Патофизиология дыхания (лекции). Гипоксия. Патофизиология внешнего дыхания. Гипоксия к. м. н. Чарнош С. Адаптивные реакции при гипоксии

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 .

Во внутренней среде человека и высших животных в естественных условиях содержится кислород, углекислый газ, азот и ничтожно малое количество инертных газов. Физиологически значимыми являются О 2 и СО 2 , находящиеся в организме в растворенном и биохимически связанном состоянии. Именно эти два газа и определяют газовый гомеостаз организма. Содержание О 2 и СО 2 является важнейшими регулируемыми параметрами газового состава внутренней среды.

Постоянство газового состава само по себе не имело бы для организма никакого смысла, если бы оно не обеспечивало изменяющиеся потребности клеток в доставке О 2 и удалении СО 2 . Организму требуется не постоянный газовый состав крови, ликвора, интерстициальной жидкости, а обеспечение нормального тканевого дыхания во всех клетках и органах. Это положение справедливо для любого гомеостатического механизма и гомеостаза организма в целом.

О 2 поступает в организм из воздуха, СО 2 образуется в клетках в организме в результате биологического окисления (основная масса - в цикле Кребса) и выделяется через легкие в атмосферу. Это встречное перемещение газов проходит через различные среды организма. Содержание их в клетках определяется, прежде всего, интенсивностью окислительных процессов. Уровень активности различных органов и тканей в процессе приспособительной деятельности непрерывно меняется. Соответственно происходят локальные изменения концентрации О 2 и СО 2 в клетках. При особенно напряженной деятельности, когда фактическая доставка О 2 к клеткам отстает от кислородного запроса, может возникать кислородная задолженность.

16.1.1. Механизмы регуляции газового состава

16.1.1.1. Локальный механизм

Основан на гомеостатических свойствах гемоглобина. Они осуществляются, во-первых, благодаря наличию аллостерических взаимодействий О 2 с белковыми субъединицами молекулы гемоглобина, во-вторых, благодаря наличию в мышцах миоглобина (Рис. 33).

S-образная кривая насыщения гемоглобина кислородом обеспечивает быстрое нарастание диссоциации (распада) комплекса НbO 2 при падении давления О 2 от сердца к тканям. Повышение температуры и ацидоз ускоряет распад комплекса НbО 2 , т.е. О 2 уходит в ткани. Снижение температуры (гипотермия) делает этот комплекс более стабильным и О 2 труднее уходит в ткани (одна из возможных причин гипоксии при гипотермии).

Сердечная мышца и скелетная мускулатура обладают еще одним "местным" гомеостатическим механизмом. В момент сокращения мышц кровь выталкивается из сосудов, вследствни чего О 2 не успевает диффундировать из сосудов в миофибриллы. Этот неблагоприятный фактор в значительной мере компенсируется содержащимся в миофибриллах миоглобином, запасающим О 2 непосредственно в тканях. Сродство миоглобина к О 2 больше чем у гемоглобина. Так, например, миоглобин насыщается О 2 на 95% даже из капиллярной крови, в то время как для гемоглобина при этих величинах рО 2 уже развивается выраженная диссоциация. Наряду с этим, при дальнейшем снижении рО 2 миоглобин очень быстро отдаст почти весь запасенный О 2 . Таким образом, миоглобин выполняет функцию демпфера резких перепадов кислородного снабжения работающих мышц.

Однако локальные механизмы газового гомеостаза лишены способности к сколько-нибудь длительной самостоятельной деятельности и могут осуществлять свои функции лишь на основе общих механизмов гомеостаза. Именно кровь служит той универсальной средой, из которой клетки черпают О 2 и куда отдают конечный продукт окислительного метаболизма - СО 2 .

Соответственно, организм располагает разнообразными и мощными системами гомеостатической регуляции, обеспечивающими сохранение физиологических пределов колебаний газовых показателей крови в норме и возвращение этих показателей в физиологические границы после их временного отклонения под влиянием патологических воздействий.

16.1.1.2. Общий механизм регуляции газового состава крови

Структурные основы.

