и активность ферментов тканевого дыхания. В результате развиваются гемодинамический, дыхательный и тканевой типы гипоксии.
♦ Острая массивная кровопотеря приводит как к снижению кислородной ёмкости крови (в связи с уменьшением содержания Hb), так и к расстройству кровообращения: развивается гемический и гемодинамический типы гипоксии.
♦ При тяжёлой гипоксии любого происхождения нарушаются механизмы транспорта кислорода и субстратов метаболизма, а также интенсивность процессов биологического окисления.
Патогенез гипоксии смешанного типа включает звенья механизмов развития разных типов гипоксии. Смешанная гипоксия часто характеризуется взаимопотенцированием отдельных её типов с развитием тяжёлых экстремальных и даже терминальных состояний.
Изменения газового состава и pH крови при смешанной гипоксии определяются доминирующими расстройствами механизмов транспорта и утилизации кислорода, субстратов обмена веществ, а также процессов биологического окисления в разных тканях. Характер изменений при этом может быть разным и весьма динамичным.
АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА К ГИПОКСИИ
В условиях гипоксии в организме формируется динамичная функциональная система по достижению и поддержанию оптимального уровня биологического окисления в клетках.
Выделяют экстренные и долговременные механизмы адаптации к гипоксии.
Экстренная адаптация
Причина активации механизмов срочной адаптации: недостаточное содержание АТФ в тканях.
Механизмы. Процесс экстренной адаптации организма к гипоксии обеспечивают активацию механизмов транспорта O 2 и субстратов обмена веществ к клеткам. Эти механизмы предсуществуют в каждом организме и активируются сразу при возникновении гипоксии.
Система внешнего дыхания
♦ Эффект: увеличение объёма альвеолярной вентиляции.
♦ Механизмы эффекта: увеличение частоты и глубины дыхания, числа функционирующих альвеол.
♦ Механизм эффекта: увеличение ударного объёма и частоты сокращений.
Сосудистая система
♦ Эффект: перераспределение кровотока - его централизация.
♦ Механизм эффекта: региональное изменение диаметра сосудов (увеличение в мозге и сердце).
Система крови
♦ Механизмы эффекта: выброс эритроцитов из депо, увеличение степени насыщения Hb кислородом в лёгких и диссоциации оксигемоглобина в тканях.
♦ Эффект: повышение эффективности биологического окисления.
♦ Механизмы эффекта: активация ферментов тканевого дыхания и гликолиза, повышение сопряжённости окисления и фосфорилирования.
Долговременная адаптация
Причина включения механизмов долговременной адаптации к гипоксии: повторная или продолжающаяся недостаточность биологического окисления.
Механизмы. Долговременная адаптация к гипоксии реализуется на всех уровнях жизнедеятельности: от организма в целом до клеточного метаболизма. Эти механизмы формируются постепенно, обеспечивая оптимальную жизнедеятельность в новых, часто экстремальных условиях существования.
Основным звеном долговременной адаптации к гипоксии является повышение эффективности процессов биологического окисления в клетках.
Система биологического окисления
♦ Эффект: активация биологического окисления, что имеет ведущее значение в долговременной адаптации к гипоксии.
♦ Механизмы: увеличение количества митохондрий, их крист и ферментов в них, повышение сопряжённости окисления и фосфорилирования.
Система внешнего дыхания
♦ Эффект: увеличение степени оксигенации крови в лёгких.
♦ Механизмы: гипертрофия лёгких с увеличением числа альвеол и капилляров в них.
♦ Эффект: повышение сердечного выброса.
♦ Механизмы: гипертрофия миокарда, увеличение в нём числа капилляров и митохондрий в кардиомиоцитах, возрастание скорости взаимодействия актина и миозина, повышение эффективности систем регуляции сердца.
Сосудистая система
♦ Эффект: возрастание уровня перфузии тканей кровью.
