Виды гипоксии патофизиология. Учебное пособие: Гипоксия. Характеристика гипоксических состояний по различным критериям

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)

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.

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.

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.

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).

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:

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.

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

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.

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 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.

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.