В конечном итоге узловым механизмом является внешнее дыхание, регулируемое дыхательным центром.
Другой ключевой структурный момент - роль мембран в газовом гомеостазе. На уровне альвеолярных мембран происходят начальные и завершающие процессы газообмена организма с внешней средой, позволяющие функционировать всем остальным звеньям газового гомеостаза.

В состоянии покоя в организм поступает около 200 мл О 2 в минуту н выделяется примерно такое же количество СО 2 . В условиях напряженной деятельности (например, при компенсации кровопотери) количество поступающего О 2 и выделяющегося СО 2 может увеличиваться в 10-15 раз, т.е. система внешнего дыхания рсполагает огромным потенциальным резервом, являющимся решающим компонентом ее гомеостатической функции.

16.1.1.3. Регуляция минутного объема дыхания

Важнейшим регулируемым процессом, от которого зависит постоянство состава альвеолярного воздуха, является минутный объем дыхания (МОД), определяемый экскурсией грудной клетки и диафрагмы.

МОД=частота дыхательных движений х (дыхательный объем - объем мертвого пространства трахеи и крупных бронхов). Приблизительно в норме МОД=16 х (500 мл - 140 мл) = 6 л.

Характер и интенсивность дыхательных движений зависит от деятельности основного управляющего звена системы регуляции внешнего дыхания - дыхательного центра. В нормальных условиях СО 2 и О 2 являются безусловно доминирующими критериями в системе регуляции дыхания. Различного рода "негазовые" влияния (температура, боль, эмоции) могут осуществляться при условии сохранения регулирующего влияния СО 2 и О 2 (Рис. 34).

16.1.1.4. Регуляция по СO 2

Важнейшим регулятором внешнего дыхания, носителем специфического возбуждающего эффекта на дыхательный центр является СО 2 . Таким образом, регуляция по СО 2 связана с его непосредственным влиянием на дыхательный центр.

Кроме непосредственного влияния на центр продолговатого мозга (1), бесспорно возбуждение дыхательного центра под влиянием импульсов с периферических рецепторов сино-каротидной (2а) и кардио-аортальмой зон (2б), возбуждаемых СО 2 .

16.1.1.5. Регуляция по О 2

Происходит преимущественно рефлекторное возбуждение дыхательного центра со стороны хеморецепторов сино-каротидной зоны при снижении рО 2 крови. Исключительно высокая чувствительность рецепторов этих структур к О 2 объясняется высокой скоростью окислительных процессов. Ткань клубочка потребляет 1 мл О 2 /мин на грамм сухой ткани, что в несколько раз больше подобной величины для ткани головного мозга.

16.2. Патология дыхания

Любые нарушения рО 2 и рСО 2 крови приводят к изменениям активности дыхательного центра, регуляции механизма обеспечение газового гомеостаза.

16.2.1. Нарушения газового гомеостаза

Изменения содержания рO 2 , рСО 2 вызваны: 16.2.1.1. За счет нарушения аппарата внешнего дыхания (обеспечение насыщения кропи кислородом и удаления СO 2). Примерами могут быть: накопление экссудата в легких, болезни дыхательных мышц, "аденоидная маска" у детей, дифтеритический и ложный крупы. 16.2.1.2. За счет нарушения аппарата внутреннего дыхания (транспорт и использовании O 2 , СO 2). Причины и патогенез этих патологических состояний достаточно хорошо изложены в учебнике по патофизиологии А.Д.Адо и соавторов, И.H.Зайко и соавторов, поэтому более подробно остановимся на следствиях нарушения как аппарата внешнего, так и внутреннего дыхания - кислородном голодании, т.е. гипоксии. 16.2.1.3. Итак, кислородное голодание тканей (гипоксия) - состояние, возникающее при нарушении доставки или потребления O 2 . Крайнее выражение гипоксии - аноксия (отсутствие О 2 в крови и тканях).

16.2.1.4. Классификация гипоксий

Чтобы сознательно решить для себя эту проблему, следует помнить, что основным условием неравновесия как признака жизни, является энергообеспечение. Вдыхаемый нами кислород нужен для окислительных процессов, главный из которых - образование АТФ в дыхательной цепи. Роль кислорода в ней - снимать электроны с последнего из цепи цитохромов, т.е. быть акцептором. В сопряженном с этим процессом акте фосфорилирования и возникает АТФ в митохондриях аэробов.