♦ Механизмы: увеличение количества функционирующих капилляров, развитие артериальной гиперемии в испытывающих гипоксию органах и тканях.
Система крови
♦ Эффект: увеличение кислородной ёмкости крови.
♦ Механизмы: активация эритропоэза, увеличение элиминации эритроцитов из костного мозга, повышение степени насыщения Hb кислородом в лёгких и диссоциации оксигемоглобина в тканях.
Органы и ткани
♦ Эффект: повышение экономичности функционирования.
♦ Механизмы: переход на оптимальный уровень функционирования, повышение эффективности метаболизма.
Системы регуляции
♦ Эффект: возрастание эффективности и надёжности механизмов регуляции.
♦ Механизмы: повышение резистентности нейронов к гипоксии, снижение степени активации симпатико-адреналовой и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем.
ПРОЯВЛЕНИЯ ГИПОКСИИ
Изменения жизнедеятельности организма зависят от типа гипоксии, её степени, скорости развития, а также от состояния реактивности организма.
Острейшая (молниеносная) тяжёлая гипоксия приводит к быстрой потере сознания, подавлению функций организма и его гибели.
Хроническая (постоянная или прерывистая) гипоксия сопровождается, как правило, адаптацией организма к гипоксии.
РАССТРОЙСТВА ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ
Расстройства обмена веществ являются одним из ранних проявлений гипоксии.
♦ Концентрация неорганического фосфата в тканях увеличивается в результате повышенного гидролиза АТФ, АДФ, АМФ и КФ, подавления реакций окислительного фосфорилирования.
♦ Гликолиз на начальном этапе гипоксии активируется, что сопровождается накоплением кислых метаболитов и развитием ацидоза.
♦ Синтетические процессы в клетках угнетаются вследствие дефицита энергии.
♦ Протеолиз нарастает вследствие активации, в условиях ацидоза, протеаз, а также - неферментного гидролиза белков. Азотистый баланс становится отрицательным.
♦ Липолиз активируется в результате повышения активности липаз и ацидоза, что сопровождается накоплением избытка КТ и ВЖК. Последние оказывают разобщающее влияние на процессы окисления и фосфорилирования, чем усугубляют гипоксию.
♦ Водно-электролитный баланс нарушен в связи с подавлением активности АТФаз, повреждением мембран и ионных каналов, а также изменением содержания в организме ряда гормонов (минералокортикоидов, кальцитонина и др.).
НАРУШЕНИЯ ФУНКЦИЙ ОРГАНОВ И ТКАНЕЙ
При гипоксии нарушения функций органов и тканей выражены в разной мере, что определяется различной их резистентностью к гипоксии. Наименьшей устойчивостью к гипоксии обладает ткань нервной системы, особенно нейроны коры больших полушарий. При прогрессировании гипоксии и её декомпенсации угнетается функционирование всех органов и их систем.
Нарушения ВНД в условиях гипоксии выявляются уже через несколько секунд. Это проявляется:
♦ снижением способности адекватно оценивать происходящие события и окружающую обстановку;
♦ ощущениями дискомфорта, тяжести в голове, головной боли;
♦ дискоординацией движений;
♦ замедлением логического мышления и принятия решений (в том числе простых);
♦ расстройством сознания и его потерей в тяжёлых случаях;
♦ нарушением бульбарных функций, что приводит к расстройствам функций сердца и дыхания и может послужить причиной летального исхода.
Сердечно-сосудистая система
♦ Снижение сократительной функции миокарда и уменьшение, в связи с этим, ударного и сердечного выбросов.
♦ Расстройство кровотока в сосудах сердца с развитием коронарной недостаточности.
♦ Нарушения ритма сердца, включая мерцание и фибрилляцию предсердий и желудочков.
♦ Развитие гипертензивных реакций (за исключением отдельных разновидностей гипоксии циркуляторного типа), сменяющиеся артериальной гипотензией, в том числе - острой (коллапсом).