В настоящее время выделяется 5 патогенетических типов гипоксий. Их легко запомнить, проследив путь движения кислорода из атмосферы до дыхательной цепи (Рис. 35).

1-й блок поступления кислорода - результат уменьшения его во вдыхаемом воздухе. Этот вид гипоксии активно изучал на себе выдающийся отечественный патофизиолог Н.Н.Сиротинин, поднимаясь в барокамере на высоту около 8500 м. У него возникали синюшность, потоотделение, подергивание конечностей, потеря сознания. Им установлено, что потеря сознания является наиболее надежным критерием для установления высотной болезни.
2-й блок - возникает при заболеваниях внешнего аппарата дыхания (заболевания легких и дыхательного центра), поэтому носит название дыхательной гипоксии.
3-й блок - возникает при заболеваниях сердечно-сосудистой системы, что ухудшает транспорт кислорода и носит название сердечно-сосудистой (циркуляторной) гипоксии.
4-й блок - возникает при любых повреждениях транспортной системы кислорода крови - эритроцитов - и носит название кровяной (гемической) гипоксии. Все четыре вида блоков ведут к гипоксемии (снижению рО 2 в крови).
5-й блок - возникает при повреждениях дыхательной цепи, например, мышьяком, цианидами без явления гипоксемии.
6-й блок - смешанная гипоксия (например, при гиповолемическом шоке).

16.2.1.5. Острая и хроническая гипоксии

Все виды гипоксии, в свою очередь, делятся на острые и хронические. Острые возникают чрезвычайно быстро (например, при 3-м блоке - обильная кровопотеря, при 4-м - отравление СО, при 5-м - отравление цианидами).

Полное отсутствие кислорода - аноксия - возникает при состоянии удушья, так называемой асфиксии. В педиатрии известна асфиксия новорожденных. Причиной является угнетение дыхательного центра или аспирация околоплодных вод. В стоматологии асфиксия возможна при травмах н заболеваниях челюстно-лицевой области и может носить характер аспирационной (затек в дыхательное дерево крови, слизи, рвотных масс), обтурационная (закупорка бронха, трахеи инородными телами, осколками костей, зубов), дислокационной (смещение поврежденных тканей).

Следствием асфиксии является гибель наиболее чувствительных тканей. Из всех функциональных систем к действию гипоксии наиболее чувствительна кора больших полушарий головного мозга. Причины высокой чувствительности: кора образована в основном телами нейронов, богатых тельцами Ниссля - рибосомами, на которых с исключительной интенсивностью идет биосинтез белка (вспомните процессы долговременной памяти, аксональный транспорт). Так как этот процесс является исключительно энергоемким, он нуждается в значительных количествах АТФ, и не удивительно, что потребление кислорода и чувствительность к его нехватке у коры больших полушарий чрезвычайно высока.

Второй особенностью коры является в основном аэробный путь образования АТФ. Гликолиз - бескислородный путь образования АТФ - в коре выражен крайне слабо и не в состоянии компенсировать недостаток АТФ в условиях гипоксии.

16.2.1.6. Полное и неполное выключение коры головного мозга при острой гипоксии

При гипоксии возможна неполная локальная гибель корковых нейронов, либо полное выключение коры больших полушарий. Полное возникает в клинических условиях при остановке сердца более чем на 5 минут. Например, во время хирургических манипуляций, проведении реанимационных мероприятий при состоянии клинической смерти. При этом личность необратимо утрачивает способность увязывать поведение с законами общества, т.е. теряется социальная детерминированность (потеря способности адаптации к окружающим условиям, непроизвольное мочеиспускание и дефекация, потеря речи и т.д.). Через некоторое время такие больные погибают. Таким образом, полное выключение коры больших полушарий сопровождается необратимой потерей условных рефлексов у животных и общественных, коммуникативных функций у человека.

При частичном выключении коры больших полушарий, например, в результате локальной гипоксии при тромбозе сосудов или кровоизлиянии в мозг, теряется функция коркового анализатора в месте аноксии, но, в отличие от полного выключения, в данном случае возможно восстановление утерянной функции за счет периферической части анализатора.

16.2.1.7. Хроническая гипоксии

Хроническая гипоксия возникает при длительном нахождении под влиянием пониженного атмосферного давления и, соответственно, недостатка потребления кислорода, при нарушении дыхательной и сердечно-сосудистой деятельности. Симптоматика хронической гипоксии обусловлена низкой скоростью протекания биохимических и физиологических процессов вследствие нарушения образования макроэрга АТФ. Дефицит АТФ лежит в основе развития симптомов хронической гипоксии. В стоматологии примером может быть развитие пародонтоза при микроангиопатии.

16.2.1.8. Клеточные механизмы патологического действия гипоксии

На основании рассмотренного материала мы можем сделать 1-й вывод: гипоксия любой этиологии сопровождается дефицитом АТФ. Патогенетическим звеном является отсутствие кислорода, который снимает электроны с дыхательной цепи.

Вначале при гипоксии происходит восстановление электронами всех цитохромов дыхательной цепи и перестает генерироваться АТФ. При этом происходит компенсаторное переключение углеводного обмена на анаэробное окисление. Недостаток АТФ снимает его ингибирующее влияние на фосфофруктокиназу - фермент начала гликолиза, усиливается липолиз и глюконеогенсз от пирувата, образующегося из аминокислот. Но это менее эффективный путь образования АТФ. Кроме того, в результате неполного окисления глюкозы по этому пути образуется молочная кислота - лактат. Накопление лактата приводит к внутриклеточному ацидозу.

Отсюда 2-й принципиальный вывод: гипоксия любой этиологии сопровождается ацидозом. Весь дальнейший ход событий, ведущий к гибели клетки, связан с 3-м фактором - повреждением биомембран. Рассмотрим это наиболее подробно на примере мембран митохондрий.

Тканевая гипоксия и повреждение биомембран (БМ)

Тканевая гипоксия - до некоторой степени нормальное состояние для интенсивно функционирующей ткани. Однако, если гипоксия продолжается десятки минут, то она вызывает повреждения клетки, обратимые только на ранних этапах. Природа точки "необратимости" - проблема общей патологии - лежит на уровне биомембран клетки.

Основные этапы повреждения клетки

Дефицит АТФ и накопление Са 2+ . Начальный период гипоксии прежде всего приводит к повреждению "энергетических машин" клетки - митохондрий (MX). Снижение доступа кислорода приводит к снижению образования АТФ в дыхательной цепи. Важным следствием дефицита АТФ является неспособность таких MX накапливать Са 2+ (откачивать из цитоплазмы)
Накопление Са 2+ и активация фосфолипаз. Для нашей проблемы важно то, что Ca 2+ активирует фосфолипазы, вызывающие гидролиз фосфолипидного слоя. Мембраны постоянно испытывают действие разностей потенциалов: от 70 мв на плазматической мембране до 200мв на MX. Такую разность потенциалов может выдержать только очень прочный изолятор. Фосфолипидный слой биомембран (БМ) и есть природный изолятор.
Активация фосфолипаз - дефекты в БМ - электрический пробой. Даже небольшие дефекты в таком изоляторе будут вызывать явление электрического пробоя (быстрое увеличение электрического тока через мембраны, приводящие к их механическому разрушению). Фосфолипазы, разрушая фосфолипиды, и вызывают такие дефекты. Важно, что БМ могут быть пробиты электрическим током под воздействием потенциала, генерируемого самой БМ или электротоком, приложенным извне.
Электрический пробой - нарушение барьерной функции биомембраны. БМ становятся проницаемыми для ионов. Для MX это - К + , которого много в цитоплазме. Для плазматической мембраны - это натрий в экстрацеллюлярном пространстве.
Итог: ионы калия и натрия движутся внутрь MX или клетки, приводя к повышению осмотического давления. За ними "хлынут" потоки воды, что приведет к отеку MX и отеку клетки. Такие раздувшиеся MX не могут генерировать АТФ и клетки погибают.