♦ Расстройства микроциркуляции, проявляющиеся чрезмерным замедлением тока крови в капиллярах, турбулентным его характером и артериолярно-венулярным шунтированием.
Система внешнего дыхания
♦ Увеличение объёма альвеолярной вентиляции на начальном этапе гипоксии с последующим (при нарастании степени гипоксии и повреждении бульбарных центров) прогрессирующим снижением по мере развития дыхательной недостаточности.
♦ Уменьшение общей и регионарной перфузии ткани лёгких вследствие нарушений кровообращения.
♦ Снижение диффузии газов через аэрогематический барьер (в связи с развитием отёка и набуханием клеток межальвеолярной перегородки).
Система пищеварения
♦ Расстройства аппетита (как правило, его снижение).
♦ Нарушение моторики желудка и кишечника (обычно - снижение перистальтики, тонуса и замедление эвакуации содержимого).
♦ Развитие эрозий и язв (особенно при длительной тяжёлой гипоксии).
ПРИНЦИПЫ УСТРАНЕНИЯ ГИПОКСИИ
Коррекция гипоксических состояний базируется на этиотропном, патогенетическом и симптоматическом принципах. Этиотропное лечение направлено на устранение причины гипоксии. При гипоксии экзогенного типа необходимо нормализовать содержание кислорода во вдыхаемом воздухе.
♦ Гипобарическую гипоксию устраняют путём восстановления нормального барометрического и, как следствие, парциального давления кислорода в воздухе.
♦ Нормобарическую гипоксию предотвращают посредством интенсивного проветривания помещения или подачи в него воздуха с нормальным содержанием кислорода.
Эндогенные типы гипоксии устраняют путём лечения заболевания
или патологического процесса, приведшего к гипоксии. Патогенетический принцип обеспечивает устранение ключевых звеньев и разрыв цепи патогенеза гипоксического состояния. Патогенетическое лечение включает следующие мероприятия:
♦ Ликвидацию или снижение степени ацидоза в организме.
♦ Уменьшение выраженности дисбаланса ионов в клетках, межклеточной жидкости, крови.
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 O2 (высотная и горная болезнь) или при снижении парциального давления O2 во вдыхаемом воздухе. При этом развивается гипоксемия (снижается pO2 в артериальной крови, насыщение гемоглобина (Hb) кислородом (O2) 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 O2.
Дыхательный (легочный) тип гипоксии возникает в результате недостаточности газообмена в легких в связи с альвеолярной гиповентиляцией, нарушениями вентиляционно-перфузионных отношений, или при затруднении диффузии O2, нарушения проходимости дыхательных путей, либо расстройства центральной регуляции дыхания.
Уменьшается минутный объем вентиляции, снижается парциальное давление O2 в альвеолярном воздухе и напряжение O2 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 O2, при отравлении CO, при образовании метгемоглобина (MetHb) и некоторых аномалиях Hb. Для гемической гипоксии характерно сочетание нормального напряжения O2 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 O2 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 O2 в артериальной крови, снижение их в венозной и высокая артерио-венозная разница по O2.
Тканевая гипоксия (гистотоксическая) возникает вследствие нарушения способности тканей поглощать O2 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 O2 в артериальной крови может до определенного момента быть нормальными, а в венозной крови значительно превышают нормальные величины. Уменьшение артерио-венозной разницы по O2 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 pCO2, вызывающего расширение кровеносных сосудов мозга. Гиперкапния ведет к увеличению минутного объема дыхания и гипервентиляции. В результате pCO2 в артериальной крови падает, сосуды мозга суживаются и pO2 в тканях мозга уменьшается. Начальное токсическое действие O2 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 O2 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 O2. 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 O2 даже при значительном снижении парциального давления O2 в альвеолярном воздухе и в крови легочных капилляров. Вместе с тем Hb способен отдавать большее количество O2 даже при умеренном снижении pO2 в тканевой жидкости. Усилению диссоциации O2Hb способствует ацидоз.