Вывод. Гипоксия любой этиологии сопровождается триадой: дефицитом АТФ, ацидозом и повреждением биомембран. Отсюда терапия гипоксических состояний должна включить ингибиторы фосфолипаз, например, витамин Е.

16.2.1.9. Гомеостатические механизмы при гипоксии

Базируются на основе рассмотренных выше гомеостатических механизмов поддерживания газового состава крови. Вернемся к Рис. 35.

Реакция аппарата внешнего дыхания проявляется в виде одышки. Одышка - это изменение ритма и глубины дыхания при гипоксии. В зависимости от длительности вдоха и выдоха различают экспираторную и инспираторную одышку.
Экспираторная - характеризуется удлинением фазы выдоха вследствие недостаточности эластической силы тканей легких. В норме активация выдоха происходит за счет этих сил. При возрастании сопротивления воздушному потоку за счет спазма бронхиол эластической силы легких недостаточно и подключаются межреберные мышцы, диафрагма.
Инспираторная - характеризуется удлинением фазы вдоха. Примером может быть стенотическое дыхание вследствие сужения просвета трахеи и верхних дыхательных путей при отеке гортани, дифтерии, попадании инородных тел.
Но позволительно задать вопрос: всякая ли одышка является компенсаторной? Вспомним, что одним из показателей эффективности дыхания является МОД. В формулу его определения входит понятие "объем мертвого пространства" (см. 16.1.1.3.). Если одышка будет частой и поверхностной (тахипноэ), то это приведет к снижению дыхательного объема при сохранении объема мертвого пространства и результатом поверхностного дыхания будет маятникообразное движение воздуха мертвого пространства. В таком случае, тахипноэ - это совсем не компенсация. Таковой можно считать только частое и глубокое дыхание.
Вторым гомеостатическим механизмом является усиление транспорта кислорода, возможное за счет увеличения скорости кровотока, т.е. белее частых и сильных сокращений сердца. Ориентировочно нормальный минутный объем сердца (МОС) равен ударному объему, умноженному на частоту сердечных сокращений, т.е. МОС = 100 х 60 = 6 л. При тахикардии МОС = 100 х 100 = 10 л. Но в случае продолжающейся гипоксии, приводящей к дефициту энергии, долго ли сможет работать этот компенсаторный механизм? Нет, несмотря на довольно мощную систему гликолиза в миокарде.
Третьим гомеостатическим механизмом является усиление эритропоэза, что ведет к увеличению содержания Нb в крови и повышению транспорта кислорода. При острой гипоксии (кровопотеря) увеличение количества эритроцитов осуществляется за счет выброса их из депо. При хронической гипоксии (нахождение в горах, длительные заболевания сердечно-сосудистой системы) повышается концентрация эритропоэтина, усиливается кроветворная функция костного мозга. Поэтому альпинисты проходят период акклиматизации перед штурмом горных вершин. Н.Н.Сиротинин после стимуляции гемопоэза (сок лимона + 200г сахарного сиропа + аскорбинка) "поднялся" в барокамере до высоты 9750 м.
Другой интересный пример разнообразия фенотипических приспособлений организма к неблагоприятным условиям внешней среды привел отечественный ученый Чижевский. Он заинтересовался, почему у горных баранов такие мощные (до 7 кг) рога, носить которые достаточно тяжело высоко в горах. Ранее предполагалось, что бараны амортизируют рогами удар о землю при прыжке через пропасть. Чижевским было обнаружено, что в рогах баранов размещены дополнительные резервуары для костного мозга.
Если все предыдущие гомеостатические механизмы были направлены на доставку кислорода, то последний, 4-й механизм - на уровне тканей, направлен прямо на устранение дефицита АТФ. Включение компенсаторных механизмов (ферментов липолиза, гликолиза, переаминирования, глюконеогенеза) в этом случае обусловлено воздействием более высокого уровня регуляции гемопоэза - эндокринной системой. Гипоксия - неспецифичсский стрессор, на который организм отвечает стимуляцией САС и стресс-реакцией системы гипоталамус - гипофиз - кора надпочечников, включающей дополнительные пути энергообеспечения: липолиз, глюконеогенез.