Тканевые приспособительные механизмы - ограничение функциональной активности органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении транспорта O2, 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 O2 во вдыхаемом воздухе, содержания газов в альвеолах, диффузии газов через мембрану альвеол; определение транспорта O2 с кровью; определение pO2 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 O2 (6 объемных %) даже без участия эритроцитов, в ряде случаев бывает необходимо добавить 3-7 % CO2 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 O2 - 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.
ПМ01 «Диагностическая деятельность»
«Патологическая анатомия и патологическая физиология»
Специальность 060101 «Лечебное дело»
Вид занятия теоретическое
Учебная лекция по теме
Гипоксия
Преподаватель Ленских Ольга Викторовна
2015 г
Лекция №4
Гипоксия
Вопросы.
3) увеличение системного артериального давления и скорости кровотока;
4) централизация кровообращения.
Система кровообращения отвечает увеличением объема циркулирующей крови: возрастает ударный объем и венозный возврат, появляется тахикардия, опорожняются кровяные депо. Существенное значение имеет перераспределение крови в пользу жизненно важных органов, при этом преимущественно кровоснабжаются мозг, сердце, эндокринные железы. Запуск указанных механизмов осуществляется рефлекторными механизмами (собственные и сопряженные рефлексы с хеморецептивных и барорецептивных сосудистых зон). Кроме того, продукты нарушенного обмена (гистамин, адениновые нуклеотиды, молочная кислота), оказывая сосудорасширяющее действие, изменяют тонус сосудов, являясь фактором приспособительного перераспределения крови.
Приспособительные реакции системы крови:
1) повышение кислородной емкости крови за счет усиления вымывания эритроцитов из костного мозга;
2) активация эритропоэза за счет усиления образования эритропоэтинов в почках и, возможно, других органах.
Система крови (система эритрона) реагирует дополнительным поступлением эритроцитов из депо (срочная реакция), активацией эритропоэза (свидетельством этому является увеличение количества митозов в нормобластах, повышение ретикулоцитов в крови и гиперплазия костного мозга).
Изменение физико-химических свойств гемоглобина способствует более полному его насыщению кислородом в легких и повышенной отдаче в тканях.
Тканевые приспособительные реакции:
1) ограничение функциональной активности органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении транспорта кислорода;
2) увеличение сопряжения окисления и фосфорилирования и активности ферментов дыхательной цепи;
3) усиление анаэробного синтеза АТФ за счет активации гликолиза. Системы утилизации, то есть ткани - потребители кислорода, ограничивают функциональную активность структур не участвующих в процессах биологического окисления . Усиливают анаэробный синтез АТФ в реакциях гликолиза.
Стадия срочной адаптации может развиваться по двум направлениям:
1-я стадия
1. если действие гипоксического фактора прекращается, то адаптация не развивается и функциональная система ответственная за адаптацию к гипоксии не закрепляется.
2. Если действие гипоксического фактора продолжается или периодически повторяется в течение достаточно длительного времени, то организм переходит во 2-ю стадию долгосрочной адаптации.
2-я стадия - переходная.
Для нее характерно постепенное снижение активности систем, обеспечивающих приспособление организма к гипоксии, и ослабление стрессовых реакций на повторное действие гипоксического фактора.
3-я стадия - у стойчивой долговременной адаптации.
Она характеризуется высокой резистентностью организма к гипоксическому фактору. Долговременная адаптации сводится к формированию повышенных возможностей в транспорте и утилизации кислорода:
В системах газотранспорта развиваются явления гипертрофии и гиперплазии, то есть увеличивается масса дыхательных мышц, легочных альвеол, миокарда, нейронов дыхательного центра; усиливается кровоснабжение этих органов за счет увеличения количества функционирующих капиллярных сосудов и их гипертрофии;
Увеличивается диффузионная способность легких. Это происходит благодаря увеличению поверхности легочных альвеол из-за их повышенного растяжения вследствие увеличения вентиляции (горная эмфизема). Кроме того, увеличивается проницаемость альвеолокапиллярных мембран.
Улучшаются вентиляционно-перфузионные взаимоотношения. Альвеолы с плохой вентиляцией выключаются из кровоснабжения малого круга, тем самым устраняется неравномерность вентиляции-перфузии;
Развивается компенсаторная гиперфункция миокарда (не путать с гипертрофией). Механизм этого явления связан с повышением эффективности утилизации кислорода;
Увеличивается количество гемоглобина и эритроцитов на единицу объема крови; это связано с действием эритропоэтинов почечного и вне почечного происхождения;
Возрастает число субклеточных образований (митохондрий, рибосом) на единицу массы клетки. Это связано с увеличением синтеза структурных белков, приводящего к явлениям гиперплазии и гипертрофии.
4-я стадия- конечная:
1. если действие гипоксического фактора прекращается, то постепенно происходит дезадаптация организма.
2. Если действие гипоксического фактора нарастает, то это может привести к истощению функциональной системы и произойдет срыв адаптации и полное истощение организма.
Вопрос третий
Нарушения функций организма при различных видах гипоксии
При недостаточности или истощении приспособительных механизмов возникают функциональные и структурные нарушения вплоть до гибели организма. Метаболические изменения раньше всего наступают в энергетическом и углеводном обмене.
А) Нарушения функций нервной системы обычно начинаются в сфере высшей нервной деятельности и проявляются в расстройстве наиболее сложных аналитико-синтетических 9 , 10 процессов. Нередко, наблюдается своеобразная эйфория, теряется способность адекватно оценивать обстановку. При углублении гипоксии возникают грубые нарушения высшей нервной деятельности (ВНД) вплоть до утраты способности к простому счету , помрачению и полной потери сознания. Уже на ранних стадиях гипоксии наблюдается расстройство координации вначале сложных, а затем простых движений, переходящих в адинамию.
Б) Нарушения кровообращения выражаются в тахикардии, ослаблении сократительной способности сердца, аритмиях вплоть до фибрилляции предсердий и желудочков. Артериальное давление вначале может повышаться, а затем прогрессивно падает вплоть до развития коллапса 11 ; возникают расстройства микроциркуляции.
В) В системе дыхания после стадии активации возникают диспноэтические явления с различными нарушениями ритма и амплитуды дыхательных движений. После часто наступающей кратковременной остановки дыхания появляется терминальное (агональное) дыхание в виде редких глубоких судорожных вздохов, постепенно ослабевающих вплоть до полного прекращения.
Обратимость 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, дыхание кислородом под нормальным или повышенным давлением, электроимпульсную терапию нарушений сердечной деятельности, переливание крови, фармакологические средства. В последнее время получают распространение антиоксиданты - средства, направленные на подавление свободно-радикального окисления мембранных липидов, играющего существенную роль в гипоксическом повреждении тканей, и антигипоксанты, оказывающие непосредственное благоприятное воздействие 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 последнее время получены данные о перспективности использования для профилактики и терапии заболеваний, содержащих гипоксический компонент, тренировку дозированной гипоксией по определенным схемам и вы работку долговременной адаптации к ней.
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
Литература для самоподготовки:
Учебник:
Пауков В.С., Литвицкий П.Ф. Патология: Учебник.- М.: Медицина, 2004.- 400 с.: илл. (Учеб. лит. Для учащихся медицинских училищ и колледжей). С. 57-63.
Лекция преподавателя.
8816/ Гипоксия
Вопросы для самоподготовки
Дайте определение понятию «гипоксия».
Расскажите классификацию гипоксии по И.Р.Петрову
Раскройте понятия местная и общая гипоксии
Какие вы знаете виды гипоксии по скорости развития и длительности течения.
Закончите предложение: «В гипоксии выделяют следующие степени тяжести…».
Что вы знаете об экзогенном типе гипоксии?