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.

100 р бонус за первый заказ

Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line

Узнать цену

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

1) непосредственных последствий воздействия гипоксического фактора;

2) вторично возникающих нарушений ;

Классификация основных типов гипоксий:

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.

По темпу развития и продолжительности течения различают:

а) молниеносную форму - в течение нескольких десятков секунд;

б) острую - несколько минут или десятков минут (острая сердечная недостаточность);

в) подострую - несколько часов;

г) хроническую - недели, месяцы, годы.

Гипоксическая гипоксия - экзогенный тип гипоксии - развивается при уменьшении барометрического давления кислорода (высотная и горная болезнь) или при снижении парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе. При этом развивается гипоксемия (снижается РО2 в артериальной крови), насыщение гемоглобина (Hb) кислородом 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 кислорода.

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

Уменьшается минутный объем вентиляции, снижается парциальное давление кислорода в альвеолярном воздухе и напряжение кислорода 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 кислород при отравлении угарным газом, при образовании метгемоглобина (МетHb) и некоторых аномалиях Hb. Для гемической гипоксии характерно сочетание нормального напряжения кислорода в артериальной крови с пониженным его содержанием в тяжелых случаях до 4-5 об%. При образовании карбоксигемоглобина (СОHb) и метгемоглобина (МетHb) насыщение оставшегося Hb и диссоциация оксиHb в тканях могут быть затруднены, и поэтому напряжение кислорода в тканях и венозной крови оказывается значительно пониженным при одновременном уменьшении артерио-венозной разницы по кислороду.

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 кислорода в артериальной крови, снижение их в венозной и высокая артерио-венозная разница по кислороду.

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

Гипербарическая гипоксия может быть при лечении кислородом под повышенным давлением. При этом устранение нормальной гипоксической активности периферических хеморецепторов ведет к снижению возбудимости ДЦ и угнетению легочной вентиляции. Это ведет к повышению артериального pСО2, вызывающего расширение кровеносных сосудов мозга. Гиперкапния ведет к увеличению минутного объема дыхания и гипервентиляции. В результате pСО2 в артериальной крови падает, сосуды мозга суживаются и pО2 в тканях мозга уменьшается. Начальное токсическое действие кислорода 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) - может быть в виде 2х форм кислородного отравления - легочной и судорожной. Патогенез легочной формы связывают с исчезновением "опорной" функции инертного газа, токсическим действием кислорода на эндотелий сосудов легких - повышением их проницаемости, вымыванием сурфактантанта, спадением альвеол и развитием ателектаза и отека легких. Судорожная форма связана с резким возбуждением всех отделов ЦНС (особенно ствола мозга) и нарушением тканевого дыхания.

Смешанный тип гипоксии наблюдается весьма часто и представляет сочетание 2х или более основных типов гипоксии. Часто гипоксический фактор сам по себе влияет на несколько звеньев физиологических систем транспорта и утилизации кислорода. Угарный газ активно вступает в связь с 2х 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 возникают 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.

Последовательность изменений в клетке при гипоксии: 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 объема сердца, 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 кислорода даже при значительном снижении парциального давления кислорода в альвеолярном воздухе и в крови легочных капилляров. Вместе с тем Hb способен отдавать большее количество кислорода даже при умеренном снижении pО2 в тканевой жидкости. Усилению диссоциации оксигемоглобина способствует ацидоз.

Тканевые приспособительные механизмы - ограничение функциональной активности органов и тканей, непосредственно не участвующих в обеспечении транспорта кислорода, 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 (А/Д, ЭКГ, сердечный выброс), газообмена, определения кислорода во вдыхаемом воздухе, содержания газов в альвеолах, диффузии газов через мембрану альвеол; определение транспорта кислорода с кровью; определение pО2 в крови и тканях, определение КЩР, буферных свойств крови, биохимических показателей (молочная и пировиноградная кислота, сахар и мочевина крови).

Терапия и профилактика.

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 кислорода (6 объемных %) даже без участия эритроцитов, в ряде случаев бывает необходимо добавить 3-7 % СО2 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 кислорода - субстраты перфторуглеводов (перфторан);

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.

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)