Назовите причины возникновения дыхательной гипоксии.
Развитие циркуляторной гипоксии возникает при следующих условиях…..
Кровяная гипоксия может возникнуть в результате…?
Что вы знаете о тканевой гипоксии?
Что характерно для гипоксии нагрузки?
Какой вид гипоксии возникает при недостатке глюкозы?
Какие виды гипоксий включает в себя смешанная гипоксия ?
Что является главным патогенезом гипоксии?
Каковы пути экстренной адаптации организма к гипоксии?
Расскажите о первой стадии адаптации к экстренной гипоксии.
Расскажите о второй стадии адаптации к экстренной гипоксии.
Расскажите о третьей стадии адаптации к экстренной гипоксии.
Расскажите о четвертой стадии адаптации к экстренной гипоксии.
Какие нарушения в головном мозгу возникают при острой кратковременной гипоксии?
Какие нарушения в головном мозгу возникают при хронической гипоксии?
Какие нарушения в сердечно-сосудистой системе возникают при острой кратковременной гипоксии?
Какие нарушения в сердечно-сосудистой системе возникают при хронической гипоксии?
В каких случаях возникает агональное дыхание?
Каковы последствия для организма человека, перенесшего острую длительную гипоксию?
Приведите примеры использования тренировок для адаптации к длительной гипоксии.
Какие советы вы дадите пациентам пожилого возраста страдающего различными типами хронической гипоксии для решения проблемы.
1 Парциа́льное давление
(лат.
partialis
- частичный, от
лат.
pars
- часть) -
давление
отдельно взятого компонента
газовой
смеси
.
Общее давление газовой смеси является суммой парциальных давлений её компонентов.
2 Атмосфе́рное давле́ние
-
измеряемое специальным прибором барометром называется барометрическим
3 Гипокапни́я
(от
др.-греч.
ὑπο-
- приставка со значением ослабленности качества и
καπνός
- дым) - состояние, вызванное недостаточностью СО
2
в крови. Содержание
углекислого газа
в крови поддерживается дыхательными процессами на определённом уровне, отклонение от которого приводит к нарушению биохимического баланса в тканях. Проявляется гипокапния в лучшем случае в виде головокружения, а в худшем - заканчивается потерей сознания.
4 Гипоксемия
(от
др.-греч.
ὑπο-
- приставка со значением ослабленности качества,
новолат.
oxygenium
- кислород и
др.-греч.
αἷμα - кровь) - представляет собой понижение содержания
кислорода
в
крови
5 Гидремия
(др.-греч.
ὕδωρ
-
вода
+
αἷμα
-
кровь
) или
гемоделюция
-
медицинский
термин, означающий повышенное содержание
воды
в
крови
, что приводит к снижению удельной концентрации
эритроцитов
.
6 Конформа́ция молекулы
(от
лат.
conformatio
- форма, построение, расположение) - пространственное расположение атомов в
молекуле
определенной конфигурации
7 Половинная диффузия
8 Прото́н
(от
др.-греч.
πρῶτος
- первый, основной) -
элементарная частица
.
9 Анализ
(др.-греч.
ἀνάλυσις - разложение, расчленение) - метод исследования , характеризующийся выделением и изучением отдельных частей объектов исследования.
10 Си́нтез
- процесс соединения или объединения ранее разрозненных
вещей
или
понятий
в целое
.
Термин происходит от
др.-греч.
σύνθεσις - соединение, складывание, связывание (συν- - приставка со значением совместности действия, соучастия иθέσις - расстановка, размещение, распределение, (место)положение)
11 Колла́пс (от лат. collapsus - упавший) с остояние больного, характеризующееся резким падением кровяного давления.
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
|
Угарный газ (СО). |
|
|
Подъем на высоту. |
|
|
Цианистый калий. |
|
|
Воспаление легких. |
|
|
Нитрит натрия. |
|
|
Приступы бронхиальной астмы. |
|
|
Атеросклероз. |
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.
